1、植物学徐成东楚雄师范学院化学与生命科学系 2010年2月28日,绪论 第一节 植物界（在生物分界中的地位） 第二节 植物在自然界和人类生活中的作用 第三节 植物科学的研究对象和基本任务 第四节 植物科学在自然科学和国民经济发展中的意义 第五节 植物科学的发展简史和当代植物科学的发展趋势 第六节 学习植物学的要求和方法,第一节 植物界（在生物分界中的地位） 一、林奈的两界系统 二、海（赫）克尔的三界系统 三、魏泰克的四界、五阶系统 四、六界和八界系统 五、三原界系统 六、中国学者对生物分界的意见,一、 林奈的两界系统瑞典博物学家林奈（或译为林耐、林纳）（Carolus Linnaeus. 170
2、71778），现代生物分类的奠基人。在自然系统（1735）将生物分为植物界和动物界。于植物种志（1753）：植物24纲，动物6纲。,二、海（赫）克尔的三界系统19世纪前后，由于显微镜的发明和广泛应用，发现裸藻、甲藻等（光合作用、运动）和粘菌（营养期无细胞壁，变形运动动物性；无性生殖期形成孢子囊，产生具细胞壁的孢子 植物性）。1866年，德国著名生物学家海克尔（Haeckel. 18341919）提出原生生物界（包括：原核生物、原生动物、硅藻、粘菌和海绵等），即三界：原生生物界、植物界和动物界。,三、魏泰克的四界、五界系统美国生物学家魏泰克（Whittaker. 19241980）1959年将不
3、含叶绿体的真核菌类从植物界分离，提出四界系统：原生生物界、植物界、真菌界、动物界。1969年，将原生生物界中的细菌和蓝藻分离，建立原核生物界，提出五界系统：原核生物界、原生生物界、真菌界、植物界、动物界。,四、六界和八界系统 （一）六界系统：1. 1949年Jahn提出：后生动物界、后生植物界、真菌 界、原生生物界、原核生物界、病毒界。2. 1990年R.C.Brusca等提出：原核生物界、古细菌界、原生生物界、真菌界、植物界、动物界。 （二）八界系统： 1989年Cavalier Smith提出： 原核生物：古细菌界、真细菌界 真核生物. 古真核生物超界：古真核生物界后真核生物超界：原生动物
4、界、藻界、真菌界、植物界、动物界。,五、三原界系统,六、中国学者对生物分类的意见邓叔群1966年提出据生物三种营养方式划分：植物界、动物界、真菌界。胡先骕1965年提出： 始生总界：病毒界。 胞生总界：细菌界、粘菌界、真菌界、植物界、动物界。陈世骧（陈受宜）据生命进化的主要阶段划分： 非细胞总界：病毒界。 原核总界：细菌界、蓝藻界。 真核总界：植物界、真菌界、动物界。,第二节 植物在自然界和人类生活中的作用 一、植物在自然界中的作用 1.植物贮存的能量是地球上生命活动所需能量的基本源泉2.植物保证了大气中02、CO2和N2的平衡 3.植物对环境保护和水土保持的作用 二、植物在人类生活中的作用1
5、.植物界是天然的基因库2. 植物是发展国民经济的重要物质资源,1.植物贮存的能量是地球上生命活动所需能量的基本源泉绿色植物体叶绿体（利用光能，水、二氧化碳)光合作用 (photosynthesis)碳水化合物（在植物体内）同化为脂类和蛋白质等物质（1.维持本身的生命活动；2.组成植物体本身的结构；3.大部分为生物能源而贮藏）。据估算，地球上的植物每年约合成26050亿吨有机物（积蓄4200000亿亿焦耳的化学能），其中90%为海洋植物所合成，10%为陆生植物所合成。这些能量为非绿色植物、动物和人类的生命活动提供能源。存贮于地下的煤炭、石油、天然气也主要由远古绿色植物遗体经地质矿化而成，都是人类
6、生活的重要能源。* 植物的光合作用是地球上最大规模地把无机物转化为有机物、把太阳能转化为化学能的过程，是地球上生命活动所需能量的基本源泉。,2.植物保证了大气中02、CO2和N2的平衡 O2 1.绿色植物光合作用释放氧气大气中的氧气得到补充和保持平衡。 *大气层:大气层由电离层、平流层、对流层等组成，对流层最接近地球，大气层质量81%在对流层，接近地表的空气主要由氮气(78.1%)、氧气(20.9%)和少量氩气(0.9%)及二氧化碳(0.03%)组成。对流层中也含有水蒸汽和很少的“微量气体”甲烷、一氧化二碳、一氧化碳、氢气和臭氧。,CO2 1.空气中含有0.03%的CO2：2.绿色植物光合作用
7、：每年消耗空气CO2总量的1/501/35（只要3550年耗尽），但“相对稳定”。3.CO2的补充：（1）木材、煤炭、石油等物质的燃烧，火山的喷发；（2）动、植物呼吸；（3）非绿色植物（如真菌、细菌）等对生物尸体分解。4.温室效应：现代工业有机物大量燃烧分解能源消耗日益增加，而植物资源的蕴藏量和植物覆盖率逐渐下降空气中的CO2含量呈增长的趋势“温室效应”。20302050年，大气中CO2含量将比工业革命前(1850年)增加一倍，全球平均气温有可能1.54.5，海平面可能3050 cm，以及大批物种消失，使整个生态系统(ecological system)受到严重威胁。5.措施：植物资源的保护与
8、合理开发利用、营造森林植被、扩大植物的覆盖率。,氮素 1.植物生命活动中不可缺少的重要元素之一。 2.大气约含80%的游离氮素（绿色植物不能直接利用） 3.生物固氮作用 (biological nitrogen fixation)。少数细菌和蓝藻能够进行固氮作用。 4.绿色植物利用吸收的氮素合成植物蛋白质动物摄食、加工动物蛋白质。 5.氨化作用(ammonification)蛋白质呼吸以及动、植物尸体的分解氨：（1）铵盐植物再吸收；（2）氨经硝化细菌一系列的硝化作用 (nitrification)形成硝酸盐，成为植物吸收的主要氮源。 6.环境中的硝酸盐（由反硝化细菌）反硝化作用 (denitr
9、ification)游离氮 (N2)或氧化亚氮(N2O)，重返大气中。,物质循环 植物体内除碳和氮外，还有氢、氧、磷、硫、钾、铁、镁、钙以及各种微量元素。同理，这些元素被植物吸收后，又从植物返还自然界，进行永无休止的物质循环。总之，植物界是按照一定的规律来完成它的作用合成作用和分解作用，两者辩证统一，有规律的变化，循环反复，使自然界成为无尽的宝库，维持着无数的生命。同时，也使整个自然界，包括绿色植物、动物、非绿色植物以及非生物成为不可分割的统一体。,3.植物对环境保护和水土保持的作用1.背景：工业废气、废水、废渣和农业及生活面源污染物进入大气、水体和土壤，严重地污染环境，影响生物的生存和人类的
10、生产和生活。2.植物作用: （1）抗性和吸收、积累污染物的能力；（2）对大气污染的净化作用；（3）调节气候、减弱噪音、阻尘等；（4）吸收、积累重金属和富集（转化，某些细菌）有毒物质；（5）水土保持：据估计，一片5万亩森林蓄水量相当于一个100万m3水库；（6）蒸腾作用。3.环境污染的危害：植物受害的程度因污染物的性质、浓度和植物种类而异。有些植物具敏感性，可用来监测环境污染。例：唐菖蒲和葡萄氟化氢；菠菜和胡萝卜二氧化硫；苔藓,二、植物在人类生活中的作用 1.植物界是天然的基因库环境作用植物进化形成了无数类型的遗传性状庞大的天然基因库丰富的种质资源人类的宝贵财富。全球现有植物30多万种，其中高等
11、植物近25万种，栽培的有2 000多种。种质资源流失严重。英国气象学家Simpson估计曾在地球上生存过的植物有5 000万40亿种。据国际自然和自然资源联盟的保护监测中心估计，到20世纪末，全世界有50 00060 000种植物受到不同程度的威胁。原因：自然力 (冰川、森林大火、毁灭性大干旱、病虫害)和生物资源的过度开发、环境污染、全球气候变化、大规模兴建城市等。,2. 植物是发展国民经济的重要物质资源 植物是人类赖以生存的物质基础，是发展国民经济的物质资源。农、林业：粮食、糖类、油料、纤维、果品、蔬菜、饮料、药品、观赏、牧草和材用等。工业：食品、油脂、制糖、制药、建筑、纺织、造纸、橡胶、酿
12、造、涂料、化妆品，冶金、煤炭、石油等，我国幅员辽阔：跨越热带、亚热带、暖温带、温带、寒温带地区；地形多样：平原、盆地、丘陵、高原、山地、荒漠以及江、河、湖、海。植物分布变化很大，在我国几乎包括北半球覆盖地面的所有植被类型。我国仅种子植物有3万种以上，水稻、小米在我国已有数千年的栽培历史，此外，还有许多原产、特产于我国的植物种类。,第三节 植物科学的研究对象和基本任务植物科学（plant science）:研究植物种类群的形态结构、分类方法、生命活动、发育规律、遗传特性以及植物和外界环境间多种多样关系的科学。对象：整个植物界。基本任务：1.认识和揭示植物界所存在各层次的生命活动的客观规律（结构和
13、功能、生长发育、进化、分布及其与环境相互作用）；2.揭示新原理和探索新技术，为解决广泛的应用问题提供基本理论和方法。3.了解植物界众多的类群、复杂的区系、群落的特性和应用价值所进行的调查、鉴定和综合分析。组成：基础理论研究、应用基础研究和基本资料的调查研究。,第三节 植物科学的研究对象和基本任务 植物学的分支学科 （按研究的内容）1、植物形态学2、植物分类学3、植物生理学4、植物生态学5、植物地理学 按研究对象：藻类学、菌物学、苔藓学、种子植物学 按专业组：代谢植物学、发育植物学、遗传与育种植物学、结构植物学、系统与演化植物学、环境植物学。,第四节 植物科学在自然科学和国民经济发展中的意义1.
14、 植物学是生物科学的重要组成部分。2. 数学、物理、化学、生物、天文、地理等构成自然科学体系。3. 国民经济发展： （1）研究、改造和利用植物的基本理论和基础知识；（2）解决粮食、能源、生态修复、环境保护、医药、生物多样性保护等重大问题；（3）植物细胞工程、基因工程、酶工程等。,第五节 植物科学的发展简史和当代植物科学的发展趋势 一、描述植物学时期二、实验植物学时期三、现代植物学时期四、中国植物学发展的简要回顾,一、描述植物学时期1. 发展动力：人类生活、生产及生存。2. 内容：主要是认识和描述植物形态、习性、物候、用途等，积累资料，发展栽培植物。3. 方法：描述和比较（具思辩性）4.著作：
15、（1）希腊特奥佛拉斯托（Theophrastus. 约公元前371286）植物的历史和植物本源（奠基）植物500余种；（2）意大利塞萨平诺（Caesalpino.15191603）植物1500余种；（3）1672年英国格鲁（ Grew .16411712）植物解剖学5. 贡献：促进农业（种植业）发展,二、实验植物学时期（1820世纪初，100多年）1. 背景：显微镜使用，数、理、化等自然科学的成就及发展，农业及人们生活的需要等。2. 研究方法：实验解剖、分类、生理等3. 成就： （1）瑞典林奈（Linnaeus. 17071778）1735年出版自然系统，1753年植物种志对7300种植物使用
16、“双名法”。（2）德国施莱登（Schleiden. 18041881）1838年发表植物发生论；德国施旺（Schwann. 18211882）1839年出版关于动植物的结构和生长一致性的显微研究（3）英国达尔文（Darwin. 18091882）1859年发表物种起源及后来著作，创立进化论。（19世纪三大发现：进化论、细胞学说、能量守恒）,三、现代植物学时期从20世纪初至今 。19世纪科技迅速发展，为20世纪植物科学创造了条件。特别是确认DNA为遗传的物质基础并阐明了DNA的双螺旋结构之后，分子遗传学带动了植物学和整个生物学的迅速发展。最大特点就是应用先进技术从分子水平上去研究生命现象。 近2
17、0多年来特别是近10多年来，植物科学发展迅速，其中对植物科学影响最大的就是分子生物学及其技术。微观、宏观,* 现代植物科学的发展趋势 ： 1.两极分化及其融合：微观进一步探索生物分子水平的结构、过程与机理，以揭示生物界的高度的同一性；宏观继续在生物圈的水平上发展对大气圈、水圈、岩石圈相互作用的认识，且将跨出地球，进入外层空间，研究宇宙射线作用与无重力世界中的生命行为。 2.植物科学中传统的各分支学科彼此交叉渗透：各分支学科间的界限逐渐淡化，且植物科学也与其他生物学科、非生物学科间进行交叉、渗透和相互形响、相互推动。 3.植物科学的研究及其成果将解决人类生存的重大问题：人口增长及素质、粮食匮乏、
18、能源短缺、环境污染、生物多样性减少 、生态破坏、人类和生物生存环境日益恶化等。,四、中国植物学发展的简要回顾（一）古代植物科学的成就：特别是公元前到公元56世纪有许多植物科学的巨著产生，在国际上影响很大。如：草书于东汉，成书于西汉的神农本草经（植物性药物252种）是世界上最早的本草学著作；北魏贾思勰（xie）齐民要术（约成书于公元533-544）秦汉以来中国黄河中下游的农业生产经验：明代李时珍（1518-1593）的本草纲目记述了1892种药物，其中各种植物1195种；,（二）近代植物学起点：1858年李善兰和英国人威廉臣合编出版的植物学。发展：20世纪初至30年代，从西方和日本留学回国的一些
19、植物学家和最早的一批学生为奠基人：如钟观光、钱崇澍、胡先骕、李继侗、罗宗洛、戴芳澜、秦仁昌等。1923年邹秉文、钱崇澍、胡先骕等编著了高等植物学1937年陈嵘出版了中国树木分类学等。发展最快的植物分类学，随之植物生理学、植物生态学、藻类学、真菌学、生态学和细胞学等。建国以后，我国已形成分支学科齐全的科研和教学体系，包括植物生理学、植物分类学、植物化学与植物资源、植物生态学、植物组织培养、植物形态解剖学、植物胚胎学、古植物学、孢粉学等。,（三）现代植物学20世纪60年代以来，分子生物学、环境生物学以及近代技术科学、数、理、化的新概念和新技术引入植物学领域，新技术层出不穷：如X射线、电子显微、超离
20、心、同位素、核磁共振、波谱、光谱、电泳分析、色层分析以及计算机等。微观：细胞亚细胞分子水平，对植物体的结构和机能有了更深入的了解，在光合作用、生物固氮、呼吸作用、离子吸收、蛋白质的合成等许多方面获得了重大的突破；细胞工程、遗传工程、基因工程、克隆技术等。宏观：由植物的个体生态进到对种群、群落以及生态系统的综合性研究，推动巨大生态工程的建设，在改善人类的生存环境方面，表现出实际的效果，并推动在更大规模上开展跨国界、全球性的植物生态学重大问题的研究。,第六节 学习植物学的目的、意义要求和方法目的、意义： 要求、方法：1.注重基础基本知识、基本理论；2.辩证思维，把握知识间的内在联系；3.关注新成就、新动向、新发展；4.理论联系实际；6.强烈的兴趣是学好植物学的动力。,
