植物的起源与演化

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雄花的苞片 雌花的苞片 花被 心皮
雄花的小苞片消失,剩下雄蕊 雌花小苞片退化剩下胚珠
假花说由恩格勒学派的韦特斯坦(Wettstein)建立。 现代被子植物的原始类群是单性花的葇荑花序类植物, 有人甚至认为,木麻黄科就是直接从裸子植物的麻黄
科演变而来的原始被子植物。
11.6 被子植物的分类系统
1 恩格勒的分类系统
德国植物学家恩格勒(Engler)和柏兰特(Prantl)
于1887年在《植物自然分科志》一书中发表。 把植物界分成13门, 而被子植物是第13门中的一 个亚门,即种子植物门被子植物亚门,并将被子植 物亚门分成双子叶植物和单子叶植物二个纲,将单
子叶植物放在双子叶植物之前。
修订后,1964年第12版 分62目344科。
的门类齐全。
11.3 苔藓植物和蕨类植物的起源与演化
志留纪和泥盆纪化石表明:松叶蕨、石松、楔 叶以及原始蕨登陆成功。
一 苔藓植物的起源和演化
1 绿藻起源说 费氏藻
(Fritshiella tuberosa )
藻苔 Takakia lepidozioides
A. 植物体(1. 茎;2. 颈卵器;3. 叶;4. 鞭状 枝); B. 茎的横切面; C. 叶(示3深裂);D. 叶 的中部; E. 叶的尖部; F—I. 叶的横切面; J. 叶基和茎的一部分(示粘液细胞)
生殖方式:营养繁殖→无性生殖→有性生殖(同配→ 异配→卵配);受精需水→花粉管→双受精 生活史:营养繁殖→无性生殖→核相交替(合子或配 子减数分裂)→世代交替(孢子减数分裂)(同形世代 交替→异形世代交替→孢子体发达的异形世代交替, 配子体独立生活→寄生在孢子体上) 种子:无(仅具孢子)→裸露种子→具包被种子 生境:水生→陆生;狭幅→广幅
第11章
植物的起源与演化
11.1 生命的起源与原核生物的产生
45亿~50亿年前,地球表面冷却形成了地壳。 火山喷发使大气充满各种气体,可能包括CO2、甲
烷、CO、N2、H2、NH3、H2S 。
南非东北部巴伯顿前寒武纪(Precambian)地层,杆 状细菌型细胞称为Eobacterium isolatum,蓝藻称
有花植物
新生代
Cenozoic
第三纪 Tertiary
白垩纪
晚白垩世 早白垩世 晚侏罗世 早侏罗世 晚三叠世 早三叠世 晚二叠世 早二叠世
中生代
Mesozoic
侏罗纪 三叠纪
被子植物形成优势 被子植物起源, 裸子植物繁盛
古生代
二叠纪
蕨类植物及种子蕨繁盛

纪 石炭纪 Carboniferous
世 晚石炭世 早石炭世 晚泥盆世
距今年代/(百 万年前) 325 345 360 370 395 430
优势植物
泥盆纪 Devonian 古生代 Paleozoic
中泥盆世 早泥盆世
蕨类植物兴起, 苔藓及裸子植物发生
志留纪 Silurian 奥陶纪 Ordovician 寒武纪 Cambrian
简单维管植物,最早的蕨类
500 570 570-1500
下降演化(downward evolution): 有些器官和组织 的结构从复杂走向简单,如苔藓植物由孢子体发达的 裸蕨退化而成。 • 下降式进化(简化式进化) • 趋同进化:亲缘关系远的类群因生境相同,而在形 态结构和生理机能上形成相似特征的进化方式 • 趋异进化:来源于共同祖先的植物类群因生境不同, 而在形态结构和生理机能上形成相异特征的进化方 式 适应辐射:一个物种适应多种不同的环境而分化成 多个在形态、生理上各不相同的种的进化方式
植物通过三个方面向南分布: (1)由欧洲向非洲南进;
(2)从欧亚大陆向南发展到中国和日本,再向南伸展 到马来西亚、澳大利亚; (3)由加拿大经美国进入拉丁美洲,最后扩散到全球。
现在看来,这种主张证据是不足的。
2 中、低纬度起源说
大多数学者支持被子植物起源于热带。 大量被子植物化石在中、低纬度出现的时间实际上 早于高纬度。 现代被子植物的地理分布情况,同样说明植物可能 起源于中、低纬度地区。 雷文(Raven)和阿克塞尔罗(Axelrod)等人根 据板块学说和古植物的证据,主张被子植物可能起 源于西冈瓦纳板块的热带高地。
恩格勒系统是根据假花说的原理,认为无花瓣、单性、 木本、风媒传粉等为原始的特征,而有花瓣、两性、
虫媒传粉的是进化的特征。
2
哈钦森被子植物分类系统
英国植物学家哈钦森于1926年在《有花植物科志》 一书中提出,1973年作了修订,从原来332科增加
到411科。
该系统认为被子植物是单元起源的,双子叶植物以木兰目和毛 茛目为起点,从木兰目演化出一支木本植物,从毛茛目演化出 一支草本植物,认为这两枝是平行发展的。单子叶植物起源于 双子叶植物的毛茛目,并在早期就分化为三个进化线:萼花群 ( Calyciferae ) 、 瓣 花 群 ( Corolliferae ) 和 颖 花 群 (Glumiflorae)。
费氏藻
2
裸蕨退化说
角蕨属 (Hornea) 莱尼蕨属 (Rhynia) 孢囊蕨属(Sporogonites) 顶枝学说 (Telome Theory) 裸蕨类出现早于苔藓植物
二 蕨类植物的起源和演化
光蕨属 Cooksonia
莱尼蕨属(Rhynia)
裸蕨属(Psilophyton)
裸蕨类
刺石松
2
单元起源和多元起源
(1)单元起源 现代多数植物学家主张被子植物单元起源(monorheithry), 主要依据是被子植物具有许多独特和高度特化的特征。如双受
精现象和三倍体的胚乳。
茎内部有筛管和伴胞 雌、雄蕊在花中的排列位置固定不变 雄蕊都有4个孢子囊和特有的药室内层 大孢子叶(心皮)特化为雌蕊,顶端为柱头 花粉管通过退化的助细胞进入胚囊 都有双受精和3倍体的胚乳 花粉外均有花粉鞘(Pollenkitt)
石松类植物
裸蕨类
古芦木、海尼蕨
木贼类植物
裸蕨类
小原始蕨、古蕨属
真蕨类植物
11.4 裸子植物的发生与演化
古生代最显著的标志是:早泥盆世2500万年时间
里由纤弱的维管草本发展出了森林乔木,二叠纪
4500万年时间里的物种大灭绝。 有花植物的孕育在三叠纪开始。 白垩纪是第三个快速进化时期,原因:气候和地质 的巨大变化,虫媒传粉盛行。 白垩纪最为显著的特征:被子植物的散布和恐龙的 灭绝。
• 平行进化:来源于共同祖先的植物类群,由于后来 又生活在类似的生境中,形成了相似的适应特征称 平行进化。 平行进化与趋同进化的区别: 平行进化:亲缘关系较近的植物种或植物类群,经 过平行进化产生相似的特征。 趋同进化:亲缘关系较远的的植物种或类群,由于 适应相同的生境而形成了相近的特征。
辽宁古果(中华古果)
1996年发现于辽宁省西部朝阳地区的孔子鸟化石,距今已1.3亿 年,被称为世界上“最早具有角质喙的鸟类”。1998年在这里 发现的中华古果化石,已有1.45亿年历史,是迄今为止世界上 所发现的最古老的被子植物,被称为“世界最早的花”。
(二)发源地 1 高纬度起源说
希尔(Heer)的观点
中生代—裸子植物时代
三叠纪:
侏罗纪: 白垩纪:恐龙灭绝、昆虫和 有花植物分化 新生代—被子植物时代 第三纪:昆虫与被子植物继 续繁盛分化、出现鸟类和大 量哺乳动物 第四纪:灵长类一支进化为 人类
11.2 真核藻类的起源与演化
① 单核丝状蓝藻,与现代的颤藻属(Oscillatoria) 和念珠藻属(Nostoc)相似;(原核藻类) ② 细菌(原核); ③ 真核真菌; ④ 真核绿藻。
11.7
植物的进化方式和进化趋势
1 植物类群演化的趋势 • 上升式进化:结构与功能由简单到复杂的进化方式 细胞结构:原核→真核,原核→间核→真核 形态结构:单细胞→群体或丝状体→多细胞体;无 分化→有分化,简单分化→复杂分化;原植体→拟 茎叶体→根茎叶植物体;无维管组织→有维管组织 生殖器官:单细胞结构→多细胞结构→具不育细胞 层的多细胞结构,无花→无花被花→具花被花
(2)多元起源(polyrheithry) 如认为被子植物分别与本内苏铁、苛得狄类、银杏类、松 杉类和苏铁类有关。
距今6亿~20亿年间,海洋中充满了生物,包括 了许多原始的动、植物类型。 除志留纪(Silurian)、泥盆纪、二叠纪的冰川时期
外,类似于现代的热带气候统治着整个世界,物种的
大爆发就在这时发生。
在寒武纪(Cambrian)、奥陶纪(Ordovician)以及志
留纪的大部分时间,藻类一直在植物界里占优势,红 藻、褐藻等许多与现在种类相似的类群已出现,绿藻
3
塔赫他间被子植物分类系统
塔赫他间于1954年公布。他认为被子植物起源于种子
蕨,并通过幼态成熟演化而成;草本植物由木本植物
演化而来;单子叶植物起源于原始的水生双子叶植物
的具单沟舟形粉的睡莲目莼菜科。
4 克郎奎斯特被子植物分类系统 克郎奎斯特分类系统是美国学者克郎奎斯特
(Cronquist)1958年发表的。该分类系统亦采用真
(三)可能的祖先
1 真花学说(Euanthium Theory)
认为被子植物的花是一个简单的孢子叶穗,它是由裸子植物中 早已灭绝的本内苏铁目,特别是准苏铁(Cycadeothea)具两 性孢子叶的球穗花进化而来的。
孢子叶球上的苞片 小孢子叶 大孢子叶 孢子叶球的轴 被子植物的花被 雄蕊 雌蕊(心皮) 花轴
花学说及单元起源的观点,认为有花植物起源于一类
已经绝灭的种子蕨;现代所有生活的被子植物亚纲,
都不可能是从现存的其他亚纲的植物进化来的;木兰 亚纲是有花植物基础的复合群,木兰目是被子植物的
原始类型;葇荑花序类各目起源于金缕梅目;单子叶
植物来源于类似现代睡莲目的祖先,并认为泽泻亚纲
是百合亚纲进化线上近基部的一个前寒武纪 Precambria n
细菌及蓝藻 1 500~5 000
高 等 植 物 演 化 的 地 质 年 代 表

生物进化的历史进程
前寒武纪—— 34亿年前:单细胞原核生物 20亿年前:单细胞真核藻类 8亿年前:多细胞生物 古生代—— 寒武纪:生物大爆发,藻类、 蕨类植物 奥陶纪和志留纪:植物由水生 到陆生的进化 泥盆纪:裸蕨植物时代 石炭纪:蕨类植物时代 二叠纪:裸子植物繁茂
种子蕨的结构发展到现代被子植物的相应结构。
蕨类植物从志留纪、泥盆纪到全盛的晚石炭世,历时不下于 0.8亿~1亿年。裸子植物从晚泥盆世到全盛的中生代,历时 1.5亿年。被子植物起源的时代不迟于三叠纪。
裸子植物在系统发育过程中,主要演化趋势是:
A.植物体茎干由不分枝到多分枝; B.孢子叶由散生到聚生成各式孢子叶球;大孢子叶逐渐特化;
• 特化或专化:有些植物在适应特殊条件或特殊环境 时,发展了一些特殊的构造,如某些虫媒传粉植物 的花被或雄蕊极度特化,只能适应某一类昆虫进行 传粉,这种现象称为特化或专化 • 渐变式进化与跳跃式进化: 渐变式进化:进化是缓慢的、渐变的过程,是微小 突变的积累 跳跃式进化:调节基因发生突变而引起的生物大突 变 • 多洛定律:生物进化的不可逆性规律
C.雄配子体由吸器发展为花粉管;雄配子由游动的、多纤毛精 子,发展到无纤毛的精核; D.颈卵器由退化发展到没有,等。
买麻藤纲是裸子植物中最进化的类群。
苛得狄
11.5 被子植物的起源与演化
(一)起源的时间
1 古生代起源说
认为被子植物起源于古生代二叠纪。 2 白垩纪(或晚侏罗纪)起源说 被子植物起源于白垩纪或晚侏罗纪。 被子植物起源的时间似乎可以肯定,是在白垩纪以 前的某个时期。
为Archaeosphaeroides barbertonensis。
地质年代和不同时期占优势植物演化
代 纪 第四纪 Quaternary 世 距今年代 /百万年前
优势植物
现代 更新世
上新世 中新世 渐新世 始新世 古新世
12 000年前 2.5
7.0 26 38 54 65 90 136 166 190 200 225 260 280
现代被子植物中的多心皮类,尤其是木兰目植物是 现代被子植物的较原始的类群。 真花说由毛茛学派建立。
2 假花说(Pseudoanthium Theory)
认为被子植物的花和裸子植物的完全一致,每一个 雄蕊和心皮分别相当于1个极端退化的雄花和雌花,
因而设想被子植物来自于裸子植物的麻黄类中的弯
柄麻黄(Ephedra campylopoda)。
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