植物的进化和系统发育 北京师范大学刘全儒老师植物分类学课件教材课程
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第十四章 植物的进化和系统发育
第一节 植物进化的证据 第二节 植物进化的趋势和进化方
式 第三节 植物进化的基本理论 第四节 植物界的起源和进化
2020/4/24
第一节 植物进化的证据
一、化石证据
• 化石是保留在地层中的 古代生物的遗体、遗迹
• 化石的种类
– 印痕化石 – 矿石化石 – 化学化石
• 化石是植物进化的直接 证据
目为单系类群，买麻藤属与百岁兰属关系较近，与麻黄属关系较 远。 – 被子植物为单系类群；目前关于被子植物进化的假设认为：两大 分支——单子叶植物和真双子叶植物植根于木兰类的双子叶植物 （木兰亚纲）之中，而后者被认为是出于被子植物基部类群的集 合群。单子叶植物根据其单个子叶和其他特征被定义为单系类群 。而真双子叶植物是根据它们均具有三萌发孔及其衍生类型的花 粉定义的，八角科和五味子科具有三萌发孔与真双子叶植物是趋 同关系。真双子叶植物也是一个单系类群，含现存植物种类的 75%，包括毛茛类和“低等”的金缕梅类；进化类群包括了一大 部分现存的被子植物，如“高等”金缕梅类、蔷薇亚纲、石竹亚 纲、五桠果亚纲和菊亚纲。
– 苔藓植物起源于裸蕨
(1)地质年代记载晚于裸蕨;(2)裸蕨中的一些种类与苔藓植物 有相似之处;(3)裸蕨中可看到有输导组织消失的情况;(4)真 藓中有畸形的分叉孢子囊
• 演化方式
绿藻中的鞘毛藻
苔类
藓类
轮藻 2020/4/24裸蕨类
藓类 角苔
苔类 苔类 藓类
(五)裸子植物的起源和发展
1.裸子植物的祖先----原裸子植物
– 蓝藻产生的意义：产生氧气；形成臭氧层
2020/4/24
（二）真核藻类的产生和发展
– 时间：15-14亿年前
– 祖先：原核生物通过真核鞭毛生物演化而来
– 演化趋向：从单细胞到群体到多细胞；从简单 到复杂；从游动到不能游动；从低级到高级； 繁殖方式从营养繁殖到无性生殖到有性生殖； 有性生殖从同配到异配到卵式生殖；生活史从 具核相交替到世代交替、从同型世代交替到异 型世代交替
3. 双子叶植物和单子叶植物的关系
大多数学者认为单子叶植物是从已绝灭的原 始草本双子叶植物演化而来
水生莼菜起源说 陆生毛茛起源说
2020/4/24
4. 被子植物的发源地
绝大多数学者认为被子植物起源于热带或亚 热带
5. 关于被子植物系统演化的主要学说
– 恩格勒学派(假花说) – 毛茛学派(真花说)
2020/4/24
– 藻体的演化：
群体
多细胞体
单细胞 具鞭毛 失去鞭毛
2020/4/24
丝状体、叶状体 异丝体、枝状体
绿球藻型
多核体型
藻类的3条进化路 线
红色路线
绿色路线
杂色路线
2020/4/24
(三)裸蕨植物的产生和蕨类植物的起源和发展
1.裸蕨植物----陆生植物的最早优胜者
– 起源时间:
距今4亿年前古生代志留纪晚期
2020/4/24
wenku.baidu.com
第四节 植物界的起源和进化
一、地质年代与植物进化简史（见表14-1）
– 藻菌时代: 太古代到古生代志留纪晚期(28亿 年)
– 裸蕨植物时代:志留纪晚期或泥盆纪初期到中 泥盆纪晚期(0.3亿年)
– 蕨类植物时代:中泥盆纪晚期到早二叠纪(1.6 亿年)
– 裸子植物时代:古生代的早二叠纪到中生代的 白垩纪早期(1.4亿年)
• 顶枝学说和突出学说
2020/4/24
3.蕨类植物的起源和演化 • 起源:裸蕨植物 • 演化
石木真
松 贼 蕨原
松 类 类 类裸
叶
子
蕨 刺 叉叶属
植
类
石 松
古芦木
原始
物
直接
蕨类
后裔
裸蕨类
2020/4/24
(四)苔藓植物的产生
• 时间:距今3亿年前泥盆纪早期
• 起源理论
– 苔藓植物起源于绿藻
(1)具有与绿藻相似的叶绿体和光合色素;(2)贮藏物为淀粉 ;(3)游动细胞具2条顶生鞭毛;(4)合子在配子体内发育;(5)原 丝体类似于丝状绿藻;(6)藻苔的发现
– 被子植物时代:中生代末期的白垩纪以来
2020/4/24
二、植物界的起源和进化简史
化学 演化 阶段
无机分子 小分子有机物 小分子有机物 生物大分子 生物大分子 多分子体系 多分子体系 原始生命
生物 演化 阶段
（一）原核藻类的产生
– 时间：35-33亿年前
– 产生：厌氧异养原始生物 含叶绿素a、具 光系统I、不放氧的原核原藻类 光合自养 的原核蓝藻
2020/4/24
二、比较解剖学的证据 三、个体发育中重演现象的证据 四、生理生化的证据 五、分子生物学证据
2020/4/24
第二节 植物进化的趋势和进化方式
一、上升式进化 二、下降式进化
C 1 2 3456 7 8
三、趋同进化
四、趋异进化
B
b
五、平行进化
A
六、特化或专化
cd
七、渐变式进化与跳跃式进化 a
– 代表种类:
• 莱尼蕨(Rhynia) • 裸蕨(Psilophyton)
– 共同特征:无叶,仅具假根,
茎2叉分枝,单中柱,孢子囊 单生枝端,孢子同型
– 裸蕨植物成功登陆原因
• 水生藻类大发展 • 含氧量增加 • 加里东造山运动
– 祖先:古代的绿藻类
2020/4/24
2.裸蕨植物在植物系统发育和演化上的意义 ---揭示了高等植物营养体和孢子叶的发展和演化
（七）分子系统学在揭示植物起 源和系统演化中的作用
有意义的进展
– 轮藻植物与陆生植物的关系与其他“绿藻类” 植物的关系要近。 – 苔藓植物为并系类群，其中藓类和维管植物的关系更密切。 – 一些主要的分化事件和新形态特征出现于产生现存类群的辐射之
前。 – 买麻藤目是现存种子植物中与被子植物关系最近的类群；买麻藤
2020/4/24
2020/4/24
3.裸子植物的演化关系
2020/4/24
(六)被子植物的起源和发展
1. 被子植物发生的地质时期
白垩纪或晚侏罗纪 化石记录 花粉：
金粟兰科 花
喙柱始木兰 果
加州洞核 辽宁古果
2020/4/24
2. 可能的祖先
大多数学者认为被子植物起源于一个祖先,即 原被子植物.原被子植物可能源于本内苏铁或种 子蕨
– 主要特征:
外形似蕨类,以孢子 繁殖,次生木质部由 具缘纹孔的管胞组成
– 代表种类:
无脉蕨 (Aneurophyton) 古蕨 (Archaeopteris)
2020/4/24
2.裸子植物演化过程中的重要类群
– 种子蕨(Pteridospermae) – 本内苏铁(Bennettitinae) – 科得狄(Cordaitinae)
第一节 植物进化的证据 第二节 植物进化的趋势和进化方
式 第三节 植物进化的基本理论 第四节 植物界的起源和进化
2020/4/24
第一节 植物进化的证据
一、化石证据
• 化石是保留在地层中的 古代生物的遗体、遗迹
• 化石的种类
– 印痕化石 – 矿石化石 – 化学化石
• 化石是植物进化的直接 证据
目为单系类群，买麻藤属与百岁兰属关系较近，与麻黄属关系较 远。 – 被子植物为单系类群；目前关于被子植物进化的假设认为：两大 分支——单子叶植物和真双子叶植物植根于木兰类的双子叶植物 （木兰亚纲）之中，而后者被认为是出于被子植物基部类群的集 合群。单子叶植物根据其单个子叶和其他特征被定义为单系类群 。而真双子叶植物是根据它们均具有三萌发孔及其衍生类型的花 粉定义的，八角科和五味子科具有三萌发孔与真双子叶植物是趋 同关系。真双子叶植物也是一个单系类群，含现存植物种类的 75%，包括毛茛类和“低等”的金缕梅类；进化类群包括了一大 部分现存的被子植物，如“高等”金缕梅类、蔷薇亚纲、石竹亚 纲、五桠果亚纲和菊亚纲。
– 苔藓植物起源于裸蕨
(1)地质年代记载晚于裸蕨;(2)裸蕨中的一些种类与苔藓植物 有相似之处;(3)裸蕨中可看到有输导组织消失的情况;(4)真 藓中有畸形的分叉孢子囊
• 演化方式
绿藻中的鞘毛藻
苔类
藓类
轮藻 2020/4/24裸蕨类
藓类 角苔
苔类 苔类 藓类
(五)裸子植物的起源和发展
1.裸子植物的祖先----原裸子植物
– 蓝藻产生的意义：产生氧气；形成臭氧层
2020/4/24
（二）真核藻类的产生和发展
– 时间：15-14亿年前
– 祖先：原核生物通过真核鞭毛生物演化而来
– 演化趋向：从单细胞到群体到多细胞；从简单 到复杂；从游动到不能游动；从低级到高级； 繁殖方式从营养繁殖到无性生殖到有性生殖； 有性生殖从同配到异配到卵式生殖；生活史从 具核相交替到世代交替、从同型世代交替到异 型世代交替
3. 双子叶植物和单子叶植物的关系
大多数学者认为单子叶植物是从已绝灭的原 始草本双子叶植物演化而来
水生莼菜起源说 陆生毛茛起源说
2020/4/24
4. 被子植物的发源地
绝大多数学者认为被子植物起源于热带或亚 热带
5. 关于被子植物系统演化的主要学说
– 恩格勒学派(假花说) – 毛茛学派(真花说)
2020/4/24
– 藻体的演化：
群体
多细胞体
单细胞 具鞭毛 失去鞭毛
2020/4/24
丝状体、叶状体 异丝体、枝状体
绿球藻型
多核体型
藻类的3条进化路 线
红色路线
绿色路线
杂色路线
2020/4/24
(三)裸蕨植物的产生和蕨类植物的起源和发展
1.裸蕨植物----陆生植物的最早优胜者
– 起源时间:
距今4亿年前古生代志留纪晚期
2020/4/24
wenku.baidu.com
第四节 植物界的起源和进化
一、地质年代与植物进化简史（见表14-1）
– 藻菌时代: 太古代到古生代志留纪晚期(28亿 年)
– 裸蕨植物时代:志留纪晚期或泥盆纪初期到中 泥盆纪晚期(0.3亿年)
– 蕨类植物时代:中泥盆纪晚期到早二叠纪(1.6 亿年)
– 裸子植物时代:古生代的早二叠纪到中生代的 白垩纪早期(1.4亿年)
• 顶枝学说和突出学说
2020/4/24
3.蕨类植物的起源和演化 • 起源:裸蕨植物 • 演化
石木真
松 贼 蕨原
松 类 类 类裸
叶
子
蕨 刺 叉叶属
植
类
石 松
古芦木
原始
物
直接
蕨类
后裔
裸蕨类
2020/4/24
(四)苔藓植物的产生
• 时间:距今3亿年前泥盆纪早期
• 起源理论
– 苔藓植物起源于绿藻
(1)具有与绿藻相似的叶绿体和光合色素;(2)贮藏物为淀粉 ;(3)游动细胞具2条顶生鞭毛;(4)合子在配子体内发育;(5)原 丝体类似于丝状绿藻;(6)藻苔的发现
– 被子植物时代:中生代末期的白垩纪以来
2020/4/24
二、植物界的起源和进化简史
化学 演化 阶段
无机分子 小分子有机物 小分子有机物 生物大分子 生物大分子 多分子体系 多分子体系 原始生命
生物 演化 阶段
（一）原核藻类的产生
– 时间：35-33亿年前
– 产生：厌氧异养原始生物 含叶绿素a、具 光系统I、不放氧的原核原藻类 光合自养 的原核蓝藻
2020/4/24
二、比较解剖学的证据 三、个体发育中重演现象的证据 四、生理生化的证据 五、分子生物学证据
2020/4/24
第二节 植物进化的趋势和进化方式
一、上升式进化 二、下降式进化
C 1 2 3456 7 8
三、趋同进化
四、趋异进化
B
b
五、平行进化
A
六、特化或专化
cd
七、渐变式进化与跳跃式进化 a
– 代表种类:
• 莱尼蕨(Rhynia) • 裸蕨(Psilophyton)
– 共同特征:无叶,仅具假根,
茎2叉分枝,单中柱,孢子囊 单生枝端,孢子同型
– 裸蕨植物成功登陆原因
• 水生藻类大发展 • 含氧量增加 • 加里东造山运动
– 祖先:古代的绿藻类
2020/4/24
2.裸蕨植物在植物系统发育和演化上的意义 ---揭示了高等植物营养体和孢子叶的发展和演化
（七）分子系统学在揭示植物起 源和系统演化中的作用
有意义的进展
– 轮藻植物与陆生植物的关系与其他“绿藻类” 植物的关系要近。 – 苔藓植物为并系类群，其中藓类和维管植物的关系更密切。 – 一些主要的分化事件和新形态特征出现于产生现存类群的辐射之
前。 – 买麻藤目是现存种子植物中与被子植物关系最近的类群；买麻藤
2020/4/24
2020/4/24
3.裸子植物的演化关系
2020/4/24
(六)被子植物的起源和发展
1. 被子植物发生的地质时期
白垩纪或晚侏罗纪 化石记录 花粉：
金粟兰科 花
喙柱始木兰 果
加州洞核 辽宁古果
2020/4/24
2. 可能的祖先
大多数学者认为被子植物起源于一个祖先,即 原被子植物.原被子植物可能源于本内苏铁或种 子蕨
– 主要特征:
外形似蕨类,以孢子 繁殖,次生木质部由 具缘纹孔的管胞组成
– 代表种类:
无脉蕨 (Aneurophyton) 古蕨 (Archaeopteris)
2020/4/24
2.裸子植物演化过程中的重要类群
– 种子蕨(Pteridospermae) – 本内苏铁(Bennettitinae) – 科得狄(Cordaitinae)