植物的進(jìn)化和系統(tǒng)發(fā)育

關(guān)于植物的進(jìn)化和系統(tǒng)發(fā)育第一節(jié)植物進(jìn)化的證據(jù)一、化石證據(jù)二、比較解剖學(xué)的證據(jù)三、個體發(fā)育中重演現(xiàn)象的證據(jù)四、生理生化的證據(jù)五、分子生物學(xué)證據(jù)第2頁,共62頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)植物進(jìn)化的趨勢和進(jìn)化方式一、上升式進(jìn)化二、下降式進(jìn)化三、趨同進(jìn)化四、趨異進(jìn)化五、平行進(jìn)化六、特化或?qū)；?、漸變式進(jìn)化與跳躍式進(jìn)化ABBC12345678abcd第3頁,共62頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)生物進(jìn)化的基本理論一、達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說二、現(xiàn)代遺傳學(xué)對生物進(jìn)化機(jī)制的一些解釋遺傳與變異的辯證統(tǒng)一是植物進(jìn)化的根本動力自然選擇是植物進(jìn)化的基本規(guī)律人工選擇可加速進(jìn)化的進(jìn)程隔離在植物進(jìn)化中的作用三、單元起源和多元起源單元論多元論四、植物的個體發(fā)育和系統(tǒng)發(fā)育植物的個體發(fā)育植物的系統(tǒng)發(fā)育第4頁,共62頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)植物界的起源和進(jìn)化一、地質(zhì)年代與植物進(jìn)化簡史（見表14-1）藻菌時(shí)代:太古代到古生代志留紀(jì)晚期(28億年)裸蕨植物時(shí)代:志留紀(jì)晚期或泥盆紀(jì)初期到中泥盆紀(jì)晚期(0.3億年)蕨類植物時(shí)代:中泥盆紀(jì)晚期到早二疊紀(jì)(1.6億年)裸子植物時(shí)代:古生代的早二疊紀(jì)到中生代的白堊紀(jì)早期(1.4億年)被子植物時(shí)代:中生代末期的白堊紀(jì)以來第5頁,共62頁，2024年2月25日，星期天二、植物界的起源和進(jìn)化簡史（一）原核藻類的產(chǎn)生時(shí)間：35-33億年前產(chǎn)生：厭氧異養(yǎng)原始生物含葉綠素a、具光系統(tǒng)I、不放氧的原核原藻類光合自養(yǎng)的原核藍(lán)藻藍(lán)藻產(chǎn)生的意義：產(chǎn)生氧氣；形成臭氧層化學(xué)演化階段生物演化階段無機(jī)分子小分子有機(jī)物小分子有機(jī)物生物大分子生物大分子多分子體系多分子體系原始生命第6頁,共62頁，2024年2月25日，星期天（二）真核藻類的產(chǎn)生和發(fā)展時(shí)間：15-14億年前祖先：原核生物通過真核鞭毛生物演化而來演化趨向：從單細(xì)胞到群體到多細(xì)胞；從簡單到復(fù)雜；從游動到不能游動；從低級到高級；繁殖方式從營養(yǎng)繁殖到無性生殖到有性生殖；有性生殖從同配到異配到卵式生殖；生活史從具核相交替到世代交替、從同型世代交替到異型世代交替藻體的演化：單細(xì)胞具鞭毛群體多細(xì)胞體失去鞭毛絲狀體、葉狀體異絲體、枝狀體綠球藻型多核體型第7頁,共62頁，2024年2月25日，星期天藻類的3條進(jìn)化路線紅色(藍(lán))路線:a+d路線雜色路線:a+c路線綠色路線:a+b路線第8頁,共62頁，2024年2月25日，星期天(三)裸蕨植物的產(chǎn)生和蕨類植物的起源和發(fā)展1.裸蕨植物----陸生植物的最早優(yōu)勝者起源時(shí)間:距今4億年前古生代志留紀(jì)晚期代表種類:萊尼蕨(Rhynia)裸蕨(Psilophyton)共同特征:無葉,僅具假根,莖2叉分枝,單中柱,孢子囊單生枝端,孢子同型裸蕨植物成功登陸原因水生藻類大發(fā)展含氧量增加加里東造山運(yùn)動使陸地面積增大祖先:古代的綠藻類第9頁,共62頁，2024年2月25日，星期天2.裸蕨植物在植物系統(tǒng)發(fā)育和演化上的意義---揭示了高等植物營養(yǎng)體和孢子葉的發(fā)展和演化頂枝學(xué)說和突出學(xué)說第10頁,共62頁，2024年2月25日，星期天3.蕨類植物的起源和演化起源:裸蕨植物演化裸蕨類松葉蕨類石松類刺石松木賊類叉葉屬古蘆木原始蕨類真蕨類直接后裔原裸子植物第11頁,共62頁，2024年2月25日，星期天(四)苔蘚植物的產(chǎn)生時(shí)間:距今3億年前泥盆紀(jì)早期起源理論苔蘚植物起源于綠藻(1)具有與綠藻相似的葉綠體和光合色素;(2)貯藏物為淀粉;(3)游動細(xì)胞具2條頂生鞭矛;(4)合子在配子體內(nèi)發(fā)育;(5)原絲體類似于絲狀綠藻;(6)藻苔的發(fā)現(xiàn)苔蘚植物起源于裸蕨(1)地質(zhì)年代記載晚于裸蕨;(2)裸蕨中的一些種類與苔蘚植物有相似之處;(3)裸蕨中可看到有輸導(dǎo)組織消失的情況;(4)真蘚中有畸形的分叉孢子囊演化方式綠藻中的鞘毛藻苔類蘚類輪藻蘚類苔類裸蕨類角苔苔類蘚類第12頁,共62頁，2024年2月25日，星期天(五)裸子植物的起源和發(fā)展1.裸子植物的祖先----原裸子植物主要特征:外形似蕨類,以孢子繁殖,次生木質(zhì)部由具緣紋孔的管胞組成代表種類:無脈蕨(Aneurophyton)古蕨(Archaeopteris)第13頁,共62頁，2024年2月25日，星期天2.裸子植物演化過程中的重要類群種子蕨(Pteridospermae)本內(nèi)蘇鐵(Bennettitinae)科得狄(Cordaitinae)第14頁,共62頁，2024年2月25日，星期天3.裸子植物的演化關(guān)系第15頁,共62頁，2024年2月25日，星期天(六)被子植物的起源和發(fā)展1.被子植物發(fā)生的地質(zhì)時(shí)期

白堊級或晚侏羅紀(jì)2.可能的祖先

大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為被子植物起源于一個祖先,即原被子植物.原被子植物可能源于本內(nèi)蘇鐵或種子蕨3.雙子葉植物和單子葉植物的關(guān)系大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為單子葉植物是從已絕滅的原始草本雙子葉植物演化而來第16頁,共62頁，2024年2月25日，星期天4.被子植物的發(fā)源地

絕大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為被子植物起源于熱帶或亞熱帶5.關(guān)于被子植物系統(tǒng)演化的主要學(xué)說恩格勒學(xué)派(假花說)毛茛學(xué)派(真花說)第17頁,共62頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)植物的起源與演化

一、生命的起源與原核生物的產(chǎn)生二、真核藻類的起源與演化三、蕨類植物和苔蘚植物的發(fā)生與演化四、裸子植物的發(fā)生與演化五、被子植物的起源與演化六、被子植物的分類系統(tǒng)七第18頁,共62頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)植物的起源與演化45億～50億年前，地球表面冷卻形成了地殼。

火山噴發(fā)使大氣充滿各種氣體，可能包括CO2、甲烷、CO、N2、H2、NH3、H2S

。

南非東北部巴伯頓前寒武紀(jì)(Precambian)地層，桿狀細(xì)菌型細(xì)胞稱為Eobacteriumisolatum，藍(lán)藻稱為Archaeosphaeroides

barbertonensis。

一、生命的起源與原核生物的產(chǎn)生第19頁,共62頁，2024年2月25日，星期天植物演化地質(zhì)年代表代紀(jì)世距今年代/百萬年前優(yōu)勢植物新生代Cenozoic第四紀(jì)Quaternary現(xiàn)代12000年前有花植物第三紀(jì)

Tertiary更新世2.5上新世7.0中新世26漸新世38始新世54古新世65中生代Mesozoic白堊紀(jì)晚白堊世90被子植物形成優(yōu)勢被子植物起源，裸子植物繁盛早白堊世136侏羅紀(jì)晚侏羅世166早侏羅世190三疊紀(jì)晚三疊世200早三疊世225古生代二疊紀(jì)晚二疊世260蕨類植物及種子蕨繁盛早二疊世280第20頁,共62頁，2024年2月25日，星期天代紀(jì)世距今年代/(百萬年前)優(yōu)勢植物古生代Paleozoic石炭紀(jì)Carboniferous晚石炭世325蕨類植物興起，苔蘚及裸子植物發(fā)生早石炭世345泥盆紀(jì)Devonian晚泥盆世360中泥盆世370早泥盆世395志留紀(jì)Silurian430簡單維管植物，最早的蕨類奧陶紀(jì)Ordovician500藻類植物繁盛寒武紀(jì)Cambrian

570元古代太古代前寒武紀(jì)Precambrian570-15001500～5000細(xì)菌及藍(lán)藻植物演化地質(zhì)年代表---續(xù)第21頁,共62頁，2024年2月25日，星期天高等植物演化的地質(zhì)年代表

返回第22頁,共62頁，2024年2月25日，星期天②細(xì)菌；①單核絲狀藍(lán)藻，與現(xiàn)代的顫藻屬(Oscillatoria)和念珠藻屬(Nostoc)相似；③真核真菌；④真核綠藻。二、真核藻類的起源與演化第23頁,共62頁，2024年2月25日，星期天距今6億～20億年間，海洋中充滿了生物，包括了許多原始的動、植物類型。除志留紀(jì)(Silurian)、泥盆紀(jì)、二疊紀(jì)的冰川時(shí)期外，類似于現(xiàn)代的熱帶氣候統(tǒng)治著整個世界，物種的大爆發(fā)就在這時(shí)發(fā)生。在寒武紀(jì)(Cambrian)、奧陶紀(jì)(Ordovician)以及志留紀(jì)的大部分時(shí)間，藻類一直在植物界里占優(yōu)勢，紅藻、褐藻等許多與現(xiàn)在種類相似的類群已出現(xiàn)，綠藻的門類齊全。返回第24頁,共62頁，2024年2月25日，星期天志留紀(jì)和泥盆紀(jì)化石表明：松葉蕨、石松、楔葉以及原始蕨登陸成功。費(fèi)氏藻(FritshiellatuberoseIyengar)Cooksonia萊尼蕨屬(Rhynia)最早的木本植物瘤指蕨(Pseudosporochnus

nodosus)三、蕨類植物和苔蘚植物的發(fā)生與演化第25頁,共62頁，2024年2月25日，星期天佛氏藻1.塊狀細(xì)胞群2.匍匐枝3.直立氣生枝系4.絲狀假根第26頁,共62頁，2024年2月25日，星期天無脈蕨(Aneurophyton)古蕨(Archaeopleris)最早的種子是在晚泥盆世發(fā)現(xiàn)的，被稱為古籽(Archeosperma)。鱗木(Lepidodendron)蘆木(Calamites)裸蕨類(Psilophyta)第27頁,共62頁，2024年2月25日，星期天苔蘚植物的起源和演化

1．綠藻起源說費(fèi)氏藻(Fritshiella

tuberoseIyengar)第28頁,共62頁，2024年2月25日，星期天A.植物體(1.莖；2.頸卵器；3.葉；4.鞭狀枝);B.莖的橫切面;C.葉(示3深裂)；D.葉的中部;E.葉的尖部;F—I.葉的橫切面;J.葉基和莖的一部分(示粘液細(xì)胞)藻苔第29頁,共62頁，2024年2月25日，星期天

2．裸蕨退化說角蕨屬(Hornea)萊尼蕨屬(Rhynia)孢囊蕨屬(Sporogonites)頂枝學(xué)說(TelomeTheory)好尼蕨屬(Horneophton)返回第30頁,共62頁，2024年2月25日，星期天四、裸子植物的發(fā)生與演化古生代最顯著的標(biāo)志是：早泥盆世2500萬年時(shí)間里由纖弱的維管草本發(fā)展出了森林喬木，二疊紀(jì)4500萬年時(shí)間里的物種大滅絕。有花植物的孕育在三疊紀(jì)開始。

第31頁,共62頁，2024年2月25日，星期天白堊紀(jì)是第三個快速進(jìn)化時(shí)期，原因：氣候和地質(zhì)的巨大變化，蟲媒傳粉盛行。白堊紀(jì)最為顯著的特征：被子植物的散布和恐龍的滅絕。第32頁,共62頁，2024年2月25日，星期天

種子蕨的結(jié)構(gòu)發(fā)展到現(xiàn)代被子植物的相應(yīng)結(jié)構(gòu)。

第33頁,共62頁，2024年2月25日，星期天

蕨類植物從志留紀(jì)、泥盆紀(jì)到全盛的晚石炭世，歷時(shí)不下于0.8億～1億年。裸子植物從晚泥盆世到全盛的中生代，歷時(shí)1.5億年。被子植物起源的時(shí)代不遲于三疊紀(jì)。第34頁,共62頁，2024年2月25日，星期天A．植物體莖干由不分枝到多分枝；B．孢子葉由散生到聚生成各式孢子葉球；大孢子葉逐漸特化；C．雄配子體由吸器發(fā)展為花粉管；雄配子由游動的、多纖毛精子，發(fā)展到無纖毛的精核；D．頸卵器由退化發(fā)展到?jīng)]有，等。裸子植物在系統(tǒng)發(fā)育過程中，主要演化趨勢是：買麻藤綱是裸子植物中最進(jìn)化的類群。第35頁,共62頁，2024年2月25日，星期天第36頁,共62頁，2024年2月25日，星期天

苛得狄第37頁,共62頁，2024年2月25日，星期天返回第38頁,共62頁，2024年2月25日，星期天五、被子植物的起源與演化（一）起源的時(shí)間1．古生代起源說認(rèn)為被子植物起源于古生代二疊紀(jì)。2．白堊紀(jì)（或晚侏羅紀(jì)）起源說被子植物起源于白堊紀(jì)或晚侏羅紀(jì)。被子植物起源的時(shí)間似乎可以肯定，是在白堊紀(jì)以前的某個時(shí)期。第39頁,共62頁，2024年2月25日，星期天（二）發(fā)源地1．高緯度起源說希爾（Heer）的觀點(diǎn)植物通過三個方面向南分布：（1）由歐洲向非洲南進(jìn)；（2）從歐亞大陸向南發(fā)展到中國和日本，再向南伸展到馬來西亞、澳大利亞；（3）由加拿大經(jīng)美國進(jìn)入拉丁美洲，最后擴(kuò)散到全球?，F(xiàn)在看來，這種主張證據(jù)是不足的。第40頁,共62頁，2024年2月25日，星期天2．中、低緯度起源說大多數(shù)學(xué)者支持被子植物起源于熱帶。大量被子植物化石在中、低緯度出現(xiàn)的時(shí)間實(shí)際上早于高緯度?，F(xiàn)代被子植物的地理分布情況，同樣說明植物可能起源于中、低緯度地區(qū)。雷文（Raven）和阿克塞爾羅（Axelrod）等人根據(jù)板塊學(xué)說和古植物的證據(jù)，主張被子植物可能起源于西岡瓦納板塊的熱帶高地。，第41頁,共62頁，2024年2月25日，星期天（三）可能的祖先1．真花學(xué)說（EuanthiumTheory）認(rèn)為被子植物的花是一個簡單的孢子葉穗，它是由裸子植物中早已滅絕的本內(nèi)蘇鐵目，特別是準(zhǔn)蘇鐵（Cycadeothea）具兩性孢子葉的球穗花進(jìn)化而來的。孢子葉球上的苞片

被子植物的花被小孢子葉雄蕊大孢子葉雌蕊（心皮）孢子葉球的軸花軸第42頁,共62頁，2024年2月25日，星期天現(xiàn)代被子植物中的多心皮類，尤其是木蘭目植物是現(xiàn)代被子植物的較原始的類群。真花說由毛茛學(xué)派建立。第43頁,共62頁，2024年2月25日，星期天第44頁,共62頁，2024年2月25日，星期天2．假花說（Pseudo-anthiumTheory）認(rèn)為被子植物的花和裸子植物的完全一致，每一個雄蕊和心皮分別相當(dāng)于1個極端退化的雄花和雌花，因而設(shè)想被子植物來自于裸子植物的麻黃類中的彎柄麻黃（Ephedracampylopoda）。雄花的苞片花被雌花的苞片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第45頁,共62頁，2024年2月25日，星期天假花說由恩格勒學(xué)派的韋特斯坦（Wettstein）建立?，F(xiàn)代被子植物的原始類群是單性花的葇荑花序類植物，有人甚至認(rèn)為，木麻黃科就是直接從裸子植物的麻黃科演變而來的原始被子植物。

返回第46頁,共62頁，2024年2月25日，星期天六、被子植物的分類系統(tǒng)1．恩格勒的分類系統(tǒng)

德國植物學(xué)家恩格勒(Engler)和柏蘭特（Prantl）于1987年在《植物自然分科志》一書中發(fā)表。將植物界分成13門，而被子植物是第13門中的一個亞門，即種子植物門被子植物亞門，并將被子植物亞門分成雙子葉植物和單子葉植物二個綱，將單子葉植物放在雙子葉植物之前。第47頁,共62頁，2024年2月25日，星期天恩格勒系統(tǒng)是根據(jù)假花說的原理，認(rèn)為無花瓣、單性、木本、風(fēng)媒傳粉等為原始的特征，而有花瓣、兩性、蟲媒傳粉的是進(jìn)化的特征。第48頁,共62頁，2024年2月25日，星期天2．哈欽森被子植物分類系統(tǒng)英國植物學(xué)家哈欽森于1926年在《有花植物科志》一書中提出，1973年作了修訂，從原來332科增加到411科。第49頁,共62頁，2024年2月25日，星期天該系統(tǒng)認(rèn)為被子植物是單元起源的，雙子葉植物以木蘭目和毛茛目為起點(diǎn)，從木蘭目演化出一支木本植物，從毛茛目演化出一支草本植物，認(rèn)為這兩枝是平行發(fā)展的。單子葉植物起源于雙子葉植物的毛茛目，并在早期就分化為三個進(jìn)化線：萼花群（Calyciferae）、瓣花群（Corolliferae）和穎花群（Glumiflorae）。第50頁,共62頁，2024年2月25日，星期天3．塔赫他間被子植物分類系統(tǒng)塔赫他間于1954年公布。他認(rèn)為被子植物起源于種子蕨，并通過幼態(tài)成熟演化而成；草本植物由木本植物演化而來；單子葉植物起源于原始的水生雙子葉植物的具單溝舟形粉的睡蓮目莼菜科。第51頁,共62頁，2024年2月25日，星期天第52頁,共62頁，2024年2月25日，星期天4．克郎奎斯特被子植物分類系統(tǒng)克郎奎斯特分類系統(tǒng)是美國學(xué)者克郎奎斯特（Cronquist）1958年發(fā)表的。該分類系統(tǒng)亦采用真花學(xué)說及單元起源的觀點(diǎn)，認(rèn)為有花植物起源于一類已經(jīng)絕滅的種子蕨；現(xiàn)代所有生活的被子植物亞綱，都不可能是從現(xiàn)存的其他亞綱的植物進(jìn)化來的；木蘭亞綱是有花植物基礎(chǔ)的復(fù)合群，木蘭目是被子植物的原始類型；葇荑花序類各目起源于金縷梅目；單子葉植物來源于類似現(xiàn)代睡蓮目的祖先，并認(rèn)為澤瀉亞綱是百合亞綱進(jìn)化線上近基部的一個側(cè)枝。第53頁,共62頁，2024年2月25日，星期天返回第54頁,共62頁，2024年2月25日，星期天七、植物進(jìn)化規(guī)律植物類群演化的趨勢：由結(jié)構(gòu)和功能簡單和不分化向復(fù)雜、分化和完善演化。上升演化（upwardevolution）1．植物類群演化的趨勢單細(xì)胞個體群體細(xì)胞分工、組織分化細(xì)胞裂殖無性繁殖和有性繁殖兩種植物體一種植物體第55頁,共62頁，2024年2月25日，星期天下降演化（downwardevolution）:有些器官和組織的結(jié)構(gòu)從復(fù)雜走向簡單，如苔蘚植物由孢子