植物

　　定义

　　在自然界中，凡是有生命的机体，均属于生物。生物应分为几个界，把行固着生活和自养的生物称为植物界，简称植物。

　　植物有明显的细胞壁和细胞核，其细胞壁由葡萄糖聚合物——纤维素构成。植物具有光合作用的能力——就是说它可以借助光能及动物体内所不具备的叶绿素，利用水、矿物质和二氧化碳生产食物。释放氧气后，剩下葡萄糖——含有丰富能量的物质，作为植物细胞的组成部分。亚里斯多德将生物区分成植物(通常是不移动的)和动物(时常会移动去获取食物)两种。在林奈系统里，则被分为了植 物界和动物界两界。后来，人们渐渐了解过原本定义的植物界中包含了数个不相关的类群，并将真菌和数种藻类移至新的界去。然而，对于植物仍然有许多种看法，不论是在专业上的，还是在一般大众的眼中来看。而也确实，若试图要完美地将“植物”放至单一个分类里是会发生问题的，因为对于大多数的人而言，“植物”这一词对现今分类学和系统分类学所立基的种系发生学的概念之间的关连性并不是很清楚,繁殖方法主要有压条、分根、扦插、嫁接、根、叶、种子、孢子等。

　　注:现在有泛植物界这个分类。

　　植物的分类

　　生命的起源是由化学物质构成的DNA和原生浆液。植物伊始距今二十五亿年前(元古代)，地球史上最早出现的植物属于菌类和藻类，其后藻类一度非常繁盛。直到四亿三千八百万年前(志留纪)，绿藻摆脱了水域环境的束缚，首次登陆大地，进化为裸蕨类植物和蕨类植物。为大地首次添上绿装。三亿六千万年前(石炭纪)，裸蕨灭绝，蕨类植物衰落。代之而起是石松类、楔叶类、真蕨类和种子蕨类，形成沼泽森林。古生代盛产的主要植物于二亿四千八百万年前(三叠纪)几乎全部灭绝，而裸子植物开始兴起，进化出花粉管，并完全摆脱对水的依赖，形成茂密的森林。在距今1亿4千万年前白垩纪开始的时候，更新、更进步的被子植物就已经从某种裸子植物当中分化出来。进入新生代以后，由于地球环境由中生代的全球均一性热带、亚热带气候逐渐变成在中、高纬度地区四季分明的多样化气候，蕨类植物因适应性的欠缺进一步衰落，裸子植物也因适应性的局限而开始走上了下坡路。这时，被子植物在遗传、发育的许多过程中以及茎叶等结构上的进步性、尤其是它们在花这个繁殖器官上所表现出的巨大进步性发挥了作用，使它们能够通过本身的遗传变异去适应那些变得严酷的环境条件反而发展得更快，分化出更多类型，到现代已经有了80多个目、200多个科。正是被子植物的花开花落，才把四季分明的新生代地球装点得分外美丽。

　　据估计，现存大约有350000个植物物种，被分类为种子植物、苔藓植物、蕨类植物和拟蕨类植物。直至2004年，其中的287655个物种已被确认，有258650种开花植物、16000种苔藓植物、11000种蕨类植物和8000种绿藻。

　　组成器官

　　植物共有六大器官：根、茎、叶、花、果实、种子。茎是植物体中轴部分。直立或匍匐于水中，茎上生有分枝，分枝顶端具有分生细胞，进行顶端生长。茎一般分化成短的节和长的节间两部分。茎具有输导营养物质和水分以及支持叶、花和果实在一定空间的作用。有的茎还具有光合作用、贮藏营养物质和繁殖的功能。叶是维管植物营养器官之一。功能为进行光合作用合成有机物，并有蒸腾作用提供根系从外界吸收水和矿质营养的动力。花是具有繁殖功能的变态短枝。果实主要是作为传播种子的媒介。种子具有繁殖和传播的作用，种子还有种种适于传播或抵抗不良条件的结构，为植物的种族延续创造了良好的条件。

　　根

　　根是植物的营养器官，通常位于地表下面，负责吸收土壤里面的水分及溶解其中的离子，并且具有支持、贮存合成有机物质的作用。(气生根和固着根除外)根由薄壁组织、维管组织、保护组织、机械组织和分生组织细胞组成。

　　根可分为四个区，最顶端的是帽状结构——根冠，以上是分生区和伸长区，再上则是带根毛的根毛区。

　　根冠位于根顶端分生组织的外面。外层细胞壁的高度粘液化可以减少根在往下生长过程中与土壤接触的摩擦力，起到保护作用。同时细胞中的造粉体还可保证根的向地生长，即保证其向地性(Gravitropism)。

　　分生区是位于根冠内方的顶端分生组织。分生区细胞能不断分裂，一方面小部分用来形成根冠细胞，而大部分则向后经过细胞的生长、分化，形成根的各种结构;另一方面保持自身原有的体积。

　　伸长区的细胞由分生区细胞发展而来，分裂能力已减弱，细胞延长轴伸长。伸长活动会导致原生韧皮部和初生木质部损坏，使之出现缺层(Lacuna)。

　　根毛区细胞已是成熟的细胞。根毛由表皮中的毛细胞(Trichoblast)生成，可有效地增大植物根部的吸收区域。树木根部的吸收面积可达400M²。

　　茎

　　茎是植物的营养器官之一。是大多数植物可见的主干。当然，例如仙人掌的变态茎。茎下接根，通过木质部将根部吸收到的水分和矿物质往上运输到各营养器官，通过韧皮部将光合作用的产物往下运输。茎来源于植物胚胎的胚芽。胚轴组成部分的茎，准确地说是子叶下的部分。

　　最早拥有茎的植物为现已绝种的库氏裸蕨，现存则是松叶蕨，他们没有真正的根、叶。因此维管束植物(导管植物)中，最早出现的器官是茎，根叶则是由茎演化而成。

　　变态茎

　　有些植物的茎，其功用已经特化不只是支持和运输的功能，其形态也不只是着生枝叶，我们称之变态茎。

　　常见的有仙人掌的块茎、洋葱的鳞茎、荸荠的球茎、姜的根茎、草莓的走茎、葡萄的卷须(茎卷须)，还有茎(枝条)特化成叶状的芦笋等。

　　叶

　　叶是高等植物的营养器官，侧边发育自植物的茎的叶原基。叶内含有叶绿素，是植物进行光合作用的主要场所。同时，植物的蒸散作用是通过叶的气孔实现的。

　　叶只出现在真正的茎上，即只有维管植物才有叶。蕨类、裸子植物和被子植物等所有高等植物都有叶。相对地，苔藓植物、藻类、真菌和地衣则没有叶。在这些扁平体(Thallus)中只能找到与叶相似的结构，但只能作为类似物(Analoga)。

　　完全叶包含三部分：叶片，叶柄和托叶。

　　叶片指的是完全叶上扁平的主体结构。它会尽可能地吸收阳光，并通过气孔调节植物体内水分和温度。

　　叶柄是连接叶片与茎节的部分。

　　托叶着生于叶柄基部两侧或叶腋处，细小，早落。不同的植物种类，托叶的形态也不同。例如豌豆有着大的叶片状托叶，而洋槐和酸枣的托叶则是针形，山樱花的托叶为羽状。其作用是保护幼叶。

　　变态叶

　　变态叶由于功能改变所引起的形态和结构都发生变化的叶。如仙人掌的刺，玉叶金花的大萼片和开花植物的心皮。

　　花

　　花生于花托上，最外面是花瓣(或花被片)，中间包裹着植物的生殖器官，雄蕊及雌蕊。花鲜艳的颜色及诱人的香气，都是为了吸引昆虫前来。在昆虫的帮助下，完成受粉的过程，达到传宗接代的目的。多数草类及树木的花朵颜色暗淡，没有香气，不能吸引昆虫前来授粉，这种植物一般靠风力完成授粉过程。根据植物的不同，多数植物每年会开上百朵花，少数植物，如郁金香，一年只开一朵花。花期的长短也相差很大。

　　花萼位于最外层的一轮萼片，通常为绿色，但也有些植物的呈花瓣状。

　　花冠位于花萼的内轮，由花瓣组成，较为薄软，常有颜色以吸引昆虫帮助授粉。

　　雄蕊群是一朵花内雄蕊的总称，花药着生于花丝顶部，是形成花粉的地方，花粉中含有雄配子。

　　雌蕊群是一朵花内雌蕊的总称，可由一个或多个雌蕊组成。组成雌蕊的繁殖器官称为心皮，包含有子房，而子房室内有胚珠(内含雌配子)。一个雌蕊可能由多个心皮组成，在这种情况下，若每个心皮分离形成离生的单雌蕊，即称为离心皮雌蕊，反之若心皮合生，则称为复雌蕊。雌蕊的黏性顶端称为柱头，是花粉的受体。花柱连接柱头和子房，是花粉粒萌发后花粉管进入子房的通道。

　　果实

　　果实由花的雌蕊发育而来，多数植物的种子包裹在果实里面。草莓的“果实”由花托生长而来，是一个例外。一个果实内部的种子数量各不相同，有些只有一籽，有些则很多。果实成熟时，有些富含水分，有些则变干。含水的果实通常颜色鲜艳，可以吸引动物将其吃掉，而将种子带到远方，当种籽排出体外，就会生根发芽。有些豆科植物及其他类植物，在果实成熟后会爆裂开来，将种子射到附近，伺机发芽。有些果实重量很轻，当风吹过，会被风带到遥远的地方，完成他们传宗接代的任务。有些植物的果实，表面带有毛刺，可以沾到经过的动物身上，由动物带到远方。当从动物身上脱落时，种子就地生根发芽。由受精后雌蕊子房单一发育形成的果实称为真果，如桃、大豆等;通常把仅由子房称为真果，如桃、大豆等。

　　由子房加上花的其它部分(花萼、花被、花轴等)形成的果实称为假果，如苹果、梨等。有萼和花萼参与的，如草莓，果实大都是增大而肉质的花托。

　　种子

　　种子是种子植物的胚珠经受精后长成的结构，一般有种皮、胚和胚乳等组成。胚是种子中最主要的部分，萌发后长成新的个体。胚乳含有营养物质。

　　种皮由珠被发育而来，有保护胚与胚乳的功能。裸子植物的种皮由外层、内层(肉质层)、中层(石质层)组成。苏铁和银杏，外层的肉质层肥厚，成熟时具色素;许多松柏类植物的外层不发达。内层一般趋向皱缩，在成熟的种子中呈纸状薄层，衬贴在中层里面。

　　胚由受精卵发育成。由胚芽、胚轴、子叶、胚根组成。裸子植物的胚沿种子的中央纵轴排列，不同种类种子，子叶数不同，为1～18个。常见为两个，如苏铁、银杏、红豆杉、香榧、红杉、买麻藤、麻黄等。

　　裸子植物胚乳是单倍体的雌配子体，一般比较发达，多储藏淀粉或脂肪，也有的含糊粉粒。胚乳一般为淡黄色，少数为白色，银杏成熟的种子中胚乳呈绿色。

　　被子植物的胚乳在双受精过程中，一个精子与胚囊中的极核融合发育成多倍体。多数被子植物在种子发育中有胚乳形成，但有的成熟种子中不具、具很少的胚乳，由于它们的胚乳在发育中被胚分解吸收了。一般把成熟的种子分有胚乳种子、无胚乳种子。无胚乳种子中胚很大，胚体各部分，特别在子叶中储有大量营养物质。

　　主要作用

　　植物大多数固态物质是从大气层中取得。经由一个被称为光合作用的过程，植物利用阳光里的能源来将大气层中的二氧化碳转化成简单的糖。这些糖分被用做建材，并构成植物主要结构成份。植物主要依靠土壤做为支撑和取得水份，以及氮、磷等重要基本养分。大部份植物要能成功地成长，也需要大气中的氧气(做为呼吸之用)及根部周围的氧气。不过，一些特殊维管植物如红树林可以让其根部在缺氧环境下成长。

　　光合作用

　　植物具有光合作用的能力——就是说它可以借助光能及动物体内所不具备的叶绿素，利用水、无机盐和二氧化碳进行光合作用，释放氧气，产生葡萄糖——含有丰富能量的物质，供植物体利用。植物的叶绿素含有镁。

　　植物细胞有明显的细胞壁和细胞核，其细胞壁由葡萄糖聚合物——纤维素构成。

　　所有植物的祖先都是单细胞非光合生物，它们吞食了光合细菌，二者形成一种互利关系：光合细菌生存在植物细胞内(即所谓的内共生现象)。最后细菌蜕变成叶绿体，它是一种在所有植物体内都存在却不能独立生存的细胞器。大多数植物都属于被子植物门，是有花植物，其中还包括多种树木。植物呼吸作用主要在细胞的线粒体进行;光合作用在细胞的叶绿体进行。

　　绿色植物光合作用是地球上最为普遍、规模最大的反应过程，在有机物合成、蓄积太阳能量和净化空气、保持大气中氧气含量和碳循环的稳定等方面起很大作用，是农业生产的基础，在理论和实践上都具有重大意义。据计算，整个世界的绿色植物每天可以产生约4亿吨的蛋白质、碳水化合物和脂肪，与此同时，还能向空气中释放出近5亿吨还多的氧，为人和动物提供了充足的食物和氧气。

　　叶片是进行光合作用的主要器官，叶绿体是光合作用的重要细胞器。高等植物的叶绿体色素包括叶绿素(a和b)和类胡萝卜素(胡萝卜素和叶黄素)，它们分布在光合膜上。叶绿素的吸收光谱和荧光现象，说明它可吸收光能、被光激发。叶绿素的生物合成在光照条件下形成，既受遗传性制约，又受到光照、温度、矿质营养、水和氧气等的影响。

　　光合作用包括光反应过程、光合碳同化二个相互联系的步骤，光反应过程包括原初反应和电子传递与光合磷酸化两个阶段，其中前者进行光能的吸收、传递和转换，把光能转换成电能，后者则将电能转变为ATP和NADPH2(合称同化力)这两种活跃的化学能。活跃的化学能转变为稳定化学能是通过碳同化过程完成的。碳同化有C3、C4和CAM三条途径，根据碳同化途径的不同，把植物分为C3植物、C4植物和CAM植物。但C3途径是所有的植物所共有的、碳同化的主要形式，其固定CO2的酶是RuBP羧化酶。C4途径和CAM途径都不过是CO2固定方式不同，最后都要在植物体内再次把CO2释放出来，参与C3途径合成淀粉等。C4途径和CAM途径固定CO2的酶都是PEP羧化酶，其对CO2的亲和力大于RuBP羧化酶，C4途径起着CO2泵的作用;CAM途径的特点是夜间气孔开放，吸收并固定CO2形成苹果酸，昼间气孔关闭，利用夜间形成的苹果酸脱羧所释放的CO2，通过C3途径形成糖。这是在长期进化过程中形成的适应性。

　　光呼吸是绿色细胞吸收O2放出CO2的过程，其底物是C3途径中间产物RuBP加氧形成的乙醇酸。整个乙醇酸途径是依次在叶绿体、过氧化体和线粒体中进行的。C3植物有明显的光呼吸，C4植物光呼吸不明显。

　　植物光合速率因植物种类品种、生育期、光合产物积累等的不同而异，也受光照、CO2、温度、水分、矿质元素、O2等环境条件的影响。这些环境因素对光合的影响不是孤立的，而是相互联系、共同作用的。在一定范围内，各种条件越适宜，光合速率就越快。

　　植物光能利用率还很低。作物现有的产量与理论值相差甚远，所以增产潜力很大。要提高光能利用率，就应减少漏光等造成的光能损失和提高光能转化率，主要通过适当增加光合面积、延长光合时间、提高光合效率、提高经济产量系数和减少光合产物消耗。改善光合性能是提高作物产量的根本途径。

　　呼吸作用

　　呼吸作用是高等植物代谢的重要组成部分。与植物的生命活动关系密切。生活细胞通过呼吸作用将物质不断分解，对植物体内的各种生命活动所需能量的提供和合成重要有机物的原料有重要作用。同时还可增强植物的抗病力。呼吸作用是植物体内代谢的枢纽。

　　呼吸作用根据是否需要氧，分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。在正常情况下，有氧呼吸是高等植物进行呼吸的主要形式，但在缺氧条件和特殊组织中植物可进行无氧呼吸，以维持代谢的进行。

　　呼吸代谢可通过多条途径进行，其多样性是植物长期进化中形成的一种对多变环境的适应性表现。EMP-TCA循环是植物体内有机物氧化分解的主要途径，而PPP等途径在呼吸代谢中也占有重要地位。

　　呼吸底物彻底氧化，最终释放CO2和产生水，同时将底物中的能量转化成ATP形式的活跃活化能。EMP-TCA循环中只有CO2和少量ATP的形成。而绝大部分能量还贮存于NADH和FADH2中。这些物质经过呼吸链上的电子传递和氧化磷酸化作用，将部分能量贮存于ATP中，这是贮存呼吸释放能量的主要形式。

　　植物呼吸代谢受内外多种因素的影响。呼吸作用影响着植物生命活动的进行，因而与作物栽培、育种和种子、果蔬、块根、块茎的贮藏及切花保鲜有着密切关系。人类可利用呼吸作用的相关知识，调整呼吸速率，使其更好地为生产服务。

　　植物指与动物相对应的另一生物干系。动物和植物的区别是在长期进化过程中形成的。但是就微小的生物而言，它们之间的区别有时是不明显的。作为植物的进化趋向，由细胞积叠方式所形成的个体发生、细胞壁的形成、靠叶绿素进行光合作用而成为独立的营养系统等独立的物质代谢型的建立是主要的，而在此基础上的非运动性等是次要的特征。据估计现存的植物种类约有30万种左右，而占植物界一半以上的菌类，由于重视其缺乏叶绿素这个重要特点，而把植物分为二大类群，也有的认为整个生物界可分为动物、菌类、植物三大类群。就分类系统而言，以前是以种子植物(显花植物)作为分类重点，其后转移到所谓的隐花植物。现时则把植物界分为10～13门，种子植物仅仅成为其中的一门。但即使在今天，就重要门的位置和其内容而言，学者间的意见分歧可能比动物界的情况还要大。一般来说，20世纪前半期以恩格勒(H.G.A.Engler)的分类系统最为普及，后半期则以帕斯彻(A.Pascher)的分类系统逐渐占优势。