植物的进化与系统发育精.ppt

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1、植物的进化与系统发育第1页，本讲稿共39页一、真核藻类的起源与演化一、真核藻类的起源与演化二、蕨类植物和苔藓植物的发生与演化二、蕨类植物和苔藓植物的发生与演化三、裸子植物的发生与演化三、裸子植物的发生与演化四、被子植物的起源与演化四、被子植物的起源与演化五、被子植物的分类系统五、被子植物的分类系统第2页，本讲稿共39页植物演化地质年代表植物演化地质年代表代代纪纪世世距今年代距今年代/百万年前百万年前优势植物优势植物新生代新生代CenozoicCenozoic第四纪第四纪QuaternaryQuaternary现代现代12 00012 000年前年前有花植物有花植物 第三纪第三纪 Tertiar

2、y Tertiary更新世更新世2.52.5上新世上新世7.07.0中新世中新世2626渐新世渐新世3838始新世始新世5454古新世古新世6565中生代中生代MesozoicMesozoic白垩纪白垩纪晚白垩世晚白垩世9090 被子植物形成优势被子植物形成优势被子植物起源，被子植物起源，裸子植物繁盛裸子植物繁盛早白垩世早白垩世136136侏罗纪侏罗纪晚侏罗世晚侏罗世166166早侏罗世早侏罗世190190三叠纪三叠纪晚三叠世晚三叠世200200早三叠世早三叠世225225古生代古生代二叠纪二叠纪晚二叠世晚二叠世260260蕨类植物及种子蕨繁盛蕨类植物及种子蕨繁盛早二叠世早二叠世280280第

3、3页，本讲稿共39页代代纪纪世世距今年代距今年代/(/(百百万年前万年前)优势植物优势植物古生代古生代PaleozoicPaleozoic石炭纪石炭纪CarboniferousCarboniferous晚石炭世晚石炭世325325蕨类植物兴起，蕨类植物兴起，苔藓及裸子植物发生苔藓及裸子植物发生早石炭世早石炭世345345泥盆纪泥盆纪DevonianDevonian晚泥盆世晚泥盆世360360中泥盆世中泥盆世370370早泥盆世早泥盆世395395志留纪志留纪SilurianSilurian430430简单维管植物，最早的蕨类简单维管植物，最早的蕨类奥陶纪奥陶纪OrdovicianOrdovic

4、ian500500藻类植物繁盛藻类植物繁盛寒武纪寒武纪CambrianCambrian 570 570元古代元古代太古代太古代前寒武纪前寒武纪PrecambrianPrecambrian570-1500570-15001 5001 5005 0005 000细菌及蓝藻细菌及蓝藻植物演化地质年代表植物演化地质年代表-续续第4页，本讲稿共39页高高等等植植物物演演化化的的地地质质年年代代表表 返回第5页，本讲稿共39页 单单核核丝丝状状蓝蓝藻藻，与与现现代代的的颤颤藻藻属属(Oscillatoria)和和念念珠珠藻藻属属(Nostoc)相似；相似；细菌；细菌；真核真菌；真核真菌；真核绿藻。真核绿藻

5、。第6页，本讲稿共39页 距距今今6亿亿20亿亿年年间间，海海洋洋中中充充满满了了生生物物，包包括括了了许许多多原原始始的的动动、植植物物类类型型。除除志志留留纪纪(Silurian)、泥泥盆盆纪纪、二二叠叠纪纪的的冰冰川川时时期期外外，类类似似于于现现代代的的热热带带气气候候统统治治着着整整个个世世界界，物物种种的的大大爆爆发发就就在在这这时时发发生生。在在寒寒武武纪纪(Cambrian)、奥奥陶陶纪纪(Ordovician)以以及及志志留留纪纪的的大大部部分分时时间间，藻藻类类一一直直在在植植物物界界里里占占优优势势，红红藻藻、褐褐藻藻等等许许多多与与现现在在种种类类相相似似的的类类群群已

6、已出出现现，绿藻的门类齐全。绿藻的门类齐全。第7页，本讲稿共39页 志志留留纪纪和和泥泥盆盆纪纪化化石石表表明明：松松叶叶蕨蕨、石石松松、楔楔叶叶以及原始蕨登陆成功。以及原始蕨登陆成功。费氏藻费氏藻(Fritshiella tuberose Iyengar)莱尼蕨属莱尼蕨属(Rhynia)最最 早早 的的 木木 本本 植植 物物 瘤瘤 指指 蕨蕨(Pseudosporochnus nodosus)第8页，本讲稿共39页 佛氏藻佛氏藻 1.块状细胞群块状细胞群2.匍匐枝匍匐枝 3.直立气生枝系直立气生枝系 4.丝状假根丝状假根第9页，本讲稿共39页无脉蕨无脉蕨(Aneurophyton)古蕨古蕨

7、(Archaeopleris)最最早早的的种种子子是是在在晚晚泥泥盆盆世世发发现现的的，被被称称为古籽为古籽(Archeosperma)。鳞木鳞木(Lepidodendron)芦木芦木(Calamites)裸蕨类裸蕨类(Psilophyta)第10页，本讲稿共39页苔藓植物的起源和演化苔藓植物的起源和演化 1绿藻起源说绿藻起源说费氏藻费氏藻(Fritshiella tuberose Iyengar)第11页，本讲稿共39页A.植物体植物体(1.茎；茎；2.颈卵器；颈卵器；3.叶；叶；4.鞭状枝鞭状枝);B.茎的横切面茎的横切面;C.叶叶(示示3深裂深裂)；D.叶的中部叶的中部;E.叶的尖部叶的

8、尖部;FI.叶的横切面叶的横切面;J.叶叶基和茎的一部分基和茎的一部分(示粘液细胞示粘液细胞)藻苔藻苔 第12页，本讲稿共39页 2裸蕨退化说裸蕨退化说角蕨属角蕨属(Hornea)莱尼蕨属莱尼蕨属(Rhynia)孢囊蕨属孢囊蕨属(Sporogonites)顶枝学说顶枝学说(Telome Theory)好尼蕨属好尼蕨属(Horneophton)第13页，本讲稿共39页 古古生生代代最最显显著著的的标标志志是是：早早泥泥盆盆世世2500万万年年时时间间里里由由纤纤弱弱的的维维管管草草本本发发展展出出了了森森林林乔乔木木，二二叠叠纪纪4500万万年年时时间间里里的的物物种大灭绝。有花植物的孕育在三叠

9、纪开始。种大灭绝。有花植物的孕育在三叠纪开始。第14页，本讲稿共39页 白白垩垩纪纪是是第第三三个个快快速速进进化化时时期期，原原因因：气候和地质的巨大变化，虫媒传粉盛行。气候和地质的巨大变化，虫媒传粉盛行。白白垩垩纪纪最最为为显显著著的的特特征征：被被子子植植物物的散布和恐龙的灭绝。的散布和恐龙的灭绝。第15页，本讲稿共39页 种子蕨的结构发展到现代被子植物的相应结构。种子蕨的结构发展到现代被子植物的相应结构。第16页，本讲稿共39页 蕨蕨类类植植物物从从志志留留纪纪、泥泥盆盆纪纪到到全全盛盛的的晚晚石石炭炭世世，历历时时不不下下于于0.8亿亿1亿亿年年。裸裸子子植植物物从从晚晚泥泥盆盆世世

10、到到全全盛盛的的中中生生代代，历历时时1.5亿亿年年。被子植物起源的时代不迟于三叠纪。被子植物起源的时代不迟于三叠纪。第17页，本讲稿共39页A植物体茎干由不分枝到多分枝；植物体茎干由不分枝到多分枝；B孢孢子子叶叶由由散散生生到到聚聚生生成成各各式式孢孢子子叶叶球球；大大孢孢子子叶逐渐特化；叶逐渐特化；C雄雄配配子子体体由由吸吸器器发发展展为为花花粉粉管管；雄雄配配子子由由游游动动的、多纤毛精子，发展到无纤毛的精核；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。颈卵器由退化发展到没有等。裸子植物在系统发育过程中，主要演化趋势是：裸子植物在系统发育过程中，主要演化趋势是：买麻藤

11、纲是裸子植物中最进化的类群。买麻藤纲是裸子植物中最进化的类群。第18页，本讲稿共39页第19页，本讲稿共39页 苛得狄第20页，本讲稿共39页第21页，本讲稿共39页（一）起源的时间（一）起源的时间 1古古生生代代起起源源说说认认为为被被子子植植物物起起源源于于古古生生代代二二叠纪。叠纪。2白白垩垩纪纪（或或晚晚侏侏罗罗纪纪）起起源源说说被被子子植植物物起起源源于于白白垩垩纪纪或或晚晚侏侏罗罗纪纪。被被子子植植物物起起源源的的时时间间似似乎乎可可以肯定，是在白垩纪以前的某个时期。以肯定，是在白垩纪以前的某个时期。第22页，本讲稿共39页（二）发源地（二）发源地 1高纬度起源说高纬度起源说 希尔

12、（希尔（Heer）的观点植物通过三个方面向南）的观点植物通过三个方面向南分布：分布：（1）由欧洲向非洲南进；）由欧洲向非洲南进；（2）从欧亚大陆向南发展到中国和日本，）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；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）由加拿大经美国进入拉丁美洲，最后扩散到全球。这种主张证据是不足的。散到全球。这种主张证据是不足的。第23页，本讲稿共39页2中、低纬度起源说中、低纬度起源说 大大多多数数学学者者支支持持被被子子植植物物起起源源于于热热带带。大大量量被被子子植植物物化化石石在在中中、低低纬纬度度出出现现的的时时

13、间间实实际际上上早早于于高高纬纬度度。现现代代被被子子植植物物的的地地理理分分布布情情况况，同同样样说明植物可能起源于中、低纬度地区。说明植物可能起源于中、低纬度地区。雷雷文文（Raven）和和阿阿克克塞塞尔尔罗罗（Axelrod）等等人人根根据据板板块块学学说说和和古古植植物物的的证证据据，主主张张被被子子植物可能起源于西冈瓦纳板块的热带高地。植物可能起源于西冈瓦纳板块的热带高地。第24页，本讲稿共39页（三）可能的祖先（三）可能的祖先 1真花学说（真花学说（Euanthium Theory）认认为为被被子子植植物物的的花花是是一一个个简简单单的的孢孢子子叶叶穗穗，它它是是由由裸裸子子植植物

14、物中中早早已已灭灭绝绝的的本本内内苏苏铁铁目目，特特别别是是准准苏苏铁铁（Cycadeothea）具具两两性性孢孢子子叶叶的的球球穗穗花花进化而来的。进化而来的。孢子叶球上的苞片孢子叶球上的苞片 被子植物的花被被子植物的花被 小孢子叶小孢子叶 雄蕊雄蕊 大孢子叶大孢子叶雌蕊（心皮）雌蕊（心皮）孢子叶球的轴孢子叶球的轴花轴花轴第25页，本讲稿共39页 现现代代被被子子植植物物中中的的多多心心皮皮类类，尤尤其其是是木木兰兰目目植植物物是是现现代代被被子子植植物物的的较较原原始始的的类类群群。真真花花说由毛茛学派建立。说由毛茛学派建立。第26页，本讲稿共39页第27页，本讲稿共39页2假花说（假花说

15、（Pseudo-anthium Theory）认认为为被被子子植植物物的的花花和和裸裸子子植植物物的的完完全全一一致致，每每一一个个雄雄蕊蕊和和心心皮皮分分别别相相当当于于1个个极极端端退退化化的的雄雄花花和和雌雌花花，因因而而设设想想被被子子植植物物来来自自于于裸裸子子植植物物的麻黄类中的弯柄麻黄（的麻黄类中的弯柄麻黄（Ephedra campylopoda）。）。雄花的苞片雄花的苞片花被花被雌花的苞片雌花的苞片心皮心皮 雄花的小苞片消失，剩下雄蕊雄花的小苞片消失，剩下雄蕊 雌花小苞片退化剩下胚珠雌花小苞片退化剩下胚珠第28页，本讲稿共39页 假花说由恩格勒学派的韦特斯坦（假花说由恩格勒学派

16、的韦特斯坦（Wettstein）建立。）建立。现现代代被被子子植植物物的的原原始始类类群群是是单单性性花花的的葇葇荑荑花花序序类类植植物物，有有人人甚甚至至认认为为，木木麻麻黄黄科科就就是是直直接接从从裸裸子子植物的麻黄科演变而来的原始被子植物。植物的麻黄科演变而来的原始被子植物。返回第29页，本讲稿共39页 1恩格勒的分类系统恩格勒的分类系统 德德国国植植物物学学家家恩恩格格勒勒(Engler)和和柏柏兰兰特特（Prantl）于于1987年年在在植植物物自自然然分分科科志志一一书书中中发发表表。将将植植物物界界分分成成13门门，而而被被子子植植物物是是第第13门门中中的的一一个个亚亚门门，即

17、即种种子子植植物物门门被被子子植植物物亚亚门门，并并将将被被子子植植物物亚亚门门分分成成双双子子叶叶植植物物和和单单子子叶植物二个纲，将单子叶植物放在双子叶植物之前。叶植物二个纲，将单子叶植物放在双子叶植物之前。恩恩格格勒勒系系统统是是根根据据假假花花说说的的原原理理，认认为为无无花花瓣瓣、单单性性、木木本本、风风媒媒传传粉粉等等为为原原始始的的特特征征，而而有有花花瓣瓣、两两性性、虫虫媒媒传传粉粉的的是是进进化化的的特征。特征。第30页，本讲稿共39页 2哈钦森被子植物分类系统哈钦森被子植物分类系统 英英国国植植物物学学家家哈哈钦钦森森于于1926年年在在有有花花植植物物科科志志一一书中提出

18、，书中提出，1973年作了修订，从原来年作了修订，从原来332科增加到科增加到411科。科。该该系系统统认认为为被被子子植植物物是是单单元元起起源源的的，双双子子叶叶植植物物以以木木兰兰目目和和毛毛茛茛目目为为起起点点，从从木木兰兰目目演演化化出出一一支支木木本本植植物物，从从毛毛茛茛目目演演化化出出一一支支草草本本植植物物，认认为为这这两两枝枝是是平平行行发发展展的的。单单子子叶叶植植物物起起源源于于双双子子叶叶植植物物的的毛毛茛茛目目，并并在在早早期期就就分分化化为为三三个个进进化化线线：萼萼花花群群（Calyciferae）、瓣瓣花花群群（Corolliferae）和和颖颖花群（花群（G

19、lumiflorae）。）。第31页，本讲稿共39页 3塔赫他间被子植物分类系统塔赫他间被子植物分类系统 塔塔赫赫他他间间于于1954年年公公布布。他他认认为为被被子子植植物物起起源源于于种种子子蕨蕨，并并通通过过幼幼态态成成熟熟演演化化而而成成；草草本本植植物物由由木木本本植植物物演演化化而而来来；单单子子叶叶植植物物起起源源于于原原始始的的水水生生双双子子叶叶植植物物的的具具单单沟沟舟舟形形粉粉的的睡睡莲莲目目莼莼菜菜科。科。第32页，本讲稿共39页第33页，本讲稿共39页 4克郎奎斯特被子植物分类系统克郎奎斯特被子植物分类系统 克克 郎郎 奎奎 斯斯 特特 分分 类类 系系 统统 是是

20、美美 国国 学学 者者 克克 郎郎 奎奎 斯斯 特特（Cronquist）1958年年发发表表的的。该该分分类类系系统统亦亦采采用用真真花花学学说说及及单单元元起起源源的的观观点点，认认为为有有花花植植物物起起源源于于一一类类已已经经绝绝灭灭的的种种子子蕨蕨；现现代代所所有有生生活活的的被被子子植植物物亚亚纲纲，都都不不可可能能是是从从现现存存的的其其他他亚亚纲纲的的植植物物进进化化来来的的；木木兰兰亚亚纲纲是是有有花花植植物物基基础础的的复复合合群群，木木兰兰目目是是被被子子植植物物的的原原始始类类型型；葇葇荑荑花花序序类类各各目目起起源源于于金金缕缕梅梅目目；单单子子叶叶植植物物来来源源于

21、于类类似似现现代代睡睡莲莲目目的的祖祖先先，并并认认为为泽泽泻亚纲是百合亚纲进化线上近基部的一个侧枝。泻亚纲是百合亚纲进化线上近基部的一个侧枝。第34页，本讲稿共39页第35页，本讲稿共39页1植物类群演化的趋势植物类群演化的趋势植物类群演化的趋势：由结构和功能简单和不分化植物类群演化的趋势：由结构和功能简单和不分化向复杂、分化和完善演化。向复杂、分化和完善演化。上升演化（上升演化（upward evolution）单细胞个体单细胞个体群体群体细胞分工、组织分化细胞分工、组织分化细胞裂殖细胞裂殖无性繁殖和有性繁殖无性繁殖和有性繁殖两种植物体两种植物体一种植物体一种植物体第36页，本讲稿共39页

22、 下下降降演演化化（downward evolution）:有有些些器器官官和和组组织织的的结结构构从从复复杂杂走走向向简简单单，如如苔苔藓藓植植物物由由孢孢子子体体发发达达的的裸裸蕨蕨退退化化而而成成。专专化化（specification）指植物的演进水平并无变化的特化。指植物的演进水平并无变化的特化。第37页，本讲稿共39页 2单元起源和多元起源单元起源和多元起源单元起源（单元起源（monorheithry）:现现代代多多数数植植物物学学家家主主张张被被子子植植物物主主要要依依据据是是被被子子植植物物具具有有许许多多独独特特和和高高度度特特化化的的特特征征。如如双双受受精精现象和三倍体的胚

23、乳。现象和三倍体的胚乳。多元起源（多元起源（polyrheithry）:第38页，本讲稿共39页 3趋同、趋异和平行演化趋同、趋异和平行演化 由由于于受受相相同同环环境境的的胁胁迫迫，分分类类群群的的性性状状趋趋于于一一致致的的现现象象趋同（趋同（convergence）。）。两两个个分分类类群群具具有有共共同同的的祖祖先先，通通过过分分化化和和间间断断出出现差异现差异分支趋异（分支趋异（cladistic divergence）。）。由由一一个个共共同同祖祖先先分分化化出出一一些些分分类类群群，它它们们在在演演化化中中性性状状的的演演化化速速率率相相似似，平平行行发发展展并并形形成成相相似似的的分分类类群群平行演化。平行演化。第39页，本讲稿共39页