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第4章 斑斓新世界——植物的进化(2)

4.分门别类

对于蕨类植物的分类,植物学家们众说纷纭、莫衷一是,过去常把蕨类植物作为一个门,其下五个纲,即松叶蕨纲、石松纲、水韭纲、木贼纲、真蕨纲。前四纲都是小叶型蕨类植物,古老而原始,现存较少,最后一纲较常见。

5.蕨类植物的分布

蕨类植物相对来说分布也比较广泛,除了大海里、深水底层、寸草不生的沙漠和长期冰封的陆地外,它们几乎无处不安家,它们有的在地表匍匐或直立生长,有的在石头缝隙或石壁上生长,有的附生在树干上或缠绕在树干上,千姿百态,生命顽强。现在地球上生存的蕨类植物约有12000种,我国约有2600种,多分布在西南地区和长江流域以南。我国西南地区是亚洲乃至世界蕨类植物的分布中心之一,云南的蕨类植物种类竟然达到约1400种。我国宝岛台湾,面积不大,但蕨类植物也有630余种之多,是世界蕨类物种密度最高的地区之一,“宝岛”地位名不虚传。

6.蕨类植物与人类

蕨类植物的用途也很广。

在药用方面,蕨类植物中,有许多自古以来就被广泛用于为人治病,如杉蔓石松能祛风湿,舒筋活血;节节草能治化脓性骨髓炎,这些都是大家比较熟知的。

在食用方面,如蕨菜、毛蕨、紫萁、水蕨等都可食用,这些蕨类植物不但鲜时做菜用,也可加工成干菜,供人们日后慢慢享用;许多蕨类植物的地下根状茎,含有大量淀粉,可酿美酒。在农用方面,如水田或池塘中的满江红是一种水生蕨类植物,它通过与蓝藻的共生作用,能从空气中吸取和积累大量的氮,成为一种优质的绿肥与家畜饲料,是农民的“好朋友”。

此外,蕨类植物还有巨大的指示作用,不同种类的蕨类植物,可以反映出所在地的气候变化情况,借此可以有利于我们发展林业牧业等,提高产量,如生长着桫椤树、地耳蕨、巢蕨的地区,标志着热带和亚热带气候;生长石松的地方,一般与铝矿有密切关系;蕨类植物还可以检测当地环境是否被污染,因此可以说,蕨类植物是人们的天然“气候表”和“环境检测计”。

当然,蕨类植物最大的作用恐怕要数绿化和观赏用,有不少种类的蕨类植物,由于具有独特美观的体形和无性繁殖力强的特点,可作盆景,有些被白领们放在办公室产生巨大的审美作用。有些藤本种类,还可制作各种编织品,不仅实用,而且养眼。

第五节趋向顶峰-裸子植物

1.进化阶梯

在蕨类植物之后登上地球舞台的是裸子植物。裸子植物也是一种在进化等级上“比上不足,比下有余”的植物,即它介于蕨类植物和被子植物之间,它既是最进化的颈卵器植物,又是较原始的种子植物,因其胚珠外面没有子房壁包被,不形成果皮,种子是裸露的,故称“裸子”植物。

2.鼎盛时期

最初的裸子植物出现在古生代,在中生代时,蕨类植物由于不适应当时大气、气候以及地貌的变化,大都相继退出了历史舞台,裸子植物完全取而代之,中生代为裸子植物的“鼎盛时期”,历时约1.4亿年。

现代生存的裸子植物有不少种类出现于第三纪,后又经过冰川时期而保留下来,并繁衍至今。

3.类别与分布

据统计,目前全世界生存的裸子植物约有800种,隶属5纲,即苏铁纲、银杏纲、松柏纲、红豆杉纲和买麻藤纲。而这5纲我国全部都有,另外还有一些变种和栽培种。裸子植物的种数虽仅为被子植物种数的0.36%,但分布却一点儿也不逊色,世界各个地方都有,特别是在亚热带的中山至高山,常形成大面积的各类针叶林,尤其在北半球,大的森林80%以上是裸子植物,如落叶松、冷杉、华山松、云杉等。

4.裸子植物的特征

裸子植物有两大主要特征:

裸子植物的孢子体发达,可以说这是它特别明显的特征。多数种类为常绿乔木,有长枝和短枝之分;它的维管系统发达,呈网状中柱,并生型维管束,有形成层和次生结构。除买麻藤纲植物以外,木质部中只有管胞而无导管和纤维。韧皮部中有筛胞而无筛管和伴胞。叶子各式各样,针形、条形、披针形、鳞形等什么都有,极少数呈带状;叶表面有较厚的角质层,气孔呈带状分布。

当然,裸子植物最大的特性莫过于它的胚珠和种子的裸露了。

裸子植物的雌、雄性生殖结构是大、小孢子叶,分别聚生成单性的大、小孢子叶球,同株异株都有;小孢子叶背部丛生小孢子囊,孢子囊中的小孢子或花粉粒可发育成雄配子体,产生花粉管,将精子送到卵子处,摆脱了水对受精作用的限制,从而更适应陆地生活。当然,少数种类如苏铁和银杏,仍有多数鞭毛可游动。大孢子叶平展,腹面着生裸露的倒生胚珠,形成裸露的种子。

种子的出现使胚受到保护,以及保障供给胚发育和新的孢子体生长初期所需要的营养物质,可使植物渡过不利环境和适应新的环境,这就是它们能取代蕨类植物的重要原因。

裸子植物的配子体退化,寄生在孢子体上,无独立生活能力。

成熟的雄配子体,即花粉粒,具有4个细胞,包括1个生殖细胞、1个管细胞和2个退化的原叶细胞。花粉成熟后,借风力传播到胚珠的珠孔处,并萌发产生花粉管,花粉管中的生殖细胞分裂成2个精子,其中1个精子与成熟的卵受精,受精卵发育成具有胚芽、胚根、胚轴和子叶的胚。原雌配子体的一部分则发育成胚乳,单层珠被发育成种皮,形成成熟的种子,这样,一个新生命就要诞生啦!

5.裸子植物的用途

裸子植物的用途相对而言比蕨类植物的要更重要一些。由于裸子植物中的多种木材质轻、强度大、而且不弯、富弹性,因而是林业生产上的主要用材树种,我国用在建筑、铁路、造船、家具上的大量木材,大部分都是松柏类植物,如红松、杉木等。而且裸子植物又是重要的工业原料植物,可以提供松节油、松香、单宁、树脂、栲胶等,在人们生活中都有重要的用途。

在食用方面裸子植物也应用广泛,如刺叶苏铁幼叶可食,髓可制西米,银杏、华山松、红松和榧树的种子是可以食用的干果。

裸子植物还可作药用,如红豆杉属植物全株含三尖杉生物碱,供作抗癌药物;草麻黄为着名中药材,含麻黄碱,枝叶有镇咳、发汗、止喘、利尿等功效,根可止汗。

大多数裸子植物为常绿树,树冠美丽,在美化庭院、绿化环境上有很大价值。世界五大庭院植物雪松、南洋杉、金钱松、日本金松和巨杉都是裸子植物。我国的黄山松、水杉、水松、侧柏、龙柏等作为园林观赏树种,也为我们带来了千百年来的美的享受,其中我国安徽黄山的迎客松还享受“保险”待遇。

我国由于特殊的自然环境-第四纪冰河分散,使裸子植物在我国的残余种类特别丰富,很多稀有种类生活到现在,如水松、银杉、白豆杉等都是地史上遗留的古老植物,堪称“活化石”,它们在研究地史和植物界演化上具有极其重要的学术意义,但由于天然更新能力弱而造成资源日益枯竭,目前这些濒危植物种的数量已屈指可数。因此,必须杜绝乱砍滥伐,保护好现存树种,同时开展繁殖技术研究,大力育苗造林,以求缓解这些“活化石”的生存危机。

第六节植物我为王-被子植物

1.植物界的至尊

从白垩纪起,裸子植物的优势地位就被后起之秀被子植物取代了,被子植物是植物进化的顶峰,在植物界拥有“至尊”地位。关于被子植物起源的确切时间,最好用花粉粒和叶化石证明,被子植物出现于1.35亿-1.2亿年前,到距今8000万-9000万年的白垩纪末期,被子植物在地球上拥有了统治地位。

至于被子植物起源的地点,目前普遍认为被子植物起源于赤道带或靠近赤道带的某些地区,因为在这些地区的白垩纪地层中发现有最古老的被子植物三沟花粉。当然这也还不能完全说明问题,关于被子植物起源的地点问题,依然有待作更深入的研究。

2.被子植物的种类

被子植物是演化阶段最后出现的植物种类,它们的种子藏在富含营养的果实中,提供了生命发展很好的环境,受精作用可由风当传媒,当然大部分是由昆虫或其他动物传播,这就使得它们能广为传播,基于此,被子植物的出现可谓是“狮子滚绣球,好戏在后头”。

目前已知世界上被子植物共1万多属,约20多万种,占植物界的半壁江山。我国有2700多属,约3万种。被子植物分为两个纲,即双子叶植物纲和单子叶植物纲,其中双子叶植物纲又称木兰纲,单子叶植物纲又称百合纲。

3.习性与形态

被子植物的习性和形态可谓花样繁多,且差别很大。被子植物大多数直立生长,但也有缠绕或匍匐生长的;多数含叶绿素,自己制造养料,但也有腐生和寄生的;有几个科的植物还是肉食的,如茅膏菜属植物就以昆虫和其他小动物为食;被子植物多数异花传粉,但也有少数自花传粉;它们里面许多是木本的,但多数为草本,而且草本被子植物比木本具有更进化的特征。

被子植物传粉时,花粉粒到达柱头后即萌发并产生花粉管,随着花粉管的发育,生殖细胞分裂成两个雄配子,等顶端破裂后,两个雄配子就“刑满释放”啦,其中一个雄配子钻入卵细胞内,与之受精后产生核子,发育成胚,而另一个雄配子同雌配子体的其他两个核形成胚乳核,产生胚乳,这就叫双受精作用,这是被子植物的“独门秘籍”。

被子植物的器官与其他维管束植物一样,分为营养器官和繁殖器官;木质部有特化的导管,在韧皮部内筛管末端形成筛管;它们的叶的大小、形状和结构五花八门,叶序有互生的,也有对生的,还有轮生的;它们的叶表皮具有特化的气孔;花是高度变异和特化的繁殖枝。

4.被子植物的特征

理清条理后我们具体来说,被子植物有以下六大鲜明特征:

①具有真正的花。

典型的被子植物的花由花萼、花冠、雄蕊群、雌蕊群4部分组成,各个部分称为花部。

②具有雌蕊。雌蕊由心皮所组成,包括子房、花柱和柱头3部分。

③具有双受精现象。双受精现象前面已讲过,这对被子植物的巨大进化意义是不言而喻的。

④孢子体高度发达。被子植物的孢子体,在形态、结构、生活型等方面,比其他各类植物更完善化、多样化。有世界上最高大的乔木,如杏仁桉高达156米,也有微细的每平方米水面可容纳300万个个体的无根萍;有重达25公斤仅含1颗种子果实的大王椰子,也有轻如尘埃5万颗种子仅重0.1克的一些附生兰;有寿命长达6000年的龙血树,也有在3周内开花结子走完生命的十字花科植物等。

诸如此类的例子不胜枚举。

⑤配子体进一步退化。被子植物的小孢子发育为雄配子体,大部分成熟的雄配子体仅具2个细胞,其中1个为营养细胞,1个为生殖细胞,少数植物在传粉前生殖细胞就分裂1次,产生2个精子,所以这类植物的雄配子体为3核的花粉粒。被子植物的雌、雄配子体均无独立生活能力,终生寄生在孢子体上,结构上比裸子植物更简化,这在生物学上具有进化的意义。

⑥颈卵器消失,其余为卵器。

5.被子植物的“兵力分布”

说到被子植物的分布,由于其是进化的最高级,因而分布最广。

它们分布于各个气候带,由于气温高、雨水多的缘故,热带和亚热带最多。南美亚马孙河区有约4万种。

其他热带地区有2万~3万种。

温带地区因气温降低,雨量少,所以种类逐渐减少。以我国情况来看,云南气候条件好,植物达万种以上,而河北省地处北纬26°~43°,植物相对种类就减少了很多,约有2500种。北极地区则大大减少,许多地方就几乎找不到被子植物的身影,仅少数地方有少数种类顽强生存,它们堪称是一些“另类”。如北极柳、北极罂粟就分布在纬度达80°以上的地方。另外,从海拔高度看,地势越高,气温越低,大约每上升100米,植物种类组成也有变化;在珠穆朗玛峰地区,气候严寒,只有少数耐寒种类可生存,例如伏繁缕。而在新疆天山高处则分布着着名的雪莲花。

在沙漠地区分布的有名被子植物有胡杨和梭梭。胡杨有“三个一千年”的说法,即生长一千年不死,死后一千年不倒,倒后一千年不朽,堪称“大漠英雄”。

6.被子植物与人类

在本书以上讲到的五种植物中,被子植物的用途相对来说是最广泛最重要的。人类的大部分食物都来源于被子植物,如谷类、豆类、薯类、瓜果和蔬菜等,被子植物是五谷杂粮的母亲;被子植物还为建筑、造纸、纺织、油料、纤维、食糖、香料、医药、树脂、麻醉剂、饮料等提供原料;而且绿色植物具有调节空气和净化环境的重要作用,是天然“空气净化器”。据报道,地球上的绿色植物每年能提供几百亿吨宝贵的氧气,同时从空气中吸收几百亿吨的二氧化碳,故绿色植物是人类和一切动物赖以生存的物质基础。中国的园林植物资源极为丰富,素有“世界园林之母”的雅号,栽种花卉已成为城市人们美化环境、调节空气和净化环境的重要时尚,总之被子植物与人类生活息息相关,且功不可没。

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