第16章 植物、真菌及其上陆

第16章 植物、真菌及其上陆 生物学导论（美）

第16章 植物、真菌及其上陆

• 上陆
  • 植物对陆生的适应 植物：通过光合作用制造有机分子的多细胞真核生物，具有适陆生生活的适应性
    • 结构性适应
      • 为适应陆生环境，特化出地上的茎、叶和地下根，用于吸收水和矿物质 （多数植物的根都有共生的真菌，为植物根提供水和矿物质，而植物产生的糖为真菌提供养分）综述
      • 植物的叶子是光合作用器官，叶表面的气孔进行气体交换，而蜡质结构有助于保持水分
      • 植物的茎进化出木质素，使细胞壁变硬，起支持作用
      • 大多数植物有维管组织，维管组织由管状细胞构成，其分支遍布整个植株。维管组织特化为两种运输组织
        • 木质部：有死细胞组成的管道，运输矿物质和水
        • 韧皮部：由活细胞组成，运输营养物质
    • 生殖性适应
      • 植物以及某些藻类进化出配子囊，即在配子外面生成一个保护性结构，以保证配子在湿润的环境中发育
      • 花粉的传播，可以依靠风、动物；受精和发育发生在雌性植株体内
      • 胚在种子里，也多依靠风、动物传播
  • 植物起源于绿藻
    • 分子生物学和其他证据表明，轮藻纲的多细胞绿藻与植物亲缘关系最近
    • 植物登陆也是一个漫长的过程，现代轮藻生活在池塘、湖泊边缘的浅水中，而古轮澡可能定居在偶尔干燥的浅水区，自然选择使能度过干燥期的个体存活下来，配子和胚都有配子囊保护
• 植物多样性
  • 植物进化要点
    • 化石记录了植物进化的4个主要时期，每个时期都以结构的进化为标志，这些结构为陆上生活提供了新机会
    • 起源于水生的轮藻纲绿藻，进化出配子囊，保护配子和胚，这一结构使得苔藓植物登陆
    • 进化出维管植物，无种子，使得蕨类植物上陆
    • 进化出种子植物，种子可以进一步保护胚，裸子植物上陆
    • 进化出有花植物，即被子植物。花是复杂的生殖结构，种子被保存在子房的小室中
  • 苔藓植物
    • 苔藓是生长成一堆，像海绵一样吸水保水的植株
    • 苔藓蜡质的膜防止失水，胚在配子囊中发育，这使得它们的陆地生活成为可能
    • 苔藓的生殖需要水，精子有鞭毛，要在水中游动到达卵子
    • 没有木质素而矮小，没有维管组织而必须生活在潮湿的环境中
    • 苔藓有两个不同植株个体，绿色海绵样的为配子体，另一种为孢子体，孢子体是由配子体长出的柄，顶端为孢蒴
    • 配子体细胞是单倍体，产生单倍体雌雄配子，而孢子体细胞为二倍体，产生单倍体孢子
      • 孢子和配子有两个区别
        • 孢子可以不与其他细胞融合而直接发育为一个新个体； 配子必须融合为一个合子后才能发育成一个新个体；
        • 孢子通常具有坚硬的外壳帮助它们抵御干燥的环境
    • 配子体和孢子体是相互交替的世代，二者可以相互产生。
      • 配子体产生配子，配子结合形成合子，合子可以长成新的孢子体
      • 孢子体产生孢子，可以长成为新的配子体
      • 这种类型的生活周期称为世代交替，只存在于植物和某些藻类中
  • 蕨类植物
    • 蕨类植物进化出维管组织，没有种子，孢子体比较发达
    • 精子也有鞭毛，需要水完成受精
    • 蕨类是当今最具有多样性的植物，种类超过1.2万种，大多数生活在热带，有些存在于温带的森林
    • 至今2.9亿-3.6亿年的石炭纪，蕨类植物处于鼎盛时期，遍布欧亚北美大陆，它们以及其它无种子植物的遗体沉入湿地，亿年后形成了煤炭
  • 裸子植物
    • 石炭纪末全球气候变得更加干燥寒冷，沼泽开始消失，为种子植物的繁盛提供了机会，最成功的早期的种子植物就是裸子植物（综述）
    • 松柏类（针叶类）
      • 是地球上最高、最大、最古老的生物之一
      • 几乎全是常绿植物，叶子针状，覆盖厚的角质膜，气孔深陷，防止水分流失
      • 寿命最长的松树年龄超过4600岁
    • 种子植物的陆生适应 （裸子植物比蕨类植物多了3点适应陆生生活）
      • 配子体进一步减少，孢子体相对发达。可能与太阳辐射有关，因为单倍体的配子体更容易基因突变。针叶林本身就是孢子体，其微小的配子体生活在球果里
      • 出现花粉，即退化的雌雄配子体，发育出精子细胞。在松柏类植物，风将花粉传至雌球果，卵就在鳞片间的胚珠（雌配子体）内发育。雌球果生长位置较高，防止同株授粉
      • 出现种子，种子由胚珠发育而来。种皮包裹着胚和准备得养分
        • 裸子植物没有子房，其种子裸露在球果的鳞片上
        • 种子从亲本植株上释放出来后，可以休眠，条件适宜时萌发
  • 被子植物
    • 综述： 当今地球上约有25万种被子植物，700种裸子植物； 裸子植物提供大部分木材和纸张，而被子植物几乎提供所有食物和纺织纤维； 被子植物进化出花，维管组织改进比裸子植物更有效，这是被子植物成功地关键；
    • 花、果实和被子植物的生活周期
      • 真正的生殖结构是： 雄配子体——花粉粒 雌配子体——胚珠内
    • 被子植物生活史
    • 植物世代交替的三种形式
    • 被子植物和农业
      • 我们食用的谷类、蔬菜和水果，全部都是被子植物；我们还从被子植物取得纤维、药物、香料、木材和装饰品
      • 人类很早就播种选育被子植物，产生了农业；人类通过选育良种改进并干预了植物的进化
      • 农业是植物与动物之间的一种独特进化关系
  • 植物的多样性是不可再生的资源
    • 由于人口爆炸和扩张，热带雨林消失速度极快，上千的植物物种以及生活在其中的昆虫、动物物种也随之消失；灭绝的物种不能恢复，是不可再生资源
    • 热带雨林是个大医药库，超过120种处方是从植物中提取的，可作药用的植物超过5千种；我们必须长远考虑，保护资源，这是全人类的财富
• 真菌
  • 真菌的特征
    • 综述： 真菌是真核生物； 分子生物学研究表明，真菌与动物的亲缘关系比与植物的更近
    • 真菌的营养
      • 异养生物，向体外分泌水解酶消化食物，将复杂的分子分解为可以吸收的分子
        • 作为分解者的真菌，在无生命的动植物尸体或排泄物中生活
        • 寄生性真菌，从活的宿主细胞或体液中吸取营养，其中有些是病原体
        • 有些与植物互利互惠
    • 真菌的结构
      • 大多数真菌的躯体由菌丝构成，菌丝是小的丝状结构，相互缠绕形成菌丝体，吸收养分的网络结构，可能十分巨大
      • 菌丝的质膜外包裹着管状的细胞壁，真菌的细胞壁主要成分为壳多糖，与昆虫外骨骼的壳多糖类似
      • 大多数真菌是多细胞生物。菌丝由横向的细胞壁分割成许多细胞，壁上有孔，允许核糖体、线粒体甚至细胞核通过
      • 菌丝体生长很快，每天可增加长度一千米，以弥补不能运动的缺陷
    • 真菌的生殖
      • 真菌通过释放孢子进行生殖，可能有性也可能无性
      • 大量孢子被释放，在风或水携带下，到了潮湿的地方就会萌发形成新的菌丝体
      • 真菌孢子分布极广，甚至飞到160公里的高空
  • 真菌的生态影响
    • 真菌是分解者： 真菌和细菌是生态系统中主要的分解者，将有机物分解成无机物，为植物提供养分；当然它们既会分解废物也会给我们的生活带来不便
    • 寄生性真菌
      • 10万多种真菌中，30%是寄生的，大多跟植物寄生在一起，一种真菌几乎消灭了美国所有榆树，甚至危害农作物在，造成经济损失
      • 大约50种真菌寄生在人和动物体内，可导致肺病、阴道炎、皮肤病等
    • 真菌的商业用途
      • 蘑菇和块菌是美味的食用真菌部分，真菌可用来催熟奶酪、发面、酿造业等
      • 真菌还有重要的药用价值，生产治疗细菌感染的抗生素，如青霉素等，真菌对地球上的生命有重要作用
• 和进化的联系：互利共生
  • 共生 指直接接触的不同物种的个体间的生态关系，通常是互利互惠的
  • 寄生 是一种损害宿主的共生关系
  • 互利共生的例子： 真核细胞就是原核细胞互利共生起源； 真菌和某些植物的共生； 某些细菌与人和动物的共生
  • 地衣 由真菌和藻类组成的互利共生体，是两个物种互相融合形成的新生命形式，藻类光合作用为真菌提供营养，真菌的菌丝体为藻类提供良好的环境，帮助藻类吸收并保持水分和矿物质