植物的進(jìn)化和系統(tǒng)發(fā)育 北京大學(xué)劉全儒老師植物分類學(xué)課件

1、第十四章第十四章 植物的進(jìn)化和系統(tǒng)發(fā)育植物的進(jìn)化和系統(tǒng)發(fā)育第一節(jié)第一節(jié) 植物進(jìn)化的證據(jù)植物進(jìn)化的證據(jù)第二節(jié)第二節(jié) 植物進(jìn)化的趨勢和進(jìn)化方植物進(jìn)化的趨勢和進(jìn)化方式式第三節(jié)第三節(jié) 植物進(jìn)化的基本理論植物進(jìn)化的基本理論第四節(jié)第四節(jié) 植物界的起源和進(jìn)化植物界的起源和進(jìn)化第一節(jié)第一節(jié) 植物進(jìn)化的證據(jù)植物進(jìn)化的證據(jù)一、化石證據(jù)一、化石證據(jù)化石是保留在地層中的化石是保留在地層中的 古代生物的遺體、遺跡古代生物的遺體、遺跡化石的種類化石的種類n印痕化石印痕化石n礦石化石礦石化石n化學(xué)化石化學(xué)化石化石是植物進(jìn)化的直接化石是植物進(jìn)化的直接 證據(jù)證據(jù)二、比較解剖學(xué)的證據(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

2、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)四、生理生化的證據(jù)五、分子生物學(xué)證據(jù)五、分子生物學(xué)證據(jù)第二節(jié)第二節(jié) 植物進(jìn)化的趨勢和進(jìn)化方式植物進(jìn)化的趨勢和進(jìn)化方式一、上升式進(jìn)化一、上升式進(jìn)化二、下降式進(jìn)化二、下降式進(jìn)化三、趨同進(jìn)化三、趨同進(jìn)化四、趨異進(jìn)化四、趨異進(jìn)化五、平行進(jìn)化五、平行進(jìn)化六、特化或?qū)；?、特化或?qū)；?、漸變式進(jìn)化與跳躍式進(jìn)化七、漸變式進(jìn)化與跳躍式進(jìn)化ab bc1 2 3 4 5 6 7 8abcd第三節(jié)第三節(jié) 生物進(jìn)化的基本理論生物進(jìn)化的基本理論 一、達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說一、達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說n遺傳與變異是植物進(jìn)化的內(nèi)因遺傳與變異是植物進(jìn)化的內(nèi)因n自然選擇是植物進(jìn)化的動力

3、自然選擇是植物進(jìn)化的動力n人工選擇是對有利變異的保存和積累人工選擇是對有利變異的保存和積累二、綜合進(jìn)化論和分子進(jìn)化的中性學(xué)說二、綜合進(jìn)化論和分子進(jìn)化的中性學(xué)說三、隔離在植物物種形成和進(jìn)化中的作用三、隔離在植物物種形成和進(jìn)化中的作用四、單元起源和多元起源四、單元起源和多元起源n單元論單元論n多元論多元論五、植物的個體發(fā)育和系統(tǒng)發(fā)育五、植物的個體發(fā)育和系統(tǒng)發(fā)育n植物的個體發(fā)育植物的個體發(fā)育n植物的系統(tǒng)發(fā)育植物的系統(tǒng)發(fā)育第四節(jié)第四節(jié) 植物界的起源和進(jìn)化植物界的起源和進(jìn)化一、地質(zhì)年代與植物進(jìn)化簡史（一、地質(zhì)年代與植物進(jìn)化簡史（見表見表14-1）n藻菌時代藻菌時代: 太古代到古生代志留紀(jì)晚期太古代到古生

4、代志留紀(jì)晚期(28億億年年)n裸蕨植物時代裸蕨植物時代:志留紀(jì)晚期或泥盆紀(jì)初期到中志留紀(jì)晚期或泥盆紀(jì)初期到中泥盆紀(jì)晚期泥盆紀(jì)晚期(0.3億年億年)n蕨類植物時代蕨類植物時代:中泥盆紀(jì)晚期到早二疊紀(jì)中泥盆紀(jì)晚期到早二疊紀(jì)(1.6億年億年)n裸子植物時代裸子植物時代:古生代的早二疊紀(jì)到中生代的古生代的早二疊紀(jì)到中生代的白堊紀(jì)早期白堊紀(jì)早期(1.4億年億年)n被子植物時代被子植物時代:中生代末期的白堊紀(jì)以來中生代末期的白堊紀(jì)以來二、植物界的起源和進(jìn)化簡史二、植物界的起源和進(jìn)化簡史（一）原核藻類的產(chǎn)生（一）原核藻類的產(chǎn)生n時間：時間：35-33億年前億年前n產(chǎn)生：厭氧異養(yǎng)原始生物產(chǎn)生：厭氧異養(yǎng)原始生物

5、 含葉綠素含葉綠素a、具具光系統(tǒng)光系統(tǒng)i、不放氧的原核原藻類不放氧的原核原藻類 光合自養(yǎng)光合自養(yǎng)的原核藍(lán)藻的原核藍(lán)藻n藍(lán)藻產(chǎn)生的意義：產(chǎn)生氧氣；形成臭氧層藍(lán)藻產(chǎn)生的意義：產(chǎn)生氧氣；形成臭氧層化學(xué)化學(xué)演化演化階段階段生物生物演化演化階段階段無機分子無機分子小分子有機物小分子有機物小分子有機物小分子有機物生物大分子生物大分子生物大分子生物大分子多分子體系多分子體系多分子體系多分子體系原始生命原始生命（二）真核藻類的產(chǎn)生和發(fā)展（二）真核藻類的產(chǎn)生和發(fā)展n時間：時間：15-14億年前億年前n祖先：原核生物通過真核鞭毛生物演化而來祖先：原核生物通過真核鞭毛生物演化而來n演化趨向：從單細(xì)胞到群體到多細(xì)胞；

6、從簡單演化趨向：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；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；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具核相交替到世代交替、從同型世代交替到異型世代交替型世代交替n藻體的演化：藻體的演化：單細(xì)胞單細(xì)胞具鞭毛具鞭毛群體群體多細(xì)胞體多細(xì)胞體失去鞭毛失去鞭毛絲狀體、葉狀體絲狀體、葉狀體異絲體、枝狀體異絲體、枝狀體綠球藻型綠球藻型多核體型多核體型紅色路線綠色路線雜色路線藻類的藻類的

7、3條進(jìn)化路條進(jìn)化路線線(三三)裸蕨植物的產(chǎn)生和蕨類植物的起源和發(fā)展裸蕨植物的產(chǎn)生和蕨類植物的起源和發(fā)展1.裸蕨植物裸蕨植物-陸生植物的最早優(yōu)勝者陸生植物的最早優(yōu)勝者n起源時間起源時間: 距今距今4億年前古生代志留紀(jì)晚期億年前古生代志留紀(jì)晚期n代表種類代表種類:w萊尼蕨萊尼蕨(rhynia)w裸蕨裸蕨(psilophyton)n共同特征共同特征:無葉無葉,僅具假根僅具假根, 莖莖2叉分枝叉分枝,單中柱單中柱,孢子囊孢子囊 單生枝端單生枝端,孢子同型孢子同型n裸蕨植物成功登陸原因裸蕨植物成功登陸原因w水生藻類大發(fā)展水生藻類大發(fā)展w含氧量增加含氧量增加w加里東造山運動加里東造山運動n祖先祖先:古代的

8、綠藻類古代的綠藻類2.裸蕨植物在植物系統(tǒng)發(fā)育和演化上的意義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)說頂枝學(xué)說和突出學(xué)說 3.蕨類植物的起源和演化蕨類植物的起源和演化起源起源:裸蕨植物裸蕨植物演化演化裸蕨類裸蕨類松松葉葉蕨蕨類類石石松松類類刺刺石石松松木木賊賊類類叉葉屬叉葉屬古蘆木古蘆木原始原始蕨類蕨類真真蕨蕨類類直接直接后裔后裔原原裸裸子子植植物物(四四)苔蘚植物的產(chǎn)生苔蘚植物的產(chǎn)生時間時間:距今距今3億年前泥盆紀(jì)早期億年前泥盆紀(jì)早期起源理論起源理論n苔蘚植物起源于綠藻苔蘚植物起源于綠藻(1)具有

9、與綠藻相似的葉綠體和光合色素具有與綠藻相似的葉綠體和光合色素;(2)貯藏物為淀貯藏物為淀粉粉;(3)游動細(xì)胞具游動細(xì)胞具2條頂生鞭毛條頂生鞭毛;(4)合子在配子體內(nèi)發(fā)合子在配子體內(nèi)發(fā)育育;(5)原絲體類似于絲狀綠藻原絲體類似于絲狀綠藻;(6)藻苔的發(fā)現(xiàn)藻苔的發(fā)現(xiàn)n苔蘚植物起源于裸蕨苔蘚植物起源于裸蕨(1)地質(zhì)年代記載晚于裸蕨地質(zhì)年代記載晚于裸蕨;(2)裸蕨中的一些種類與苔蘚植裸蕨中的一些種類與苔蘚植物有相似之處物有相似之處;(3)裸蕨中可看到有輸導(dǎo)組織消失的情裸蕨中可看到有輸導(dǎo)組織消失的情況況;(4)真蘚中有畸形的分叉孢子囊真蘚中有畸形的分叉孢子囊演化方式演化方式綠藻中的鞘毛藻綠藻中的鞘毛藻苔

10、類苔類蘚類蘚類輪藻輪藻蘚類蘚類苔類苔類裸蕨類裸蕨類角苔角苔苔類苔類蘚類蘚類(五五)裸子植物的起源和發(fā)展裸子植物的起源和發(fā)展1.裸子植物的祖先裸子植物的祖先-原裸子植物原裸子植物n主要特征主要特征: 外形似蕨類外形似蕨類,以孢子以孢子繁殖繁殖,次生木質(zhì)部由次生木質(zhì)部由具緣紋孔的管胞組成具緣紋孔的管胞組成n代表種類代表種類:無脈蕨無脈蕨(aneurophyton)古蕨古蕨(archaeopteris)2.裸子植物演化過程中的重要類群裸子植物演化過程中的重要類群n種子蕨種子蕨(pteridospermae)n本內(nèi)蘇鐵本內(nèi)蘇鐵(bennettitinae)n科得狄科得狄(cordaitinae)3.裸

11、子植物的演化關(guān)系裸子植物的演化關(guān)系(六六)被子植物的起源和發(fā)展被子植物的起源和發(fā)展1. 被子植物發(fā)生的地質(zhì)時期被子植物發(fā)生的地質(zhì)時期 白堊紀(jì)或晚侏羅紀(jì)白堊紀(jì)或晚侏羅紀(jì)化石記錄化石記錄花粉：花粉： 金粟蘭科金粟蘭科花花 喙柱始木蘭喙柱始木蘭果果 加州洞核加州洞核 遼寧古果遼寧古果2. 可能的祖先可能的祖先 大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為被子植物起源于一個祖先大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為被子植物起源于一個祖先,即即原被子植物原被子植物.原被子植物可能源于本內(nèi)蘇鐵或原被子植物可能源于本內(nèi)蘇鐵或種子蕨種子蕨3. 雙子葉植物和單子葉植物的關(guān)系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大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為單子葉植物

12、是從已絕滅的原始草本雙子葉植物演化而來始草本雙子葉植物演化而來 水生莼菜起源說水生莼菜起源說 陸生毛茛起源說陸生毛茛起源說4. 被子植物的發(fā)源地被子植物的發(fā)源地 絕大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為被子植物起源于熱帶或絕大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為被子植物起源于熱帶或亞熱帶亞熱帶5. 關(guān)于被子植物系統(tǒng)演化的主要學(xué)說關(guān)于被子植物系統(tǒng)演化的主要學(xué)說n恩格勒學(xué)派恩格勒學(xué)派(假花說假花說)n毛茛學(xué)派毛茛學(xué)派(真花說真花說)（七）分子系統(tǒng)學(xué)在揭示植物起（七）分子系統(tǒng)學(xué)在揭示植物起源和系統(tǒng)演化中的作用源和系統(tǒng)演化中的作用有意義的進(jìn)展有意義的進(jìn)展n輪藻植物與陸生植物的關(guān)系與其他輪藻植物與陸生植物的關(guān)系與其他“綠藻類綠藻類” 植物的關(guān)系要近。

13、植物的關(guān)系要近。n苔蘚植物為并系類群，其中蘚類和維管植物的關(guān)系更密切。苔蘚植物為并系類群，其中蘚類和維管植物的關(guān)系更密切。n一些主要的分化事件和新形態(tài)特征出現(xiàn)于產(chǎn)生現(xiàn)存類群的輻射之一些主要的分化事件和新形態(tài)特征出現(xiàn)于產(chǎn)生現(xiàn)存類群的輻射之前。前。n買麻藤目是現(xiàn)存種子植物中與被子植物關(guān)系最近的類群；買麻藤買麻藤目是現(xiàn)存種子植物中與被子植物關(guān)系最近的類群；買麻藤目為單系類群，買麻藤屬與百歲蘭屬關(guān)系較近，與麻黃屬關(guān)系較目為單系類群，買麻藤屬與百歲蘭屬關(guān)系較近，與麻黃屬關(guān)系較遠(yuǎn)。遠(yuǎn)。n被子植物為單系類群；目前關(guān)于被子植物進(jìn)化的假設(shè)認(rèn)為：兩大被子植物為單系類群；目前關(guān)于被子植物進(jìn)化的假設(shè)認(rèn)為：兩大分支分支

14、單子葉植物和真雙子葉植物植根于木蘭類的雙子葉植物單子葉植物和真雙子葉植物植根于木蘭類的雙子葉植物（木蘭亞綱）之中，而后者被認(rèn)為是出于被子植物基部類群的集（木蘭亞綱）之中，而后者被認(rèn)為是出于被子植物基部類群的集合群。單子葉植物根據(jù)其單個子葉和其他特征被定義為單系類群。合群。單子葉植物根據(jù)其單個子葉和其他特征被定義為單系類群。而真雙子葉植物是根據(jù)它們均具有三萌發(fā)孔及其衍生類型的花粉而真雙子葉植物是根據(jù)它們均具有三萌發(fā)孔及其衍生類型的花粉定義的，八角科和五味子科具有三萌發(fā)孔與真雙子葉植物是趨同定義的，八角科和五味子科具有三萌發(fā)孔與真雙子葉植物是趨同關(guān)系。真雙子葉植物也是一個單系類群，含現(xiàn)存植物種類的

15、關(guān)系。真雙子葉植物也是一個單系類群，含現(xiàn)存植物種類的75%，包括毛茛類和包括毛茛類和“低等低等”的金縷梅類；進(jìn)化類群包括了一大部分現(xiàn)的金縷梅類；進(jìn)化類群包括了一大部分現(xiàn)存的被子植物，如存的被子植物，如“高等高等”金縷梅類、薔薇亞綱、石竹亞綱、五金縷梅類、薔薇亞綱、石竹亞綱、五椏果亞綱和菊亞綱。椏果亞綱和菊亞綱。未解決的問期未解決的問期n關(guān)于種子植物現(xiàn)存類群（蘇鐵類、銀杏類、關(guān)于種子植物現(xiàn)存類群（蘇鐵類、銀杏類、松杉類、生花植物（包括本內(nèi)蘇鐵類、買麻松杉類、生花植物（包括本內(nèi)蘇鐵類、買麻藤類和種子植物）之間的關(guān)系尚未得到令藤類和種子植物）之間的關(guān)系尚未得到令人滿意的解決。人滿意的解決。n被子植物各基部譜系的系統(tǒng)位置，包括被子植物各基部譜系的系統(tǒng)位置，包括“木木蘭類蘭類”和和“古草本類古草本類”也未得以解決。也未得以解決。n不同的分子樹之間（不同的分子樹之間（martin & dowd 1991, hamby & zimmer 1992, chase et al 1993）具有較大的分歧。具有較大的分歧。未解決的問期未解決的問期n關(guān)于種子植物現(xiàn)存類群（蘇鐵類、銀杏類、關(guān)于種子植物現(xiàn)存類群（蘇鐵類、銀杏類、松杉類、生花植物（包