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植物物种多样性： 全球植物区系 ---- 概念、理论与实践意义

《 现代生命科学 》 第六章 《 人类与环境和谐共存 》. 植物物种多样性： 全球植物区系 ---- 概念、理论与实践意义. 廖 文 波 中山大学生命科学学院 2005 年 10 月 21 日、 11 月 11 日. ··· 引言：几个例子 植物 多样性 的实践意义 例子 1 ： 太平洋紫杉 Taxus brevifolia Nutt . 据美国 Montana 技术学院 G A Strobel 博士的研究 ， 在太平洋紫杉的树皮中 找到一种 真菌 ，命名为 Taxomyces andreanae , 它与 紫杉醇的产生 有某些 功能关系。. 红豆杉科.

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植物物种多样性： 全球植物区系 ---- 概念、理论与实践意义

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  1. 《现代生命科学》第六章 《人类与环境和谐共存》 植物物种多样性：全球植物区系----概念、理论与实践意义 廖文波 中山大学生命科学学院 2005年10月21日、11月11日

  2. ···引言：几个例子 • 植物多样性的实践意义 例子1： • 太平洋紫杉Taxus brevifolia Nutt. 据美国Montana 技术学院G A Strobel博士的研究，在太平洋紫杉的树皮中找到一种真菌，命名为Taxomyces andreanae, 它与紫杉醇的产生有某些功能关系。

  3. 红豆杉科 白豆杉 南方红豆杉 台湾穗花杉

  4. 植物多样性的实践意义 例子2： • 樱井草Petrosavia sinii (Kr.) Gagn. 井樱草科Petrosaviaceae, 产:南岭沟谷季雨林（川桂粤台）中，腐生兰，生长在橡树类的腐根上，被认为是第三纪古热带常绿阔叶林向南退却后留下的孑遗属。

  5. 生物多样性的实践意义 ----生物进化的潜能 例子3： • 银杏Ginkgo biloba L.，是孑遗种,现代银杏在植物形态上与中生代早期的化石并无多大变化，但序列测定表明在分子水平上相似性极少,差别极大。 • 非洲爪蟾(Xenopus),属间形态差别不大, 但序列分析发现相近两属之间的差异，远大于一般动物分类单位‘目’之间的差别。 • 物种存在进化潜能，很多古老类群，其形态分化远小于分子水平上的分化。

  6. 例子4、新疆野果林

  7. 野苹果 • 野杏 • 野梨 • 野樱桃

  8. 主要内容 • 物种概念 1、物种定义 2、分类学与系统学 3、植物区系 • 植物区系的多样性 • 被子植物起源的理论 1、北极起源论 2、热带起源论 3、亚热带（华夏）起源论 4、被子植物统一起源的证据 • 生物多样性的实践意义

  9. I、物种概念 简　　介 • 1、物种定义 • 生物学是一门来源于生产实践的学科，是人类与自然的斗争中不断积累，逐渐丰富而发展起来的。 • 原始社会: 刀耕火种 • 初级分工: 农业、畜牧业 • 传统经验: 感性认识→理性认识 • 科学分类：界 门 纲 目 科 属 种 • 奠 基 人: 林奈(Linnaeus, 1707-1778): 双名法 • 分支学科: 分类学、系统学、生态学..... 地理学、资源学、分子系统学······

  10. 物种概念 • 物种Species—简称种，生物分类的基本单位，指具有一定形态结构、生理生化特征的，以及一定自然分布区的个体的总和。 • 划分物种主要依据3个标准： • 形态相似性：物种各个体之间具有高度的形态相似性。 (林奈种Linneon、约旦种Jordanon) • 地理隔离：每一物种均有其独立的自然分布区，长期演化 的结果形成相应的隔离机制。 • 生殖隔离：各物种之间杂交不育，在长期的演化过程中形 成多种多样的隔离机制。 • 物种概念的争议： 分类学种Taxonomical species, 又称形态学种Morphological species; 生物学种Biological species, 又称遗传学种Genetical species。

  11. 物种概念 • 物种概念 • 问题：物种分类是否有惟一标准？ • 问题：物种进化的动力是什么？ • 问题：《物种生物学》 Biosystematics就是研究物种概念、物种形成与演化过程,以及机制的学科。

  12. 物种概念 2、分类学与系统学 • 分类学Taxonomy: 研究和描述有机体的形态、变异，探讨其异同的因果关系，并运用所掌握的资料建立分类系统。 • 系统学Systematics: 在分类的基础上探讨有机体间的系统关系，揭示物种的演化过程。 • 分类Classification: 分门别类，建立一个合乎逻辑的分类阶元系统；每个阶元系统可以包括有任何数量的有机体。

  13. 物种概念 • 分类学的意义： • 预测性分类Predictive classification: • (1) 通过判断某些植物属于某些分类群，从而很快推知该种植物所具有的大量相关资料，如形态学的、解剖学的、花的、果实的等等。 • (2) 预测性Predictivity: 可以用来评价某种分类的优劣程度的明显准绳之一。

  14. 分类学的意义： • 系统发育分类：Phylogenetic or phenetic classification: 反映植物的发育途径或演化途径。反过来讲，不一定反映自然相似性，而是一种本质的演化关系，这种关系与可预测性不直接相关。

  15. 分类学与系统学 分类学的历史时期： ----分类学的起源和发展： • 一、古代分类学时期 • 二、本草学时期 • 三、早期分类学家时期 • 四、林奈阶段 • 五、林奈之后的自然分类系统时期 • 六、系统发育系统时期 • 七、当代进化发育与表型性系统时期

  16. 分类学与系统学 二界系统 植物界(Plantae): 55万多种。 • 藻类(Algae): 3万多种 • 菌类(Fungi): 10万种 • 地衣(Lichens): 2500多种 • 苔藓(Bryophyta): 23000多种 • 蕨类(Pteridophyta): 12000多种 • 裸子植物(Gymnospermae): 800多种 • 被子植物(Angiospermae): 23.5万多种 动物界(Animalia)：多少种？ 据: C.A. Stace（1980）估计植物界应有151万种。 Turrill (1938)认为每年发表新种约2000种。

  17. 三界系统 • 植物界(Plantae): 生产者 • 动物界(Animalia): 消耗者 • 菌物界(Fungi): 分解者 （粘菌、卵菌、真菌；细菌？） 问题：何谓微生物(Microoganism)？ • 微小的动植物，细菌、显微藻类、原生动物？约70万种。 • 生物形态学概念？非分类等级单位？

  18. 五界系统 • 动物界 • 植物界 • 菌物界（粘菌、卵菌、真菌） • 原核生物界(Monera) 细菌、蓝藻、放线菌、支原体、衣原体、立克次氏体 • 原生生物界(Protista) 原生动物、真核藻类、低等真菌

  19. 五界系统

  20. 分类学与系统学 • 六界系统 • 病毒界(Viri)（陈世骧，1977） 3000多种，简单的生命形式。 • AIDS(获得性免疫缺陷综合症)←HIV

  21. 恩格勒的被子植物分类系统 I、 双子叶植物纲 （1） 原始花被亚纲 木麻黄目、胡桃目、杨柳目、壳斗目、···柔荑花序类 蓼目、中央子目、仙人掌目、···········中央子类 木兰目、毛茛目、胡椒目、············多心皮类 藤黄目、罂粟目、····················五桠果类 蔷薇目、芸香目、····················蔷薇类 无患子目、卫矛目、鼠李目、··········有花盘类 堇菜目、桃金娘目、伞形花目、········侧膜胎座类 （2） 合瓣花亚纲 岩梅目、杜鹃花目、报春花目、管花目··合瓣花类 II、 单子叶植物纲 沼生目、霉草目、····················泽泻类 百合目、····························百合类 鸭跖草目、··························鸭跖草类 棕榈目、····························棕榈类 姜目、······························姜类 兰目、······························微子类 • 现代流行系统 恩格勒系统

  22. 现代流行系统: 哈钦松系统 Hutchinson’s system

  23. 现代流行系统: 他赫他间系统 Takhtajan’s system

  24. 现代流行系统: 克朗奎斯特系统 百合亚纲 菊亚纲 姜亚纲 蔷薇亚纲 鸭跖草亚纲 金缕梅亚纲 五桠果亚纲 棕榈亚纲 木兰亚纲 泽泻亚纲 石竹亚纲 Cronquist 系统图（1981）

  25. 现代流行系统: 克朗奎斯特系统 Cronquist’s system，1987

  26. 现代流行系统: 诺·达格瑞系统 Dahlgren’s system

  27. Chang’s system,1986 • 现代流行系统：张宏达系统

  28. II、全球植物区系概念 “地理”与“地理学”概念 • 地理(行政地理学) • 人文地理学 • 经济地理学 • 自然地理学 • 植物地理学(Phytogeography)：研究植物在地球表面的分布及其分布规律。

  29. 生态植物地理学 分布植物地理学 • Diels, 1929: 植物地理学(Plant geography) 植物学 与 地理学 植物地理分区 历史植物地理学

  30. 植物生态学 植物群落学 植被生态学 生态植物地理学 分布植物地理学 植物分布区学 • Diels, 1929: 植物地理学 水生、海洋、 盐碱、荒漠、 红树林 植物学 与 地理学 科属植物 地理学 植物区理分区 历史植物地理学 区域植物 区系 区系植物 地理学

  31. 全球植物区系概念 • 植物区系(flora) • 植物区系：是指某一特定地区或区域生长着的全部植物种类, 是植物科属种在历史演化发展过程中形成的自然综合体。 • 特定地区或区域:自然地理区, 或是行政区域, 例如: 洲、山脉、河流、湖泊、国家、省及其它局部地区。 • 植物区系(flora)： 中国植物区系、广东植物区系、 南岭山地植物区系、 洞庭湖地区植物区系······ • 县志、省志：“一方山水养一方人”

  32. 植物地理学的分支学科： （1）植物区系学(Floristics) (2) 区系植物地理学 (Floristic Phytogeography) (3) 科属植物地理学 (Taxon Phytogeography) (4) 植物分布区学(Plant Arealology) (5) 生态植物地理学 (Ecological Phytogeography) (6) 植物地理分区 (7) 历史植物地理学 (Historical Phytogeography)

  33. 现代植物学与古植物学 现代植物学 历史植物地理学 古植物学

  34. 植物生态学 植物群落学 植被生态学 生态植物地理学 植物 分布区学 分布植物地理学 手段 手段 • Chang, H. T., 1995: 植物区系学 水生、海洋、 盐碱、荒漠、 红树林 植物区系学 Florology 科属植物 地理学 区域植物 区系 植物区理分区 历史植物地理学 对象 手段与对象 区系植物 地理学 对象

  35. 全球植物区系的多样性 • 植物区系的类型： 1、气候因子为主的植物区系 • 热带植物区系 • 亚热带植物区系 • 温带植物区系 • 冻原植物区系 冰雪植物区系(cryoflora) （冰雪衣藻Chlamydomonas sp.: 因所含色素有变化，形成红雪、绿雪、黄雪。）

  36. 绿雪 红雪 Chlamydomonas nivalis 南极藻类

  37. 2、水因子为主的植物区系 • 海洋植物区系 • 陆地植物区系（大陆区系、岛屿区系） • 高山植物区系 • 水生植物区系 (江河湖泊) • 沙漠植物区系 • 海岸红树林植物区系 具有3大生态特点： • 胎萌现象 • 抗盐、泌盐、耐盐 • 防风、抗浪、固堤；富生物多样性

  38. 3、以自然地理区为主导的“区域植物区系” • 亚洲植物区系 （亚洲热带区系、亚洲温带区系） • 非洲植物区系 • 北美洲植物区系 • 南美洲植物区系 • 澳洲植物区系 （澳大利亚、南极洲、好望角） • 欧洲植物区系

  39. 植物区系“地理分区” (1) 区划等级: • 区 (Kingdom)、地区 (Region)、省 (Province) (2) 六大植物区(Takhtajan, 1969) • 泛北极植物区 • 古热带植物区 • 新热带植物区 • 澳洲植物区 • 好望角植物区 • 南极植物区 ☆ 海洋植物带(Engler, 1936)

  40. 中国植物区系的地位 (1) Takhtajan（1969） • 泛北极植物区 东亚地区(中国-日本植物地区) (2) 吴征镒(Wu Zhengyi，1979) 2区, 7亚区, 23地区 • 泛北极植物区 东亚地区(中国-日本; 中国-喜马拉雅) • 古热带植物区 (3) 张宏达 (Chang Hungta，1994) • 华夏植物区（3个地区） 东亚、印度-喜马拉雅、马来西亚地区 问题：喜马拉雅植物区系是何时如何发生的？

  41. 张宏达 ：中国植物区系区划 • 中国植物区系分区

  42. 全球植物区系分区（前苏联：阿略兴）

  43. 吴征镒：中国植物区系分区

  44. III、被子植物起源的理论 1、三大“起源理论”： • 北极起源说 • 热带起源说 • 华夏植物区系学说 (亚热带起源说) 争论的焦点： 起源的时间、地点、祖先，演化路线。

  45. 2、三种发生“方式”： • 单元论(Monophyletic Theory) J.Hutchinson, A.Thkhtajan, A.Cronquist,H.T.Chang • 二元论(Diphyletic Theory) A.Engler 恩格勒 • 多元论(Polylephyletic Theory) G.R.Wieland 维兰德,Hallier, Meeuse米塞, Lam兰姆, 胡先马肃(1950) • 种系形成：单境起源说、多境起源说、 单境多元发生论、泛境发生论。 • 散布、迁移、分化：均受到地质因素、气候因素、 海陆变迁的影响。 • 分布区的形成：散布（风播、水播、动物传播、自 播）；迁移；分化。

  46. 单元论 • 单元论(Monophyletic Theory) A. Thkhtajan, A. Cronquist, H. T. Chang • 被子植物来自一个前被子植物,例如多心皮类的木兰目; • 哈钦松：多心皮学派的首创者，原始的类群演化形成木本群的木兰目和草本群的毛茛目，后分别演化出现代被子植物的木本群和草本群； • 张宏达(1994): 认为被子具有较完整的发育体系，是单元多系的。认为裸子、双子叶、单子叶植物在发展的前期就各自分化；如果坚持单元单系，最终将会陷入多元起源。

  47. 二元论 • 二元论(Diphyletic Theory) A.Engler恩格勒 木兰类是原始的，但柔荑花序类的化石在侏罗纪地层中已有发现，地史上不比多心皮类晚，因此两者不存在直接联系，可能是平等发展的。 A.Engler 是二元论的代表，他认为柔荑花序类可能来自具有轴生胚珠的孢子穗类（Stachyospermae）远祖；多心皮类来自具有叶生胚珠的孢子叶类（Phyllosporae）。 从两者的关系看，张宏达也认为金缕梅类（柔荑花序类）、木兰类，不能认为那个更原始，那个更进化，是平行发展关系；但两者有共同的祖先。

  48. 真花说与假花说示意图 • 真花说(Euanthium Theory) • 假花说(Pseudanthium Theory) • 初学者理解较困难 。 • 图1 真花说与假花说的原示意图 • 引自：中山大学生物系等编, 1978：图7-84 • 教材中谈到：主轴、不育苞片、苞片、小苞片、雄花、雌花、花被、心皮、雄蕊、胚珠等名词； • 但在图示中没有加图注, 影响了阅读和理解。

  49. 真花说与假花说的原型

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