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植物学

   日期:2018-11-15     来源:花木    作者:环球花木    浏览:199    
核心提示:植物学 拼音:zhíwùxué 外文名:Botany 学科领域:生物学 研究方向:物的形态、分类、生理等。

植物学 拼音:zhíwùxué 外文名:Botany 学科领域:生物学 研究方向:物的形态、分类、生理等。

植物学是生物学的分支学科,是从人类文明开始的生物学分支出来的一个学科,比如种地,一开始就是面向生物的营养与健康的。植物学是生物学的分支学科。研究植物的形态、分类、生理、生态、分布、发生、遗传、进化等。目的在于开发、利用、改造和保护植物资源,让植物为人类提供更多的食物、纤维、药物、建筑材料等。由于目前大部分资料仍采用二元分类法,故广义上的植物学包括细菌、真菌、藻类、苔藓植物、蕨类植物、裸子植物、被子植物等。

一、学科历史

人类对植物的认识最早可以追溯到旧石器时代,人类在寻找食物的过程中采集了植物的种子、茎、根和果实。植物学的创始人是提奥夫拉斯图(Theophrastus),在他的著作《植物历史》(也称《植物调查》)中将植物进行了分类。1世纪希腊医生迪奥斯克里德斯(Dioscorides)的著作《药物论》(De Materia Medica)为以后药用植物的使用奠定了基础。1593年中国明朝的李时珍也完成了《本草纲目》的编写。17世纪末英国生物学家雷确立了现代植物分类的基本原理。17世纪,出现了各式各样的显微镜,开创了植物解剖学的研究,随后植物生理学和植物胚胎学也得到进一步的发展。

中国近代植物植物分类学的奠基人是胡先骕,编写了中国第一部中文《高等植物学》,发现了中国的“活化石”水杉,并将其命名。

二、生物学

(一)、分支学科

从前以植物为研究对象。早期人类的食、住、衣、药、装饰物、工具等乃至巫术用品无不取自植物。绿色植物借助光合作用制造食物,养育了一切生物,人类及许多生物所需的氧气全系35亿年以来植物借光合作用所产生。原始人先是采集植物,以后进而种植植物,自农业人口定居之後才出现了人类文明。人类在这些活动中积累的知识便构成植物科学的基础。

常称亚里斯多德的弟子泰奥弗拉斯托斯(Theophrastus,300BC)为植物学创立者。西元1世纪,希腊的迪奥斯科里斯(Pedanius Dioscorides)将植物分为芳香、烹饪及药用3类。西元1世纪,老普林尼的《博物志》中也记载不少植物知识,但谬误甚多。中国的药草书出现甚早,但对西方植物学无直接贡献。印刷术流传後,西方的草药志(herbal)才於15~16世纪逐渐出现。

16世纪以来的植物学

16世纪研制出光学镜头和复式显微镜,开创了一个新纪元。

17世纪的植物学家不再偏重於研究药草,鲍欣(Gaspard Bauhin)提出许多有效的新概念。胡克(Robert Hooke)、格鲁(Nehemiah Grew)及马尔皮基(Marcello Malpighi)等人的工作创立了植物解剖学。胡克创「细胞」一词。

18世纪,实验生理学初步证明,植物在阳光下吸收水和二氧化碳,并放出氧气。1753年林奈(Carolus Linnaeus)发表《植物种志》一书,确立了双名制,并将生殖性状(花)用为重要分类根据。

19世纪达尔文和孟德尔(Gregor Johann Mendel)的工作为植物进化观奠定了基础。

至20世纪植物学进展更为迅速,这包括:光合作用机理的阐明;光敏色素的发现;植物激素的发现;微量元素作用的研究;遗传育种技术的进步;同位素计年法的建立;前寒武纪岩石中藻样及细菌样化石的发现;抗生物质的分离等。

三、植物学研究领域

(一)、植物学的主要领域

植物学有下面4个主要领域:

1、形态学研究植体(由细胞到器官各个层次)的结构及形状。分支学科有细胞学、解剖学、组织学、生殖形态学、实验形态学等。

2、生理学研究植物功能,与生物化学及生物物理学密切相关。

3、生态学研究生物与环境间的交互作用,在某些方面与生理学相近。

4、系统学研究植物的鉴定和分类。

(二)、特别分支

此外,还有些特别分支,如细菌学、真菌学、藻类学、苔藓植物学、蕨类植物学、古植物学、孢粉学、植物病理学、经济植物学、人种植物学等。在形态研究方面,显微镜及相应的制片技术具决定性作用。相差显微镜使人们得以观察活组织,而电子显微镜则将人带进超微领域。组织培养法可用於研究植物的形态发生。在生理学领域,生物化学及生物物理技术大量应用,这包括超离心、电泳、层析、放射性同位素技术、各种电子仪器以及各种光谱波谱技术。X线衍射则有助於了解大分子的构造。生态学将许多生理学方法应用於户外研究,常需精确测量大量环境参数,而且可能需要电脑帮助来处理数据。群落生态学则采用统计方法来测度群体的分布和丰度。现代植物分类学家已能在植物园及温室、环境室中利用有对照的实验方法来辅助分类。植物标本及图志仍是重要的分类参考资料。电子显微镜、细胞学及遗传学方法、植物化学方法都为分类学提供了新的武器。电脑的出现还使数量分类技术得以实现。20世纪後半叶还采用大分子分析来判断植物间的亲缘关系。

(三)、相关学科

植物学与许多科学密切相关。医学和有机化学常取材於植物,而农、林、药等应用学科直接建基於植物学。园林艺术一直为各种文明所重视。农业产品则为人民生活所不可缺。历史上,至少有300种植物曾用作食物,约100种已驯化或曾大量种植,但仅约200种的产量大到可进入国际商业市场。稻、麦、玉米、甘蔗、甜菜、马铃薯、甘薯、大豆、蚕豆、椰子和香蕉是世界上最主要的12种食物,都由原始民族培养而成。茶、咖啡以及酒也都是历史悠久的饮料。植物纤维不仅提供服装原料,还可用於制绳、造纸等等。林业一直是建材、燃料、纤维、化工原料等的重要来源,在水土保持、野生动物保护、狩猎动物及渔类生息、提供游憩场所等方面也具很大作用。但森林资源也被大量浪费。森林的这些价值才开始受到重视。重要植物产品还有药材、芳香油等。

世界许多国家都有植物学会和植物学杂志,植物园也很普遍。

所有的动物都要依靠绿色植物的光合作用能力把日光能转化为化学能,释放出氧气来维持其生活。植物是人类衣、食、用、住、行原料的直接或间接来源,是维持生物圈生态平衡的重要环节。

早期人类就能分辨出他们所接触到的植物,并给以命名。随科学的发展,人们开始把对植物的知识系统化,并且记录下来成为植物学。以后,进一步注意到它们的结构、化学组成、各部分的功能和繁殖方式。而且自从人类懂得了栽培植物,研究内容更包括了其营养生长和繁殖,以及选育良种和对病虫害的处理。

(四)、微观植物学

20世纪植物学研究一方面走向微观,试求把植物的各种活动,物质、能量、信息的转化还原到细胞水平、分子水平、甚至电子水平,并创造了“细胞工程”、“基因工程”等方法以求迅速繁殖和创建植物新品种。另一方面特别是70年代以来,又趋向宏观,研究“环境保护”、“生态工程”等课题,甚至扩大到地球生物圈的组成及其调控的研究等。所以植物学已发展为包括众多分支的知识体系。70年代以来又常称之为植物生物学。

四、植物学学科发展

至少在旧石器时代,人类在采集植物块根和果实种子供食用的时候就认识了某些植物。希腊、埃及、巴比伦、中国、印度等文明古国对植物知识都有记述。如中国《诗经》就已经讲究“多识于鸟兽草木之名”。

古希腊亚里士多德的学生提奥夫拉斯图(公元前371年~公元前286年)被视为植物学的创始人。他在公元前300年写的《植物历史》或称《植物调查》一书,在哲学原理基础上将植物分类,描绘其各部分、习性和用途。罗马的老普林尼则把当时所有的植物学知识写在37册的《博物志》书中,开以后黑暗中世纪“百科全书学派”的先河,但谬误很多。

后陆续出现许多有关植物方面的著述。如公元1世纪希腊医生迪奥斯科里德斯在其著作《药物论》中记述了600种植物及其医药用途的引证,成为以后描述药用植物的基础。15~16世纪本草著作中最有价值的是日耳曼的布龙费尔斯,意大利的马蒂奥利、英国的特纳等的著作。此时期约与中国明代中叶以后李时珍完成《本草纲日》同时。总之至17世纪前植物学几乎全限于描述(包括木刻画)和定性药用植物。

17世纪的初期自然科学从以“机械哲学”为主导思想进入到“实验科学”阶段。植物学也从描述为主转到更有目的。有计划、有系统的收集资料,观测现象,以至于在控制条件下进行试验,并提出和考验理论与学说。这期间物理学、化学的发展及新工具如显微镜的应用也起了很大作用。

现代植物分类基本原理为英国生物学家雷在17世纪末确立,他把有花植物分为单子叶和双子叶,进一步再分就包括迄今还沿用的许多植物科。雷坚持必须用植物的所有特征来判定他们的亲绦而不能只用单一部分的特征。这恰是自然分类和人为分类的区别所在。

1753年瑞典植物学家林奈发表“植物种志”,确立了双名制。他将生殖性状(花)用作重要分类依据,他确立的24纲主要建立在花的雄蕊数目上;每个纲再用花柱的数目分成目。这个系统的简单性使人容易接受因而促进了植物的采集和调查,但由于此法含糊了自然分类而有害于植物学。如按林奈系统使百合和小檗同在一目,而鼠尾草和同类的薄荷却分了家。

林奈的贡献还在于把约6000种植物归入各属,仔细描写,并校勘了他所知的种和以前植物学家的命名和描写,再按双字命名法命名。此法立即被其他植物学者所接受。只有从1753年开始,从一个学者到另一个学者去跟踪一种植物才比较容易和可能。此后与分类学进展相并行的植物解剖学、植物生理学、植物胚胎学等的研究也就发展起来了。

自16世纪光学显微镜问世,瑞典人扬斯和扬森兄弟在1590年做成复合显微镜,17世纪名种型式显微镜出现后,由胡克、格鲁、马尔皮基开创了植物解剖学。

1670~1674年,英国人格鲁和意大利人马尔皮基已能分辨木质部、导管和纤维髓细胞和树脂道的内部。英国人胡克发现细胞,他的细胞概念是一个由实心物质包围的空间(小室)。从那以后很久,植物学家才理解这些蜂房样的小室至少在幼期是含有生活物质的。第一个植物形态学家设想植物是由多种成分,包括导管、纤维、“囊”等组成的。日耳曼人施莱登和他的同伴动物学家施万在1839年首次提出细胞学说。从此细胞学成为一个独立的学科。

在格鲁和雷的时代,生理学也开始了。雷做过树液运动、种子发芽和其他功能的实验。再早些年,荷兰人黑尔蒙特通过著名的桶栽柳技试验证明植物从水中取得物质。1742年英国人黑尔斯在所著的植物静力学中记载了关于树液流动和压力、蒸腾作用、失水和空气交换气体等方面的124个实验,他被认为是植物生理学的创始人。

1774年英国人工普里斯特利指出植物在阳光下释放氧气。这些气体(氧气、二氧化碳)和植物的相互关系进一步由英恩豪斯(1779)和法国人索绪尔(1804)阐明。后者将定量方法引入研究,并示明水和二氧化碳一样被吸收。自此关于绿色植物在光下吸收水分和二氧化碳增重(制造食物)的光合作用被发现。

17~18世纪,卡梅拉里乌斯及布尔哈夫等人观察到植物的性别、花粉及受精作用等现象,推动了植物胚胎学等的发展。

到19世纪中期植物学各分支学科已基本形成。达尔文、孟德尔的工作更为植物进化观和遗传机制的确立打下了基础。

20世纪特别是50年代以来,植物学又有了飞速发展,主要是植物生理学、生物化学和遗传学等的成就,如光合作用机理的阐明,光敏素、植物激素的发现,微量元素的发现,遗传育种技术、同位素计年法建立,以及抗生物质的分离等,使植物学在经济上更为重要,成为园艺学、农业和环境科学的重要理论基础。

五、植物学学科分支

(一)、植物分类学和系统学

植物分类学(Plant Taxonomy)和植物系统学(Plant Systematics):是根据植物的特征,植物间的亲缘关系、演化的顺序,对植物进行分类的科学,并在研究的基础上建立和逐步完善植物各级类群的进化系统。两者常常混用,但植物系统学更强调植物间的系统关系,即谱系。50年代以来,随着其他学科的发展,已产生出植物化学分类学、植物细胞分类学、植物超微结构分类学和植物数值分类学等进一步的分支学科;尤其80年代后期发展起来的分子系统学(Molecular Systematics)为植物的系统发育研究提供了新的手段。另外,对具体某一类群植物分类的研究也产生相应的分支学科,如:细菌学、真菌学、藻类植物学、苔藓植物学。

(二)、植物形态学

植物形态学(Plant Morphology):是研究植物个体构造、发育及系统发育中形态建成的科学,它已发展为植物器官学、植物解剖学、植物胚胎学及植物细胞学。

(三)、植物生理学

植物生理学(Plant Physiology):是研究植物生命活动及其规律性的科学。近代植物生理学中各分支学科,如细胞生理、种子生理、光合生理、呼吸生理、水分生理、营养生理、开花或生殖生理及生态生理等已有很大发展。有的已形成专门学科如植物分子生理学、植物代谢生理学、植物发育生理学等。与植物生理学密切相关的学科有植物生物化学。

(四)、植物遗传学

植物遗传学(Plant Genetics):是研究植物的遗传和变异规律性的科学。因和细胞学和分子生物学密切相关,已发展出植物细胞遗传学和分子遗传学。

(五)、植物生态学

植物生态学(Plant Ecology):是研究植物与环境间相互关系的科学。又可分成植物个体生态学、植物种群生态学、植物群落生态学及生态系统生态学。

(六)、植物化学

植物化学(Phytochemistry): 研究的主要内容是植物代谢产物的成分、结构、分布规律的科学,与中药有效成分、植物系统分类有密切关系,如植物化学分类学就是一个交叉学科。

(七)、植物资源学

植物资源学(plant resourses): 是研究自然界所有植物的分布、数量、用途及其开发的科学,与药用植物学、植物分类学和保护生物学有密切关系。

(八)、分子植物学

分子植物学(molecular botany):是近30年随着生物大分子(核酸、蛋白质)结构以及基因结构和功能的研究而发展起来的;指专门研究和揭示植物材料的核酸、蛋白质等大分子的结构和功能,以及基因的结构和功能规律的科学。它是当今植物学各领域研究的前沿,其分子生物学研究使用的方法已被植物各分支学科所采用。

现代植物科学已进入实验阶段,因而,出现一些实验的学科分支,如实验分类学,研究植物物种及种系形成;实验形态学,研究形态发生及器官建成;实验胚胎学,研究植物细胞、组织或器官在培养条件下胚胎的发生及建成;实验生态学,研究人工实验条件处理下,植物生理生化及内部结构的变化;而实验植物群落学是以人工生态环境或营造人工植物群落研究植物群落结构动态变化的科学。

 
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