了解一點(diǎn)植物學(xué)知識

        植物學(xué)是一門研究植物形態(tài)解剖、生長發(fā)育、生理生態(tài)、系統(tǒng)進(jìn)化、分類以及與人類的關(guān)系的綜合性科學(xué)，是生物學(xué)的分支學(xué)科。

        一、學(xué)科概述：
      （一）概念：植物學(xué) botany是生物學(xué)的分支學(xué)科。是研究植物的形態(tài)、分類、生理、生態(tài)、分布、發(fā)生、遺傳、進(jìn)化的科學(xué)。它的主要分科有植物分類學(xué)、植物形態(tài)學(xué)、植物解刨學(xué)、植物胚胎學(xué)、植物生理學(xué)、植物生態(tài)學(xué)、植物病理學(xué)、植物地理學(xué)等。目的在于開發(fā)、利用、改造和保護(hù)植物資源，讓植物為人類提供更多的食物、纖維、藥物、建筑材料等。

     （二）分支：生物學(xué)的分支學(xué)科，以植物為研究對象。早期人類的食、住、衣、藥、裝飾物、工具等乃至巫術(shù)用品無不取自植物。綠色植物借助光合作用制造食物，養(yǎng)育了一切生物，而今日人類及許多生物所需的氧氣全系35億年以來植物借光合作用所產(chǎn)生。原始人先是采集植物，以后進(jìn)而種植植物，自農(nóng)業(yè)人口定居之後才出現(xiàn)了人類文明。人類在這些活動(dòng)中積累的知識便構(gòu)成今日植物科學(xué)的基礎(chǔ)。今日常稱亞里斯多德的弟子泰奧弗拉斯托斯(Theophrastus, 300BC)為植物學(xué)創(chuàng)立者。西元1世紀(jì)，希臘的迪奧斯科里斯(Pedanius Dioscorides)將植物分為芳香、烹飪及藥用3類。西元1世紀(jì)，老普林尼的《博物志》中也記載不少植物知識，但謬誤甚多。中國的藥草書出現(xiàn)甚早，但對西方植物學(xué)無直接貢獻(xiàn)。印刷術(shù)流傳後，西方的草藥志(herbal)才於15∼16 世紀(jì)逐漸出現(xiàn)。16世紀(jì)研制出光學(xué)鏡頭和復(fù)式顯微鏡，開創(chuàng)了一個(gè)新紀(jì)元。17世紀(jì)的植物學(xué)家不再偏重於研究藥草，鮑欣(Gaspard Bauhin)提出許多至今有效的新概念。胡克(Robert Hooke)、格魯(Nehemiah Grew)及馬爾皮基(Marcello Malpighi)等人的工作創(chuàng)立了植物解剖學(xué)。胡克創(chuàng)「細(xì)胞」一詞。18世紀(jì)，實(shí)驗(yàn)生理學(xué)初步證明，植物在陽光下吸收水和二氧化碳，增加植株重量，并放出氧氣。1753年林奈(Carolus Linnaeus)發(fā)表《植物種志》一書，確立了雙名制，并將生殖性狀(花)用為重要分類根據(jù)。19世紀(jì)達(dá)爾文和孟德爾(Gregor Johann Mendel)的工作為植物進(jìn)化觀奠定了基礎(chǔ)。至20世紀(jì)植物學(xué)進(jìn)展更為迅速，這包括：光合作用機(jī)理的闡明；光敏色素的發(fā)現(xiàn)；植物激素的發(fā)現(xiàn)；微量元素作用的研究；遺傳育種技術(shù)的進(jìn)步；同位素計(jì)年法的建立；前寒武紀(jì)巖石中藻樣及細(xì)菌樣化石的發(fā)現(xiàn)；抗生物質(zhì)的分離等。

      

        二、研究領(lǐng)域：
      （一）主要領(lǐng)域：植物學(xué)有下面4個(gè)主要領(lǐng)域：

　　(1)形態(tài)學(xué)研究植體(由細(xì)胞到器官各個(gè)層次)的結(jié)構(gòu)及形狀。分支學(xué)科有細(xì)胞學(xué)、解剖學(xué)、組織學(xué)、生殖形態(tài)學(xué)、實(shí)驗(yàn)形態(tài)學(xué)等。

　　(2)生理學(xué)研究植物功能，與生物化學(xué)及生物物理學(xué)密切相關(guān)。

　　(3)生態(tài)學(xué)研究生物與環(huán)境間的交互作用，在某些方面與生理學(xué)相近。

　　(4)系統(tǒng)學(xué)研究植物的鑒定和分類。

      （二）特別分支：此外，還有些特別分支，如細(xì)菌學(xué)、真菌學(xué)、藻類學(xué)、苔蘚植物學(xué)、蕨類植物學(xué)、古植物學(xué)、孢粉學(xué)、植物病理學(xué)、經(jīng)濟(jì)植物學(xué)、人種植物學(xué)等。在形態(tài)研究方面，顯微鏡及相應(yīng)的制片技術(shù)具決定性作用。相差顯微鏡使人們得以觀察活組織，而電子顯微鏡則將人帶進(jìn)超微領(lǐng)域。組織培養(yǎng)法可用於研究植物的形態(tài)發(fā)生。在生理學(xué)領(lǐng)域，生物化學(xué)及生物物理技術(shù)大量應(yīng)用，這包括超離心、電泳、層析、放射性同位素技術(shù)、各種電子儀器以及各種光譜波譜技術(shù)。Ｘ線衍射則有助於了解大分子的構(gòu)造。生態(tài)學(xué)將許多生理學(xué)方法應(yīng)用於戶外研究，常需精確測量大量環(huán)境參數(shù)，而且可能需要電腦幫助來處理數(shù)據(jù)。群落生態(tài)學(xué)則采用統(tǒng)計(jì)方法來測度群體的分布和豐度?，F(xiàn)代植物分類學(xué)家已能在植物園及溫室、環(huán)境室中利用有對照的實(shí)驗(yàn)方法來輔助分類。植物標(biāo)本及圖志仍是重要的分類參考資料。電子顯微鏡、細(xì)胞學(xué)及遺傳學(xué)方法、植物化學(xué)方法都為分類學(xué)提供了新的武器。電腦的出現(xiàn)還使數(shù)量分類技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。20世紀(jì)後半葉還采用大分子分析來判斷植物間的親緣關(guān)系。

      （三）相關(guān)學(xué)科：植物學(xué)與許多科學(xué)密切相關(guān)。醫(yī)學(xué)和有機(jī)化學(xué)常取材於植物，而農(nóng)、林、藥等應(yīng)用學(xué)科直接建基於植物學(xué)。園林藝術(shù)一直為各種文明所重視。農(nóng)業(yè)產(chǎn)品則為人民生活所不可缺。歷史上，至少有300種植物曾用作食物，約100種已馴化或曾大量種植，但僅約200種的產(chǎn)量大到可進(jìn)入國際商業(yè)市場。稻、麥、玉米、甘蔗、甜菜、馬鈴薯、甘薯、大豆、蠶豆、椰子和香蕉是世界上最主要的12種食物，都由原始民族培養(yǎng)而成。茶、咖啡以及酒也都是歷史悠久的飲料。植物纖維不僅提供服裝原料，還可用於制繩、造紙等等。林業(yè)一直是建材、燃料、纖維、化工原料等的重要來源，在水土保持、野生動(dòng)物保護(hù)、狩獵動(dòng)物及漁類生息、提供游憩場所等方面也具很大作用。但森林資源也被大量浪費(fèi)。直到今日，森林的這些價(jià)值才開始受到重視。重要植物產(chǎn)品還有藥材、芳香油等?，F(xiàn)在世界許多國家都有植物學(xué)會(huì)和植物學(xué)雜志，植物園也很普遍。

　　所有的動(dòng)物都要依靠綠色植物的光合作用能力把日光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，釋放出氧氣來維持其生活。植物是人類衣、食、用、住、行原料的直接或間接來源，是維持生物圈生態(tài)平衡的重要環(huán)節(jié)。

　　早期人類就能分辨出他們所接觸到的植物，并給以命名。隨科學(xué)的發(fā)展，人們開始把對植物的知識系統(tǒng)化，并且記錄下來成為植物學(xué)。以后，進(jìn)一步注意到它們的結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、各部分的功能和繁殖方式。而且自從人類懂得了栽培植物，研究內(nèi)容更包括了其營養(yǎng)生長和繁殖，以及選育良種和對病蟲害的處理。

      （四）微觀植物學(xué)：20世紀(jì)植物學(xué)研究一方面走向微觀，試求把植物的各種活動(dòng)，物質(zhì)、能量、信息的轉(zhuǎn)化還原到細(xì)胞水平、分子水平、甚至電子水平，并創(chuàng)造了“細(xì)胞工程”、“基因工程”等方法以求迅速繁殖和創(chuàng)建植物新品種。另一方面特別是70年代以來，又趨向宏觀，研究“環(huán)境保護(hù)”、“生態(tài)工程”等課題，甚至擴(kuò)大到地球生物圈的組成及其調(diào)控的研究等。所以今天的植物學(xué)已發(fā)展為包括眾多分支的知識體系。70年代以來又常稱之為植物生物學(xué)。

 

　　人類對植物的認(rèn)識最早可以追溯到舊石器時(shí)代，人類在尋找食物的過程中采集了植物的種子、莖、根和果實(shí)。植物學(xué)的創(chuàng)始人是提奧夫拉斯圖 (Theophrastus)，在他的著作《植物歷史》（也稱《植物調(diào)查》）中將植物進(jìn)行了分類。 1世紀(jì)希臘醫(yī)生迪奧斯克里德斯（Dioscorides）的著作《藥物論》（De Materia Medica）為以后藥用植物的使用奠定了基礎(chǔ)。1593年中國明朝的李時(shí)珍也完成了《本草綱目》的編寫。17世紀(jì)末英國生物學(xué)家雷確立了現(xiàn)代植物分類的基本原理。17世紀(jì)，出現(xiàn)了各式各樣的顯微鏡，開創(chuàng)了植物解剖學(xué)的研究，隨后植物生理學(xué)和植物胚胎學(xué)也得到進(jìn)一步的發(fā)展，到19世紀(jì)中期植物學(xué)各分支學(xué)科已基本形成。

　　中國近代植物植物分類學(xué)的奠基人是胡先骕，編寫了中國第一部中文《高等植物學(xué)》，發(fā)現(xiàn)了中國的“活化石”水杉，并將其命名。

 

　　至少在舊石器時(shí)代，人類在采集植物塊根和果實(shí)種子供食用的時(shí)候就認(rèn)識了某些植物。希臘、埃及、巴比倫、中國、印度等文明古國對植物知識都有記述。如中國《詩經(jīng)》就已經(jīng)講究“多識于鳥獸草木之名”。

　　古希臘亞里士多德的學(xué)生提奧夫拉斯圖被視為植物學(xué)的創(chuàng)始人。他在公元前300年寫的《植物歷史》或稱《植物調(diào)查》一書，在哲學(xué)原理基礎(chǔ)上將植物分類，描繪其各部分、習(xí)性和用途。羅馬的老普林尼則把當(dāng)時(shí)所有的植物學(xué)知識寫在37冊的《博物志》書中，開以后黑暗中世紀(jì)“百科全書學(xué)派”的先河，但謬誤很多。

　　后陸續(xù)出現(xiàn)許多有關(guān)植物方面的著述。如公元1世紀(jì)希臘醫(yī)生迪奧斯科里德斯在其著作《藥物論》中記述了600種植物及其醫(yī)藥用途的引證，成為以后描述藥用植物的基礎(chǔ)。15～16世紀(jì)本草著作中最有價(jià)值的是日耳曼的布龍費(fèi)爾斯，意大利的馬蒂奧利、英國的特納等的著作。 此時(shí)期約與中國明代中葉以后李時(shí)珍完成《本草綱日》同時(shí)?？傊?7世紀(jì)前植物學(xué)幾乎全限于描述(包括木刻畫)和定性藥用植物。

　　17世紀(jì)的初期自然科學(xué)從以“機(jī)械哲學(xué)”為主導(dǎo)思想進(jìn)入到“實(shí)驗(yàn)科學(xué)”階段。植物學(xué)也從描述為主轉(zhuǎn)到更有目的。有計(jì)劃、有系統(tǒng)的收集資料，觀測現(xiàn)象，以至于在控制條件下進(jìn)行試驗(yàn)，并提出和考驗(yàn)理論與學(xué)說。這期間物理學(xué)、化學(xué)的發(fā)展及新工具如顯微鏡的應(yīng)用也起了很大作用。

　　現(xiàn)代植物分類基本原理為英國生物學(xué)家雷在17世紀(jì)末確立，他把有花植物分為單子葉和雙子葉，進(jìn)一步再分就包括迄今還沿用的許多植物科。雷堅(jiān)持必須用植物的所有特征來判定他們的親絳而不能只用單一部分的特征。這恰是自然分類和人為分類的區(qū)別所在。

　　1753年瑞典植物學(xué)家林奈發(fā)表“植物種志”，確立了雙名制。他將生殖性狀(花)用作重要分類依據(jù)，他確立的24綱主要建立在花的雄蕊數(shù)目上；每個(gè)綱再用花柱的數(shù)目分成目。這個(gè)系統(tǒng)的簡單性使人容易接受因而促進(jìn)了植物的采集和調(diào)查，但由于此法含糊了自然分類而有害于植物學(xué)。如按林奈系統(tǒng)使百合和小檗同在一目，而鼠尾草和同類的薄荷卻分了家。

　　林奈的貢獻(xiàn)還在于把約6000種植物歸入各屬(今天還用同樣安排)，仔細(xì)描寫，并?？绷怂姆N和以前植物學(xué)家的命名和描寫，再按雙字命名法命名。此法立即被其他植物學(xué)者所接受。只有從1753年開始，從一個(gè)學(xué)者到另一個(gè)學(xué)者去跟蹤一種植物才比較容易和可能。此后與分類學(xué)進(jìn)展相并行的植物解剖學(xué)、植物生理學(xué)、植物胚胎學(xué)等的研究也就發(fā)展起來了。

　　自16世紀(jì)光學(xué)顯微鏡問世，瑞典人揚(yáng)斯和揚(yáng)森兄弟在1590年做成復(fù)合顯微鏡，17世紀(jì)名種型式顯微鏡出現(xiàn)后，由胡克、格魯、馬爾皮基開創(chuàng)了植物解剖學(xué)。

　　1670～1674年，英國人格魯和意大利人馬爾皮基已能分辨木質(zhì)部、導(dǎo)管和纖維髓細(xì)胞和樹脂道的內(nèi)部。英國人胡克發(fā)現(xiàn)細(xì)胞，他的細(xì)胞概念是一個(gè)由實(shí)心物質(zhì)包圍的空間(小室)。從那以后很久，植物學(xué)家才理解這些蜂房樣的小室至少在幼期是含有生活物質(zhì)的。第一個(gè)植物形態(tài)學(xué)家設(shè)想植物是由多種成分，包括導(dǎo)管、纖維、“囊”等組成的。日耳曼人施萊登和他的同伴動(dòng)物學(xué)家施萬在1839年首次提出細(xì)胞學(xué)說。從此細(xì)胞學(xué)成為一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科。

　　在格魯和雷的時(shí)代，生理學(xué)也開始了。雷做過樹液運(yùn)動(dòng)、種子發(fā)芽和其他功能的實(shí)驗(yàn)。再早些年，荷蘭人黑爾蒙特通過著名的桶栽柳技試驗(yàn)證明植物從水中取得物質(zhì)。1742年英國人黑爾斯在所著的植物靜力學(xué)中記載了關(guān)于樹液流動(dòng)和壓力、蒸騰作用、失水和空氣交換氣體等方面的124個(gè)實(shí)驗(yàn)，他被認(rèn)為是植物生理學(xué)的創(chuàng)始人。

　　1774年英國人工普里斯特利指出植物在陽光下釋放氧氣。這些氣體(氧氣、二氧化碳)和植物的相互關(guān)系進(jìn)一步由英恩豪斯(1779)和法國人索緒爾(1804)闡明。后者將定量方法引入研究，并示明水和二氧化碳一樣被吸收。自此關(guān)于綠色植物在光下吸收水分和二氧化碳增重(制造食物)的光合作用被發(fā)現(xiàn)。

　　17～18世紀(jì)，卡梅拉里烏斯及布爾哈夫等人觀察到植物的性別、花粉及受精作用等現(xiàn)象，推動(dòng)了植物胚胎學(xué)等的發(fā)展。

　　到19世紀(jì)中期植物學(xué)各分支學(xué)科已基本形成。達(dá)爾文、孟德爾的工作更為植物進(jìn)化觀和遺傳機(jī)制的確立打下了基礎(chǔ)。

　　20世紀(jì)特別是50年代以來，植物學(xué)又有了飛速發(fā)展，主要是植物生理學(xué)、生物化學(xué)和遺傳學(xué)等的成就，如光合作用機(jī)理的闡明，光敏素、植物激素的發(fā)現(xiàn)，微量元素的發(fā)現(xiàn)，遺傳育種技術(shù)、同位素計(jì)年法建立，以及抗生物質(zhì)的分離等，使植物學(xué)在經(jīng)濟(jì)上更為重要，成為園藝學(xué)、農(nóng)業(yè)和環(huán)境科學(xué)的重要理論基礎(chǔ)。

 

       五、學(xué)科分支：

 

       1、植物分類學(xué)和植物系統(tǒng)學(xué)：植物分類學(xué)（Plant Taxonomy）和植物系統(tǒng)學(xué)（Plant Sys tematics）：是根據(jù)植物的特征，植物間的親緣關(guān)系、演化的順序，對植物進(jìn)行分類的科學(xué)，并在研究的基礎(chǔ)上建立和逐步完善植物各級類群的進(jìn)化系統(tǒng)。兩者常?；煊茫参锵到y(tǒng)學(xué)更強(qiáng)調(diào)植物間的系統(tǒng)關(guān)系，即譜系。50年代以來，隨著其他學(xué)科的發(fā)展，已產(chǎn)生出植物化學(xué)分類學(xué)、植物細(xì)胞分類學(xué)、植物超微結(jié)構(gòu)分類學(xué)和植物數(shù)值分類學(xué)等進(jìn)一步的分支學(xué)科；尤其80年代后期發(fā)展起來的分子系統(tǒng)學(xué)（Molecular Systematics）為植物的系統(tǒng)發(fā)育研究提供了新的手段。另外，對具體某一類群植物分類的研究也產(chǎn)生相應(yīng)的分支學(xué)科，如：細(xì)菌學(xué)、真菌學(xué)、藻類植物學(xué)、苔蘚植物學(xué)。

       2、植物形態(tài)學(xué)：植物形態(tài)學(xué)（Plant Morphology）：是研究植物個(gè)體構(gòu)造、發(fā)育及系統(tǒng)發(fā)育中形態(tài)建成的科學(xué)，它已發(fā)展為植物器官學(xué)、植物解剖學(xué)、植物胚胎學(xué)及植物細(xì)胞學(xué)。

       3、植物生理學(xué)：植物生理學(xué)(Plant Physiology)：是研究植物生命活動(dòng)及其規(guī)律性的科學(xué)。近代植物生理學(xué)中各分支學(xué)科, 如細(xì)胞生理、種子生理、光合生理、呼吸生理、水分生理、營養(yǎng)生理、開花或生殖生理及生態(tài)生理等已有很大發(fā)展。有的已形成專門學(xué)科如植物分子生理學(xué)、植物代謝生理學(xué)、植物發(fā)育生理學(xué)等。與植物生理學(xué)密切相關(guān)的學(xué)科有植物生物化學(xué)。

       4、植物遺傳學(xué)：植物遺傳學(xué)（Plant Genetics）：是研究植物的遺傳和變異規(guī)律性的科學(xué)。因和細(xì)胞學(xué)和分子生物學(xué)密切相關(guān)，已發(fā)展出植物細(xì)胞遺傳學(xué)和分子遺傳學(xué)。

       5、植物生態(tài)學(xué)：植物生態(tài)學(xué)（Plant Ecology）：是研究植物與環(huán)境間相互關(guān)系的科學(xué)。又可分成植物個(gè)體生態(tài)學(xué)、植物種群生態(tài)學(xué)、植物群落生態(tài)學(xué)及生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)。

        6、植物化學(xué)：植物化學(xué)（Phytochemistry）: 研究的主要內(nèi)容是植物代謝產(chǎn)物的成分、結(jié)構(gòu)、分布規(guī)律的科學(xué)，與中藥有效成分、植物系統(tǒng)分類有密切關(guān)系，如植物化學(xué)分類學(xué)就是一個(gè)交叉學(xué)科。

        7、植物資源學(xué)：植物資源學(xué)(plant resourses): 是研究自然界所有植物的分布、數(shù)量、用途及其開發(fā)的科學(xué)，與藥用植物學(xué)、植物分類學(xué)和保護(hù)生物學(xué)有密切關(guān)系。

        8、分子植物學(xué)：分子植物學(xué)（molecular botany）:是近30年隨著生物大分子（核酸、蛋白質(zhì)）結(jié)構(gòu)以及基因結(jié)構(gòu)和功能的研究而發(fā)展起來的；指專門研究和揭示植物材料的核酸、蛋白質(zhì)等大分子的結(jié)構(gòu)和功能，以及基因的結(jié)構(gòu)和功能規(guī)律的科學(xué)。它是當(dāng)今植物學(xué)各領(lǐng)域研究的前沿，其分子生物學(xué)研究使用的方法已被植物各分支學(xué)科所采用。

　　現(xiàn)代植物科學(xué)已進(jìn)入實(shí)驗(yàn)階段，因而，出現(xiàn)一些實(shí)驗(yàn)的學(xué)科分支，如實(shí)驗(yàn)分類學(xué)，研究植物物種及種系形成；實(shí)驗(yàn)形態(tài)學(xué)，研究形態(tài)發(fā)生及器官建成；實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)，研究植物細(xì)胞、組織或器官在培養(yǎng)條件下胚胎的發(fā)生及建成；實(shí)驗(yàn)生態(tài)學(xué)，研究人工實(shí)驗(yàn)條件處理下，植物生理生化及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化；而實(shí)驗(yàn)植物群落學(xué)是以人工生態(tài)環(huán)境或營造人工植物群落研究植物群落結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化的科學(xué)。