被子植物(被子植物(开花植物))

被子植物，也被称为开花植物，是世界上最大的植物群，分布于包括南极洲在内的所有大陆。除了太平洋西北部和欧亚大陆北部的温带针叶林以外，它们通常是各自生态系统中的主要植物类型。

1898年，查尔斯·达尔文(Charles Darwin)写道，被子植物的多样性是一个“令人厌恶的谜”，是“最令人困惑的现象”。导致如此非凡的物种多样性的进化机制还有待发现。植物种类多为被子植物，多达40万种。更现实的估计是350，000，不确定性是由于尚未被分类学家发现和描述的物种的估计数量。

被子植物的历史和进化

为了了解被子植物的进化历史，我们必须研究它们的化石历史。这种研究被称为古植物学，许多研究人员完全专注于被子植物化石。

白垩纪

在被子植物出现之前，地球上主要的植物类型是针叶树和其他绿色植物。根据化石证据，裸子植物出现在3亿多年前的泥盆纪。在被子植物出现之前，它们主宰了陆地植物的生活超过2亿年。

化石记录显示，被子植物早在1.45亿年前的白垩纪早期就已经存在。到1亿年前，被子植物已经非常多样，这是从湖床分析的花粉决定的。从地质学的角度来看，被子植物的多样性在相对较短的时间内发生得非常快。从那以后，它们一直是陆地植物的主要种类。

在曾经的热带地区发现了一些最古老的被子植物化石。据推测，被子植物起源于世界上较温暖的地区，然后辐射到两极。

与其他植物相比，被子植物

与其他植物相比，被子植物是如何成为主要植被类型的？一种可能的解释是，与其他植物及其系统进化相比，它们因其复杂的叶脉而增加了光合能力。此外，被子植物的基因组通常比其他植物的基因组小，这使得细胞更小，碳吸收率更高。开花植物的上述两个特征可能使它们胜过邻居，成为景观的主宰。

被子植物和裸子植物的比较

被子植物和裸子植物是种子植物。也就是说，它们通过种子繁殖，而不是像蕨类和苔藓那样通过孢子繁殖。另一个相似之处是它们产生二次生长的能力。两种植物区系的主要区别是被子植物产生花和果实，种子被包在子房里。裸子植物产生由球果携带的裸种子。

被子植物的生态学重要性

被子是日常生活的必需品，也是消费品的主要来源。从我们吃的食物到我们呼吸的空气体，再到我们建造建筑物的材料，开花植物在维持地球上包括人类在内的所有动物方面发挥着重要但尚未被充分认识的作用。

食物

被子植物最明显的好处就是它们生产的食物。开花植物对于维持昆虫数量是必要的，因为它们产生的花蜜和花粉是蜜蜂、蝴蝶和许多其他昆虫的重要食物来源。开花植物的营养部分，如叶和根，对许多动物同样重要。产出的果树被鸟类、哺乳动物甚至鱼类食用。被子植物是维持包括人类在内的世界动物不可或缺的。

人类消耗的食物绝大部分来自开花植物。除了直接吃被子植物，人类还通过喂养牲畜间接依赖它们。下面的列表包含了用于食品生产的最重要的植物家族，以及每个家族中可食用植物的例子。

禾本科(Gramineae):玉米、水稻、蔗糖、小麦、大麦和所有其他谷物。

豆科(豆科):豆类、豌豆和大豆。

茄科(茄科):土豆、西红柿、辣椒、茄子。

十字花科(十字花科):常见的蔬菜如西兰花、卷心菜、花椰菜等。

蔷薇科:苹果、梨、樱桃、草莓、杏仁等水果。

葫芦科(葫芦科):黄瓜、南瓜、葫芦、西瓜。

药

没有被子植物，现代医学就不会存在，因为被子植物含有很多次生化合物。次生化合物对植物生长并不重要，但对防御食草动物和病原体却是必需的。许多植物进化出极其复杂的化学物质来保护自己，这些化学物质被发现具有非凡的药用价值。几千年来，人类一直将植物用作药物，但直到最近，我们才能够从药用植物中分离和合成化学物质。

一些植物的种植和收获是为了直接收集化合物，而另一些则刺激了合成药物的开发。如吗啡来源于罂粟植物野罂粟(罂粟科)，许多生物碱来源于颠茄(茄科)，植物雌激素来源于当归(伞形科)。阿司匹林的活性化合物最早是在柳叶中发现的。

材料

我们日常使用的很多材料都是被子植物制品。基于被子植物的纺织品的一些例子是来自锦葵科棉属的棉花、来自亚麻科的亚麻和来自各种大麻的大麻。

除了纤维，被子植物也提供了广泛的建筑材料，从硬木到竹子。生物燃料是另一种重要的开花植物产品，它是石油、煤炭和天然气等化石燃料的更可持续的替代品。生物燃料的一种基本形式是木材，木材可以燃烧产生热量，然后转化为能量。更高级形式的生物燃料包括液体，如乙醇，它是从玉米中提取的，与汽油混合。

碳汇

也许被子植物提供的最重要的服务是碳隔离。植物进行光合作用时，吸收二氧化碳，将碳转化为植物物质。这种吸收和储存碳的行为被称为碳封存，是从大气中清除二氧化碳(一种温室气体)的非常有效的方法。为了减缓气候变化，碳封存是必要的。

固碳最有效的地方是热带森林。据估计，仅亚马逊雨林每年就吸收多达6亿吨的碳。世界上大多数热带森林都被被子植物所占据，这使得它们对于碳隔离至关重要。

被子植物的结构

维管植物

被子植物是三大维管植物类群之一。维管植物被定义为具有特殊的组织。它们有两种:

木质部负责运输水和矿物质。木质部也产生木材，一种在木本植物中发现的结构元素。

韧皮部负责运输营养物质，如糖和碳水化合物。

苔藓等非维管植物缺乏维管组织，因此通常较小，也更容易干枯。

根

被子植物的根和裸子植物的根没有太大的区别。一般来说，根主要负责水分和养分的获取以及结构支撑。根的次要功能包括营养储存和营养繁殖。生根结构大多位于土壤表面的正下方，但偶尔也可以深入地下，尤其是地下水位较深的生境。在北极苔原，生根深度很少超过一米。相比之下，历史上生根最深的植物是非洲开花植物Boscia albitrunca(天南星科)，生根深度达68m。

营养获取可能是植物根系最重要的功能。氮、磷、钾和一系列微量营养素是植物所必需的。这些矿物质主要以无机化合物的形式存在于土壤中。根吸收矿物质，并将其运输到其他器官进行光合作用。有些根系与菌根真菌和根瘤菌有共生关系，更容易分别获得磷和氮。

阻止

像根一样，被子植物的茎与裸子植物和其他维管植物并没有独特的区别。一般来说，茎包含维管组织并提供结构支持。在被子植物中，它们是非常不同的。从解剖学上讲，罗勒植物细长的茎与有着800年历史的巨杉的树干属于同一植物部位。

植物还可以提供互补的功能，如光合作用、防御和环境保护。茎通常含有叶绿素，尤其是在草本植物中。甚至一些大树也有光合树皮，帮助植物进行光合作用，即使它有落叶。刺是常见的防御特征，最常见于茎上。木本植物可以在茎上产生树皮，这对保护植物免受环境影响至关重要。有些树的树皮有几厘米厚，可以保护血管组织免受亚冰点温度和火的伤害。

树叶

被子植物叶片的独特之处在于它们有错综复杂的叶脉，并显示出各种形状和装饰。叶的主要成分是叶，通常通过叶柄与茎相连。有些叶子有托叶，托叶为叶状结构，常覆盖与叶子相连的节。

被子植物的叶在排列、大小和形状上表现出显著的多样性。有三种叶子排列:

替代:每个节点出现一片叶子。

相反:每个节点出现两片叶子。

环:每个节点出现两片以上的叶子。

另外，叶子可以是单叶也可以是复叶。单叶只有一片叶与叶柄相连，复叶有两片或多片叶与叶柄相连。下图展示了叶子形状的多样性，可以用多种方式来描述。最大的区别是掌状叶和羽状叶。掌状叶类似于有多个裂片的手，而羽状叶在叶的顶部只有一个尖端。

让叶植物进行光合作用和蒸腾作用。被子植物宽而平的叶子最大限度地吸收了太阳能，但由于其较高的蒸散潜力，它们更容易干燥。含有多叶植物的大部分叶绿素，使它们呈现特有的绿色。它们还含有气孔，即叶片表面控制气体交换的特殊孔。

叶子不一定都是扁宽的，一般都比较厚，很难储水。肉质植物利用这种特殊的转变，使它们能够在最干燥的环境中生存。

其他特殊植物器官

除了根、茎和叶这三个主要器官之外，被子植物还产生各种特殊的器官，其中许多是开花植物所特有的。刺、刺、刺是植物体内重要的防御结构，每一种都是先存器官的转化。刺是一种经过修饰的叶子或托叶，在仙人掌科(Cactus)中最容易识别。它是刺茎的突起，如柑橘树的尖刺。穗是植物表皮或皮层的延伸。与刺和刺不同，它不含维管组织。穗状花序的一个例子是玫瑰花丛上尖锐的分枝突起。

另一个特化的器官是卷须。卷须是另一种类型的叶子装饰，它可以是简单的或分枝的。蔓生植物和匍匐植物依靠卷须寻找并附着在现有的结构上，通常是其他植物，以便向上生长并获得更多的光照，而不提供自身的结构支撑。

食肉植物都是被子植物，它们已经进化出迷人而复杂的叶子变化，使它们能够捕捉昆虫和其他动物，并消化它们以获取营养。捕蝇草有两片带有细小毛发的桨状叶子，当被触发时，会导致叶子闭合并主动捕捉猎物。猪笼草把它们的叶子变成巨大的花瓶状结构，把猎物引诱到它们被困的地方。

苞片是与花有关的改良叶。苞片通常颜色鲜艳，功能与花瓣相同。比如三角梅上五颜六色的“花”，其实就是苞片，苞片围着很多小花。

被子植物繁殖

开花植物最具诊断性的特征是它们的繁殖方法。大多数植物学家认为，花和果实的出现是开花植物多样化的催化剂。

花卉和植物

花有复杂的生殖器官，形态各异。它们可能生长在分枝的末端(末端)或叶轴上(腋生)。不寻常的插花包括直接从土壤中生长(常见于寄生植物)，甚至生长在叶子上。花可以是单个的，也可以组合成一个叫做花序的结构。

解剖

花最多包含四个部分:萼片、花瓣、雄蕊和心皮。萼片，统称为花萼，保护花蕾，通常是绿叶结构。花瓣通常是彩色的，旨在吸引授粉者。一组花瓣叫做花冠。花萼和花冠一起形成花被。

接下来是雄蕊，这是男性生殖器官。雄蕊由称为花丝的结构部分和在其顶端产生花粉的花药组成。花最里面的部分是雌性器官，叫做雌蕊。雌蕊由一个或多个心皮组成，心皮包含柱头、花柱和子房。

给…传粉

为了让卵巢产生种子，它必须受精。数百万年来，开花植物与传粉者共同进化，传粉者通常将花粉从一朵花带到另一朵花。昆虫，鸟类，甚至哺乳动物通常会因为看到一朵花而获得花蜜奖励。反过来，传粉者无意中将花粉从一朵花带到下一朵花。通常，花粉由一株植物传播给同一物种的不同个体。这种“异花授粉”行为对于物种保持遗传多样性非常重要。然而，有些植物可以自花授粉。

受精和胚胎发生

一旦来自雄性花药的适当花粉粒与雌性柱头接触，它将萌发并形成进入子房的花粉管。然后，两个精子细胞进入卵巢。一个精细胞使一个卵子受精形成受精卵，而另一个精细胞与两个极核融合形成胚乳。最后受精卵变成胚胎，胚胎以胚乳为营养源。胚和胚乳一起形成种子。这个使用两个精子的系统被称为双受精。

水果

解剖

一旦一个或多个胚珠受精，整个花的生殖结构将转化为果实。一个果实由一个或多个成熟的子房和任何其他装饰部分组成，形成一个内聚的结构。水果可以是肉质的，也可以是干的，形状各异。种子通常包含在果实中。种子被果皮包裹，果皮由内果皮、中果皮和外果皮组成。中果皮通常是果实的可食用部分。

两种主要的肉质水果是核果和浆果。核果只包含一个种子，通常很大(如鳄梨和桃子)。浆果含有许多种子。这意味着番茄和黄瓜在植物学上被认为是浆果。

种子繁殖

水果有许多方法来确保它们的种子被运输到正确的地方。多肉的水果通常依靠动物来摄取，并将种子储存在其他地方。干果会被风吹走。我们在蒲公英和枫树的干果中看到它。其他干果的倒刺会粘在路过的动物身上。一些干果开裂，这意味着它们留在植物上，并张开以释放被风吹散的种子。其他独特的传播形式包括水传播(椰子)和异国爆果。一旦种子被分散，它将开始新的生命周期。

被子植物:

被子植物惊人的多样性和相对较短的进化历史激发了对它们的分类学和系统发育的大量研究。被子植物的系统发育研究很多，所以可以遵循多个系统。最广泛接受的系统来自被子植物系统发育组(APG四)，所以我们在讨论开花植物的系统发育时将遵循这个系统。

下一部分将讨论植物的不同进化分支、目和科。目总是以-ales结尾，科总是以-aceae结尾。

基本被子植物

最古老的开花植物被称为基本被子植物。少数目包括在这一组中，包含一些我们称之为双子叶植物或双子叶植物的开花植物。

基本被子植物的一般特征包括产生二次生长的能力。也就是说，它们的茎变粗，在维管组织下产生木材。但需要注意的是，很多双子叶植物并不产生二次生长，只是草本植物。基底被子植物也有有组织的维管组织。木质部和韧皮部组织在茎的外面，就在树皮下面。这一组也产生两个胚胎叶，称为子叶。术语“双子叶植物”指的是种子发芽后长出的第一片叶子。

龙舌兰

从进化的角度来看，Amborellales是最古老的被子植物类群。这个组被认为是所有其他被子植物的“姐妹”分类组，这意味着它在任何其他被子植物组之前分化。因此，研究开花植物的基因组学是一个非常重要的群体。

这个群体中唯一活着的成员是一个单一的物种，毛足Amborella trichopoda。Amborellales可能包含许多其他物种，属和科，但今天只有一个活着的成员。Amborella trichopoda是一种小型常绿灌木，只在新喀里多尼亚的云雾森林中发现，那里是许多其他特有植物和动物的家园。有趣的是，它的维管系统比其他被子植物更类似于裸子植物，这可能是它早期分化的遗迹。一般来说，考虑到开花植物的早期分化，毛足Amborella trichopoda提供了对整个开花植物进化的洞察。

与睡莲目密切相关的被子植物基本类群是睡莲，其中包括睡莲。

木兰科

下一个最古老的被子植物类群是木兰科，它只包含几个目。兰科植物的亲缘关系主要基于分子证据。在这个原始群体中，形态特征差异很大。兰科中一些重要的科和重要的组成种包括:

胡椒科(胡椒科):黑胡椒。

樟科(鳄梨科):鳄梨、肉桂和月桂叶。

兰科:木兰树和郁金香树。

单子叶植物

单子叶植物是下一个最原始的开花植物类群。这一组也被称为单子叶植物和百合科。与双子叶植物不同，单子叶植物有严格的定义，包含一个单系。顾名思义，单子叶植物只产生一片子叶，这可能是该类群与其他被子植物最重要的区别。

单子叶植物的独特性

单子叶植物的叶子通常有平行的导管，叶柄被修改成鞘，在连接到节点之前包裹茎。单子叶植物的茎从来不是木头，除了棕榈树。棕榈树的树干虽然看似含有木材，但其结构实际上是由树干上留下的许多干叶鞘组成的。单子叶植物茎的横切面会显示无序的维管束，而不是边缘的一圈维管组织。

单子叶植物科

一些单子叶植物家庭极其多样化，具有难以置信的经济重要性。示例(按最原始到最原始的顺序)包括:

天南星科:麻竹、艾柏、和平百合。

百合科(百合科):百合、郁金香及更多栽培花卉。

兰科(Orchidaceae):兰花是第二个最多样的植物家族。

槟榔科(棕榈科):椰枣、油棕和椰子。

凤梨科:菠萝、凤梨科和许多空气体植物。

禾本科(Gramineae):玉米、水稻、小麦和谷物。

双子叶植物

下一组开花植物是迄今为止最多样的，包括所有其他种类的被子植物。真正的双子叶植物，作为双子叶植物的另一个类群，加入到基底被子植物中。这个群体是一个大的单线群体，定义非常宽泛。它包括单子叶植物分化以来所有已经分化的谱系。

双子叶植物的共同特征

和基本被子植物一样，双子叶植物也可以二次生长，它们的茎可以产生木材。同样，也不是所有的双子叶植物都有这个特征，因为有些科是严格的草本植物。基底被子植物共有的其他特征包括有组织的维管组织和两片子叶。

真正的双子叶植物科

因为双子叶植物是最多样和最大的开花植物群，它们包含了大量的具有许多重要植物的群。以下是30个最重要的家族，按照它们各自的顺序排列，从最原始的到最新的进行区分:

毛茛

毛莨科(毛茛科)

罂粟科

魏·泰勒斯

葡萄科(葡萄科)

马尔加亚

大戟科:大戟属，木薯，橡胶树和蓖麻。

西番莲科(西番莲科)

杨柳科(杨柳科):柳树、杨树、白杨和三叶杨。

紫罗兰科(紫罗兰科):紫罗兰花。

法贝莱斯

豆科(豆科):豆类、豌豆、大豆、相思树等。

蔷薇目

蔷薇科:黑莓、玫瑰、草莓、苹果等多种果树。

桑科(无花果科):无花果和桑树。

葫芦科

葫芦科(葫芦科):黄瓜、南瓜、西瓜。

大风

桦木科(桦木科):桦树、桤木和榛子。

壳斗科(橡树科):橡树和山毛榉。

桃金娘科植物

桃金娘科(桃金娘科):桃金娘科、丁香、番石榴、桉树。

野牡丹科(野牡丹科):一个极其多样的科，主要见于热带地区。

无患子属植物

漆树科:毒藤、芒果、腰果和漆树。

无患子科(无患子科):栗子、枫树、荔枝。

芸香科(柠檬科):柠檬、酸橙和橙子。

锦葵米

锦葵科(锦葵科):棉花、木槿和可可。

石竹目

仙人掌(仙人掌)

里·卡尔斯

杜鹃花科(石南属):蓝莓、蔓越橘和小红莓。

报春花科(Primulaceae):许多常见的园林植物。

茄科植物

茄科(茄科):番茄、茄子、辣椒、土豆。

龙胆属

茜草科:咖啡和各种观赏植物。

类脂眼

唇形科:薄荷、罗勒、鼠尾草、迷迭香和百里香。

车前草科(车前草科)

紫葳科(紫葳科):葫芦科，以及多种热带树木和藤本植物。

海星目

菊科:雏菊、向日葵、莴苣、菊花等多种观赏花卉。这是最多样化的植物家族。

蜜蜂目

伞形科(胡萝卜):胡萝卜、芹菜和欧芹。

楤木科:英国常春藤，伞树和人参。

结论

被子植物是地球上最多样的植物群，也许是最重要的植物群。他们独特的育种方法使他们能够主宰世界并迅速多样化，从而生产出大量的食物和药用植物。保护现存的以被子植物为主的森林是最重要的，这样才能保护它们等待被发现的奥秘。