植物的演化 投稿類別 : 生物類 篇名 : 植物的演化 作者 : 許仁榜 嘉義市立嘉義高級中學 高三 13 班 柯佳良 嘉義市立嘉義高級中學 高三 13 班 官耿佑 嘉義市立嘉義高級中學 高三 13 班 指導老師 : 翁惠珍老師 P.1

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1 投稿類別 : 生物類 篇名 : 作者 : 許仁榜 嘉義市立嘉義高級中學 高三 13 班 柯佳良 嘉義市立嘉義高級中學 高三 13 班 官耿佑 嘉義市立嘉義高級中學 高三 13 班 指導老師 : 翁惠珍老師 P.1

2 壹 前言 在某一次的生物課時, 剛好上到有關植物的世代交替以及受精方式, 於是令 我們好奇植物是如何演化, 才能這樣不斷的繁衍 傳播 達爾文曾經說過 : 物競天擇, 適者生存, 不適者淘汰 這就是有名的 天擇說 因此我們小組到學校的圖書館尋找資料, 探討過去的植物演化史, 發現植物會因為氣候以及環境的微妙變化, 而使植物有著不同方向的發展, 慢慢的演化出自己利於陸地上生存的利器, 讓我們共同來檢視植物在天擇下, 所演化出的微妙變化 貳 正文 一 1 起源與演化圖 植物最早是約在五億年前由一群會行光合作用的綠藻而來, 為何生物學家會認為綠藻和植物兩者是共同的祖先呢? 因為綠藻與植物均具有相同的葉綠素 a 和葉綠素 b, 所儲存的養份都是澱粉 並且都具有相同的細胞壁成份 纖維素 ( 註一 ) 藻類登陸後, 產生了兩條分支, 一個是具有維管束的維管束植物, 另一條分支則是沒有維管束的蘚苔植物 有維管束的植物進而分之為蕨類植物和具有種子的種子植物, 然而種子植物又可以分支為有開花的被子植物及沒有開花的裸子植物 圖一 植物演化圖 P.2

3 2 生殖上的演化 然而植物在演化中生殖的方式也漸漸改變 先由孢子體減數分裂生成孢子, 孢子再經由有絲分裂, 形成配子體, 配子體再產生配子, 兩個配子結合後產生合子, 合子再形成孢子體 這些步驟就是植物的世代交替, 幾乎所有的植物都有世代交替 隨著植物的登陸, 孢子體越來越大而且明顯重要, 配子體則是越來越小且簡單 植物的配子從一開始需要水分的傳播, 一直到後來為了必須在乾燥的陸地上 受精, 因此產生花粉管的構造, 甚至還出現 授粉 的動作, 藉由水力 風力 鳥 野獸等方式傳播, 使得下一代能夠繼續繁殖下去 圖二 植物的世代交替 ( 取自 : 3 其他演化 植物為了在陸地上生存, 於是在表面演化出了一種具有蠟質的角質層, 來防止水分喪失 而維管束的形成, 可使得養分的輸送更為快速, 維管束裡面有韌皮部和木質部, 韌皮部輸送養分以及無機鹽, 由篩管細胞負責, 而木質部則輸送水份, 有導管和管胞 ( 又稱假導管 ) 負責 為了使植物的其他部位能夠得到充分的營養及水分, 韌皮部具有側篩孔, 木質部具有壁孔, 以利於橫向運輸 而韌皮部有個具有細胞核的伴細胞, 可提供篩管運輸養份時所需的能量 (ATP) P.3

4 二 各種歷程 1 藻類 蘚苔植物 大約在志留紀 ( 距今約 443~417 百萬年 ) 時, 藻類的祖先登上陸地, 由於陸地 上沒有水分, 於是演化出角質層來防止水分散失, 也出現氣孔等構造來維持植物 體內水分的散失 蘚苔植物是所有植物界中唯一一個沒有維管束的植物, 因為沒有維管束能輸送 保存水分, 所以蘚苔植物常常生長在陰涼潮濕 靠近水源的地方, 由於才剛開始在陸地上繁殖, 所以個體通常矮小, 沒有根 莖 葉的構造, 所產生的精子需要靠水分才能交配 種種不利於在陸地上生存的因素讓蘚苔植物在演化上碰到瓶頸 常見的蘚苔植物為配子體, 孢子體則是附著在配子體上 蘚類植物配子體的 構造呈匍匐, 葉狀, 如地錢 ; 苔類植物配子體的構造呈直立, 莖葉狀, 如 : 土馬 騌 ( 註二 ) ` 圖三 地錢 ( 取自 : 2 蘚苔植物 蕨類植物 從蘚苔植物到蕨類植物, 為了更適應陸地上的乾燥氣候, 到了泥盆紀 ( 距今 約 417~354 百萬年 ), 演化過程出現了維管束, 蕨類植物就成了第一個有維管束 的植物, 而且也演化出類似根 莖 葉的器官 蕨類植物又稱為羊齒植物, 因為精子具有鞭毛, 所以必須生長在陰濕處 蕨類植物有地下莖 蕨葉 根三個構造 地下莖通常是匍匐狀, 少部分為站立狀 構造中較為特別的是蕨葉, 蕨類植物的幼葉常呈卷曲狀, 如下圖四筆筒樹的幼葉, 當蕨葉成熟後會伸展開來, 大部分都是羽狀複葉, 如下圖五台灣水龍骨的蕨葉 成熟的蕨葉下表面有孢子囊堆, 裡面有許多孢子囊, 孢子囊成熟後釋放出孢子, 接著形成配子體, 成熟的配子體叫做原葉體, 原葉體為綠色 可行光合作用的結構, 厚度約一個細胞, 通常具有心臟或是腎臟的形狀 長三至十公釐, 寬二 P.4

5 至八公釐 ( 因種類而異 ) 經由藏精器和藏卵器產生配子體 ( 註三 ) 藏精器和藏卵 器分別釋放出精子和卵, 結合後形成合子, 再形成成熟的孢子體, 平常所看見的 蕨類植物, 通常就是其孢子體階段 圖四 筆筒樹的捲曲狀幼葉 ( 圖四 圖五取自 : 黃昆輝 台灣蕨類植物民 71 ) 圖五 台灣水龍骨 3 蕨類植物 種子植物 A 裸子植物 到了石炭紀 ( 距今約 354~290 百萬年 ), 出現了裸子植物, 裸子植物通常分布於北半球, 葉子通常為針狀, 個體高大, 花粉管和種子的形成, 再植物系統發育史上是一個巨大的轉折, 花粉管形成, 使植物的受精作用可以不再借水為媒介, 從而擺脫了對水的依賴 種子的形成, 則為植物的繁殖和分布, 創造了更為有利的條件 ( 註四 ) 由於胚株和種子都是外露的, 因此得名 裸子植物的生殖器官為毬果, 在松樹上的毬果分為雄毬果和雌毬果 松的雌毬果, 每一鱗片的內面著生兩個胚株, 將來可發育成種子, 雄毬果每一鱗片外側著生兩個花粉囊, 囊內有花粉 花粉可藉風傳播到雌毬果 ( 註五 ) 裸子植物有非常實用的經濟價值, 有些裸子植物的種子可以食用, 例如銀杏的白果 有些則可以當作焦油的原料, 例如松柏類所產生的松脂 圖六 花旗松的毬果 ( P.5

6 B 被子植物 到了白堊紀 ( 距今約 144~65 百萬年 ), 被子植物的出現, 也演化出花的構造, 所以被子植物又被稱為開花植物, 原因為被子植物的生殖構造為花, 而且花內有子房, 子房內有胚珠, 經過雄蕊的花粉沾到雌蕊的柱頭上後, 花粉管開始形成, 到達胚珠裡面受精後發育成種子, 因為種子有果實包住, 因此被稱為被子植物 被子植物有一套獨特的 雙重受精 現象, 產生胚與胚乳, 如下圖七 : 圖七 雙重受精示意圖 ( 取自 : P.6

7 被子植物依照子葉的數目還可以分為單子葉植物和雙子葉植物, 單子葉植物 例如玉米 水稻 雙子葉植物例如榕樹 黑板樹等等 區分的方法如下圖八 : 子葉 葉脈 花瓣數 莖 根 數 形成層維管束排列根系形成 髓 層 單子葉植物 1 平行 3 的倍 無散生鬚根 無 有 脈 數 系 雙子葉植物 2 網狀 4 或 5 的 有環狀軸根 有 無 脈 倍數 系 圖八 雙子葉和單子葉的分別 C 裸子植物和被子植物之差別 裸子植物 被子植物 胚珠 裸露, 沒有子房 在子房內 胞子葉 集合成毬花 (strobilus) 集合成花 (flower) 花 (1) 大多為單性花 (2) 常藉由風力傳粉 (3) 沒有花的基本構造 ( 如花被 柱頭等 ) (1) 有兩性花和單性花 (2) 可以藉由風力 水力 鳥 野獸等傳播花粉 (3) 有花被和柱頭 受精 單受精 雙重受精 胚 子葉從兩枚到多枚都有 子葉有一枚至兩枚 果實 毬果 有各式各樣不同的果實 根部 無根毛 有根毛 莖部 (1) 多為木本, 無草本 (2) 木質部多管胞, 無導管 (3) 韌皮部的篩管細胞中, 有細胞核, 無伴細胞 (1) 木本 草本都有 (2) 木質部多具導管 (3) 韌皮部的篩管細胞無細胞核, 有伴細胞 葉 螺旋狀排列 輪生或十字對生 多為互生 對生或輪生 P.7

8 參 結論 經過一連串的探討之後, 我們可以發現物種是經過不斷的競爭 演化, 才能有現在的樣貌, 處於劣勢的植物會漸漸被淘汰, 而佔有優勢的植物則會繼續演化 藉由不斷的進步, 來繁衍下一代, 例如植物的生殖方式, 從蘚苔植物需要水份做傳播, 再到種子植物利用各種方式傳播配子, 最後在被子植物時甚至出現了特殊的 雙重受精 植物非常強的生命力令我們感到佩服, 不知道未來地球環境又有變化時, 植 物的下一步會是什麼? 肆 引註資料 註一 施河 普通高級中學基礎生物民 97 台南市南一書局 P.61 註二 許偉傑張瑜紋莊偉民 卓越高中基礎生物 ( 全 ) 民 96 台北縣南一書 局 P.194 註三 維基百科 2010/05/18 取自 : 註四 中山大學生物系南京大學生物系編著 植物之系統與分類民 79 台 北市地景企業 P215 註五 施河 普通高級中學基礎生物民 97 台南市南一書局 P.65 P.8

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