被子植物（被子植物（开花植物））被子植物，也称为开花植物，是世界上最大的植物群，在包括南极洲在内的各大洲都有发现。它们通常是各自生态系统中的主要植物类型，太平洋西北部和欧亚大陆北部的温带针叶林除外。 1898 年，查尔斯·达尔文写道，被子植物的多样性是一个＂令人厌恶的谜团＂和＂一个最令人困惑的现象＂。导致物种如此非凡多样性的进化机制仍有待发现。大多数植物物种是被子植物，多达400,000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，地球上的主要植物类型是针叶树和其他绿色植物。根据化石证据，裸子植物出现于 3 亿多年前的泥盆纪时期。在被子植物出现之前，它们主导了陆地植物生命超过 2 亿年。 化石记录表明，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化，这是由从湖床上分析的花粉确定的。从地质学的角度来说，被子植物的多样化在相对较短的时间内发生得非常快。从那时起，它们一直是陆地植物的主要类型。 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较温暖的地区，随后辐射到两极。 被子植物与其他植物相比 与其他植物相比，被子植物如何成为主要的植被类型？一种可能的解释是，与其他植物及其系统发育进化相比，由于复杂的叶脉，它们增加了光合能力。此外，被子植物的基因组通常比其他植物更小，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能够胜过邻居并主宰景观。 被子植物与裸子植物的比较 被子植物和裸子植物都是种子植物。也就是说，它们通过种子繁殖，而不是像蕨类植物和苔藓那样通过孢子繁殖。另一个相似之处是它们具有产生二次生长的能力。这两个植物群之间的主要区别在于被子植物产生花和果实，种子封闭在子房中。裸子植物产生在锥体中携带的裸露的种子。 目前被子植物的生态重要性 被子植物是日常生活所必需的，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，再到我们建造建筑物的材料，开花植物在维持地球上所有动物（包括人类）方面发挥着重要但未被充分认识的作用。 食物 被子植物最明显的好处是它们产生的食物。开花植物是维持昆虫种群所必需的，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。生产的果树被鸟类、哺乳动物甚至鱼类食用。被子植物对于维持包括人类在内的世界动物至关重要 人类食用的绝大多数食物来自开花植物。除了直接食用被子植物外，人类还通过喂养牲畜间接依赖它们。以下列表包含用于食品生产的最重要的植物科以及每个科中的食用植物示例。 禾本科（禾本科）：玉米、大米、蔗糖、小麦、大麦和所有其他谷物。 豆科（豆科植物）：豆类、豌豆和大豆。 茄科（茄科）：土豆、西红柿、辣椒和茄子。 十字花科（芥菜科）：西兰花、卷心菜、花椰菜等常见蔬菜。 蔷薇科（蔷薇科）：苹果、梨、樱桃、草莓、杏仁等水果。 葫芦科（黄瓜科）：黄瓜、南瓜、葫芦、西瓜。 药物 没有被子植物，现代药物就不会存在，因为被子植物含有多种次级化合物。次生化合物对植物生长并不重要，但对于防御食草动物和病原体是必需的。许多植物已经进化出极其复杂的化学物质来保护自己，而且这些化学物质已被发现具有非凡的药用价值。数千年来，人类一直使用植物作为药物，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，而另一些植物则激发了合成药物的发展。例如，吗啡来自罂粟植物罂粟（罂粟科）、许多来自茄科颠茄（茄科）的生物碱和来自当归（伞形科）的植物雌激素。阿司匹林的活性化合物在柳树属植物的叶子最初发现柳（杨柳）。 材料 我们日常使用的许多材料都是由被子植物产品制成的。基于被子植物的纺织品的一些例子是来自棉属（锦葵科）的棉花、来自亚麻科（Linaceae）的亚麻和来自各种大麻（大麻科）的大麻。 除了纤维之外，被子植物还提供广泛的建筑材料，从硬木木材到竹子。生物燃料是另一种重要的开花植物产品，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，它可以燃烧产生热量，然后转化为能量。更先进的生物燃料形式包括液体，如乙醇，它由玉米生产并与汽油混合。 碳汇 也许被子植物提供的最重要的服务是碳封存。当植物进行光合作用时，它们会吸收二氧化碳并将碳转化为植物材料。这种碳摄入和储存的行为称为碳封存，是一种从大气中去除二氧化碳（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。 最有效地固碳的地方是热带森林。据估计，仅亚马逊雨林每年就吸收多达6 亿吨的碳。世界上大部分热带森林以被子植物为主，这使得它们对于固碳至关重要。 被子植物的结构维管植物 被子植物是三大维管植物群之一。维管植物的定义是具有专门的组织，其中有两种： Xylem 负责运输水和矿物质。木质部还生产木材，这是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 植物等非维管植物缺乏维管组织，因此通常更小，更容易变干。 根 被子植物的根与裸子植物的根没有太大区别。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。生根结构大多直接位于土壤表面下方，但偶尔也能深入地下，尤其是在地下水位较深的栖息地。在北极苔原，生根深度很少超过一米。相比之下，有史以来最深的生根植物是非洲开花植物Boscia albitrunca(Capparaceae)，生根深度为 68 米。 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对植物至关重要。这些矿物质主要存在于土壤中的无机化合物中。由根部来吸收矿物质并将它们输送到其他器官，以便植物进行光合作用。一些根与菌根真菌和根瘤菌有共生关系，这分别使磷和氮的获取更加容易。 茎 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什么独特的不同。一般来说，茎容纳维管组织并提供结构支撑。在被子植物中，它们的差异很大。从解剖学上讲，罗勒植物的细茎与具有 800 年历史的巨大巨杉的树干属于同一植物部分。 植物茎还可以提供补充功能，例如光合作用、防御和保护环境。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作用的树皮，这有助于植物进行光合作用，即使它已经落叶。刺和刺是常见的防御特征，最常见于茎上。木本植物能够在其茎上产生树皮，这对于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低于冰点温度和火灾的影响。 树叶 被子植物叶子的独特之处在于它们具有错综复杂的脉络，并显示出多种多样的形状和修饰。叶子的主要成分是叶片，它通常通过叶柄连接到茎上。有的叶子有托叶，是一种叶型结构，常覆盖在与叶子相连的节点上。 被子植物的叶子在排列、大小和形状上表现出显着的多样性。一共有三种叶子排列： 替代：每个节点出现一片叶子。 相反：每个节点出现两片叶子。 轮生：每个节点出现两片以上的叶子。 此外，叶子可以是简单的也可以是复合的。单叶只有一个叶片与叶柄相连，而复叶则有两片或更多叶与叶柄相连。下图说明了叶子形状的一些多样性，可通过多种方式对其进行描述。最广泛的区别是掌状和羽状叶。掌状叶类似于具有多个裂片的手，而羽状叶在叶片的顶端只有一个叶尖。 叶子允许植物进行光合作用和蒸腾作用。被子植物宽而扁平的叶片最大限度地增加了太阳能的摄入量，但由于较高的蒸发蒸腾潜力而更容易变干。叶子含有植物的大部分叶绿素，这使它们呈现出特有的绿色。它们还包含气孔，即叶子表面上控制气体交换的特殊孔。 叶子并不总是平坦而宽阔，而且通常很厚且难以储存水分。多肉植物利用了这种特殊的改造，使它们能够在最干旱的环境中生存。 其他特殊植物器官 除了根、茎和叶这三个主要器官外，被子植物还产生多种专门的器官，其中许多是开花植物独有的。刺、刺和刺是植物上重要的防御结构，每一个都是对预先存在的器官的改造。刺是经过修饰的叶子或托叶，在仙人掌科（仙人掌科）中最容易辨认。刺是茎的突出物，例如柑橘树的尖锐刺。尖刺是植物表皮或皮层的延伸，与刺和刺不同，它不含维管组织。尖峰的一个例子是玫瑰丛上尖锐的树枝突起。 另一个专门的器官是卷须。卷须是另一种类型的叶子修饰，可以是简单的也可以是分枝的。蔓生植物和匍匐植物依靠卷须来寻找并附着在现有结构上，通常是其他植物，以便在不提供自身结构支撑的情况下向上生长并获得更多光线。 肉食植物，所有这些都是被子植物，已经进化出迷人而复杂的叶子修饰，使它们能够捕获昆虫和其他它们消化的动物以获取营养。捕蝇草有两片带有微小毛发的桨状叶子，当被触发时，会导致叶子关闭并主动捕捉猎物。猪笼草将它们的叶子改造成巨大的花瓶状结构，并将猎物引诱到它们被困的地方。 苞片是与花相关的改良叶子。苞片通常颜色鲜艳，与花瓣具有相同的功能。例如，九重葛上五颜六色的＂花＂实际上是苞片，围绕着多朵小花。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鲜花和水果的出现是开花植物多样化的催化剂。花卉 花具有复杂的生殖器官，并表现出多种多样的形态。它们可能长在分枝末端（末端）或叶轴（腋生）。不常见的插花包括直接从土壤中生长（常见于寄生植物），甚至在叶片上。花可以是单独的，也可以是在称为花序的结构上组合在一起。 解剖学 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。花瓣通常是五颜六色的，旨在吸引传粉者。一组花瓣称为花冠。花萼和花冠共同构成花被。 接下来是雄蕊，雄蕊是雄性生殖器官。雄蕊由称为花丝的结构部分和在其尖端产生花粉的花药组成。花的最里面是雌性器官，称为雌蕊。雌蕊由一个或多个心皮组成，心皮包含柱头、花柱和子房。 授粉 为了使子房产生种子，它必须受精。数百万年来，开花植物与传粉媒介共同进化，通常是传粉媒介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拜访一朵花而获得花蜜奖励。反过来，传粉者不经意间将授粉从一朵花带到下一朵花。通常，花粉从一种植物带到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至关重要。然而，一些植物能够自花授粉。 受精和胚胎发生 一旦来自雄性花药的合适的花粉粒与雌性柱头接触，它就会萌发并形成一个进入子房的花粉管。然后，两个精子细胞进入卵巢。一个精子细胞使卵子受精形成受精卵，而另一个精子细胞与两个极核融合形成胚乳。受精卵最终变成胚胎，胚胎以胚乳为营养来源。胚和胚乳共同构成种子。这种使用两个精子细胞的系统称为双重受精。 水果解剖学 一旦一个或多个胚珠受精，整个花的生殖结构就会转变为果实。一个水果由一个或多个成熟的子房和任何其他形成一个内聚结构的修饰部分组成。果实可以是肉质的，也可以是干的，并且形态多样。种子通常包含在水果内部。种子周围是果皮，由内果皮、中果皮和外果皮组成。中果皮通常是果实中被食用的部分。 两种主要的肉质水果是核果和浆果。核果只含有一颗种子，通常很大（例如鳄梨和桃子）。浆果含有多个种子。这意味着西红柿和黄瓜在植物学上被认为是浆果。 种子传播 水果有多种方法可以确保将其种子运送到合适的地方。多肉的水果通常依靠动物来摄取它们并将种子存放在其他地方。干果可以被风吹散，我们在蒲公英和枫树的干果中看到。其他干果的倒钩会附着在经过的动物身上。一些干果是开裂的，这意味着它们留在植物上并打开以释放风散种子。其他独特的传播形式包括水传播（椰子）和奇异的爆炸果实。一旦种子被分散，它就会开始一个新的生命周期。 被子植物群： 被子植物惊人的多样性和相对较短的进化历史激发了对其分类学和系统发育的大量研究。有大量关于被子植物系统发育的研究，因此可以遵循多个系统。最广泛接受的系统来自被子植物系统发育组 ( APG IV )，因此我们将在讨论开花植物系统发育时遵循该系统。 接下来的部分将讨论植物的不同进化枝、目和科。订单总是以 -ales 结尾，家庭总是以 -aceae 结尾。 基础被子植物 最古老的开花植物群被称为基生被子植物。少数订单包含在该组中，并包含我们称为双子叶植物或双子叶植物的一部分开花植物。 基部被子植物的一般特征包括产生二次生长的能力。也就是说，它们的茎变粗并在维管组织下产生木材。然而，重要的是要注意，许多双子叶植物不会产生次生生长，而仅仅是草本植物。基部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侧，就在树皮下方。该组还产生两个胚叶，称为子叶。术语＂双子叶植物＂指的是一对 (di-) 子叶 (cot)，它们是种子发芽后产生的第一片叶子。 龙舌兰目 从进化上讲，Amborellales 目是最古老的被子植物群。该组被认为是所有其他被子植物的＂姐妹＂分类群，这意味着它在任何其他被子植物组之前发生了分歧。因此，它是研究开花植物基因组学的一个非常重要的小组。 这个群体中唯一活着的成员是一个单一的物种，Amborella trichopoda。Amborellales 很可能包含许多其他物种、属和科，但今天只有一个现存成员。Amborella trichopoda是一种小型常绿灌木，仅在新喀里多尼亚的云雾林中发现，那里是许多其他地方性植物和动物的家园。有趣的是，它的血管系统比其他被子植物更类似于裸子植物，这可能是其早期分化的遗物。一般来说，考虑到开花植物的早期分化，Amborella trichopoda提供了对整个开花植物进化的洞察。 与 Amborellales 密切相关的基部被子植物群是睡莲目，其中包括睡莲。 木兰科 下一个最古老的被子植物群是木兰科，它只包含几个目。木兰科的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。木兰科中的一些重要科和显着组成物种包括： 胡椒科（胡椒科）：黑胡椒。 樟科（鳄梨科）：鳄梨、肉桂和月桂叶。 木兰科（木兰科）：木兰和郁金香树。 单子叶植物 单子叶植物是下一个最原始的开花植物群。该组也称为单子叶植物和百合科。与双子叶植物不同，单子叶植物被严格定义并包含一个单系群。顾名思义，单子叶植物仅产生一个子叶，这可能是该组与其他被子植物之间最重要的区别。 单子叶植物的独特之处 单子叶植物的叶子通常有平行的脉管，叶柄被修饰成一个鞘，在连接到一个节点之前包裹着茎。单子叶植物的茎从来都不是木质的，棕榈树除外。虽然棕榈树干似乎含有木材，但其结构实际上是由许多留在树干上的干燥叶鞘组成。单子叶植物茎的横截面将显示杂乱无章的维管束，而不是边缘的一圈维管组织。 单子叶植物家族 一些单子叶植物家族极其多样化，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（aroid family）：龟背竹、爱柏、和平百合。 百合科（百合科）：百合、郁金香和更多栽培花卉。 兰花科（兰花科）：兰花，是第二大多样性植物科。 槟榔科（棕榈科）：枣椰树、油棕和椰子。 凤梨科（凤梨科）：菠萝、凤梨科和许多空气植物。 禾本科（禾本科）：玉米、大米、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化的，包括所有其他种类的被子植物。真双子叶植物作为组成双子叶植物的另一组加入了基部被子植物。这个群体是一个大的单系群体，定义非常广泛。它包括自单子叶植物分化以来分化的所有谱系。 双子叶植物的共同特征 像基生被子植物一样，双子叶植物能够进行二次生长，它们的茎可以生产木材。同样，并非所有双子叶植物都存在此特征，因为有些科是严格的草本植物。与基部被子植物共有的其他特征包括有组织的维管组织和两个子叶。 真双子叶植物家族 由于双子叶植物是最多样化和最大的开花植物群，它包含了大量具有多种重要植物的类群。以下是 30 个最重要的家族，按各自的顺序组织起来，从最原始到最近分化： 毛茛 毛茛科（毛茛科） 罂粟科（罂粟科） 维塔莱斯 葡萄科（葡萄科） 马尔皮盖亚目 大戟科（spurge family）：大戟属、木薯属、橡胶树、蓖麻属植物。 西番莲科（西番莲科） 杨柳科（柳科）：柳树、白杨、杨树和三叶杨。 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、金合欢树等等。 罗萨莱斯 蔷薇科（玫瑰科）：黑莓、玫瑰、草莓、苹果和许多其他果树。 桑科（无花果科）：无花果和桑葚。 葫芦科 葫芦科（黄瓜科）：黄瓜、南瓜、西瓜。 法加莱斯 桦木科（桦木科）：桦木、桤木和榛子。 壳斗科（橡树科）：橡树和山毛榉。 桃金娘 桃金娘科（桃金娘科）：桃金娘、丁香、番石榴和桉树。 Melastomataceae（melastome 科）：一个极其多样化的科，主要在热带地区发现。 无患子 漆树科（芒果科）：毒藤、芒果、腰果和漆树。 无患子科（无患子科）：板栗、枫树和荔枝。 芸香科（柑橘科）：柠檬、酸橙和橙子。 马尔瓦莱斯 锦葵科（锦葵科）：棉花、木槿和可可。 石竹目 仙人掌科（仙人掌科） 埃里卡莱斯 杜鹃花科（石南花科）：蓝莓、蔓越莓和越橘。 报春花科（报春花科）：许多常见的园林植物。 索拉纳莱斯 茄科（茄科）：番茄、茄子、辣椒、马铃薯。 龙胆目 茜草科（茜草科）：咖啡和各种观赏植物。 唇形目 唇形科（薄荷科）：薄荷、罗勒、鼠尾草、迷迭香和百里香。 车前草科（车前草科） Bignoniaceae (bignonia family)：葫芦科植物，以及种类繁多的热带树木和藤本植物。 Asterales 菊科（雏菊科）：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。 阿皮亚莱斯 伞形科（胡萝卜科）：胡萝卜、芹菜和欧芹。 五加科（aralia family）：英国常春藤、伞树、人参。 结论 被子植物是地球上最多样化的植物群，也许是最重要的植物群。他们独特的繁殖方法使他们能够统治全球并迅速多样化，从而产生了大量的食物和药用植物。保护以被子植物为主的现有森林是最重要的，以保护它们等待被发现的奥秘。