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植物學是生物學的分支學科。研究植物的形態、分類、生理、生態、分佈、發生、遺傳、進化等。目的在於開發、利用、改造和保護植物資源,讓植物為人類提供更多的食物、纖維、藥物、建築材料等。

1 植物學 -簡介

植物學中國科學院武漢植物園
所有的動物都要依靠綠色植物的光合作用能力把日光能轉化為化學能,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,是維持生物圈生態平衡的重要環節。

早期人類就能分辨出他們所接觸到的植物,並給以命名。隨科學的發展,人們開始把對植物的知識系統化,並且記錄下來成為植物學。以後,進一步注意到它們的結構、化學組成、各部分的功能和繁殖方式。而且自從人類懂得了栽培植物,研究內容更包括了其營養生長和繁殖,以及選育良種和對病蟲害的處理。

20世紀植物學研究一方面走向微觀,試求把植物的各種活動,物質、能量、信息的轉化還原到細胞水平、分子水平、甚至電子水平,並創造了「細胞工程」、「基因工程」等方法以求迅速繁殖和創建植物新品種。另一方面特別是70年代以來,又趨向宏觀,研究「環境保護」、「生態工程」等課題,甚至擴大到地球生物圈的組成及其調控的研究等。所以植物學已發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。

2 植物學 -發展簡史

植物學中國《詩經》就已經講究「多識於鳥獸草木之名」
至少在舊石器時代,人類在採集植物塊根和果實種子供食用的時候就認識了某些植物。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》就已經講究「多識於鳥獸草木之名」。

古希臘亞里士多德的學生提奧夫拉斯圖被視為植物學的創始人。他在公元前300年寫的《植物歷史》或稱《植物調查》一書,在哲學原理基礎上將植物分類,描繪其各部分、習性和用途。羅馬的老普林尼則把當時所有的植物學知識寫在37冊的《博物志》書中,開以後黑暗中世紀「百科全書學派」的先河,但謬誤很多。

后陸續出現許多有關植物方面的著述。如公元1世紀希臘醫生迪奧斯科里德斯在其著作《藥物論》中記述了600種植物及其醫藥用途的引證,成為以後描述藥用植物的基礎。15~16世紀本草著作中最有價值的是日耳曼的布龍費爾斯,義大利的馬蒂奧利、英國的特納等的著作。此時期約與中國明代中葉以後李時珍完成《本草綱日》同時。總之至17世紀前植物學幾乎全限於描述(包括木刻畫)和定性藥用植物。

17世紀的初期自然科學從以「機械哲學」為主導思想進入到「實驗科學」階段。植物學也從描述為主轉到更有目的。有計劃、有系統的收集資料,觀測現象,以至於在控制條件下進行試驗,並提出和考驗理論與學說。這期間物理學、化學的發展及新工具如顯微鏡的應用也起了很大作用。

現代植物分類基本原理為英國生物學家雷在17世紀末確立,他把有花植物分為單子葉和雙子葉,進一步再分就包括迄今還沿用的許多植物科。雷堅持必須用植物的所有特徵來判定他們的親絛而不能只用單一部分的特徵。這恰是自然分類和人為分類的區別所在。

1753年瑞典植物學家林奈發表「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,他確立的24綱主要建立在花的雄蕊數目上;每個綱再用花柱的數目分成目。這個系統的簡單性使人容易接受因而促進了植物的採集和調查,但由於此法含糊了自然分類而有害於植物學。如按林奈系統使百合和小檗同在一目,而鼠尾草和同類的薄荷卻分了家。

植物學林奈的貢獻還在於把約6000種植物歸入各屬仔細描寫
林奈的貢獻還在於把約6000種植物歸入各屬仔細描寫,並校勘了他所知的種和以前植物學家的命名和描寫,再按雙字命名法命名。此法立即被其他植物學者所接受。只有從1753年開始,從一個學者到另一個學者去跟蹤一種植物才比較容易和可能。此後與分類學進展相併行的植物解剖學、植物生理學、植物胚胎學等的研究也就發展起來了。

自16世紀光學顯微鏡問世,瑞典人揚斯和揚森兄弟在1590年做成複合顯微鏡,17世紀名種型式顯微鏡出現后,由胡克、格魯、馬爾皮基開創了植物解剖學。

1670~1674年,英國人格魯和義大利人馬爾皮基已能分辨木質部、導管和纖維髓細胞和樹脂道的內部。英國人胡克發現細胞,他的細胞概念是一個由實心物質包圍的空間(小室)。從那以後很久,植物學家才理解這些蜂房樣的小室至少在幼期是含有生活物質的。第一個植物形態學家設想植物是由多種成分,包括導管、纖維、「囊」等組成的。日耳曼人施萊登和他的同伴動物學家施萬在1839年首次提出細胞學說。從此細胞學成為一個獨立的學科。

在格魯和雷的時代,生理學也開始了。雷做過樹液運動、種子發芽和其他功能的實驗。再早些年,荷蘭人黑爾蒙特通過著名的桶栽柳技試驗證明植物從水中取得物質。1742年英國人黑爾斯在所著的植物靜力學中記載了關於樹液流動和壓力、蒸騰作用、失水和空氣交換氣體等方面的124個實驗,他被認為是植物生理學的創始人。

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)和植物的相互關係進一步由英恩豪斯(1779)和法國人索緒爾(1804)闡明。後者將定量方法引入研究,並示明水和二氧化碳一樣被吸收。自此關於綠色植物在光下吸收水分和二氧化碳增重(製造食物)的光合作用被發現。

17~18世紀,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象,推動了植物胚胎學等的發展。

到19世紀中期植物學各分支學科已基本形成。達爾文、孟德爾的工作更為植物進化觀和遺傳機制的確立打下了基礎。

20世紀特別是50年代以來,植物學又有了飛速發展,主要是植物生理學、生物化學和遺傳學等的成就,如光合作用機理的闡明,光敏素、植物激素的發現,微量元素的發現,遺傳育種技術、同位素計年法建立,以及抗生物質的分離等,使植物學在經濟上更為重要,成為園藝學、農業和環境科學的重要理論基礎。

3 植物學 -基本內容

現代植物學以研究層次和重點不同而劃分為五個主要分支:

植物形態學是研究植物的形態和結構(由細胞到器官各個層次)的學科,分支學科有植物細胞學、解剖學(專註於內

植物學植物學
部結構)、組織學(關心特殊種類細胞的性質)、植物胚胎學等。

植物生理學是研究植物各部分或整體的功能和行為的學科,它和植物生物化學緊密相聯。後者研究植物生命過程中化學組成和變化。植物生物化學還有一個重要分支——植物化學——研究植物次生代謝的化學產品。

植物遺傳學是研究植物的種質和遺傳、變異等現象的學科(因此和研究植物進化相聯繫)。

植物生態學是研究植物和其環境的關係的學科。在其定義上還更廣泛一些,因為除去它本身特殊的方法之外,它既牽涉到區系學也牽涉到生理學。和它緊密聯繫的是植物地理學(包括地植物學)研究植物和地球表面的關係和植物社會學(植物群落學)研究植物群落。

植物分類學是研究植物的分類和命名的學科,它們的系統和演化(包括區系學,研究特定區域的全部植物,其種類分佈、起源和發展)。這些區分並不是絕對的,為明了植物的功能和行為,必須了解植物結構的一些知識。分類學家在一個譜系的理論上來將植物分類,他也要關心進化。植物細胞學研究植物的各個細胞,部分是形態學,部分是生理學,而部分是遺傳學等等。

此外,還有些特別分支如以研究對象的類群不同而劃分的分支,如藻類學。藻類象真菌一樣相當小而簡單,但有各種色素能自制食物。它們組成海洋浮游生物的大部分,在未來可能是人類食物的重要來源。地衣學研究藻菌共生的地衣。

苔蘚學研究較大多數植物稍小而生殖過程較複雜的苔蘚植物。蕨類學研究更大的開始有維管束的植物,在這一類群中有石松、木賊和羊齒,並研究它們怎樣向有花植物邁進。與應用密切相關的分支則有經濟植物學,探討植物和它們用途的各個方面。

民俗植物學則對各民族利用植物的不同方式感興趣。古植物學研究已絕滅的植物(又是古生物學的分支),它們是寫在岩石裡面的進化史。孢粉學研究遠古的花粉、孢子,也屬微古生物學的一個重要方面。當然古植物學和孢粉學也是研究植物進化和植物地理學尤其是植物歷史地理學和區系學的重要手段。

4 植物學 -分支學科

生物學概述、植物學、孢粉學、動物學、微生物學、細胞生物學、分子生物學、生物分類學、習性學、生理學、細菌學、微生物生理學、微生物遺傳學、土壤微生物學、細胞學、細胞化學、細胞遺傳學、免疫學、胚胎學、優生學、悉生生物學、遺傳學、分子遺傳學、生態學、仿生學、生物物理學、生物力學、生物力能學、生物聲學、生物化學、生物數學。

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