植物學

植物學是一門研究植物形態解剖、生長發育、生理生態、系統進化、分類以及與人類的關係的綜合性科學,是生物學的分支學科。

歷史

人類對植物的認識最早可以追溯到舊石器時代,人類在尋找食物的過程中採集了植物的種子、莖、根和果實。植物學的創始人是泰奧弗拉斯托斯,在他的著作《植物歷史》(也稱《植物調查》)中將植物進行了分類。

1世紀希臘醫生迪奧科里斯的著作《藥物論》(De Materia Medica)為以後藥用植物的使用奠定了基礎。1593年中國明朝李時珍也完成了《本草綱目》的編寫。17世紀末英國生物學家約翰·雷確立了現代植物分類的基本原理。17世紀,出現了各式各樣的顯微鏡,開創了植物解剖學的研究,隨後植物生理學和植物胚胎學也得到進一步的發展,到19世紀中期植物學各分支學科已基本形成。

中國近代植物植物分類學的奠基人是胡先驌,編寫了中國第一部中文《高等植物學》,發現了中國的「活化石」水杉,並將其命名。

早期的植物學

 
一個植物學家的傳統工具

植物學的歷史包括幾個早期文明的著作與植物分類。例如古代印度的宗教著作,古代瑣羅亞斯德教的著作,[1]及古代中國的著作。秦漢時期的《神農本草經》是中國最早的藥用植物志。[2]古希臘亞里士多德的學生泰奧弗拉斯托斯被視為植物學的創始人。[3]他發明並描述了許多現代植物學的原理。[4]他的兩個主要著作《植物歷史》和《植物本原》是古代和中世紀的植物學的重要組成部分,其後的17個世紀一直占重要的地位。[5][4][6]1世紀希臘醫生迪奧科里斯的著作《植物志》(De Materia Medica),是一本共5卷的藥草百科全書,對其後的1500多年有廣泛的影響。[7]中世紀的伊斯蘭世界的著作包括Ibn Wahshiyya英語Ibn WahshiyyaNabatean AgricultureAbū Ḥanīfa Dīnawarī英語Abū Ḥanīfa DīnawarīBook of PlantsIbn Bassal英語Ibn BassalThe Classification of Soils。13世紀早期,Abu al-Abbas al-Nabati英語Abu al-Abbas al-NabatiIbn al-Baitar英語Ibn al-Baitar也有植物學的著作[8][9][10]

早期的現代植物學

 
Crantz的Classis cruciformium, 1769

德國醫生萊昂哈特·福克斯是三位德國植物學之父之一,其餘兩位是奧托·布倫費爾斯希羅寧姆斯·博克英語Hieronymus Bock[11][12]

瓦列里烏斯·科達斯英語Valerius Cordus在1546年所寫的Dispensatorium藥典中的經典著作。[13]康拉德·格斯納尼可拉斯·卡爾培柏英語Nicholas Culpeper也寫了藥用植物的著作。烏利塞·阿爾德羅萬迪被認為是「自然歷史之父」,他的研究內容包括植物。1665年,羅伯特·胡克從樹皮切了一片軟木薄片,並放到自己發明的顯微鏡觀察到了細胞[14]1690年約翰·雷首次給物種下定義,依據花和營養器官的性狀進行分類,並用一個分類系統處理了18000種植物。[5]1735年,卡爾·林奈出版了《自然系統》一書,在這本書中,林奈把自然界分成植物界、動物界和礦物界,並將動物和植物按綱、目、屬、種、變種5個等級歸類,特別是他在1753年發表的《植物種志》中對7300種植物正式使用了雙名法進行命名。[15][16]

隨著植物解剖學植物形態學及生命周期的知識的發展,人們意識到植物間的親緣不止是林奈所描述的那樣。 米歇爾·阿丹森英語Michel Adanson(1763), 安托萬·羅蘭·德朱西厄(1789)和奧古斯丁·彼拉姆斯·德堪多(1819)所提出的分類系統調整得到廣泛的接受。進化論中的自然選擇概念的提出,使人們開始了植物的進化關係和系統發育分類的研究。[17][18]

馬蒂亞斯·雅各布·施萊登1838年發表了《植物發生論》(Grundzuge der Wissenschaftlichen),書中指出細胞是植物的結構單位,這本書對植物學有很大的影響。[19] 卡爾·路德維希·韋爾登諾分析了種子散布與分布,植物種群,地質歷史的影響之間的聯繫,並開創了植物地理學. 1831年羅伯特·布朗發現了細胞核.[20]

現代植物學

近30多年來,分子生物學和近代技術科學,以及數學、物理學、化學的新概念和新技術被引入到植物學領域,植物學科在微觀和宏觀的研究上均取得了突出成就,無論在研究的深度和廣度上都達到了一個新的水平。[21]當今相當多的新知識都是從研究模式植物而來的,如擬南芥。這種十字花科的雜草物種是最早的基因組測序植物之一。水稻基因組相對較小,同時國際水稻基因定序工程也把它定為重要的穀物/草/單子葉植物模型。[22] 另一個草物種二穗短柄草也是一個有助理解遺傳學,細胞學和分子生物學的實驗模型。[23] 對其他重要的商業主糧如小麥, 玉米, 大麥, 黑麥,御谷和大豆都有基因組測序。其中部分植物對基因組測序是一個挑戰,因為他們的染色體中有兩個以上的單倍體[24]。另外,一種綠色水藻萊茵衣藻英語Chlamydomonas reinhardtii作為模式生物,給細胞生物學提供了重要的知識。[25]

研究領域與重要性

分子生物學, 遺傳學生物化學級別到細胞器, 細胞, 組織, 器官,個體,植物種群,植物群落等方面都是對植物的研究範疇。在這些研究分支上的植物學家可能會涉及分類學解剖學形態學,以及生理學等方面。[26]

以前所有生命都被分成動物或植物,[27]而植物學就是專門研究那些動物以外的生物。 現在植物的定義是通過光合作用從太陽光中獲得能量的生物,或者是無葉綠素的寄生植物. 而以前植物學則包括細菌真菌地衣,非綠藻類水藻和病毒。不過植物學家仍很關注這些物種,而真菌和原生生物也包含在植物學課程內。[28][29]

對植物的研究是很重要的,因為植物是生物的基本組成部分,他們生產人類和其他生物賴以生存的氧氣食物。此外,植物能防止土壤侵蝕而且對水文循環有極大影響 。[30] 古植物學是研究古植物化石記錄的分支學科。普遍認為在地球的早期歷史中,光合作用植物產生的氧氣改變了古代地球的全球大氣環境.[31]

人體營養

 
幾乎所有的食物都來自植物(直接或間接),例如大米

生命過程的基本原理

藥物和原料

環境改變

生態學

進化

 
A Punnett square depicting a cross between two pea plants heterozygous for purple (B) and white (b) blossoms

生理學

結構

分類學

研究對象

植物解剖和形態

 
水稻水稻植株的根,莖,葉和花的形態是19世紀的示意圖

植物解剖學是研究植物細胞和組織的結構,而植物的形態是其外部形式的研究。所有的植物是多細胞真核生物,其儲存在細胞核中的DNA。

注釋

  1. ^ Iyer 2009, p. 117.
  2. ^ 北京市園林學校 1990, p. 10.
  3. ^ 中國數字植物標本館 2006.
  4. ^ 4.0 4.1 Greene 1909, pp. 140–142.
  5. ^ 5.0 5.1 周雲龍 2004, p. 10.
  6. ^ Bennett & Hammond 1902, p. 30.
  7. ^ Mauseth 2003, p. 532.
  8. ^ Dallal 2010, p. 197.
  9. ^ Panaino 2002, p. 93.
  10. ^ Levey 1973, p. 116.
  11. ^ National Museum of Wales 2007.
  12. ^ Yaniv & Bachrach 2005, p. 157.
  13. ^ Sprague 1939.
  14. ^ Waggoner 2001.
  15. ^ 周雲龍 2004, p. 11.
  16. ^ Capon 2005, pp. 220–223.
  17. ^ Ereshefsky 1997, pp. 493–519.
  18. ^ Gray & Sargent 1889, pp. 292–293.
  19. ^ Morton 1981, p. 377.
  20. ^ Harris 2000, pp. 76–81.
  21. ^ 周雲龍 2004, p. 12.
  22. ^ Devos & Gale 2000.
  23. ^ University of California-Davis 2012.
  24. ^ 這種情況稱作多倍體,在植物中很常見
  25. ^ Ben-Menahem 2009, p. 5370.
  26. ^ Ben-Menahem 2009, p. 5368.
  27. ^ Chapman et al. 2001, p. 56.
  28. ^ Capon 2005, pp. 10–11.
  29. ^ Mauseth 2003, pp. 1–3.
  30. ^ Gust 1996.
  31. ^ Cleveland Museum of Natural History 2012.

參考文獻

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網絡來源

書籍與期刊

科普

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外部連結

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