植物研究

植物分类系统研究

植物分类学是一门古老而富有活力的学科，植物分类学研究方法不断发展和创新，它由

最初经典的形态分类发展到后来的染色体分类及基于生化标记的分类。到了现代，随着分子

生物学的迅速发展，植物分类学家又将这一现代技术应用到植物分类学中来，有望从分子水

平探讨物种的演化和系统分类。

1植物分类学研究

植物分类学是一门历史悠久的学科，它的任务是研究地球上有多少植物种类，揭示植物

多样性的面貌，识别和鉴定植物，探索植物间亲缘关系，并按亲缘关系的远近建立自然分类

系统。

1.1传统形态学技术

传统的植物学分类是从形态上进行区分。形态学资料是一种肉眼可以观察到的性状，在

实际应用中最为方便，所以在分类上应用最广。从形态学或表型性状来检测遗传变异和区分

种属之间的差别是最直接的方法，由于简便易行,这种经典的分类法被人们沿用至今。由于

表型和基因型之间存在着基因表达、调控、个体发育等复杂的中间环节,如何根据表型上的

差异来反映基因型上的差异就成为用形态学方法检测遗传变异的关键所在。通常利用的表型

性状有两类,一类是符合孟德尔遗传规律的单基因性状(质量性状),另一类是由多基因决定

的数量性状。表型性状即植物的外部特征特性,如株高、生长习性、有效分枝数、叶形、叶

数、花序、节位、花形、花色、花数、单株结荚数、荚长、荚宽、荚厚、每荚粒数、种子颜

色、形态、百粒重、产量、抗病性等。这些性状简单直观,应用较广。虽然如此,形态分类

也有其自身的局限性。形态分类或多或少带有一定的个人主观色彩，因而其中存在着许多意

见和分歧甚至悬而未决的问题。而这些就只能通过其它的分类方法加以解决。目前被子植物

的分类和命名主要还通过形态学的资料进行。在被子植物形态特征中，花果的形态特征比根、

茎、叶的形态特征更重要，尤其是花的形态特征。

1.2电镜技术

电子显微镜正在日益被人们应用到分类学领域。电镜技术的发展和完善,为观察和研究

植物的细微结构提供了有力的手段,使我们对植物的花粉形态特征、叶表皮特征、种皮微形

态特征和果皮纹饰等有更深入的认识。植物的表皮，包括根、茎、叶、花、果实、种子、花

粉，细胞的排列、纹饰、角质层分泌物等方面都有极其多样的形态，为一些植物类群的研究

提供有价值的分类学资料。

1.3植物化学分类技术

植物化学分类主要是研究植物的次生代谢产物蜡质以及碳水化合物。由于次生代谢物在

植物界的分布存在间断性，使之成为研究植物分类有价值的资料。

1.4分子生物学技术

分子生物学技术用作分类的重要性，越来越被分类学家所重视。分子生物学的迅速发展

极大冲击了生物学各个领域,促进了植物的系统分类和鉴定工作

1.4.１染色体的数目

染色体数目作为分类性状的价值，在于它在一个种内通常恒定。一般认为，被子植物

中原始类群染色体基数为７（或在７左右），如果染色体倍性高，通常被认为是进化类型。

1.4.２染色体形态结构

有丝分裂中期染色体数目、大小、形态（着丝点位置、随体、主隘痕、次隘痕）和排列

等特征的总和称为核型。一般认为，不对称核型是进化的。

1.4.３染色体带型

随着细胞染色技术的发展，可以用不同的染色方法使染色体显示不同的带型。不同带型

反映染色体化学成分的差异，不同物种或同种类不同类型有各自不同的带型特征，由此为植

物分类提供依据。

1.4.４染色体行为

研究染色体在减数分裂时的配对行为，分析染色体组之间的关系，称为染色体组分析

（ｇｅｎｏｍｅａｎａｌｙｓｉｓ）。染色体组分析（及染色体组之间的配对行为）常用来

揭示种间的亲缘关系，可以解决形态分类难以解决的遗留问题，是被子植物分类重要的补

充。

1.4.5生物基因组ＤＮA中Ｇ＋Ｃ含量

每个物种的ＤＮＡ都有特定的Ｇ、Ｃ含量，不同物种的Ｇ、Ｃ含量是不同的。亲缘关系

越远，其Ｇ、Ｃ含量差别越大。由此，可以对植物进行分类。

1.4.6ＤＮＡ分子杂交

不同物种的ＤＮＡ上的碱基序列各不相同。ＤＮＡ是由２条反向、平行、互补的核苷酸

链，通过碱基相似，就可以在适当条件下，按碱基配对的原则形成杂交，根据杂交程度确定

其亲缘关系。

1.4.7蛋白质

蛋白质作为植物分类的依据，是因为蛋白质分子是基因表达的产物，不同的植物含有的

蛋白质不同，由此来评价不同种类植物之间的亲缘关系。

但细胞分类学证据信息量有限，保守的染色体结构的变化形式并非为某些特定的有机体

所特有，而可以出现在很不相同的类群中。因此，仅仅依靠单一的细胞分类方法是不够的，

必须结合多方面的资料，综合分析，才能揭示物种间亲缘关系。

2植物系统发育研究

达尔文的进化论问世以后，生物的系统发育研究就逐渐成为植物分类学的重点之一。如

大多数经典植物学分类家，同时也作为系统发生研究者，他们一方面遵循一套不断完善的分

类原理、命名法则和研究方法，逐渐全面积累全世界各区域各类群植物的形态-地理经典分

类学资料、并以各种专志、地区植物志等集其大成展示于世，以供社会生产应用，不断完善

分类学的基本任务。另一方面也对各类群的系统发生进行研究，并反映在各类群植物的分类

系统安排上，

2.1植物分子系统学

近年来,利用DNA序列或基因组数据探讨植物类群的系统发育关系、谱系分化时间和

生物地理格局成为本学科的研究热点，分子生物学的研究表明,比较植物体内叶绿体DNA

同源性可以反映出生物系统发生的关系，亲缘关系越近,DNA分子的同源性越高，因此可以

建立起一种新的分子水平上的分类方法，同时为种的定界及种间分属提供分子生物学的证

据。选用于系统发育研究的分子变异的两个主要来源是叶绿体基因组与核糖体DNA重复

区。Hennig的分支分析方法则为激增的分子数据的系统发育处理提供了有效的途径。

2.2传粉方式、繁育系统研究与植物系统发育

繁育系统(Reproductionsystem)指控制局群或分类群中远交或自交相对频率的各种生

理、形态机制.传粉方式和繁育系统是物种基因流动中的主要影响或决定因素。传粉模式、

自交亲和性、繁育系统等的变异不仅表现在种间差异上,也会随环境因素或植物生活期的不

同而有变化,因此成为物种进化研究的重要依据。

2.3生殖结构化石

对一些在漫长的地质历史时期曾有过快速辐射的类群,化石证据是至关重要的,由于

化石证据的贫乏,被子植物的起源和早期分化一直是争论的热点,古植物学的新发现,尤其

是白垩纪花化石的研究,大大加深了我们对于早期被子植物系统发育和花演化的认识,利用

扫描电镜和透射电镜对现存原始被子植物花和花粉的微形态、演化式样和生殖生物学研究加

速了化石材料的鉴定和解释,利用分子遗传学手段对花发育的直接分析又成为植物系统学

研究的新热点。据记录仅1991～2000年间根据中国中、新代大植物化石建立的新属就有41

个。

3小结

植物分类学是一门综合性的学科，它随着与之相关的技术与理论的发展而推动自身的发

展。植物解剖学，植物胚胎学，孢粉学，植物化学，细胞学曾对植物分类学的发展起到巨大

的推动作用，为分类学上一些悬而未决的问题提供了许多确着的证据。到了现代，随着分子

生物学的迅速发展，植物分类学家又将这一现代技术应用到植物分类学中来，有望从分子水

平探讨物种的演化和系统分类。

植物科学各门学科间的相互渗透融合必然会带来好的系统发育分析结果,引起分类上

的变动,最终导致一个更加综合的系统发育理论的出现,而新的形态和分子证据与过去的证

据结合在一起最终将实现系统发育的重建,从而使系统发育的结果更好更广泛地被生态学

家、古生物学家、生物地理学家、分子生物学家、保护生物学家等广泛应用。