植物學(xué)

所有的動(dòng)物都要依*綠色植物的光合作用能力把日光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，釋放出氧氣來(lái)維持其生活。植物是人類衣、食、用、住、行原料的直接或間接來(lái)源，是維持生物圈生態(tài)平衡的重要環(huán)節(jié)。

　　早期人類就能分辨出他們所接觸到的植物，并給以命名。隨科學(xué)的發(fā)展，人們開始把對(duì)植物的知識(shí)系統(tǒng)化，并且記錄下來(lái)成為植物學(xué)。以后，進(jìn)一步注意到它們的結(jié)構(gòu)、化學(xué)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?jī)?nèi)容更包括了其營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和繁殖，以及選育良種和對(duì)病蟲害的處理。

　　20世紀(jì)植物學(xué)研究一方面走向微觀，試求把植物的各種活動(dòng)，物質(zhì)、能量、信息的轉(zhuǎn)化還原到細(xì)胞水平、分子水平、甚至電子水平，并創(chuàng)造了“細(xì)胞工程”、“基因工程”等方法以求迅速繁殖和創(chuàng)建植物新品種。另一方面特別是70年代以來(lái)，又趨向宏觀，研究“環(huán)境保護(hù)”、“生態(tài)工程”等課題，甚至擴(kuò)大到地球生物圈的組成及其調(diào)控的研究等。所以今天的植物學(xué)已發(fā)展為包括眾多分支的知識(shí)體系。70年代以來(lái)又常稱之為植物生物學(xué)。

植物學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史

　　至少在舊石器時(shí)代，人類在采集植物塊根和果實(shí)種子供食用的時(shí)候就認(rèn)識(shí)了某些植物。希臘、埃及、巴比倫、中國(guó)、印度等文明古國(guó)對(duì)植物知識(shí)都有記述。如中國(guó)《詩(shī)經(jīng)》就已經(jīng)講究“多識(shí)于鳥獸草木之名”。

　　古希臘亞里士多德的學(xué)生提奧夫拉斯圖被視為植物學(xué)的創(chuàng)始人。他在公元前300年寫的《植物歷史》或稱《植物調(diào)查》一書，在哲學(xué)原理基礎(chǔ)上將植物分類，描繪其各部分、習(xí)性和用途。羅馬的老普林尼則把當(dāng)時(shí)所有的植物學(xué)知識(shí)寫在37冊(cè)的《博物志》書中，開以后黑暗中世紀(jì)“百科全書學(xué)派”的先河，但謬誤很多。

　　后陸續(xù)出現(xiàn)許多有關(guān)植物方面的著述。如公元1世紀(jì)希臘醫(yī)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(yī)藥用途的引證，成為以后描述藥用植物的基礎(chǔ)。15～16世紀(jì)本草著作中最有價(jià)值的是日耳曼的布龍費(fèi)爾斯，意大利的馬蒂奧利、英國(guó)的特納等的著作。此時(shí)期約與中國(guó)明代中葉以后李時(shí)珍完成《本草綱日》同時(shí)。總之至17世紀(jì)前植物學(xué)幾乎全限于描述(包括木刻畫)和定性藥用植物。

　　17世紀(jì)的初期自然科學(xué)從以“機(jī)械哲學(xué)”為主導(dǎo)思想進(jìn)入到“實(shí)驗(yàn)科學(xué)”階段。植物學(xué)也從描述為主轉(zhuǎn)到更有目的。有計(jì)劃、有系統(tǒng)的收集資料，觀測(cè)現(xiàn)象，以至于在控制條件下進(jìn)行試驗(yàn)，并提出和考驗(yàn)理論與學(xué)說(shuō)。這期間物理學(xué)、化學(xué)的發(fā)展及新工具如顯微鏡的應(yīng)用也起了很大作用。

　　現(xiàn)代植物分類基本原理為英國(guó)生物學(xué)家雷在17世紀(jì)末確立，他把有花植物分為單子葉和雙子葉，進(jìn)一步再分就包括迄今還沿用的許多植物科。雷堅(jiān)持必須用植物的所有特征來(lái)判定他們的親絳而不能只用單一部分的特征。這恰是自然分類和人為分類的區(qū)別所在。

　　1753年瑞典植物學(xué)家林奈發(fā)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(jù)，他確立的24綱主要建立在花的雄蕊數(shù)目上；每個(gè)綱再用花柱的數(shù)目分成目。這個(gè)系統(tǒng)的簡(jiǎn)單性使人容易接受因而促進(jìn)了植物的采集和調(diào)查，但由于此法含糊了自然分類而有害于植物學(xué)。如按林奈系統(tǒng)使百合和小檗同在一目，而鼠尾草和同類的薄荷卻分了家。

　　林奈的貢獻(xiàn)還在于把約6000種植物歸入各屬(今天還用同樣安排)，仔細(xì)描寫，并校勘了他所知的種和以前植物學(xué)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(xué)者所接受。只有從1753年開始，從一個(gè)學(xué)者到另一個(gè)學(xué)者去跟蹤一種植物才比較容易和可能。此后與分類學(xué)進(jìn)展相并行的植物解剖學(xué)、植物生理學(xué)、植物胚胎學(xué)等的研究也就發(fā)展起來(lái)了。

　　自16世紀(jì)光學(xué)顯微鏡問(wèn)世，瑞典人揚(yáng)斯和揚(yáng)森兄弟在1590年做成復(fù)合顯微鏡，17世紀(jì)名種型式顯微鏡出現(xiàn)后，由胡克、格魯、馬爾皮基開創(chuàng)了植物解剖學(xué)。

　　1670～1674年，英國(guó)人格魯和意大利人馬爾皮基已能分辨木質(zhì)部、導(dǎo)管和纖維髓細(xì)胞和樹脂道的內(nèi)部。英國(guó)人胡克發(fā)現(xiàn)細(xì)胞，他的細(xì)胞概念是一個(gè)由實(shí)心物質(zhì)包圍的空間(小室)。從那以后很久，植物學(xué)家才理解這些蜂房樣的小室至少在幼期是含有生活物質(zhì)的。第一個(gè)植物形態(tài)學(xué)家設(shè)想植物是由多種成分，包括導(dǎo)管、纖維、“囊”等組成的。日耳曼人施萊登和他的同伴動(dòng)物學(xué)家施萬(wàn)在1839年首次提出細(xì)胞學(xué)說(shuō)。從此細(xì)胞學(xué)成為一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科。

　　在格魯和雷的時(shí)代，生理學(xué)也開始了。雷做過(guò)樹液運(yùn)動(dòng)、種子發(fā)芽和其他功能的實(shí)驗(yàn)。再早些年，荷蘭人黑爾蒙特通過(guò)著名的桶栽柳技試驗(yàn)證明植物從水中取得物質(zhì)。1742年英國(guó)人黑爾斯在所著的植物靜力學(xué)中記載了關(guān)于樹液流動(dòng)和壓力、蒸騰作用、失水和空氣交換氣體等方面的124個(gè)實(shí)驗(yàn)，他被認(rèn)為是植物生理學(xué)的創(chuàng)始人。

　　1774年英國(guó)人工普里斯特利指出植物在陽(yáng)光下釋放氧氣。這些氣體(氧氣、二氧化碳)和植物的相互關(guān)系進(jìn)一步由英恩豪斯(1779)和法國(guó)人索緒爾(1804)闡明。后者將定量方法引入研究，并示明水和二氧化碳一樣被吸收。自此關(guān)于綠色植物在光下吸收水分和二氧化碳增重(制造食物)的光合作用被發(fā)現(xiàn)。

　　17～18世紀(jì)，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(xiàn)象，推動(dòng)了植物胚胎學(xué)等的發(fā)展。

　　到19世紀(jì)中期植物學(xué)各分支學(xué)科已基本形成。達(dá)爾文、孟德爾的工作更為植物進(jìn)化觀和遺傳機(jī)制的確立打下了基礎(chǔ)。

　　20世紀(jì)特別是50年代以來(lái)，植物學(xué)又有了飛速發(fā)展，主要是植物生理學(xué)、生物化學(xué)和遺傳學(xué)等的成就，如光合作用機(jī)理的闡明，光敏素、植物激素的發(fā)現(xiàn)，微量元素的發(fā)現(xiàn)，遺傳育種技術(shù)、同位素計(jì)年法建立，以及抗生物質(zhì)的分離等，使植物學(xué)在經(jīng)濟(jì)上更為重要，成為園藝學(xué)、農(nóng)業(yè)和環(huán)境科學(xué)的重要理論基礎(chǔ)。

植物學(xué)的基本內(nèi)容

　　現(xiàn)代植物學(xué)以研究層次和重點(diǎn)不同而劃分為五個(gè)主要分支：

　　植物形態(tài)學(xué)是研究植物的形態(tài)和結(jié)構(gòu)(由細(xì)胞到器官各個(gè)層次)的學(xué)科，分支學(xué)科有植物細(xì)胞學(xué)、解剖學(xué)(專注于內(nèi)部結(jié)構(gòu))、組織學(xué)(關(guān)心特殊種類細(xì)胞的性質(zhì))、植物胚胎學(xué)等。

　　植物生理學(xué)是研究植物各部分或整體的功能和行為的學(xué)科，它和植物生物化學(xué)緊密相聯(lián)。后者研究植物生命過(guò)程中化學(xué)組成和變化。植物生物化學(xué)還有一個(gè)重要分支——植物化學(xué)——研究植物次生代謝的化學(xué)產(chǎn)品。

　　植物遺傳學(xué)是研究植物的種質(zhì)和遺傳、變異等現(xiàn)象的學(xué)科(因此和研究植物進(jìn)化相聯(lián)系)。

　　植物生態(tài)學(xué)是研究植物和其環(huán)境的關(guān)系的學(xué)科。在其定義上還更廣泛一些，因?yàn)槌�去它本身特殊的方法之外，它既牽涉到區(qū)系學(xué)也牽涉到生理學(xué)。和它緊密聯(lián)系的是植物地理學(xué)(包括地植物學(xué))研究植物和地球表面的關(guān)系和植物社會(huì)學(xué)(植物群落學(xué))研究植物群落。

　　植物分類學(xué)是研究植物的分類和命名的學(xué)科，它們的系統(tǒng)和演化(包括區(qū)系學(xué)，研究特定區(qū)域的全部植物，其種類分布、起源和發(fā)展)。這些區(qū)分并不是絕對(duì)的，為明了植物的功能和行為，必須了解植物結(jié)構(gòu)的一些知識(shí)。分類學(xué)家在一個(gè)譜系的理論上來(lái)將植物分類，他也要關(guān)心進(jìn)化。植物細(xì)胞學(xué)研究植物的各個(gè)細(xì)胞，部分是形態(tài)學(xué)，部分是生理學(xué)，而部分是遺傳學(xué)等等。

　　此外，還有些特別分支如以研究對(duì)象的類群不同而劃分的分支，如藻類學(xué)。藻類象真菌一樣相當(dāng)小而簡(jiǎn)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(lái)可能是人類食物的重要來(lái)源。地衣學(xué)研究藻菌共生的地衣。

　　苔蘚學(xué)研究較大多數(shù)植物稍小而生殖過(guò)程較復(fù)雜的苔蘚植物。蕨類學(xué)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，并研究它們?cè)鯓酉蛴谢ㄖ参镞~進(jìn)。與應(yīng)用密切相關(guān)的分支則有經(jīng)濟(jì)植物學(xué)，探討植物和它們用途的各個(gè)方面。

　　民俗植物學(xué)則對(duì)各民族利用植物的不同方式感興趣。古植物學(xué)研究已絕滅的植物(又是古生物學(xué)的分支)，它們是寫在巖石里面的進(jìn)化史。孢粉學(xué)研究遠(yuǎn)古的花粉、孢子，也屬微古生物學(xué)的一個(gè)重要方面。當(dāng)然古植物學(xué)和孢粉學(xué)也是研究植物進(jìn)化和植物地理學(xué)尤其是植物歷史地理學(xué)和區(qū)系學(xué)的重要手段。