裸子植物教学课件

裸子植物教学课件植物学核心内容，知识结构全面覆盖课程目标掌握裸子植物定义与主要特征理解裸子植物在形态、结构和生理上的特点，掌握其与其他植物的区别特征理解其生态和经济价值学习裸子植物在自然生态系统中的作用及其对人类社会的经济贡献探究进化地位与代表类群分析裸子植物在植物进化史上的地位，识别主要类群及其代表种类种子植物概述种子植物的分类种子植物是植物界中进化程度较高的类群，以产生种子作为主要繁殖方式根据种子是否有果皮包被，可分为两大类•裸子植物种子外露，无果皮包被•被子植物种子被果实包裹种子对植物繁殖和物种延续具有重要意义，是植物进化史上的重大突破，使植物能够在更广泛的环境中繁衍生息裸子植物定义裸子植物是种子植物中的一大类群，其主要特点是•种子直接暴露在心皮上，无果皮包被•无真正花朵结构，而是有球果或类似结构•多为木本植物，少数为草本•精子通过花粉管传递，不需要水介质这些特征使裸子植物在进化上处于被子植物之前，蕨类植物之后的位置松树的球果打开后，种子直接暴露在外，这是裸子植物最典型的特征与被子植物相比，裸子植物的种子没有果实保护，直接从球鳞上脱落名称由来裸子命名的由来裸子一词直接体现了这类植物的核心特征——种子外露这个名称来源于•汉语裸字意为暴露、不被覆盖•与希腊语gymnos裸露和sperma种子对应•中文命名于19世纪末20世纪初植物学传入中国时期•形象地描述了种子直接暴露在心皮上的特点裸子植物的命名历史可追溯到植物学的早期发展阶段，反映了人们对这类植物的认知过程裸子植物的形成背景地质历史背景生物学背景裸子植物的兴起发生在约3亿年前的石炭蕨类植物在石炭纪曾经繁盛，但面临的纪晚期至二叠纪，当时地球环境发生了挑战重大变化•繁殖需要水介质，限制分布范围•全球气候由温暖湿润向干冷转变•孢子缺乏储存营养物质的能力•大陆漂移形成巨大的泛大陆•幼孢子体生长缓慢，容易死亡•内陆地区逐渐干旱化这些因素共同促进了具有种子特征的裸子植物的出现和发展起源与进化1石炭纪晚期约3亿年前，最早的裸子植物出现，从种子蕨类植物演化而来2二叠纪裸子植物开始繁盛，多样性增加，适应干旱环境的能力增强3三叠纪至侏罗纪恐龙时代，裸子植物成为陆地植被的主要组成部分4白垩纪被子植物出现并迅速扩张，裸子植物开始衰退但仍广泛分布5现代存留四大类群，主要分布在寒冷、干旱和贫瘠环境中裸子植物的分布裸子植物在全球范围内分布广泛，从寒带到热带地区均有分布，仅南北极地区较少不同类群适应了不同的生态环境北方针叶林带山地垂直带松科、柏科植物构成大面积针叶林，是世界上云杉、冷杉等在高山地区形成明显的垂直植被最大的裸子植物群落带热带地区干旱半干旱区苏铁类和买麻藤类主要分布在热带和亚热带地柏类、松类等适应干旱环境的种类分布广泛区形态特征总览营养器官特征生殖器官特征•根系主根明显，侧根发达，多具菌•无真正花器，以球果为主要生殖结构根共生•雌雄球果分开，多为雌雄同株•茎多为木质化，有明显年轮，含树•种子裸露，无果皮包被脂道•花粉管传精，不需水介质•叶针叶、鳞叶为主，表皮角质层厚，气孔下陷裸子植物的形态特征反映了其对干旱环境的适应性，也展示了其在植物进化史上的过渡地位营养器官根——结构特点功能适应•主根系统发达，主侧根分化明显•深根性强，可深入土壤吸收水分•根尖具有保护根冠和分生区•大多与真菌形成菌根共生关系•木质部发达，导管缺乏，以管胞为主•菌根增强养分吸收，特别是磷素等•多年生根具次生生长，形成层活动明•根系广泛分布，增强抗风性显•某些种类具有固氮能力（如苏铁类）营养器官茎——茎的主要特征•多为木本，少数为草本或攀援状•具次生生长，木质部发达•导管缺乏，以管胞为主要导水组织•含树脂道，分泌树脂保护植物体•部分种类可达百米高（如红杉）•年轮明显，可用于判断树龄和气候变化裸子植物的茎通常具有明显的年轮结构，反映了其季节性生长的特点营养器官叶——针叶型鳞叶型如松树、云杉等，叶片细长坚硬，表面积小，如柏树、侧柏等，叶片鳞片状紧贴枝条，进一减少水分蒸发，适应干旱环境步减少蒸腾作用，极度适应干旱羽叶型扇叶型如苏铁类，叶为羽状复叶，似棕榈，但结构完如银杏，叶片扇形，叶脉二叉分枝，古老特征全不同的保留裸子植物叶片普遍具有厚角质层、下陷气孔和发达支持组织，这些特征有助于减少水分散失，适应各种环境条件生殖器官基础裸子植物生殖结构的特点•无真正花器和果实结构•以球果为主要生殖器官•雌雄球果分开，形态差异大•雄球果产生花粉•雌球果含胚珠，发育为种子•种子直接暴露在心皮上松树的雄球果（左）体积小，数量多，产生大量花粉；雌球果（右）体积大，木质化，包含胚珠，最终发育成熟后释放种子系统分类松柏类最大类群，约600种，包括松科、柏科、杉科等代表松树、柏树、杉树银杏类仅存一种银杏具有扇形叶片，雌雄异株，被称为活化石苏铁类约300种，热带亚热带分布茎短粗，叶大型羽状，外形似棕榈买麻藤类约70种，三个属买麻藤属、麻黄属、金钱松属结构特殊，与被子植物有些相似松柏类（松科为主）松柏类特征主要科属•世界范围最广的裸子植物类群•松科松属、云杉属、冷杉属等•多为常绿树木，少数落叶•柏科柏属、侧柏属、刺柏属等•针叶或鳞叶为主•杉科杉木属、落羽杉属等•具木质球果，多为雌雄同株•罗汉松科罗汉松属、竹柏属•适应性强，多分布于温带和寒带•红豆杉科红豆杉属银杏类银杏特征•现存唯一种银杏Ginkgo biloba•落叶大乔木，可高达40米•叶扇形，叶脉二叉分枝•雌雄异株，雄树产生花粉，雌树结种子•种子外种皮成熟后有臭味•原产中国，现全球广泛栽培•化石记录可追溯至

2.7亿年前银杏树是世界上最古老的种子植物之一，有活化石之称，在中国有超过1000年历史的古树苏铁类苏铁类特征•现存约300种，分布于热带亚热带•茎粗短，很少分枝•叶大型羽状复叶，呈王冠状排列•雌雄异株，球果大型•生长缓慢，寿命长•多数种类濒危，受保护•常用作观赏植物苏铁外形酷似棕榈，但与棕榈完全不同，是裸子植物中最古老的类群之一其大型羽状复叶排列成王冠状，非常美观，但植物体各部分含有毒素，需谨慎接触买麻藤类类群组成买麻藤类包含三个截然不同的属•买麻藤属Gnetum热带藤本或小乔木，叶宽大•麻黄属Ephedra干旱地区灌木，枝条似禾草•金钱松属Welwitschia非洲纳米比亚沙漠奇特植物结构特点买麻藤类是裸子植物中最特殊的类群•具有某些被子植物的特征，如管胞和导管并存•茎常缠绕或直立，生长方式多样•种类有限但形态差异巨大•对极端环境有特殊适应能力典型代表松树——形态特征生态与价值•常绿乔木，树冠圆锥形或伞形•世界分布广泛，适应性强•针叶2-5针一束•耐干旱、贫瘠土壤•树皮厚，常呈鳞片状剥落•重要经济林木•雌雄同株，球果木质化•木材用途广泛•种子常具翅，风力传播•松脂、松节油等林产品•松子可食用•生态防护林主要树种典型代表杉树——杉树特征•常绿乔木，树干通直•叶小型针形或鳞片状，螺旋状排列•雌雄同株，球果较小，木质化•生长快，材质优良•适应性强，在酸性土壤中生长良好•中国南方主要造林树种•木材纹理直，强度高，用途广泛杉木是中国南方重要的用材树种，形成大面积的人工林，是中国特有的优良速生树种典型代表银杏——独特叶片特殊种子悠久历史扇形叶片，叶脉二叉分枝，秋季变黄，是银杏最银杏种子外种皮成熟后有强烈臭味，内种皮坚银杏树寿命极长，中国有多株千年以上古树作显著的特征叶片形态自

2.7亿年前几乎未变，硬，包含富含营养的胚乳种仁可食用，也是重为活化石，是研究植物进化的重要材料，也是是活化石的重要证据要中药材世界各地园林绿化的珍贵树种典型代表苏铁——苏铁主要特征•茎粗短，很少分枝，顶端有王冠状叶丛•大型羽状复叶，坚硬革质•雌雄异株，球果大型，种子大•生长极其缓慢，寿命可达数百年•植物体各部分含有毒素，特别是种子•多数种类濒危，受国际保护苏铁的球果巨大而显眼，雌球果可重达数公斤苏铁虽有毒，但适当处理后，某些部分可作为传统食物和药物使用在园林中，苏铁是珍贵的观赏植物，价格昂贵典型代表买麻藤——形态特征分布与价值买麻藤具有独特的形态结构买麻藤主要分布在热带地区•多为木质藤本，少数为乔木或灌木•东南亚、非洲和南美洲热带雨林中常见•茎分枝明显，节间分化清晰•中国南部省份有野生分布•叶对生，宽大，类似被子植物叶片•种子和嫩叶可食用•具有网状叶脉，这一点与其他裸子植物不同•茎皮纤维可制绳索•种子外观类似浆果，但本质上仍是裸子•某些部分在传统医学中有应用球果结构雄球果结构雌球果结构•通常较小，多数呈黄褐色•通常较大，多数木质化•由多数螺旋排列的雄蕊状孢子叶组成•由多数螺旋排列的珠鳞和苞鳞组成•每个雄蕊状孢子叶背面有2-8个花粉•珠鳞上着生胚珠，通常每鳞2个囊•胚珠含有大孔，接受花粉•花粉囊内产生大量花粉粒•受精后发育为种子•花粉具气囊，有助于风力传播•成熟后球鳞张开释放种子花粉传播机制风媒传粉虫媒传粉裸子植物主要通过风力传播花粉，松柏类花粉某些苏铁类和银杏可能利用甲虫等昆虫辅助传具有气囊，增强飘浮性，可随风传播很远距离粉，这是一种较为原始的虫媒传粉方式季节性释放花粉特点花粉释放通常在春季进行，此时气候条件有利裸子植物花粉量大，体积小，易于传播，但有于传粉，可见到松花粉雨现象效性低，需要大量产生才能确保传粉成功胚珠与受精过程受精过程

1.花粉通过风力传播落到胚珠的珠孔处

2.花粉萌发形成花粉管，向胚珠内部生长

3.花粉管携带精子细胞向卵细胞生长

4.精子细胞与卵细胞结合形成合子

5.合子发育形成胚，胚乳发育储存营养

6.胚珠发育为种子，含有胚和胚乳裸子植物中仅苏铁类和银杏的精子能游动，其他类群的精子通过花粉管直接送达卵细胞裸子植物的受精过程缓慢，从花粉落到胚珠到完成受精可能需要数月时间，这与被子植物快速受精形成鲜明对比种子结构外部结构裸子植物种子的外部特征•无果皮包被，直接暴露•种皮坚硬，保护内部结构•某些种类具有翅状附属物（如松树）•大小形状因种类而异内部结构种子内部由以下部分组成•种皮保护层，由胚珠珠被发育而来•胚乳储存营养物质，供胚发育使用•胚新植物体的原始结构•子叶1-15枚不等，松树通常有8-12枚生活史松树为例——花粉形成传粉雄球果产生花粉，花粉中含有雄配子体花粉通过风力传播到雌球果的胚珠2植株生长受精幼苗生长为成熟植株，产生新一代球果花粉管将精子送至卵细胞，完成受精35种子萌发种子发育适宜条件下种子萌发，形成幼苗受精卵发育为胚，胚珠发育为种子生态适应性裸子植物的生态适应策略•抗旱能力强叶片结构减少水分蒸发•抗寒性好松科植物能在零下40℃环境生存•适应贫瘠土壤菌根共生增强养分吸收•抗风固沙根系发达，支持强大•长寿命很多种类可活数百年甚至上千年•抗病虫害含树脂和其他化学物质防御裸子植物，特别是松柏类，能够在极端环境中生存这些树木能够扎根于陡峭的岩石上，忍受强风、干旱和极端温度，展示了其惊人的适应能力这种生态适应性使它们成为生态恢复和荒漠化防治的重要植物资源生态作用碳汇功能长寿命和木质化程度高，是防风固沙重要的碳汇，在减缓气候变栖息地提供发达根系和常绿特性使其成化中发挥作用为防风固沙、水土保持的理为无数生物提供栖息地和食想植物物来源，维持生物多样性森林主力树种水源涵养构成地球上最大的针叶林生态系统，覆盖北半球大片区针叶林具有重要的水源涵养域功能，调节区域水循环24裸子植物的经济价值木材资源松、杉、柏等提供大量建筑和家具用材，木质直、稳定性好，适合多种用途纸浆原料针叶树木纤维长，是高质量纸张和纸浆的理想原料，支撑全球造纸工业树脂产品松脂、松香、松节油等是重要工业原料，用于制造涂料、香料和医药产品食用价值松子、银杏果等可食用，营养丰富，在世界各地都是受欢迎的食材和坚果中药价值主要药用种类与功效•银杏叶改善脑循环，治疗心脑血管疾病•松节油外用消炎止痛，内服祛痰平喘•柏子仁养心安神，润肠通便•红豆杉含紫杉醇，抗癌药物来源•苏铁籽清热解毒，但有毒性需谨慎使用•麻黄发汗解表，平喘止咳（含麻黄碱）现代研究证实，许多裸子植物含有生物活性成分，已开发为多种现代药物园林与观赏城市绿化盆景艺术特色景观银杏是理想的城市行道树，抗污染能力强，秋季松树、柏树是传统盆景的主要材料，可塑性强，苏铁类植物独特的王冠状叶丛使其成为热带、亚叶片金黄，观赏价值高松柏类树形优美，四季能表现岁寒三友等传统文化内涵松柏盆景在热带地区庭院的焦点植物某些罕见种类身价不常青，是公园和庭院绿化的重要树种中国、日本等东亚国家有悠久历史菲，成为收藏家追捧的对象种质资源保护濒危状况与保护许多裸子植物面临生存威胁•全球约40%的裸子植物种类濒危•苏铁类几乎全部被列入濒危名录•红豆杉、水松等珍稀种类数量急剧减少•栖息地丧失是主要威胁因素•过度采伐和非法贸易加剧威胁保护措施包括建立自然保护区、植物园收集保存、种子库保存、繁育技术研究、国际贸易限制等中国已建立多个针对银杏、水杉、红豆杉等珍稀裸子植物的保护区，并开展迁地保护和人工繁育工作裸子植物的生理特征水分管理光合作用裸子植物具有高效的水分利用机制针对环境的光合适应•叶片气孔下陷，减少蒸腾•常绿种类全年进行光合作用•厚角质层减少水分散失•针叶表面积小但分布立体•管胞导水效率低但安全性高•寒冷环境下仍能维持低效率光合抗逆性优异的环境耐受能力•产生抗冻蛋白抵抗低温•树脂含有抗微生物化合物•缓慢代谢率适应资源贫乏环境年轮与树龄判定年轮形成原理•形成层每年产生一圈新木质部•春季形成早材，细胞大，壁薄，色浅•夏季形成晚材，细胞小，壁厚，色深•早材和晚材共同构成一个年轮•温带地区年轮明显，热带地区不显著树龄估算方法•直接计数树桩或木芯样本中的年轮•间接估计根据直径和生长速率推算•碳14测定对于古树和考古样本树木的年轮记录了其生长历史，也反映了当地气候变化情况宽的年轮通常意味着良好的生长条件，窄的年轮则表示生长受阻病虫害问题主要病虫害松材线虫病、松毛虫、松树锈病等是裸子植物面临的主要健康威胁，严重时可导致大面积林木死亡传播途径病原体通过天牛等媒介昆虫、木材贸易、气流等方式传播，全球化加速了病虫害的跨区域扩散防治措施包括检疫隔离、生物防治、化学防治和林分结构调整等综合措施，预防为主、综合防治是关键全球变化与影响气候变化的影响•温度升高导致分布区北移或向高海拔迁移•干旱频率增加增加森林火灾风险•气候变暖可能导致病虫害范围扩大•某些地区的裸子植物可能面临局部灭绝•生长季节延长可能提高某些种类的生产力全球变暖对裸子植物的影响是复杂的在北方和高海拔地区，温度升高可能使某些种类受益；而在其分布范围南缘，可能面临更大生存压力研究表明，裸子植物对环境变化的适应能力各异，需要针对不同种类制定管理策略主要进化方向裸子植物的关键进化创新•花粉管传精不需依赖水介质，扩大生存环境•种子结构提供营养和保护，增强幼苗生存率•木质化茎干支持更高大的植物体，争夺阳光•球果分化雌雄球果功能专一化，提高繁殖效率•叶片适应针叶等特化结构适应各种环境买麻藤类的某些特征（如导管结构）与被子植物相似，可能代表向被子植物进化的一条路径裸子植物化石银杏最著名的活化石，化石记录可追溯至

2.7亿年前，曾广泛分布于北半球，现仅野生于中国水杉20世纪40年代在中国发现活体前，仅作为白垩纪至第三纪的化石被认识，被称为植物界大熊猫苏铁类与恐龙共存的古老植物，二叠纪至侏罗纪曾大量繁盛，被称为恐龙的食物南洋杉南半球古老针叶树，侏罗纪时期的主要树种之一，电影《侏罗纪公园》中出现的古树我国的裸子植物资源资源概况中国裸子植物资源丰富•约240种，占世界总数的1/4以上•特有种比例高，约占我国总数的60%•四大类群均有分布，以松柏类为主•是全球裸子植物多样性中心之一分布格局我国裸子植物的分布特点•西南地区最为丰富，云南、四川种类最多•东北地区有大面积针叶林分布•中部地区分布有银杏、水杉等珍稀种类•高山垂直带谱上裸子植物构成主要森林带中国珍稀裸子植物水杉金钱松红豆杉20世纪40年代在湖北利川发现，被誉为活化石分布于中国东部山区的特有珍稀树种因鳞片状因含紫杉醇而备受关注的珍稀树种常绿乔木，落叶大乔木，曾广泛分布于北半球，现仅存叶排列如铜钱而得名生长缓慢，寿命长，木材生长极其缓慢，曾因过度采伐濒临灭绝多种红于中国中部少数地区国家一级保护植物珍贵国家一级保护植物豆杉被列为国家一级保护植物现代植物学研究前沿裸子植物研究新进展•基因组学多种裸子植物基因组已测序，如松树、银杏•系统发育分子证据重建裸子植物演化历史•古生物学化石DNA分析揭示灭绝种类信息•生态适应研究气候变化下的生理响应•代谢组学挖掘次生代谢产物及药用价值教学实验设计裸子植物观察实验准备收集松、柏、银杏等植物的叶、茎、球果和种子样本；准备解剖工具、显微镜等设备宏观观察观察记录不同裸子植物的外部形态特征，比较针叶、鳞叶、扇叶的外形差异解剖观察解剖松树球果，观察珠鳞、苞鳞和种子排列；解剖种子观察胚和胚乳结构显微观察制作针叶横切片，观察叶内结构、树脂道和气孔特点；观察花粉形态数据分析记录测量结果，比较不同种类裸子植物在结构上的异同，分析其适应意义教学实验二发芽与生长实验目的比较不同裸子植物种子的发芽条件和发芽过程，观察幼苗生长特点实验材料•松树、银杏、柏树等种子•培养皿、培养土、温度计•记录本、尺、照相设备实验步骤天数松树银杏

1.种子消毒和预处理（部分需要低温层积处理）

2.将种子放入不同温度、光照条件下培养不同裸子植物种子发芽率随时间变化曲线示例

3.定期观察记录发芽率和幼苗生长情况

4.测量记录子叶数量、长度等形态指标

5.分析不同条件对发芽和生长的影响拓展研究裸子植物的未来适应演化1研究裸子植物对气候变化的适应机制和基因表达保护策略2开发濒危种质资源保护的新技术和方法可持续利用3探索裸子植物在生态修复、碳汇和生物材料中的新用途多学科融合4结合基因组学、生态学和气候科学，全面研究裸子植物的进化潜力全球合作5建立国际合作网络，共同保护和研究这一古老而珍贵的植物类群课堂讨论题裸子植物的生态主导地位被子植物兴起的影响思考问题思考问题•为什么裸子植物能在恐龙时代成为主导植物群落？•被子植物兴起对裸子植物产生了什么影响？•哪些进化特征使它们比蕨类植物更具竞争力？•为什么被子植物能在许多生态位上取代裸子植物？•在哪些现代生态系统中裸子植物仍占主导地位？为什么？•裸子植物在哪些方面仍然保持优势？•未来气候变化可能如何改变两者的竞争格局？复习与测试填空题简答题

1.裸子植物的种子特点是_______，这也

1.简述裸子植物的主要形态特征是其名称的由来

2.裸子植物与被子植物在繁殖方式上有

2.裸子植物分为四大类群_______类、哪些主要区别？_______类、_______类和_______类

3.分析裸子植物在植物进化史上的地位

3.银杏是_______类的唯一现存种类，被和意义称为_______实验题判断题描述如何通过形态特征区分松树、杉树

1.裸子植物的雌雄球果总是生长在同一和柏树株植物上（）思考题

2.松树的针叶通常2-5针一束，这是松属为什么大多数裸子植物都是常绿植物？的重要鉴别特征（）这与其生态适应有何关系？

3.所有裸子植物都是木本植物，没有草本形态的种类（）小结与展望进化地位多样性价值裸子植物是植物进化史上的重要一环，连接蕨现存约1000种，保存了丰富的遗传多样性和适类与被子植物应机制保护责任生态意义保护这一古老植物群对维护地球生物多样性构成重要生态系统，提供栖息地，参与碳水3至关重要循环经济贡献未来研究4提供木材、药物和食品原料，支持多个产业发基因组学和气候适应研究将揭示更多进化奥秘展。