26.4: 种子植物的作用
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培养技能
- 解释被子植物的多样性如何部分归因于与动物的多次相互作用
- 描述授粉发生的方式
- 讨论植物在生态系统中的作用以及森林砍伐如何威胁植物生物多样性
没有种子植物，我们所知道的生命是不可能的。 植物通过稳定土壤、碳循环和气候调节，在维护陆地生态系统方面发挥着关键作用。 大型热带森林释放氧气并充当二氧化碳的沉降器。 种子植物为多种生命形式提供庇护所，为食草动物提供食物，从而间接喂食肉动物。 植物次生代谢物用于药用目的和工业生产。
动物和植物：草药象牙
开花植物和昆虫的共同进化是一个受到广泛关注和支持的假设，尤其是因为在中生代中期，被子植物和昆虫大约同时多样化。 许多作者将植物和昆虫的多样性归因于授粉和草药象牙，或者昆虫和其他动物对植物的消耗。 据信，这与授粉一样是一种推动力。 在自然界中观察到食草动物和植物防御的共同进化。 与动物不同，大多数植物无法超越捕食者或使用模仿来躲避饥饿的动物。 植物和食草动物之间存在某种军备竞赛。 为了 “对抗” 食草动物，一些植物种子（例如橡子和未成熟的柿子）的生物碱含量很高，因此对某些动物来说是不愉快的。 其他植物受到树皮的保护，尽管有些动物会开发出专门的嘴巴来撕裂和咀嚼植物材料。 刺和刺（图\(\PageIndex{1}\)）可以阻挡大多数动物，但毛皮较厚的哺乳动物除外，有些鸟有专门的喙可以越过这种防御。
Herbivory 被种子植物用于自身利益，以展示相互关系。 动物传播果实就是最引人注目的例子。 该植物为食草动物提供了营养丰富的食物来源，以换取将植物的遗传物质传播到更广阔的地区。
动植物协作的一个极端例子是相思树和蚂蚁。 树木为昆虫提供庇护所和食物。 作为回报，蚂蚁通过刺痛和攻击食叶昆虫来阻止食草动物，包括无脊椎动物和脊椎动物。
动物和植物：授粉
草是一组成功的经风授粉的开花植物。 它们产生大量的粉状花粉，被风带到很远的距离。 花很小，像小精灵。 橡树、枫树和桦树等大型树木也是风授粉的。
超过 80% 的被子植物依靠动物进行授粉：花粉从花药转移到柱头。 因此，植物已经开发出许多适应方法来吸引传粉媒介。 以动物为目标的特殊植物结构的特异性可能非常令人惊讶。 例如，可以仅凭花的特征来确定植物偏爱的传粉媒介类型。 许多鸟类或昆虫授粉的花会分泌花蜜，花蜜是一种含糖液体。 它们还能产生用于繁殖的肥沃花粉和富含鸟类和昆虫营养的无菌花粉。
蝴蝶和蜜蜂可以探测紫外线。 吸引这些传粉媒介的花通常表现出低紫外线反射率的图案，这有助于它们在被花粉撒上灰尘的同时快速定位花中心并收集花蜜（图\(\PageIndex{2}\)）。 蜂鸟更喜欢带有少量气味和长漏斗形状的大型红色花朵，因为蜂鸟的色彩感知良好，嗅觉差，需要很强的栖息处。 夜间开的白花会吸引飞蛾。 其他动物，例如蝙蝠、狐猴和蜥蜴，也可以充当授粉剂。 对这些相互作用的任何破坏，例如蜂群崩溃障碍导致蜜蜂消失，都可能给严重依赖授粉作物的农业带来灾难。
科学方法连接：通过腐烂的肉味测试苍蝇的吸引力
问题：如果喷洒闻起来像烂肉的化合物，为蜜蜂提供线索的花朵会吸引腐肉苍蝇吗？
背景：通过授粉苍蝇来探访花朵主要是气味的功能。 苍蝇被腐烂的肉和腐肉所吸引。 腐臭的气味似乎是主要的引诱剂。 聚胺 putrescine 和 cadaverine 是动物死亡后蛋白质分解的产物，是腐烂肉类刺鼻气味的来源。 有些植物通过合成类似于腐烂肉体产生的聚胺来战略性地吸引苍蝇，从而吸引腐肉苍蝇。
苍蝇会寻找死去的动物，因为它们通常会在它们身上产卵，而它们的蝗虫则以腐烂的肉为食。 有趣的是，死亡时间可以由法医昆虫学家根据从尸体中回收的蝗虫的阶段和类型来确定。
假设：由于苍蝇是根据气味而不是视觉被其他生物吸引的，因此，如果一朵花通常因其颜色而对蜜蜂具有吸引力，如果喷洒与腐烂肉体产生的聚胺相似的多胺，则会吸引苍蝇。
检验假设：
- 选择通常由蜜蜂授粉的花。 白色矮牵牛可能是不错的选择。
- 将花分成两组，戴上眼部防护装置和手套时，用腐碱或尸体溶液喷洒一组。 （二盐酸腐碱的浓度通常为98％；在本实验中，可以将其稀释至约50％。）
- 将花放在有苍蝇的地方，保持喷洒和未喷洒的花朵分开。
- 观察苍蝇的运动一小时。 使用类似于 Table 的表格记录参观花卉的次数\(\PageIndex{1}\)。 鉴于苍蝇的快速移动，使用摄像机记录苍蝇与花的相互作用可能是有益的。 以慢动作重播视频，准确记录苍蝇到访花朵的次数。
- 用相同种类的花再重复四次实验，但使用不同的标本。
- 用另一种通常由蜜蜂授粉的花重复整个实验。
| 试用 # | 喷花 | 未喷过的花 |
|---|---|---|
| 1 | ||
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| 5 |
分析您的数据：查看您记录的数据。 计算五次试验（第一种花型）中苍蝇喷花的访问次数的平均值，并将它们与苍蝇访问未喷洒/对照花的平均次数进行比较和对比。 关于苍蝇对喷花的吸引力，你能得出任何结论吗？
对于使用的第二种花型，计算五次试验中苍蝇访问花朵的次数的平均值，然后将其与苍蝇访问未喷洒/对照花的平均次数进行比较和对比。 关于苍蝇对喷花的吸引力，你能得出任何结论吗？
比较和对比两种花卉类型的苍蝇的平均访问次数。 关于花的出现是否对苍蝇的吸引力有任何影响，你能得出任何结论吗？ 气味是否压倒了任何外观差异，还是苍蝇被一种花的吸引力比另一种花更大？
得出结论：结果是否支持该假设？ 如果不是，怎么解释呢？
种子植物在人类生活中的重要性
种子植物是全世界人类饮食的基础（图\(\PageIndex{3}\)）。 许多社会几乎只吃素食，完全依靠种子植物来满足其营养需求。 少数农作物（水稻、小麦和马铃薯）在农业领域占主导地位。 许多农作物是在农业革命期间开发的，当时人类社会从游牧的狩猎采集者过渡到园艺和农业。 富含碳水化合物的谷物是许多人类饮食的主食。 豆类和坚果提供蛋白质。 脂肪来自碎种子，花生和菜籽（油菜籽）油或橄榄等水果也是如此。 畜牧业还消耗大量农作物。
主食作物不是唯一源自种子植物的食物。 水果和蔬菜提供营养、维生素和纤维。 为了使菜肴变甜，糖是由单子甘蔗和 eudicot 甜菜制成的。 饮料由茶叶、洋甘菊花、碎咖啡豆或可可豆粉制成。 香料来自许多不同的植物部位：藏红花和丁香是雄蕊和花蕾，黑胡椒和香草是种子，劳拉莱斯家族中的灌木树皮供应肉桂，而调味许多菜肴的草药来自干树叶和水果，例如辛辣的红辣椒。 花和树皮的挥发油提供香水的香味。 此外，如果不提及酒精，任何关于种子植物对人类饮食贡献的讨论都是不完整的。 所有社会都使用植物衍生的糖和淀粉的发酵来生产酒精饮料。 在某些情况下，饮料来自水果中的糖的发酵，例如葡萄酒，而在其他情况下，则来自种子衍生的碳水化合物的发酵，例如啤酒。
种子植物还有许多其他用途，包括提供木材作为建筑用木材、燃料和建造家具的材料。 大多数纸张来自针叶树的果肉。 棉花、亚麻和大麻等种子植物的纤维被编织成布。 在合成化学染料问世之前，靛蓝等纺织染料主要来自植物。
最后，要量化观赏种子植物的好处要困难得多。 这些为私人和公共空间增光添彩，为人类生活增添了美丽和宁静，激发了画家和诗人的灵感。
自古以来，人类社会就知道植物的药用特性。 5000年前的埃及、巴比伦和中国著作中都提到了植物治疗功效的使用。 许多现代合成治疗药物都是从植物次生代谢物中提取或合成的。 值得注意的是，相同的植物提取物在低浓度下可以作为治疗药物，在更高剂量下成为成瘾药物，并且在高浓度下有可能杀死。 下表列出了一些药物、它们的原产植物及其药物应用。
| 植物 | 化合物 | 应用程序 |
|---|---|---|
| 致命的睡影（At ropa belladonna） | 阿托品 | 扩张眼部瞳孔进行眼科检查 |
| 毛地黄（洋地黄 purpurea） | 洋地黄 | 心脏病，刺激心跳 |
| 山药（Dioscorea spp.） | 类固醇 | 类固醇激素：避孕药和可的松 |
| 麻黄（麻黄属） | 麻黄碱 | 减充血剂和支气管扩张剂 |
| 太平洋紫杉（Taxus brevifolia） | 紫杉醇 | 癌症化疗；抑制有丝分裂 |
| 罂粟（Papaver somniferum） | 阿片类药物 | 更高剂量的镇痛药（减轻疼痛而不丧失意识）和麻醉剂（减轻嗜睡和意识丧失引起的疼痛） |
| 奎宁树（Cinchona spp.） | 奎宁 | 解热（降低体温）和抗疟药 |
| Willow（Salix spp.） | 水杨酸（阿司匹林） | 镇痛和解热药 |
职业联系：民族植物学家
相对较新的民族植物学领域研究特定文化与该地区原生植物之间的相互作用。 种子植物对人类的日常生活有很大的影响。 植物不仅是食物和药品的主要来源，还影响着社会的许多其他方面，从服装到工业。 植物的药用特性在人类文化的早期就得到了认可。 从20世纪中期开始，合成化学品开始取代植物性疗法。
Pharmacognosy 是药理学的一个分支，侧重于来自天然来源的药物。 随着大规模的全球化和工业化，人们担心，人类对植物及其药用目的的许多知识将随着培育植物的文化而消失。 这就是民族植物学家的用武之地。 要了解和理解植物在特定文化中的用途，民族植物学家必须引入植物生命知识以及对不同文化和传统的理解和欣赏。 亚马逊森林是种类繁多的植被的家园，被认为是尚未开发的药用植物资源；然而，生态系统及其本土文化都面临灭绝的威胁。
要成为民族植物学家，一个人必须获得植物生物学、生态学和社会学的广泛知识。 不仅研究和收集了植物标本，还研究和收集了与之相关的故事、食谱和传统。 对于民族植物学家来说，植物不仅被视为需要在实验室研究的生物生物，而且被视为人类文化不可分割的一部分。 分子生物学、人类学和生态学的融合使民族植物学领域成为一门真正的多学科科学。
植物的生物多样性
生物多样性确保了新的粮食作物和药物的资源。 植物生命平衡生态系统，保护流域，缓解侵蚀，调节气候，为许多动物物种提供庇护所。 但是，对植物多样性的威胁来自多个角度。 人口激增，特别是在出生率最高、经济发展如火如荼的热带国家，正在导致人类侵入森林地区。 为了养活更多的人口，人类需要获得耕地，因此需要大量砍伐树木。 由于需要更多的能源来为大型城市提供动力，城市的经济增长导致了水坝的建设，随之而来的生态系统洪水泛滥以及污染物排放的增加。 对热带森林的其他威胁来自偷猎者，他们砍伐树木以获取珍贵的木材。 乌木和巴西红木都被列入濒危名单，是滥伐导致树种濒临灭绝的例子。
灭绝的植物物种数量正以惊人的速度增加。 由于生态系统处于微妙的平衡，种子植物与动物（无论是捕食者还是传粉者）保持着密切的共生关系，因此单一植物的消失可能导致相关动物物种的灭绝。 一个真正而紧迫的问题是，许多植物物种尚未编目，因此它们在生态系统中的位置尚不清楚。 这些未知物种受到伐木、栖息地破坏和传粉媒介流失的威胁。 在我们有机会开始了解它们消失可能带来的影响之前，它们可能会灭绝。 保护生物多样性的努力需要采取多项行动，从保护传家宝种子到对物种进行条形编码。 传家宝种子来自传统上在人类中种植的植物，而不是用于大规模农业生产的种子。 条形码是一种技术，其中使用从基因组中特征明确的部分提取的一个或多个短基因序列通过DNA分析来识别物种。
摘要
被子植物的多样性部分归因于与动物的多种相互作用。 Herbivory 赞成在植物中开发防御机制，而在动物身上避免使用这些防御机制。 授粉（将花粉转移到心脏中）主要由风和动物进行，被子植物已经进化出许多适应方法来捕捉风或吸引特定类别的动物。
植物在生态系统中起着关键作用。 它们是食物和药用化合物的来源，为许多行业提供原材料。 但是，迅速的森林砍伐和工业化威胁着植物生物多样性。 反过来，这威胁到生态系统。
词汇表
- 条形码
- 分子生物学技术，使用从基因组特征明确的部分中提取的一个或多个短基因序列来鉴定物种
- 庄稼
- 栽培植物
- 传家宝种子
- 种子来自历史上种植但尚未大规模用于现代农业的植物
- 草药象牙
- 昆虫和其他动物食用植物
- 神酒
- 富含糖的液体，由花朵产生，可吸引动物传粉者
- 授粉
- 将花粉从花药转移到柱头