Hệ thực vật

Thực vật là những sinh vật nhân thực tạo nên giới Plantae; đa số chúng hoạt động nhờ quang hợp. Đây là quá trình mà chúng thu năng lượng từ ánh sáng Mặt Trời, sử dụng lục lạp trích từ quá trình nội cộng sinh với vi khuẩn lam để tạo ra đường từ carbon dioxide và nước, sử dụng diệp lục sắc tố xanh lá. Những trường hợp ngoại lệ là thực vật ký sinh, chúng mất gen cho diệp lục và quang hợp, đồng thời thu năng lượng từ các thực vật khác hoặc nấm.

Về mặt thực vật, theo thuyết sinh học của Aristoteles, giới thực vật tập hợp gồm mọi sinh vật sống không phải động vật, bao gồm cả tảo và nấm. Kể từ đó, những định nghĩa đã bị thu hẹp dần; những định nghĩa ngày nay đã loại trừ nấm và một vài loại tảo. Ở định nghĩa được sử dụng trong bài viết này, nấm tạo nên nhánh Viridiplantae (thực vật xanh) - tập hợp gồm tảo lục và thực vật có phôi hay thực vật trên cạn (các ngành rêu sừng, rêu tản, rêu, thạch tùng, dương xỉ, thông, các loài hạt trần và thực vật có hoa khác). Một định nghĩa dựa trên bộ gen tính cả Viridiplantae, cùng với tảo đỏ và tảo lục lam vào nhánh lạp thể cổ.

Có khoảng 380.000 loài thực vật được biết đến, đa số chúng (260.000 loài) là thực vật có hạt. Chúng có kích thước từ tế bào đơn lẻ đến cây cao nhất. Thực vật xanh cung cấp một lượng đáng kể oxy phân tử của thế giới; đường mà chúng tạo ra cung cấp năng lượng cho đa số hệ sinh thái và các sinh vật khác trên Trái Đất, gồm cả động vật (bất kể đó là động vật ăn cỏ trực tiếp hoặc gián tiếp dựa trên loài thực vật ấy).

Hạt ngũ cốc, trái cây và rau là thực phẩm cơ bản của con người và được thuần hóa qua nhiều thiên niên kỷ. Con người sử dụng thực vật với nhiều mục đích, như làm vật liệu xây dựng, đồ trang trí, vật liệu viết lách và được ứng dụng cực kỳ nhiều để làm thuốc. Ngành khoa học nghiên cứu thực vật được gọi là thực vật - một phân ngành của sinh học.

Định nghĩa

Lịch sử phân loại

Theo truyền thống, tất cả các sinh vật được phân thành hai nhóm chính là thực vật và động vật. Phân loại này có nguồn gốc từ nhà bác học Aristoteles (384–322 TCN), người phân biệt các cấp độ của sinh vật dựa trên giả thuyết rằng chúng có 'linh hồn nhạy cảm', trong khi thực vật chỉ có 'linh hồn thực vật'. Theophrastos (học trò của Aristoteles) tiếp tục phát triển công trình về phân loại thực vật. Sau đó, Linnaeus (1707–1778) đã thiết lập nền tảng cho hệ thống phân loại khoa học hiện đại, vẫn giữ các nhóm động vật và thực vật, đặt tên cho giới thực vật là Vegetabilia.

Khái niệm khác

Khi sử dụng thuật ngữ 'thực vật' để chỉ một nhóm sinh vật hoặc một đơn vị phân loại cụ thể, nó thường đề cập đến bốn khái niệm khác nhau. Dưới đây là bốn khái niệm đó, sắp xếp từ phạm vi hẹp nhất đến rộng nhất:

Tiến hóa

Đa dạng

Theo World Flora Online, có khoảng gần 380.000 loài thực vật được các nhà khoa học công nhận (tính đến tháng 6 năm 2024), trong đó phần lớn chúng (khoảng 283.000 loài) có khả năng tạo ra hạt giống. Dữ liệu dưới đây biểu thị một số ước tính về số lượng loài trong các nhánh thực vật xanh (Viridiplantae) khác nhau. Khoảng 85–90% tổng số loài thực vật là loài có hoa. Một số dự án hiện đang cố gắng thu thập các mẫu vật để cập nhật vào cơ sở dữ liệu trực tuyến, như World Flora Online.

Thực vật có sự đa dạng từ sinh vật đơn bào như cổ tảo (đường kính từ 10 micromet) và picozoa (đường kính chưa đầy ba micromet), đến những cây lớn nhất như cây thông Sequoia sempervirens (cao lên đến 380 feet (120 m)) và cây Eucalyptus regnans (cao lên đến 325 feet (99 m)), thuộc hệ thực vật lớn.

Danh sách các loài thực vật được quy định bởi Bộ luật quốc tế về danh pháp của tảo, nấm và thực vật, cùng với Bộ luật danh pháp quốc tế của các chi thực vật.

Lịch sử tiến hóa

Tổ tiên của thực vật trên cạn đã phát triển dưới nước. Một nhánh tảo đã thích nghi với đất liền, nhưng chỉ đến kỷ Ordovician (khoảng 450 triệu năm trước), các thực vật trên cạn đầu tiên mới xuất hiện với cấu trúc tương tự như ngành rêu. Hóa thạch của các sinh vật tản dẹt từ thời Tiền Cambrian cho thấy rằng các thực vật nhân thực đa bào trong nước ngọt đã tồn tại hơn 1 tỷ năm trước đây.

Thực vật trên cạn nguyên thủy bắt đầu phân hóa vào cuối kỷ Silurian (khoảng 420 triệu năm trước). Sau đó, các nhánh rêu, thạch tùng và dương xỉ xuất hiện trong các mẫu hóa thạch. Hình thái thực vật sơ khai được bảo tồn đến từng chi tiết tế bào trong các mẫu hóa thạch từ kỷ Devon sớm lấy từ các tảng đá lắng Rhynie. Các loài thực vật sơ khai này được bảo tồn nhờ quá trình hóa thạch trong các tảng đá lắng hình thành từ suối nước nóng của núi lửa giàu silic.

Vào cuối kỷ Devon, các đặc điểm cơ bản của thực vật ngày nay đã hiện hữu, bao gồm rễ, lá và mạch gỗ thứ cấp ở những cây gỗ như Archaeopteris. Trên môi trường đầm lầy của kỷ Than Đá, thạch tùng và dương xỉ đuôi ngựa (Equisetum) chi phối, cả các loài cây gỗ lớn và sự xuất hiện của thực vật hạt trần sơ khai (loại thực vật có hạt đầu tiên). Sự kiện tuyệt chủng Permo-Tam Điệp đã thay đổi hoàn toàn cấu trúc của cộng đồng thực vật. Sự kiện có thể đã làm nền tảng cho sự tiến hóa của thực vật có hoa vào kỷ Tam Điệp (~), với sự phát triển nhanh chóng trong kỷ Phấn Trắng mà Darwin mô tả như một 'bí ẩn kinh khủng'. Từ cuối kỷ Tam Điệp trở đi, ngành thông đã phát triển và trở thành bộ phận chiếm ưu thế trong hệ thực vật ở kỷ Jura.

Phát triển hệ thống phân loại

Năm 2019, việc phát triển hệ thống dựa trên gene và sản phẩm phiên mã từ 1.153 loài thực vật đã được thực hiện. Sự sắp xếp các nhóm tảo đã nhận được sự hỗ trợ từ việc phát triển hệ thống dựa trên gene của các lớp Mesostigmatophyceae và Chlorokybophyceae (đã được giải trình tự). Cả ngành 'tảo lục' và 'tảo streptophyte' được xem là cận ngành trong phân tích này, bởi vì thực vật trên cạn phát sinh từ những nhóm này. Phân loại của ngành Rêu đã nhận được sự hỗ trợ từ Puttick vào năm 2018 và thông qua phát triển hệ thống của các loài có liên quan đến gene của rêu sừng (cũng đã được giải trình tự).

Sinh lý thực vật

Cấu trúc tế bào thực vật

Tế bào thực vật có những đặc điểm riêng mà các tế bào khác như tế bào động vật không có. Chúng bao gồm không có bào trung tâm lớn chứa nước, lục lạp và có thành tế bào linh hoạt và vững chắc (ở bên ngoài màng tế bào). Lục lạp có nguồn gốc từ hiện tượng cộng sinh của một tế bào không quang hợp và vi khuẩn lam quang hợp. Vách tế bào (chủ yếu là cellulose) tạo điều kiện cho tế bào thực vật chứa nước mà không bị vỡ. Không có bào tạo điều kiện cho tế bào thay đổi kích thước đồng thời, số lượng tế bào vẫn giữ nguyên.

Cấu trúc của thực vật

Hầu hết các thực vật là sinh vật đa bào. Tế bào thực vật phân hoá thành nhiều loại tế bào, tạo thành các mô như mạch với mạch gỗ và mạch rây chuyên biệt của gân lá và thân, cùng với các cơ quan chức năng sinh lý khác nhau như rễ hấp thụ nước và khoáng chất, thân hỗ trợ, vận chuyển nước và tổng hợp phân tử, lá để quang hợp và hoa để sinh sản.

Tiến hành quang hợp

Thực vật sử dụng quá trình quang hợp để sản xuất phân tử thực phẩm (đường) nhờ vào năng lượng thu được từ ánh sáng. Tế bào thực vật chứa diệp lục bên trong lục lạp, đó là những sắc tố màu xanh lục được sử dụng để thu năng lượng từ ánh sáng. Phương trình hóa học của quá trình quang hợp là:

$6{\text{CO}}_2^{}+6{\text{H}}_2^{}\text{O}\stackrel{\text{ánh sáng}}{\to }{\text{C}}_6^{}{\text{H}}_{12}^{}{\text{O}}_6^{}+6{\text{O}}_2^{}$

Quá trình này giúp thực vật giải phóng oxy ra môi trường. Thực vật xanh cung cấp một lượng oxy phân tử đáng kể cho hành tinh, bên cạnh sự đóng góp từ tảo quang hợp và vi khuẩn lam quang.

Thực vật sử dụng lối sống ký sinh thứ hai có thể dẫn đến mất các gen liên quan đến quang hợp và sản xuất diệp lục.

Quá trình phát triển và bảo trì

Sự phát triển của thực vật phụ thuộc vào sự tương tác giữa gen và môi trường sinh thái, bao gồm yếu tố vật lý như nhiệt độ, nước, ánh sáng, carbon dioxide và dinh dưỡng trong đất. Các yếu tố sinh học bao gồm mật độ dân số, sự tác động của động vật chăn nuôi, vi khuẩn có lợi và các yếu tố gây hại như côn trùng và bệnh dịch.

Sương muối và mất nước có thể gây hại hoặc gây tử vong cho cây trồng. Một số thực vật có các protein như chất chống đông, chất chống sốc nhiệt và các đường hỗ trợ tế bào giúp chúng đối phó với những tác động này. Thực vật nhạy cảm phải đối mặt với nhiều áp lực sinh học và vật lý gây tổn hại đến DNA, nhưng chúng có khả năng chịu đựng và sửa chữa hầu hết những tổn thương này.

Ghi chú

Đọc thêm

Chung:

• Evans, L.T. (1998). Thức ăn cho Mười Tỷ Người – Thực vật và Sự phát triển dân số. Nhà xuất bản Đại học Cambridge. ISBN 0-521-64685-5ISBN 0-521-64685-5.
• Kenrick, Paul; Crane, Peter R. (1997). Nguyên sinh và Sự đa dạng sớm đầu của Thực vật đất liền: Một nghiên cứu Cladistic. Washington, D.C.: Smithsonian Institution Press. ISBN 1-56098-730-8ISBN 1-56098-730-8.
• Raven, Peter H.; Evert, Ray F.; Eichhorn, Susan E. (2005). Sinh học của Thực vật (ấn bản thứ 7). New York: W.H. Freeman and Company. ISBN 0-7167-1007-2ISBN 0-7167-1007-2.
• Taylor, Thomas N.; Taylor, Edith L. (1993). Sinh học và Tiến hóa của Thực vật hóa thạch. Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice Hall. ISBN 0-13-651589-4ISBN 0-13-651589-4.

Ước tính và đếm số loài:

• Ủy ban Bảo tồn Thiên nhiên Quốc tế (IUCN) Species Survival Commission (2004). IUCN Danh sách đỏ Danh sách đỏ IUCN về các loài bị đe dọa.
• Prance, G. T. (2001). “Khám phá Thế giới Thực vật”. Taxon. 50 (2, Phần Kỷ niệm vàng 4): 345–359. doi:10.2307/1223885. JSTOR 1223885.

Liên kết ngoài

• Chỉ số tên vi sinh vật biển
• Phân loại Cronquist tương tác. Lưu trữ ngày 10 tháng 2 năm 2006.
• Nguồn tài nguyên thực vật châu Phi nhiệt đới. Lưu trữ ngày 11 tháng 6 năm 2010.
• Cây đời sống. Lưu trữ ngày 9 tháng 3 năm 2022 tại Wayback Machine.

Cơ sở dữ liệu rau và thực vật

• Cơ sở dữ liệu Sáng kiến Thực vật châu Phi
• Úc
• Thực vật Chile tại Chilebosque
• e-Floras (Thực vật của Trung Quốc, Thực vật của Bắc Mỹ và các nơi khác). Lưu trữ ngày 19 tháng 2 năm 2022 tại Wayback Machine.
• Thực vật châu Âu
• Thực vật Trung Âu (tiếng Đức)
• Thực vật Bắc Mỹ. Lưu trữ ngày 19 tháng 2 năm 2022 tại Wayback Machine.
• Danh sách Các loài Thực vật Hoang dã Nhật Bản trực tuyến. Lưu trữ ngày 16 tháng 3 năm 2022 tại Wayback Machine.
• Gặp gỡ các Thực vật-Vườn thực vật nhiệt đới quốc gia. Lưu trữ ngày 16 tháng 6 năm 2007.
• Trung tâm Hoa dại Lady Bird Johnson - Mạng lưới Thông tin Cây bản địa tại Đại học Texas, Austin
• Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ không giới hạn trong các loài của lục địa Hoa Kỳ.