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植物分类学—裸子植物(上课版)


第五章 裸子植物 ( Gymnosperms )

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一、裸子植物概述 ? ⑴孢子体发达 ? ⑵配子体退化,具颈卵 器结构 ? ⑶胚珠裸露 ? ⑷传粉时花粉直达胚珠 ? ⑸具多胚现象 ? ⑹产生种子

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地质年代与植物进化简史
地质代 新生代(Cenozoic) 纪 第四纪Qua

ternary 第三纪Tertiary 白垩纪Cretaceous 中生代(Mesozoic) 侏罗纪Jurassic 三迭纪Triassic 植物化石的纪录 被子植物繁盛 裸子植物仍盛, 被子植物兴起 裸子植物繁盛, 被子植物发现 蕨类植物及种子蕨繁盛, 苔藓植物发现 蕨类植物兴起, 裸子植物发现 最早陆地植物发现 藻类植物确切发现 细菌? 蓝藻? 大约三亿六千万 年到五亿四千万 年 各代的年数 大约六千万年 大约一亿三千五 百万年到一亿八 千万年

二迭纪Permian 石炭纪 Carboniferous
古生代(Paleozoic) 泥盆纪Devonian 志留纪Silurian 奥陶纪Ordovician 寒武纪Cambrian 原古代(Proterozoic) 太古代(Archezoic)

大约十五亿年 3

1.“裸子植物是一群介于蕨类植物与被子植物之间的维管植物”。

(1)裸子植物比蕨类植物进化:
①配子体不能独立生活,只能寄生在孢子体上;

②有种子形成,胚能受到种皮保护,又能吸收胚乳的营养物质;
③有花粉管形成,使受精作用脱离开水。

(2)裸子植物比被子植物原始:
①孢子体组织结构简单 (木质部只有管胞而无导管和纤维,韧皮部只有筛胞 而无筛管和伴胞);

②雌性生殖器官为颈卵器;(简化)
③不形成果实;(种子外没有果皮包裹) ④无双受精作用。

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二、一些形态术语
被子植物 花 flower 雄花 male flower 雄蕊 stamen 花粉囊 pollen sac 花粉母细胞 pollen mother cell 花粉粒(单核期) pollen grain 花粉粒(3-4核期) 雌花 心皮 female flower carpel 蕨类和裸子植物 孢子叶球 strobile 小孢子叶球 microstrobilus 小孢子叶 microsporophyll 小孢子囊 microsporange 小孢子母细胞 microspore mother cell 小孢子 microspore 雄配子体 male gametophyte 大孢子叶球 ovulate strobilus 大孢子叶 macrosporophyll 大孢子囊 macrosporangium 大孢子母细胞 macrospore mother cell 大孢子 macrospore 雌配子体 female gametophyte
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胚珠(珠心)ovule 胚囊母细胞 embryo sac mother cell 单核胚囊 embryo sac 成熟胚囊

小孢子叶球

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大孢子叶球

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三、分类:5个纲
铁树纲:大孢子叶羽状分裂。 银杏纲:大孢子叶变态为珠领。 松柏纲:大孢子叶变态为珠鳞(果鳞、种鳞)。 红豆杉纲:大孢子叶变态为珠托(红豆杉)、套被(罗汉松)。 买麻藤纲:大孢子叶变态为盖被(类似花被)。

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(一)苏铁纲 Cycadinae
?(仅一目一科)

一般特征:
1、常绿木本植物,茎秆粗壮不分枝。侧根具有特化的菌 根,靠近土壤表面,形成特殊的珊瑚状小根团,无向 地性的主根。 2、叶二型:鳞叶、营养叶。 营养叶:螺旋状排列,单叶羽状深裂,集生于树干顶端。 幼时拳卷,被鳞叶保护。脱落后,在茎上留下永存的 叶基,称为甲胄。 鳞叶:小,密被褐色绒毛。 3、孢子叶球 ♂♀异株 大孢子叶丛生于茎顶。 小孢子叶形成小孢子叶球(棒状)。
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苏铁的小孢子叶球 小孢子叶扁平,肉质,鳞片状窄 楔形,具短柄,紧密地螺旋状排 列成小孢子叶球。生于茎顶。

小孢子叶局部
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大孢子叶球

大孢子叶丛生于茎顶,密被淡黄 色绒毛,上部羽状分裂,下部呈 狭长的柄,柄的两侧生有2-6枚 胚珠。

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4、种子核果状。外种皮肉质甚厚,中层由石细胞构成,内层为薄 纸质。

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5、精子为生物界中最大的,陀螺形,前 端有纤毛,长0.3毫米。

a)

b)

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苏铁生活史

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(二)银杏纲(Ginkgopsida)
1科,1属,1种,银杏(Ginkgo biloba) 为孑遗植物。我国特产。现国内外广为 栽培。 主要特征: 1、落叶乔木,枝条有长、短之分。 2 、叶扇形,先端 2 裂或波状缺刻,长枝 上螺旋状散生多为2裂,短枝上簇生,多 为波状缺刻。叶脉分叉开放。

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3 、♂♀异株。 小孢子叶球柔 荑花序,生于短枝顶端。小孢 子叶柄状,顶端着生 2 个( 3 , 4 ,或 7 )小孢子囊。精子具纤毛 。 大孢子叶球基部有一长柄,柄 端有 2 个环形的大孢子叶,称为 珠领。各生 1 个直生胚珠。但仅 大孢子叶球 一个成熟。

小孢子叶球

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4、种子,称为白果。核果状,外种皮,肉质,并含有油脂及芳香 物质;中种皮白色,骨质;内种皮红色,纸质。胚乳肉质,可食 用(多食易中毒),种仁可炖肉、作羹汤和制蜜饯、甜食;可入 药,有润肺、止咳、强壮等功效。

银杏种子解剖
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银 杏 生 活 史

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(三)松柏纲(Coniferopsida)
一、松柏纲的主要特征:
1、常绿或落叶乔木,枝条有长、短之分,次生木质部发达为“ 密木型”。真中柱,木质部由管胞组成;韧皮部由筛胞组成。具树 脂道。 2、单叶或成束,针形 ( 多为针叶,故称为针叶植物 ) 、鳞形、钻 形、条形或刺形,螺旋着生、交互对生或轮生。叶表皮常具较厚的 角质层及下陷的气孔。 3、孢子叶球单性,同株或异株。孢子叶常排成球果状(故称为 球果植物)。 小孢子有气囊或无,精子无鞭毛。 4、种子有翅或无,胚乳丰富,子叶2-10枚。

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偃松

黑松

落叶松

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叶形状

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(1)、松科的主要特征:
1.性状: 常绿或落叶乔木,稀灌木,单轴分枝。 2.叶 : 叶条形或针形,在长枝上螺状散生, 短枝上簇生。 3.花 : 花单性, 雌雄同株,雄球花具中轴,小孢子叶多数,螺旋 状排列,每一小孢子叶背部有2 花粉囊,花粉粒有2气囊或无; 雌球花具多数螺旋状排列的珠鳞与苞鳞,每珠鳞腹面具2倒生胚珠, 花后珠鳞增大成种鳞。球果直立或下垂。 4.种子 : 种子坚果状,有翅或无。 5.胚 : 胚直立,具子叶2—16枚。

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小孢子叶球

大小孢子叶球

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珠鳞

种鳞

(珠鳞) 胚珠 苞鳞

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一、松属(Pinus) 松属植物单性,同株。 1、孢子体: 单轴分枝;长枝上生鳞叶,腋内生短枝,短枝极短,顶生1束针 叶,每束通常2、3、5个针叶,基部有薄膜状的叶鞘。

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2 、小孢子叶球生于当年生枝条的 基部。每个小孢子叶球有 1 个纵轴 ,纵轴上螺旋状排列着小孢子叶, 小孢子叶的背面(远轴面)有 1 对 长形的小孢子囊。 小孢子囊内的小孢子母细胞经 过减数分裂和普通分裂形成小孢子 (单核花粉粒)。

小孢子叶球

小孢子

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雄配子体: 小孢子
原叶体细胞(小) 胚性细胞(大)

管细胞 生殖细胞

精 子 器 原 始 细 胞

原 叶 体 细 胞 小 ( )

传粉时期
4个细胞:2个原叶体细胞、1个 管细胞和1个生殖细胞。
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3、大孢子叶球

生于当年新枝的顶部,由紫红色 ――绿色――褐色。
大孢子叶球是由许多大孢子叶螺旋 状排列在孢子叶球的轴上构成的。

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每个大孢子叶球有 1 个纵轴,纵 轴上螺旋状排列着大孢子叶(珠鳞 ),每一个珠鳞下面具一小的薄片 为苞鳞。每一个珠鳞的近轴面着生 两个胚珠。
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雌配子体:

大孢子母细胞

减数分裂 4个大孢子 链状四分体 远离珠孔端 一个大孢子 发育,其余 三个退化 游离核分裂 (16-32核)

休眠(4-6月) 成熟的雌配子体 (具2-7个颈卵 器,大量胚乳)

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4、传粉与受精

传粉:4细胞时期传粉

原叶体细胞(消失) 雄配子体在珠孔处萌发: 管细胞 花粉管 伸长 柄细胞 生殖细胞 体细胞 休眠 两个精子

受精作用通常在传粉以 后13个月才进行

受精:2个精子、管细胞、柄细胞一起进入卵细胞质中。
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5、胚胎发育和种子形成
胚胎发育过程: ①原胚阶段 ②胚胎选择阶段 ③胚的器官和组织分化阶段 ④胚的成熟阶段

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种子由3个世代的产物组成: 胚是新的孢子体世代(2n) 胚乳是配子体世代(2n) 种皮是老的孢子体世代(2n)

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6、松属的生活史
松属植物的生活史经历的时间很长,从开花起到次年10月 种子成熟历时18个月,即第一年春—初夏(3-5月)开花传粉,然 后,花粉粒在珠心组织中萌发出花粉管,同时大孢子形成,发育 成游离核时期的雌配子体,冬季休眠;第二年3月开始,雌配子体 及花粉管继续发育,颈卵器产生,第二年初夏(6月初,即传粉后 的13个月)受精,以后球果迅速长大,10月球果和种子成熟,总 计历时18个月。 具体过程,见课本上的图形。

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油松

马尾松

黄山松

红松

常绿乔木,高达30米。 幼树树皮灰绿色,老树 树皮灰褐色或灰白色, 裂片脱落后露出粉色内 皮。叶为3针1束,长5-7 厘米。球果长5-7厘米。 种子有短翅。

白皮松

2、雪松属 叶针形,有3棱或4棱,簇生, 常绿,有短枝,花粉无气囊, 珠鳞宽大,苞鳞短小,成熟 时一起脱落。

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3、落叶松属 (Larix) : 叶簇生,落叶。枝分长短枝 ,短枝上叶簇生,叶条形扁 平;球果当年成熟,种鳞革 质,不脱落,雄球花单生短 枝顶端。

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红杉:落叶乔木。叶两型 :鳞形叶螺旋状着生于主 枝;条形叶生于侧枝,基部 下延,无叶柄,叶片二列状 排列,

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4、金钱松:落叶乔木,我国特 有,世界五大庭园植物之一, 其他还有:雪松、南洋杉、金 松和巨杉。

5、云杉属 叶条形4棱,无柄,有叶枕 。有气孔线,球果顶生下垂 ,种鳞宿存,薄革质,苞鳞 小,不露出。种子有翅。

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6、黄杉属

7、冷杉属:枝上有圆叶痕。叶条 形,球果直立,当年成熟。

8、银杉属:叶在枝顶排列成簇生状,球果腋生,初直立后下垂。 是三百万年前第四纪冰川后残留下来至今的植物,中国特有的世界 珍稀物种,和水杉、银杏一起被誉为植物界的“国宝”,国家一级 保护植物。

9、油杉属:常绿乔木,高可达30米;
树皮黄褐色或暗褐色,纵裂或块状脱落。 叶在侧枝上排列成两列,球果圆柱形, 种子有膜质阔翅,种翅中上部较宽,与 种鳞近等长。

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10、铁杉属:乔木,高达50m; 冠塔形,大枝平展,枝梢下垂; 树皮暗灰色,纵裂,成块状脱落 ;冬芽卵圆或球形;1年生枝细 ;淡黄、淡褐黄或淡灰黄色,叶 枕凹槽内有短毛。叶条形,花期 4月,球果当年10月成熟。

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(2)、杉科的主要特征:
1.性状: 乔木单轴分枝。 2.叶 : 叶螺旋排列,少交互对生。 3.孢子叶球: 单性同株,花粉囊多于2个,花粉无气囊,珠鳞与苞鳞 为半合生,珠鳞腹部有2-9枚胚珠。 4.种子 : 球果当年成熟,种鳞有2-9枚种子,种子具窄翅。

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1.杉木属:常绿乔木。叶条状 披针形,边缘有锯齿,螺旋状 着生,背面具2条白色气孔带 。苞鳞大,珠鳞小,两者半合 生。珠鳞腹面有3个胚珠。种 子具翅。

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2、柳杉属:常绿乔木,叶钻 形,与大小孢子叶均为螺旋 状排列。 球果近球形,种子具极窄的 翅。

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3、落羽杉属:落叶乔木,叶条 形,扁平,基部扭转在小枝上列 成二列,羽状。茎基部具有呼吸 根。雄球花卵圆形,有短梗,在 小枝顶端排列成总状花序状或圆 锥花序状。球果球形或卵圆形, 有短梗,向下斜垂,熟时淡褐黄 色,有白粉

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池杉:落叶乔木,树干基部膨大,通常有 曲膝状的呼吸根。叶钻形在枝上螺旋伸展 ,有的幼枝或萌芽枝上的叶为线形。雄球 花排列成圆锥状花序,雌球花单生于新枝 顶部。

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4、水杉属:落叶乔木,小 枝对生,下垂。叶线形, 交互对生。为孑遗植物。

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5、巨杉属:俗称世界爷

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6、水松属:生于多水立地时树干基部膨 大,常成柱槽状,并有呼吸根。

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7、金松属:是一种孑遗植物。

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(3)、柏科的主要特征:
1.性状: 常绿木本。 2.叶 : 对生或轮生,鳞形和(或)刺形。 3.孢子叶球: 单性,同株或异株。小孢子叶交互对生,花粉囊多于2 个,花粉无气囊。珠鳞交互对生或轮生,腹面有1至多枚胚珠,苞 鳞与珠鳞完全愈合。 4.种子 : 球果浆果状,种子无翅或具窄翅。

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1.侧柏属 :鳞叶对生,小 枝扁平成一平面。 球果木质,成熟后开裂。 球花生于小枝顶端

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2.圆柏属 :常绿乔木或灌木,幼 树叶为刺叶,老树叶全为刺叶或 全为鳞叶,或二者兼有;刺叶不 与枝贴生 ,基部下延,无关节。 球果肉质,成熟后不开裂。

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龙柏:为圆柏的 栽培变种

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3.刺柏:叶全为轮生刺叶, 不下延生长,基部有关节。 球果肉质,成熟后不开裂。 有1、2 条气孔带,种鳞3枚

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4. 柏木属:

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松杉柏三科的区别
松科 (Pinaceae) 叶形 叶排列 小孢子 小孢子叶具小 孢子囊数目 珠鳞与苞鳞的 关系 珠鳞排列方式 针叶、条形 螺旋状排列 多具气囊 2个小孢子囊 杉科 (Taxodiaceae) 条形、钻形或 披针形 螺旋排列,极少对生 无气囊 3-4个小孢子囊 柏科 (Cupressaceae) 鳞形、钻形、刺形 交互对生或轮生 无气囊 多于2个小孢子囊

分离
螺旋状排列

半愈合
螺旋状排列

完全愈合
交互对生或轮生

种 鳞

木质化

木质化、革质

肉质或木制
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松杉柏科的平行检索表
? 1. 种鳞与苞鳞离生(仅基部合生),每个种鳞具2枚种子;雄孢子叶球 具2个花粉囊,花粉具气囊或无气囊………………松科 ? 1. 种鳞与苞鳞半合生或完全合生,每个种鳞1-多枚种子;雄孢子叶 球具2- 9个花粉囊, 花粉无气囊. ……………… 2 ? ? 2. 种鳞与苞鳞半合生,种鳞和叶均成螺旋状排列,稀对生,每个

种鳞具2-9枚种子. -----------------------杉科
2. 种鳞与苞鳞完全合生,种鳞和叶均成交互对生或轮生;每个种 鳞具1-多枚种子.------------------------------柏科
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4、南洋杉科 乔木,叶二型,雄球花单生 枝顶,圆柱形。球果卵形或 椭圆形。种子椭圆形,两侧 具结合而生的膜质翅。

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(四)红豆杉纲(紫杉纲)Taxopsida
主要特征:
1、常绿乔木或灌木。 2、叶条形或披针形,螺旋 排列或交互对生,叶背沿 凸起的中脉两侧各有一条 气孔带。 3、孢子叶球单性,异株; 胚珠生于盘状或杯状或囊 状的珠托(套被)中; 4、成熟种子坚果状,具肉 质的假种皮。

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(1)、红豆杉科
红豆杉:特产我国,为孑遗植物 ,国家一级保护植物。

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白豆杉
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穗花杉:常绿小乔木或灌木,号 称“冰川元老”,是世界稀有的 珍贵植物。叶面光滑发亮,对生 ,线状披针形,叶背有两条白色 的气孔带。雌雄异株,雄球花交 互对生,排成穗状,生于枝顶。 雌球花生于当年生枝的叶腋或苞 腋。成熟时假种皮鲜红色,基部 具宿存的苞片。

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(2)、罗汉松科
罗汉松:小孢子叶穗状,每 个小孢子叶生有2个花粉囊, 花粉有气囊。 套被与珠被合生,然后肉质 化成假种皮,苞片发育为肉 质种托。

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竹柏:活化石 叶片革质,无中脉。

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百日青

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(3)、三尖杉科
三尖杉:小孢子叶球聚生成头状, 花粉球形,无气囊。 大孢子叶变态为囊状珠托,种子核 果状,全部包于珠托发育而来的肉 质假种皮中。

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粗榧:第三纪孑遗植物 与三尖杉一样都是我国 特有的树种。

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(五)买麻藤纲 又称盖子植物纲
主要特征:
1、灌木或木质藤本。茎有节和节间,次生木质部常具有导管,无 树脂道。 2、叶对生或轮生,有各种类型,为膜质鞘状的,或绿色扁平的, 也有肉质较长的呈带状。 3、孢子叶球单性,有类似于花被的结构,称为盖被,也称为假花 被; 4、胚珠1枚,珠被1~2层。精子没有鞭毛,颈卵器极其退化或者没 有。

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1、麻黄科 灌木或草本状灌木,多分枝,分枝对生或轮 生,具节和节间。叶退化成膜质,合生成鞘 状。雌雄异株

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2、买麻藤科 常绿木质藤本。单叶对生,叶片 革质,羽状脉,有叶柄。 雌雄异株,孢子叶球序伸长成细 穗状,具杯状肉质假花被。 种子核果状,包在由外珠被和假 花被发育成的肉质假种皮内。 无颈卵器。

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3、百岁兰科:单种科百岁兰科百岁兰属的 唯一品种。矮壮木本植物,植物茎粗短,块 状,有圆锥根深入地下;植物体终生只有一 对大型带状叶子,长达2~3米,宽达30厘米 。雌雄异株。无颈卵器。

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雄球花

雌球花

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(六)裸子植物的起源与演化
1. 起源于蕨类植物--- 前裸子植物 由于裸子植物通常具有颈卵器,现在的苏铁和银杏等裸子植物 的原始类型,具有多鞭毛的精子,从苏铁等具大型叶、厚囊型孢子 囊及异型孢子等特征看,裸子植物很可能是起源于中泥盆纪的原始 蕨类植物古蕨属。 2. 过渡类型-----种子蕨 种子蕨类植物在石炭纪和二迭纪时期,于北半球曾极为繁荣,后演 化出拟苏铁植物和本内苏铁和苛得狄植物。虽还无真正的种子,但 却具有胚珠,它可能是向裸子植物演化的高级过渡类型。 3. 银杏植物和松柏植物,无疑地也是苛得狄植物的后裔。 4. 买麻藤植物在现代的裸子植物中是比较特殊和孤立的一群,根据 孢子叶球的特性,被认为很可能是强烈退化和特化了的拟苏铁植物 的后裔。
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