GIỚI THỰC VẬT

Từ thời Aristotle (384-322 TCN), các nhà sinh vật học đã tìm cách phân loại các sinh vật. Mục đích lúc đầu là để dễ nhận dạng (hệ thống phân loại nhân tạo). Carolus Linnaeus (1707-1778), được cho là cha đẻ của tự nhiên học tiền hiện đại đã tìm cách phân loại thực vật và các sinh vật khác theo mối quan hệ với nhau và điều này là để phản ánh ý muốn của thượng đế. Sau đó (từ thời Darwin trở về sau) thì mục tiêu của phân loại là để thể hiện mối quan hệ tiến hóa. Trong vòng hơn 150 năm qua, các nhà sinh học đề cao vài trò của các hệ thống phân loại tự nhiên và đã cố gắng đưa ra các tiêu chí hình thái cho thấy mối quan hệ tiến hóa.

Chúng ta biết rằng hình thái học bao gồm hình dáng và cấu trúc của sinh vật là sản phẩm cuối cùng của các hoạt động của biểu hiện gen. Hầu hết các thông tin cần thiết để tạo thành một sinh vật hoàn chỉnh được mã hóa trong trình tự DNA cả trong nhân và các bào quan (ti thể và lục lạp). Phân tích trình tự DNA sẽ cung cấp cho các nhà sinh học tiến hóa một công cụ hữu ích để xây dựng một hệ thống phân loại thực sự hợp lý và chính xác.

Trên cơ sở phân tích phát sinh loài dựa vào trình tự các đoạn DNA có tính bảo tồn cao thì các sinh vật sống đã được chia thành ba nhóm chính: Vi khuẩn, Archaea (cổ vi khuân) và Eucarya (Woese et al. 1990.) 

(Hình 1.2.A)

Eucaryo bao gồm các sinh vật eukaryote có nhân thật trong khi vi khuẩn (bao gồm cả cyanobacteria) thiếu nhân thật nên được phân loại là sinh vật prokaryote
Archaea hay cổ vi khuẩn cũng là các prokaryote nhưng chúng được phân loại khác với vi khuẩn. Ngoài sự khác nhau về các đặc điểm hình thái và sinh hóa, các cổ vi khuẩn thường sống trong các môi trường khắc nghiệt như các suối nước nóng giàu sulfur (lưu huỳnh) hoặc ở các hồ nước mặn. 

Các nghiên cứu phả hệ cho thấy rằng cổ vi khuẩn và Eucarya tiến hóa tách rời nhau sau khi các vi khuẩn thông thường tiến hóa khỏi các tiền sinh vật (tổ tiên của các sinh vật). Do đó cổ vi khuẩn và Eucarya đại diện cho các nhóm có quan hệ gần gũi. Mối quan hệ gần gũi này đươc phản ảnh thông qua cấu trúc promoter của gen có tính tương đồng và sự giống nhau của RNA polymerase, có sự hiện của protein histone cũng như nhiều đặc tính khác.

Nấm trước đây đươc phân loại như là loại thực vật giống tảo, có nghĩa là thực vật nhưng thiếu vắng lục lạp nên không có màu xanh lá cây. Tuy nhiên, cây phân loại phả hệ ở hình 1.2.A cho thấy nấm và động vật phân nhánh từ Eucarya trước khi có sự xuất hiện của lục lạp. Do vậy mà nấm có mối liên hệ rất gần với động vật hơn so với thực vật. Nấm là các sinh vật dị dưỡng do nguồn dinh dưỡng của chúng phụ thuộc vào các sinh vật khác. Chúng lấy nguồn dinh dưỡng bằng cách hấp thu các khoáng vô cơ và các phân tử hữu cơ từ môi trường bên ngoài. Hầu hết các loài nấm đều có cấu trúc dạng sợi, vách tế bào tạo bởi chitin giống như chitin trên lớp vỏ côn trùng.   

Phân loại gần đây về giới thực vật

Hình 1.2.B

Bryophyte là các thực vật có kích thước nhỏ tiêu biểu như rêu xanh (hiếm khi có chiều cao hơn 4cm). Đây là các thực vật trên cạn có cấu trúc rất đơn giản. Số loài bryophyte hiện diện với số hượng hạn chế trong hệ sinh vật. Bryophyte không tiến hóa trực tiếp trong cùng nhánh với thực vật có mạch mà chỉ là một phân nhánh phụ tách ra khi thực vật bậc thấp tiến hóa thành thực vật có mạch bậc cao. Bryophyte thuộc các nhóm tiêu biểu như các loại rong, rêu.

Các bryophyte có chu kỳ đời sống phụ thuộc vào nước trong quá trình sinh sản. Nước là môi trường giúp cho quá trình di chuyển của giao tử đực thụ tinh cho giao tử cái tạo thể lưỡng bội, đặc điểm này cũng được quan sát thấy ở các tiền thực vật.


Các bryophyte cũng giống tảo ở nhiều khía cạnh như chúng không có rễ thật hay lá thật, thiếu hệ thống mạch dẫn và không có mô nâng đỡ vững chắc như thực vật bậc cao. Các cấu trúc trên rất quan trọng cho các thực vật sống trên cạn nhưng lại thiếu vắng trên các bryophyte làm giới hạn kích thước của chúng, điều này giúp phân biệt các bryophyte là các thực vật sống trên cạn chứ không phải các loài thủy sinh.   

Dương xỉ nói chung đại diện cho nhóm lớn nhất của thực vật có mạch nhưng có khả năng sản sinh bào tử. Không giống với bryophyte, dương xỉ có rễ và lá thật, có hệ thống mô mạch chuyên biệt cho việc vận chuyển các chất dinh dưỡng. Dương xỉ cũng có mô cứng để tạo khả năng nâng đỡ cho toàn bộ cơ thể.

Các đặc điểm cấu trúc của dương xỉ giúp chúng sinh trưởng đạt kích thước nhỏ hơn các cây gỗ lớn. Mặc dù dương xỉ có khả năng thích nghi tốt hơn ở các môi trường khô hạn so với các bryophyte nhưng dương xỉ cũng phụ thuộc vào nước như là môi trường cho quá trình sinh sản vì nước giúp cho các giao tử đực di chuyển dễ dàng đến các giao tử cái (trứng).

Sự phụ thuộc vào nước trong suốt quá trình sinh sản đã giới hạn sự phân bố của dương xỉ nên chúng chỉ tập trung ở khu vực nhiều nước, độ ẩm như các khu rừng mưa nhiệt đới.
Thực vật trên cạn phát triển nhất là các cây có hạt. Cây có hạt có thể thích nghi với nhiều loại môi trường khác nhau từ khô nóng đến vùng lạnh lẽo.

Ở thực vật có hạt, phôi được bảo vệ và cung cấp dinh dưỡng bên trong lớp vỏ hạt có khả năng sống sót qua một gia đoạn mien trạng dài (giai đoạn ngủ của hạt) khi gặp điều kiện môi trường bất lợi như khô hạn, lạnh. Hạt được phát tán xa khỏi cây mẹ giúp cho sự phân bố loài thêm rộng rãi trong hệ sinh vật.

Một đặc điểm quan trọng khác của thực vật có hạt là cách thức thụ tinh của chúng trong quá trình sinh sản. Sự thụ tinh ở thực vật có hạt được hỗ trợ bởi gió, công trùng. Các yếu tố này giúp mang hạt phấn từ (pollen) cây cha đến thụ phấn cho noãn ở cây mẹ.
Sự thụ phấn ở thực vật có hạt không phụ thuộc vào môi trường nước là một lợi thế trên môi trường cạn. Nhiều loại thực vật có hạt sản xuất lượng lớn mô gỗ để hỗ trợ quá trình tăng trưởng chiều cao của chúng. Đặc điểm này giúp thực vật có hạt phân bố trên phạm vi rất rộng qua nhiều vùng sinh thái khác nhau.
Có hai dạng cây có hạt là cây hạt trần (gymnosperm) và cây hạt kín (angiosperm)
  
Cây hạt trần ít tiến hóa hơn cây hạt kín. Chúng có khoảng 700 loài. Nhóm cây hạt trần lớn nhất là các loại thông (conifer) bao gồm nhiều loại cây có giá trị kinh tế như thông, tùng, vân sam, thông đỏ.

Có hai dạng quả hình nón hiện diện ở cây hạt trần là dạng quả đực và cái. Quả đực mang phấn trong khi quả cái mang noãn. Noãn nằm ở bề mặt các cấu trúc chuyên biệt hình vảy (vảy nón)
Sau khi được thụ phấn nhờ gió, giao tử đực di chuyển đến trứng theo ống phấn và thụ tinh trứng để phát triển thành phôi. Sau quá trình trưởng thành, vảy nón bung nở tách rời nhau ra cho phép hạt phát tán rơi xuống đất.

Thực vật hạt kín là nhóm tiến hóa nhất trong các loại thực vật có hạt. Chúng hiện diện phong phú từ kỷ phấn trắng tức khoảng 100 triệu năm trước. Ngày nay thì chúng hiện diện khắp các hệ sinh thái vượt trội so với cây hạt trần.   

Có khoảng 250.000 loài đã được biết nhưng vẫn còn nhiều loài vẫn chưa được phát hiện và mô tả đặc tính. Chu kỳ sinh trưởng của cây hạt kín điển hình, cây bắp Zea mays ở hình 1.2.C
Đặc điểm độc đáo ở thực vật hạt kín là cấu trúc hoa vì vậy thực vật hạt kín còn được gọi là thực vật có hoa. Ngoài cấu trúc hoa thì thực vật hạt kín khác với thực vật hạt trần ở nhiều đặc điểm giải phẩu hình thái như cấu trúc mạch gỗ, sự phân cành nhưng các đặc điểm này không nổi bật khi so sánh về hệ thống sinh sản.

Hình 1.2.C