THỰC VẬT HẠT KÍN: ĐẶC ĐIỂM, PHÂN LOẠI, VÒNG ĐỜI - SINH HỌC - 2025

Thực vật hạt kín là nhóm thực vật sinh sống nhiều nhất, đa dạng và thành công nhất trên hành tinh. Chúng được gọi là thực vật có hoa, vì tính năng đặc biệt nhất của chúng là hoa.

Thuật ngữ angiosperm bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp "angion" có nghĩa là vật chứa, và từ "tinh trùng", có nghĩa là hạt giống. Do đó, cái tên angiosperm có nghĩa là thùng chứa hạt giống.

Cánh đồng hoa tulip (Nguồn: John O'Neill, qua Wikimedia Commons)

Chức năng chính của hoa ở những cây này là tạo quả và hạt; Hạt giống có thể được tạo ra bằng cách tự thụ phấn, thụ phấn chéo, hoặc bằng các sự kiện phi hữu tính như apomixis.

Thực vật hạt kín là một nhóm thực vật có mạch đơn ngành và nó được coi là nhóm chị em với thực vật hạt trần. Điểm khác biệt chính giữa thực vật hạt kín và thực vật hạt trần là noãn được bao bọc trong bầu nhụy, sau này sẽ trở thành quả.

Thực vật hạt kín phát triển và thống trị trên thực tế tất cả các khu vực trên hành tinh, ngoại trừ các khu rừng lá kim. Có những loài thực vật hạt kín thích nghi với môi trường sống trên cạn, dưới nước và biểu sinh, trong đó các khu vực nhiệt đới của Nam Mỹ là vùng giàu nhất về các loài này. Xương rồng là thực vật hạt kín thích nghi để phát triển ở những vùng cực kỳ khô cằn.

Hoa hạt kín liên kết chặt chẽ với các loài thụ phấn, và được cho là đã tiến hóa song song (đồng tiến hóa). Các loài thụ phấn đã mô hình hóa sự thích nghi của thực vật với sự bao phủ của noãn.

Trong nhóm thực vật hạt kín, có nhiều dạng thực vật thay đổi nhất, với các đại diện rất nhỏ, chẳng hạn như bèo tấm có kích thước 1 mm và những cây khổng lồ như Bạch đàn, có thể cao tới 100m.

Trong nhóm này, hầu hết các loài thực vật có tầm quan trọng kinh tế đối với loài người, trong đó nổi bật là ngô, lúa mì, cà phê, ca cao, khoai tây, trong số nhiều loại cây trồng khác là cơ bản trong chế độ ăn của con người.

Thực vật hạt kín sinh sản hữu tính sau khi thụ tinh kép tạo ra phôi và nội nhũ.

Thực vật hạt kín được đại diện bởi hơn 300.000 loài khác nhau, được phân loại gần như thành 450 họ, và chính những loài thực vật có hoa này đã thống trị Trái đất trong hơn 100 triệu năm.

nét đặc trưng

Thực vật hạt kín, phần lớn là thực vật sống tự do, tuy nhiên, có một số loài sống ký sinh và hoại sinh. Một số thực vật hạt kín là loài dây leo leo lên đỉnh của rừng mưa nhiệt đới, trong khi những loài khác là thực vật biểu sinh phát triển trong tầng cây thực sinh của rừng.

- Hoa của thực vật hạt kín được tạo thành từ ba vòng xoắn: bao hoa , androecium và gynoecium .

- Bao hoa được cấu tạo từ các lá chồi biến đổi tạo nên đài hoa và đài hoa. Đài hoa nói chung có màu xanh lục và quang hợp, gồm các lá đài hình lá. Các tràng hoa thường có màu sắc sặc sỡ, sặc sỡ, có mùi thơm và bao gồm các cánh hoa riêng lẻ hoặc hợp nhất.

- Androecium được tạo thành từ bộ nhị hoa và những nhị hoa này là chất mang phấn hoa nơi các giao tử đực (microgametophytes) được tìm thấy. Bộ nhụy là cơ quan sinh sản đực của hoa.

- Ống noãn được tạo thành từ những bộ lá noãn tạo thành một hay nhiều nhụy. Bên trong các lá noãn là các buồng trứng hoặc mega-sporangia, nơi sinh giao tử cái (macrogametophyte) được tìm thấy. Thảm tượng trưng cho cơ quan sinh sản của hoa nữ.

Hoa ở thực vật hạt kín là hoa lưỡng tính ở đại đa số các loài, tức là các giao tử đực và cái không chỉ được tìm thấy trên cùng một cây mà còn có cấu trúc giống nhau.

Hầu hết các loài thực vật hạt kín có mạch là tế bào dẫn nước và chất khoáng, tuy nhiên, một số nhóm thực vật hạt kín cơ bản có khí quản là tế bào dẫn.

Nguồn gốc và sự tiến hóa

Thực vật hạt kín xuất hiện trong kỷ Phấn trắng dưới cách đây khoảng 125 triệu năm, đạt đến mức độ chuyên môn hóa cao trong kỷ Phấn trắng giữa. Các hóa thạch thực vật từ Kỷ Phấn trắng dưới có đặc điểm chung với các nhóm hiện có và dễ nhận biết.

Tổ tiên gần đây nhất của thực vật hạt kín vẫn còn là một bí ẩn. Giả thuyết được chấp nhận rộng rãi nhất là chúng có nguồn gốc từ các thành viên của nhóm Thực vật hạt đã tuyệt chủng, được biết đến là những loài thực vật có hạt và lá giống cây dương xỉ.

Giả thuyết về nguồn gốc của thực vật hạt kín dựa trên thực tế là thực vật Hạt kín có cấu trúc sinh sản đực giống với bao phấn, trong khi cấu trúc cái là cấu trúc tương đương với lá noãn.

Thực vật hạt kín đầu tiên

Trong số những loài được cho là thực vật hạt kín sớm nhất là thực vật hóa thạch của chi Archaefructus, có niên đại 130 triệu năm. Đây là những thực vật thủy sinh có họ hàng với họ Magnoliaceae vì chúng có hoa không có bao hoa, với các lá noãn nằm trên nhị hoa.

Hoa của Archaefructus được các nhà thực vật học phân loại là hoa rất cổ, tiền thân của hoa hiện tại của thực vật hạt kín, tuy nhiên, một số nhà thực vật học coi hoa là không điển hình, tương tự như những gì quan sát được ở một số thực vật hạt kín hiện nay.

Các nhà thực vật học Cladist và cổ sinh vật học tin rằng cần phải khám phá và mô tả nhiều hóa thạch hơn với các kỹ thuật mới để làm sáng tỏ và giải quyết bí ẩn đầy thách thức về nguồn gốc của thực vật hạt kín. Các phân tích tiến hóa ở thực vật hạt kín dựa trên các đặc điểm chính như tính đối xứng, tính trạng hoa, cổ điển và kích thước bộ gen.

Bản chất di truyền của thực vật rất phức tạp và điều này đã hạn chế sự hiểu biết về quá trình tiến hóa của chúng. Tuy nhiên, các phân tích phân tử phân loại các loài thuộc bộ Magnoliides là nhóm thực vật hạt kín có tổ tiên nhất.

Hoa tổ tiên của thực vật hạt kín đã được tái tạo với đặc tính lưỡng tính, đối xứng tỏa tròn, với hai hoặc nhiều vòng xoắn, bao hoa riêng biệt với các lớp tế bào không phân biệt, androecium với ba nhị hoa dày hơi tách biệt và vòi trứng có năm lá noãn xoắn ốc riêng lẻ.

Hoa của cây hạt kín hiện tại (cây mầm), có hoa dạng chu kỳ sắp xếp theo các vòng xoắn chuyên biệt, xen kẽ giữa đài hoa và tràng hoa. Các sợi nhị của androecium mỏng với các bao phấn khác biệt và các gynoecium với các lá noãn, kiểu và nhụy kém hơn.

Hạt phấn của thực vật hạt kín là một nhân vật đã tiến hóa để có ba lỗ mở trở lên (tricolpates), như quan sát thấy ở cây thân mầm, trong khi ở cây hạt trần và hạt phấn Archaefructus chỉ có một lỗ mở (monosulcate) được quan sát thấy.

Phân loại thực vật hạt kín

Việc phân loại thực vật hạt kín đầu tiên được Linnaeus thực hiện dựa trên Hệ thống giới tính của thực vật vào năm 1735, ông sử dụng các ký tự hoa để phân biệt giữa các nhóm thực vật.

Thực vật hiện được phân loại theo hệ thống APG (Angiosperm Phylogeny Group). Hệ thống này được đề xuất bởi một nhóm gồm nhiều nhà nghiên cứu, những người đã đề xuất một phân loại bao gồm tất cả thông tin có sẵn về các họ thực vật đã biết.

Hệ thống APG xây dựng sự phân tách các gia đình dựa trên gen của lục lạp và gen mã hóa ribosome, vì những gen này trong các bào quan có tốc độ đột biến chậm hơn. Nhiều ký tự hình thái cũng được sử dụng, chẳng hạn như hình thái phấn hoa.

Hệ thống phân loại APG đầu tiên được xuất bản vào năm 1998. Hiện tại hệ thống APG đang trong lần xuất bản thứ tư, được xuất bản vào năm 2016 trên Tạp chí Thực vật học. APG IV công nhận 64 đơn đặt hàng và 416 họ khác nhau trái ngược với 40 đơn đặt hàng và 457 họ được APG I công nhận.

Phân loại gần đây của thực vật hạt kín có nhóm "ANITA" (Amborellaceae, Nymphaeales, Illiciaceae, Trimeniaceae và Austrobaileyaceae), là nhóm cơ bản nhất, sau đó nâng lên các nhánh Magnoliidae, sau đó là các loài đơn tính, và cuối cùng là bọ xít và bọ gai.

Vòng đời của hạt mạch

Giống như tất cả các thực vật sinh tinh, thực vật hạt kín có sự luân phiên của các thế hệ. Thể giao tử phát triển hoàn toàn trong các cấu trúc sinh sản của thể bào tử, đây là một vòng đời dị quyển.

Sơ đồ vòng đời của thực vật hạt kín (Nguồn: Angiosperm_life_cycle_diagram.svg: LadyofHats Mariana Ruiz Công việc phát triển: Tinymonty qua Wikimedia Commons)

Thể vi giao tử hoặc thể giao tử đực

Chu kỳ bắt đầu với nhị hoa tạo ra phấn hoa hoặc vi thể giao tử. Mỗi nhị hoa có một bao phấn chứa 4 túi tiểu bào tử hoặc túi phấn, trong mỗi túi phấn, tế bào gốc trải qua quá trình meiosis và tạo ra 4 vi bào tử đơn bội.

Các vi bào tử sinh trưởng và phát triển tạo ra một hạt phấn chưa trưởng thành, bao gồm một tế bào ống phấn và một tế bào sinh dưỡng sẽ tạo ra hai tế bào sinh tinh. Các vi bào tử phát triển để hoàn thiện thành bên ngoài (exin) và thành bên trong (intine).

Để kết thúc quá trình phát triển của hạt phấn, nó phải đạt đến đầu nhụy tiếp nhận của hoa, khi đó ống phấn xảy ra sự nảy mầm.

Megagametophyte hoặc Gametophyte cái

Sự phát triển của megagametophyte diễn ra trong mega-sporangia, là một phần của noãn, được tìm thấy bên trong buồng trứng. Buồng trứng có thể chứa một hoặc nhiều noãn, mỗi noãn được tạo thành từ một túi noãn hoặc nucelle được bao phủ bởi một phần trong.

Các nguyên tố gặp nhau ở phần mở đầu của kiểu hoặc lỗ nhỏ, lỗ mở này là nơi ống phấn thâm nhập vào hoa.

Trong mỗi megasporangium, một megasporophyte hoạt động như một tế bào mẹ cho các mega bào tử và trải qua quá trình meiosis, hình thành bốn megaspore đơn bội. Ba trong số các megaspore này tan rã hoặc thoái hóa và megaspore ở xa nhất so với micropyle vẫn sống sót, sẽ trở thành megagametophyte.

Trong hầu hết các thực vật hạt kín, megagametophyte đang phát triển tạo ra 8 hạt nhân. Bốn lõi được nhóm ở đầu dưới và đầu trên. Tiếp theo, hai hạt nhân di chuyển về phía trung tâm. Những hạt nhân này được gọi là hạt nhân cực.

Ba nhân còn lại ở hai đầu tạo thành các tế bào riêng lẻ và hai nhân cực tạo thành một tế bào nhân đơn. Tế bào ở xa nhất từ ​​vi mô sẽ tạo ra tế bào trứng, tế bào này sẽ được bao bọc bởi hai tế bào có tuổi thọ ngắn được gọi là tế bào hợp lực.

Các tác nhân hợp lực sẽ tham gia vào quá trình thụ tinh bằng cách hình thành các đầu của túi phôi. Ba tế bào khác nằm ở đầu đối diện được gọi là phản mã và sẽ đóng vai trò là mô dinh dưỡng cho tế bào trứng.

Megametophyte, còn được gọi là túi phôi, được tạo thành từ tám hạt nhân riêng biệt trong bảy tế bào khác nhau. Bên trong túi phôi là nơi phôi đã thụ tinh sẽ phát triển.

Sự thụ tinh

Khi đầu nhụy nhận được hạt phấn, các ion canxi trên bề mặt này sẽ kích thích sự nảy mầm của ống phấn trong khoảng thời gian từ vài giờ đến vài ngày. Điều này phát triển thông qua kết cấu truyền tải của phong cách thành một trong những sức mạnh tổng hợp.

Ở bên trong hợp lực, ống phấn trục xuất hai tế bào tinh trùng trượt vào đó, và khi ở đó chúng tạo ra một sự thụ tinh kép.

Một trong hai tế bào sinh tinh di chuyển vào tổ hợp và thụ tinh với tế bào trứng kế cận, tạo ra hợp tử trở thành phôi thai. Tế bào tinh trùng thứ hai kết hợp với tế bào chứa hai nhân cực, sau khi trải qua quá trình nguyên phân, tạo thành mô dinh dưỡng được gọi là nội nhũ.

Khi quá trình thụ tinh kết thúc, quá trình trưởng thành của hạt vẫn tiếp tục. Khi hạt nảy mầm, phát triển và trưởng thành, nó sẽ tạo ra một thể bào tử lưỡng bội hoặc đa bội trưởng thành, cho biết, khi phát triển hoa của nó, nó sẽ bắt đầu lại chu kỳ.

Ví dụ về các loài thực vật hạt kín

Như đã đề cập trước đây, thực vật hạt kín nhóm tất cả các loài thực vật có hoa mà chúng ta biết. Do đó, việc lựa chọn các loài mẫu mực trong phân khu thực vật này có thể là một nhiệm vụ không hề nhỏ.

Theo quan điểm nhân học, nhiều loài thực vật hạt kín có tầm quan trọng lớn về mặt thương mại, vì chúng là nguồn thức ăn chính của con người. Nhiều loài thuộc chi Triticum rất cần thiết để sản xuất bột ăn được trên khắp thế giới.

Zea mays là một ví dụ điển hình về một loài có thể ăn được khác có tầm quan trọng lớn trong văn hóa, lịch sử và ẩm thực của một phần lớn các quốc gia Trung và Nam Mỹ.

Coffea arabica là một loại cây thương mại rất được quan tâm trên thế giới, vì hạt của nó được sử dụng để sản xuất cà phê, một lĩnh vực có tầm quan trọng lớn về kinh tế và ẩm thực.

Tương tự Thebroma cacao là một loài thực vật có hoa tiêu biểu khác được nam giới đánh giá cao và có nhiều công dụng khác nhau. Tất cả các loại quả và hạt đều được tạo ra bởi những cây có loài thuộc nhóm thực vật có hoa hoặc thực vật hạt kín.

Hoa hồng, hoa tulip, hoa hướng dương và hoa cúc đều là những ví dụ điển hình về các loài thực vật có giá trị thương mại và văn hóa ở nhiều quốc gia trên năm châu lục trên trái đất.

Người giới thiệu

1. Chase, MW, Christenhusz, MJM, Fay, MF, Byng, JW, Judd, WS, Soltis, DE,… & Stevens, PF (2016). Bản cập nhật phân loại Nhóm phát sinh thực vật Hạt kín cho các bậc và họ thực vật có hoa: APG IV. Tạp chí Thực vật của Hiệp hội Linnean, 181 (1), 1-20.
2. Lindorf, H., De Parisca, L., & Rodríguez, P. (1985). Thực vật học Phân loại, cấu tạo và sinh sản.
3. Luis, E., Eguiarte, LE, Castillo, A., & Souza, V. (2003). Tiến hóa phân tử và bộ gen của thực vật hạt kín. Interciencia, 28 (3), 141–147.
4. Raven, PH, Evert, RF, & Eichhorn, SE (2005). Sinh học của thực vật. Macmillan. Cây nông sản Pg (333-345)
5. Simpson, MG (2010). Hệ thống thực vật. Báo chí học thuật. Sự Tiến Hóa Của Thực Vật Có Hoa. Tr (121-136).
6. Soltis, DE, Bell, CD, Kim, S., & Soltis, PS (2008). Nguồn gốc và sự tiến hóa sớm của thực vật hạt kín. NY Acad. Khoa học viễn tưởng, 1133, 3–25.