波特兰先生 撰稿
第一节 中外古植物学研究之不同
当我在打造屋顶花园时,遇到的最大麻烦并不是学习园艺知识,如何学会栽花种草,我的目标是寻找与研究植物与人类的关系,中国人总喜欢说天人合一,天地人三位一体,却没有将动物和植物归纳其中。天道、地理、人伦,似乎最为重要,那么人伦中讲人性,于是性本善还是性本恶成了争论焦点。既然人有人性,那么兽性是什么?植物有性吗?带着这些问题,我便从古植物学起步,企望解开植物与人类的共性或异性之谜。
现代科学知识告诉我们:古植物学(paleobotany)是研究地史时期植物界的科学。植物在生命演化和陆地生态领域开拓中起到了十分重要的作用。尽管在距今35亿年前澳大利亚西部太古代地层中,就已发现过蓝藻(菌)类或细菌类化石,但生物界在海洋等水体中演化过程极其漫长。在距今4亿多年前志留纪,具有真正维管束的植物出现,生物的生态领域才由水域扩展到陆地,开始了陆地生物的演化阶段。
植物的出现,使大地披上了绿装,也促进了原始大气氧气的循环和积累,这为我们人类在内的其他陆生生命演化提供了必要的先决条件,使地表有了今天山花烂漫的缤纷世界。毫无疑问,植物的出现早于人类的诞生,植物也不可能是为了专供人类享用而形成的。
根据世界学者们的共同认定:古植物是划分及恢复地史时期古大陆、古气候和植物地理分区的主要标志。古植物本身亦参与成矿、成岩作用,是各地史时期煤层的物质基础。
古植物学研究的历史并不长。
1822~1837年A.布隆尼亚尔在他的“化石植物史”一书中首次建立地质时期植物的分类,将已绝灭的类型与现代的植物加以广泛的比较。19世纪40~90年代是古植物学开始昌盛的时期,许多人大量地收集化石,描述古代的植物,对许多已绝灭的植物做了外部形态和内部结构的研究,发现不少目、科,如科达目、本内苏铁目等,并对各地区的化石做了调查。H.威瑟姆是第一个研究硅化植物结构的人。
到20世纪初叶A.纳托尔斯特开创角质层的探讨,对古代裸子植物的研究起了巨大的作用。以前,H.波托尼提出“苏铁蕨目”(Cycadofilices)的存在,至1905年由于F.W.奥利弗和D.H.斯科特发现种子与茎、叶的关系,“苏铁蕨目”才改名为“种子蕨目”(Pteridospermae),找到了真蕨植物和裸子植物中间的缺失环节。A.C.苏厄德和他的学生们在20世纪上半纪做了大量工作,对许多古代植物进行描述和内部结构的研究。其他古生物学者对北美、欧洲和北极植物区系进行调查,奠定了古代植物区系研究的基础。1913年R.基德斯顿和W.H.兰发表苏格兰莱尼燧石(Rhynie chert)中化石植物的研究,建立裸蕨目(Psilophytales),指明这是一组最古老的维管植物。后来,新的目不断发现,如开通目(Caytoniales)等。50年代以来,新的目、亚纲,如五柱木目(Pentoxylales)、前裸子植物亚纲(Progymnospermae)等不断发现,找出一些植物中的缺失环节,对植物系统学起了重大的作用。
近几十年来,在古植物发展史及古植物区系方面积累了大量化石植物的资料。同时,根据古孢粉学资料,在古植被的变化和古植物区系的演替等方面也有较大的进展。在应用上,古孢粉学的建立,对地层学起了巨大的作用。70年代以来,对前寒武纪地层中的微体化石的探索与透射电子显微镜(TEM)和扫描电镜(SEM)的运用,确定二、三十亿年前就有细菌和蓝藻的存在,使古植物学范畴,愈来愈广。
古植物学是研究地史时期中的植物及其生活的一门科学。由于研究对象和任务的不同,古植物学发展到现在已划分了很多分科。 与地质科学有关者如:
地层古植物学是对大化石植物群进行研究,以划分对比陆相地层,确定其地质年代。
孢粉学是对植物的生殖瞢涠胞孢子、花粉粗合进行研究,用来和大植物或其他古生物共同解决地层两题。它对不含其他化石的哑地层及海陆相地层的直接对比很有意义,并可用以进行较小地层单位的详细对比,如煤层对比。
古种子学与孢粉分析内容相似,用以解决第三粑尤其是第四纪沉积。
古解剖学则以硅化木和化石的叶表皮,在显微镜下研究其母胞构造,确定化石植物分类位置,追溯其演化关系,以弥补形态研究之不足。
古藻类学对某些藻类对解决一定时代地层课题意义很大。
植物化石类型研究则开启了新的研究对象:
压型化石
这是较常见的化石。植物残体埋藏在沼泽、湖泊、河流、海洋沉积之中。经过若干年后,大部分有机质都已分解,留下未分解的部分,被压扁保存,成为化石,如角质层、栓质层等,通常与印模化石一起保存。
模型化石
这种化石的有机组织已不存在。植物体仅在岩石上留下外模印痕,经泥砂填充植物体的内腔而留下内膜印痕,保存为化石(例如蕨叶印痕、木贼类和科达目茎的内膜),印模化石在地层中最常见。
石化化石
硅质、铁质或钙质溶液渗透到植物组织之中,使植物体或一部分植物体保存为化石,例如硅化植物、钙化植物、煤核(一种钙质或白云质的结核)等。
除以上3种外,还有一种微体化石,保存在沉积岩中。孢子、花粉的细胞外壁含有孢粉素,某些单细胞藻类细胞壁中含有几丁质或假几丁质、硅藻的细胞壁中含有硅质和其他植物的木质部、木栓部、角质层等碎片,经常保存在沉积岩中未能分解,成为微体化石或微化石。
科学家们的研究方法也很多。
如压型化石可用酸和碱,或舒尔茨溶液(Schulze's solution)处理,有时也用氟酸或盐酸溶解岩石,使紧贴在岩石上的未分解的植物残体从岩石上移离,再用酸和碱或舒尔茨溶液处理,除去聚集在植物残体内外的有机杂质后,在显微镜下观察。
再如石化化石可用岩石切片机切成薄片,粘在玻片上磨成更薄的薄片后,在显微镜下观察,或切开石化化石,将切面磨光,用盐酸或氟酸侵蚀,洗净后,烘干,涂上醋酸纤维素或硝酸纤维素溶液,再烘干后,将植物组织撕下制片观察。
植物分支学科主要有四类:
古藻类学 研究古代藻类植物。
古孢粉学 研究沉积物中或沉积岩中保存的孢子和花粉。
古木材学 研究古代的化石茎干。
古种子学 研究古代的种子和果实。
植物分类及各类植物在地质历史上的分布研究,是古植物学研究中很重要的一个方面,即植物分类学的研究及植物系统分类的建立。因为地质历史时期有不少已绝灭的类别,必须把它们与现存的植物统一考虑,才能建立科学的分类体系,反映各类植物间的系统关系。最早曾被分为菌藻植物、苔藓植物、蕨类植物、种子植物四个门,以后随着植物学、古植物学研究的深入,曾提出多种分类方案。但迄今还没有一个被广泛接受的方案。
难以置信的是具有上下五千年历史文化的中国,居然在漫长的历史中,对真正意义上的植物学研究很肤浅,能广泛流传的则是五行八卦和天人合一之说,对植物的最终研究也大多是有毒和无毒,或可食用、药用,甚至将植物也按君臣草民作了等级划分。植物研究必须服从专制制度。
第二节 国际植物学分类法研究
古代中国人对所有的植物都统称为“草木”。草,是指草本植物;木,则指木本植物。草木,合起来,就是所有植物。事实上在中国古代没有植物学,所有与植物有关的事物如野花野草、谷物、灌木、乔树、藤蔓等,皆统称为草木。
“花木”对古代中国人来说与“草木”是一样的统称。王安石诗云:“花木成畦手自栽。”这个“花木”,就泛指他自己所栽植的所有草木。
可以说,中国古代没有对植物有明确的主张和分类,所谓的“草木文化”,也只是指中国人远古以来在认识、使用、驯化(培养)和栽植(种植)草木过程中发展而来的一套独特的知识体系。
如果单纯的叙述草木知识,那么中国古代便有很多著名的花卉著作。欧阳修的《洛阳牡丹记》、周师厚《洛阳牡丹记》、陆游的《天彭牡丹记》、刘攽的《芍药谱》、王观的《扬州芍药谱》、刘蒙《菊谱》、史正志的《菊谱》、范成大的《范村菊谱》、史铸的《百菊集谱》、赵时庚的《金漳兰谱》、陈思的《海棠谱》、范成大的《范村梅谱》、陈景沂的《全芳备祖》等,都是花木书谱。
人类文明是从植物学开始的,比如种地,植物学(Botany)一开始就是面向生物的营养与健康的。植物学是生物学的分支学科。研究植物的形态、分类、生理、生态、分布、发生、遗传、进化等。目的在于开发、利用、改造和保护植物资源,让植物为人类提供更多的食物、纤维、药物、建筑材料等。在这方面的研究,西方走在中国的前面。
由于目前西方仍采用二元分类法,故广义上的植物学包括细菌、真菌、藻类、苔藓植物、蕨类植物、裸子植物、被子植物等。
人类对植物的认识最早可以追溯到旧石器时代,人类在寻找食物的过程中采集了植物的种子、茎、根和果实。植物学的创始人是提奥夫拉斯图(Theophrastus),在他的著作《植物历史》(也称《植物调查》)中将植物进行了分类。1世纪希腊医生迪奥斯克里德斯(Dioscorides)的著作《药物论》(De Materia Medica)为以后药用植物的使用奠定了基础。1593年中国明朝的李时珍也完成了《本草纲目》的编写。17世纪末英国生物学家雷确立了现代植物分类的基本原理。17世纪,出现了各式各样的显微镜,开创了植物解剖学的研究,随后植物生理学和植物胚胎学也得到进一步的发展。
中国近代植物植物分类学的奠基人是胡先骕,编写了中国第一部中文《高等植物学》,发现了中国的“活化石”水杉,并将其命名。
生物学的分支学科形成有一个漫长的过程。
从前,人们以植物为研究对象。早期人类的食、住、衣、药、装饰物、工具等乃至巫术用品无不取自植物。绿色植物借助光合作用制造食物,养育了一切生物,而今日人类及许多生物所需的氧气全系35亿年以来植物借光合作用所产生。原始人先是采集植物,以后进而种植植物,自农业人口定居之后才出现了人类文明。人类在这些活动中积累的知识便构成今日植物科学的基础。
今日,常称亚里斯多德的弟子泰奥弗拉斯托斯(Theophrastus)为植物学创立者。西元1世纪,希腊的迪奥斯科里斯(Pedanius Dioscorides)将植物分为芳香、烹饪及药用3类。西元1世纪,老普林尼的《博物志》中也记载不少植物知识,但谬误甚多。中国的药草书出现甚早,但对西方植物学无直接贡献。印刷术流传后,西方的草药志(herbal)才于15~16世纪逐渐出现。
16世纪研制出光学镜头和复式显微镜,开创了一个新纪元。
17世纪的植物学家不再偏重于研究药草,鲍欣(Gaspard Bauhin)提出许多至今有效的新概念。胡克(Robert Hooke)、格鲁(Nehemiah Grew)及马尔皮基(Marcello Malpighi)等人的工作创立了植物解剖学。胡克创“细胞”一词。
18世纪,实验生理学初步证明,植物在阳光下吸收水和二氧化碳,并放出氧气。1753年林奈(Carolus Linnaeus)发表《植物种志》一书,确立了双名制,并将生殖性状(花)用为重要分类根据。
19世纪达尔文和孟德尔(Gregor Johann Mendel)的工作为植物进化观奠定了基础。
至20世纪植物学进展更为迅速,这包括:光合作用机理的阐明;光敏色素的发现;植物激素的发现;微量元素作用的研究;遗传育种技术的进步;同位素计年法的建立;前寒武纪岩石中藻样及细菌样化石的发现;抗生物质的分离等。
目前,植物学有下面4个主要研究领域:
⑴形态学研究植体(由细胞到器官各个层次)的结构及形状。分支学科有细胞学、解剖学、组织学、生殖形态学、实验形态学等。
⑵生理学研究植物功能,与生物化学及生物物理学密切相关。
⑶生态学研究生物与环境间的交互作用,在某些方面与生理学相近。
⑷系统学研究植物的鉴定和分类。
植物学4个主要研究领域还有特别分支。如细菌学、真菌学、藻类学、苔藓植物学、蕨类植物学、古植物学、孢粉学、植物病理学、经济植物学、人种植物学等。
在形态研究方面,显微镜及相应的制片技术具决定性作用。相差显微镜使人们得以观察活组织,而电子显微镜则将人带进超微领域。组织培养法可用於研究植物的形态发生。
在生理学领域,生物化学及生物物理技术大量应用,这包括超离心、电泳、层析、放射性同位素技术、各种电子仪器以及各种光谱波谱技术。X线衍射则有助於了解大分子的构造。
生态学将许多生理学方法应用於户外研究,常需精确测量大量环境参数,而且可能需要电脑帮助来处理数据。群落生态学则采用统计方法来测度群体的分布和丰度。
现代植物分类学家已能在植物园及温室、环境室中利用有对照的实验方法来辅助分类。植物标本及图志仍是重要的分类参考资料。
电子显微镜、细胞学及遗传学方法、植物化学方法都为分类学提供了新的武器。电脑的出现还使数量分类技术得以实现。20世纪後半叶还采用大分子分析来判断植物间的亲缘关系。
植物学与许多科学密切相关。医学和有机化学常取材於植物,而农、林、药等应用学科直接建基於植物学。园林艺术一直为各种文明所重视。
农业产品则为人民生活所不可缺。历史上,至少有300种植物曾用作食物,约100种已驯化或曾大量种植,但仅约200种的产量大到可进入国际商业市场。稻、麦、玉米、甘蔗、甜菜、马铃薯、甘薯、大豆、蚕豆、椰子和香蕉是世界上最主要的12种食物,都由原始民族培养而成。茶、咖啡以及酒也都是历史悠久的饮料。
植物纤维不仅提供服装原料,还可用於制绳、造纸等等。林业一直是建材、燃料、纤维、化工原料等的重要来源,在水土保持、野生动物保护、狩猎动物及渔类生息、提供游憩场所等方面也具很大作用。但森林资源也被大量浪费。直到今日,森林的这些价值才开始受到重视。重要植物产品还有药材、芳香油等。
现在世界许多国家都有植物学会和植物学杂志,植物园也很普遍。
所有的动物都要依靠绿色植物的光合作用能力把日光能转化为化学能,释放出氧气来维持其生活。植物是人类衣、食、用、住、行原料的直接或间接来源,是维持生物圈生态平衡的重要环节。
早期人类就能分辨出他们所接触到的植物,并给以命名。随科学的发展,人们开始把对植物的知识系统化,并且记录下来成为植物学。以后,进一步注意到它们的结构、化学组成、各部分的功能和繁殖方式。而且自从人类懂得了栽培植物,研究内容更包括了其营养生长和繁殖,以及选育良种和对病虫害的处理。
微观植物学是植物学研究的重要领域。
20世纪植物学研究一方面走向微观,试求把植物的各种活动,物质、能量、信息的转化还原到细胞水平、分子水平、甚至电子水平,并创造了“细胞工程”、“基因工程”等方法以求迅速繁殖和创建植物新品种。另一方面特别是70年代以来,又趋向宏观,研究“环境保护”、“生态工程”等课题,甚至扩大到地球生物圈的组成及其调控的研究等。所以今天的植物学已发展为包括众多分支的知识体系。上世纪70年代以来又常称之为植物生物学。
第三节 植物学学科发展研究
至少在旧石器时代,人类在采集植物块根和果实种子供食用的时候就认识了某些植物。希腊、埃及、巴比伦、中国、印度等文明古国对植物知识都有记述。如中国《诗经》就已经讲究“多识于鸟兽草木之名”。
古希腊亚里士多德的学生提奥夫拉斯图(公元前371年~公元前286年)被视为植物学的创始人。他在公元前300年写的《植物历史》或称《植物调查》一书,在哲学原理基础上将植物分类,描绘其各部分、习性和用途。罗马的老普林尼则把当时所有的植物学知识写在37册的《博物志》书中,开以后黑暗中世纪“百科全书学派”的先河,但谬误很多。
后陆续出现许多有关植物方面的著述。如公元1世纪希腊医生迪奥斯科里德斯在其著作《药物论》中记述了600种植物及其医药用途的引证,成为以后描述药用植物的基础。15~16世纪本草著作中最有价值的是日耳曼的布龙费尔斯,意大利的马蒂奥利、英国的特纳等的著作。此时期约与中国明代中叶以后李时珍完成《本草纲日》同时。总之至17世纪前植物学几乎全限于描述(包括木刻画)和定性药用植物。
17世纪的初期自然科学从以“机械哲学”为主导思想进入到“实验科学”阶段。植物学也从描述为主转到更有目的。有计划、有系统的收集资料,观测现象,以至于在控制条件下进行试验,并提出和考验理论与学说。这期间物理学、化学的发展及新工具如显微镜的应用也起了很大作用。
现代植物分类基本原理为英国生物学家雷在17世纪末确立,他把有花植物分为单子叶和双子叶,进一步再分就包括迄今还沿用的许多植物科。雷坚持必须用植物的所有特征来判定他们的亲绦而不能只用单一部分的特征。这恰是自然分类和人为分类的区别所在。
1753年瑞典植物学家林奈发表“植物种志”,确立了双名制。他将生殖性状(花)用作重要分类依据,他确立的24纲主要建立在花的雄蕊数目上;每个纲再用花柱的数目分成目。这个系统的简单性使人容易接受因而促进了植物的采集和调查,但由于此法含糊了自然分类而有害于植物学。如按林奈系统使百合和小檗同在一目,而鼠尾草和同类的薄荷却分了家。
林奈的贡献还在于把约6000种植物归入各属(今天还用同样安排),仔细描写,并校勘了他所知的种和以前植物学家的命名和描写,再按双字命名法命名。此法立即被其他植物学者所接受。只有从1753年开始,从一个学者到另一个学者去跟踪一种植物才比较容易和可能。此后与分类学进展相并行的植物解剖学、植物生理学、植物胚胎学等的研究也就发展起来了。
自16世纪光学显微镜问世,瑞典人扬斯和扬森兄弟在1590年做成复合显微镜,17世纪名种型式显微镜出现后,由胡克、格鲁、马尔皮基开创了植物解剖学。
1670~1674年,英国人格鲁和意大利人马尔皮基已能分辨木质部、导管和纤维髓细胞和树脂道的内部。英国人胡克发现细胞,他的细胞概念是一个由实心物质包围的空间(小室)。从那以后很久,植物学家才理解这些蜂房样的小室至少在幼期是含有生活物质的。第一个植物形态学家设想植物是由多种成分,包括导管、纤维、“囊”等组成的。日耳曼人施莱登和他的同伴动物学家施万在1839年首次提出细胞学说。从此细胞学成为一个独立的学科。
在格鲁和雷的时代,生理学也开始了。雷做过树液运动、种子发芽和其他功能的实验。再早些年,荷兰人黑尔蒙特通过著名的桶栽柳技试验证明植物从水中取得物质。1742年英国人黑尔斯在所著的植物静力学中记载了关于树液流动和压力、蒸腾作用、失水和空气交换气体等方面的124个实验,他被认为是植物生理学的创始人。
1774年英国人工普里斯特利指出植物在阳光下释放氧气。这些气体(氧气、二氧化碳)和植物的相互关系进一步由英恩豪斯(1779)和法国人索绪尔(1804)阐明。后者将定量方法引入研究,并示明水和二氧化碳一样被吸收。自此关于绿色植物在光下吸收水分和二氧化碳增重(制造食物)的光合作用被发现。
17~18世纪,卡梅拉里乌斯及布尔哈夫等人观察到植物的性别、花粉及受精作用等现象,推动了植物胚胎学等的发展。
到19世纪中期植物学各分支学科已基本形成。达尔文、孟德尔的工作更为植物进化观和遗传机制的确立打下了基础。
20世纪特别是50年代以来,植物学又有了飞速发展,主要是植物生理学、生物化学和遗传学等的成就,如光合作用机理的阐明,光敏素、植物激素的发现,微量元素的发现,遗传育种技术、同位素计年法建立,以及抗生物质的分离等,使植物学在经济上更为重要,成为园艺学、农业和环境科学的重要理论基础。
植物学学科发展研究形成了学科分支,主要有植物分类学和植物系统学。
植物分类学(Plant Taxonomy)和植物系统学(Plant Systematics):是根据植物的特征,植物间的亲缘关系、演化的顺序,对植物进行分类的科学,并在研究的基础上建立和逐步完善植物各级类群的进化系统。两者常常混用,但植物系统学更强调植物间的系统关系,即谱系。50年代以来,随着其他学科的发展,已产生出植物化学分类学、植物细胞分类学、植物超微结构分类学和植物数值分类学等进一步的分支学科;尤其80年代后期发展起来的分子系统学(Molecular Systematics)为植物的系统发育研究提供了新的手段。另外,对具体某一类群植物分类的研究也产生相应的分支学科,如:细菌学、真菌学、藻类植物学、苔藓植物学。
植物形态学
植物形态学(Plant Morphology):是研究植物个体构造、发育及系统发育中形态建成的科学,它已发展为植物器官学、植物解剖学、植物胚胎学及植物细胞学。
植物生理学
植物生理学(Plant Physiology):是研究植物生命活动及其规律性的科学。近代植物生理学中各分支学科,如细胞生理、种子生理、光合生理、呼吸生理、水分生理、营养生理、开花或生殖生理及生态生理等已有很大发展。有的已形成专门学科如植物分子生理学、植物代谢生理学、植物发育生理学等。与植物生理学密切相关的学科有植物生物化学。
植物遗传学
植物遗传学(Plant Genetics):是研究植物的遗传和变异规律性的科学。因和细胞学和分子生物学密切相关,已发展出植物细胞遗传学和分子遗传学。
植物生态学
植物生态学(Plant Ecology):是研究植物与环境间相互关系的科学。又可分成植物个体生态学、植物种群生态学、植物群落生态学及生态系统生态学。
植物化学
植物化学(Phytochemistry): 研究的主要内容是植物代谢产物的成分、结构、分布规律的科学,与中药有效成分、植物系统分类有密切关系,如植物化学分类学就是一个交叉学科。
植物资源学
植物资源学(plant resourses): 是研究自然界所有植物的分布、数量、用途及其开发的科学,与药用植物学、植物分类学和保护生物学有密切关系。
分子植物学
分子植物学(molecular botany):是近30年随着生物大分子(核酸、蛋白质)结构以及基因结构和功能的研究而发展起来的;指专门研究和揭示植物材料的核酸、蛋白质等大分子的结构和功能,以及基因的结构和功能规律的科学。它是当今植物学各领域研究的前沿,其分子生物学研究使用的方法已被植物各分支学科所采用。
现代植物科学已进入实验阶段,因而,出现一些实验的学科分支,如实验分类学,研究植物物种及种系形成;实验形态学,研究形态发生及器官建成;实验胚胎学,研究植物细胞、组织或器官在培养条件下胚胎的发生及建成;实验生态学,研究人工实验条件处理下,植物生理生化及内部结构的变化;而实验植物群落学是以人工生态环境或营造人工植物群落研究植物群落结构动态变化的科学。
第四节 国际植物命名法简述
植物命名法,目前国际上有标准的“国际植物命名法规”(International Code of Nomenclature),为植物学界所普遍遵守。1900年第一届巴黎国际植物学大会为命名法规的诞生奠定了基础,1905年第二届维也纳国际植物学大会产生了第一版“国际植物命名法规”,其中法规一词用的是“code”一词,有法典、法规和代码等含义。
“植物”是拉丁名,也是国际植物学界进行交流的标准用名,其他的名称都不算数。
中国人所说的牡丹、辽宁冷杉、银杏、桫椤、东北细辛、醉蝶花、元宝枫、大苍角殿、鸾凤玉、紫荆花等等,都是植物名称,不过它们不是学名(scientific name),而是俗名或者地方名;植物的学名也不是指其英文名或者法文名等,更与中国方块字无缘,而是指拉丁名。
1950年第七届斯德哥尔摩大会成立了国际植物分类学会(IAPT),从此承担了国际植物命名法规的修订和出版的任务。最近的会议有1993年第十五届东京大会和1999年第十六届美国圣路易斯国际植物学大会。这次会议通过的最新国际命名法规也称圣路易斯法规(St. Louis Code)。
要想掌握并熟练运用国际植物命名法规,不是一件轻松的事情。一方面规则极其复杂,有大量例证和注释,也有许多特殊的约定。另一方面,这一法规也在变化之中,法规的每次修订都是激烈讨论后某种妥协的结果。
我只能对相关资料进行综合后介绍一些最基本的植物命名知识。
双名命名
林奈双名命名体系:现行用拉丁文为生物命名的体系是由林奈(Carl von Linne,通常用其笔名Linnaeus)250年前提出来的。他的《植物种志》(Species Plantarum)1735年出版。这个体系称作林奈双名命名体系(Linnaean binomial system of nomenclature),其中生命,如植物,采用两个拉丁化的名字(拉丁双名)来命名。第一个名代表“属”(genus)名,第二个名代表“种加”(specific epithet)词。由属名(generic name)和种加词组合起来构成了物种名(species name)。科、属、种是最常用到的分类单位。采用拉丁化名字和拼写的习惯一个是源于中世纪的学者,另一个是因为直到19世纪中叶多数植物学出版物仍然使用拉丁语。“种”以上的分类单位是“属”,再往上是“科”,依次各个分类阶元构成植物分类的阶层系统。
双名制
我们可以直接使用所谓的植物俗名(common names)。于是我们都同意,可以用Red Maple(红枫)来称呼red maple(红枫),用Sugar Maple(糖枫)来称呼sugar maple(糖枫),这将是一种英文双名制。这是一种可能性。但是,俗名(common names)通常只对局部地区的人来说才是共同的(common)。红枫也通常被叫作Scarlet和Swamp Maple。一种树Nyssa sylvatica,在美国东部至少有4种俗名。在英格兰,白睡莲(white waterlily)有15个俗名,如果你算上德国、法国和荷兰的叫法,它有超过240个俗名。有时,一个俗名在不同地区,用来指称完全不同的植物。在佐治亚,一种Sida属的植物叫ironweed,而在中西部ironweed却指称一种Vernonia属的植物,这两种植物处于完全不同的植物科(plant families),分别属于Malvaceae科和Compositae科。俗名通常不提供属或种间关系的信息,它们彼此独立。有些植物,特别是一些稀有品种,并没有俗名。由于我们频繁与世界上各种各样的人交流,采用一种万能的语言,用一种单一的一致认同的名字来为一种生物命名,有极大的便利之自。因此,林奈的双名制取得了成功。
双名制的应用:一种植物,比如糖枫(Sugar Maple),有时可以写作 Acer saccharum Marsh.。跟随在植物名后面的缩写名(即Marsh.),是命名者(authority)或者作者(author)的名字,指第一个科学地命名那种植物的人,在这个例子中指Humphrey Marshall。白栎树(white oak)称Quercus alba L.,其中字母L.通常用来指命名者是林奈(Linnaeus)。
多名制
有些人觉得林奈的双名法太复杂,而且容易混淆。但是,如Michael Dirr(1990, p. 22)指出的,在这种体制被纳之前,植物物种的命名使用了多个或者大量拉丁描述用语。那是一种多名制。通常的石竹(carnation),现在的学名为Dianthus caryphyllus,那时由9个拉丁描述词。这好比在说,“在化学101课堂上坐在鲍伯前面长着金棕色头发的高个苗条女孩”(tall slender girl with auburn hair who sits in front of Bob in Chem 101)。不管怎么说,在林奈为生物命名带来秩序之前,事情是一团糟。
植物名书写
值得注意的是,植物名用斜体或者下划线表示,种加词(specific epithet)要小写。于是可有如下名称:
Acer saccharum Marsh. 或者 Acer saccharum Marsh.
在多数苗圃和园林文献中,命名者的名字通常不与拉丁双名同时出现,于是糖枫的名字通常写作:
Acer saccharum 或者 Acer saccharum
尽管推荐所有的种加词应当小写,但也有些可以例外,在下述情况下种加词的首字母可以大写:1)种加词源于一个人的人名;2)源于以前的一种属名;3)源于一个俗名。于是,人们可以看到大卫枫(David's Maple)可以写作Acer Davidii,因为种加词指Armand David。
有时杂交不同种的植物,如两种不同种的枫树(Acer )有可能获得子孙后代。通常在此杂交植物的学名前用一个交叉号“×”。商业草莓是杂交的,是两种Fragaria属物种Fragaria chiloensis和Fragaria virginiana偶然杂交的产物。商业草莓的学名是:
Fragaria × ananassa
其中乘号“×”表示它是一个杂交种。实际上一种杂交种名应当写作Fragaria ×ananassa(在×符号之后不留空间),不过,符号×通常被错误地理解成一个字母X,并引起种加词的误读,如xananassa。为避免这种情况发生,杂交种的双名将用下述方式表示:
属(Genus)× 种加词(specific epithet)
植物名拼写
种加词通常是一个形容词,用来修饰一个物种的独特的、但并非必然唯一的特征,如Acer saccharum,其中saccharum指这种树的甜树液。如果它是一个形容词,种加词的“性”通常要与属名的“性”保持一致。因此,如果属名具有“阳性”词尾-us,那么种加词可能拼作albus,但是如果属名是“阴性”的,拼写将为alba。
Quercus的词尾虽然是-us,但它是“阴性”的,因此对于植物拉丁语,东方白栎树(Eastern white oak)的学名为Qurecus alba。原因在于,习惯上把所有树都视为“阴性”的,这是古典拉丁语的通常约定。种加词也可以是一个名词,本身带有“性”。当种加词按照人名命名的时,此人名字以一个元音字母或者-er结尾时,要加上-i,例如,如果命名者为Robert Fortune时,它就变成了fortunei。如果人名以辅音字母结尾,要加上字母-ii,如达尔文(Darwin)就变成了darwinii。如果命名者为一女性,词尾为-iae或-ae。种加词源于地理名时,通常以-ensis,-nus, -inus, -ianus, 或-icus结尾,如canadensis。其他因素也会影响种加词的词尾。
植物名发音
在《植物学拉丁语》(Botanical Latin)一书中,William Stearn指出:“植物学拉丁语本质上是一种书面语言,但植物的学名经常出现在说话当中。如果它们听起来不难听,所有关心它们的人都能够听懂,那么它们如何发音其实并不太重要。通常可按照古典拉丁语的发音规则,获得它们的发音方法。不过,有好多个体系,因为人们通常把拉丁词与他们自己的语言中的词语类比进行发音。”
植物分类
由高到低
植物分类的阶层系统表示如下:
植物界vegnum vegetable(拉丁名)
门divisio
纲classis
目ordo
科familia
属genus
种species
理论上,一个物种应当与其他相近的物种在形态上有明显的差别。这对于他人可以采用的实际中的分类是必要的。在一个给定的物种中,所有的个体并非完全相同。设想一个种群中,任何特征在每一个个体身上都可能以不同的程度表现出来,以钟形曲线分布。人类被视为一个单一的物种Homo sapiens,但我们确实知道,形态上并非完全相同。带着这样的观念,走进森林,检查一下单一物种的植物个体。
物种(Species)缩写为sp.(单数)或者spp.(复数)。
变种(Variety,拉丁词为varietas, 缩写为var.):
在植物学的意义上,变种是一个物种植物的一个种群,可以展求明显的特征上的差别,并且这些差别可以通过种子传播,即可遗传。
变种,缩写为var.,是物种之下的分类单位。变种的名字用小写的斜体(或下划线)的方式书写,并且前面要加上缩写var.。例如,通常的野生皂荚(honeylocust)有刺,但是也发现了无刺的皂荚。这种皂荚是Gleditsia triacanthos(三刺皂荚,或者叫美国皂荚),而那种无刺的皂荚叫作Gleditsia triacanthos var. inermis(无刺的美国皂荚)。 tricanthose = 三刺, inermis = 未装甲,即没有刺。有时亚种(subspecies)与变种混用。它们的使用取决于作者的所属的不同的分类“学派”。
变型(form,拉丁词为forma, 缩写为f.)用于识别和描述偶发的变异,如在通常紫花的植物物种中,偶尔会出现白化的花。例如,梾木(dogwood, Cornus florida,多花梾木)本性上通常是白花,但也会出现桃红色花。它们可以写作: Cornus florida f. rubra(玫瑰梾木)。
不过,有人可能把它当作一种变种特征,于是有如下表示:Cornus florida var. rubra(玫瑰梾木)。
当前的分类学家很少使用变型(form)这一术语,不过在园艺文献中还要用到这个词。
栽培变种(Cultivar,中文也称“品种”)由L.H. Bailey给出的一个相对较现代的术语,源于术语cultivated variety(栽培导致的变种)。可定义为可由一个或者多个特征明显地加以区分栽培植物的一种集合,它们在繁殖(有性或者无性)中能够保持它们独特的特征。
植物命名的废除
凡符合命名法规所发表的植物名称,不能随意予以废弃和变更。但有下列情形之一者,不在此限。
1 同属于一分类群而早已有正确名称,以后所作多余的发表者,在命名上是个多余名(superfluous name),应予废弃。
2 同属于一分类群并早已有正确名称,以后由另一学者发表相同的名称,此名称为晚出同名(later homonym),必须予以废弃。
3 将已废弃的属名,采用作种加词时,此名必须废弃。
4 在同一属内的两个次级区分或在同一种内的两个种下分类群,具有相同的名称,即使它们基于不同模式,又非同一等级,都是不合法的,要作为同名处理。
属名如有下述情形,如名称与现时使用的形态术语相同,种的模式标本未加指定,名称为由两个词组成,中间未用连字符号相连等时,均属不合格,必须废弃。
种加词如有下述情形时,即用简单的语言作为名称而不能表达意义的;丝毫不差地重复属名者;所发表的种名不能充分显示其为双名法的,均属无效,必须废弃。
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