✨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, mọi sinh vật sống được xếp vào một trong hai nhóm, thực vật và động vật. Phép phân loại này bắt nguồn từ nhà bác học Aristoteles (384–322 TCN), ông phân biệt các cấp độ khác của sinh vật theo thuyết sinh học của mình, dựa theo giả thuyết sinh vật sống có "linh hồn nhạy cảm" hay như thực vật chỉ có "linh hồn thực vật". Theophrastos (học trò của Aristoteles) tiếp tục thực hiện công trình về phân loại thực vật. Mãi về sau, Linnaeus (1707–1778) tạo ra nền tảng của hệ thống phân loại khoa học thời hiện đại, song vẫn giữ các giới động vật và thực vật, đặt tên cho giới thực vật là Vegetabilia. Bảng dưới đây thể hiện một số phép ước tính về số lượng loài của các phân ngành thực vật xanh (Viridiplantae) khác nhau. Khoảng 85–90% tổng số thực vật là thực vật có hoa. Một số dự án hiện đang nỗ lực thu thập các mẫu vật về toàn bộ các loại thực vật trên cơ sở dữ liệu trực tuyến, ví dụ như World Flora Online.

Thực vật có phạm vi đa dạng từ sinh vật đơn bào như cổ tảo (đường kính từ 10 micrômét) và picozoa (đường kính chưa đầy ba micrômét), cho tới những cây lớn nhất (hệ thực vật lớn) như cây thông Sequoia sempervirens (cao tới ) và thực vật hạt kín Eucalyptus regnans (cao tới ).

Tên của các loài thực vật do Bộ luật danh pháp quốc tế của tảo, nấm và thực vật và Bộ luật danh pháp quốc tế của cây trồng chi phối.

Lịch sử tiến hóa

Tổ tiên của thực vật trên cạn đã tiến hóa dưới nước. Một lớp tảo đã hình thành trên đất liền , nhưng phải đến kỷ Ordovici (tức khoảng ), thực vật trên cạn đầu tiên mới xuất hiện với mức độ tổ chức giống như ngành rêu. Tuy nhiên, hóa thạch của các sinh vật với tản dẹt nằm trên đá thời Tiền Cambri cho thấy sinh vật nhân thực đa bào ở nước ngọt đã tồn tại hơn 1 tỷ năm trước.

Thực vật trên cạn nguyên thủy bắt đầu phân loài vào cuối kỷ Silur (khoảng ). Tiếp đến, các ngành rêu, thạch tùng và dương xỉ xuất hiện trong mẫu vật hóa thạch. Ngành giải phẫu thực vật thời sơ khai được bảo tồn đến từng chi tiết tế bào trong tập hợp mẫu hóa thạch đầu kỷ Devon lấy từ phiến đá trầm tích Rhynie. Những loài thực vật thời sơ khai này được bảo tồn nhờ bị hóa đá trong phiến đá trầm tích hình thành trong suối nước nóng núi lửa giàu silic.

Đến cuối kỷ Devon, phần lớn đặc điểm cơ bản của thực vật ngày nay đã hiện diện, gồm rễ, lá và mạch gỗ thứ cấp ở các cây gỗ như Archaeopteris. Ở kỷ Than Đá, sự phát triên của rừng trong môi trường đầm lầy bị thạch tùng và dương xỉ đuôi ngựa (Equisetum) chi phối, kể cả các loài có kích thước lớn như cây gỗ, và sự xuất hiện của thực vật hạt trần sơ khai (dạng thực vật có hạt đầu tiên). Sự kiện tuyệt chủng Permo-Tam Điệp đã thay đổi hoàn toàn cấu trúc của quần xã. Sự kiện có thể đã tạo tiền đề cho sự tiến hóa của thực vật có hoa ở kỷ Tam Điệp (~), với hiện tượng phát tỏa thích nghi ở kỷ Phấn Trắng diễn ra nhanh đến nỗi Darwin gọi là một "bí ẩn kinh khủng". Từ cuối kỷ Tam Điệp trở đi, ngành thông phân hóa và trở thành bộ phận chiếm số đông của hệ thực vật ở kỷ Jura.

Phát sinh hệ thống

Năm 2019, cây phát sinh hệ thống dựa trên bộ gen và hệ sản phẩm phiên mã từ 1.153 loài thực vật được trình bày. Việc sắp xếp các nhóm tảo đã nhận được sự hỗ trợ từ phát sinh hệ thống dựa trên bộ gen từ các lớp Mesostigmatophyceae và Chlorokybophyceae (chúng đã được giải trình tự). Cả ngành "tảo lục" và "tảo streptophyte" đều được xem là cận ngành (các thanh dọc cạnh biểu dồ cây phát sinh hệ thống) ở phép phân tích này, vì thực vật trên cạn phát sinh từ các nhóm ấy. Phân loại ngành Rêu có được sự hỗ trợ của Puttick vào năm 2018 và bằng phát sinh hệ thống các loài liên quan đến bộ gen của rêu sừng (chúng cũng được giải trình tự).

Sinh lý học

Tế bào thực vật

nhỏ|Cấu trúc tế bào thực vật Tế bào thực vật có những đặc điểm riêng biệt mà những tế bào nhân thực khác (như tế bào động vật) không có. Chúng bao gồm không bào trung tâm lớn chất đầy nước, lục lạp và thành tế bào linh hoạt và vững chắc (nằm ngoài màng tế bào. Lục lạp có nguồn gốc từ hiện tượng cộng sinh của của một tế bào không quang hợp và vi khuẩn lam quang hợp. Vách tế bào (được làm chủ yếu từ cellulose) tạo điều kiện cho tế bào thực vật chất ứ nước mà không bị vỡ. Không bào tạo điều kiện cho tế bào thay đổi kích cỡ đồng thời, số lượng tế bào chất vẫn giữ nguyên.

Cấu trúc thực vật

nhỏ|Giải phẫu một thực vật hạt kín. 1. [[Hệ chồi. 2. Hệ rễ. 3. Trụ dưới lá mầm. 4. Chồi đỉnh. 5. Phiến lá. 6. Hạch giữa. 7. Chồi nách. 8. Cuống lá. 9. Thân. 10. Hạch. 11. Rễ cái. 12. Lông rễ. 13. Mũi rễ. 14. Chóp rễ]] Đa số thực vật là sinh vật đa bào. Tế bào thực vật biệt hóa thành nhiều loại tế bào, tạo nên các mô như mô mạch với mạch gỗ và mạch rây chuyên biệt của gân lá và thân, cùng các cơ quan với 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.

Quang hợp

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

: 6CO2{} + 6H2O{} ->[\text{ánh sáng}] C6H12O6{} + 6O2{}

Quá trình này làm thực vật giải phóng oxy ra môi trường. Thực vật xanh cung cấp tỷ lệ đáng kể lượng oxy phân tử của thế giới, bên cạnh sự đóng góp từ tảo quang hợp và vi khuẩn lam.

Thực vật sử dụng lối sống ký sinh lần hai có thể đánh mất các gen tham gia vào quang hợp và sản xuất xuất diệp lục.

Sinh trưởng và sửa chữa

Sự sinh trưởng ở thực vật do tương tác của bộ gen với môi trường vật lý và sinh học của nó quyết định. Những yếu tố môi trường vật lý và sinh học gồm nhiệt độ, nước, ánh sáng, carbon dioxide và chất dinh dưỡng trong đất. Những yếu tố sinh học tác động đến sinh trưởng ở thực vật gồm thừa dân số, chăn thả gia súc, nấm và vi khuẩn cộng sinh có lợi, bị côn trùng tấn công hoặc bệnh ở thực vật.

Sương giá và mất nước có thể gây hại hoặc giết chết thực vật. Một vài thực vật có protein chống đông, protein sốc nhiệt và đường nằm trong tế bào chất giúp chúng đối phó với những căng thẳng này. Thực vật liên lục phải đối mặt với hàng loạt áp lực vật lý và sinh gây tổn hại DNA, nhưng chúng có thể chịu đựng và sửa chữa phần lớn những tổn hại này.