Thực vật

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,^[5] dựa theo giả thuyết sinh vật sống có "linh hồn nhạy cảm" hay như thực vật chỉ có "linh hồn thực vật".^[6] Theophrastos (học trò của Aristoteles) tiếp tục thực hiện công trình về phân loại thực vật.^[7] 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.^[7]

Khi cái tên thực vật được áp dụng để chỉ một nhóm sinh vật hay đơn vị phân loại cụ thể, nó thường chỉ một trong bốn khái niệm. Dưới đây là bốn nhóm khái niệm đó, theo trật tự từ phạm vi hẹp cho đến bao quát nhất:

Theo World Flora Online ,có khoảng gần 380.000 loài thực vật được giới khoa học công nhận (tính đến tháng 6 năm 2024),^[15] trong đó phần lớn chúng (khoảng 283.000 loài) tạo ra hạt giống.^[16] 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.^[15][17]

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),^[18][19] cho tới những cây lớn nhất (hệ thực vật lớn) như cây thông Sequoia sempervirens (cao tới 380 foot (120 m)) và thực vật hạt kín Eucalyptus regnans (cao tới 325 foot (99 m)).^[20]

Tên của các loài thực vật do Bộ luật danh pháp quốc tế của tảo, nấm và thực vật^[32] và Bộ luật danh pháp quốc tế của cây trồng chi phối.^[33]

Tổ tiên của thực vật trên cạn đã tiến hóa dưới nước. Một lớp tảo đã hình thành trên đất liền 1.200 triệu năm trước, nhưng phải đến kỷ Ordovici (tức khoảng 450 triệu năm trước), thực vật trên cạn đầu tiên mới xuất hiện với mức độ tổ chức giống như ngành rêu.^[34][35] 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.^[36]

Thực vật trên cạn nguyên thủy bắt đầu phân loài vào cuối kỷ Silur (khoảng 420 triệu năm trước). Tiếp đến, các ngành rêu, thạch tùng và dương xỉ xuất hiện trong mẫu vật hóa thạch.^[37] 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.^[38]

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.^[39][40] 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).^[41] Sự kiện tuyệt chủng Permo-Tam Điệp đã thay đổi hoàn toàn cấu trúc của quần xã.^[42] Sự kiện có thể đã tạo tiền đề cho sự tiến hóa của thực vật có hoa ở kỷ Tam Điệp (~200 triệu năm trước), với hiện tượng phát tỏa thích nghi ở kỷ Phấn Trắng diễn ra nhanh đến nỗi Darwin gọi là một "bí ẩn kinh khủng".^[43][44][45] 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.^[46][47]

• 
  Lát cắt ngang thân của Rhynia (một loài thực vật trên cạn thời sơ khai), được bảo tồn trong phiến đá trầm tích Rhynie từ đầu kỷ Devon
• 
  Đến kỷ Devon, thực vật đã thích nghi với môi trường trên cạn bằng rễ và thân gỗ.
• 
  Ở kỷ Than Đá, dương xỉ đuôi ngựa như Asterophyllites sinh sôi mạnh ở các khu rừng đầm lầy.
• 
  Cây thông trở nên đa dạng và thường chiếm số đông trong kỷ Jura. Họ của Araucaria mirabilis.
• 
  Phát tỏa thích nghi ở kỷ Phấn Trắng tạo nên nhiều thực vật có hoa, như Sagaria ở họ Mao lương.

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.^[48] 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.^[49][50] Phân loại ngành Rêu có được sự hỗ trợ của Puttick vào năm 2018^[51] và bằng phát sinh hệ thống các loài liên quan đến bộ gen của rêu sừng (chúng cũng được giải trình tự).^[52][53]

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.^[54]

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.^[55]

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:^[56]

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

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.^[57][58][59]

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.^[60]

Sự sinh trưởng ở thực vật do tương tác của bộ gen với môi trường vật lý và sinh học của nó quyết định.^[61] Những yếu tố môi trường vật lý và sinh học gồm nhiệt độ, nước, ánh sáng, carbon dioxide và chất dinh dưỡng trong đất.^[62] 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.^[63]

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.^[64] 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.^[65]

Chung:

• Evans, L.T. (1998). Feeding the Ten Billion – Plants and Population Growth. Cambridge University Press.ISBN 0-521-64685-5ISBN 0-521-64685-5.
• Kenrick, Paul; Crane, Peter R. (1997). The Origin and Early Diversification of Land Plants: A Cladistic Study. Washington, D.C.: Smithsonian Institution Press. ISBN 1-56098-730-8ISBN 1-56098-730-8.
• Raven, Peter H.; Evert, Ray F.; Eichhorn, Susan E. (2005). Biology of Plants (7th ed.). New York: W.H. Freeman and Company. ISBN 0-7167-1007-2ISBN 0-7167-1007-2.
• Taylor, Thomas N.; Taylor, Edith L. (1993). The Biology and Evolution of Fossil Plants. Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice Hall. ISBN 0-13-651589-4ISBN 0-13-651589-4.

Ước tính và đếm số loài:

• International Union for Conservation of Nature and Natural Resources (IUCN) Species Survival Commission (2004). IUCN Red List The IUCN Red List of Threatened Species.
• Prance, G. T. (2001). “Discovering the Plant World”. Taxon. 50 (2, Golden Jubilee Part 4): 345–359. doi:10.2307/1223885. JSTOR 1223885.

• Index Nominum Algarum
• Interactive Cronquist classification. Archived 10 February 2006.
• Plant Resources of Tropical Africa. Archived 11 June 2010.
• Tree of Life. Lưu trữ 9 tháng 3 2022 tại Wayback Machine.

Cơ sở dữ liệu rau và thực vật

• African Plants Initiative database
• Australia
• Chilean plants at Chilebosque
• e-Floras (Flora of China, Flora of North America and others). Lưu trữ 19 tháng 2 2022 tại Wayback Machine.
• Flora Europaea
• Flora of Central Europe (tiếng Đức)
• Flora of North America. Lưu trữ 19 tháng 2 2022 tại Wayback Machine.
• List of Japanese Wild Plants Online. Lưu trữ 16 tháng 3 2022 tại Wayback Machine.
• Meet the Plants-National Tropical Botanical Garden. Archived 16 June 2007.
• Lady Bird Johnson Wildflower Center – Native Plant Information Network at University of Texas, Austin
• United States Department of Agriculture not limited to continental US species.