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).
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]
Khái niệm khác
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:
Thực vật theo nghĩa chặt chẽ nhất gồm rêu tản, rêu sừng, rêu và thực vật có mạch, cũng như thực vật hóa thạch tương tự các nhóm loài còn sót lại này (ví dụ: Metaphyta Whittaker, 1969,[8] Plantae Margulis, 1971).[9]
Thực vật xanh, hay còn gọi là Viridiplantae, Viridiphyta, Chlorobionta hoặc Chloroplastida
Thực vật theo nghĩa chặt chẽ gồm tảo lục, và thực vật trên cạn có ở bên trong chúng, kể cả charales. Mối quan hệ giữa các nhóm thực vật vẫn đang được nghiên cứu, và những cái tên đặt cho chúng cũng khác nhau đáng kể. Nhánh Viridiplantae tập hợp gồm một nhóm sinh vật sở hữu cellulose ở thành tế bào, nắm giữ diệp lục a và b cùng các lạp thể chỉ được hai màng liên kết có khả năng quang hợp và lưu trữ tinh bột. Nhánh này là đối tượng chính của bài viết này (ví dụ: Plantae Copeland, 1956).[10]
Lạp thể cổ, hay còn gọi là Plastida hoặc Primoplantae
Thực vật theo nghĩa rộng bao gồm thực vật xanh được liệt kê phía trên cộng với tảo đỏ (Rhodophyta) và tảo lục lam (Glaucophyta) - nơi cất trữ tinh bột Florideae bên ngoài lạp thể, nằm trong tế bào chất. Nhánh này gồm mọi sinh vật mà nhiều thiên niên kỷ trước, chúng lấy lục lạp sơ cấp trực tiếp nhờ nuốt chửng vi khuẩn lam (ví dụ, Plantae Cavalier-Smith, 1981).[11]
Thực vật theo nghĩa rộng nhất gồm các nhóm tảo, nấm và vi khuẩn không liên quan đến các phép phân loại cũ hơn hay đã lỗi thời (ví dụ: Plantae hay Vegetabilia Linnaeus 1751,[12] Plantae Haeckel 1866,[13] Metaphyta Haeckel, 1894,[14] Plantae Whittaker, 1969).[8]
Tiến hóa
Đa dạng
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]
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]
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]
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]
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.[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]
^Linnaeus, Carl (1751). Philosophia botanica (bằng tiếng Latin) (ấn bản thứ 1). Stockholm: Godofr. Kiesewetter. tr. 37. Lưu trữ bản gốc ngày 23 tháng 6 năm 2016.Quản lý CS1: ngôn ngữ không rõ (liên kết)
^Haeckel, Ernst (1866). Generale Morphologie der Organismen. Berlin: Verlag von Georg Reimer. vol. 1: i–xxxii, 1–574, plates I–II; vol. 2: i–clx, 1–462, plates I–VIII.
^Hall, John D.; McCourt, Richard M. (2014). “Chapter 9. Conjugating Green Algae Including Desmids”. Trong Wehr, John D.; Sheath, Robert G.; Kociolek, John Patrick (biên tập). Freshwater Algae of North America: Ecology and Classification (ấn bản thứ 2). Elsevier. ISBN978-0-12-385876-4.
^Earle, Christopher J. biên tập (2017). “Sequoia sempervirens”. The Gymnosperm Database. Lưu trữ bản gốc ngày 1 tháng 4 năm 2016. Truy cập ngày 15 tháng 9 năm 2017.
^Guiry, M.D. & Guiry, G.M. (2011), AlgaeBase : Charophyta, World-wide electronic publication, National University of Ireland, Galway, lưu trữ bản gốc ngày 13 tháng 9 năm 2019, truy cập ngày 26 tháng 7 năm 2011
^Crandall-Stotler, Barbara; Stotler, Raymond E. (2000). “Morphology and classification of the Marchantiophyta”. Trong Shaw, A. Jonathan; Goffinet, Bernard (biên tập). Bryophyte Biology. Cambridge: Cambridge University Press. tr. 21. ISBN0-521-66097-1.
^Goffinet, Bernard; William R. Buck (2004). “Systematics of the Bryophyta (Mosses): From molecules to a revised classification”. Monographs in Systematic Botany. 98: 205–239.
^Taylor, Thomas N. (tháng 11 năm 1988). “The Origin of Land Plants: Some Answers, More Questions”. Taxon. 37 (4): 805–833. doi:10.2307/1222087. JSTOR1222087.
^Rothwell, G. W.; Scheckler, S. E.; Gillespie, W. H. (1989). “Elkinsia gen. nov., a Late Devonian gymnosperm with cupulate ovules”. Botanical Gazette. 150 (2): 170–189. doi:10.1086/337763. JSTOR2995234.
^Farabee, M. C. “Plants and their Structure”. Maricopa Community Colleges. Bản gốc lưu trữ ngày 22 tháng 10 năm 2006. Truy cập ngày 7 tháng 3 năm 2023.
Raven, Peter H.; Evert, Ray F.; Eichhorn, Susan E. (2005). Biology of Plants (7th ed.). New York: W.H. Freeman and Company. ISBN0-7167-1007-2ISBN0-7167-1007-2.