植物学基础：从“界门纲目科属种”说起

路边的一棵树、餐桌上的一盘菜、花店里的一束花，背后都对应着一套严谨的“身份系统”。这个系列打算一种一种地介绍身边常见的植物。开始之前，先用这篇文章把最常用的基础概念梳理一遍：

• 植物是什么，哪些“植物”其实不是植物；
• 植物如何分类（界门纲目科属种）、如何命名（学名）；
• 植物界有哪几大类群；
• 一株开花植物由哪些部分组成，花的结构是什么样的。

后面每篇介绍具体植物时都会用到这里的概念，可以把本文当作整个系列的“说明书”。

文中的照片均来自中国数字植物标本馆（CVH）的《中国外来入侵和归化植物名录（2023 版）》专题，摄影：于胜祥。照片里都是原产国外、如今已在我国归化或入侵的植物，不少就生长在我们身边；点击照片可以打开对应的物种页面。

什么是植物

日常语言里的“植物”很宽泛。在植物学中，植物通常具有以下特征：

• 能进行光合作用：细胞里有叶绿体，含叶绿素 a 和 b，能利用光能把二氧化碳和水合成有机物，并释放氧气。
• 细胞有细胞壁：主要成分是纤维素。
• 大多固着生活：一旦扎根便不能移动，因此演化出了丰富的化学防御手段和种子传播策略。
• 有胚：陆生植物的受精卵在母体内发育成胚，并受到母体的保护和供养。这是它们与藻类的关键区别，所以陆生植物也叫有胚植物。

有些常被当作植物的生物，其实并不属于植物界：

• 蘑菇、木耳属于真菌界。真菌不能进行光合作用，细胞壁的主要成分是几丁质，在演化上反而离动物更近。
• 海带、裙带菜是褐藻，与植物的亲缘关系很远；紫菜是红藻，是否算作植物，取决于对“植物”的定义有多宽。
• 发菜、螺旋藻属于蓝藻（蓝细菌），是细菌而不是植物。

早年的教科书把生物分成动物和植物两界，真菌、细菌都被归入植物。1969 年惠特克（R. H. Whittaker）提出五界系统后，真菌才独立成界。

本系列所说的“植物”，主要指陆生植物：苔藓植物、蕨类植物、裸子植物和被子植物。

界门纲目科属种

七个主要阶元

生物分类就像一个层层嵌套的地址：国家、省、市、区、街道、门牌号。植物学中最常用的七个主要分类阶元（rank），由大到小依次是：

反过来，也可以从一种植物出发，看看与它共享的阶元越来越少时，植物的模样会怎样变化：

几点说明：

• 种是分类的基本单位。一般来说，同一个种的个体形态相似，彼此能自然交配并产生可育的后代。不过植物的种间杂交相当普遍，所以植物学家划分物种时，还会综合考虑形态、地理分布和 DNA 等多方面的证据。
• 越往上，范围越大、成员越多。苹果、桃、草莓都在蔷薇科里，它们彼此的亲缘关系比它们和向日葵近得多。
• 植物学传统上把“门”称为 division（拉丁文 divisio），动物学则用 phylum；现行的《国际藻类、菌物和植物命名法规》允许两者通用。
• 英语里有句记忆口诀：King Philip Came Over For Good Soup，七个首字母依次对应界、门、纲、目、科、属、种。中文的“界门纲目科属种”本身就很好记。

主要阶元之间的细分

七个主要阶元有时不够用，于是可以在它们之间插入更细的等级：

• 在主要阶元前加“亚”（sub-），如亚门、亚纲、亚目、亚科；
• 科与属之间可以设族（tribus），属以下可以设亚属、组（sectio）和系（series）；
• 种以下可以设亚种（subspecies，缩写 subsp.）、变种（varietas，缩写 var.）和变型（forma，缩写 f.）。

栽培植物还有一个特殊的等级：品种（cultivar）。它由《国际栽培植物命名法规》单独管理，品种名首字母大写，用单引号括起，并且不用斜体。

从词尾认出阶元

学名中，科及以上各级的名称都有固定的词尾，看到词尾就能判断它属于哪一级：

科名通常由该科的模式属名加上 -aceae 构成，例如蔷薇属 Rosa → 蔷薇科 Rosaceae，茄属 Solanum → 茄科 Solanaceae。属及以下的名称没有固定词尾。

有 8 个科是例外：它们保留了历史悠久的描述性名称，可以与规范名称通用。十字花科、伞形科、唇形科等中文科名，就源自这些描述性名称：

熟悉的“一家人”

分类越往下，成员之间越相似。从餐桌上就能找到不少例子：

• 蔷薇科：苹果、梨、桃、李、杏、樱桃、枇杷、山楂、草莓，再加上月季和玫瑰。它们的花大多有 5 枚花瓣和许多雄蕊，见过苹果花和桃花，就能明白它们为什么是“亲戚”。
• 茄科：番茄、马铃薯、茄子同属茄属（Solanum），辣椒、枸杞和烟草也是茄科成员。茄科植物普遍含有生物碱，发芽或变绿的马铃薯含有较多龙葵素（茄碱），不宜食用。
• 禾本科：水稻、小麦、玉米、高粱、甘蔗都属于禾本科，人类的主粮几乎都来自这个科。竹子也是禾本科植物，可以看作一类长得特别高大的“草”。

更有意思的是，下面这些外形迥异的蔬菜，其实是同一个种：甘蓝 Brassica oleracea。人们分别选育了它的不同部位，才有了今天的模样：

而大白菜和青菜（小白菜）则是同属的另一个种：Brassica rapa。

学名：植物的“身份证号”

为什么需要学名

同一种植物在不同地方常有不同的叫法，同一个名字在不同地方又可能指不同的植物：

• 马铃薯在北方多叫土豆，在西北和西南叫洋芋，在山西叫山药蛋；而在台湾，“土豆”指的是花生。
• 地瓜在北方和福建多指番薯，在四川、重庆则多指豆薯（凉薯）。
• 中文里的玫瑰、月季、蔷薇是不同的植物，英文却统称 rose。花店里卖的“玫瑰”，大多是杂交选育出来的现代月季品种。
• 街头常见的法国梧桐其实是悬铃木（多为二球悬铃木），与中国诗词里的梧桐亲缘很远：前者属于悬铃木科，后者在新系统中归入锦葵科（旧称梧桐科）。

为了避免混乱，植物学家给每个物种起一个全世界通用的学名（scientific name）：一个物种只有一个正确的学名，一个学名也只指代一个物种。

中文名同样有规范。《中国植物志》、植物智等资料为每种植物确定了中文正名，例如在植物智中，月季的正名是“月季花”，荷花的正名是“莲”。

双名法

现行的植物学名采用瑞典博物学家林奈（Carl Linnaeus，1707–1778）推广的双名法：每个物种的学名由属名和种加词两部分组成，用拉丁文或拉丁化的词书写。林奈 1753 年出版的《植物种志》（Species Plantarum）被定为现代植物命名的起点。

书写学名时有几条约定：

• 属名首字母大写，种加词全部小写，二者都用斜体（手写时可以在下方画线代替）。
• 命名人用正体，常用缩写，如 L. 代表林奈；不需要严格引证时可以省略。
• 同一篇文章中，属名再次出现时可以缩写为首字母，如 R. chinensis。
• 只鉴定到属时写作 Rosa sp.（泛指该属的多个种时用 spp.）。
• 杂交种在种加词前加“×”，如二球悬铃木 Platanus × acerifolia。

种加词往往描述植物的特征或产地。认识几个常见的种加词，看到学名就能猜出一二：

拉丁文的形容词要与属名的性别保持一致，所以同一个词会有不同的词尾，如 sativa / sativum、japonica / japonicum。

学名也会变

随着研究的深入，学名有时会改变。番茄最早被林奈命名为 Solanum lycopersicum，1768 年被移入新设的番茄属，改名为 Lycopersicon esculentum；后来 DNA 研究证实番茄确实是茄属的成员，于是又改回了 Solanum lycopersicum。

所以查资料时如果看到不同的学名，未必是谁写错了，可能只是新旧名称（异名）的差别。

植物界的主要类群

陆生植物在 4 亿多年前由淡水中的绿藻演化而来。按照分化的先后，可以分为四大类群：

几个值得一提的细节：

• 苔藓能在岩石、树皮等贫瘠的地方生长，帮助积累土壤。泥炭藓死后层层堆积，形成了泥炭。
• 蕨类曾在 3 亿多年前的石炭纪形成高大的森林，今天开采的煤炭有很大一部分就来自这些古老的植物。传统所说的“蕨类植物”其实包括两支：石松类（如卷柏）和真蕨类（如肾蕨）。
• 银杏的“白果”是种子而不是果实，外面那层有臭味的“果肉”其实是肉质的外种皮。银杏是银杏门唯一现存的物种。
• 松果是松的球果，由雌球花发育而来，种子就藏在一片片木质的种鳞之间。
• 被子植物是今天最繁盛的类群，约 30 万种，占陆生植物的绝大多数。

此外还有几种常见的归类说法：苔藓和蕨类用孢子繁殖，属于孢子植物；裸子植物和被子植物用种子繁殖，合称种子植物；蕨类和种子植物都有维管组织，合称维管植物。较早的教材还把藻类、菌类和地衣称为“低等植物”，把苔藓、蕨类和种子植物称为“高等植物”。

被子植物的身体

六大器官

一株典型的被子植物由根、茎、叶、花、果实、种子六类器官组成。前三者负责植物自身的生长，称为营养器官；后三者与繁殖有关，称为生殖器官。

下表列出了各器官的主要功能。为了适应特殊的功能，器官常常发生“变态”；我们吃的蔬菜和水果，就来自各种不同的器官：

马铃薯和番薯都长在地下，却一个是茎、一个是根。区分的关键是马铃薯表面的“芽眼”：芽眼呈螺旋状排列，每个芽眼都是茎节上的芽，所以马铃薯是变态的茎（块茎）。番薯虽然也能长出芽，但那是根上的不定芽，番薯本身是根膨大形成的块根。

观赏植物里也有不少“伪装”：仙人掌的刺是变态的叶，绿色的肉质茎接管了光合作用；豌豆的卷须由叶变来，葡萄的卷须则由茎变来；一品红和叶子花（三角梅）最鲜艳的部分是苞片，真正的花很小，藏在苞片中间。

花的结构

花是被子植物最显著的特征，也是分类最重要的依据：与根、茎、叶相比，花的结构更稳定，不容易随环境改变。

一朵完全花由四部分组成，由外向内依次着生在花梗顶端的花托上：

1. 花萼（calyx）：由萼片组成，通常是绿色的，在花蕾期保护花的内部。
2. 花冠（corolla）：由花瓣组成，常常色彩鲜艳或带有香气，用来吸引昆虫等传粉动物。花萼和花冠合称花被。
3. 雄蕊（stamen）：由花药和花丝组成，花药里产生花粉。
4. 雌蕊（pistil）：由柱头、花柱和子房组成，子房里有胚珠。

缺少其中任何一部分的花称为不完全花。例如黄瓜、南瓜的花分为雄花和雌花，只有雌花才能结出瓜来。

传粉之后，花粉在柱头上萌发，长出花粉管，穿过花柱进入胚珠。花粉管带来两个精子：一个与卵细胞结合，发育成胚；另一个与两个极核结合，发育成胚乳。这种能形成胚乳的双受精，是被子植物特有的现象。受精之后，花的各部分各有去处：

不少“果实”和我们的直觉不同：草莓表面一粒粒的“籽”才是真正的果实（瘦果），我们吃的红色部分是膨大的花托；玉米、小麦、稻谷的每一粒都是一个完整的果实（颖果）；向日葵的“瓜子”也是果实，剥开后的瓜子仁才是种子。

单子叶植物与双子叶植物

被子植物传统上分为单子叶植物和双子叶植物两大类。它们的区别不只在子叶的数目，还体现在叶脉、茎、花和根上：

其中维管束的排列方式影响最大。双子叶植物的维管束排成一圈，其中的形成层能不断产生新细胞，所以木本的双子叶植物能逐年加粗，形成年轮。单子叶植物的维管束散生，通常没有形成层：竹笋出土时有多粗，竹子长成后大致就有多粗，竹竿上也没有年轮。

需要说明的是，DNA 研究表明“双子叶植物”并不是一个自然类群。其中绝大多数属于真双子叶植物（约占全部被子植物的四分之三），其余则是木兰、樟、胡椒、睡莲等较早分化的类群；单子叶植物则是一个自然类群。不过在日常识别中，这种二分法依然很实用。

分类系统在不断更新

不同书籍和网站对同一种植物的分类常常不一致，原因在于分类系统本身一直在发展。它大致经历了三个阶段：

1. 人为分类：按用途或少数显眼的特征分类。明代李时珍的《本草纲目》（1578 年成书）把植物分为草、谷、菜、果、木五部；林奈的“性系统”主要依据雄蕊的数目和排列，把植物分为 24 纲，简单好用，却常常把亲缘很远的植物放在一起。
2. 自然分类：19 世纪以后，植物学家尝试依据形态特征反映植物间的亲缘关系，先后提出了恩格勒（Engler）、哈钦松（Hutchinson）、塔赫他间（Takhtajan）、克朗奎斯特（Cronquist）等系统。《中国植物志》的被子植物部分大体采用恩格勒系统。
3. 分子系统学：20 世纪末以来，DNA 序列成为判断亲缘关系的主要依据。被子植物系统发育研究组（APG）从 1998 年起发布了一系列分类系统，目前通行的是 2016 年的 APG IV；石松类和蕨类也有相应的 PPG I 系统。

新系统带来了不少意外：

• 莲（荷花）过去被放在睡莲科，因为二者都是水生植物，叶片和花朵都很相似。DNA 证据却表明它们只是“形似”：莲的近亲是悬铃木和山龙眼，三者同属山龙眼目；睡莲则是最早分化出来的被子植物类群之一。于是前文提到的“法国梧桐”成了荷花的亲戚，反倒与梧桐关系很远。
• 梧桐科、椴树科、木棉科都并入了锦葵科，梧桐、椴树、木棉因此和棉花、木槿成了同科成员。
• 过去的百合科被拆分成了多个科：百合、郁金香仍在百合科，葱、蒜、韭菜移入了石蒜科，芦荟则移入了阿福花科。

本系列的约定：被子植物的目和科采用 APG IV 系统，中文名和学名以植物智为准；与《中国植物志》的处理不同时，会在文中注明。

怎样查一种植物

• 植物智（iplant.cn）：可以查中文正名、学名和分布，也能在线阅读《中国植物志》和 Flora of China。
• 《中国植物志》：全书 80 卷 126 册，2004 年出齐，记载了我国维管植物 301 科 3408 属 31142 种，是查阅中国植物的权威著作。它的英文修订版 Flora of China 于 2013 年完成。
• POWO（Plants of the World Online）：由英国皇家植物园邱园维护，可以查询全球植物的接受名和异名。
• 中国数字植物标本馆（CVH）：汇集了全国各标本馆的植物标本图像，还有专题图库，本文的照片就来自其中的外来入侵和归化植物专题。
• iNaturalist、中国自然标本馆（CFH）：上传照片，与爱好者和专家一起讨论鉴定。
• 识花 App（如花伴侣、形色）：适合快速初步识别，结果最好再对照资料核实。

拍照时尽量拍全：整株的样子、叶的正反面、花的正面和侧面、果实，以及茎上的刺、毛、乳汁等特征。花和果实往往是鉴定的关键。

不要只凭外形采食野生植物。伞形科里既有胡萝卜、芹菜、芫荽（香菜）、茴香这样的常见蔬菜，也有毒芹、毒参这样的剧毒植物，它们的叶子和伞形花序看起来十分相似。古希腊哲学家苏格拉底就是饮下毒参汁而死的。

写在最后

有了这些基础，后面每篇介绍植物时，都会先给出它的分类地位和学名，再从形态特征、识别要点、分布、用途和文化故事等方面展开。下一篇见。