Các yếu tố và quá trình phát triển ở thực vật có hoa

MỞ ĐẦU
Sinh học phát triển là một môn học trong sinh học, mới được hình thành
và phát triển từ thập kỷ 70 của thế kỷ XX trở lại đây. Nhưng nó đã nhanh chóng
trở thành một trong những vấn đề trung tâm của sinh học hiện đại. Bởi vì người
ta cho rằng sau khi phát hiện mã di truyền thì bước tiếp theo là nghiên cứu sự
thực hiện thông tin di truyền trong quá trình phát triển của cơ thể. Đó là mối
quan hệ giữa gen và các thông tin điều khiển ở từng gian đoạn phát triển của cơ
thể. Nghiên cứu sinh học phát triển có ý nghĩa vô cùng quan trọng về mặt lý
luận và thực tiễn. Làm sáng tỏ các hiện tượng, cơ chế, mà mối tương quan giữa
các quá trình để điều khiển sự phát triển của sinh vật phục vụ cho lợi ích của con
người.
Tiến hoá luận hiện đại giúp ta hiểu rõ phần lớn các hiện tượng và cơ chế
điểu khiển quá trình phát triển cơ thể sinh vật theo yêu cầu lợi ích của con
người ứng dụng trong y học, nông lâm thì lại chính là nhiệm vụ của sinh học
phát triển.
Từ thực tiễn đó tôi tiến hành nghiên cứu đề tài “ Các yếu tố và quá trình phát
triển ở thực vật có hoa”.
1
Phần 1: Cơ sở lý luận
1. Các khái niệm liên quan đến sinh học phát triển
1.1. Phát triển
Phát triển là sự biến đổi, vận động đi lên, có tích chất cách mạng của vật
chất. Phát triển là sự thay đổi đặc tính là trạng thái của vật chất trong quá trình
vận động để đạt được một trạng thái cao hơn. Như vậy phát triển được hiểu như
một dãy những biến đổi cấp tiến đưa vật chất trở nên ngày càng phức tạp hơn,
hoàn thiện hơn.
Khái niệm phát triển được hiểu ở nhiều lĩnh vực khác nhau: phát triển kinh
tế, phát triển xã hội, phát triển lịch sử.
- Phát triển chủng loại: dùng để chỉ sự ra đời từ một nguồn gốc chung, tổ
tiên cùng ban đầu, sau đó xuất hiện các sinh vật có tổ chức có cấu trúc và hoạt
động ngày càng cao hơn, phức tạp hơn, thích nghi với các điều kiện sống thay

đổi.
- Phát triển cá thể: là sự biến đổi về các đặc điểm cấu trúc hình thái và các
hoạt động sinh lý, hành vi, tâm lý của một cá thể sinh vật từ lúc hợp tử được
hình thành hay từ lúc tách rời khỏi cơ thể mẹ cho đến lúc chết.
1.2. Sinh trưởng
Là sự tăng kích thước và khối lượng của sinh vật ở giai đoạn đang lớn.
Trong hai chỉ tiêu này thì chỉ tiêu tăng kích thước phán ánh quá trình sinh
trưởng một cách khách quan hơn vì nó ít phụ thuộc vào các yếu tố ngoại cảnh
như dinh dưỡng hay bệnh lý.
1.3. Sinh sản
Là quá trình tạo ra các cá thể mới thay thế các cá thể già và chết, duy trì
sự phát triển liên tục qua các thế hệ, bảo đảm các yếu tố di truyền cho thế hệ
sau, sự ổn định và phát triển của quần thể.
Sinh sản là một trong những tính chất đặc trưng nhất, phức tạp nhất của sự
sống. Trong quá trình tiến hoá một trong những yếu tố quan trọng hàng đầu
2
đó là chọn lọc và thích nghi sinh sản. Trong đấu tranh sinh tồn, những cá thể
những quần thể chiến thắng là những quần thể những cá thể sinh sản tốt hơn,
số lượng tăng nhanh hơn, chiếm ưu thế về số lượng và lãnh thổ. Hướng chọn
lọc này đã dẫn đến kết quả là các đặc tính về cấu tạo hình thái, sinh lý, hành
vi, tập tính đều thay đổi theo hướng phục vụ cho sinh sản.
1.4. Phát dục
Là sự biến đổi về số lượng và chất lượng của cơ thể nói chung và cơ quan
sinh dục nói riêng để đạt được khẳ năng và đủ điều kiện thực hiện quá trình sinh
sản, là sự thành thục về tính của các giao tử, có khẳ năng thụ tinh.
Phát dục là những biểu hiện bên ngoài và bên trong của cơ thể sinh vật như
biến đổi về hình thái, các tuyến sinh dục, những đặc điểm sinh dục nguyên phát
và thứ phát. Sự thành thục về sinh dục và phát dục chỉ xuất hiện khi sinh vật đã
sinh trưởng và phát triển đến một giới hạn nhất định, một giai đoạn nhất định, cơ
quan sinh dục của chúng mới có khả năng tạo ra những tế bào sinh dục đảm bảo

thụ tinh có kết quả. Như vậy phát dục liên quan đến sinh trưởng và phát triển,
sinh sản.
2. Cơ sở của sự phát triển cá thể
Sự phát triển của cơ thể có cơ sở phân tử là các hoạt động của gen và quá
trình sao chép ADN, tổng hợp protein, từ đó tạo ra sự phân hoá tế bào ở các mức
độ khác nhau. Cơ sở tế bào của phát triển cá thể là sự phân bào.
Cơ sở phân tử của sự phát triển cá thể được thể hiện qua sự phân hoá và tác
động của gen. Cơ sở di truyền của sự phân hoá là nguyên phân, nhờ nguyên
phân các vật chất di truyền được phân chia cho các tế bào con. Do vậy, các tế
bào của các mô khác nhau được phân hoá có kiểu gen giống nhau. Việc nghiên
cứu hoạt tính phân hoá của các gen và xác định các khâu trung gian trong chuỗi
gen- tính trạng là vấn đề chủ yếu trong việc nghiên cứu cơ sở di truyền của sự
phát triển cá thể.
3. Cở sở tế bào của sự phát triển cá thể
3
Tế bào được xem là đơn vị cấu trúc và chức năng của sự sống. Phát triển là
một trong những đặc trưng của cơ thể dựa trên cơ sở của những đơn vị sống. Do
đó cơ sở của sự phát triển ở mức độ tế bào chính là hoạt động phân chia tế bào.
Chu kỳ tế bào là thời gian tồn tại của tế bào từ lúc được tạo thành do kết quả của
sự phân chia của tế bào mẹ cho đến lần phân chia của chính nó. Các loại tế bào
khác nhau, giai đoạn sinh trưởng và phát triển khác nhau thường có chu kì khác
nhau.
3.1. Phân bào nguyên phân
Đó là hoạt động phân chia nhân và tế bào chất nhưng không làm thay đổi bộ
nhiễm sắc thể ban đầu. Bản thân nguyên phân kéo dài trong 4 kỳ, được xác định
theo các chỉ tiêu tế bào học.
- Kỳ trước: màng nhân tiêu biến, các sợi nhiễm sắc xoắn chặt và hình thành
các nhiễm sắc thể kép riêng biệt, mỗi NST gồm 2 NST đơn đính nhau ở tâm
động. Thoi vô sắc được hình thành từ các vi ống và protein liên kết.
- Kỳ giữa: mỗi NST kép tập trung thành một hàng trên mặt phẳng xích đạo

của thoi vô sắc, mỗi NST đính với một sợi tơ vô sắc.
- Kỳ sau: các NST kép tách nhau ra ở tâm động thành 2 nhiễm sắc thể đơn,
mỗi NST đơn trượt về một cực của tế bào trên thoi vô sắc.
- Kỳ cuối: nhân mới bắt đầu hình thành ở hai cực của tế bào, các NST ruỗi
ra, thoi vô sắc biến mất.
Quá trình phân chia tế bào chất, thường được tiến hành theo tiến trình của kỳ
cuối để tạo nên 2 tế bào con tách rời nhau hoàn toàn. Ngau sau khi kết thúc
nguyên phân.
Sự phân bào ở tế bào động vật và thực vật diễn ra khác nhau. Tế bào động
vật thực hiện sự phân chia tế bào chất theo cách gọi là phân cắt. Tế bào thực vật
sự tách hai tế bào con được thực hiện theo cách như sau: trước tiên, các túi màng
đơn được tách ra từ thể gôngi mang nguyên liệu tạo vách tế bào được tập hợp tại
phần giữa (mặt phẳng xích đạo) của tế bào mẹ. Tiếp đó các túi này dính liền
nhau tạo nên các đĩa có màng bao quanh, gọi là bản tế bào (bản giữa). Bản tế
bào này lớn lên tích luỹ ngày càng nhiều nguyên liệu xây dựng vách tế bào rồi
4
liên kết với vách tế bào mẹ, cuối cùng bản tế bào liên kêt với màng sinh chất
hình thành vách tế bào sơ cấp ngăn cách 2 tế bào con.
3.2. Phân bào giảm phân
Giảm phân là quá trình giảm số lượng NST lưỡng bội (2n) thành đơn bội (n).
giống với nguyên phân giảm phân cũng trải qua chính các kỳ cùng tên: kỳ trung
gian, kỳ trước, kỳ giữa, kỳ sau, kỳ cuối.
Khác với nguyên phân, giảm phân trải qua 2 lần phân bào gọi là giảm phân I,
giảm phân II liên tiếp, trong đó hoạt động của NST của giảm phân II cơ bản
giống trong nguyên phân
Kết quả từ một tế bào mẹ tạo ra 4 tế bào con.
4. Sinh trưởng của tế bào
Sinh trưởng của tế bào gồm 2 pha:
+ Pha phân chia
+ Pha kéo dài, pha giãn

4.1. Pha phân chia
Khác với động vật sự phân chia tế bào thực vật chỉ sảy ở tế bào mô phân
sinh. Trong pha phân chia, tế bào bắt đầu sự tồn tại từ thời điểm xuất hiện do sự
phân chia của tế bào mẹ. Sau đó, tế bào lớn lên đạt được kích thước của tế bào
thì phân chia.
Mô phân sinh đỉnh nằm ở chồi ngọn, chồi bên, đầu rễ. Các tế bào sinh trưởng
trong mô phân sinh đỉnh phân chia làm tăng số lượng tế bào đó là sinh trưởng sơ
cấp.
Mô phân sinh lóng nằm ở đốt cây hoà thảo, Cau , Dừa, Tre... Sinh trưởng
của các tế bào ở mô phân sinh lóng làm cho đốt dài ra, cây vươn cao lá dài ra...
Mô phân sinh tiền tượng tầng nằm giữa libe và bó mạch. Hoạt động của mô
phân sinh này làm cho cây tăng trưởng về đường kích thân, cành, rễ... đó là sinh
trưởng thứ cấp.
Sự phân chia tế bào bắt đầu từ khi nhân bắt đầu phân chia (sự phân chia
nhân) là sự kiện quan trọng nhất, liên quan đến sự tái tổ chức, cấu trúc tế bào, có
thể quan sát dưới kính hiển vi, trong khi kỳ trung gian thì không quan sát được.
5
Sau đó xuất hiện màng polysacarit ở giữa tế bào chia tế bào thành 2 phần. Màng
này nhanh chóng tăng trưởng hình thành vách tế bào.
Có những trường hợp phân chia mà vách tế bào không hình thành kết quả hình
thành tê
Đặc trưng của phân chia tế bào là để quá trình này diễn ra thuận lợi cần có các
hoóc mon hoạt hoá sự phân chia, xytokynin. Ngoài ra, auxin và gibeligin cũng
có vai trò khích thích nhất định trong quá rình phân chia.
Sau khi tế bào phân chia từ 3-5 lần, các tế bào chuyển sang pha sinh trưởng
kéo dài trừ những tế bào khởi đầu của mô phân sinh vẫn tiếp phân chia.
4.2. Pha kéo dài
Đầu tiên của giai đoạn kéo dài là sự xuất hiện không bào. Không bào lúc
đầu có khích thước nhỏ, số lượng nhiều. Các không bào nhỏ liên kết với nhau
thành những không bào to hơn, tạo nên một không bào duy nhất có khích thước

lớn, chiếm 90% thể tích tế bào. Sự xâm nhập của nước vào không bào gây nên
sức trương lớn, giúp cho tế bào giãn nhanh bằng cách tạo lực đẩy lên thành tế
bao, làm cho các vi sợi xeluluro vốn đã bị cắt đứt các liên kết, trượt lên nhau
làm cho các tế bào giãn ra.
Việc tăng cường tổng hợp xenluloro, pectin, hemikeluloro tạo nguyên liệu
xây dựng thành tế bào mới (vách tế bào thứ cấp).
Điều kiện quan trọng nhất là sự có mặt của các phyto hormon khích thích
sự giãn tế bào. IAA, xytokinin, người ta cho rằng, sự biến đổi hàm lượng và
tương quan giưã các phyto hormon và các chất nhận chúng có vai trò quan
trọng.
Các tế bào ngừng phân chia chuyển sang pha sinh trưởng kéo dài – kiểu
sinh trưởng này chỉ tồn tại ở thực vật. Nó là cơ chế quan trọng bảo đảm tăng
diện tích bề mặt lá, chiều dài thân và hệ thống rễ. Đặc điểm của kiểu sinh trưởng
này là thể tích của tế bào tăng nhờ sự hình thành không bào lớn. Nhờ có nồng độ
cao của các chất có thẩm thấu trong dịch bào mà không bào hút được nước.
Cùng với sự gia tăng thể tích không bào, vách tế bào.
5. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của thực
vật bậc cao
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đế sự sinh trưởng và phát triển của sinh vật,
nó phụ thuộc vào cường độ, liều lượng mà các yếu tố đó tác động vào.
a. Các yếu tố vô sinh
6
- Nhiệt độ: Có ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến đời sống của sinh vật
thông qua sự biến đổi của các yếu tố khác như lượng mưa, băng tuyết, độ ẩm,
lượng gió bốc hơi.
Liên quan với điều kiện nhiệt độ, loài thực vật chia thành loài ưa lạnh sống ở
những nơi nhiệt độ thấp và những loài ưa nhiệt sống ở nhiệt độ cao. Sống ở nơi
có nhiệt độ cao quá trình trao đổi chất của cơ thể diễn ra mạnh hơn, tuổi thọ
thường thấp hơn.
- Nước: Là một trong những chất khoáng quan trọng của cây trồng. Ảnh

hưởng trực tiếp đến sự sinh trưởng và phát triển của thực vật. Đối với thực vật ,
thoát hơi nước được coi là một chiến lược của sự tồn tại. Nói chung lượng chất
hữu cơ tích luỹ được tỷ lệ thuận với lượng nước bốc hơi qua lá. Ở những nơi
không khí quá ẩm, nhất là những tán rừng nhiệt đới thường xuất hiện các dạng
sống bì sinh, ký sinh.
- Ánh sáng
Được coi là yếu tố sinh thái vừa có tác dụng giới hạn, vừa có tác dụng điều
chỉnh. Ánh sáng trắng được coi là nguồn dinh dưỡng của cây xanh.Thực vật chia
làm 3 nhóm sinh thái: nhóm ưa sáng, nhóm ưa bóng và nhóm chựi bóng, do đó ở
thảm thực vật xuất hiện sự phân tầng của các cây thích ứng với các cường độ
chiếu sáng khác nhau.
- Đất
Được xem là môi trường sống, hệ sinh thái đặc trưng không thể thiếu của thực
vật.
- Không khí
Cây xanh thu nạp CO
2
, nhưng thải ra O
2
trong quá trình quang hợp, ngược
lại, khi hô hấp mọi sinh vật đều sử dụng O
2
nhưng thải ra CO
2
duy trì sự ổn định
của tỷ số CO
2
/O
2
cho đến thời kỳ cách mạng công nghiệp. Hiện nay tỷ số này

đang ra tăng do hàm lượng CO
2
bởi các hoạt động công nghiệp.
b. Các yếu tố hữu sinh
Sư ảnh hưởng của các yếu tố sinh học lên sinh vật chính là các mối quan hệ của
sinh vật với sinh vật trong nội bộ loài và khác loài. Trong những mối quan hệ
7
như thế loài này (hay cá thể này) có thể làm lợi hoặc có thế gây bất lợi cho
những loài hay cá thế khác có quan hệ với nó. Mối quan hệ sinh học trong cùng
loài hay khác loài rất đa dạng, có thể gộp thành hai nhóm chính: Các mối tương
tác dương, trong đó thế nào cũng có ít nhất một loài có lợi, không loài nào bị hại
và các mối tương tác âm, trong đó có ít nhất một loài bị hại, không có loài nào
được lợi. Các mối quan hệ cơ bản
Quan hệ trung tính
Quan hệ hãm sinh
Quan hệ canh tranh
- Quan hệ hội sinh
Quan hệ cộng sinh
8
Phần II: Quá trình phát triển của thực vật bậc cao
1. Nguồn gốc và tiến hoá của Thực vật bậc cao
Về phương diện tiến hoá, Thực vật bậc cao là một nhóm trẻ xuất phát từ
Thực vật bậc thấp (Tảo). Vấn đề nguồn gốc của chúng có quan hệ chặt chẽ
với sự xen kẽ thế hệ. Chúng chỉ có thể phát sinh từ những Tảo có xen kẽ thế
hệ rõ ràng. Đó là các ngành Tảo lục, Tảo nâu và Tảo đỏ. Nhưng nhóm Tảo
nào là nguồn gốc của Thực vật bậc cao đầu tiên thì hiện vẫn chưa đủ tài liệu
để chứng minh.
Một số nhà thực vật học trong đó có Bower (1933) cho rằng Thực vật bậc
cao đi ra từ tảo lục, với lý do sau đây: giữa Tảo lục và thực vật bậc thấp có
một vài điểm giống nhau như chất màu quang hợp và sản phẩm được tạo

thành, sự có mặt của chất cutin của túi giao tử đa bào ở một vài tảo lục, sau
nữa tảo lục có xen kẽ thế hệ trong chu trình sống .
Họ cho rằng thể bào tử ở Thực vật bậc cao là một tổ chức mới được hình
thành do sự thích nghi với điều kiện sống trên cạn.
Một số khác phản đối quan điểm này, lý do là có nhiều loài Tảo trong chu
trình sống sự xen kẽ thế hệ có thể bào tử phát triển. Điều này chứng tỏ rằng
thể bào tử không phải là một tổ chức mới được hình do sự thích nghi với điều
kiện sống trên cạn của Thực vật bậc cao, mà đã có từ tổ tiên của chúng tức là
từ tảo.
9
Từ đó một số các tác giả đề xuất ý kiến cho rằng nguồn gốc của thực vật
bậc cao là từ tảo nâu, với lý do sau:
- Trong quá trình phát triển tiến hoá, cơ thể Tảo nâu có thể phân hoá một số
mô khác nhau trong đó có mô dẫn và tản đạt kích thước lớn.
- Một số Tảo nâu có hình thành túi giao tử đa bào. Điều này khiến ta nghĩ
rằng từ đó có thể phát triển cơ quan sinh sản đa bào ở Thực vật bậc cao.
- Nhiều Tảo nâu có xen kẽ hình thái giống nhau hoặc khác nhau, trong khi
đó một trong những Thực vật bậc cao đầu tiên (ngành Thông lá) hình như
cũng có xen kẽ hình thái giống nhau.
Tuy nhiên khi kết luận Tảo nâu là tổ tiên của Thực vật bậc cao cần phải
chú ý rằng: ở những dạng Tảo nâu đặc biệt phát triển cao thì tổ chức có mức
độ tiến hoá còn cao hơn những dạng Thực vật bậc cao đầu tiên. Ngoài ra còn
một vài điểm đáng chú ý nữa: ở Tảo nâu có chất màu và chất dự trữ khác so
Thực vật bậc cao (chất màu là diệp lục a, b và chất dự trữ là tinh bột), giao tử
đực ở Tảo nâu không có nhiều roi như phần lớn Thực vật bậc cao. Sau cùng,
những đại diện đầu tiên của ngành Rêu như ở lớp Rêu sừng cơ thể cấu tạo
giống Tảo lục.
Từ những điều trên chứng tỏ rằng vấn đề cụ thể của Thực vật bậc cao còn
chưa rõ ràng. Tuy nhiên, có thế tin chắc rằng Thực vật bậc cao xuất phát từ
một dạng tổ tiên nào đó thuộc ngành Tảo.

Khi chuyển lên đời sống ở cạn, các tổ tiên của Thực vật bậc cao còn phụ
thuộc vào môi trường mà phát triển thành hai dòng tiến hoá: tiến hoá đơn bội
và tiến hoá lưỡng bội
Dòng thứ nhất tiến hoá theo hướng thể giao tử chiếm ưu thế so với thể bào
tử, cho ra ngành Rêu, ngành này tiến hoá cơ thể dạng tản đến dạng thân, lá .
Dòng thứ hai, theo hướng thể bào tử chiếm ưu thế, hình thành tất cả các Thực
vật bậc cao khác. Dòng này phát triển xa hơn, tới những dạng có tổ chức cao
nhất như: Hạt trần, Hạt kín.
* Nguồn gốc của thực vật hạt kín
10
Sự tiến hóa của giới thực vật đó theo xu hướng thiết lập các loài thực vật với
kiểu cách phát triển cố định và phù hợp với sự thay đổi của sự sống trên mặt đất,
và thực vật hạt kín là biểu hiện cao nhất của quá trỡnh tiến húa này. Chúng tạo
thành thảm thực vật chủ yếu trên bề mặt Trái Đất trong kỷ nguyên hiện tại. Thực
vật hạt kín được tỡm thấy từ hai địa cực tới xích đạo, khi mà sự sống của thực
vật là có thể duy trỡ được. Chúng cũng rất phổ biến trong các vùng nông của các
con sông và các hồ nước ngọt, cũng như có ít hơn về mặt số lượng loài trong các
hồ nước mặn hay trong lũng đại dương. Tuy nhiên, các loài thực vật hạt kín thủy
sinh không phải là các dạng nguyên thủy mà được phát sinh ra từ các dạng tổ
tiên trung gian trên đất liền. Gắn liền với sự đa dạng về nơi sinh sống là sự dao
động lớn về hỡnh thỏi chung và kiểu sinh trưởng. Chẳng hạn, các loại bèo tấm
quen thuộc che phủ bề mặt các ao hồ gồm có các chồi nhỏ màu xanh lục dạng
"tản", gần như không thể hiện sự phân biệt giữa các phần - thân và lá, chúng có
một rễ đơn mọc theo chiều đứng xuống dưới nước. Trong khi đó, các cây thân
gỗ lớn trong rừng có thân cây, có lẽ là sau hàng trăm năm, đó phỏt triển thành
một hệ thống trải rộng bao gồm cỏc cành và nhỏnh, mang theo nhiều cành con
hay nhánh nhỏ với hằng hà sa số lá, trong khi dưới lũng đất thỡ hệ thống rễ trải
rộng nhiều nhỏnh cũng chiếm một diện tớch đất tương đương. Giữa hai thái cực
này là mọi trạng thái có thể tưởng tượng được, bao gồm các loại cây thân thảo
trên mặt đất và dưới nước, là các loại cây thân bũ, mọc thẳng hay dõy leo về

cỏch thức phỏt triển, cõy bụi hay cõy thõn gỗ nhỏ và vừa phải và chỳng cú sự đa
dạng hơn nhiều so với các ngành khác của thực vật có hạt, chẳng hạn như ở thực
vật hạt trần.
Các chứng cứ đầu tiên về sự xuất hiện của thực vật hạt kín được tỡm thấy trong
cỏc mẫu húa thạch cú niờn đại khoảng 140 triệu năm trước, trong thời kỳ của kỷ
Jura (203-135 triệu năm trước). Dựa trên các chứng cứ hiện tại, dường như là
các tổ tiên của thực vật hạt kín và ngành Dây gắm (Gnetophyta) đó tỏch ra khỏi
nhau vào cuối kỷ Trias (220-202 triệu năm trước). Các thực vật hóa thạch với
một số đặc trưng có thể xác định thuộc về thực vật hạt kín xuất hiện trong kỷ
11
Jura và đầu kỷ Phấn trắng (kỷ Creta) (135-65 triệu năm trước), nhưng chỉ có
dưới một số rất ít hỡnh thỏi thụ sơ. Hóa thạch sớm nhất của thực vật hạt kín,
Archaefructus liaoningensis, có niên đại khoảng 125 triệu năm trước
[3]
. Phấn
hoa, được coi là liên quan trực tiếp tới sự phát triển của hoa, được tỡm thấy
trong húa thạch cú lẽ cổ tới 130 triệu năm. Sự bùng nổ mạnh của thực vật hạt
kín (khi có sự đa dạng lớn của thực vật hạt kín trong các mẫu hóa thạch) đó diễn
ra vào giữa kỷ Phấn trắng (khoảng 100 triệu năm trước). Tuy nhiên, một nghiên
cứu trong năm 2007 đó ước tính sự phân chia của 5 trong số 8 nhóm gần đây
nhất (chi Ceratophyllum, họ Chloranthaceae, thực vật hai lá mầm thật sự,
magnoliids, thực vật một lá mầm) đó xảy ra khoảng 140 triệu năm trước
[4]
. Vào
cuối kỷ Phấn trắng, thực vật hạt kín dường như đó trở thành nhúm thống trị
trong số thực vật trên đất liền, và nhiều thực vật hóa thạch có thể nhận ra được
là thuộc về các họ ngày nay (bao gồm dẻ gai, sồi, thích, mộc lan) đó xuất hiện.
2. Những hiểu biết mới về sự tiến hoá của cây hạt kín đầu tiên
Khoảng 130 năm trước, Charles Darwin miêu tả nguồn gốc xuất hiện
của thực vật có hoa (tên gọi khác là thực vật hạt kín) như một điều hết sức

kỡ bớ, điều mà cho đến tận ngày nay giới khoa học vẫn chưa tỡm ra cõu trả
lời.
Một nghiên cứu mới đây của đại học Florida xuất hiện trong những tài liệu
trực tuyến của Học viện khoa học quốc gia, đó hộ lộ bớ ẩn về hỡnh dạng của
thực vật cú hoa đầu tiên (hay thực vật hạt kín) và cách mà chúng tiến hóa từ thực
vật không hoa (hay thực vật hạt trần) thành thực vật có hoa.“Không loài thực vật
nào trước đó và sau này giống như chúng. Nguồn gốc của loài hoa này là chỡa
khúa quan trọng trong việc tỡm ra nguồn gốc của cõy hạt kớn (những loài thực
vật cú hoa)”, Andre Chanderbali - trường nhóm tác giả nghiên cứu và cũng là
cộng tác của Bảo tàng lịch sử tự nhiên Floria cho biết. Pam Soltis, đồng tác giả
nghiên cứu và cũng là người phụ trách mảng phân loại phân tử và di truyền học
tiến hóa tại bảo tàng Florida cho biết: mục tiêu của nghiên cứu lần này là tỡm
hiểu về cơ chế điều tiết nguyên bản hay chiều hướng biến đổi gen đó khiến
12
lũai thực vật cú hoa xuất hiện lần đầu tiên trong cộng đồng thực vật cổ.
Thực vật có hoa là bước đột phá quan trọng của quá trỡnh tiến húa. Kết quả của
bước đột phá này có lẽ chính là sự xuất hiện của khoảng 400.000 loài thực vật
hạt kín. Trước khi thực vật hạt kín xuất hiện, thực vật hạt trần đó thống trị thế
giới thực vật cú hạt. Thực vật hạt trần cú cấu trỳc hỡnh nún chứ khụng phải
dạng hoa. Chúng bao gồm thông, cọ sagu và cây bạch quả. Hóa thạch đầu tiên
được tỡm thấy của thực vật hạt trần cú niờn đại khoảng 360 nghỡn năm.
Một nghiên cứu mới đây đó làm sỏng tỏ thực vật cú hoa đó tiến húa từ hỡnh thỏi
trung gian giữa thực vật hạt trần và thực vật hạt kín, sau đó mới phát triển đa
dạng thành các loài thực vật có hoa mà chúng ta thấy ngày nay.
Nghiên cứu so sánh cấu trúc gen của hai loài thực vật hạt kín có sự khác nhau
lớn, để thấy được liệu sự khác nhau trong quá trỡnh tiến húa đó có tạo ra các
loài thực vật hạt kín khác nhau hay không. Các nhà nghiên cứu đó khảo sỏt sự
tuần hoàn gen của cõy Arabidopsis thaliana, một loài thực vật cú hoa nhỏ được
sử dụng phổ biến như một mẫu vật trong nghiên cứu gen thực vật và cây lê tàu
(Persea Americana), một giống cổ của thực vật hạt kín điển hỡnh.

Hoa của cây lê tàu (Persea americana) mang nhiều đặc điểm của thực vật hạt
kín(không hoa) thời cổ đại. Cánh hoa với màu sắc sặc sỡ và đài hoa màu xanh kết
hợp thành một bộ phận. Một nghiên cứu gần đây được tiến hành bởi các nhà nghiên
cứu tại Đại học Florida đó đem đến một cái nhỡn thấu đáo hơn về việc những thực
vật không có hoa đó tiến húa thành thực vật cú hoa như thế nào vào 130 nghỡn năm
trước. (Ảnh: Đại học Florida)
13
Ông Chanderbali cho biết: “Mặc dù đó hoỏ thạch, hoa lờ tàu vẫn mang thụng
điệp về gen, rằng cấu trúc gen của hoa lê tàu cho phép chúng tiến hóa từ thực
vật hạt trần thành thực vật hạt kín.”
Thực vật hạt kín bậc cao có 4 cơ quan: lá noón, nhị hoa, cỏnh hoa (thụng
thường rất sặc sỡ) và đài hoa (thường có màu xanh). Thực vật hạt kín bậc
thấp thường có 3 bộ phận: lá noón, nhị hoa, và tepal (bộ phận tương tự như
cánh hoa). Các nhà nghiên cứu từng dự đoán rằng mỗi bộ phận ở hoa cây lê
tàu có một bộ gen khác nhau. Tuy nhiên, trái với dự đoán đó, có rất nhiều
điểm tương đồng giữa 3 cơ quan này.
“Theo quan điểm tiến hoá gen, dù các bộ phận đang phát triển để cuối cùng
trở thành các bộ phận khác nhau, nhưng giữa chúng có nhiều điểm tương
đồng hơn chúng ta thường nghĩ.” Chanderbali nói. “Quay ngược về quá khứ,
những ranh giới khác biệt đó đều rất mờ nhạt.”
“Với những cơ sở đó được hỡnh thành này, giờ đây chúng ta có thể nghĩ tới
những không gian rộng lớn, mở ra đối với việc chọn lọc tự nhiên để thiết lập
những ranh giới ngày càng rừ ràng hơn”, Virginia Walbot, giáo sư sinh học
tại Đại học Stanford, người rất am hiểu về nghiên cứu này cho biết. Quá
trỡnh chọn lọc dẫn đến một “giải pháp hạn hẹp – theo khía cạnh 4 bộ phận
rời rạc – nhưng cùng với sự đa dạng của số bộ phận, hỡnh dỏng và màu sắc;
cung cấp những kiểu hỡnh nhất định cho mỗi loài thực vật hạt kín.”
Soltis nói: các nhà khoa học không biết chính xác giống cây hạt trần nào đó
tiến hoỏ thành cõy hạt kớn. Tuy nhiờn, những nghiờn cứu quý giỏ gợi ý rằng
một cơ chế gen nào đó trong cây hạt trần đó biến đổi để tạo nên bông hoa đầu

tiên. Quả đực và quả cái của cây thông ở trên 2 cây khác nhau. Trái lại, cả hai
bộ phận sinh sản đực và cái của cây hạt kín đều ở trên cùng một hoa. Tuy
nhiên, quả đực của cây thông có hầu hết tất cả các bộ phận mà một bông
hoa hạt kín có, xét về khía cạnh gen.
Douglas Soltis, chủ nhiệm khoa thực vật học Đại học Florida, nhấn mạnh
rằng nghiên cứu này làm nổi bật tầm quan trọng của việc nghiên cứu các cây
hạt kín nguyên thuỷ như cây lê tàu để có được cái nhỡn thấu đáo hơn về thời
14
kỳ đầu trong lịch sử phát triển cây hạt kín. Những giống cây cổ cũn tồn tại
tới bõy giờ là một mắt xớch quan trọng liờn hệ tới những cõy hạt kớn đầu
tiên. Chúng đem đến hiểu biết sâu sắc mà nếu chỉ nghiên cứu những cây con
cháu của chúng như Arabidopsis sẽ không thể có được.
3. Bí mật về sự xuất hiện của thực vật hạt kín
Sự xuất hiện của nhiều loài thực vật hạt kớn (hay cũn gọi là thực
vật cú hoa) trờn Trỏi đất, đặc biệt là sự lan nhanh của chúng trong kỷ
Phấn trắng (cách đây xấp xỉ 100 triệu năm) được cho là do khả năng tự
biến đổi điều kiện sống theo nhu cầu của chúng. Trong một bài viết công
bố trên tờ Ecology Letters, nhà sinh thái học Wageningen Frank Berendse
và Marten Scheffer công bố rằng thực vật hạt kín đó làm thay đổi các điều
kiện môi trường ở kỷ Phấn trắng cho phù hợp với yêu cầu của chúng. Như
vậy, các nhà nghiên cứu này đó đưa ra một cách giải thích hoàn toàn mới
cho vấn đề mà Darwin từng coi là một trong những bí mật lớn nhất của tiến
hóa mà ông từng phải đương đầu.
Trong kỷ Phấn trắng, bề mặt Trái đất trải qua một trong những
thay đổi lớn nhất về kết cấu thảm thực vật, một thay đổi diễn ra với tốc
độ chưa từng thấy ở vào thời điểm đó. Frank Berendse (giáo sư về sinh
thái học thực vật và bảo tồn tự nhiên), cùng Marten Scheffer, (giáo sư
nghiên cứu các hệ sinh thái dưới nước), hai cán bộ trường đại học
Wageningen, đó cựng nhau tỡm hiểu điều này đó diễn ra như thế nào. Họ
tỡm kiếm câu trả lời bằng một hướng triển khai rất mới.

Trước kỷ Phấn trắng, thảm thực vật trên hành tinh chúng ta chủ yếu
bao gồm thực vật hạt trần và dương xỉ. Phần lớn những loài cây này sau đó
đó được thay thế bởi một nhóm hoàn toàn mới: đó là thực vật hạt kín, hay
cũn gọi là thực vật cú hoa. Trong suốt thời kỡ tiền kỉ Phấn trắng, tức cỏch
đây khoảng 125 triệu năm, những cây hạt kín đầu tiên xuất hiện. Rất nhanh
sau đó, cây hạt trần ở vùng nhiệt đới hầu như bị thay thế bởi cây hạt kín.
15
Và tới cuối kỉ Phấn trắng (65 triệu năm trước), sự thống trị của cây có
hoa đó được thiết lập ở hầu hết mọi nơi trên Thế giới. Thực vật hạt trần
chỉ tiếp tục tồn tại ở mói vựng vĩ độ cao phía bắc - như chúng ta thấy ngày
nay.
Cây lanh xanh. Sự xuất hiện của nhiều loài thực vật hạt kín trên Trái đất, đặc
biệt là sự lan nhanh của chúng ở kỷ Phấn trắng (cách đây xấp xỉ 100 triệu năm)
được cho là do khả năng tự biến đổi điều kiện sống theo nhu cầu của chúng.
(Ảnh: iStockphoto/Jostein Hauge)
Sự tăng lên nhanh chóng của đa dạng sinh học ở các loài hạt kín – liên quan
trực tiếp tới sự xâm chiếm của chúng trên toàn Trái đất – là một trong những
câu hỏi lớn nhất mà Charles Darwin từng gặp phải. Người ta thu được rất
nhiều hóa thạch của các loài cây hạt kín khác nhau xuất hiện cuối kỉ Phấn trắng,
trong khi hầu như không có hóa thạch nào từ đầu kỉ này. Đây là điều hoàn toàn
đối ngược với ý kiến của Darwin cho rằng sự thay thế của cỏc cõy hạt kớn chỉ
diễn ra một cách từ từ.
Câu hỏi lớn đặt ra là làm thế nào sự thay đổi to lớn này lại diễn ra với
tốc độ nhanh chóng đến vậy? Liệucú phải vỡ – ngay trước kỉ Phấn trắng –
những con khủng long Sauropodto lớn đó bị loại trừ bởi khủng long
Ornithischian nhỏ bộ hơn nhiều, vàloài mới xuất hiện này đó ăn hết cỏc cõy con
của thực vật hạt trần? Haylà vỡ, thực vật hạt kớn đó tiến húa đồng thời cùng với
rất nhiều loài côn trùng thụ phấn cho hoa của chúng?
16