Trước hết, thực vật bậc cao hầu hết sống ở môi trường cạn nên cơ thể đã có những biến đổi để phù hợp với môi trường sống. Đa số thực vật bậc cao đều có mạch và có thể tự dưỡng. Đồng thời, chúng có vách tế bào rõ rệt, sinh sản bằng noãn giao và hầu hết đã được chia thành các bộ phận rễ, thân, lá cụ thể.

Sơ đồ tiến hóa của thực vật bậc cao

1/ Đặc điểm và cấu tạo của ngành rêu

Đặc điểm đầu tiên có thể thấy ở rêu đó là một loài thực thực vật trên cạn thường sống ở những nơi ẩm ướt, như chân tường. Đồng thời, cấu tạo của loài thực vật này đã được chia thành rễ, thân, lá dù cấu tạo của các bộ phận còn đơn giản.

Quần thể rêu (Nguồn:internet)

Trong đó, lá của cây rêu còn nhỏ và mỏng. Thân cây ngắn, không phân nhánh. Đặc biệt, cả lá và thân đều chưa có mạch dẫn. Rễ của rêu chưa có chức năng hút nước và rêu không có hoa. Đây là loài cây có cấu tạo đa bào, sinh sản bằng bào tử và thụ tinh nhờ nước.

2/ Đặc điểm và cấu tạo của ngành dương xỉ

Dương xỉ là các thực vật có mạch khác với thạch tùng ở chỗ có lá thật sự (vĩ diệp). Chúng khác với thực vật có hạt (bao gồm thực vật hạt trần và thực vật hạt kín) ở phương thức sinh sản do không có hoa và hạt. Giống như các loại thực vật có mạch khác, chúng có vòng đời được nhắc tới như là luân phiên các thế hệ, với đặc trưng là một pha thể bào tử lưỡng bội và một pha thể giao tử đơn bội, nhưng khác với thực vật hạt trần và thực vật hạt kín ở chỗ thể giao tử của dương xỉ là một sinh vật sống tự do.

Dương xỉ thân gỗ (Nguồn: internet)

Vòng đời của dương xỉ điển hình như sau:

- Pha thể bào tử (lưỡng bội) sinh ra các bào tử đơn bội nhờ phân bào giảm nhiễm.

- Bào tử phát triển nhờ phân bào có tơ thành thể giao tử, thông thường bao gồm một nguyên tản có khả năng quang hợp.

- Thể giao tử sinh ra các giao tử (thường bao gồm cả tinh trùng và trứng trên cùng một nguyên tản) nhờ phân bào có tơ.

- Tinh trùng linh động, có tiên mao (lông roi) thụ tinh cho trứng vẫn còn gắn chặt với nguyên tản.

- Trứng đã thụ tinh hiện giờ là hợp tử lưỡng bội và phát triển nhờ phân bào có tơ thành thể bào tử (cây "dương xỉ" điển hình mà chúng ta vẫn thấy).

Giống như các thể bào tử của thực vật có hạt, thể bào tử của dương xỉ bao gồm:

- Thân: Phần lớn thường là thân rễ mọc bò ngầm dưới lòng đất, nhưng đôi khi và thân bò lan mọc bò trên mặt đất (như Polypodiaceae), hoặc thân cột bán hóa gỗ mọc thẳng trên mặt đất (như Cyatheaceae) cao tới 20 m ở một số loài (như Cyathea brownii trên đảo Norfolk và Cyathea medullaris ở New Zealand).

- Lá: Phần màu xanh, có khả năng quang hợp của cây. Ở các loài dương xỉ nó thường được nói tới như là lá lược, nhưng điều này là do sự phân chia lịch sử giữa những người nghiên cứu dương xỉ và những người nghiên cứu thực vật có hạt, chứ không phải là do các khác biệt trong cấu trúc. Các lá mới thông thường nở ra bằng cách bung ra đầu lá non cuộn chặt. Sự bung ra của lá như vậy gọi là kiểu xếp lá hình thoa. Lá được chia ra thành ba kiểu:

- Lá dinh dưỡng (Trophophyll): Là lá không sinh ra bào tử, thay vì thế nó chỉ sản xuất các chất đường nhờ quang hợp. Nó là tương tự như các lá xanh điển hình của thực vật có hạt.

- Lá bào tử (Sporophyll): Lá sinh ra bào tử. Lá này là tương tự như các vảy của nón thông ở thực vật hạt trần hay như nhị và nhụy ở thực vật hạt kín. Tuy nhiên, không giống như thực vật có hạt, các lá bào tử của dương xỉ thông thường không chuyên biệt hóa, trông tương tự như các lá dinh dưỡng và cũng sản xuất các chất đường nhờ quang hợp, giống như các lá dinh dưỡng.

- Brophophyll: Lá sinh ra một lượng lớn bất thường các bào tử. Các lá thuộc kiểu này cũng lớn hơn các kiểu lá khác nhưng giống với các lá dinh dưỡng.

- Rễ: Các cấu trúc không quang hợp mọc ngầm dưới đất, có chức năng hút nước và các chất dinh dưỡng từ trong đất. Chúng luôn luôn là rễ chùm và về cấu trúc thì tương tự như rễ của thực vật có hạt.

Tuy nhiên, thể giao tử của dương xỉ lại rất khác biệt với các thể giao tử của thực vật có hạt. Chúng thông thường bao gồm:

- Nguyên tản: Cấu trúc màu xanh lục, có khả năng quang hợp, dày một lớp tế bào, thường có dạng hình tim hay hình thận, dài 3–10 mm và rộng 2–8 mm. Nguyên tản sinh ra các thể giao tử nhờ:

- Các túi đực: Các cấu trúc nhỏ hình cầu sinh ra tinh trùng có tiên mao.

- Các túi noãn: Cấu trúc hình bình thót cổ sinh ra một trứng ở đáy, và tinh trùng tiến tới được chỗ đó bằng cách chui qua cổ.

- Các rễ giả: Các cấu trúc tương tự như rễ (không phải rễ thật sự) bao gồm các tế bào đơn lẻ thuôn cực dài, với nước và các khoáng chất được hấp thụ trên toàn bộ bề mặt cấu trúc này. Các rễ giả cũng có tác dụng neo nguyên tản vào trong đất.

Dương xỉ sinh sản bằng cả hai hình thức: sinh sản vô tính và hữu tính. Cây sinh dưỡng có thân, rễ, lá, hình thành các túi bào tử. Thể bào tử được sinh ra từ hợp tử và mang các túi bào tử. Lúc chín, các túi bào tử của thực vật có lá, phát tán các bào tử giảm nhiễm và chúng nẩy mầm tạo ra nguyên tản lưỡng tính hoặc đơn tính. Nó cũng giống như túi bào tử của thể sinh túi của ngành Rêu. Chu trình phát triển cá thể của chúng là lưỡng di truyền nhưng thể bào tử chiếm ưu thế (Lưỡng – Đơn bội).

3/ Đặc điểm và cấu tạo của ngành hạt kín

a/ Lớp 1 lá mầm

Thực vật một lá mầm là một nhóm các thực vật có hoa có tầm quan trọng bậc nhất, chiếm phần lớn trên Trái Đất. Tầm quan trọng kinh tế của chúng không phải là sự đánh giá quá cao. Hiện nay, người ta ước tính có khoảng 50.000-60.000 loài trong nhóm này.

Họ lớn nhất trong nhóm này cũng là họ lớn nhất trong thực vật có hoa là họ Lan (Orchidaceae), nhưng họ này đôi khi được coi như một bộ, với khoảng trên 20.000 loài. Chúng có hoa rất phức tạp (và nổi bật), đặc biệt thích hợp với việc thụ phấn nhờ côn trùng.

Họ có tầm quan trọng kính tế lớn nhất trong nhóm này (và trong thực vật có hoa) là họ Hòa thảo (hay họ Cỏ, họ Lúa), với danh pháp khoa học là Gramineae hay Poaceae. Họ này bao gồm các loại ngũ cốc (lúa, lúa mì, ngô v.v.), các loài cỏ trên các bãi chăn thả gia súc cũng như các loại tre, nứa, trúc, giang, luồng v.v. Họ cỏ (thật sự) này đã tiến hóa theo hướng khác và trở thành đặc biệt thích nghi với phương thức thụ phấn nhờ gió. Các loài cỏ sinh ra nhiều hoa nhỏ và các hoa này tập hợp lại với nhau thành bông rất dễ thấy (cụm hoa).

Đặc điểm:

- Hạt: Phôi của thực vật một lá mầm có một lá mầm.

- Hoa: Số cánh hoa trong thực vật một lá mầm là bội số của 3.

- Thân cây: Ở thực vật một lá mầm thì các bó mạch thân cây là phân tán.

- Phấn hoa: Ở thực vật một lá mầm, phấn hoa có 1 rãnh dài hay lỗ chân lông.

- Rễ: Ở thực vật một lá mầm thì các rễ là loại rễ chùm.

- Lá: Ở thực vật một lá mầm, các gân lá chính là song song, hình cung.

b/ Lớp 2 lá mầm

Thực vật hai lá mầm (Magnoliopsida) là tên gọi cho một nhóm thực vật có hoa ở cấp độ lớp mà hạt thông thường chứa hai lá trong phôi hay hai lá mầm. Có khoảng 199.350 loài trong nhóm này .

Thông thường, thực vật hai lá mầm từng còn có tên gọi khoa học khác là Dicotyledones (hay Dicotyledoneae), ở cấp độ bất kỳ. Nếu coi như là một lớp, như trong hệ thống Cronquist, chúng có thể gọi là Magnoliopsida theo chi điển hình là chi Mộc lan (Magnolia). Trong một số sơ đồ, thực vật hai lá mầm được coi như là một lớp riêng, là lớp Hoa hồng (Rosopsida theo chi điển hình: chi Hoa hồng - Rosa), hoặc coi như là các lớp riêng rẽ. Phần còn lại của thực vật hai lá mầm (thực vật hai lá mầm cổ-paleodicots) có thể giữ trong một lớp cận ngành duy nhất, gọi là Magnoliopsida, hoặc được phân chia tiếp.

Đặc điểm:

- Hạt: Phôi của thực vật hai lá mầm có hai lá mầm.

- Hoa: Số cánh hoa ở thực vật hai lá mầm là bội số của 4 hay 5.

- Thân cây: Ở  thực vật hai lá mầm thì chúng tạo thành vòng.

- Phấn hoa: Ở thực vật hai lá mầm phấn hoa chúng có 3 rãnh dài.

- Rễ: Ở thực vật hai lá mầm chúng mọc ra từ rễ mầm (rễ cọc).

- Lá: Ở thực vật hai lá mầm lá của chúng có dạng hình mạng.

4/ Đặc điểm và cấu tạo của ngành hạt trần

Thực vật hạt trần hay thực vật khỏa tử (Gymnospermatophyta) là một nhóm thực vật có quả chứa các hạt trên các cấu trúc tương tự như hình nón (còn gọi là quả nón, mặc dù chúng không phải là quả thực thụ) chứ không phải bên trong quả như thực vật hạt kín. Tên gọi này chỉ ra rằng các hạt không được hình thành trong các noãn hay bên trong quả, như ở thực vật hạt kín, mà được tìm thấy trên các vảy bắc của quả nón hoặc các cấu trúc tương tự.

Ngành hạt trần (Nguồn:internet)

Thực vật hạt trần là dị bào tử, chúng tạo ra các tiểu bào tử được phát triển thành các hạt phấn hoa và các đại bào tử được giữ lại trong noãn. Sau khi thụ phấn (kết hợp của tiểu bào tử và đại bào tử), thì phôi được tạo ra. Cùng với các tế bào khác đã cấu thành nên noãn, nó phát triển thành hạt. Hạt là thể bào tử ở trạng thái nghỉ.

Các nhóm này là:

Pinophyta - Thông

Ginkgophyta - Bạch quả

Cycadophyta - Tuế

Gnetophyta - Gnetum (Dây gắm), Ephedra (Ma hoàng), Welwitschia (hai lá).

Đặc điểm:

Là thực vật hạt trần cấp cao.

Cơ quan sinh dưỡng phát triển: Thân gỗ cao, mọc tỏa nhiều cành, lá kim, cành con chứa từ 2-3 lá.

Trong thân có mạch dẫn hoàn thiện (Mạch Rây và Mạch Gỗ)

Sống ở nhiều môi trường

Cơ quan sinh sản là nón, nón đực: nhỏ màu vàng, mọc thành cụm, bé hơn nón cái, cấu tạo gồm trục nón, vay, túi phấn; Nón cái lớn hơn nón đực nhỏ màu xanh chín nâu, mọc riêng lẻ, cấu tạo gồm trục, vảy và tế bào sinh dục cái (Noãn)

Sinh sản bằng hạt trần nằm trên lá noãn dở.