мини|Биљке – предмет проучавања ботаничких дисциплина мини|alt=Image of ripe nutmeg fruit split open to show red aril|Плод биљке -{Myristica fragrans}-, врсте чије је природно станиште Индонезија

Ботаника је грана биологије која се бави научним проучавањем биљака. Име потиче од грчке речи -{βοτανικός [botanikós]}-, који се односи на биљке (-{βοτάνη [botánē]}- – „трава, биљка“). У новије време често се означава и терминима „наука о биљкама“ и „биологија биљака“. Обухвата више дисциплина које проучавају изглед, грађу, раст, развиће, репродукцију, метаболизам, физиологију, обољења, екологију, сродност и еволуциону историју биљака. Традиционално, ботаничари су истраживали све организме који нису били означени као животиње (на пример, сви они који воде сесилан начин живота, врше фотосинтезу). Напредак у познавању ових „специјалних“ организама, нарочито микроорганизама, довео је до одвајања засебних грана од ботанике – у првом реду микробиологије и микологије. Још увек је, међутим, широко распрострањена пракса описивања ових не-биљних организама у уводним курсевима ботанике. У данашње време, ботаничари изучавају приближно 410.000 врста копнених биљки међу којима је око 391.000 врста су васкуларне биљке (укључујући 369.000 врста цветајућих биљки),RBG Kew (2016). The State of the World’s Plants Report – 2016. Royal Botanic Gardens, Kew. и 20.000 су маховине.

Ботаника је настала у праисторији као траварство путем напора раних људи да идентификују – и касније култивирају – јестиве, медицинске и отровне биљке, те је стога једна од најстаријих грана науке. Средњовековни физички вртови, често везани за манастире, садржали су биљке од медицинског значаја. Они су били претече првих ботаничких башта везаних за универзитете, које су осниване од 1540-тих на овамо. Једна од најранијих је била ботаничка башта у Падови. Те баште су омогућавале академско проучавање биљака. Напори уложени на каталогирање и описивање њихових колекција су били почеци биљне таксономије, и довели су 1753. године до развоја биномијалног система Карла Линеа који је у употреби и дан данас.

У 19. и 20. веку, су развијене нове технике за проучавање биљака, укључујући методе оптичке микроскопије и сликања живих ћелија, електронске микроскопије, анализе броја хромозома, биљне хемије и структуре и функције ензима и других протеина. У задњих неколико деценија 20. века, ботаничари су да би класификовали прецизније биљке истражили технике молекуларне генетичке анализе, укључујући геномику и протеомику и ДНК секвенцирање.

Модерна ботаника је широк, мултидисциплинарни предмет са инпутима из знатног броја области науке и технологије. Истраживачке теме обухватају студије биљне структуре, раста и диференцијације, репродукције, биохемије и примарног метаболизма, хемијских продуката, развића, болести, еволуционих односа, систематике, и биљне таксономије. Доминантне теме науке о биљкама у 21. веку су молекуларна генетика и епигенетика, које су баве механизмима и контролом експресије гена током диференцијације биљних ћелија и ткива. Ботаничка истраживања имају разноврсне примене у производњи основне хране, материјала као што су дрво, уље, гума, влакна и лекови, у модерној хортикултури, пољопривреди и шумарству, биљном размножавању, оплемењивању и генетичком модификовању, у синтези хемикалија и сировина за грађевинарство и производњу енергије, у управљању ресурсима животне средине, и одржавању биолошке разноврсности.

Историја ботанике

Међу првим ботаничким радовима, написаним око 300. п. н. е., су и два велика Теофрастова дела - Историја биљака и Узроци биљака (тј. Природа биљака) - у којима је описао много врста као и њихову примену. Римски лекар Диоскоридес је допунио Теофрастове спискове биљака и више пажње посветио употреби лековитих биљака. Ове књиге су током античких времена биле најважнији допринос ботаници, и на њих су се ослањали истраживачи и лекари и током Средњег века. Са „открићем“ Новог Света, почиње и даљи развој ботанике, јер су Европљани дошли у контакт са потпуно непознатим врстама. Кључне тачке у развоју ботаничке мисли су и Линеов систем биномијалне номенклатуре и покушај класификације биљака на основу грађе цветова, откриће ћелије, Дарвиново успостављање теорије еволуције, откриће биљних хормона, развиће генетике и молекуларне биологије крајем 20. века. Паралелно са обогаћивањем ботаничког знања, дошло је и до значајног унапређења методологије истраживања, захваљујући развоју технике и технологије.

Опсег и важност мини|Alt=A herbarium specimen of the lady fern, Athyrium filix-femina|Ботаника се бави записивањем и описивањем биљки, као што је овај хербаријумски узорак папрати -{Athyrium filix-femina}-.

Изучавање биљки је важно зато што су оне у основи скоро целокупног животињског живота на Земљи. Оне стварају велике количине кисеоника и хране којима се људи и други организми са аеробном респирацијом снабдевају хемијском енергијом која им је неопходна за одржање живота. Биљке, алге и цијанобактерије су главне групе организама који врше фотосинтезу, процес који користи енергију сунчеве светлости за конвертовање воде и угљен-диоксида у шећере који се могу користити били као извори хемијске енергије или као органски молекули који се користе као структурне компоненте ћелија. Као нуспродукт фотосинтезе, биљке отпуштају кисеоник у атмосферу, гас који је неопходан скоро свим живим бићима за обављање ћелијске респирације. Осим тога, биљке утичу на глобалне циклусе угљеника и воде, и биљни корени везују и стабилизују земљиште, спречавајући ерозију земљишта. Биљке су од кључног значаја за будућност људског друштва пошто оне производе храну, кисеоник, лекове, и низ других материјала.

Историјски, сви живи организми су класификовани као било животиње или биљке и ботаника је покривала студирање свих организама који нису сматрани животињама. Ботаничари изучавају интерне функције и процесе унутар биљних органела, ћелија, ткива, целокупних биљака, биљних популација и биљних заједница. На сваком од тих нивоа, ботаничар се може бавити класификацијом (таксономијом), филогенијом и еволуцијом, структуром (анатомијом и морфологијом), или функцијом (физиологијом) биљног живота.

Најстрожа дефиниција „биљака“ обухвата само „копнене биљке“ или ембриофите, које обухватају семено растиње (голосемењаче, укључујући четинаре, и скривеносеменице) и слободно спорне криптогаме у које се убрајају папрати, -{Lycopodiopsida}-, јетренке, роговници и маховине. Ембриофите су вишећелијске еукариоте које су потомци претка који је добијао своју енергију из сунчеве светлости путем фотосинтезе. Оне имају животне циклусе са наизменичним хаплоидним и диплоидним фазама. У сексуалној хаплоидној фази ембриофита, познатој као гаметофит, негује се развијајући ембрион спорофит са сопственим ткивима за бар половину његовог живота, чак и код семењача, где се гаметофит узгаја његов родитељ спорофит. У друге групе организама које су раније изучавали ботаничари се убрајају бактерије (које су сад у оквиру бактериологије), гљиве (микологија) – укључујући гљиве које формирају лишајеве (лихенологија), нехлорофитне алге (фикологија), и вирусе (вирологија). Многи ботаничари се још увек баве тим групама организама, и гљиве (укључујући лишаје) и фотосинтетички протисти су обично обухваћени у уводним ботаничким курсевима.

Палеоботаничари студирају древне биљке у фосилним записима да би дошли до информација о еволуционој историји биљака. Сматра се да су модрозелене бактерије, први фотосинтетички организми на Земљи који су отпуштали кисеоник, произвели претка биљки уласком у ендосимбиотски однос са раним еукариотама, ултиматно постајући хлоропласти биљних ћелија. Нове фотосинтетичке биљке (заједно са њиховим алгалним сродницима) су убрзали пораст атмосферског садржаја кисеоника започет модрозеленим бактеријама, мењајући древну бескисеоничну, редукујућу атмосферу у ону у којој је слободни кисеоник био изобилан током задњих пар милијарди година.

Међу важним ботаничким питањима 21. века су улога биљки као примарних произвођача у глобалној циркулацији основних животних састојака: енергије, угљеника, кисеоника, азота и воде, и начини на које наше старање о биљкама може да помогне у адресирању глобалних проблема животне средине у погледу управљања ресурсима, конзервације, безбедности људске хране, биолошки инвазивних организама, седиментације угљеника, климатских промена, и одрживости.

Људска исхрана

десно|мини|Alt=grains of brown rice, a staple food|Храна који једемо долази директно или индиректно од биљки као што је пиринач.

Виртуално сва основна храна потиче директно од примарне производње биљкама, или индиректно из животиња које је једу. Биљке и други фотосинтетички организми су база највећег дела ланца исхране пошто оне користе енергију сунца и нутријенте из земљишта и атмосфере, конвертујући их у облик који животиње могу да користе. Еколози то називају првим трофичним нивоом. Модерне форме главних врста основне хране, као што су кукуруз, пиринач, жито и друге житарице, махуне, банане и плантани, као и лан и памук који се гаје због њихових влакана, су исход праисторијске селекције током хиљада година почевши од дивљих предака са најпожељнијим карактеристикама.

Ботаничари студирају како биљке производе храну и како се могу повећати усеви, на пример путем биљног узгоја, што чини њихов рад важним у погледу способности човечанства да прехранити свет и обезбеђивања прехрамбене сигурности за будуће генерације. Ботаничари исто тако изучавају корове, који представљају знатан проблем у пољопривреди, и биологију и контролу биљних патогена у пољопривреди и природним екосистемима. Етноботаника је студија односа између биљки и људи. Кад је примењена на истраживање историјских биљно–животињских односа етноботаника се може звати археоботаника или палеоетноботаника. Неки од најранијих биљно-животињских односа су настали између урођеника Канаде при идентификацији јестивих и нејестивих биљки. Овај однос урођеника са биљкама су описали етноботаничари.

Биљна биохемија

Биљна биохемија је студија хемијских процеса које користе биљке. Неки од тих процеса се користе у њиховом примарном метаболизму, као што је фотосинтетички Калвинов циклус и красулаценски киселински метаболизам. Други формирају специјализоване материјале као што су целулоза и лигнин који се користе као градивни материјали тела, и секундарне продукте као што су резини и једињења ароме.

Alt=A paper chromatogram of spinach leaf extract showing separation of the various pigments in their chloroplasts|Паперна хроматографија екстракта узорака листова шпанаћа приказује разне пигменте присутне у њиховим хлоропластима.|100px Биљке формирају разне фотосинтетичке пигменте, неки од којих су видљиви папирном хроматографијом.

Xanthophylls Хлорофил а Хлорофил б

Биљке и разне друге групе фотосинтетичких еукариота колективно познате као „алге“ имају јединствене органеле познате као хлоропласти. Сматра се да су хлоропласти проистекли из цијанобактерија које су формирале ендосимбиотске релације са древним прецима биљака и алги. Хлоропласти и цијанобактерије садрже плаво-зелени пигмент хлорофил а. Хлорофил а (као и сродни молекул хлорофил б, који је специфичан за биљке и зелене алге) апсорбује светло у плаво-љубичастим и наранџасто/црвеним деловима спектра, а рефлектује и трансмитује зелено светло, које се може видети као карактеристична боја тих организама. Енергија у црвеном и плавом светлу које ти пигменти апсорбују се користи у хлоропластима за формирање енергетски богатих једињења угљеника из угљен диокдида и воде путем кисеоничне фотосинтезе, процеса којим се ослобађа молекуларни кисеоник (O2) као нуспроизвод.