Thực vật học

Thực vật học (từ tiếng Hy Lạp cổ đại βοτάνη botane, "đồng cỏ, cỏ, và từ tiếng βόσκειν boskein, "chăn nuôi") là một môn khoa học nghiên cứu về thực vật. Thông thường, môn khoa học này bao gồm việc nghiên cứu các loài nấm, tảo và một số vi khuẩn tự dưỡng, địa y. Những người nghiên cứu về thực vật học được gọi là nhà thực vật học. 
Thực vật học bao hàm nhiều lĩnh vực nghiên cứu về thực vật như: sinh trưởng, sinh sản, trao đổi chất, phát sinh hình thái (morphogenesis development), bệnh học thực vật (phytopathology), tiến hóa, phân loại thực vật, sinh lý thực vật, hình thái và giải phẫu thực vật, sinh hóa thực vật và hóa thạch thực vật. Ngày này, các nhà thực vật học nghiên cứu khoảng 400.000 loài sinh vật sống, trong đó có 260.000 loài thực vật có mạch và khoảng 248.000 là thực vật có hoa.
Sự bắt đầu của các hệ thống phân loại hiện đại có thể lần theo vào thời gian khoảng thế kỷ 15 và 16 khi xuất hiện một số nỗ lực khoa học về phân loại thực vật. Vào thế 19 và 20, nhiều kỹ thuật chủ yếu mới được phát triển để nghiên cứu thực vật, bao gồm kính hiển vi, tính toán nhiễm sắc thể, phân tích hóa học thực vật. Trong hai thập niên cuối thế kỷ 20, ADN đã được dùng để phân loại thực vật một cách chính xác hơn.

Thời kỳ đầu

Thực vật học có nguồn gốc từ thảo dược học, việc nghiên cứu và sử dụng thực vật là do các đặc điểm y học của nó. Lịch sử về thực vật học được ghi nhận trước đây bao gồm nhiền tài liệu cổ và các phân loại thực vật. Ví dụ các công trình về thực vật học trước đây được tìm thấy trong các văn bản thánh cổ ở Ấn Độ có tuổi trước năm 1100 TCN, các tài liệu bằng tiếng Avesta cổ, và các công trình ở Trung Quốc trước khi đất nước này được thống nhất năm 221 TCN.
Thực vật học hiện đại bắt nguồn từ Hy Lạp Cổ đại, đặc biệt từ Theophrastus (khoảng 371–287 TCN), một học trò của Aristotle. Ông đã phát minh và miêu tả nhiều nguyên lý của thực vật học và được cộng đồng khoa học xem là "cha đẻ của Thực vật học". Các công trình chính của ông là Historia Plantarum (Khảo sát thực vật) và On the Causes of Plants, chứa nhiều đóng góp quan trọng nhất cho khoa học thực vật cho đến thời kỳ Trung Cổ, gần 17 thế kỷ sau khi chúng được viết ra.
Một công trình khác thời Hy Lạp Cổ đại cũng ảnh hưởng đến thực vật học thời kỳ này là De Materia Medica, một bách khoa toàn tư có 5 quyển về thảo dược được viết vào giữa của thế kỷ thứ nhất bởi một nhà dược học và thầy thuốc Hy Lạp Pedanius Dioscorides. De Materia Medica được tiếp nhận trong hơn 1500 năm. Các đóng góp quan trọng từ thế giới Hồi giáo trung cổ như Nabatean Agriculture của Ibn Wahshiyya, Book of Plants của Abū Ḥanīfa Dīnawarī (828–896), và The Classification of Soils của Ibn Bassal. Vào đầu thế kỷ 13, Abu al-Abbas al-Nabati, và Ibn al-Baitar (d. 1248) đã viết về thực vật học một cách hệ thống và khoa học.
Vào giữa thế kỷ 16, "Botanical gardens" được xây dựng nhiều ở các trường đại học Ý – như Padua botanical garden vào năm 1545 thường được xem là vườn đầu tiên vẫn còn tọa lạc tại vị trí ban đầu của nó. Các khu vườn này vẫn là nơi thực hành của các "physic gardens" trước đây, các loài cây ở đây được dùng vào mục đích y học. Chúng giúp phát triển ngành thực vật học ở góc độ đối tượng nghiên cứu hàn lâm. Các bài giảng về sự phát triển của thực vật trong các khu vườn và tác dụng y học của chúng đã được minh họa. Các vườn thực vật hình thành muộn hơn ở ở miền bắc châu Âu; vườn đầu tiên ở Anh là vườn thực vật Đại học Oxford năm 1621. Trong suốt thời gian này, thực vật học vẫn phụ thuộc nhiều vào y học.
Bác sĩ người Đức Leonhart Fuchs (1501–1566) là một trong "Ba cha đẻ người Đức của thực vật học", cùng với nhà thần học Otto Brunfels (1489–1534) và bác sĩ Hieronymus Bock (1498–1554). Fuchs và Brunfels đã tách ra khỏi việc sao chép các công trình truyền thống trước kia để tạo ra các nghiên cứu gốc của riêng họ. Bock đã tạo ra một hệ thống phân loại riêng của ông.
Bác sĩ Valerius Cordus (1515–1544) là tác giả quyển sách về thảo dược quan trọng về dược liệu và thực vật Historia Plantarum năm 1544 và tầm quan trọng lâu dài của dược điển Dispensatorium năm 1546. Nhà tự nhiên học Conrad von Gesner (1516–1565) và thảo dược học John Gerard (1545–c. 1611) đã công bố các thảo dược bao gồm các loài việc sử dụng các loài thực vật. Nhà tự nhiên học Ulisse Aldrovandi (1522–1605) được xem là cha đẻ của lịch sử tự nhiên, bao gồm việc nghiên cứu về thực vật. Năm 1665, việc sử dụng kính hiển vi đầu tiên, nhà bác học Robert Hooke đã tìm ra ra các tế bào từ một cái nút bần, và một thời gian ngắn sau đó trong các mô thực vật sống.

Thời cận đại

Trong thế kỷ 18, hệ thống định danh thực vật được phát triển tương đương với khóa lưỡng phân, theo đó các thực vật chưa được định danh được xếp vào các nhóm phân loại học (như họ, chi và loài) bằng cách lập một loạt các lựa chọn giữa các cặp tính trạng. Việc lựa chọn và trình tự của các tính trạng có thể nhân tạo trong các khóa được thiết kế một cách hoàn toàn cho việc định danh hoặc liên quan chặt chẽ với bậc ngành của phân loại học trong các khóa tổng quát. Cho đến thế kỷ 18, các thực vật mới trong nghiên cứu đã đến châu Âu với số lượng ngày càng tăng từ các nước được phát hiện mới và các quốc gia thuộc địa của châu Âu trên toàn thế giới. Năm 1753 Carl von Linné (Carl Linnaeus) đã xuất bản quyển Species Plantarum, bao gồm việc phân loại theo thứ bậc các loài thực vật mà hiện vẫn còn là tham chiếu trong danh mục thực vật hiện đại. Sự kiện này đã thiết lập nên một cơ chế đặt tên hai phần hay danh pháp hai phần chuẩn hóa gồm phần đầu là tên chi và phần sau là tên loài trong chi đó. Đối với mục đích phân loại, Systema Sexuale của Linnaeus đã phân thực vật thành 24 nhóm theo số lượng các cơ quan sinh sản đực của chúng. Nhóm thứ 24, Cryptogamia, bao gồm tất cả các loài thực vật có bộ phân sinh sản ẩn, rêu, địa tiền (liverwort), dương xỉ, tảo và nấm.
Khi hiểu biết về giải phẫu, hình thái và vòng đời thực vật tăng lên người ta đã nhận ra rằng có sự tương đồng tự nhiên giữa thực vật hơn hệ thống giới tính không tự nhiên mà Linnaeus đã chỉ ra. Adanson (1763), de Jussieu (1789), và Candolle (1819) đều đề xuất nhiều hệ thống phân loại tự nhiên thay thế theo đó các thực vật được gộp lại dựa trên các đặc điểm giống nhau và được chấp nhận rộng rãi. Hệ thống Candolle phản ánh những tư tưởng của ông về sự tiến triển phức tạp của hình thái và phân loại sau đó của Bentham và Hooker chịu ảnh hưởng theo cách tiếp cận của Candolle. Ấn phẩm của Darwin - Nguồn gốc các loài năm 1859 và quan điểm có chung nguồn gốc của ông cần phải có những sửa đổi đối với hệ thống Candolle để phản ánh các mối quan hệ tiến hóa như là sự khác biệt về tương đồng chỉ về mặt hình thái. Hiện nay còn có nhiều hệ thống của các nhà phân loại khác, trong đó có ảnh hưởng nhiều ở Việt Nam là hệ thống phân loại của Takhtajan.
Thực vật học được thúc đẩy rất nhiều bởi sự xuất hiện của quyển sách "hiện đại" đầu tiên của Matthias Schleiden Grundzüge der Wissenschaftlichen Botanik, được xuất bản đầu tiên bằng tiếng Anh năm 1849 với tựa đề Principles of Scientific Botany. Schleiden là một nhà kính hiển vi học và giải phẫu thực vật, ông là đồng tác giả của học thuyết tế bào cùng với Theodor Schwann và Rudolf Virchow và là một trong những người đầu tiên hiểu được ý nghĩa của nhân tế bào do Robert Brown miêu tả năm 1831.
Năm 1855, Adolf Fick thành lập Fick's laws cho phép tính toán tốc độ khuếch tán phân tử trong các hệ sinh học.