Botani
Botani adalah ilmu tumbuh-tumbuhan, termasuk juga jamur dan alga dengan mikologi dan fikologi berada di dalam cabang ilmu botani. Dengan demikian, dalam botani dipelajari semua disiplin ilmu biologi, seperti genetika, pertumbuhan, reproduksi, metabolisme, perkembangan, interaksi dengan komponen biotik dan komponen abiotik, serta evolusi yang berhubungan dengan tumbuhan. Istilah botani berasal dari Bahasa Yunani Kuno, ("botane"), yang berarti rerumputan atau padang penggembalaan. Saat ini botani mempelajari sekitar 400000 spesies organisme hidup di mana 260 ribu di antaranya adalah tumbuhan berpembuluh dan 248 ribu di antaranya adalah angiosperma. Orang yang menekuni bidang botani disebut sebagai botanis atau ahli botani.
Botani berakar dari ilmu herbalisme, ilmu yang mempelajari pemanfaatan tumbuhan untuk khasiatnya secara medis. Terdapat berbagai catatan kuno yang mengklasifikasikan tumbuhan berdasarkan jenis dan manfaatnya di India (1100 SM), Avestan kuno, dan China (221 SM).
Botani modern merujuk kepada kebudayaan di Yunani Kuno, terutama Theoprastus (sekirat 371–287 SM), seorang murid Aristoteles yang menemukan prinsip ilmu botani. Ia juga dikenal sebagai "Father of Botany". Karyanya, "Enquiry into Plants" dan "On the Causes of Plants" merupakan dua kontribusi utama bagi ilmu botani hingga Abad Pertengahan, hampir 17 abad setelah buku tersebut ditulis.
Karya lainnya dari Yunani Kuno adalah "De Materia Medica" yang memuat ilmu herbalisme, ditulis oleh Pedanius Dioscorides. Buku ini menjadi referensi selama lebih dari 1500 tahun. Kontribusi lainnya pada Jaman Keemasan Islam yaitu "Nabatean Agriculture" karya Ibn Wahshiyya, "Book of Plants" karya Abū Ḥanīfa Dīnawarī, dan "The Classification of Soils" karya Ibn Bassal. Di awal abad ke 13, Abu al-Abbas al-Nabati dan ibn al-Baitar menulis botani secara sistematis dan ilmiah.
Di pertengahan abad ke 16, kebun raya dibangun di sejumlah perguruan tinggi di Italia. Orto botanico di Padova dipercaya merupakan kebun raya modern paling awal di dunia, yang mempraktikan nilai dari sebuah kebun, biasanya dikaitkan dengan keberadaan biara di mana tumbuhan dimanfaatkan untuk keperluan medis. Mereka memelihara kebun raya sebagai sebuah subjek akademik. Cara menumbuhkan tumbuhan dan manfaatnya dipraktikkan. Kebun raya lalu tersebar ke utara, diawali oleh Kebun Raya Universitas Oxford yang dibangun tahun 1621. Hingga periode ini, botani masih menjadi bagian dari ilmu kedokteran.
Ilmuwan Jerman Leonhart Fuchs (1501–1566) bersama dengan Otto Brunfels (1489–1534) dan Hieronymus Bock (1498–1554) mempelajari botani secara original tanpa meniru pendahulunya. Bahkan Bock membuat sistem klasifikasi tumbuhan sendiri.
Ilmuwan Valerius Cordus (1515–1544) mengarang buku "Historia Plantarum" di 1544 mengenai tumbuhan yang penting secara botani dan farmakologi, juga buku "Dispensatorium" di 1546. Pada tahun 1665, dengan menggunakan mikroskop pertama, Robert Hooke menemukan sel, sebuah istilah yang merujuk kepada struktur gabus yang ia lihat di bawah mikroskop. Tak lama setelah itu, ia melihat jaringan tumbuhan yang hidup.
Seperti bentuk-bentuk kehidupan lain dalam biologi, tumbuhan hidup dapat dipelajari dari perspektif yang berbeda, dari tingkat molekul, genetika dan biokimia melalui organel, sel, jaringan, organ, individu, populasi tumbuhan, dan komunitas tumbuhan. Pada setiap tingkat ini seorang ahli botani mungkin bergerak di bidang yang terkait dengan klasifikasi (taksonomi), struktur (anatomi dan morfologi), atau fungsi (fisiologi) dari kehidupan tumbuh-tumbuhan.
Botani juga tidak hanya mempelajari kelompok dari Kerajaan Tumbuhan saja tetapi juga mempelajari jamur (mikologi), bakteri (bakteriologi), lumut kerak (likenologi), alga (fikologi).
Penelitian tumbuhan sangat penting karena tumbuhan adalah bagian mendasar dari kehidupan di Bumi, yang menghasilkan oksigen, makanan, serat, bahan bakar, dan obat-obatan yang memungkinkan manusia dan bentuk kehidupan lainnya ada. Melalui fotosintesis, tumbuhan menyerap karbon dioksida, sebuah gas rumah kaca yang dalam jumlah besar dapat mempengaruhi iklim global. Selain itu, tumbuhan dapat mencegah erosi tanah dan berpengaruh dalam siklus air. Sebuah pemahaman yang baik tentang tumbuhan sangat penting bagi masa depan masyarakat manusia karena memungkinkan kita untuk:
Hampir semua makanan yang dimakan berasal dari tanaman, baik secara langsung dari makanan pokok dan buah lainnya dan sayuran, atau tidak langsung melalui ternak atau hewan lain, yang mengandalkan tanaman untuk gizi mereka. Tanaman adalah basis fundamental hampir semua rantai makanan karena mereka menggunakan energi dari matahari dan nutrisi dari tanah dan atmosfer dan mengubahnya menjadi bentuk yang dapat dikonsumsi dan dimanfaatkan oleh hewan. Ini adalah ilmu ekologi disebut tingkat trofik pertama. Semua tumbuhan yang dibudidayakan merupakan hasil pemuliaan yang berlangsung sejak Jaman Neolitikum.
Ahli botani, khususnya agronomi. juga mempelajari bagaimana tanaman menghasilkan makanan untuk populasi manusia dan bagaimana untuk meningkatkan hasil. Pekerjaan mereka adalah penting dalam kemampuan manusia untuk memberi makan dunia dan memberikan ketahanan pangan untuk generasi mendatang, misalnya melalui pemuliaan tanaman.
Ahli botani juga mempelajari gulma, tanaman yang dianggap sebagai gangguan di lokasi tertentu. Gulma merupakan masalah yang cukup besar di bidang pertanian, dan botani memberikan beberapa ilmu dasar yang digunakan untuk memahami bagaimana untuk meminimalkan 'gulma' dampak di bidang pertanian dan ekosistem asli.
Etnobotani adalah cabang studi botani yang mempelajari tentang hubungan antara tanaman dan manusia.
Biokimia tumbuhan adalah sebuah studi mengenai proses kimia yang digunakan pada tumbuhan. Beberapa proses ini terjadi melalui metabolisme primer seperti siklus Calvin dan crassulacean acid metabolism. Lainnya membuat material khusus seperti selulosa dan lignin yang membangun struktur. Metabolisme sekunder menghasilkan produk seperti resin dan minyak atsiri.
Tumbuhan dan kelompok lainnya yang juga merupakan eukaryot fotosintetik (yaitu alga) memiliki organel yang unik yang disebut dengan kloroplas. Organel ini diperkirakan berasal dari cyanobacteria yang membentuk hubungan endosimbiotik dengan leluhur tumbuhan dan alga. Kloropas dan cyanobacteria sama-sama mengandung pigmen biru-hijau klorofil a. Klorofil jenis lain (klorofil b) juga terdapat pada alga hijau dan alga biru-hijau yang juga menyerap cahaya pada spektrum tertentu (biasanya spektrum biru-ungu dan jingga-merah) dan memantulkan cahaya hijau yang menjadi warna daun di mata manusia. Energi cahaya yang diserap digunakan untuk membuat senyawa karbon dari karbon dioksida dan air. Gliseraldehida 3-fosfat merupakan senyawa yang dihasilkan oleh fotosintesis yang kemudian disintesis menjadi glukosa dan senyawa organik lainnya. Sebagian glukosa diubah menjadi pati yang disimpan di kloroplas. Pati adalah bentuk yang umum dijadikan sebagai cadangan makanan pada sebagian besar tumbuhan dan alga. Tumbuhan dari famili Asteraceae menggunakan bentuk fruktosa inulin, sebagian mengubahnya menjadi sukrosa.
Sebagian besar asam lemak yang terkandung di dalam tubuh hewan juga berasal dari tumbuhan. Metabolisme tumbuhan juga mampu memproduksi asam lemak dan sebagian besar asam amino. Asam lemak bagi tumbuhan digunakan untuk membangun membran sel dan kutin yang menjadi penyusun utama kutikel tumbuhan yang melindungi tumbuhan dari kekeringan.
Tumbuhan mensintesis sejumlah besar polimer yang unik seperti selulosa, pektin, dan xiloglukan untuk membentuk dinding sel. Tumbuhan berpembuluh membuat lignin, sebuah polimer yang digunakan untuk memperkuat trakeid xylem sehingga tidak runtuh ketika dilalui oleh air dan mineral yang dihisapnya. Lignin juga membentuk dinding terluar dari tumbuhan berkayu. Sporopolenin adalah senyawa polimer yang melindungi spora dan polen tumbuhan. Dengan konsentrasi karbon dioksida di atmosfer yang saat ini lebih rendah dibandingkan awal keberadaan tanaman darat di zaman Ordovician dan Silurian, banyak tumbuhan berevolusi secara independen dengan mengembangkan jalur fotosintesis khusus fiksasi karbon C4 dan crassulacean acid metabolism untuk mengurangi loss akibat fotorespirasi yang umum terdapat pada tumbuhan dengan tipe fotosintesis fiksasi karbon C3.
Fitokimia merupakan cabang yang penting dalam ilmu botani yang mempelajari senyawa biokimia pada tumbuhan dan pemanfaatannya. Beberapa dari senyawa ini memiliki manfaat bagi manusia, dan beberapa bersifat racun bagi hewan dan manusia. Banyak obat-obatan medis dan rekreasi, seperti tetrahydrocannabinol, kafeina, dan nikotin datang langsung dari kerajaan tumbuhan. Lainnya adalah senyawa kimia turunan sederhana dari produk alami botani, seperti aspirin yang berasal dari senyawa penghilang rasa sakit asam salisilat yang awalnya berasal dari kulit pohon dedalu. Mungkin ada banyak obat baru untuk penyakit yang disediakan oleh tumbuhan, menunggu untuk ditemukan. Stimulan populer seperti kopi, cokelat, tembakau, dan teh juga berasal dari tumbuhan. Minuman beralkohol sebagian besar berasal dari fermentasi hasil tumbuhan seperti barley (bir), beras (sake), dan anggur. Dari ilmu fitokimia dapat diketahui berbagai macam hal seperti senyawa kimia antosianin yang berperan sebagai pigmen pada anggur merah dan senyawa capsaicin yang berperan dalam memberikan rasa pedas pada cabai.
Tanaman tertentu juga menyediakan banyak bahan-bahan alami, seperti katun, kayu, kertas, minyak sayur, beberapa jenis tali, dan karet. Selulosa merupakan sumber serat terbesar dari tumbuhan yang digunakan pada berbagai bidang seperti bahan bangunan hingga produksi bahan bakar bioetanol. Produksi sutra tidak akan mungkin tanpa budi daya murbei. Tebu, gula bit dan tanaman lainnya yang mengandung gula dapat difermentasi atau tanaman dengan kandungan minyak seperti kelapa sawit dan jarak dapat diolah menjadi biodiesel dan digunakan sebagai pengganti bahan bakar minyak.
Tumbuhan juga dapat membantu manusia memahami perubahan pada lingkungan. Tumbuhan merespon perubahan iklim dan lingkungan dan mampu mempengaruhi fungsi dan produktivitas ekosistem. Ilmu dendrokronologi mempelajari cincin pertumbuhan pada penampang melintang kayu dan digunakan untuk memantau kondisi iklim sepanjang pertumbuhan pohon tersebut. Fosil tumbuhan yang terperangkap di lapisan sedimen dapat digunakan untuk memantau kondisi iklim hingga jutaan tahun yang lalu. Kerapatan stomata yang ditemukan pada fosil daun tumbuhan darat purba dapat digunakan untuk memperkirakan konsentrasi karbon dioksida. Perubahan iklim lainnya seperti penipisan ozon mampu menyebabkan paparan sinar ultra violet yang dapat mengurangi laju pertumbuhan. Studi tumbuhan secara ekologi dan komunitas dapat digunakan untuk menentukan perubahan vegetasi, kerusakan habitat, hingga ancaman kepunahan.