Thực vật học
Phân loại học thực vật

Xem thêm: Phân loại sinh học
Phân loại học thực vật học là phân ngành của phân loại sinh học, liên quan đến phạm vi và tính đa dạng của sinh vật và mối quan hệ của chúng, cụ thể như được xác định bởi lịch sử tiến hóa của chúng. Chuyên ngành này có liên quan tới phân loại sinh học, phân loại khoa học và phát sinh chủng loại học. Phân loại sinh học là phương pháp mà các nhà khoa học thực vật dùng để chia nhóm thực vật vào các bậc phân loại như chi và loài. Phân loại sinh học là một hình thức phân loại khoa học. Phân loại hiện đại khởi nguồn từ công trình của Carl Linnaeus, người đã phân nhóm các loài dựa theo đặc tính vật lý chung. Kể từ đấy những nhóm này đã được điều chỉnh để phù hợp hơn với quy tắc tổ tiên chung của Darwin – tức chia nhóm sinh vật theo tổ tiên thay cho đặc điểm ngoại hình. Trong khi các nhà khoa học không phải lúc nào cũng nhất trí về cách phân loại sinh vật, phát sinh chủng loại phân tử (lấy trình tự DNA làm dữ liệu), đã thúc đẩy nhiều sửa đổi phân loại học gần đây dọc theo các dòng tiến hóa và dường như tiếp tục hoạt động như vậy. Hệ thống phân loại chính có tên là phân loại Linnaeus, gồm có các bậc phân loại và danh pháp hai phần. Danh pháp của các sinh vật là thực vật được ghi hệ thống hóa trong Luật danh pháp quốc tế của tảo, nấm và thực vật quốc tế (ICN) và do Hội nghị khoa học thực vật quốc tế quản lý.
Giới thực vật thuộc vực sinh vật nhân thực và được chia nhỏ theo kiểu đệ quy trước khi mỗi loài được phân chia riêng biệt. Trật tự phân loại là: Ngành; Giới; Lớp; Bộ; Họ; Chi; Loài. Tên khoa học của một cây đại diện cho chi và các loài của chi ấy, dẫn tới chỉ có một tên khoa học cho mỗi loài sinh vật trên toàn thế giới. Ví dụ, cây hoa huệ hổ có tên khoa học là Lilium columbianum. Lilium là tên chi, còn columbianum là tên loài. Sự kết hợp tên chi và tên loài tạo ra tên khoa học của loài. Khi viết tên khoa học của một sinh vật, phải viết hoa chữ cái đầu tiên trong tên chi và viết thường tên loài. Ngoài ra, toàn bộ thuật ngữ thường được in nghiêng (hoặc được gạch chân nếu không in nghiêng).
Lịch sử tiến hóa và di truyền của một nhóm sinh vật được gọi là phát sinh chủng loại học. Phát sinh chủng loại học là chuyên ngành nghiên cứu phát hiện ra các dạng phát sinh chủng loài. Cách tiếp cận cơ bản là sử dụng những điểm tương đồng dựa trên trên di truyền chung để xác định các mối quan hệ. Lấy ví dụ, loài Pereskia là cây hoặc bụi cây và có lá rõ ràng. Hiển nhiên là chúng không hề giống một cây họ Xương rồng trụi lá như Echinocactus. Tuy nhiên, cả Pereskia và Echinocactus có gai mọc ra từ các quầng gai (những cấu trúc chuyên biệt) cho thấy rằng hai chi thực sự có quan hệ tới nhau.
Hai cây trong họ Xương rồng (Cactaceae) có ngoại hình rất khác nhau
Mặc dù  là cây trụi lá, nó có gai và quầng giống như một cây xương rồng điển hình hơn, chẳng hạn như .
Đánh giá các mối quan hệ dựa trên các đặc tính chung đòi hỏi sự cẩn trọng, vì thực vật có thể giống nhau thông qua tiến hóa hội tụ, trong đó các đặc tính phát sinh độc lập. Một số cây đại kích ít lá, thân tròn thích nghi với môi trường nước tương tự như cây xương rồng hình quả cầu, song các đặc tính như cấu trúc của hoa là minh chứng rõ rằng hai nhóm này không có quan hệ gần với nhau. Phương pháp miêu tả theo nhánh học lấy một cách tiếp cận phân loại với các đặc tính, phân biệt giữa những đặc tính không mang thông tin về lịch sử tiến hóa chung – chẳng hạn như những loài được tiến hóa riêng biệt trong các nhóm khác nhau (homoplasy - tương đồng) hoặc những loài được truyền lại đặc điểm từ tổ tiên (plesiomorphies - phân nhánh) - và những loài có nguồn gốc, được truyền lại đặc điểm đổi mới trong một tổ tiên chung (apomorphies). Chỉ những đặc tính có nguồn gốc, chẳng hạn như các quầng mọc gai của cây xương rồng, mới mang bằng chứng về một tổ tiên chung. Kết quả của phân tích miêu tả theo nhánh học được trình bày dưới dạng biểu đồ phân nhánh: những biểu đồ hình cây thể hiện mô hình phân nhánh và gốc rễ tiến hóa.
Từ thập niên 1990 trở đi, các tiếp cận chính để thiết kế phát sinh chủng loại học cho thực vật sống đã trở thành phát sinh chủng loại phân tử, tức sử dụng các đặc điểm phân tử, cụ thể là trình tự DNA, thay vì các đặc điểm hình thái như sự có mặt hoặc không có gai và quầng. Sự khác biệt là chính mã di truyền được dùng để quyết định những mối quan hệ tiến hóa, thay vì sử dụng gián tiếp thông qua các đặc điểm hình thái do di truyền tạo ra. Clive Stace miêu tả phương pháp này mang "quyền tiếp cận trực tiếp với cơ sở di truyền của tiến hóa." Lấy một ví dụ đơn giản, trước khi sử dụng bằng chứng di truyền, nấm chưa được xem là thực vật hay có quan hệ gần với thực vật hơn động vật không. Bằng chứng tiến hóa cho thấy quan hệ tiến hóa chính xác của sinh vật đa bào như thể hiện trong biểu đồ dưới đây – nấm có quan hệ gần với động vật hơn thực vật.
Năm 1998, Nhóm phát sinh loài thực vật hạt kín đã xuất bản công trình phát sinh chủng loài học với thực vật có hoa dựa trên phép phân tích trình từ DNA từ hầu hết họ của thực vật có hoa. Nhờ có công trình này, nhiều câu hỏi, ví dụ như họ nào đại diện cho phân nhánh sớm nhất của thực vật hạt kín giờ đây đã có đáp án. Việc tra cứu thực vật có liên hệ ra sao với các loài khác cho phép các nhà khoa học thực vật nắm rõ hơn về quá trình tiến hóa ở thực vật. Mặc cho nghiên cứu thực vật mô hình và tăng cường sử dụng bằng chứng DNA, các nhà phân loại học vẫn đang tiến hành nghiên cứu thảo luận về phương pháp phân loại thực vật thành các đơn vị chính xác nhất. Sự phát triển công nghệ như máy tính và kính hiển vi điện tử đã tăng cường đáng kể mức độ nghiên cứu chi tiết và tốc độ dữ liệu được phân tích.