Botanik

Botanik veya bitki bilim(ler)i, bitki biyolojisi, fitoloji, bitki yaşamı ile ilgili bir bilim dalı ve biyolojinin bir koludur. Bir botanikçi, bitki bilimcisi veya fitolog, bu alanda uzmanlaşmış bir bilim insanıdır. "Botanik" terimi; otlak, ot veya yem anlamına gelen (botanē) kelimesinden türetilmiştir. Geleneksel olarak, botanik, mantarları ve algleri de de içine alan bir bilim dalıdır. Günümüzde, botanikçiler (tam anlamıyla), 391.000'i damarlı bitki türü (yaklaşık 369.000 çiçekli bitki türü dahil) ve yaklaşık 20.000'i kara yosunu olan yaklaşık 410.000 kara bitkisi türünü incelemektedir.
Botanik, ilk insanların yenilebilir, şifalı ve zehirli bitkileri tanımlama ve daha sonra yetiştirme çabalarıyla herboloji olarak tarih öncesinde ortaya çıktı ve bu da onu bilimin en eski dallarından biri haline getirdi. Genellikle manastırlara bağlı orta çağ fizik bahçeleri, tıbbi öneme sahip bitkiler içeriyordu. Bunlar 1540'lardan itibaren kurulan üniversitelere bağlı ilk botanik bahçelerinin öncüleriydi. Bu bahçelerin en eskilerinden biri Padova botanik bahçesiydi. Bu bahçeler, bitkilerin akademik olarak çalışılmasını kolaylaştırdı. Bitki koleksiyonlarını kataloglama ve açıklama çabaları, bitki taksonomisinin de başlangıcıydı ve bu çabalar botaniği 1753'te, Carl Linnaeus'un bugüne kadar kullanımda olan ikili adlandırma sistemine götürdü.
19. ve 20. yüzyıllarda, bitkilerin incelenmesi için optik mikroskopi ve canlı hücre görüntüleme yöntemleri, elektron mikroskobu, kromozom sayısının analizi, bitki kimyası ve enzimlerin ve diğer proteinlerin yapısı ve işlevi dahil olmak üzere yeni teknikler geliştirildi. 20. yüzyılın son yirmi yılında botanikçiler, bitkileri daha doğru bir şekilde sınıflandırmak için genomik ve proteomik ve DNA dizileri dahil olmak üzere moleküler genetik analiz tekniklerini kullandılar.
Modern botanik, bilim ve teknolojinin diğer alanlarının çoğundan girdiler içeren geniş, çok disiplinli bir konudur. Araştırma konuları arasında bitki yapısı, büyüme ve farklılaşma, üreme, biyokimya ve birincil metabolizma, kimyasal ürünler, gelişme, hastalıklar, evrimsel ilişkiler, sistematiği ve bitki taksonomisi çalışmaları yer alır. 21. yüzyıl bitki bilimindeki baskın temalar, bitki hücrelerinin ve dokularının farklılaşması sırasında gen ekspresyonunun mekanizmaları ve kontrolü olan moleküler genetik ve epigenetiktir. Botanik araştırmaları, temel gıda, kereste, yağ, kauçuk, lif ve ilaç gibi malzemeleri, modern bahçecilikte, tarım ve ormancılıkta, bitki çoğaltmada, ıslahta ve genetik modifikasyonda, inşaat için kimyasalların ve hammaddelerin sentezinde kullanmada çeşitli uygulamalara sahiptir ve enerji üretimi, çevre yönetimi ve biyolojik çeşitliliğin sürdürülmesi konularını içerir.
Tarih
Erken botanik
Botanik orijinli olan herbalizm, bitkileri tıbbi özellikleri sebebiyle kullanma çalışmalarıdır. Holosen dönemine ait birçok kayıt, erken botanik bilgisinin 10.000 yıl öncesine kadar uzandığını göstermektedir. Bu kayıt dışı bitki bilgisi, günümüzde Cherokee topraklarının çoğunu oluşturan Tennessee'deki insan işgalinin eski bölgelerinde keşfedildi. İlk kaydedilen botanik tarihi, birçok eski yazı ve bitki sınıflandırmasını içerir. Erken botanik eserlerin örnekleri, Hindistan'dan MÖ 1100 öncesine dayanan eski metinlerde, arkaik Avestan yazılarında ve MÖ 221'de birleşik olmayan Çin'den gelen çalışmalarda bulunmuştur.
Modern botaniğin kökleri Antik Yunan'a özellilke Aristoteles'in öğrencisi olan Theophrastus (c. 371-287 BC)'a dayanır. Aristo'nun çalışmaları botaniğin ilkelerinin birçoğu açıklar ve Aristo bilimsel topluluk tarafından yaygın bir biçimde "Botaniğin babası" olarak isimlendirilir. adlı başlıca çalışmaları, "Enquiry into Plants ve On the Causes of Plants" neredeyse on yedi yüzyıl sonra, Orta Çağlara kadar botanik bilimine en önemli katkıları oluşturur.
Botanik üzerinde erken bir etki yaratan Antik Yunan'dan bir başka eser, birinci yüzyılın ortalarında Yunan doktor ve farmakolog Pedanius Dioscorides tarafından yazılan bitkisel ilaçlarla ilgili beş ciltlik bir ansiklopedi olan De Materia Medica'dır. De Materia Medica, 1500 yıldan fazla bir süredir geniş çapta okunmaktadır. Ortaçağ Müslüman dünyasından önemli katkılar arasında İbn Vahşiyye'nin Nabatean Tarımı, Abū Ḥanīfa Dīnawarī'nın (828-896) Bitkiler Kitabı ve İbn Bassal'ın Toprakların Sınıflandırılması bulunmaktadır. 13. yüzyılın başlarında, Abu al-Abbas al -Nabati ve Ibn al-Baitar (ö. 1248) sistematik ve bilimsel bir şekilde botanik üzerine çalışmalar yaptı.
16. yüzyılın ortalarında, bir dizi İtalyan üniversitesinde " botanik bahçeleri " kuruldu - 1545'teki Padua botanik bahçesi genellikle orijinal konumunda olan ilk bahçe olarak kabul edilir. Bu bahçeler, bitkilerin tıbbi kullanım için yetiştirildiği, genellikle manastırlarla ilişkilendirilen eski "fizik bahçelerinin" pratik değerini sürdürdü. Botaniğin büyümesini akademik bir konu olarak desteklediler. Bahçelerde yetişen bitkiler hakkında dersler verildi ve tıbbi kullanımları gösterildi. Botanik bahçeleri çok daha sonra kuzey Avrupa'ya geldi; İngiltere'de birincisi, 1621'de Oxford Üniversitesi Botanik Bahçesi idi. Bu dönem boyunca, botanik tıbba sıkı sıkıya bağlı kaldı.
Alman hekim Leonhart Fuchs (1501-1566), ilahiyatçı Otto Brunfels (1489-1534) ve doktor Hieronymus Bock (1498-1554) (Hieronymus Tragus olarak da anılır) ile birlikte üç Alman botanik babasından biriydi. Fuchs ve Brunfels, kendi orijinal gözlemlerini yapmak için önceki çalışmaları kopyalama geleneğinden koptu. Bock kendi bitki sınıflandırma sistemini yarattı.
Hekim Valerius Cordus (1515-1544), botanik ve farmakolojik açıdan önemli bir bitkisel eser olan Historia Plantarum'u 1544'te ve kalıcı öneme sahip bir farmakope olan Dispensatorium'u 1546'da yazdı. Naturalist Conrad von Gesner (1516-1565) ve bitki uzmanı John Gerard (1545 c. 1611) bitkilerin tıbbi kullanımlarını kapsayan eserler yayımladılar. Doğa bilimci Ulisse Aldrovandi (1522-1605), bitkilerle ilgili çalışmaları da içeren doğa tarihinin babası olarak kabul edildi. Polymath Robert Hooke, 1665 yılında erken bir mikroskop kullanarak mantarda ve kısa bir süre sonra canlı bitki dokusunda kendi icat ettiği bir terim olan hücreleri keşfetti.
Erken modern botanik
18. yüzyılda, bitki tanımlama sistemleri, tanımlanamayan bitkilerin karakter çiftleri arasında bir dizi seçim yapılarak taksonomik gruplara (örneğin aile, cins ve tür) yerleştirildiği ikili anahtarlara benzer şekilde geliştirildi. Karakterlerin seçimi ve sırası, tamamen tanımlama (teşhis anahtarları) için tasarlanmış anahtarlarda yapay olabilir veya sinoptik anahtarlardaki taksonların doğal veya fiziksel düzeniyle daha yakından ilişkili olabilir. 18. yüzyıla gelindiğinde, yeni keşfedilen ülkelerden ve dünya çapındaki Avrupa kolonilerinden artan sayıda araştırma için yeni bitkiler Avrupa'ya geliyordu. 1753'te Carl von Linné (Carl Linnaeus), modern botanik terminolojinin referans noktası olan bitki türlerinin hiyerarşik bir sınıflandırması olan Species Plantarum'unu yayınladı. Bu, ilk adın cinsi temsil ettiği ve ikincisinin cins içindeki türleri tanımladığı standart bir iki terimli veya iki parçalı adlandırma şeması oluşturdu. Linnaeus'un Systema Sexuale eseri bitkileri erkek organların sayısına göre 24 grupa ayırmıştır. 24. grup olan Cryptogamia, gizlenmiş üreme kısımlarına sahip tüm bitkileri, yosunları, ciğerotları, eğrelti otları, algler ve mantarları içermektedir.
Bitki anatomisi, morfolojisi ve yaşam döngüleri hakkındaki artan bilgi, bitkiler arasında Linnaeus'un yapay cinsel sisteminden daha fazla doğal afinite olduğunun farkına varılmasına yol açtı. Adanson (1763), de Jussieu (1789) ve Candolle (1819), bitkileri daha geniş bir ortak karakter yelpazesi kullanarak gruplandıran ve yaygın olarak takip edilen çeşitli alternatif doğal sınıflandırma sistemleri önerdi. Candollean sistemi, morfolojik karmaşıklığın ilerleyişine ilişkin fikirlerini yansıtıyordu ve daha sonra 19. yüzyılın ortalarına kadar etkili olan Bentham & Hooker sistemi, Candolle'un yaklaşımından etkilendi. Darwin'in Türlerin Kökeni'ni 1859'da yayınlaması ve ortak soy kavramı, yalnızca morfolojik benzerlikten farklı olarak evrimsel ilişkileri yansıtmak için Candollean sisteminde değişiklikler yapılmasını gerektiriyordu.
Botanik, ilk "modern" ders kitabı olan Matthias Schleiden'den ortaya çıkışıyla büyük ölçüde canlandı. Bilimsel Botanik İlkeleri olarak 1849'da İngilizce olarak yayınlandı. Schleiden, Theodor Schwann ve Rudolf Virchow ile birlikte hücre teorisini kuran ve Robert Brown tarafından 1831'de tanımlanan hücre çekirdeğinin önemini ilk kavrayanlardan biri olan bir mikroskopist ve erken bir bitki anatomistiydi. 1855'te Adolf Fick, Fick'in biyolojik sistemlerdeki moleküler difüzyon oranlarının hesaplanmasını sağlayan yasalarını formüle etti.
Geç modern botanik
Gregor Mendel (1822-1884) ile ortaya çıkan gen kromozom kalıtım teorisine dayanan August Weismann (1834-1914), kalıtımın yalnızca gametler aracılığıyla gerçekleştiğini kanıtladı. Başka hiçbir hücre, miras alınan karakterleri aktaramaz. Katherine Esau'nun (1898-1997) bitki anatomisi üzerine yaptığı çalışma, hala modern botaniğin önemli bir temelidir. Plant Anatomy and Anatomy of Seed Plants kitapları, yarım yüzyıldan uzun süredir önde gelen bitki yapısal biyolojisi metinleridir.
Bitki ekolojisi disiplininin öncülüğünü, bitkilerin topluluklar oluşturduğu hipotezini üreten Eugenius Warming ve bitki yaşam formlarını tanımlama sistemi bugün hala kullanımda olan danışmanı ve halefi Christen C. Raunkiær gibi botanikçiler tarafından 19. yüzyılın sonlarında başlatıldı. Ilıman geniş yapraklı orman gibi bitki topluluklarının bileşiminin ekolojik bir ardışık süreçle değiştiği kavramı Henry Chandler Cowles, Arthur Tansley ve Frederic Clements tarafından geliştirilmiştir. Clements, bir çevrenin destekleyebileceği en karmaşık bitki örtüsü olarak doruk bitki örtüsü fikriyle tanınır ve Tansley ekosistem kavramını biyolojiye tanıtmıştır. Alphonse de Candolle'un daha önceki kapsamlı çalışmasına dayanan Nikolai Vavilov (1887-1943), ekonomik bitkilerin biyocoğrafyası, menşe merkezleri ve evrimsel tarihinin hesaplarını üretmiştir.
Özellikle 1960'ların ortalarından bu yana, terleme (suyun bitki dokuları içinde taşınması), yaprak yüzeyinden su buharlaşma oranlarının sıcaklığa bağımlılığı ve suyun moleküler difüzyonu gibi bitkisel fizyolojik süreçlerinin fiziğinin anlaşılmasında ilerlemeler kaydedilmiştir. Stomataaçıklıkları yoluyla buhar ve karbondioksit salınır. Bu gelişmeler, stoma açıklıklarının boyutunu ve fotosentez oranını ölçmek için yeni yöntemlerle birleştiğinde, bitkiler ve atmosfer arasındaki gaz değişim oranlarının tam olarak tanımlanmasını sağladı. Rothamsted Experimental Station'daki Ronald Fisher, Frank Yates ve diğerleri tarafından istatistiksel analizdeki yenilikler, botanik araştırmada rasyonel deneysel tasarımı ve veri analizini kolaylaştırdı. 1948'de Kenneth V. Thimann tarafından oksin bitki hormonlarının keşfi ve tanımlanması, bitki büyümesinin dışarıdan uygulanan kimyasallarla düzenlenmesini sağladı. Frederick Campion Steward, bitki hormonları tarafından kontrol edilen mikro çoğaltma ve bitki doku kültürü tekniklerine öncülük etti. Sentetik oksin 2,4-Diklorofenoksiasetik asit veya 2,4-D, ilk ticari sentetik herbisitlerden biriydi.
Bitki biyokimyasındaki 20. yüzyıl gelişmeleri, spektroskopi, kromatografi ve elektroforez gibi modern organik kimyasal analiz teknikleri tarafından yönlendirilmiştir. Moleküler biyoloji, genomik, proteomik ve metabolomiklerin ilgili moleküler ölçekli biyolojik yaklaşımlarının yükselişiyle, bitki genomu ile bitkilerin biyokimyası, fizyolojisi, morfolojisi ve davranışlarının çoğu yönü arasındaki ilişki ayrıntılı deneysel analize tabi tutulabilir. İlk olarak 1902'de Gottlieb Haberlandt tarafından, tüm bitki hücrelerinin totipotent olduğu ve in vitro olarak yetiştirilebileceği fikri, nihayetinde genetik mühendisliğinin deneysel olarak belirli bir özellikten sorumlu bir gen veya genleri yok etmek için kullanılmasını sağladı. ilgilenilen bir genin ifade edildiğini bildiren GFP gibi genler eklendi. Bu teknolojiler, pestisitleri, antibiyotikleri veya diğer farmasötikleri sentezlemek için biyo-reaktörlerde yetiştirilen bütün bitkilerin veya bitki hücresi kültürlerinin biyoteknolojik kullanımına ve ayrıca gelişmiş verim gibi özellikler için tasarlanmış genetiği değiştirilmiş mahsullerin pratik uygulamasına olanak tanır.
Modern sistematik, bitkiler arasındaki filogenetik ilişkileri yansıtmayı ve keşfetmeyi amaçlamaktadır. Modern Moleküler filogenetik, veri olarak DNA dizilerine dayanarak morfolojik karakterleri büyük ölçüde göz ardı eder. Çoğu çiçekli bitki familyasından DNA dizilerinin moleküler analizi, Angiosperm Phylogeny Group'un 1998 yılında çiçekli bitkilerden oluşan bir filogeniyi yayınlamasına ve anjiyosperm aileleri ve türler arasındaki ilişkiler hakkındaki birçok soruyu yanıtlamasına olanak sağladı. Bitki türlerinin ve ticari çeşitlerin DNA barkodlama ile tanımlanmasına yönelik pratik bir yöntemin teorik olasılığı, aktif güncel araştırmaların konusudur.
Kapsam ve önemi
Bitkilerin incelenmesi hayati önem taşımaktadır, çünkü insanlara ve diğer organizmalara var olmaları gereken kimyasal enerjiyle aerobik solunum sağlayan oksijen ve besinlerin büyük bir kısmını üreterek Dünya'daki neredeyse tüm hayvan yaşamını desteklerler. Bitkiler, algler ve siyanobakteriler, su ve karbondioksiti hem kimyasal enerji kaynağı hem de organik moleküllerin kaynağı olarak kullanılabilen şekere dönüştürmek için güneş ışığının enerjisini kullanan bir süreç olan fotosentezi gerçekleştiren başlıca organizma gruplarıdır. Fotosentezin bir yan ürünü olarak bitkiler, hemen hemen tüm canlıların hücresel solunum için ihtiyaç duydukları bir gaz olan oksijeni atmosfere salarlar. Ayrıca küresel karbon ve su döngülerinde etkilidirler ve bitki kökleri toprağı bağlayarak stabilize ederek toprak erozyonunu önler. Bitkiler, toprağı oluşturup muhafaza etmenin yanı sıra insanlar için besin, oksijen, ilaç ve ürünler sağladıkları için insan toplumunun geleceği için çok önemlidir.
Tarihsel olarak, tüm canlılar ya hayvanlar ya da bitkiler olarak sınıflandırıldı ve botanik, hayvan olarak kabul edilmeyen tüm organizmaların incelenmesini kapsıyordu. Botanistler, bitki organelleri, hücreler, dokular, bütün bitkiler, bitki popülasyonları ve bitki toplulukları içindeki hem iç işlevleri hem de süreçleri inceler. Bu seviyelerin her birinde, bir botanikçi bitki yaşamının sınıflandırılması (taksonomi), filogenisi ve evrimi, yapısı (anatomi ve morfolojisi) veya işlevi (fizyolojisi) ile ilgilenebilir.
"Bitki" sıkı tanım sadece "toprak bitkiler" veya içeren embryophytes arasında, tohum bitkileri (açıktohumlu dahil olmak üzere, çam ve bitkilerin çiçek) ve serbest-spor oluşturan kriptogamların içeren eğrelti otları, clubmosses, kuzu yosunları, boynuzluciğerotları ve yosunlar. Embriyofitler, enerjisini güneş ışığından fotosentez yoluyla elde eden bir atadan gelen çok hücreli ökaryotlardır. Alternatif haploid ve diploid fazları olan yaşam döngüleri vardır. Olarak bilinen embryophytes cinsel haploid faz gametofit gelişmekte diploid embriyo besleyen sporofit ömrünün en azından kısmen için dokular içinde, daha gametofit kendisi üst sporofit beslenmektedir tohum bitkilerde. Daha önce Botanikçiler tarafından incelenmiştir, organizmaların diğer grupları (şimdi incelenen bakteriler bakteriyoloji, mantarlar () Mikoloji dahil -) liken 'i oluşturan mantarlara (Likenolojinin), non- chlorophyte yosun (Fikoloji) ve virüs (viroloji). Bununla birlikte, botanikçiler tarafından bu gruplara hala ilgi gösterilmekte ve mantarlar (likenler dahil) ve fotosentetik protistler genellikle başlangıç botanik kurslarında ele alınmaktadır.
Paleobotanistler, bitkilerin evrimsel tarihi hakkında bilgi sağlamak için fosil kayıtlarındaki eski bitkileri incelerler. Yeryüzündeki ilk oksijen salgılayan fotosentetik organizmalar olan siyanobakterilerin, erken bir ökaryot ile endosimbiyotik bir ilişkiye girerek bitkilerin atasını oluşturduğu ve sonuçta bitki hücrelerinde kloroplast haline geldiği düşünülüyor.
21. yüzyılın önemli botanik soruları arasında, bitkilerin, yaşamın temel bileşenlerinin küresel döngüsünde birincil üreticiler olarak rolü vardır: enerji, karbon, oksijen, nitrojen ve su ve tesis yönetimimizin küresel çevre sorunlarının ele alınmasına yardımcı olabileceği yollar. Kaynak yönetimi, koruma, insan gıda güvenliği, biyolojik olarak istilacı organizmalar, karbon tutumu, iklim değişikliği ve sürdürülebilirlik.
İnsan beslenmesi
Neredeyse tüm temel gıdalar ya doğrudan bitkiler tarafından birincil üretimden ya da dolaylı olarak onları yiyen hayvanlardan gelir. Bitkiler ve diğer fotosentetik organizmalar besin zincirlerinin çoğunun temelinde yer alırlar çünkü güneşten gelen enerjiyi ve topraktan ve atmosferden gelen besinleri kullanarak onları hayvanlar tarafından kullanılabilecek bir forma dönüştürürler. Ekologların ilk trofik seviye dedikleri şey budur. Kenevir, teff, mısır, pirinç, buğday ve diğer tahıl otları, bakliyat, muz ve plantain gibi başlıca temel gıdaların modern formları ve ayrıca lifleri için yetiştirilen kenevir, keten ve pamuk, en çok arzu edilen özelliklere sahip yabani atalardan kalma bitkiler arasından binlerce yıllık tarih öncesi seleksiyonun sonucudur.
Botanistler, bitkilerin nasıl yiyecek ürettiklerini ve örneğin bitki ıslahı yoluyla verimin nasıl artırılacağını inceleyerek, çalışmalarını insanlığın dünyayı besleme ve gelecek nesiller için gıda güvenliği sağlama yeteneği için önemli hale getiriyor. Botanistler ayrıca tarımda önemli bir sorun olan yabani otları ve tarım ve doğal ekosistemlerdeki bitki patojenlerinin biyolojisi ve kontrolünü de inceler. Etnobotani, bitkiler ve insanlar arasındaki ilişkilerin incelenmesidir. Tarihsel bitki-insan ilişkilerinin araştırılmasına uygulandığında etnobotanik arkeobotanik veya paleoetnobotanik olarak adlandırılabilir. En eski bitki-insan ilişkilerinden bazıları, yenmeyen bitkilerden yenilebilir bitkilerin tanımlanmasında Kanada'nın yerli halkı arasında ortaya çıktı. Yerli halkın bitkilerle olan bu ilişkisi etnobotanistler tarafından kaydedildi.
Bitki biyokimyası
Bitki biyokimyası, bitkiler tarafından kullanılan kimyasal süreçlerin incelenmesidir. Bu işlemlerden bazıları, fotosentetik Calvin döngüsü ve krassulacean asit metabolizması gibi birincil metabolizmalarında kullanılır. Diğerleri vücutlarını oluşturmak için kullanılan selüloz ve lignin gibi özel malzemeler ve reçineler ve aroma bileşikleri gibi ikincil ürünler yaparlar.
Bitkiler ve topluca " alg " olarak bilinen diğer çeşitli fotosentetik ökaryot grupları, kloroplast olarak bilinen benzersiz organellere sahiptir. Kloroplastların, eski bitki ve alg ataları ile endosimbiyotik ilişkiler oluşturan siyanobakterilerden geldiği düşünülmektedir. Kloroplastlar ve siyanobakteriler mavi-yeşil pigment klorofil a içerir. Klorofil a (aynı zamanda bitkisi ve yeşil alglere özgü kuzeni klorofil b) , spektrumun mavi-mor ve turuncu / kırmızı kısımlarındaki ışığı emerken, bizim bu organizmaların karakteristik rengi olarak gördüğümüz yeşil rengi yansıtırlar. Bu pigmentlerin absorbe ettiği kırmızı ve mavi ışıktaki enerji, kloroplastlar tarafından, yan ürün olarak moleküler oksijen (O 2) üreten oksijenli fotosentez yoluyla karbondioksit ve sudan enerji açısından zengin karbon bileşikleri yapmak için kullanılır.
Klorofil a tarafından yakalanan ışık enerjisi, başlangıçta enerjiyi geçici olarak depolayan ve taşıyan ATP ve NADPH moleküllerini yapmak için kullanılan elektronlar (ve daha sonra bir proton gradyanı) biçimindedir. Enerjileri, 3-karbonlu şeker gliseraldehit 3-fosfat (G3P) moleküllerini üretmek için rubisco enzimi tarafından Calvin döngüsünün ışıktan bağımsız reaksiyonlarında kullanılır. Gliseraldehit 3-fosfat, fotosentezin ilk ürünüdür ve glikoz ve biyolojik kaynaklı hemen hemen tüm diğer organik moleküllerin sentezlendiği hammaddedir. Glikozun bir kısmı kloroplastta depolanan nişastaya dönüştürülür. Nişasta, kara bitkilerinin ve alglerin çoğunun karakteristik enerji deposudur, ayçiçeği familyası Asteraceae'de aynı amaç için bir fruktoz polimeri olan inülin kullanılır. Glikozun bir kısmı bitkinin geri kalanına ihraç edilmek üzere sükroza (genel sofra şekeri) dönüştürülür.
Hayvanların (kloroplast içermeyen) aksine, bitkiler ve onların ökaryot akrabaları, tüm yağ asitlerini ve amino asitlerin çoğunu sentezlemek de dahil olmak üzere kloroplastlarına birçok biyokimyasal rol atamıştır. Kloroplastların ürettiği yağ asitleri, hücre zarlarını oluşturmak için malzeme sağlamak ve bitki kütikülünde bulunan ve kara bitkilerinin kurumasını önleyen polimer kütini yapmak gibi birçok şey için kullanılır.
Bitkiler, kara bitkisi hücre duvarının inşa edildiği polisakkarit molekülleri selüloz, pektin ve ksiloglukan gibi bir dizi benzersiz polimeri sentezler. Vasküler kara bitkileri, bir bitki su stresi altında içlerinden su emdiğinde çökmelerini önlemek için ksilem trakeidlerinin ve damarlarının ikincil hücre duvarlarını güçlendirmek için kullanılan bir polimer olan lignini yapar. Lignin, bir bitki için yapısal destek sağlayan ve ahşabın ana bileşenlerinden biri olan sklerenkima lifleri gibi diğer hücre türlerinde de kullanılır. Sporopollenin, fosil kayıtlarında erken kara bitki sporlarının ve tohum bitkilerinin polenlerinin hayatta kalmasından sorumlu olan kara bitkilerinin sporlarının ve polenlerinin dış hücre duvarlarında bulunan kimyasal olarak dirençli bir polimerdir. Ordovisiyen döneminde kara bitki evriminin başlangıcı için bir işaret olarak kabul edilir. Bugün atmosferdeki karbondioksit konsantrasyonu, Ordovisyen ve Silüriyen dönemlerinde bitkilerin karaya çıktığı zamandan çok daha düşük. Birçok tek çenekliler gibi mısır ve ananas ve bazı dikotlardan gibi Asteraceae bağımsız olarak gelişen, gibi yollar Crassulacean asit metabolizması ve C karbon fiksasyonu kaynaklanan kayıpları önlemek fotosentez için yolunun fotorespirasyon daha yaygın olarak C karbon fiksasyonu yolunun. Bu biyokimyasal stratejiler kara bitkilerine özgüdür.
İlaç ve malzemeler
Fitokimya, bitki biyokimyasının birincil olarak ikincil metabolizma sırasında bitkiler tarafından üretilen kimyasal maddelerle ilgilenen bir dalıdır. Bu bileşiklerin bazıları, baldıran otu kaynaklı alkaloid koni gibi toksinlerdir. Diğerleri gibi uçucu yağlar yağ nane ve limon yağı aroma ve baharatların (örneğin gibi kendi kokusu için yararlıdır kapsaisin) ve olduğu gibi ilaç olarak tıpta kullanılan haşhaş. Tetrahidrokanabinol (kenevirdeki aktif bileşen), kafein, morfin ve nikotin gibi birçok tıbbi ve eğlence amaçlı ilaç doğrudan bitkilerden gelir. Diğerleri, botanik doğal ürünlerin basit türevleridir. Örneğin, ağrı kesici aspirin asetildir esteri arasında salisilik asit ilk olarak izole edilen, kabuğu ve söğüt ağaçları, ve geniş bir opiat ağrı kesiciler gibi eroin kimyasal modifikasyonu ile elde edilir. Popüler uyarıcılar, kahve, çay ve çikolatadaki kafein ve tütünden nikotin gibi bitkilerden gelir. Alkollü içeceklerin çoğu, arpa (bira), pirinç (sake) ve üzüm (şarap) gibi karbonhidrat bakımından zengin bitki ürünlerinin fermantasyonundan gelir. Yerli Amerikalılar, binlerce yıldır hastalıkları veya hastalıkları tedavi etmek için çeşitli bitkileri kullandılar. Yerli Amerikalıların bitkiler hakkında sahip oldukları bu bilgi, enthnobotanistler tarafından kaydedildi ve daha sonra ilaç şirketleri tarafından bir ilaç keşif yolu olarak kullanıldı.
Şeker, nişasta, pamuk, keten, kenevir, bazı ip türleri, tahta ve yonga levhalar, papirüs ve kağıt, bitkisel yağlar, balmumu ve doğal kauçuk, bitki dokularından veya bunların ikincil ürünlerinden yapılan ticari açıdan önemli malzemelere örnektir.
Bitki anatomisi ve morfolojisi
Bitki anatomisi, bitki hücrelerinin ve dokularının yapısının incelenmesidir, bitki morfolojisi ise bunların dış biçimlerinin incelenmesidir. Tüm bitkiler çok hücreli ökaryotlardır, DNA'ları çekirdeklerde depolanır. Bitki hücrelerini hayvan ve mantar hücrelerinden ayıran karakteristik özellikler, polisakkaritler selüloz, hemiselüloz ve pektinden oluşan birincil hücre duvarı, hayvan hücrelerinden daha büyük vakuoller ve plastidlerin varlığıdır. Kloroplastlarda gerçekleşen eşsiz fotosentetik ve biyosentetik fonksiyonlara sahiptirler. Diğer plastidler, nişasta (amiloplastlar) veya lipitler (elaioplastlar) gibi depolama ürünlerini içerir.
Sistematik botanik
Sistematik botanik, sistematik biyolojinin bir parçasıdır. Organizmaların dağılışı, çeşitliliği, aralarındaki ilişkileri ve kısmen evrimsel tarihleri sistematik botaniğin çalışma alanına girer. Sistematik botanik; biyolojik sınıflandırma, bilimsel taksonomi ve filogenetik ile ilişkilidir. Biyolojik sınıflandırma organizmaları cins veya tür gibi kategorilere ayıran bir yol izler ve bilimsel taksonominin bir formudur. Modern taksonomi Carl Linne'nin çalışmalarından köken alır. Linne'nin çalışmaları ise gruplandırılan türlerin fiziksel karakteristiklerini esas almaktadır.
Bir grup organizmanın evrimsel ilişkileri ve kalıtımına filogenisi denir. Filogenetik araştırmalar filogenetikleri keşfetmeye çalışır. Temel yaklaşım, ilişkileri belirlemek için paylaşılan mirasa dayalı benzerlikler kullanmaktır.
İlişkileri paylaşılan karakterlere göre değerlendirmek özen gerektirir, çünkü bitkiler, karakterlerin bağımsız olarak ortaya çıktığı yakınsak evrim yoluyla birbirlerine benzeyebilirler. Bazı Euphorbia'lar, küresel kaktüslerinkine benzer şekilde su korumasına uyarlanmış yapraksız, yuvarlak gövdelere sahiptir, ancak çiçeklerinin yapısı gibi karakterler, iki grubun yakından ilişkili olmadığını açıkça ortaya koymaktadır. Kladistik yöntem, karakterlere sistematik bir yaklaşım getirerek, paylaşılan evrimsel tarih hakkında hiçbir bilgi içermeyenler - örneğin farklı gruplarda ayrı ayrı evrimleşenler (homoplaziler) veya atalardan kalanlar (plesiomorfiler) - ve daha önce yapılmış olan türetilmiş karakterler arasında ayrım yapar. Yalnızca kaktüslerin omurga üreten areolleri gibi türetilmiş karakterler, ortak bir atadan geldiklerine dair kanıt sağlar. Kladistik analizlerin sonuçları kladigramlara giren (evrimsel dallanma ve iniş deseni gösteren şemalar) ağaçlar şeklinde ifade edilir.
1990'lardan itibaren, canlı bitkiler için filogenetikler oluşturmaya yönelik baskın yaklaşım, dikenlerin ve areollerin varlığı veya yokluğu gibi morfolojik karakterler yerine moleküler karakterler, özellikle DNA dizileri kullanan moleküler filogenetik olmuştur. Aradaki fark, genetik kodun, oluşturduğu karakterler aracılığıyla dolaylı olarak kullanılmak yerine, evrimsel ilişkilere karar vermek için kullanılmasıdır. Clive Stace, bunu "evrimin genetik temeline doğrudan erişim" olarak tanımlıyor. Basit bir örnek olarak, genetik kanıtların kullanılmasından önce, mantarların ya bitki oldukları ya da bitkilerle hayvanlardan daha yakından ilişkili oldukları düşünülüyordu. Genetik kanıtlar, çok hücreli organizmaların gerçek evrimsel ilişkisinin aşağıdaki kladogramda gösterildiği gibi olduğunu göstermektedir - mantarlar bitkilerden çok hayvanlarla daha yakından ilgilidir.
1998'de Angiosperm Phylogeny Group, çiçekli bitkilerin çoğu familyasından DNA sekanslarının analizine dayanan çiçekli bitkiler için bir filogeniyi yayınladı. Bu çalışmanın bir sonucu olarak, anjiyospermlerin en eski dallarını hangi ailelerin temsil ettiği gibi pek çok soru cevaplandı. Bitki türlerinin birbirleriyle nasıl ilişkili olduklarını araştırmak, botanikçilerin bitkilerdeki evrim sürecini daha iyi anlamalarını sağladı. Model bitkiler üzerinde yapılan çalışmalara ve DNA kanıtlarının artan kullanımına rağmen, taksonomistler arasında bitkileri çeşitli taksonlara en iyi nasıl sınıflandıracakları konusunda devam eden çalışmalar ve tartışmalar vardır. Bilgisayarlar ve elektron mikroskopları gibi teknolojik gelişmeler, incelenen ayrıntı düzeyini ve verilerin analiz edilme hızını büyük ölçüde artırmıştır.
Alt dalları
Bitki morfolojisi, bitkilerin iç ve dış yapılarını genel olarak inceler.
Bitki morfolojisi birçok alt dala ayrılır.
Bitki histolojisi, bitki dokularını inceler.
Bitki sitolojisi, bitki hücresini inceler.
Bitki anatomisi, bitki dokularını organ düzeyinde inceler.
Üreme morfolojisi, yaşam çevrimini inceler
Morfogenez, bitkilerin gelişmesini inceler.
Agrostoloji, otsu bitkilerle ve özellikle bu bitkilerin sınıflandırılmasıyla ilgili botanik dalı.
Bitki fizyolojisi, bitkilerdeki hayati olayları fizik ve kimya kanunlarına dayanarak inceler. Madde değişimi (Metabolizma), büyüme-gelişme ve hareket fizyolojisi olmak üzere üçe ayrılarak incelenmektedir.
Bitki ekolojisi, bitkilerin diğer canlılarla ve yaşadıkları çevre ile olan ilişkilerini araştırır.
Sistematik botanik, bitkileri birbirleri ile olan tabii akrabalık derecelerini göz önünde tutarak ve filogenetik gelişmelerine dayanarak inceleyen, küçük veya büyük topluluklar halinde gruplandıran botanik dalıdır.
Diğer bilim dalları ile ilgili olan ilişkileri
Bitki coğrafyası, bitkiler alemi ile yeryüzü arasındaki ilişkileri ve bitkilerin yayılışını araştıran bir bilim dalıdır. Fitocoğrafya ve geobotanik olarak da bilinir.
Paleobotanik, fitopaleontoloji olarak da bilinir. Jeolojik çağlarda yaşamış ve nesilleri ortadan kalkmış bitkilerin kalıntılarını, yani bitkisel fosilleri, sistematik ve yayılışları bakımından inceler.
Farmasötik botanik, tıbbi bitkileri belirli sistematik gruplar altında tanıtan, bunlardan elde edilen ilaç hammaddeleri (drog) ile tedavide kullanılma yerlerini kısa olarak anlatan bir bilim dalıdır.
Fitopatoloji, bitki hastalıklarını inceler.
Dendroloji, ağaçları inceler.
Orman botaniği, orman ağaçlarının sistematiği ile ilgilenir.
Botanik bahçesi, içinde birçok bitki türü bulunduran ve genellikle üniversitelerin bünyesinde kurulmuş, canlı bitki örneklerinin muhafazasını ve nesilden nesile aktarılmasını sağlayan birimlerdir. İstanbul Üniversitesi bünyesinde kurulmuş olan Alfred Heilbronn Botanik Bahçesi Türkiye'de resmi konumda çalışmalar yapan botanik bahçelerinin en eskisidir (kuruluş 1935)