Botanique

Pinguicula grandiflora communément connu comme un Grassette

Botanique, la science des plantes (s), ou de la biologie végétale (de grec ancien βοτάνη botane, " pâturage, herbe, ou fourrage "et que de boskein βόσκειν," pour se nourrir ou pour faire paître »), est une discipline de la biologie et de la la science des plantes vie . Traditionnellement, la science de l'étude inclus des champignons, des algues, et les virus. Une personne engagée dans l'étude de la botanique est appelé un botaniste.

Botanique couvre un large éventail de disciplines scientifiques, y compris la structure, croissance, reproduction, métabolisme, développement, les maladies, les propriétés chimiques, et les relations évolutives entre les groupes taxonomiques. Botanique a commencé avec les efforts humains tôt pour identifier les plantes comestibles, médicinales et toxiques, ce qui en fait l'une des branches les plus anciennes de la science. Aujourd'hui, les botanistes étudient environ 400 000 espèces d'organismes vivants.

Les débuts de systèmes de classification de style moderne peuvent être attribués à des années 1500 aux années 1600 lorsque plusieurs tentatives ont été faites pour classer scientifiquement plantes. Dans les 19e et 20e siècles, les grandes nouvelles techniques ont été développées pour l'étude des plantes, y compris microscopie, chromosome comptage, et l'analyse de la chimie du végétal. Dans les deux dernières décennies du 20e siècle, l'ADN a été utilisé pour classer plus précisément plantes.

La recherche botanique se concentre sur les groupes de population, l'évolution de la plante, la physiologie, la structure et la systématique. Sous-disciplines de la botanique comprennent l'agronomie, de la foresterie, l'horticulture et la paléobotanique. Scientifiques clés dans l'histoire de la botanique comprennent Théophraste, Ibn al-Baitar, Carl Linnaeus , Gregor Mendel, et Norman Borlaug.

Histoire

Botanique début

Les outils traditionnels de botaniste

L'histoire de la botanique comprend de nombreux écrits et les classifications des plantes trouvées dans plusieurs premières cultures anciennes. Exemples d'œuvres botaniques premières ont été trouvés dans les textes sacrés de l'Inde antique, ancienne Écrits zoroastriens, et d'anciennes œuvres chinoises.

Botanique moderne retrace ses racines remontent à plus de vingt-trois siècles, le père de la botanique, Théophraste (c. 371-287 BC), un étudiant de Aristote . Il a inventé et décrit bon nombre des principes de la botanique moderne. Ses deux œuvres majeures, Enquête sur les plantes et sur les causes de plantes constitue la contribution la plus importante à la science botanique dans l'Antiquité et le Moyen Age, et a occupé ce poste pendant quelques dix-sept siècles après ils ont été écrits. Aussi de la Grèce, Dioscoride, au milieu du premier siècle, a écrit De Materia Medica, une encyclopédie en cinq volumes sur la médecine à base de plantes qui a été largement lu pendant plus de 1500 années. Travaux du monde musulman médiéval inclus Agriculture nabatéenne de Ibn Wahshiyya, De (828-896) Al-Dinawari le Livre des plantes, et Ibn Bassal est la classification des sols. Dans le début du 13ème siècle, Abu al-Abbas al-nabatéenne et Ibn al-Baitar (d. 1248) a également écrit sur la botanique.

Early botanique moderne

Classis la cruciformium de Crantz, 1769

Allemande médecin Leonhart Fuchs (1501-1566) était l'un des "trois pères allemands de la botanique", avec Otto Brunfels (1489-1534) et Jérôme Bock (1498-1554) (également appelé Hieronymus Tragus).

Valerius Cordus (1515-1544) auteur d'un pharmacopée de l'importance durable, le Dispensatorium en 1546. Conrad von Gesner (1516-1565) et Nicholas Culpeper (1616-1654) a également publié les plantes médicinales couvrant les utilisations médicinales des plantes. Ulisse Aldrovandi (1522-1605) a été considéré comme le «père de l'histoire naturelle», qui comprenait l'étude des plantes. En 1665, en utilisant un microscope début, Robert Hooke a découvert les cellules , un terme qu'il a inventé, dans liège, et un peu plus tard dans le tissu végétal vivant.

Au cours du 18ème siècle, les systèmes de classification ont été développés qui sont comparables à des touches de diagnostic, où taxons sont regroupés artificiellement par paires. La séquence des taxons dans les clés est souvent sans rapport avec leurs groupements naturels ou phylétiques. Au 18ème siècle, un nombre croissant de nouvelles usines était arrivé en Europe en provenance des pays nouvellement découverts et les colonies européennes dans le monde et un grand nombre de plantes sont devenues disponibles pour l'étude. Guides botaniques de cette époque ont été faiblement représentés. En 1754, Carl von Linné (Carl Linnaeus) divisé l'usine Uni en 25 classes dans un taxonomie avec un système de nommage binomiale normalisée pour les espèces animales et végétales. Il a utilisé un schéma de nommage en deux parties où le premier nom représentait le genre et la seconde les espèces. Un des classifications de Linné, le cryptogames, inclus toutes les plantes avec des pièces de reproduction cachés (mousses, hépatiques et fougères), et les algues et les champignons.

La meilleure connaissance des anatomie, cycles de la morphologie et de la vie, ont conduit à la réalisation qu'il y avait des affinités naturelles entre plantes plus que le système sexuel de Linné indiqué. Adanson (1763), de Jussieu (1789), et Candolle (1819) tous les différents systèmes naturels Les alternatives proposées qui ont été largement suivies. Les idées de la sélection naturelle comme un mécanisme pour l'évolution nécessaires adaptations à la Candollean système, qui a commencé les études sur les relations évolutives et classifications phylogénétiques de plantes.

Botanique a été fortement stimulée par l'apparition du premier livre «moderne» de texte, Grundzüge der Matthias Schleiden wissenschaftlichen, publié en anglais en 1849 en tant que principes de Botanique scientifique. Carl Willdenow examiné le lien entre la dispersion des graines et la distribution, la nature des associations végétales, et de l'impact de l'histoire géologique. Le noyau de la cellule a été découvert par Robert Brown en 1831.

Botanique moderne

Une quantité considérable de nouvelles connaissances provient de l'étude plantes modèles tels que Arabidopsis thaliana. Cette espèce de mauvaises herbes dans la famille de la moutarde ( Brassicacées) était l'une des premières plantes à avoir son génome séquencé. Le séquençage du riz génome (Oryza sativa), son génome relativement petit, et une grande communauté de recherche internationale ont fait une importante riz céréales / herbe / modèle monocotylédones. Une autre espèce d'herbe, Brachypodium distachyon est aussi un modèle expérimental pour comprendre la biologie génétique, cellulaire et moléculaire. Autres aliments de base commercialement importantes comme le blé , le maïs , l'orge , seigle, le mil et le soja sont également avoir leurs génomes séquencés. Certains d'entre eux sont difficiles à séquence parce qu'ils ont plus de deux haploïdes (n) ensembles de chromosomes, une condition connue sous le nom polyploïdie, commun dans le règne végétal. Un vert algue , Chlamydomonas reinhardtii, est un organisme modèle qui se est avéré important dans l'avancement des connaissances de la biologie cellulaire.

En 1998, le Angiosperm Phylogeny Group a publié un phylogénie des plantes à fleurs basé sur une analyse de l'ADN des séquences de la plupart des familles de plantes à fleurs. À la suite de ce travail, beaucoup de questions comme celle qui familles représentent les premières branches de angiospermes ont été exaucées. Étudier comment les espèces végétales sont liés les uns aux autres botanistes permet de mieux comprendre le processus d'évolution dans les plantes. Malgré l'étude des plantes modèles et l'utilisation croissante des preuves génétiques, il ya des travaux en cours et les discussions entre les taxonomistes sur la meilleure façon de classer les plantes dans divers taxons.

Portée et l'importance de la botanique

Hibiscus

Moléculaire, génétique et biochimique niveau grâce organites, cellules, tissus, organes, les individus, plante populations et communautés de plantes sont tous les aspects de la vie des plantes qui sont étudiés. A chacun de ces niveaux, un botaniste peut être concerné par la classification ( taxonomie), la structure ( anatomie et morphologie), ou une fonction ( physiologie) de la vie végétale.

Historiquement, tous les êtres vivants ont été regroupés sous forme d'animaux ou de plantes, et la botanique couverts l'étude de tous les organismes ne sont pas considérés comme des animaux . Maintenant, les plantes sont considérées comme des organismes qui obtiennent leur énergie de la lumière solaire par la photosynthèse et les autres étroitement liés, sans chlorophylle des plantes parasites. Organismes étudiés précédemment dans le domaine de la botanique comprennent les bactéries (étudiés dans bactériologie), champignons ( mycologie) -y compris lichens formant du champignons ( lichenology), non chlorophytes algues ( phycologie) et virus ( virologie). Toutefois, l'attention est encore donnée à ces groupes par les botanistes et les champignons (y compris les lichens) et photosynthétique protistes sont généralement couverts dans les cours d'initiation botanique.

L'étude des plantes est essentiel parce qu'ils sont une partie fondamentale de la vie sur Terre, et génèrent l' oxygène et de la nourriture qui permettent aux humains et autres organismes d'exister. Grâce à la photosynthèse , les plantes absorbent le dioxyde de carbone , un gaz à effet de serre que de grandes quantités peuvent affecter le climat mondial. Tout aussi important pour les humains, les plantes libèrent de l'oxygène dans l'atmosphère lors de la photosynthèse. En outre, ils empêchent le sol l'érosion et sont influents dans le cycle de l'eau . Les plantes sont cruciales pour l'avenir de la société humaine car ils fournissent de la nourriture, de l'oxygène, de la médecine, et les produits pour les gens; ainsi que la création et la préservation des sols. Paléobotanistes étudier les plantes anciennes dans le registre fossile. L'évolution des plantes photosynthétiques tôt dans l'histoire de la Terre modifié le atmosphère de la Terre, changer l'atmosphère ancienne travers l'oxydation.

Nutrition humaine

Presque toute la nourriture que nous mangeons vient (directement et indirectement) à partir de plantes, telles que cet Américain long grain de riz

Pratiquement tous les aliments proviennent soit directement à partir de plantes, ou indirectement d'animaux qui se nourrissent de plantes. Les plantes sont la base fondamentale de la quasi-totalité les chaînes alimentaires, car ils utilisent l'énergie du soleil et les nutriments du sol et l'atmosphère, les convertir en une forme qui peut être consommée et utilisée par les animaux; ce est ce que les écologistes appellent le premier niveau trophique. Botanistes étudient également comment les plantes produisent de la nourriture que nous pouvons manger et comment augmenter les rendements et donc leur travail est important dans la capacité de l'humanité à nourrir le monde et de fournir la sécurité alimentaire pour les générations futures, par exemple, par le biais de l'amélioration des plantes. Botanistes étudient également les mauvaises herbes , les plantes qui sont considérés comme une nuisance dans un endroit particulier. Les mauvaises herbes sont un problème considérable dans l'agriculture , et de la botanique fournit une partie de la science fondamentale utilisée pour comprendre comment minimiser 'mauvaises herbes' impact sur l'agriculture et natif écosystèmes. L'ethnobotanique est l'étude des relations entre les plantes et les gens. Lorsque ce genre d'étude est mis à l'enquête des relations plante-personnes dans les temps passés, il est considéré comme l'archéobotanique ou Archéobotanique.

Processus fondamentaux de la vie

La recherche botanique a longtemps eu un intérêt pour la compréhension des processus biologiques fondamentaux autres que juste botanique. Processus fondamentaux de la vie tels que la division cellulaire et la synthèse des protéines peut être étudiée en utilisant des plantes sans les problèmes moraux qui viennent avec la réalisation d'études sur les animaux ou les humains. Gregor Mendel a découvert le lois génétiques de l'héritage de cette façon en étudiant Pisum sativum ( pois ) ont hérité de traits tels que la forme. Que Mendel appris à partir de plantes qui étudient a eu de profondes prestations en dehors de la botanique. De même, ' gènes sauteurs »ont été découverts par Barbara McClintock alors qu'elle étudiait le maïs .

Médecine et matériaux

Beaucoup médicinal et drogues récréatives, comme tétrahydrocannabinol, la caféine , et la nicotine provenir directement du règne végétal. D'autres sont simples dérivés de produits naturels botaniques; par exemple, l'analgésique aspirine est dérivé de l'acide salicylique, qui est originaire de la écorce de saule arbres. En outre, le narcotiques analgésiques tels que la morphine sont dérivées de la pavot à opium. Il peut y avoir un grand nombre de nouveaux traitements pour les maladies prévues par les plantes, en attente d'être découvert. Populaire stimulants comme le café , le chocolat , le tabac et le thé proviennent également de plantes. Plus les boissons alcoolisées sont issus plantes de fermentation tels que l'orge ( bière ), le riz ( saké) et raisins ( vin ).

Chanvre, coton , bois , papier, linge, les huiles végétales, certains types de corde et de caoutchouc sont des exemples de matériaux à base de plantes. Soie ne peut être faite en utilisant le plante mûrier. La canne à sucre , colza, de soja sont quelques-unes des plantes avec une teneur en sucre ou de l'huile hautement fermentescible qui ont été récemment mis à utiliser comme sources de biocarburants , qui sont alternatives importantes à combustibles fossiles (voir biodiesel ).

Les changements environnementaux

De bien des façons, les plantes peuvent agir un peu comme le ' mineurs de canari », un système d'alerte précoce nous alerter des changements importants dans notre environnement. Les plantes répondent à et permettent de comprendre les changements dans l'environnement:

Écologie

La biologie d'une population est plus grande que les biologies collectives de ses individus. Plusieurs membres de la même espèce à proximité constituent un population. Les différentes populations de proximité constituent un communauté, qui, en conjonction avec son environnement non vivant constituent un écosystème. La relation de chaque organisme à tous les autres organismes et les facteurs de son habitat et de l'environnement fait son écologie . Cela comprend la structure, de la génétique et des mutations, le métabolisme, la diversité, remise en forme, l'adaptation, le climat, l'eau et l'état des sols. Les conditions qui constituent un cycle de vie de ses organismes est habitat. Les deux interactions négatives et bénéfiques avec d'autres organismes sont parties de l'écologie de la plante. Les herbivores mangent des plantes, mais les plantes peuvent également se défendre. Certains autres organismes forment des relations profitables avec des plantes, appelé mutualismes, par exemple avec champignons mycorhiziens qui apportent des nutriments, et les abeilles qui pollinisation des fleurs. Un biome est une grande partie de la terre qui a très similaire abiotiques et facteurs biotiques, climatiques , et la géographie , créant un écosystème typique sur cette zone qui se caractérise par ses plantes dominantes. Les exemples incluent la toundra et la forêt tropicale .

Évolution

Un Échiquier représentant un croisement entre deux plants de pois hétérozygotes pour le pourpre (B) et blanc (b) fleurs

ADN fournit les informations pour la structure, le métabolisme et la biologie de la plante. génétique est la science de l'hérédité et de la gène est son unité chimique. Les mêmes lois fondamentales de la génétique se appliquent aux plantes et aux animaux. Dans la reproduction sexuelle, progéniture sont souvent plus en forme que l'un des parents depuis les gènes forts ont tendance à être transmis à la génération suivante. Mutations et résultat de la sélection naturelle dans une espèce acquisition de nouveaux traits et éventuellement évoluer vers une ou plusieurs nouvelles espèces. La génétique des populations est l'étude des distribution de fréquence des allèles et les changements sous l'influence des quatre principaux processus évolutifs: la sélection naturelle , dérive génétique, mutation et flux de gènes. Les changements peuvent aussi être causés par des événements naturels comme un grand météore frapper la Terre et l'élevage sélectif (sélection artificielle) des plantes par les humains pour des traits spécifiques.

Depuis le milieu du 20e siècle, il ya eu un débat considérable sur la façon dont les premières formes de vie ont évolué et comment les classer, en particulier aux niveaux et organismes royaume et de domaine qui sont ou ont été considérés comme les bactéries. Par exemple, le Système sépare trois de domaine Archaea et bactéries , auparavant regroupées dans le seul royaume Monera (bactéries). Archaea a été séparée, car il se est trouvé avoir une histoire évolutive différente. Cependant, Thomas Cavalier-Smith rejette le système à trois et place le domaine Archaea comme un sous-règne des bactéries. Les cyanobactéries étaient autrefois soupçonnés d'être liés aux algues et donc étudié par les botanistes. Même maintenant, ils sont étudiés par les deux botanistes et bactériologistes. De même, le champignons (ou Myceteae) étaient autrefois considérés comme des plantes mais il est maintenant l'incertitude sur la façon de les classer.

Les diverses divisions d'algues sont également taxonomique problématique car certains sont plus clairement liés aux plantes que d'autres. Leurs nombreuses différences dans les caractéristiques telles que la biochimie, la pigmentation, et les réserves de nutriments montrent qu'ils ont divergé très tôt dans le temps évolutif. La division Chlorophyta (algues vertes) est considéré comme l'ancêtre des plantes véritables.

Plantes non vasculaires sont embryophytes qui ne ont pas vasculaires tissus: mousses , hépatiques et anthocérotes. Beaucoup de plantes qui sont appelés «mousse» ne sont pas vraies mousses. Par exemple, Mousse espagnole (de Tillandsia usneoides) est en fait dans le Bromeliaceae (ananas) famille. Plantes non vasculaires ne ont pas xylème ni phloème. Après le développement de xylème et le phloème, plantes vascualar développées le long de deux lignes: cryptogames qui se reproduisent par des spores et qui ont développé le premier, et spermatophytes, qui reproduisent par graines. Les spermatophytes développées dans gymnospermes, les plantes qui produisent des graines non enfermées dans un ovaire. Gymnospermes modernes comprennent conifères, cycas, Ginkgo, et Gnetales. Gymnospermes sont les ancêtres de la Les angiospermes ou plantes à fleurs qui produisent une graine enrobée dans une structure telle qu'un carpien.

Physiologie

Cinq principaux domaines d'étude au sein de la physiologie des plantes

Physiologie végétale englobe toutes les activités physiques de plantes associées à la vie interne et chimique. Lumière du soleil, soit grâce à la photosynthèse ou la respiration cellulaire, est la base de toute vie. Photoautotrophes recueillir l'énergie directement à partir de la lumière du soleil. Cela inclut toutes les plantes vertes, cyanobactéries et d'autres bactéries qui peuvent photosynthèse des. Hétérotrophes prendre dans les molécules organiques et respirer eux. Cela comprend tous les animaux, tous les champignons, toutes les plantes complètement parasitaires, et les bactéries non photosynthétiques. La respiration est l'oxydation du carbone par laquelle il se décompose en des structures plus simples; essentiellement à l'opposé de la photosynthèse.

Processus de transport sont ceux par lesquels les molécules sont déplacées à l'intérieur de l'organisme, tels que: le transport des matières à travers les membranes elles-mêmes et enzymes électrons en mouvement. Ce est ainsi que les minéraux et l'eau pénètrent à partir de racines à d'autres parties de la plante. Diffusion, osmose, et transport actif existe différentes façons de transport peut se produire. Des exemples de les plantes ont besoin des éléments qui sont les suivants: azote , phosphore , calcium , magnésium et soufre . Produits chimiques de l'air, le sol et l'eau en combinaison avec la lumière du soleil forment la base de métabolisme de la plante. La plupart de ces éléments proviennent de minéraux dans un processus appelé la nutrition minérale. Peu de plantes vivent dans des environnements stables immuables. La plupart des plantes doivent se adapter à une variété de facteurs environnementaux, y compris les changements de température, la lumière et de l'humidité. Le mieux une plante peut faire face à ces conditions changeantes, plus il est susceptible d'être en mesure de survivre à la fois sur le court et long terme ainsi que se établir sur une aire géographique plus large.

Structure

Racines, les tiges, les feuilles et les fleurs de Lilium superbum

l'anatomie des plantes est l'étude des cellules internes et tissus d'une plante; alors que morphologie de la plante est l'étude de leur forme générale et externe.

Comprendre la structure et la fonction des cellules est fondamentale pour toutes les sciences biologiques. Tous les organismes ont des cellules , les types de cellules sont uniques et leur magasin de noyaux plus de l'ADN. Étudie la biologie des cellules de leur structure et propriétés physiologiques. Cela comprend les réponses stimuli, la reproduction et le développement sur le échelle macroscopique, échelle microscopique et moléculaire niveau. Les similitudes et les différences entre la fonction d'une cellule sont très variés. Les cellules végétales sont eucaryote , à savoir une membrane enrobée noyau qui porte un matériau génétique. A de rares exceptions, les cellules végétales ont également un vacuole centrale, cytoplasme, cytosol, dictyosomes, reticulum endoplasmique, microbodies, microfilaments, microtubules, les mitochondries , membrane plasma, plastes, protoplasma, ribosomes, des produits de stockage, et un la paroi cellulaire. Les cellules se divisent par des procédés connus en tant que caryocinèse et cytokinèse.

Le corps d'une plante contient trois éléments de base: racines, tiges, et des feuilles. Roots ancrer au sol, se réunissent eau et les nutriments minéraux du sol et produisent des hormones. Racines qui se étalent près de la surface, tels que ceux de saules, peuvent produire des pousses et, finalement, de nouvelles plantes. Taproots charnues, comme celles de betteraves et les carottes, les glucides des magasins. Tiges fournir un appui aux feuilles et entreposer des éléments nutritifs. Feuilles recueillent la lumière du soleil et commencent la photosynthèse . Grandes, plat, souples, les feuilles vertes sont appelés feuilles de feuillage. Gymnospermes sont des plantes productrices de semences qui ont semences ouverts, tels que conifères, cycas, Ginkgo, et Gnetophyta. Angiospermes sont plantes productrices de semences qui produisent des fleurs , ayant enclos graines. Certains des gymnospermes sont devenus les ancêtres des angiospermes. Les plantes ligneuses, telles que azalées et chênes , subissent une phase de croissance secondaire résultant en deux autres types de tissus: bois (secondaire xylème) et l'écorce (secondaire phloème et liège). Tous les gymnospermes et angiospermes sont nombreuses plantes ligneuses. Certaines plantes se reproduisent sexuellement, certains de façon asexuée, et certains via les deux moyens.

Systématique

La table de Linné du règne végétal ("Regnum Vegetabile") de la première édition du Systema Naturae (1735)

Classification scientifique en botanique est une méthode par laquelle un groupe de botanistes et de classer les organismes par Type biologique, tel genre ou espèce . Classification biologique est une forme de taxonomie scientifique. Taxonomie moderne est enracinée dans le travail de Carolus Linnaeus , qui a regroupé les espèces en fonction des caractéristiques physiques communes. Ces groupes ont depuis été révisé pour améliorer la cohérence avec le darwinienne principe de ascendance commune. Bien que les scientifiques ne se entendent pas toujours sur la façon de classer les organismes, phylogénie moléculaire, qui utilise séquences d'ADN que les données, a entraîné de nombreuses révisions récentes le long des lignes plus efficaces, évolutifs et est susceptible de continuer à le faire. Classification botanique appartient à la science de la systématique des plantes. Le système de classification dominante est appelé le La taxonomie de Linné. Il comprend les grades et la nomenclature binomiale . La classification, taxonomie et la nomenclature des organismes botaniques est administré par le Code international de nomenclature pour les algues, les champignons et les plantes (ICN).

Le système à cinq royaume a été largement remplacée par des systèmes de classification alternatives modernes. Manuels commencent généralement avec le Classification phylogénétique: Archaea (archéobactéries origine); bactéries (à l'origine Eubactéries); Eucaryotes (y compris des protistes, des champignons , des plantes et des animaux ). Ces domaines reflètent si les cellules ont des noyaux ou non, ainsi que les différences dans la composition chimique des extérieurs cellulaires et les ribosomes.

En outre, chaque royaume se décompose de manière récursive jusqu'à ce que chaque espèce est classée séparément. L'ordre est: Domaine; Uni; Phylum; Classe; Ordre; Famille; Genre ; espèces . Le nom scientifique de l'organisme est généré à partir de son genre et l'espèce, résultant en un nom dans le monde entier unique pour chaque organisme. Par exemple, le Tiger Lily est répertorié comme Lilium columbianum. Lilium est le genre et l'épithète spécifique Columbianum. Lors de l'écriture du nom scientifique de l'organisme, il est bon de capitaliser la première lettre du genre et de mettre tous les épithète spécifique en minuscules. En outre, toute la durée est habituellement en italique ou souligné. Phylogenetics est l'étude des similitudes entre les différentes espèces.

Botanistes notables

Sculpture de Ibn al-Baitar parmi les arbres, Benalmádena, Málaga, Espagne

Les botanistes suivants ont fait des contributions importantes à la façon dont la botanique a été étudié.