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绪 论
植物学是研究植物的形态构造、生理机能、生长发育、系统演化及与环境的相互关系和分布等规律的科学。“植物学”课程是以植物为生产或研究对象的专业的重要基础课。
一、植物的多样性(Plant Diversity)
地球上不仅植物种类繁多而且数量浩瀚。目前全球大约有50万种植物，分布在高山、平原、丘陵、海洋、湖泊、赤道、冰原。它们与其他生物一起构筑了各式各样的生态系统。这些植物的形态结构丰富多彩，有单细胞的衣藻，多细胞的团藻及有完善的器官分化的有花植物。不仅如此，植物的营养方式也多种多样，既有光合自养植物、化学自养植物，还有寄生植物和腐生植物。另外，植物的生命周期也差别很大：细菌的寿命仅为20~ 30min;草本植物多为一年、两年生植物；多年生的木本种子植物树龄可达成百上千年，如非洲的龙血树树龄可达8000年。植物种类的多样性是植物长期与环境相互作用下，通过适应性变异、遗传和自然选择的结果。
我国植物资源非常丰富，仅记载过的高等植物就约3万种，占世界高等植物的1/8，是植物种类最丰富的国家之一，仅次于马来西亚和巴西，位居第三位。
二、植物在生物分界中的位置
在整个地球圈，除了植物还分布很多其他的生物，如微小的病毒以及细菌、真菌、各种动物等，这些生物构成了丰富多彩的生命世界。面对这些形态各异的生物，如何按照它们系统演化的规律及彼此的亲缘关系，把它们分门别类一直是生物学家们感兴趣的课题。早在18世纪，瑞典植物学家林奈(C．Linnaeus)把生物界分为植物界( Kingdom Plantae)和动物界(Kingdom Animalia)；19世纪前后，由于显微镜的广泛使用，人们发现有些生物兼具有动、植物的特征。据此1886年由海克尔(E．Haeckel)提出三界系统，即在植物界和动物界的基础上，把具有色素体、眼点、鞭毛、能游动的单细胞低等生物独立为一界，称为原生生物界( Protista)。到了1956年，可培兰德(H.F．Copeland)，又将原核生物独立归为一界，把原来的原生生物界改为原始有核界。将生物界分为原核生物界( Monera)、原始有核界( Protoctista)和后生植物界(Mecaphyta)、后生动物界(Metazoa)的四界系统。1959年，魏泰克(R．H．Whittaker)也提出四界分类系统，他将不含叶绿素的真菌从植物界分离出来成为真菌界( Fungi)，又将细菌和蓝藻从原生生物界中独立分出，其他三界是原核生物界、植物界和动物界。1969年，魏泰克(R．H．Whittaker)在他的四界分类系统上又提出把生物界划分为五界：原核生物界、原生生物界、植物界、真菌界、动物界。目前五界分类系统被广泛使用。很多的生物学教材采用了五界分类系统。但五界分类系统中原生生物界的争议较多、不尽合理，且没有病毒的分类地位。因此，在1979年我国的生物学家陈世骧根据生命进化的主要阶段，提出将生物划分为由3个总界构成的六界系统，即病毒界、细菌界、蓝藻界、植物界、动物界和真菌界，第一次提出了病毒在生物界的地位。本教材采用传统的两界分类系统。
三、植物的重要性
（一）参与生物圈的形成，推动生物界的发展
在生物系统发展演化的过程中，能够进行光合作用的植物发挥了特殊的作用。在地球上生命诞生之初，含有光合色素的蓝藻和其他原始生物的出现，使得它们以大气中的二氧化碳为碳源，以水中的氢离子为还原剂，利用光能进行光合作用来制造有机物。在此过程中，增加了大气中氧的含量，逐渐为后来其他生物的生存和发展提供了条件。
（二）转存能量，为其他生物提供生命活动能源
太阳能是自然界取之不尽的能量，绿色植物通过光合作用将光能转化为化学能，并将光能储存在光合作用产物中，供自身和其他生物利用，成为生命活动的能源。绿色植物是自然界的第一生产力。
（三）参与物质循环，维持生态平衡
植物在自然界的物质循环中起着重要的作用。植物的合成和矿化作用使自然界的物质运动得以循环往复。例如，碳素循环( carbon cycle)中通过植物的光合作用使大气中的二氧化碳保持平衡；通过生物固氮作用( biological nitrogenfixation)维持氮素循环( nitrogen cycle)。另外，植物还具有净化大气、水体、土壤和保持水土、防风固沙等作用。
在整个自然界的物质循环中，通过植物和动物等生物群体的共同参与使物质合成和分解、吸收和释放协调进行，维持生态上的平衡和正常发展。（四）植物是发展国民经济的物质资源
人类的衣、食、住、行、药物及工业原料，大部分来源于植物。棉、哑麻、苎麻等都是衣着主要的原料；粮、菜、果、油、糖、茶、咖啡等食品和饮料，都是由植物提供的；肉食、毛皮、羊毛、蚕丝等是由动物提供的，但是动物依赖植物生活，所以也是问接来自植物；住和行方面，木材和竹材对房屋、家具、桥梁、枕木等提供了大量材料；在药物和工业原料方面，也都离不开植物，例如，薄荷、三七、人参、当归、甘草、天麻等都是著名的药材，其他如造纸、纺织、橡胶、涂料、油脂、淀粉、染料、制糖、烟草、酿造等工业，也都要以植物为原料。
当前在我国高速发展经济的形势下，自然环境的保护面临巨大的挑战，特别是水、大气和土壤的污染已经到了事关人们生存的地步，而改善这些自然条件都需要很好地保护和利用植物资源。另外，丰富的植物资源也为人类提供了巨大的基因资源，充分地保护利用这个天然基因库也是我们面临的紧迫问题。
四、植物科学的发展简史
植物学的发展，是和生产实践分不开的。早期的人类，在接触和采收野生植物的过程中，逐步积累了有关植物的知识。随着生产的发展，特别是人类从事农牧业生产后，对野生植物和栽培植物的生活习性、形态结构，以及它们和外界环境间的相互关系，义有了更进一步的认识。社会的发展和劳动生产不断地提高，植物学就在生产活动中，逐步地成长和建试起来。
大约在旧石器时代，人类在采集植物块根和果实种子供食用的时候就认识了某些植物。古希腊亚里仕多德的学生提奥夫拉斯图(E. Theophrastus)被视为植物学的创始人。他在公元前300年写的《植物历史》或称《植物调查》一书，对植物进行了分类并描绘了植物的习性和用途。后陆续出现许多有关植物方面的著述。
Theophrastus (/ˌθiːəˈfræstəs/; Greek: Θεόφραστος Theόphrastos; c. 371 – c. 287 BC), a Greek native of Eresos in Lesbos, was the successor to Aristotle in the Peripatetic school. His given name was Tyrtamus (Τύρταμος); his nickname Θεόφραστος (or 'godly phrased') was given by Aristotle for his 'divine style of expression'.
He came to Athens at a young age and initially studied in Plato's school. After Plato's death, he attached himself to Aristotle who took to Theophrastus in his writings. When Aristotle fled Athens, Theophrastus took over as head of the y-six years, during which time the school flourished greatly. He is often considered the father of botany for his works on plants. After his death, the Athenians honoured him with a public funeral. His successor as head of the school was Strato of Lampsacus.
The interests of Theophrastus were wide ranging, extending from biology and physics to ethics and metaphysics. His two surviving botanical works, Enquiry into Plants (Historia Plantarum) and On the Causes of Plants, were an important influence on Renaissance science. There are also surviving works On Moral Characters, On Sense Perception, and On Stones, as well as fragments on Physics and Metaphysics. In philosophy, he studied grammar and language and continued Aristotle's work on logic. He also regarded space as the mere arrangement and position of bodies, time as an accident of motion, and motion as a necessary consequence of all activity. In ethics, he regarded happiness as depending on external influences as well as on virtue.
如公元1世纪希腊医牛迪奥斯科里德斯在其著作《药物论》中记述了600种植物及其医药用途的引证，成为以后描述药用植物的基础。15—16世纪本草著作中最有价值的是日耳曼的布龙费尔斯、意大利的马蒂奥利和英国的特纳等的著作。此时期约与中国明代中叶以后李时珍完成《本草纲目》同时。总之至17世纪前植物学几乎全限于描述和定性药用植物。17世纪的初期植物学从描述为主转到更有目的、有计划、有系统地收集资料、观测现象，以至于在控制条件下进行试验，并提出和考验理论与学说。
1753年瑞典植物学家林奈发表“植物种志”确立了双名制。他将生殖性状（花）用作重要分类依据，这一时期植物解剖学、植物生理学、植物胚胎学等的研究也发展起来。
Carl Linnaeus (/lɪˈniːəs, lɪˈneɪəs/;23 May 1707 – 10 January 1778), also known after his ennoblement as Carl von Linné(Swedish pronunciation: [ˈkɑːɭ fɔn lɪˈneː] (About this soundlisten)), was a Swedish botanist, zoologist, and physician who formalised binomial nomenclature, the modern system of naming organisms. He is known as the "father of modern taxonomy". Many of his writings were in Latin, and his name is rendered in Latin as Carolus Linnæus (after 1761 Carolus a Linné).
Linnaeus was born in the countryside of Småland in southern Sweden. He received most his higher education at Uppsala University and began giving lectures in botany there in 1730. He lived abroad between 1735 and 1738, where he studied and also published the first edition of his Systema Naturae in the Netherlands. He then returned to Sweden where he became professor of medicine and botany at Uppsala. In the 1740s, he was sent on several journeys through Sweden to find and classify plants and animals. In the 1750s and 1760s, he continued to collect and classify animals, plants, and minerals, while publishing several volumes. He was one of the most acclaimed scientists in Europe at the time of his death.
Philosopher Jean-Jacques Rousseau sent him the message: "Tell him I know no greater man on earth." Johann Wolfgang von Goethe wrote: "With the exception of Shakespeare and Spinoza, I know no one among the no longer living who has influenced me more strongly." Swedish author August Strindberg wrote: "Linnaeus was in reality a poet who happened to become a naturalist."Linnaeus has been called Princeps botanicorum (Prince of Botanists) and "The Pliny of the North".He is also considered as one of the founders of modern ecology.
In botany and zoology, the abbreviation L. is used to indicate Linnaeus as the authority for a species' name. In older publications, the abbreviation "Linn." is found. Linnaeus's remains comprise the type specimen for the species Homo sapiens following the International Code of Zoological Nomenclature, since the sole specimen that he is known to have examined was himself.
18世纪光学显微镜问世，英国人胡克(R．Hooke)发现细胞。日耳曼人施莱登(M．J．Shleiden)和他的同伴动物学家施旺(T．Schwann)在1839年首次提出细胞学说。从此细胞学成为一个独立的学科。
Robert Hooke FRS (/hʊk/; 28 July 1635 – 3 March 1703) was an English scientist and architect, a polymath, recently called "England's Leonardo", who, using a microscope, was the first to visualize a microorganism. An impoverished scientific inquirer in young adulthood, he found wealth and esteem尊敬 by performing over half of the architectural surveys after London's great fire of 1666. Hooke was also a member of the Royal Society and since 1662 was its curator保管员 of experiments. Hooke was also Professor of Geometry at Gresham College.
As an assistant to physical scientist Robert Boyle, Hooke built the vacuum pumps used in Boyle's experiments on gas law, and himself conducted experiments. In 1673, Hooke built the earliest Gregorian telescope, and then he observed the rotations of the planets Mars and Jupiter. Hooke's 1665 book Micrographia spurred microscopic investigations. Thus observing microscopic fossils, Hooke endorsed biological evolution. Investigating in optics, specifically light refraction, he inferred a wave theory of light. And his is the first recorded hypothesis of heat expanding matter, air's composition by small particles at larger distances, and heat as energy.
In physics, he approximated experimental confirmation that gravity heeds an inverse square law, and first hypothesised such a relation in planetary motion, too, a principle furthered and formalised by Isaac Newton in Newton's law of universal gravitation.Priority over this insight contributed to the rivalry between Hooke and Newton, who thus antagonized Hooke's legacy. In geology and paleontology, Hooke originated the theory of a terraqueous globe, disputed the literally Biblical view of the Earth's age, hypothesised the extinction of organism species, and argued that fossils atop hills and mountains had become elevated by geological processes. Hooke's pioneering work in land surveying and in mapmaking aided development of the first modern plan-form map, although his grid-system plan for London was rejected in favour of rebuilding along existing routes. Even so, Hooke was key in devising for London a set of planning controls that remain influential.
17~18世纪，卡梅拉咀鸟斯及布尔哈夫等人观察到植物的性别、花粉及受精作用等现象，推动了植物胚胎学等的发展。到19世纪中期植物学各分支学科已基本形成。达尔文、孟德尔的工作更为植物进化观和遗传机制的确立打下了基础。
我国是一个文明古国，地大物博，植物资源非常丰富，是最早研究植物的国家之一。约在两千年前，《诗经》就已经提到了200多种植物。
在农、林、园艺方面，公元6世纪，北魏贾思勰的《齐民要术》，概括了当时农、林、果树和野生植物的利用，提出豆科植物可以肥田，豆谷轮作可以增产，并叙述了接枝技术。其他如郭橐驼的《种树法》、王桢的《农书》等，都是很好的农业植物学。明代徐光启（1562-1633）的《农政全书》，共60卷，总结过去经验，并提到救荒植物，是这方面集大成的著作。其他有关果蔬、花卉等的著作，为数更多，如晋代戴凯之的《竹谱》、唐代陆羽的《茶经》、宋代刘蒙的《菊谱》、蔡襄的《荔枝谱》、陈景沂的《全芳备祖》、明代王象晋的《群芳谱》、清康熙时的《广群芳谱》、陈溟子的《花镜》等，都是有名的专著。在药用植物方面，汉代的《神农本草经》积累了占代相传的药用植物的知识。以后历代都有专论药用植物的“本草”问世，其中以明代李时珍( 1518-1593)的《本草纲目》(1578)为最著名，为世界的学者所推崇，至今仍有重要参考价值。清代吴其溶( 1789-1847)的《植物名实图考》和《植物名实罔考长编》，为我国植物学又一巨著，记载野生植物和栽培植物共1714种，图文并茂，是研究我国植物的重要文献。
20世纪60年代以来，伴随着植物生理学、生物化学和遗传学等领域的新成就，如光合作用机理的阐明，光敏素、植物激素的发现，遗传育种技术、同位素计年法的建立，以及抗生物质的分离等，植物学又有了飞速发展。近30年来由于分子生物学在各个生命学科领域的应用，使得人们对植物生命活动的认识更加深入。
五、植物科学的分科
根据研究的内容，植物科学可分为植物形态学( plant morphology)、植物细胞学( plant cytology)、植物解剖学(plant anatomy)、植物胚胎学(plant embryology)、植物分类学( plant taxonomy)、植物生理学(plant physiology)、植物遗传学(plantgenetics)、植物生态学(plant ecology)和地植物学(geobotany)等。
近年来随着物理学、数学、化学等学科的发展，电子显微镜、电子计算机、激光以及其他技术的应用和生命科学本身的发展，又形成许多新的分科。如植物分子生物学、植物细胞生物学、植物发育生物学、植物生殖生物学、结构植物学等，在宏观方面进一步揭示植物间的分布和演化规律，在微观分子水平上对生命活动本质进行研究。
六、学习和研究植物学的方法
自然界是一个相互依存，相互制约，错综复杂的整体。学习自然界中的植物时，只有从整体的观点出发，在空间上，以对立统一的规律来看待植物与周围环境间的关系；在时间上，以发展的眼光看待植物的过去与现在。学习植物学，必须多方面接触自然实际和生产实践，丰富感性认识，然后通过整理和概括，提高到理性阶段，才能提高对与植物有关的本质问题的认识。
观察、比较和实验等方法是植物学学习和研究中常用的方法。通过认真细致的观察，了解植物的形态结构和生活习性，系统地加以描述和记录下来。观察需熟练地应用一些设备和技术，描述需正确地运用植物学术语，并重视定量的记载。比较也是学习植物学的重要方法。通过对不同植物的整体或部分做系统的比较，才能鉴别它们的异同，从而能更深入地分析和识别，并得出一般的规律。植物学中各类植物的形态特征以及各分类单位的概括，就是从比较中获得的。礼植物学研究中，根据研究目的，利用科学仪器等手段，人为地控制、模拟或变革研究对象，获取科学事实的实验方法已成为目前植物学学习研究中非常重要的方法。
对初学植物学的大学生一定要在认真听课、钻研教材和阅读有关参考资料（包括有关植物学的期刊）的同时，实事求是地、细致地进行实验工作，有效地进行自学，才能为提高分析问题、解决问题的能力打下较好的基础。
