Botánica

La botánica, también llamada ciencia (s) vegetal(es), biología vegetal o fitología, es la ciencia de la vida vegetal y una rama de la biología. Un botánico, científico de plantas o fitólogo es un científico que se especializa en este campo. El término "botánica" proviene de la palabra griega antigua βοτάνη (botanē) que significa "pasto", "hierbas", "hierba" o "forraje"; βοτάνη se deriva a su vez de βόσκειν (boskein), "alimentar" o "pastorear". Tradicionalmente, la botánica también ha incluido el estudio de los hongos y las algas por parte de micólogos y psicólogos respectivamente, quedando el estudio de estos tres grupos de organismos dentro del ámbito de interés del Congreso Internacional de Botánica. Hoy en día, los botánicos (en sentido estricto) estudian aproximadamente 410 000 especies de plantas terrestres, de las cuales unas 391 000 especies son plantas vasculares (incluidas aproximadamente 369 000 especies de plantas con flores) y aproximadamente 20 000 son briófitas.

La botánica se originó en la prehistoria como herboristería con los esfuerzos de los primeros humanos por identificar, y luego cultivar, plantas comestibles, medicinales y venenosas, lo que la convierte en una de las ramas más antiguas de la ciencia. Los jardines físicos medievales, a menudo adjuntos a los monasterios, contenían plantas de importancia médica. Fueron precursores de los primeros jardines botánicos anexos a las universidades, fundados a partir de la década de 1540. Uno de los primeros fue el jardín botánico de Padua. Estos jardines facilitaron el estudio académico de las plantas. Los esfuerzos para catalogar y describir sus colecciones fueron los comienzos de la taxonomía de las plantas y condujeron en 1753 al sistema binomial de nomenclatura de Carl Linnaeus que sigue en uso hasta el día de hoy para nombrar todas las especies biológicas.

En los siglos XIX y XX, se desarrollaron nuevas técnicas para el estudio de las plantas, incluidos métodos de microscopía óptica e imágenes de células vivas, microscopía electrónica, análisis del número de cromosomas, química de plantas y la estructura y función de enzimas y otras proteínas. En las últimas dos décadas del siglo XX, los botánicos explotaron las técnicas de análisis genético molecular, incluidas la genómica y la proteómica y las secuencias de ADN para clasificar las plantas con mayor precisión.

La botánica moderna es un tema amplio y multidisciplinario con contribuciones y puntos de vista de la mayoría de las otras áreas de la ciencia y la tecnología. Los temas de investigación incluyen el estudio de la estructura, el crecimiento y la diferenciación de las plantas, la reproducción, la bioquímica y el metabolismo primario, los productos químicos, el desarrollo, las enfermedades, las relaciones evolutivas, la sistemática y la taxonomía de las plantas. Los temas dominantes en la ciencia vegetal del siglo XXI son la genética molecular y la epigenética, que estudian los mecanismos y el control de la expresión génica durante la diferenciación de células y tejidos vegetales. La investigación botánica tiene diversas aplicaciones en el suministro de alimentos básicos, materiales como madera, aceite, caucho, fibra y medicamentos, en la horticultura moderna, la agricultura y la silvicultura, la propagación de plantas, el mejoramiento y la modificación genética,

Historia

Botánica temprana

La botánica se originó como herboristería, el estudio y uso de las plantas por sus propiedades medicinales. La historia temprana registrada de la botánica incluye muchos escritos antiguos y clasificaciones de plantas. Se han encontrado ejemplos de trabajos botánicos tempranos en textos antiguos de la India que datan de antes del 1100 a. C., el Antiguo Egipto, en escritos arcaicos avésticos y en trabajos de China supuestamente anteriores al 221 a.

La botánica moderna tiene sus raíces en la antigua Grecia, específicamente en Teofrasto (c. 371-287 a. C.), un estudiante de Aristóteles que inventó y describió muchos de sus principios y es ampliamente considerado en la comunidad científica como el "Padre de la Botánica". Sus principales obras, Investigación sobre las plantas y Sobre las causas de las plantas, constituyen las contribuciones más importantes a la ciencia botánica hasta la Edad Media, casi diecisiete siglos después.

Otro trabajo de la antigua Grecia que tuvo un impacto temprano en la botánica es De Materia Medica, una enciclopedia de cinco volúmenes sobre medicina herbaria escrita a mediados del siglo I por el médico y farmacólogo griego Pedanius Dioscórides. De Materia Medica fue ampliamente leído durante más de 1500 años. Las contribuciones importantes del mundo musulmán medieval incluyen la Agricultura nabatea de Ibn Wahshiyya, el Libro de las plantas de Abū Ḥanīfa Dīnawarī (828–896) y La clasificación de los suelos de Ibn Bassal. A principios del siglo XIII, Abu al-Abbas al-Nabati e Ibn al-Baitar (m. 1248) escribieron sobre botánica de manera sistemática y científica.

A mediados del siglo XVI, se fundaron jardines botánicos en varias universidades italianas. El jardín botánico de Padua en 1545 generalmente se considera el primero que todavía se encuentra en su ubicación original. Estos jardines continuaron con el valor práctico de los "jardines físicos" anteriores, a menudo asociados con los monasterios, en los que se cultivaban plantas para uso médico. Apoyaron el crecimiento de la botánica como materia académica. Se dieron conferencias sobre las plantas cultivadas en los jardines y se demostraron sus usos médicos. Los jardines botánicos llegaron mucho más tarde al norte de Europa; el primero en Inglaterra fue el Jardín Botánico de la Universidad de Oxford en 1621. A lo largo de este período, la botánica permaneció firmemente subordinada a la medicina.

El médico alemán Leonhart Fuchs (1501-1566) fue uno de "los tres padres alemanes de la botánica", junto con el teólogo Otto Brunfels (1489-1534) y el médico Hieronymus Bock (1498-1554) (también llamado Hieronymus Tragus). Fuchs y Brunfels rompieron con la tradición de copiar trabajos anteriores para hacer sus propias observaciones originales. Bock creó su propio sistema de clasificación de plantas.

El médico Valerius Cordus (1515–1544) fue autor de una importante Historia Plantarum a base de hierbas desde el punto de vista botánico y farmacológico en 1544 y de una farmacopea de importancia duradera, el Dispensatorium en 1546. El naturalista Conrad von Gesner (1516–1565) y el herbolario John Gerard (1545–c. 1611)) publicaron herbarios que cubrían los usos medicinales de las plantas. El naturalista Ulisse Aldrovandi (1522-1605) fue considerado el padre de la historia natural, que incluía el estudio de las plantas. En 1665, usando uno de los primeros microscopios, Polymath Robert Hooke descubrió células, un término que acuñó, en corcho, y poco tiempo después en tejido vegetal vivo.

Botánica moderna temprana

Durante el siglo XVIII, se desarrollaron sistemas de identificación de plantas comparables a las claves dicotómicas, donde las plantas no identificadas se colocan en grupos taxonómicos (p. ej., familia, género y especie) haciendo una serie de elecciones entre pares de caracteres. La elección y secuencia de los caracteres puede ser artificial en claves destinadas exclusivamente a la identificación (claves de diagnóstico) o más estrechamente relacionadas con el orden natural o filético de los taxones en claves sinópticas.En el siglo XVIII, nuevas plantas para el estudio llegaban a Europa en cantidades cada vez mayores desde los países recién descubiertos y las colonias europeas en todo el mundo. En 1753, Carl von Linné (Carl Linnaeus) publicó su Species Plantarum, una clasificación jerárquica de especies de plantas que sigue siendo el punto de referencia para la nomenclatura botánica moderna. Esto estableció un esquema de nomenclatura binomial o de dos partes estandarizado donde el primer nombre representaba el género y el segundo identificaba la especie dentro del género. A efectos de identificación, el Systema Sexuale de Linneo clasificó las plantas en 24 grupos según el número de sus órganos sexuales masculinos. El grupo 24, Cryptogamia, incluía todas las plantas con partes reproductivas ocultas, musgos, hepáticas, helechos, algas y hongos.

El creciente conocimiento de la anatomía, la morfología y los ciclos de vida de las plantas llevó a la comprensión de que había más afinidades naturales entre las plantas que el sistema sexual artificial de Linneo. Adanson (1763), de Jussieu (1789) y Candolle (1819) propusieron varios sistemas naturales alternativos de clasificación que agrupaban plantas utilizando una gama más amplia de caracteres compartidos y fueron ampliamente seguidos. El sistema Candolleano reflejó sus ideas sobre la progresión de la complejidad morfológica y el sistema posterior de Bentham & Hooker, que fue influyente hasta mediados del siglo XIX, fue influenciado por el enfoque de Candolle. La publicación de Darwin del origen de las especiesen 1859 y su concepto de descendencia común requirió modificaciones al sistema candolleano para reflejar las relaciones evolutivas a diferencia de la mera similitud morfológica.

La botánica fue muy estimulada por la aparición del primer libro de texto "moderno", Grundzüge der Wissenschaftlichen Botanik de Matthias Schleiden, publicado en inglés en 1849 como Principios de Botánica Científica. Schleiden fue un microscopista y uno de los primeros anatomistas de plantas que cofundó la teoría celular con Theodor Schwann y Rudolf Virchow y estuvo entre los primeros en comprender el significado del núcleo celular que había sido descrito por Robert Brown en 1831. En 1855, Adolf Fick formuló las leyes de Fick que permitieron el cálculo de las tasas de difusión molecular en los sistemas biológicos.

Botánica moderna tardía

Sobre la base de la teoría de la herencia genética-cromosómica que se originó con Gregor Mendel (1822–1884), August Weismann (1834–1914) demostró que la herencia solo tiene lugar a través de los gametos. Ninguna otra celda puede transmitir caracteres heredados. El trabajo de Katherine Esau (1898–1997) sobre la anatomía de las plantas sigue siendo una base importante de la botánica moderna. Sus libros Plant Anatomy y Anatomy of Seed Plants han sido textos clave de biología estructural de plantas durante más de medio siglo.

La disciplina de la ecología vegetal fue iniciada a fines del siglo XIX por botánicos como Eugenius Warming, quien produjo la hipótesis de que las plantas forman comunidades, y su mentor y sucesor Christen C. Raunkiær, cuyo sistema para describir las formas de vida de las plantas todavía se usa en la actualidad. Henry Chandler Cowles, Arthur Tansley y Frederic Clements desarrollaron el concepto de que la composición de las comunidades de plantas, como los bosques templados de hoja ancha, cambia por un proceso de sucesión ecológica. A Clements se le atribuye la idea de la vegetación clímax como la vegetación más compleja que un entorno puede soportar y Tansley introdujo el concepto de ecosistemas en la biología.Sobre la base del extenso trabajo anterior de Alphonse de Candolle, Nikolai Vavilov (1887–1943) produjo relatos de la biogeografía, los centros de origen y la historia evolutiva de las plantas económicas.

En particular, desde mediados de la década de 1960 ha habido avances en la comprensión de la física de los procesos fisiológicos de las plantas, como la transpiración (el transporte de agua dentro de los tejidos de las plantas), la dependencia de la temperatura de las tasas de evaporación del agua desde la superficie de la hoja y la difusión molecular del agua. vapor y dióxido de carbono a través de las aberturas de los estomas. Estos desarrollos, junto con nuevos métodos para medir el tamaño de las aberturas de los estomas y la tasa de fotosíntesis, han permitido una descripción precisa de las tasas de intercambio de gases entre las plantas y la atmósfera. Las innovaciones en el análisis estadístico de Ronald Fisher, Frank Yates y otros en la Estación Experimental de Rothamsted facilitaron el diseño experimental racional y el análisis de datos en la investigación botánica.El descubrimiento e identificación de las hormonas vegetales auxinas por parte de Kenneth V. Thimann en 1948 permitió la regulación del crecimiento de las plantas mediante productos químicos aplicados externamente. Frederick Campion Steward fue pionero en técnicas de micropropagación y cultivo de tejidos vegetales controlados por hormonas vegetales. La auxina sintética 2,4-Diclorofenoxiacético o 2,4-D fue uno de los primeros herbicidas sintéticos comerciales.

Los desarrollos del siglo XX en bioquímica vegetal han sido impulsados ​​por técnicas modernas de análisis químico orgánico, como espectroscopia, cromatografía y electroforesis. Con el surgimiento de los enfoques biológicos a escala molecular relacionados de biología molecular, genómica, proteómica y metabolómica, la relación entre el genoma de la planta y la mayoría de los aspectos de la bioquímica, fisiología, morfología y comportamiento de las plantas puede someterse a un análisis experimental detallado. El concepto establecido originalmente por Gottlieb Haberlandt en 1902 de que todas las células vegetales son totipotentes y se pueden cultivar in vitro.finalmente permitió el uso de la ingeniería genética experimentalmente para eliminar un gen o genes responsables de un rasgo específico, o para agregar genes como GFP que informan cuando se expresa un gen de interés. Estas tecnologías permiten el uso biotecnológico de plantas completas o cultivos de células vegetales cultivadas en biorreactores para sintetizar pesticidas, antibióticos u otros productos farmacéuticos, así como la aplicación práctica de cultivos genéticamente modificados diseñados para características como la mejora del rendimiento.

La morfología moderna reconoce un continuo entre las principales categorías morfológicas de raíz, tallo (cauloma), hoja (filoma) y tricoma. Además, enfatiza la dinámica estructural. La sistemática moderna tiene como objetivo reflexionar y descubrir las relaciones filogenéticas entre las plantas. La filogenética molecular moderna ignora en gran medida los caracteres morfológicos y se basa en secuencias de ADN como datos. El análisis molecular de secuencias de ADN de la mayoría de las familias de plantas con flores permitió al Angiosperm Phylogeny Group publicar en 1998 una filogenia de plantas con flores, respondiendo muchas de las preguntas sobre las relaciones entre las familias y especies de angiospermas.La posibilidad teórica de un método práctico para la identificación de especies de plantas y variedades comerciales mediante códigos de barras de ADN es objeto de una activa investigación actual.

Alcance e importancia

El estudio de las plantas es vital porque sustentan casi toda la vida animal en la Tierra al generar una gran proporción del oxígeno y los alimentos que proporcionan a los humanos y otros organismos con respiración aeróbica la energía química que necesitan para existir. Las plantas, las algas y las cianobacterias son los principales grupos de organismos que realizan la fotosíntesis, un proceso que utiliza la energía de la luz solar para convertir el agua y el dióxido de carbono en azúcares que pueden utilizarse tanto como fuente de energía química como de las moléculas orgánicas que se utilizan. en los componentes estructurales de las células.Como subproducto de la fotosíntesis, las plantas liberan oxígeno a la atmósfera, un gas que casi todos los seres vivos necesitan para llevar a cabo la respiración celular. Además, son influyentes en los ciclos globales de carbono y agua y las raíces de las plantas unen y estabilizan los suelos, previniendo la erosión del suelo. Las plantas son cruciales para el futuro de la sociedad humana, ya que proporcionan alimentos, oxígeno, medicinas y productos para las personas, además de crear y preservar el suelo.

Históricamente, todos los seres vivos se clasificaban como animales o plantas y la botánica cubría el estudio de todos los organismos que no se consideraban animales. Los botánicos examinan tanto las funciones internas como los procesos dentro de los orgánulos, células, tejidos, plantas enteras, poblaciones de plantas y comunidades de plantas. En cada uno de estos niveles, un botánico puede estar interesado en la clasificación (taxonomía), filogenia y evolución, estructura (anatomía y morfología) o función (fisiología) de la vida vegetal.

La definición más estricta de "planta" incluye solo las "plantas terrestres" o embriofitas, que incluyen plantas con semillas (gimnospermas, incluidos los pinos y plantas con flores) y las criptógamas de esporas libres, incluidos helechos, musgos, hepáticas, antocerotes y musgos. Los embriofitos son eucariotas multicelulares que descienden de un ancestro que obtenía su energía de la luz solar mediante la fotosíntesis. Tienen ciclos de vida con alternancia de fases haploides y diploides. La fase haploide sexual de los embriofitos, conocida como gametofito, nutre al esporofito del embrión diploide en desarrollo dentro de sus tejidos durante al menos una parte de su vida, incluso en las plantas con semillas, donde el gametofito mismo es alimentado por su esporofito progenitor.Otros grupos de organismos que fueron estudiados previamente por botánicos incluyen bacterias (ahora estudiadas en bacteriología), hongos (micología), incluidos hongos formadores de líquenes (liquenología), algas no clorofíticas (ficología) y virus (virología). Sin embargo, los botánicos aún prestan atención a estos grupos, y los hongos (incluidos los líquenes) y los protistas fotosintéticos generalmente se tratan en los cursos de introducción a la botánica.

Los paleobotánicos estudian plantas antiguas en el registro fósil para proporcionar información sobre la historia evolutiva de las plantas. Se cree que las cianobacterias, los primeros organismos fotosintéticos que liberan oxígeno en la Tierra, dieron origen al ancestro de las plantas al entrar en una relación endosimbiótica con un eucariota primitivo, convirtiéndose finalmente en los cloroplastos de las células vegetales. Las nuevas plantas fotosintéticas (junto con sus parientes algas) aceleraron el aumento del oxígeno atmosférico iniciado por las cianobacterias, cambiando la antigua atmósfera reductora libre de oxígeno a una en la que el oxígeno libre ha sido abundante durante más de 2 mil millones de años.

Entre las preguntas botánicas importantes del siglo XXI se encuentran el papel de las plantas como productores primarios en el ciclo global de los ingredientes básicos de la vida: energía, carbono, oxígeno, nitrógeno y agua, y las formas en que nuestra administración vegetal puede ayudar a abordar los problemas ambientales globales de gestión de recursos, conservación, seguridad alimentaria humana, organismos biológicamente invasivos, secuestro de carbono, cambio climático y sostenibilidad.

Nutrición humana

Prácticamente todos los alimentos básicos provienen directamente de la producción primaria de las plantas o indirectamente de los animales que los comen. Las plantas y otros organismos fotosintéticos están en la base de la mayoría de las cadenas alimenticias porque utilizan la energía del sol y los nutrientes del suelo y la atmósfera, convirtiéndolos en una forma que puede ser utilizada por los animales. Esto es lo que los ecologistas llaman el primer nivel trófico. Las formas modernas de los principales alimentos básicos, como el cáñamo, el teff, el maíz, el arroz, el trigo y otros cereales, las legumbres, las bananas y los plátanos, así como el cáñamo, el lino y el algodón cultivados por sus fibras, son el resultado de una selección prehistórica. durante miles de años de entre plantas silvestres ancestrales con las características más deseables.

Los botánicos estudian cómo las plantas producen alimentos y cómo aumentar los rendimientos, por ejemplo, mediante el cultivo de plantas, lo que hace que su trabajo sea importante para la capacidad de la humanidad para alimentar al mundo y brindar seguridad alimentaria a las generaciones futuras. Los botánicos también estudian las malas hierbas, que son un problema considerable en la agricultura, y la biología y el control de los patógenos de las plantas en la agricultura y los ecosistemas naturales. La etnobotánica es el estudio de las relaciones entre las plantas y las personas. Cuando se aplica a la investigación de las relaciones históricas entre plantas y personas, la etnobotánica puede denominarse arqueobotánica o paleoetnobotánica. Algunas de las primeras relaciones entre plantas y personas surgieron entre los pueblos indígenas de Canadá al identificar plantas comestibles de plantas no comestibles.Esta relación que tenían los indígenas con las plantas fue registrada por los etnobotánicos.

Bioquímica vegetal

La bioquímica vegetal es el estudio de los procesos químicos utilizados por las plantas. Algunos de estos procesos se utilizan en su metabolismo primario, como el ciclo fotosintético de Calvin y el metabolismo del ácido de las crasuláceas. Otros fabrican materiales especializados como la celulosa y la lignina que se utilizan para construir sus cuerpos, y productos secundarios como resinas y compuestos aromáticos.

Las plantas producen varios pigmentos fotosintéticos, algunos de los cuales se pueden ver aquí a través de la cromatografía en papel.

Xantofilas

clorofila a

clorofila b

Las plantas y varios otros grupos de eucariotas fotosintéticos conocidos colectivamente como "algas" tienen orgánulos únicos conocidos como cloroplastos. Se cree que los cloroplastos descienden de cianobacterias que formaron relaciones endosimbióticas con ancestros antiguos de plantas y algas. Los cloroplastos y las cianobacterias contienen el pigmento azul verdoso clorofila a. Clorofila a (así como su prima clorofila b, específica de plantas y algas verdes)absorbe luz en las partes azul-violeta y naranja/roja del espectro mientras refleja y transmite la luz verde que vemos como el color característico de estos organismos. Los cloroplastos utilizan la energía de la luz roja y azul que absorben estos pigmentos para producir compuestos de carbono ricos en energía a partir de dióxido de carbono y agua mediante la fotosíntesis oxigénica, un proceso que genera oxígeno molecular (O ₂) como subproducto.

RuBisCo

Fijacion de carbon

Reducción

3-fosfoglicerato

3-fosfoglicerato

Dióxido de carbono

1,3-bifosfoglicerato

Gliceraldehído-3-fosfato(G3P)

Fosfato inorgánico

Ribulosa 5-fosfato

Ribulosa-1,5-bisfosfato

Editar · Imagen de origen

La energía de la luz capturada por la clorofila a está inicialmente en forma de electrones (y luego de un gradiente de protones) que se usa para fabricar moléculas de ATP y NADPH que almacenan y transportan energía temporalmente. Su energía se utiliza en las reacciones independientes de la luz del ciclo de Calvin por la enzima rubisco para producir moléculas del azúcar de 3 carbonos gliceraldehído 3-fosfato (G3P). El gliceraldehído 3-fosfato es el primer producto de la fotosíntesis y la materia prima a partir de la cual se sintetizan la glucosa y casi todas las demás moléculas orgánicas de origen biológico. Parte de la glucosa se convierte en almidón que se almacena en el cloroplasto.El almidón es el almacén de energía característico de la mayoría de las plantas terrestres y las algas, mientras que la inulina, un polímero de la fructosa, se usa con el mismo propósito en la familia del girasol Asteraceae. Parte de la glucosa se convierte en sacarosa (azúcar común de mesa) para exportar al resto de la planta.

A diferencia de los animales (que carecen de cloroplastos), las plantas y sus parientes eucariotas han delegado muchas funciones bioquímicas a sus cloroplastos, incluida la síntesis de todos sus ácidos grasos y la mayoría de los aminoácidos. Los ácidos grasos que producen los cloroplastos se usan para muchas cosas, como proporcionar material para construir membranas celulares y hacer la cutina polimérica que se encuentra en la cutícula de la planta que protege a las plantas terrestres de la desecación.

Las plantas sintetizan una serie de polímeros únicos como las moléculas de polisacárido celulosa, pectina y xiloglucano a partir de los cuales se construye la pared celular de la planta terrestre. Las plantas terrestres vasculares producen lignina, un polímero que se usa para fortalecer las paredes celulares secundarias de las traqueidas y los vasos del xilema para evitar que colapsen cuando una planta succiona agua a través de ellos bajo estrés hídrico. La lignina también se usa en otros tipos de células, como las fibras de esclerénquima que brindan soporte estructural a una planta y es un componente principal de la madera. La esporopolenina es un polímero químicamente resistente que se encuentra en las paredes celulares externas de las esporas y el polen de las plantas terrestres, responsable de la supervivencia de las primeras esporas de las plantas terrestres y el polen de las plantas con semillas en el registro fósil. Es ampliamente considerado como un marcador del comienzo de la evolución de las plantas terrestres durante el período Ordovícico. La concentración de dióxido de carbono en la atmósfera actual es mucho más baja que cuando las plantas emergieron a la tierra durante los períodos Ordovícico y Silúrico. Desde entonces, muchas monocotiledóneas como el maíz y la piña y algunas dicotiledóneas como las Asteraceae han evolucionado independientemente en vías como el metabolismo del ácido de las crasuláceas y la vía de fijación de carbono C ₄ para la fotosíntesis que evitan las pérdidas resultantes de la fotorrespiración en la vía de fijación de carbono C ₃ más común. Estas estrategias bioquímicas son exclusivas de las plantas terrestres.

Medicina y materiales

La fitoquímica es una rama de la bioquímica vegetal que se ocupa principalmente de las sustancias químicas producidas por las plantas durante el metabolismo secundario. Algunos de estos compuestos son toxinas como el alcaloide conina de la cicuta. Otros, como los aceites esenciales aceite de menta y aceite de limón, son útiles por su aroma, como saborizantes y especias (p. ej., capsaicina), y en medicina como productos farmacéuticos como el opio de las amapolas. Muchas drogas medicinales y recreativas, como el tetrahidrocannabinol (ingrediente activo del cannabis), la cafeína, la morfina y la nicotina provienen directamente de las plantas. Otros son simples derivados de productos naturales botánicos. Por ejemplo, la aspirina analgésica es el éster acetílico del ácido salicílico, aislado originalmente de la corteza de los sauces,y una amplia gama de analgésicos opiáceos como la heroína se obtienen por modificación química de la morfina obtenida de la adormidera. Los estimulantes populares provienen de las plantas, como la cafeína del café, el té y el chocolate, y la nicotina del tabaco. La mayoría de las bebidas alcohólicas provienen de la fermentación de productos vegetales ricos en carbohidratos como la cebada (cerveza), el arroz (sake) y las uvas (vino). Los nativos americanos han usado varias plantas como formas de tratar enfermedades o dolencias durante miles de años. Este conocimiento que los nativos americanos tienen sobre las plantas ha sido registrado por enthnobotanists y luego, a su vez, ha sido utilizado por compañías farmacéuticas como una forma de descubrimiento de fármacos.

Las plantas pueden sintetizar tintes y pigmentos de colores útiles, como las antocianinas responsables del color rojo del vino tinto, la soldadura amarilla y el pasto azul que se usan juntos para producir el verde de Lincoln, el indoxilo, la fuente del tinte azul índigo que se usa tradicionalmente para teñir la mezclilla y los pigmentos de los artistas. gamboge y rose madder. El azúcar, el almidón, el algodón, el lino, el cáñamo, algunos tipos de cuerdas, la madera y los tableros de partículas, el papiro y el papel, los aceites vegetales, la cera y el caucho natural son ejemplos de materiales de importancia comercial fabricados a partir de tejidos vegetales o sus productos secundarios. El carbón, una forma pura de carbono hecha por pirólisis de la madera, tiene una larga historia como combustible para la fundición de metales, como material de filtro y adsorbente y como material para artistas y es uno de los tres ingredientes de la pólvora. La celulosa, el polímero orgánico más abundante del mundo,puede convertirse en energía, combustibles, materiales y materias primas químicas. Los productos hechos de celulosa incluyen rayón y celofán, pasta para empapelar, biobutanol y algodón pólvora. La caña de azúcar, la colza y la soja son algunas de las plantas con un contenido de azúcar o aceite altamente fermentable que se utilizan como fuentes de biocombustibles, importantes alternativas a los combustibles fósiles, como el biodiésel. Sweetgrass fue utilizado por los nativos americanos para protegerse de insectos como los mosquitos. Estas propiedades repelentes de insectos de la hierba dulce fueron encontradas más tarde por la Sociedad Química Estadounidense en las moléculas de fitol y cumarina.

Ecología vegetal

La ecología vegetal es la ciencia de las relaciones funcionales entre las plantas y sus hábitats, los entornos donde completan sus ciclos de vida. Los ecólogos de plantas estudian la composición de las floras locales y regionales, su biodiversidad, diversidad genética y aptitud, la adaptación de las plantas a su entorno y sus interacciones competitivas o mutualistas con otras especies. Algunos ecologistas incluso se basan en datos empíricos de pueblos indígenas recopilados por etnobotánicos. Esta información puede transmitir una gran cantidad de información sobre cómo era la tierra hace miles de años y cómo ha cambiado durante ese tiempo. Los objetivos de la ecología vegetal son comprender las causas de sus patrones de distribución, productividad, impacto ambiental, evolución y respuestas al cambio ambiental.

Las plantas dependen de ciertos factores edáficos (suelo) y climáticos en su entorno, pero también pueden modificar estos factores. Por ejemplo, pueden cambiar el albedo de su entorno, aumentar la intercepción de la escorrentía, estabilizar los suelos minerales y desarrollar su contenido orgánico y afectar la temperatura local. Las plantas compiten con otros organismos en su ecosistema por los recursos. Interactúan con sus vecinos en una variedad de escalas espaciales en grupos, poblaciones y comunidades que colectivamente constituyen la vegetación. Las regiones con tipos de vegetación característicos y plantas dominantes, así como factores abióticos y bióticos, clima y geografía similares, forman biomas como la tundra o la selva tropical.

Los herbívoros comen plantas, pero las plantas pueden defenderse y algunas especies son parásitas o incluso carnívoras. Otros organismos forman relaciones mutuamente beneficiosas con las plantas. Por ejemplo, los hongos micorrícicos y los rizobios proporcionan nutrientes a las plantas a cambio de alimentos, las hormigas reclutan hormigas para brindar protección, las abejas melíferas, los murciélagos y otros animales polinizan las flores y los humanos y otros animales actúan como vectores de dispersión para esparcir esporas y semillas.

Las plantas, el clima y el cambio ambiental

Las respuestas de las plantas al clima y otros cambios ambientales pueden informar nuestra comprensión de cómo estos cambios afectan la función y la productividad del ecosistema. Por ejemplo, la fenología de las plantas puede ser un indicador útil de la temperatura en la climatología histórica y el impacto biológico del cambio climático y el calentamiento global. La palinología, el análisis de depósitos de polen fósil en sedimentos de hace miles o millones de años permite reconstruir climas pasados. Las estimaciones de las concentraciones atmosféricas de CO ₂ desde el Paleozoico se han obtenido a partir de las densidades estomáticas y las formas y tamaños de las hojas de las plantas terrestres antiguas. El agotamiento del ozono puede exponer las plantas a niveles más altos de radiación ultravioleta-B (UV-B), lo que resulta en tasas de crecimiento más bajas.Además, la información de los estudios de ecología comunitaria, sistemática de plantas y taxonomía es esencial para comprender el cambio de vegetación, la destrucción del hábitat y la extinción de especies.

Genética

La herencia en las plantas sigue los mismos principios fundamentales de la genética que en otros organismos multicelulares. Gregor Mendel descubrió las leyes genéticas de la herencia al estudiar rasgos heredados como la forma en Pisum sativum (guisantes). Lo que Mendel aprendió del estudio de las plantas ha tenido beneficios de gran alcance fuera de la botánica. De manera similar, Barbara McClintock descubrió los "genes saltadores" mientras estudiaba el maíz. Sin embargo, existen algunas diferencias genéticas distintivas entre las plantas y otros organismos.

Los límites de especies en las plantas pueden ser más débiles que en los animales, y los híbridos de especies cruzadas a menudo son posibles. Un ejemplo familiar es la menta, Mentha × piperita, un híbrido estéril entre Mentha aquatica y menta verde, Mentha spicata. Las numerosas variedades de trigo cultivadas son el resultado de múltiples cruces interespecíficos e intraespecíficos entre especies silvestres y sus híbridos. Las angiospermas con flores monoicas a menudo tienen mecanismos de autoincompatibilidad que operan entre el polen y el estigma, de modo que el polen no logra alcanzar el estigma o no logra germinar y producir gametos masculinos. Este es uno de varios métodos utilizados por las plantas para promover el cruce.En muchas plantas terrestres, los gametos masculino y femenino son producidos por individuos separados. Se dice que estas especies son dioicas cuando se refieren a esporofitos de plantas vasculares y dioicas cuando se refieren a gametofitos briófitos.

A diferencia de los animales superiores, donde la partenogénesis es rara, la reproducción asexual puede ocurrir en las plantas por varios mecanismos diferentes. La formación de tubérculos de tallo en la papa es un ejemplo. Particularmente en hábitats árticos o alpinos, donde las oportunidades para la fertilización de flores por animales son raras, pueden desarrollarse plántulas o bulbos en lugar de flores, reemplazando la reproducción sexual con reproducción asexual y dando lugar a poblaciones clonales genéticamente idénticas a la progenitora. Este es uno de varios tipos de apomixis que ocurren en las plantas. La apomixis también puede ocurrir en una semilla, produciendo una semilla que contiene un embrión genéticamente idéntico al padre.

La mayoría de los organismos que se reproducen sexualmente son diploides, con cromosomas emparejados, pero se puede duplicar el número de cromosomas debido a errores en la citocinesis. Esto puede ocurrir temprano en el desarrollo para producir un organismo autopoliploide o parcialmente autopoliploide, o durante los procesos normales de diferenciación celular para producir algunos tipos de células que son poliploides (endopoliploidía), o durante la formación de gametos. Una planta alopoliploide puede resultar de un evento de hibridación entre dos especies diferentes. Tanto las plantas autopoliploides como las alopoliploides a menudo pueden reproducirse normalmente, pero es posible que no puedan cruzarse con éxito con la población original porque hay una falta de coincidencia en el número de cromosomas. Estas plantas que están reproductivamente aisladas de la especie progenitora pero viven dentro de la misma área geográfica, pueden tener suficiente éxito para formar una nueva especie.Algunos poliploides de plantas estériles aún pueden reproducirse vegetativamente o por apomixis de semillas, formando poblaciones clonales de individuos idénticos. El trigo duro es un alopoliploide tetraploide fértil, mientras que el trigo harinero es un hexaploide fértil. El banano comercial es un ejemplo de un híbrido triploide estéril y sin semillas. El diente de león común es un triploide que produce semillas viables por semilla apomíctica.

Como en otros eucariotas, la herencia de los orgánulos endosimbióticos como las mitocondrias y los cloroplastos en las plantas no es mendeliana. Los cloroplastos se heredan a través del progenitor masculino en las gimnospermas, pero a menudo a través del progenitor femenino en las plantas con flores.

Genética molecular

Una cantidad considerable de nuevos conocimientos sobre la función de las plantas proviene de estudios de la genética molecular de plantas modelo como el berro de Thale, Arabidopsis thaliana, una especie de mala hierba de la familia de la mostaza (Brassicaceae). El genoma o información hereditaria contenida en los genes de esta especie está codificado por alrededor de 135 millones de pares de bases de ADN, formando uno de los genomas más pequeños entre las plantas con flores. Arabidopsis fue la primera planta en tener su genoma secuenciado, en 2000. La secuenciación de algunos otros genomas relativamente pequeños, de arroz (Oryza sativa) y Brachypodium distachyon,los ha convertido en importantes especies modelo para comprender la genética, la biología celular y molecular de los cereales, las gramíneas y las monocotiledóneas en general.

Las plantas modelo como Arabidopsis thaliana se utilizan para estudiar la biología molecular de las células vegetales y el cloroplasto. Idealmente, estos organismos tienen genomas pequeños que son bien conocidos o completamente secuenciados, de pequeña estatura y tiempos de generación cortos. El maíz se ha utilizado para estudiar los mecanismos de la fotosíntesis y la carga de azúcar en el floema en las plantas C _4. El alga verde unicelular Chlamydomonas reinhardtii, aunque no es un embriofito en sí mismo, contiene un cloroplasto de pigmento verde relacionado con el de las plantas terrestres, lo que lo hace útil para el estudio. También se ha utilizado un alga roja Cyanidioschyzon merolae para estudiar algunas funciones básicas de los cloroplastos. Espinacas, guisantes, soja y musgoPhyscomitrella patens se usa comúnmente para estudiar la biología de las células vegetales.

Agrobacterium tumefaciens, una bacteria de la rizosfera del suelo, puede adherirse a las células de las plantas e infectarlas con un plásmido Ti inductor de callos mediante transferencia horizontal de genes, lo que provoca una infección de callos llamada enfermedad de la agalla de la corona. Schell y Van Montagu (1977) plantearon la hipótesis de que el plásmido Ti podría ser un vector natural para introducir el gen Nif responsable de la fijación de nitrógeno en los nódulos de las raíces de leguminosas y otras especies de plantas. Hoy en día, la modificación genética del plásmido Ti es una de las principales técnicas para la introducción de transgenes en las plantas y la creación de cultivos modificados genéticamente.

Epigenética

La epigenética es el estudio de los cambios hereditarios en la función de los genes que no pueden explicarse por cambios en la secuencia de ADN subyacente, pero que hacen que los genes del organismo se comporten (o "se expresen") de manera diferente.Un ejemplo de cambio epigenético es el marcado de los genes por metilación del ADN que determina si se expresarán o no. La expresión génica también puede ser controlada por proteínas represoras que se adhieren a las regiones silenciadoras del ADN y evitan que se exprese esa región del código de ADN. Las marcas epigenéticas pueden agregarse o eliminarse del ADN durante etapas programadas de desarrollo de la planta y son responsables, por ejemplo, de las diferencias entre anteras, pétalos y hojas normales, a pesar de que todos tienen el mismo código genético subyacente. Los cambios epigenéticos pueden ser temporales o pueden permanecer a través de sucesivas divisiones celulares por el resto de la vida de la célula. Se ha demostrado que algunos cambios epigenéticos son hereditarios, mientras que otros se restablecen en las células germinales.

Los cambios epigenéticos en la biología eucariótica sirven para regular el proceso de diferenciación celular. Durante la morfogénesis, las células madre totipotentes se convierten en las diversas líneas celulares pluripotentes del embrión, que a su vez se convierten en células completamente diferenciadas. Un solo óvulo fertilizado, el cigoto, da lugar a muchos tipos diferentes de células vegetales, incluidos el parénquima, los elementos de los vasos del xilema, los tubos de tamiz del floema, las células protectoras de la epidermis, etc., a medida que continúa dividiéndose. El proceso resulta de la activación epigenética de algunos genes y la inhibición de otros.

A diferencia de los animales, muchas células vegetales, particularmente las del parénquima, no se diferencian terminalmente, permaneciendo totipotentes con la capacidad de dar lugar a una nueva planta individual. Las excepciones incluyen células altamente lignificadas, el esclerénquima y el xilema que están muertos en la madurez, y los tubos cribosos del floema que carecen de núcleo. Si bien las plantas usan muchos de los mismos mecanismos epigenéticos que los animales, como la remodelación de la cromatina, una hipótesis alternativa es que las plantas establecen sus patrones de expresión génica utilizando información posicional del entorno y las células circundantes para determinar su destino de desarrollo.

Los cambios epigenéticos pueden dar lugar a paramutaciones, que no siguen las reglas de la herencia mendeliana. Estas marcas epigenéticas se transmiten de una generación a la siguiente, y un alelo induce un cambio en el otro.

Evolución de las plantas

Los cloroplastos de las plantas tienen una serie de similitudes bioquímicas, estructurales y genéticas con las cianobacterias (común pero incorrectamente conocidas como "algas verdeazuladas") y se cree que se derivan de una antigua relación endosimbiótica entre una célula eucariota ancestral y una cianobacteria residente..

Las algas son un grupo polifilético y se ubican en varias divisiones, algunas más relacionadas con las plantas que otras. Hay muchas diferencias entre ellos en características como la composición de la pared celular, la bioquímica, la pigmentación, la estructura del cloroplasto y las reservas de nutrientes. Se considera que la división de algas Charophyta, hermana de la división de algas verdes Chlorophyta, contiene el antepasado de las plantas verdaderas. La clase Charophyte Charophyceae y el sub-reino de plantas terrestres Embryophyta juntos forman el grupo monofilético o clado Streptophytina.

Las plantas terrestres no vasculares son embriofitas que carecen de los tejidos vasculares xilema y floema. Incluyen musgos, hepáticas y antocerotes. Las plantas vasculares pteridofíticas con verdadero xilema y floema que se reproducen por esporas que germinan en gametofitos de vida libre evolucionaron durante el período Silúrico y se diversificaron en varios linajes durante el Silúrico tardío y el Devónico temprano. Los representantes de los lycopods han sobrevivido hasta nuestros días. Al final del período Devónico, varios grupos, incluidos los licopodos, las esfenófilas y las progimnospermas, habían evolucionado de forma independiente como "megasporias": sus esporas eran de dos tamaños distintos, megasporas más grandes y microsporas más pequeñas. Sus gametofitos reducidos se desarrollaron a partir de megasporas retenidas dentro de los órganos productores de esporas (megasporangios) del esporofito, una condición conocida como endosporía. Las semillas consisten en un megasporangio endospórico rodeado por una o dos capas de revestimiento (tegumentos). El esporofito joven se desarrolla dentro de la semilla, que al germinar se divide para liberarlo. Las primeras plantas con semillas conocidas datan de la última etapa del Devónico Famenniano.Siguiendo la evolución del hábito de las semillas, las plantas con semillas se diversificaron, dando lugar a una serie de grupos ahora extintos, incluidos los helechos con semillas, así como las gimnospermas y angiospermas modernas. Las gimnospermas producen "semillas desnudas" que no están completamente encerradas en un ovario; los representantes modernos incluyen coníferas, cícadas, Ginkgo y Gnetales. Las angiospermas producen semillas encerradas en una estructura como un carpelo o un ovario. La investigación en curso sobre la filogenética molecular de las plantas vivas parece mostrar que las angiospermas son un clado hermano de las gimnospermas.

Fisiología de las plantas

La fisiología vegetal abarca todas las actividades químicas y físicas internas de las plantas asociadas con la vida. Los productos químicos obtenidos del aire, el suelo y el agua forman la base de todo el metabolismo de las plantas. La energía de la luz solar, capturada por la fotosíntesis oxigénica y liberada por la respiración celular, es la base de casi toda la vida. Los fotoautótrofos, incluidas todas las plantas verdes, las algas y las cianobacterias, obtienen energía directamente de la luz solar mediante la fotosíntesis. Los heterótrofos, incluidos todos los animales, todos los hongos, todas las plantas completamente parásitas y las bacterias no fotosintéticas, toman moléculas orgánicas producidas por fotoautótrofos y las respiran o las usan en la construcción de células y tejidos.La respiración es la oxidación de compuestos de carbono al descomponerlos en estructuras más simples para liberar la energía que contienen, esencialmente lo contrario de la fotosíntesis.

Las moléculas se mueven dentro de las plantas mediante procesos de transporte que operan en una variedad de escalas espaciales. El transporte subcelular de iones, electrones y moléculas como el agua y las enzimas se produce a través de las membranas celulares. Los minerales y el agua se transportan desde las raíces a otras partes de la planta en la corriente de transpiración. La difusión, la ósmosis y el transporte activo y el flujo másico son formas diferentes en que puede ocurrir el transporte. Ejemplos de elementos que las plantas necesitan transportar son nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio y azufre. En las plantas vasculares, estos elementos son extraídos del suelo como iones solubles por las raíces y transportados por toda la planta en el xilema. La mayoría de los elementos necesarios para la nutrición de las plantas provienen de la descomposición química de los minerales del suelo. La sacarosa producida por la fotosíntesis se transporta desde las hojas a otras partes de la planta en el floema y las hormonas vegetales se transportan mediante una variedad de procesos.

Hormonas vegetales

Las plantas no son pasivas, sino que responden a señales externas como la luz, el tacto y las lesiones moviéndose o creciendo hacia o alejándose del estímulo, según corresponda. La evidencia tangible de la sensibilidad al tacto es el colapso casi instantáneo de los folíolos de Mimosa pudica, las trampas para insectos de Venus atrapamoscas y vejigas, y las polinias de las orquídeas.

La hipótesis de que el crecimiento y desarrollo de las plantas está coordinado por hormonas vegetales o reguladores del crecimiento de las plantas surgió por primera vez a fines del siglo XIX. Darwin experimentó con los movimientos de los brotes y las raíces de las plantas hacia la luz y la gravedad, y concluyó: "No es una exageración decir que la punta de la radícula... actúa como el cerebro de uno de los animales inferiores... dirigiendo los diversos movimientos".. Casi al mismo tiempo, el científico holandés Frits Went describió por primera vez el papel de las auxinas (del griego auxein, crecer) en el control del crecimiento de las plantas. La primera auxina conocida, el ácido indol-3-acético (IAA), que promueve el crecimiento celular, solo se aisló de las plantas unos 50 años después.Este compuesto media las respuestas trópicas de brotes y raíces hacia la luz y la gravedad. El hallazgo en 1939 de que los callos de las plantas podían mantenerse en cultivos que contenían IAA, seguido de la observación en 1947 de que podían inducirse a formar raíces y brotes mediante el control de la concentración de hormonas de crecimiento, fueron pasos clave en el desarrollo de la biotecnología vegetal y la modificación genética..

Las citocininas son una clase de hormonas vegetales llamadas así por su control de la división celular (especialmente la citocinesis). La zeatina citoquinina natural se descubrió en el maíz, Zea mays, y es un derivado de la purina adenina. La zeatina se produce en las raíces y se transporta a los brotes en el xilema, donde promueve la división celular, el desarrollo de brotes y el reverdecimiento de los cloroplastos. Las giberelinas, como el ácido giberélico, son diterpenos sintetizados a partir de acetil CoA a través de la vía del mevalonato. Están involucrados en la promoción de la germinación y la interrupción de la latencia en las semillas, en la regulación de la altura de la planta mediante el control de la elongación del tallo y el control de la floración.El ácido abscísico (ABA) se encuentra en todas las plantas terrestres, excepto en las hepáticas, y se sintetiza a partir de carotenoides en los cloroplastos y otros plástidos. Inhibe la división celular, promueve la maduración y latencia de la semilla y promueve el cierre de estomas. Se llamó así porque originalmente se pensó que controlaba la abscisión. El etileno es una hormona gaseosa que se produce en todos los tejidos vegetales superiores a partir de la metionina. Ahora se sabe que es la hormona que estimula o regula la maduración y abscisión de la fruta, y que, o el regulador de crecimiento sintético etefón, que se metaboliza rápidamente para producir etileno, se utilizan a escala industrial para promover la maduración del algodón, la piña y otros cultivos climatéricos..

Otra clase de fitohormonas son los jasmonatos, aislados por primera vez del aceite de Jasminum grandiflorum que regula las respuestas a las heridas en las plantas al desbloquear la expresión de los genes necesarios en la respuesta de resistencia adquirida sistémica al ataque de patógenos.

Además de ser la principal fuente de energía para las plantas, la luz funciona como un dispositivo de señalización que proporciona información a la planta, como la cantidad de luz solar que recibe cada día. Esto puede resultar en cambios adaptativos en un proceso conocido como fotomorfogénesis. Los fitocromos son los fotorreceptores de una planta que son sensibles a la luz.

Anatomía y morfología vegetal.

La anatomía vegetal es el estudio de la estructura de las células y tejidos vegetales, mientras que la morfología vegetal es el estudio de su forma externa. Todas las plantas son eucariotas multicelulares, su ADN se almacena en núcleos. Los rasgos característicos de las células vegetales que las distinguen de las de los animales y hongos incluyen una pared celular primaria compuesta por los polisacáridos celulosa, hemicelulosa y pectina,vacuolas más grandes que en las células animales y la presencia de plástidos con funciones fotosintéticas y biosintéticas únicas como en los cloroplastos. Otros plástidos contienen productos de almacenamiento como almidón (amiloplastos) o lípidos (elaioplastos). Excepcionalmente, las células estreptofitas y las del orden de las algas verdes Trentepohliales se dividen mediante la construcción de un fragmoplasto como plantilla para construir una placa celular al final de la división celular.

Los cuerpos de las plantas vasculares que incluyen musgos, helechos y plantas con semillas (gimnospermas y angiospermas) generalmente tienen subsistemas aéreos y subterráneos. Los brotes consisten en tallos con hojas verdes fotosintetizadoras y estructuras reproductivas. Las raíces vascularizadas subterráneas tienen pelos radiculares en sus puntas y generalmente carecen de clorofila. Las plantas no vasculares, las hepáticas, los antocerotes y los musgos no producen raíces vasculares que penetren en el suelo y la mayor parte de la planta participa en la fotosíntesis. La generación de esporofitos no es fotosintética en las hepáticas, pero puede contribuir con parte de sus necesidades energéticas mediante la fotosíntesis en los musgos y los antocerotes.

El sistema de raíces y el sistema de brotes son interdependientes: el sistema de raíces generalmente no fotosintético depende del sistema de brotes para la alimentación, y el sistema de brotes generalmente fotosintético depende del agua y los minerales del sistema de raíces. Las células de cada sistema son capaces de crear células del otro y producir raíces o brotes adventicios. Los estolones y los tubérculos son ejemplos de brotes que pueden echar raíces. Las raíces que se extienden cerca de la superficie, como las de los sauces, pueden producir brotes y, en última instancia, nuevas plantas. En el caso de que uno de los sistemas se pierda, el otro a menudo puede volver a crecer. De hecho, es posible cultivar una planta entera a partir de una sola hoja, como es el caso de las plantas de Streptocarpus sect. santapaulia,o incluso una sola célula, que puede desdiferenciarse en un callo (una masa de células no especializadas) que puede convertirse en una nueva planta. En las plantas vasculares, el xilema y el floema son los tejidos conductores que transportan recursos entre los brotes y las raíces. Las raíces a menudo se adaptan para almacenar alimentos como azúcares o almidón, como en la remolacha azucarera y las zanahorias.

Los tallos brindan soporte principalmente a las hojas y las estructuras reproductivas, pero pueden almacenar agua en plantas suculentas como los cactus, alimentos como en los tubérculos de papa o reproducirse vegetativamente como en los estolones de las plantas de fresa o en el proceso de acodo. Las hojas recogen la luz solar y realizan la fotosíntesis. Las hojas grandes, planas, flexibles y verdes se llaman hojas de follaje. Las gimnospermas, como las coníferas, las cícadas, el ginkgo y las gnetofitas, son plantas productoras de semillas con semillas abiertas. Las angiospermas son plantas productoras de semillas que producen flores y tienen semillas encerradas.Las plantas leñosas, como las azaleas y los robles, pasan por una fase de crecimiento secundario que da como resultado dos tipos adicionales de tejidos: madera (xilema secundario) y corteza (floema secundario y corcho). Todas las gimnospermas y muchas angiospermas son plantas leñosas. Algunas plantas se reproducen sexualmente, otras asexualmente y otras por ambos medios.

Aunque la referencia a las principales categorías morfológicas, como raíz, tallo, hoja y tricoma, es útil, se debe tener en cuenta que estas categorías están vinculadas a través de formas intermedias para que resulte un continuo entre las categorías. Además, las estructuras pueden verse como procesos, es decir, combinaciones de procesos.

Botánica sistemática

La botánica sistemática es parte de la biología sistemática, que se ocupa del rango y la diversidad de los organismos y sus relaciones, particularmente según lo determinado por su historia evolutiva.Implica o está relacionado con la clasificación biológica, la taxonomía científica y la filogenética. La clasificación biológica es el método por el cual los botánicos agrupan los organismos en categorías como géneros o especies. La clasificación biológica es una forma de taxonomía científica. La taxonomía moderna tiene sus raíces en el trabajo de Carl Linnaeus, quien agrupó las especies según características físicas compartidas. Desde entonces, estas agrupaciones se han revisado para alinearse mejor con el principio darwiniano de descendencia común: agrupar organismos por ascendencia en lugar de características superficiales. Si bien los científicos no siempre están de acuerdo sobre cómo clasificar los organismos, la filogenética molecular, que utiliza secuencias de ADN como datos, ha impulsado muchas revisiones recientes a lo largo de líneas evolutivas y es probable que continúe haciéndolo. El sistema de clasificación dominante se llama taxonomía linneana. Incluye rangos y nomenclatura binomial. La nomenclatura de organismos botánicos está codificada en el Código Internacional de Nomenclatura para algas, hongos y plantas (ICN) y administrada por el Congreso Botánico Internacional.

Kingdom Plantae pertenece al Dominio Eukarya y se desglosa recursivamente hasta que cada especie se clasifica por separado. El orden es: Reino; Phylum (o División); Clase; Pedido; Familia; Género (plural géneros); Especies. El nombre científico de una planta representa su género y su especie dentro del género, lo que da como resultado un único nombre mundial para cada organismo. Por ejemplo, el lirio tigre es Lilium columbianum. Lilium es el género, y columbianumel epíteto específico. La combinación es el nombre de la especie. Al escribir el nombre científico de un organismo, es adecuado poner en mayúscula la primera letra del género y poner todo el epíteto específico en minúscula. Además, el término completo normalmente está en cursiva (o subrayado cuando no hay cursiva disponible).

Las relaciones evolutivas y la herencia de un grupo de organismos se denomina filogenia. Los estudios filogenéticos intentan descubrir las filogenias. El enfoque básico es usar similitudes basadas en la herencia compartida para determinar las relaciones. Como ejemplo, las especies de Pereskia son árboles o arbustos con hojas prominentes. Obviamente, no se parecen a un típico cactus sin hojas como un Echinocactus. Sin embargo, tanto Pereskia como Echinocactus tienen espinas producidas a partir de areolas (estructuras similares a almohadillas altamente especializadas), lo que sugiere que los dos géneros están realmente relacionados.

Juzgar las relaciones basadas en caracteres compartidos requiere cuidado, ya que las plantas pueden parecerse entre sí a través de una evolución convergente en la que los caracteres han surgido de forma independiente. Algunas euforbias tienen cuerpos redondeados y sin hojas adaptados a la conservación del agua similares a los de los cactus globulares, pero caracteres como la estructura de sus flores dejan claro que los dos grupos no están estrechamente relacionados. El método cladístico adopta un enfoque sistemático de los caracteres, distinguiendo entre aquellos que no contienen información sobre la historia evolutiva compartida, como los que evolucionaron por separado en diferentes grupos (homoplasias) o los que quedaron de los ancestros (plesiomorfias), y los caracteres derivados, que han sido se transmite a partir de innovaciones en un ancestro compartido (apomorfias). Sólo los caracteres derivados, como las areolas de los cactus que producen espinas, proporcionar evidencia de descendencia de un ancestro común. Los resultados de los análisis cladísticos se expresan como cladogramas: diagramas en forma de árbol que muestran el patrón de ramificación y descenso evolutivo.

Desde la década de 1990 en adelante, el enfoque predominante para construir filogenias para plantas vivas ha sido la filogenética molecular, que utiliza caracteres moleculares, particularmente secuencias de ADN, en lugar de caracteres morfológicos como la presencia o ausencia de espinas y areolas. La diferencia es que el propio código genético se usa para decidir las relaciones evolutivas, en lugar de usarse indirectamente a través de los caracteres que da lugar. Clive Stace describe esto como tener "acceso directo a la base genética de la evolución".Como ejemplo simple, antes del uso de la evidencia genética, se pensaba que los hongos eran plantas o que estaban más estrechamente relacionados con las plantas que con los animales. La evidencia genética sugiere que la verdadera relación evolutiva de los organismos multicelulares es como se muestra en el cladograma a continuación: los hongos están más estrechamente relacionados con los animales que con las plantas.

	plantas   hongos  animales

En 1998, el Grupo de Filogenia de Angiospermas publicó una filogenia para plantas con flores basada en un análisis de secuencias de ADN de la mayoría de las familias de plantas con flores. Como resultado de este trabajo, ahora se han respondido muchas preguntas, como qué familias representan las primeras ramas de las angiospermas. Investigar cómo las especies de plantas se relacionan entre sí permite a los botánicos comprender mejor el proceso de evolución de las plantas. A pesar del estudio de plantas modelo y el uso creciente de pruebas de ADN, hay trabajo y debate en curso entre los taxónomos sobre la mejor manera de clasificar las plantas en varios taxones. Los avances tecnológicos, como las computadoras y los microscopios electrónicos, han aumentado considerablemente el nivel de detalle estudiado y la velocidad a la que se pueden analizar los datos.