식물학

인간은 원시시대부터 식물을 의식주용·약용 등 편리에 따라 사용하고 분류해왔으며 문명의 발달에 따라 식물에 대한 방대한 정보 및 실질적인 과학적 자료가 쌓이면서 체계적인 학문이 성립되었다.

형태학의 측면에서 식물의 구조를 밝히는 데는 현미경의 역할이 컸는데, 특히 전자현미경의 발명으로 엽록체·미토콘드리아·골지체와 같은 세포 내의 소기관들에 대한 연구가 크게 발달했다. 식물은 동물과 달리 하나의 체세포로부터 온전한 개체를 형성할 수 있는 전형성능(全形成能)이 있다. 이런 식물의 특성을 이용한 조직배양으로 형태발생에 대해 연구할 수 있을 뿐만 아니라 유전자조작 등으로 만든 새로운 세포로부터 새로운 식물체를 만들어 식물의 생리 생화학 과정을 밝혀낼 수 있다.

생화학적인 방법으로 효소 활성의 분석이나 특정 저해제를 사용하여 광합성·호흡과 같은 복잡한 생화학 과정이나 식물 구성물질의 생합성과 분해과정을 밝혀낸다. 또한 생물물리학적 방법을 사용하여 광합성이나 호흡에서 분자들 사이의 에너지 전달과정을 밝혀낼 수 있다.

생태학이 처음 출현했을 때는 대개 기재적이었지만 점점 정량화되어 요즈음은 생물물리학적인 방법과 컴퓨터 기술을 이용하여 많은 환경요인의 변수들을 평가한다. 고성능 컴퓨터를 사용하여 간단한 생태계에 대해서는 모의실험을 할 수 있으며 나아가 실제의 생태계를 분석할 수도 있다.

분류학에서는 전통적으로 표본과 식물에 대한 기재 및 삽화가 연구에 필요하다. 최근에는 전자현미경 관찰을 통해 미세구조의 규명, 세포학과 유전학적 방법의 도입, 식물 2차 대사물질의 분석, DNA 서열의 비교분석으로 종 사이의 유연관계와 진화의 과정을 밝히는 데 큰 발전을 보았다. 특히 새로운 돌연변이의 형성, 유전자 발현의 인위적 조절, 유전자 발현의 추적, DNA 서열의 비교분석 등을 손쉽게 할 수 있는 유전자재조합기술의 발달은 식물학의 거의 모든 분야의 발전에 크게 기여하고 있다.

유래와 분류

서양에서 최초로 식물학을 발달시킨 것으로 생각되는 그리스의 철학자 테오프라스토스는 식물의 형태학·분류학·박물학에 대한 기본 개념을 만들었다.

중국에서는 유럽보다 훨씬 전에 식물에 대해 체계적으로 기재했으며 아메리카 인디언들도 이미 오래 전에 식물에 대한 기재를 남겼다. 서양에서 본격적으로 식물을 순수한 학문적 목적으로 관찰하기 시작한 것은 16세기말 현미경이 발명되고 나서이다. F. 보앵은 아시아·아프리카·아메리카의 많은 식물을 관찰하고 지금까지도 확고한 여러 식물학의 개념들을 처음으로 발달시켰다.

현미경 관찰을 통해 R. 훅는 1665년에 세포라는 말을 만들었고 N. 그루와 M. 말피기는 1671년에 식물해부학을 개척했다. 실험식물생리학은 식물의 수분 증산을 1727년에 설명한 S. 헤일스부터 시작했으며 그후 J. 프리스틀리, J. 잉겐호우스 등이 광합성의 기초적인 반응을 실험을 통해 밝혔다.

식물분류학의 확고한 기초를 설립한 C. 린네는 1753년 발표한 〈식물의 종 Species Plantarum〉에 6,000종의 식물을 자세히 기록했으며, 식물의 이름을 속명 및 종명으로 표시하는 이명식명명법의 확립과 식물의 분류기준으로 생식기관을 체계화하여 도입했다. 이 단순한 방법이 분류에는 효과적이지만 많은 결함이 있었기 때문에 그후 식물의 유연관계를 밝히는 데 여러 가지 특징을 고려했다. 특히 C. 다윈과 G. 멘델은 식물분류학에서 진화의 과정과 새로운 종의 생성을 설명하는 데 결정적인 역할을 했다.

최근 식물학의 기술과 정보가 발달·축적되어 빛 에너지의 전환과정이라 일컫는 광합성, 피토크롬이라는 색소에 의해 조절되는 발아와 개화, 여러 가지 식물호르몬 및 필수원소들의 작용에 대해 자세하게 알게 되었으며 작물의 생산성 향상에도 큰 기여를 했다. 편의상 식물학은 크게 형태학·생리학·생태학·계통학으로 나눈다.

형태학은 식물의 구조와 형태를 연구하는데, 세포학·조직학·해부학 등이 여기에 포함된다. 생리학은 식물의 구조와 기능에 대해 연구하는 분야로 방법상 형태학·생화학·생물물리학 등에 의존한다. 생태학은 생물과 생물, 생물과 환경과의 상호작용에 대해 연구한다. 계통학은 식물을 분류하고 이름을 붙이는 것뿐 아니라 식물의 다양성과 진화를 다룬다. 그외에도 편의상 세균을 다루는 세균학, 곰팡이를 다루는 균학, 조류를 연구하는 조류학 등도 식물학의 범주에 든다.