研究植物生命活動規律的一門生物學分支學科。其目的在於認識植物的物質代謝、能量轉化和生長發育等的規律與機理、調節與控制以及植物體內外環境條件對其生命活動的影響。
植物生理學是植物學的一部分。但它同時也可看作普通生理學的一個分支。植物的基本組成物質如蛋白質、糖、脂肪和核酸以及它們的代謝都與其他生物（動物、微生物）大同小異。但是，植物本身又有一些獨特的地方，如：①能利用太陽能，用來自空氣中的CO
發展簡史 植物生理學的起源一般都追溯到16世紀荷蘭人范埃爾蒙的實驗。他把一條柳枝栽在盆中，每天澆水，5年以後柳枝增重30倍，而盆中土的重量減少甚微，因此他認為植物的物質來源不是土而是水。這是第一次用實驗的方法研究植物的生理現象。到18世紀後期和19世紀初期，英國的J.普裡斯特利，荷蘭的J.英恩豪斯等人陸續發現瞭光合作用的主要環節，證明綠色植物能在光下將空氣中的 CO2和土壤中的水合成有機物並放出O2。意大利人M.馬爾皮基，英國S.黑爾斯，法國J.B.佈森戈，德國J.von李比希，英國C.R.達爾文等人分別發現或闡明瞭植物中的物質運輸、水分吸收與蒸騰、氮素營養、礦質吸收、植物的感應性和運動等現象。隨著知識的積累和系統化，1800年，瑞士的J.塞內比埃撰寫並出版瞭世界上第一部《植物生理學》。
19世紀後期德國的 J.von薩克斯首先開設瞭植物生理學專門課程。在他和他的學生們努力下，植物生理學從植物學中獨立出來，成為一個專門的學科。特別是20世紀20～30年代，由於物理、化學、微生物學和普通生理學的進展以及生物化學、生物物理學的興起，使植物生理學深入到細胞水平。30～40年代進入細胞器水平，如以離體的線粒體、葉綠體來分析呼吸和光合等作用的機理，50年代以後，更深入到大分子的組合，生物膜的結構與功能，離體酶系的作用，以至電子傳遞系統機理等縱深方面，跨入分子水平或亞分子水平，成為分子生物學的一個方面。就研究的時間尺度而論，從范埃爾蒙實驗的5年縮短到幾天，幾小時，現在則縮短到秒級，毫秒（10-3秒）級，微秒（10-6秒）級，納秒（10-9秒）級甚至皮秒（10-12秒）級瞭。
植物生理學發展的另一端是走向宏觀。由對植物個體，擴展到群體、群落的研究。因為無論是在人為的農田或自然界中，植物都是聚集在一起，很少單株生存；農業生產也常是以土地面積為單位，而不是按單株來計算產量。因此必須註意群體的結構和活動；植物體與外界環境及其他植物之間的相互影響和關系；通風透光、土壤水肥供應情況以及共生和互斥的現象和機理。這樣植物生理學就與生態學接壤，並發展出瞭植物生理生態學和生態生理學這兩門分支學科。
近代植物生理學傢的研究工作，已部分進入定量的階段，在引入電子計算機等新技術後，開始瞭對植物生理活動的數學模擬。因為植物幾乎是吸收和轉化太陽能的唯一成員，所以在探討生命起源、開發能源、宇宙航行、地球外生命以及仿生模擬等問題時，植物生理學也是必不可缺的。
遠在3000多年前（公元前14～前11世紀），中國的甲骨文中就有涉及植物生理活動的關於農業耕耘施肥的記述。其後在《氾勝之書》（約公元前100），《齊民要術》(533～544)，《天工開物》(1637)等專著中更有許多闡述。明末《天工開物》的著者宋應星(1587～1660)在與范埃爾蒙差不多同時所著的《論氣》一書中曾說：“氣從地下催騰一粒，種性小者為蓬，大者為蔽牛幹霄之木，此一粒原本幾何？其餘皆氣所化也。”已明確指出瞭植物利用空氣來生長。
中國比較系統的實驗性植物生理學是從國外引進的。20世紀20年代初，錢崇澍、張珽留學回國後，開始講授植物生理學；李繼侗1927年起先後在南開大學、清華大學，羅宗洛自1931年起先後在中山大學、中央大學、浙江大學、中央研究院，湯佩松自1933年起先後在武漢大學、清華農業研究所等處建立瞭植物生理實驗室。他們的研究成果至今仍常為國外文獻所引用。他們所教育的第一、二代學生，現在是國內本學科的主力。30～40年代由於抗日戰爭和戰後國內的動亂，各大學及研究所顛沛流離，植物生理學亦與其他科學一樣未得充分發展，專業隊伍總共不過30人。1949年以後，植物生理的研究和教學工作發展很快，在有關植物生理學的各個領域裡，都程度不等地開展瞭工作，尤其是在光合作用等方面的研究，取得有重要意義的結果。目前，在中國設有中國科學院上海植物生理研究所；各大地區的植物研究所及各高等院校中，設有植物生理學研究室（組）或教研室(組)；農林等部門設立瞭作物生理研究室（組）。中國植物生理學會自1963年成立後，已召開過4次全國性的代表大會，並出版瞭論文集。許多省、市、自治區陸續成立瞭地方性植物生理學會。中國植物生理學會主辦瞭《植物生理學報》和《植物生理學通訊》兩刊物，北京植物生理學會主辦有不定期刊物《植物生理生化進展》。
學科內容 現代植物生理學研究一般分為10個方面。
光合作用 綠色植物的特殊功能。它們有光合色素，能吸收太陽光。色素在受激發後發生電荷分離，電子經過一系列的載體傳遞後，引起氧化還原反應：在一端分解水分子，放出氧氣；另一端還原輔酶Ⅱ，同時造成質子（氫離子）轉移，形成葉綠體中類囊體膜內外的電位差和氫離子濃度差，推動腺苷三磷酸(ATP)的合成。這樣，將光能轉變成還原輔酶Ⅱ與ATP中的化學能，最後用這個“同化力”，經過一系列的酶反應，把從空氣中吸入的CO2固定並還原成碳水化合物（見光合作用）。
代謝 可以分為兩大方面，一方面是合成代謝──將光合作用產生的比較簡單的有機物通過一系列酶反應，組成更復雜的包括大分子的有機物如蛋白質，核酸、酶、纖維素等，構成植物身體的組成部分；或貯存物如淀粉、蔗糖、油脂，以供其生命活動中所需的能量。另一方面是分解代謝──把大分子的物質水解（或磷酸解）成為簡單的糖磷酯，再經過糖酵解形成丙酮酸，同時產生少量的ATP和還原的輔酶（NADH或NADPH）。在缺氧條件下還可以進行發酵作用，產生乙醇（酒精）和CO2。不過這樣產生的能量很少，更重要的途徑是糖酵解所產生的丙酮酸通過三羧酸循環的一系列反應，脫羧放出CO2，同時將氫傳給輔酶。
呼吸作用 同動物一樣，植物也進行呼吸，但沒有象鰓、肺那樣專門進行氣體交換的呼吸器官。分解代謝所形成的還原的輔酶或幾種簡單的有機酸，經過一系列的電子傳遞(呼吸鏈)，最後把吸入的氧氣還原成水。電子傳遞和末端氧化是在線粒體內進行的。電子傳遞同時偶聯著ATP的形成，供應各種生命活動的能量需要〔見呼吸（植物）〕。
水分生理 植物的生活需要大量的水分，其中隻有一小部分用於光合作用和代謝過程，絕大部分是在陽光照射下，氣孔（器）開放、進行光合作用時，從葉面蒸發出去（見蒸騰作用）的。陸生植物適應於蒸騰作用對水分的需求，演化出各種結構，由發達的根系從土壤中吸收水分，通過木質部的導管或管胞輸送到地上部的葉和其他器官中去。進入大氣時所經過的氣孔能靈敏地響應光強和水分供應情況的變化，控制水分的散失。在幹旱地區的植物，更有減少蒸騰的特殊構造和代謝方式。
礦質營養 除 CO2和水外，植物還需要多種化學元素。需要量較大的氮(N)、磷(P)、鉀(K)，是農業上常需以肥料形式施加的元素。需要量次之的為鈣(Ca)、硫(S)、鎂(Mg)、鐵(Fe)，是構成植物體內生活物質包括某些酶的必要成分。此外還需一些微量元素，如錳(Mn)、鋅(Zn)、硼(B)、銅(Cu)、鉬(Mo)等。
體內物質運輸 植物沒有血液循環系統，但制造有機物質的光合器官（葉子）位於地上，吸收土壤中無機養料和水分的根系處於地下，生殖器官（花、種子、果實）等則要從兩者取得營養物質的供應。適應地上部與地下部之間和各種器官之間物質運輸的需要，植物演化出兩種特殊的通道，即主要輸送水和溶於其中的礦質元素的木質部，和主要輸送有機物的韌皮部中的篩管。有實驗證明，即使很大的分子，如蛋白質、核酸，甚至整個的細胞核、原生質，在某些情況下，如在衰老的器官中，也能穿過細胞壁，進入篩管，運輸到新生的部位，或成熟過程中的果實裡去（見植物體內運輸）。
生長與發育 生長主要是通過細胞的分裂和膨大，發育是通過細胞的分化而形成不同的組織和器官。植物的生長發育受內在因素和外界環境的制約，具有一定的階段性和季節性。在寒、暖、雨、旱季節變化明顯的地區的植物常有休眠期。種子多在冬季或旱季到來之前形成，在休眠狀態下度過不良環境。從營養生長（葉、莖、根的生長）向生殖生長（分化花芽、開花、結實）轉化的過程常與自然環境的年度變化相偶合。植物有一系列感受環境變化的機制，光周期現象是其中之一。
植物的細胞具有很大的全能性，身體許多部分的細胞，離體後在人工培養基中，都可以脫分化而長成愈傷組織。在適當的情況下，又可以再分化，形成根、莖、葉等器官以至長成完整的植株。這種“試管植物”與通常的播種、插條、接芽等繁殖方法相比，在某些情況下更迅速、更便於控制，有時還可以避免正常繁殖過程中的遺傳性狀分離或病毒感染等不利現象。不同種的細胞的原生質體還可以相互融合，有可能克服有性雜交中的不親合性，分化形成雜交植株。這是“細胞工程”的一個重要方面，在育種工作中有廣闊的應用前景。
植物激素 植物沒有神經系統，各器官間的生理活動，除隨營養物的供求關系相互制約以外，大都是通過一些特殊的化學物質來相互調節和控制的。這種化學物質稱為植物激素，它們在某些部位形成，轉移到另一些部位起作用。如最先發現的生長素就是在生長頂端形成，促進下面的細胞伸長。隨後相繼發現許多其他激素，如脫落酸、赤黴素、細胞分裂素、乙烯。除去通過化學物質而調節控制之外，植物中也能有迅速的物理的信息傳導，如電位的變化。
抗逆性 不同植物對不良環境的耐性和抗性的差異很大，有的能在極幹旱的條件下生存，有的能抵抗低溫。品種之間的差異也很大，在自然界中，不同生境中植物的分佈很大程度上是由他們對不良環境的抗禦能力決定的。在農業生產上，擴大作物的種植，瞭解抗逆性的生理機理，有助於采取措施以提高抗逆性，或為育種工作中抗逆品種的篩選提供生理指標（見植物抗性）。
運動 生活在水中的低等植物，有些具有特殊器官如鞭毛，可以遊泳，作趨光運動。陸生植物雖然著生位置固定，卻並非完全不能運動。根有向地（重力）性，葉子有向光性，是通過生長來運動，稱為生長運動。有些植物能做機械運動，如睡蓮的花晝開夜合；合歡的復葉晚間閉攏；含羞草和食蟲植物豬籠草等，動作更為迅速（見植物運動）。
應用與展望 植物是地球上利用太陽能合成有機物的主要生物。它們的生理活動對人類有著極為重要的意義。
農業以栽培植物為主體，要控制作物的生命活動，增加產量並提高質量，就需要瞭解植物的生理活動。如對植物的礦質營養的知識是合理施肥以及肥料工業的基礎；對植物的水分關系的分析能為灌溉提供方案；瞭解瞭植物對光周期（見光周期現象）或春化作用的需要，不僅能解釋氣象條件如何決定物候期和預測引種成功的可能性，而且可以用人工照光或遮暗，和春化處理等辦法來控制開花的季節；激素（見植物激素）的發現，使人們得以合成植物生長調節物質，促進插條生根，疏花疏果，誘導、加強或解除休眠，促進或抑制生長等以提高農產品產量和質量；除草劑則是生長調節物質的高劑量應用，節約瞭大量除草的勞力；光合、代謝、運輸、抗性等生理機理的研究為選種、育種提供瞭篩選指標；組織培養、細胞培養等技術的發展，為加快純種的繁殖，改良與創造新種，開辟瞭新的途徑。在數次農業及糧食的國際會議討論中，曾提出10餘項迫切的研究任務，其中①光合作用與增產；②生物固氮；③礦質吸收；④對不良環境的抗性；⑤對競爭性生物系統的抗性；⑥植物的生長發育與激素等都屬於植物生理學的范疇。其餘幾項，如遺傳工程，細胞工程，菌根及土壤微生物，大氣污染，病蟲害的控制，也與植物生理學有關。所以植物生理是農業現代化的重要的知識基礎。
環境保護，防止污染，也涉及植物生理學研究。如用植物固沙防風、凈化水源等。70年代提出，由於工業發展，化石燃料燃燒量大，空氣中CO2顯著增加以致影響氣候，增加植物光合來吸收CO2是對策之一。
最近更突出的問題是新能量來源的開發。由於古代留存的化石燃料資源總有枯竭的一天，各國對於尋求可以更新的能源均很重視。現時地球上捕獲轉化太陽能的最重要的途徑還是綠色植物的光合作用，每年能固定3×1021焦耳，雖然它隻是落在地球上日光能總量的千分之一不到，但已經10倍於世界上每年的能量消耗。提出的辦法如：①利用現有的植物殘渣制成沼氣，在中國很多地方已經推廣應用；②使植物產物發酵制造酒精，在某些國傢已大量生產；③利用不適於耕種的土地栽植產油脂或碳氫化物的植物以提取燃料；④利用藻類或離體的葉綠體在光下產生氫氣；⑤用提取的葉綠素及人造的無機半導體物質來模擬光合作用分解水來放氫，這些都是從植物生理學研究發展出來的。太陽光能，取之不盡用之不竭。如果能用來產生氫作為燃料，氧化燃燒後又成水，可反復使用，且不會造成污染。
參考書目
A.W.Galston et al.，The Life of the Green Plant，3rd ed.，Prentice-Hall，Inc.，Englewood，Clifts，N.J.，1980.