물질대사
광합성은 햇빛과 이산화 탄소(CO)를 이용하여 탄수화물을 합성하는 과정이다. 식물과 남세균, 조류는 광합성을 통해 물을 분해하고 산소를 부산물로 생산한다. 이 과정은 광합성 반응 중심에서 생산된 ATP와 NADPH를 사용하여 CO를 3-포스포글리세르산으로 전환하고, 3-포스포글리세르산은 이후 포도당으로 전환된다. 탄소 고정 반응은 캘빈 회로의 일부로 루비스코(RuBisCO)라는 효소가 참여한다. 식물에서는 C 탄소 고정, C 탄소 고정, 그리고 CAM 광합성 이렇게 세 종류의 광합성이 일어나며, 이들은 CO가 캘빈 회로에 들어가는 방법에 따라 구분된다. C 식물은 CO를 직접적으로 고정하고, C 식물과 CAM 식물은 CO를 먼저 다른 화합물의 일부로 포함시킨다. 이는 강렬한 햇빛과 건조한 환경에 적응하기 위한 방편이다.
식물생리학
식물체를 구성하는 원소는 화합물이나 이온의 형태로 양분 속에 포함되어 외계로부터 흡수된다. 식물은 아미노산이나 당 등의 유기물도 흡수하여 이용할 수 있지만, 실제로 많은 양이 흡수되고 이용되는 것은 각종 무기물이다. 필수 원소 가운데 탄소와 산소는 공기 중에서 이산화탄소의 형태로 잎을 통하여 흡수되며, 그 밖의 것들은 대부분 토양 용액 속에 들어 있다가 뿌리로부터 흡수된다. 이 때 식물체는 각 원소의 일정한 형태만을 받아들이게 되는데, 즉 수소와 산소는 물, 질소는 질산 이온(No3-)·암모늄 이온(NH4+)의 상태로 흡수되고, 인은 인산 이온(H2P04-), 황은 황산 이온(SO42-)의 형태로 흡수된다. 한편 그 밖의 원소도 각각 양이온, 음이온의 상태로 토양 용액으로부터 흡수된다. 이와 같은 토양 용액 속의 각종 이온들은 토양의 모체인 암석에 함유되어 있다가 그것이 풍화되고 분해됨으로써 공급된다. 뿐만 아니라 강물의 관개 용수에도 다량의 무기물이 포함되어 있어 토양 용액 속의 양분 이온 농도를 높이는 데 한몫을 하고 있다.