Через год после открытия Императорского Казанского университета в 1805 году профессор К. Ф. Фукс начал читать в университете курс естественной истории и ботаники и основал при университете первый ботанический сад. С 1820 по 1867 год ботанику в университете преподавали последовательно профессора В. И. Тимьянский, Э. А. Эверсманн, А. А. Бунге, П. Я. Корнух—Троцкий, А. О. Янович. Их усилиями (особенно П. Я. Корнух-Троцким) в университете был создан крупный гербарий, укреплена материальная база ботанического кабинета, на берегу озера Кабан основан второй ботанический сад. С этим временем связано и начало ботанических исследований в Казанском университете.
В 1867 году кафедру ботаники в университете возглавил профессор Н. Ф. Леваковский, в 1869 году при университете было учреждено Общество естествоиспытателей. С этого времени началось активное развитие ботанических исследований. Н. Ф. Леваковский проводит цикл экспериментальных исследований взаимоотношений между растениями, изучает значение скорости поглощения семенами влаги из почвы для успешности их в конкурентной борьбе, исследует влияние внешней среды на процессы изменчивости растений. Фактически он основал Казанскую школу экологической физиологии растений и сформировал основы направлений экспериментальной морфологии растений, экспериментальной экологии и экспериментальной фитоценологии. Н. Ф. Леваковский привлек к ботаническим исследованиям в Казанском университете многих выдающихся молодых ученых, в том числе О.О. Баума, С.М. Смирнова, Ю.К. Шелля, П.Н. Крылова,, С. И. Коржинского, А. Я. Гордягина, которые в дальнейшем своими исследованиями основали Казанскую геоботаническую школу, причем роль главных ее основателей принадлежит П.Н. Крылову, С.И Коржинскому и А.Я. Гордягину.
С 1871 г. на кафедре ботаники Казанского университета работал Н.В. Сорокин, с 1888 по 1901 год он возглавлял кафедру ботаники. Н.В. Сорокин вел активную научно-исследовательскую работу в области микологии и фактически стал основоположником Казанской микологической школы. Огромная роль в формировании основ Казанской геоботанической школы и развитии геоботанических исследований в России принадлежит А. Я. Гордягину, окончившему Казанский университет в 1888 году и проработавшему в Казанском университете с 1888 до по 1932 год (за исключением Саратовского периода 1909-1914 годов), в том числе с 1901 по 1932 годы в качестве заведующего кафедрой. На огромном пространстве Западной Сибири А.Я. Гордягин описал почвы и растительность и в 1900 и 1901 годы опубликовал 2-х-томный труд «Материалы для познания почв и растительности Западной Сибири. А.Я. Гордягин первым в России стал использовать статистические методы в биометрических и геоботанических исследованиях, экспериментально изучил зимнее испарение древесных пород, всегда стремился связать свою научную деятельность с решением практических задач.
А. Я. Гордягин вырастил большое количество учеников, разлетевшихся по всей России, многие из которых стали известными ботаниками. В самой Казанской геоботанической школе основными продолжателями дела своего учителя стали В. И. Баранов, М. В. Марков и В. С. Порфирьев, которые внесли большой вклад в дальнейшее развитие теоретических и методических основ Казанской геоботанической школы.
В 1932 году кафедра ботаники Казанского университета была разделена на кафедру ботаники, которую возглавил В.И.Баранов, и кафедру физиологии растений, которую возглавил А.М.Алексеев.
В.И.Баранов продолжал проводить геоботанические исследования на Урале, в Западной Сибири, в Кировской области, в Башкирии и в Татарстане, проводил геоботанические описания торфяников и карстовых воронок в Зеленодольском районе Татарстана. В.И.Баранов подготовил много новых ботанических лекционных спецкурсов и большое количество иллюстраций к ним в виде настенных таблиц и ландшафтных картин.С 1939 года В.И. Баранов все более увлекается палеоботаническими исследованиями. Начиная с 1942 года, он публикует ряд сводок по верхнемеловой и третичной флорам на территории СССР.
В годы Великой Отечественной войны В. И. Баранов и М.В.Марков активно включились в работу по изысканию сырьевых ресурсов местной флоры.
В 1945 году кафедра ботаники Казанского университета была разделена на две кафедры: кафедру систематики растений, которую возглавил В. И. Баранов, и кафедру геоботаники, которую возглавил М. В. Марков.
В 1946 году В.И. Баранов провел геоботаническое обследование самого крупного в Татарстане болота «Кулигаш», а с 1947 года начинает систематически осуществлять в разных местах на территории СССР собственные сборы ископаемой флоры с последующим ее изучением. В 1959 году им была опубликована монография «Этапы развития флоры и растительности в третичном периоде на территории СССР». В. И. Баранов своими палеоботаническими исследованиями фактически основал Казанскую палеоботаническую школу, продолжателями которой стали его ученики Л.М. Ятайкин, К.В. Николаева, В.Т. Шаландина, Л.Л. Байгузина и др.
Казанскую геоботаническую школу к этому времени уже возглавляет профессор М. В. Марков. В 1946 году он опубликовывает книгу «Луга Татарской АССР (сенокосы и пастбища)», а в 1944-1948 годы организует и возглавляет четыре комплексные экспедиции по изучению флоры и растительности пойм рек Волги и Камы в пределах ТАССР. Результаты этих исследований опубликованы в двух томах Ученых записок Казанского университета позже (Марков с сотрудниками, 1955). В 1948 году М. В. Марков опубликовал книгу «Растительность Татарии».
Перед созданием в 1955-1957 годах Куйбышевского водохранилища В.И. Баранов, провел обследование торфяников в пойме Волги, а М.В. Марковым с сотрудниками (М.И. Фирсова, Н.М. Куликова, Ю.З. Кулагин и др.) был выполнен цикл исследований по изучению влияния подтопления на луговую и лесную растительность.
В 1964 году произошло объединение кафедры геоботаники и кафедры систематики растений. Объединенную кафедру ботаники возглавил М.В.Марков. К этому времени на объединенной кафедре ботаники учениками В.И. Баранова развивались активные исследования в области палеопалинологии (Л.М. Ятайкин, К.В. Николаева, В.Т. Шаландина, Л.Л. Байгузина и др.) и цитоэмбриологии (Н.Г. Афанасьева, А.Г. Смирнов, А.П. Ситников), а в геоботанической половине кафедры сформировались в русле Казанской геоботанической школы два направления: агрофитоценологическое под руководством М.В.Маркова и направление исследований в области экологии вегетативно-подвижных растений под руководством Е.Л. Любарского.
С 1974 года по 1999 год включительно кафедрой ботаники заведовал профессор Е.Л. Любарский, возглавивший Казанскую геоботаническую школу. Е.Л. Любарским разработаны принципы и методы морфоструктурного и пространственно-структурного анализа ценотических популяций, в том числе и «метод популяционного поля» и вместе с сотрудниками и студентами проведен цикл экспедиционных, стационарных и экспериментальных исследований ценопопуляций вегетативно-подвижных растений.
С 2000 по 2014 год кафедрой ботаники заведовал доцент А.П. Ситников, под руководством которого на кафедре получило развитие эмбриологическое направление исследования цветковых растений. Достижения в этом направлении были отмечены международной наградой — медалью Линнеевского общества в 2011 году.
Гербарий кафедры ботаники, пополнявшийся на протяжении всей истории кафедры, зарегистрированный в международной базе данных «The Index Gerbariorum» под акронимом KAZ, насчитывающий сегодня свыше 110 тысяч единиц хранения, в 1991 году был выделен из состава кафедры ботаники и включен на правах ботанического отдела в состав Зоологического музея Казанского университета. В 1997 году он получил статус самостоятельного Ботанического музея университета, а в 2016 году организационно вошел в состав реорганизованного Комплекса музеев Казанского университета.
В настоящее время научные исследования ботаниками кафедры ведутся в области агрофитоценологии, популяционной экологии растений и альгологии.
Более подробно с историей кафедры ботаники можно ознакомиться в книгах М.В. Маркова «Ботаника в Казанском университете за 175 лет» (1980) и Е.Л. Любарского «Казанская геоботаническая школа» (2013).
Отделение физиологии и биохимии растений
Открытие в университете кафедры физиологии растений и микробиологии состоялось в 1932 году на базе Ботанической лаборатории. Бессменным заведующим кафедрой в течение почти 40 лет (1932-1971) был заслуженный деятель науки РСФСР и ТАССР, профессор Алексей Михайлович Алексеев, который всю свою многолетнюю творческую деятельность посвятил разработке теоретических основ водного режима растений. Исследуя его связь с обменом веществ, продуктивностью растений и условиями среды, открыл ранее неизвестные физиологические закономерности действия засухи на растения («Физиологические основы влияния засухи на растения», 1938 г., докторская диссертация), что явилось важным вкладом в проблему засухоустойчивости растений. К приоритетным достижениям мирового уровня относится создание А.М. Алексеевым учения о термодинамике водного режима растений и введение в физиологию растений новых показателей энергетического состояния клеточной воды — активности и парциального химического потенциала. Концепцию физиологической роли термодинамических свойств воды А.М. Алексеев описал в своей знаменитой классической монографии «Водный режим растения и влияние на него засухи» (Казань, 1948), за которую ему была присуждена первая премия КГУ и медаль Всесоюзной с/х выставки (1955). Постоянно связывал результаты своих исследований с решением насущных задач практического растениеводства. Уже в 50-е годы в своих трудах в связи с часто повторяющимися засухами и большими потерями урожая он обращал внимание на необходимость организации в Татарстане системы орошаемого земледелия, что является в настоящее время одной из актуальных задач растениеводства РТ. Важным событием явилось освоение и применение аспирантом кафедры И.А. Тарчевским (научный руководитель — проф. А.М. Алексеев) нового метода меченых атомов — радиоактивного углерода для изучения влияния засухи на фотосинтетический метаболизм углерода (1956-1958 гг.). Это явилось прологом для открытия нового пути углеродного метаболизма С4 — фотосинтеза, сделанного на кафедре Ю.С. Карпиловым (1959-1960 гг.). За расшифровку биохимических реакций этого пути, спустя несколько лет, австралийские ученые Хетч и Слэк получили Нобелевскую премию. Однако первооткрывателем С4-фотосинтеза считается Ю. С. Карпилов.
В 60-е годы А.М. Алексеев обосновывает новое представление о водном режиме как важном ингредиенте обмена веществ и структуры протоплазмы растительных клеток и о необходимости более углубленного изучения водообмена растений на молекулярном уровне с помощью физических методов, прежде всего ЯМР. К этим работам подключились многие физики — В.Д. Корепанов, Н.А. Мальцев, Л.А. Абецедарская, В.Д. Федотов, впоследствии — В.Я. Волков, А.В. Анисимов, Г.А. Великанов и др., что привело к появлению нового биофизического направления в области водного обмена растений. А.М. Алексеевым подготовлено 3 доктора и более 20 кандидатов наук, опубликовано около 90 научных трудов, в том числе 3 монографии.
В 50-60-е годы сформировалась Казанская школа физиологов растений — исследователей водного режима растений, получившая широкую известность как школа профессора А.М. Алексеева и статус ведущей школы водного обмена растений в нашей стране. За время существования школы было подготовлено 11 докторов (из них 4 доктора по кафедре — И.Г. Сулейманов, И.А. Тарчевский, Л.П. Хохлова, О.А. Тимофеева) и более 100 кандидатов наук, опубликовано около 40 монографий и тематических сборников, сотни статей в отечественных и зарубежных изданиях. В настоящее время эта школа называется Казанской школой физиологов и биохимиков растений и ее возглавляет выпускник кафедры, академик РАН И.А. Тарчевский. Пройдя путь на кафедре от студента до профессора И.А. Тарчевский, был инициатором открытия кафедры биохимии (1965 г.) и ее заведующим, а впоследствии — директором Казанского института биологии КФ АН СССР (1975-1992 гг.). На этапе 70-80 годов учениками и последователями А.М. Алексеева — проф. И.Г. Сулеймановым, доц. Г.И. Пахомовой, проф. В.Е. Петровым, проф. Л.П. Хохловой, доц. С.Н. Черезовым на кафедре развивалось и углублялось традиционное для Казанской школы фитофизиологов направление — выяснение механизмов адаптации и устойчивости растений к экстремальным условиям окружающей среды с использованием новых методических подходов и современных методов — низкотемпературной и дифференциальной микрокалориметрии, ЯМР с импульсным градиентом магнитного поля, ИК — спектроскопии и др. Публикуется множество статей по фотоэнергетике, дыханию, водному обмену, химическому составу биосистем разной степени сложности — целые органы, клетки, органеллы (митохондрии и хлоропласты), мембраны, что позволило воссоздать наиболее целостную картину интеграции и регуляции физиологических процессов в системе целого растения в экстремальных условиях окружающей среды. Идеи и концепции А.М. Алексеева о состоянии и физиологической уникальности клеточной воды по- прежнему являются актуальными и значимыми не только для физиологии растений, но и для всей биологии клетки.
В 1988 году заведующим кафедрой проф. Л.П. Хохловой организуется первая научно-исследовательская лаборатория регуляторов роста и устойчивости растений (НИЛ РУР). В содружестве со многими учреждениями сельскохозяйственного профиля в лаборатории были развернуты работы по выяснению механизмов действия и практическому применению новых биологических и синтетических регуляторов роста в сельском хозяйстве, что способствовало активизации исследований по сельскохозяйственной физиологии и сближению с растениеводством.
В начале 90-х годов по инициативе проф. Л.П. Хохловой на кафедре возникло новое направление в мало разработанной области клеточной физиологии — физико-химическая организация цитоскелета и его роль в формировании термоадптивного потенциала растений. На основе результатов этих работ впервые обосновано представление о цитоскелете как важнейшей сенсорной структуре растительных клеток и разработана новая цитоскелетная диагностика стресс — устойчивости растений. Исследования проводилась по десяти грантам и по шести совместным международным проектам. Сотрудникам кафедры — Л.П. Хохловой, О.А. Тимофеевой, О.В. Олиневич была присуждена престижная именная премия Академии наук РТ имени В.А. Энгельгардта. По этому направлению защищена докторская (О.А. Тимофеева) и шесть кандидатских диссертаций.
С историей кафедры физиологии растений можно ознакомиться в книге проф. Л.П. Хохловой «Физиология растений в Казанском университете» (Казань, 2013 г.).
В настоящее время научные работы на кафедре ведутся в области клеточной, биохимической и молекулярной физиологии растений и посвящены выяснению в системе целого растительного организма роли мембран, синтеза стрессовых и рецепторных белков, экспрессии стресс-зависимых генов, поиску и идентификации молекулярных маркеров устойчивости растений к неблагоприятным условиям среды — низким и высоким температурам, водному дефициту, засухе, патогенам и тяжелым металлам. Используются современные методы и аппаратура: газометрия, ЯМР, иммунофлуоресценция, электрофорез, молекулярно-генетический анализ, адсорбционная спектрометрия, кондуктометрия и др.