メジャーのための生物学II
無性生殖をする植物について説明しなさい
多くの植物は有性生殖だけでなく、無性生殖も行います。 無性生殖では、親植物の一部を利用して新しい植物を生み出します。 人工的な無性生殖には、接ぎ木、重ね植え、マイクロプロパゲーションなどの方法がある。 新しい植物は、株を採取した親植物と遺伝的に同一である。 無性生殖の植物は、安定した環境でよく育ちます。
学習目標
- 無性生殖を行う植物の特徴を説明する
- 自然生殖と人工生殖のメカニズム、利点、欠点を説明する。
無性植物
多くの植物は無性生殖を利用して自己増殖することができます。 この方法では、花を咲かせたり、受粉媒介者を引きつけたり、種子を散布する手段を見つけるための投資を必要としません。 無性生殖では、雄と雌の配偶子が混ざらないため、親植物と同じ遺伝子を持つ植物を作ることができる。
多くの種類の根が無性生殖を行う 図1. グラジオラスやニンニクが利用する球茎。 球根は、ユリのうろこ状の球根や、水仙のチュニカー状の球根などがあります。 ジャガイモは茎の塊茎で、パースニップは根から繁殖します。
図1. 茎の種類によって無性生殖が可能になる。 a）ニンニクの球茎は（b）チューリップの球根に似ているが、球茎は固い組織であるのに対し、球根は地中の茎を囲むように、変形した葉が何層にも重なっている。 茎も球根も自己増殖性があり、新しい植物を生み出すことができる。 c）ショウガは、根茎と呼ばれる茎の塊を形成し、複数の植物を生み出すことができる。 (d) ジャガイモは、肉質の茎の塊茎を形成する。 茎の塊茎の各目から新しい植物が生まれることがある。 (e) イチゴはストロンを形成する。ストロンとは、土の表面や地面のすぐ下で成長する茎のことで、新しい植物を生み出すことができる。
植物の中には受精しなくても種子を作ることができるものがあります。 本来2倍体である卵巣または卵巣の一部が新しい種子を生むのです。
無性生殖の利点は、生まれた植物が早く成熟することです。
無性生殖の利点は、植物が早く成熟することである。また、新しい植物は、成体の植物または植物の部分から発生するので、苗よりも丈夫である。
無性生殖の自然な方法
無性生殖の自然な方法とは、植物が自己増殖のために開発した戦略です。 ショウガ、タマネギ、グラジオラス、ダリアなどの多くの植物は、茎の表面にある芽から成長し続けます。 また、サツマイモのように、不定根やランナーから新しい植物が生まれるものもあります（図2）。 Bryophyllumやkalanchoeでは、葉の縁に小さな芽があります。 これを株から切り離すと、独立した植物に成長します。また、葉が土に触れると、独立した植物に成長し始めることもあります。
図2. ストロン（ランナー）とは、地面に沿って走る茎のことです。
Artificial Methods of Asexual Reproduction
新しい、時には斬新な植物を生み出すために、これらの方法は頻繁に採用されています。
接ぎ木
図3. 接ぎ木は、好ましい茎の特性と好ましい根の特性を組み合わせた植物を生産するために使用される無性生殖の人工的な方法です。
接ぎ木は、バラや柑橘類などの新品種の生産に古くから用いられてきました。
接ぎ木は、バラや柑橘類などの新品種を作るために古くから使われています。 接ぎ木された部分を「穂木」という。 両者を斜めにカットして密着させ、図3のように固定します。 この2つの面を可能な限り一致させることが、植物を支える上で非常に重要である。 2つの植物の維管束が成長して融合し、移植片が形成される。 しばらくすると、穂木は新芽を出し始め、やがて花や実をつけるようになります。 接ぎ木は、ブドウ栽培や柑橘類の栽培に広く使われています。
挿し木
コレウスやマネープラントなどの植物は、節や節間のある茎の一部を湿った土に挿して根付かせる「茎挿し」で繁殖します。 種によっては、水に挿しただけでも根が出てくるものもある。
レイヤード
図4.
レイヤリングとは、植物についている茎を曲げて土をかぶせる方法です。 傷つけずに簡単に曲げることができる若い茎が好ましい。
一部の植物では、エアレイアーと呼ばれるレイアーを改良した方法が採用されています。
植物によっては、エアレイアーと呼ばれる方法で、茎の皮や一番外側の部分を取り除き、水苔で覆い、テープで固定します。 園芸家の中には、発根ホルモンを塗布する人もいる。
顕微鏡写真
顕微鏡写真（植物組織培養ともいう）とは、実験室の環境下で、1つの植物から短時間で多数の植物を繁殖させる方法です（図5）。
図5. マイクロプロパゲーションは、無菌状態で植物を繁殖させるために用いられる。
植物の組織培養を始めるには、植物の茎や葉、胚、葯、種子などの一部を使用します。 植物は、その種に標準化された化学処理を組み合わせて徹底的に滅菌されます。 無菌状態で、植物に必要なすべてのミネラル、ビタミン、ホルモンを含む植物組織培養用の培地の上に置く。 植物の一部は多くの場合、カルスと呼ばれる未分化な塊を生じ、そこから一定期間後に個々の小植物が成長し始める。
植物の寿命
図6. カリフォルニア州東部のホワイトマウンテンにある「Ancient Bristlecone Pine Forest」に写っているブリストルコーン・パインは、4,500年の寿命があることが知られている。 (credit: Rick Goldwaser)
植物が成長を始めてから死ぬまでの長さを「寿命」といいます。 一方、ライフサイクルとは、植物が種子を発芽させてから成熟した植物の種子を生産するまでの一連の段階のことを言います。 一年草のように、数週間で成長し、種を作り、死ぬ植物もあります。 一年草のように数週間で成長し、種を作り、死ぬ植物もあれば、ブリストルコーン・パインのように何千年も生き続ける植物もあります。 ブリストルコーン・パインの中には、4,500年という記録が残っているものもあります（図6）。 植物の中には、分裂組織（細胞分裂が可能な未分化な細胞で構成された、植物の成長が活発な領域）を含む領域など、成長を続ける部分がある一方で、プログラムされた細胞死（アポトーシス）を迎える部分もある。
1シーズンで一生を終える植物を1年草といい、シロイヌナズナなどがその一例です。
1シーズンで完結する植物を1年草といい、シロイヌナズナのように2シーズンで完結するものを2年草といいます。 ニンジンのような二年生植物は、最初のシーズンでは成長期に入り、次のシーズンでは繁殖期に入ります。 商業的な栽培では、1年目にニンジンの根を収穫し、花を咲かせることはありません。
開花の頻度で別の分類をすると、竹やユッカのように一生に一度しか開花しないのが単為生殖植物です。
一生に一度しか花を咲かせない単為生殖植物は、竹やユッカなどがありますが、植生期（竹の種類によっては120年）には無性生殖を行い、一生に一度の開花や受精後の結実に必要な食物を大量に蓄えます。 開花後すぐに枯れてしまう。 多花性植物は、一生のうちに何度も花を咲かせます。 リンゴやオレンジなどの果樹は多花性で、毎年花を咲かせます。 リンゴやオレンジなどの果樹は多花性で、毎年花を咲かせます。また、多年草などの他の多花性植物は、一生の間に何度も花を咲かせますが、毎年ではありません。
すべての生物がそうであるように、植物の寿命を決めるには、遺伝と環境条件が関係します。 病気への感受性、環境の変化、乾燥、寒さ、栄養分の競合などが、植物の生存を決定する要因です。 植物は、コルクのような死んだ組織があっても成長し続ける。 花や葉など、植物の個々の部分は、生存率が異なる。 多くの木では、古い葉が黄色くなり、やがて木から落ちる。 落葉の原因は、上部の葉による遮光で光合成効率が低下したことや、光合成反応による酸化ダメージなどが挙げられる。 脱落した部分の成分は、植物によって再利用され、種子の発育や貯蔵など他のプロセスに利用される。
植物の老化とそれに伴うすべてのプロセスは「老化」と呼ばれ、いくつかの複雑な生化学的変化が見られます。 老化の特徴の1つは葉緑体の破壊で、葉が黄色くなるのが特徴です。 葉緑体には、膜やタンパク質などの光合成装置の構成要素が含まれている。 また、葉緑体にはDNAも含まれている。
植物内での栄養分のリサイクルの複雑な経路については、よくわかっていません。 ホルモンが老化に関与していることは知られています。
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