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植物世界の探索
物 の しくみの基礎 -草本編ー



1.植物とは

植物は栄養分を大気中の二酸化炭素と水から、光のエネルギーを利用して作ることができる
  =
光合成

細胞は、細胞膜の外に主にセルロースからなる硬い細胞壁でさらに囲まれている。

生命の食物連鎖の中にあって、植物は動物が生きていくためのエネルギーを作り出している。

微生物が発見されるまでは、海藻やキノコを植物と見なされていた。学術的に植物とされる生物の範囲については、さまざまな学説がある。植物とは、現在の分類体系で植物界に含まれる生物を指し、約300,000の種を含む。

植物の特徴
 
a.. 光合成をする(独立栄養)・葉緑体はクロロフィルaとbをもち、二重膜に包まれる。
  b.. 非運動性・堅い細胞壁をもち、先端成長を行う。なおかつ真の多細胞構造を持つ。
  c.. 核相の交代を伴う世代交代のある生活環を持つ。


2.植物の分類

◎種とは
植物を調べる上では種による分類をすることが便利だが、この
という定義はかなり難しい。
DNA鑑定は有効な手段だが、実際には見比べた様々な形や性質の経験的識別によって種の判別が行われているそうだ。
DNA鑑定は植物の系統関係においては、不可欠な手段となってきているが、現地での詳細な観察が重要であることには変わりない。
交配関係のある集団をひとつの種として考えるのを生物学的種というそうだが、これも問題は多い。

◎体系による分類 (良く使われている)
界・門・綱・目・科・属・種と分類階級を使う方法だが、植物の判定は学者によって違うこともあり、まだ確立はされていない。

◎学名と和名
和名は標準和名・・・日本人がよく使う日本語での呼び名
学名はラテン語・・・・世界共通の呼び名

◎植物界の諸相
1.地 衣 類 ・・・ 菌類と藻類が一体となって独立した種のようにふるまう不思議な生物
2.コケ植物 ・・・ 最初に陸上に進出した?
3.シダ植物 ・・・ 維管束が発達
4.裸子植物 ・・・ 胚珠が裸になっている
5.被子植物

・・・

在最も繁栄してる植物群という器官が発達
単子葉類・双子葉類 さらに合弁花類・離弁花類に分類

3.植物のつくり

◎細胞
植物でも動物でも、基本の単位は細胞だ。細胞は分裂して数を増やし、それぞれの役割を持った細胞が集まって組織をつくり、組織はさらに葉・茎・根などの器官を作る。その器官が集まって、植物の1固体ができあがる。
◆植物の細胞は細胞壁に包まれて1個の
と細胞質内には葉緑体液胞がある。

◎植物は主に、
からできている。(花は生殖器官として独立して扱われている)
 
※詳しい説明のあるサイト 
 〔福原のページ(植物形態学・分類学など)〕 
  トップ http://www.fukuoka-edu.ac.jp/~fukuhara/index.html
 
                   ↓
 
http://www.fukuoka-edu.ac.jp/~fukuhara/keitai_low/index.html
                        
◎茎の維管束と葉脈

※詳しい説明のあるサイト
 http://www.fukuoka-edu.ac.jp/~fukuhara/keitai/1-3.html

    
4.光合成

◎光合成
光合成は、植物の最も重要なはたらきであり、植物である証でもある!
外から取り込んだ無機物をもとに、必要な有機物を作り出すはたらき=
同化
 
      /炭酸同化・・・炭水化物を合成する(ブドウ糖など)=光合成
   同化
      \窒素同化・・・窒素化合物を合成する(たんぱく質や遺伝子など)

植物は、光合成により二酸化炭素を吸収し酸素を放出している。つまり、動物は植物から生きていくためのエネルギーや空気をもらっている!

◎光合成のしくみ
反応式
6CO
2+12H2O+688Kcal→C6H12O6+6H2O+6O2
二酸化炭素   水  光エネルギー   ブドウ糖    水   酸素       


※光合成の詳しいしくみについては、別頁に記載
      ┗参照sub76へリンク

◎緑の葉
葉が緑色をしているのは、葉に葉緑体が多く含まれているから。光合成は、この葉緑体の中でおこなわれている。

◎光の強さ
光合成による炭酸同化の量は、光の強さ、二酸化炭素濃度、温度の影響を受ける。
植物には、日向の強い光を好むもの(光が当たるほど光合成産物が増える)と、日陰を好むもの(耐陰性)がある。耐陰性植物では弱い光で光飽和点に達する。

※光飽和点とは、光を強くしていくと光合成速度は大きくなっていくが、あるところまでくると、光合成速度が増えなくなる。そのときの光の強さが光飽和点である。

5.窒素同化と窒素固定

◎窒素同化
多くの植物は、土中の
硝酸塩(NO3 ̄)を根から吸収して、導管を通して葉肉細胞に運び、酵素の働きでアンモニウム塩NO4+に還元され、いろいろな有機酸と反応して各種のアミノ酸になる。このアミノ酸は、遺伝子によって結合され、たんぱく質や遺伝子などが作られる。
DNA参考

◎窒素固定

マメ科植物
は、他の植物が利用できない空気中の窒素を利用できる。(空気の80%が窒素)
マメ科植物の根には、
根粒菌が共生している。根粒菌は、根毛から侵入し根の皮層内部まで入り込むと、増殖して根粒をつくる。根粒菌は、空中窒素をアンモニウム塩(NO4+)に変えて植物に渡し、植物は、根粒菌に宿と栄養(糖類)を提供する。


※土の空気と大気の組成について詳しいサイト http://www.agri.pref.hokkaido.jp/center/kankoubutsu/clean/5-05.htm

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6.発芽と花芽

一年草と多年草
◆一年草は春に芽生えて、成長、開花し秋に結実して冬には全体が枯れて、種子で越冬する。
◆多年草は、冬になると地上部は種を作って枯れるが、地下部は越冬して春には芽吹く。


◎発芽の条件
@水分・・・種皮が柔らかくなって発芽する。絶対必要条件!
A温度・・・植物によって差。熱帯産のものは最適温度が高く、寒冷地のものでは低い。
B酸素・・・養分をエネルギー化するのに必要。
C光  ・・・光発芽種子と暗発芽種子、光の有無に関係しないものがある。

◎休眠中の種子の発芽能力
種子は、土に落ちた直後は休眠状態にあり、自然休眠状態にある。特有の条件により、自然休眠が解かれ、環境休眠となる。ここで、発芽の条件が整えば、休眠は終わり発芽する。
休眠中の種子の発芽能力は、種によって異なる。数週間しかないものや、2千年、3千年のもの、なんと秋田市堤遺跡のタデは4500年のものが発芽したという報告がある。


◆発芽休眠
@自然休眠・・・環境が整っていても成長が止まっている状態
A環境休眠・・・環境が整わずに休眠している状態

◎花芽形成の条件
まず、葉に存在するフィトクロームという物質が連続した暗期の刺激を受けて、花成ホルモン(フロリゲン)を作る。これが芽の細胞に移動して芽のDNAに働きかけて酵素を合成し、花芽をつくらせる。


長日植物 日長が長くなり1日の暗期が一定時間(限界暗記)以下になると、花芽を形成する。春から初夏にかけて開花するものに多い ダイコン・キャベツ・アブラナ・アヤメ・ヒメジョン・スミレ・キキョウ・グラジオラス・カーネーション
短日植物 日長が短くなり限界暗期以上になると花芽形成。夏から秋に開花するものに多い。 イネ・コスモス・アサガオ・キク・ダイズ・オナモミ・アサ・ダリアアキノキリンソウ

中世植物


日長や暗期に関係なく花芽形成。四季咲き。 トマト・ナス・カタバミ・ハコベ・セイヨウタンポポ・ワタバラ・スイセン・チューリップ

※暗期の刺激は、暗期の一定時間(特定時間)が刺激になる絶対的暗期と、暗期が前日よりだんだん長くなれば刺激を受けるタイブ(逆に前日よりだんだん短くなる)相対的暗期がある。
※暗期(夜の長さ)は緯度によって違うので、緯度の差は開花時期のずれになる。

◆花芽休眠
花芽をつけた後に休眠するものもある。これらは、冬の低温や、高温の後に低温の刺激を受けることで休眠が打破されて、気温の上昇で成長し開花する。
◆生殖期になると、シュート(葉と呼ぶ器官を伴った茎(生長点も含めて))の茎頂分裂組織は活動をやめて伸長成長が止まり、花托は節間が強く短縮する。

7.花

◎花
花は子孫を残すための生殖器官。花は、から変化した。
に相当するのが花軸(花をつける枝・茎)や花柄(花軸から分かれ出て、その先端に花をつける小さな枝)、に相当するのが花葉

@花冠・・・1つの花の花弁全体
A苞葉・・・花あるいは花柄の付け根に出る葉。
        芽やつぼみを覆って花を保護する。うろこ状や花びら状と
        なるものもある。
B花托(花床)・・・花弁やがく片がつく部分で茎の先端部分にあたる。
C花被・・・
萼(がく)と花びらの総称
花被 (がくと花冠)の詳しい解説があるサイト 
http://www.asahi-net.or.jp/~zh7k-knk/study/flower/tukuri/kahi.html

8.雌雄性 (植物の性別)

◎花の雌雄性
花には、1つの花の中に雄しべと雌しべの両方を持つ
両性花と、雄しべと雌しべのどちらか一方だけを持つ単性花がある。

◆両性花・・・植物の多くは両性花である。
   
/@雌花両性花同株・・・両性花と雌花をつける固体。
   \A雄花両性花同株・・・
両性花と雄花をつける固体。

◆単性花・・・雄花と雌花が別である。
   /B雌雄異株・・・単性花をつける植物で、雌花と雄花を別々の個体につけること。また、その植物。
   \C雌雄同株・・・単性花をつける植物で、雌花と雄花とを同一の個体につけること。また、その植物。

◆性の転換・・・成長の途中で性が転換したり、栄養状態によって雄雌が決まるという植物もある。

9.受粉・受精

◎受粉
花粉が雄しべの柱頭に付着する現象。(裸子植物では花粉が胚珠の珠孔部 に入着する現象。)
花粉は、動物や風、水などによって別の花に受粉する。この、動物とは圧倒的に昆虫だが、花の形態が昆虫の構造にあわせて進化してきた=
共進化が見られる。
※共進化とは、二つの異種の個体群が相互に関係しあって、ともに進化する現象。虫媒花の花の構造と受粉昆虫の口器の形態の変化の関係など。相互進化。

◎受精
被子植物では、受粉すると花粉が発芽して花粉管が伸びる。管内で生殖核が分裂して2個の精細胞(
雄性配偶子の核)となり、ひとつは卵細胞と合体して(2n)となり、もう一つは極核(種子植物の胚嚢(はいのう)にある八個の半数性の核のうち、中央部にある二核。合体して全数性となり、さらに花粉からもたらされた精核の一つと融合して3nの胚乳組織をつくる)と合体して胚乳となる。

8個の核とは、卵細胞・2個の助細胞(退化する)・2個の極核・3個の反足細胞(退化する)
この、同時に起こる二つの受精を
重複受精と呼ぶ。

※被子植物の受精についての詳しいサイト
  http://www.fukuoka-edu.ac.jp/~fukuhara/keitai_low/6-1.html

裸子植物では花粉管が卵細胞まで達せず、イチョウやソテチでは精虫が泳いで卵細胞まで到達する。受精は卵細胞と精核の合体だけである。被子植物に比べて、受粉してから受精までの期間が長い。

◆裸子植物
 
@ソテツ類・・・・・太い幹から多数の葉が生えていて頂部に胞子のう穂をつける。球形ないし卵形の種子をつける。
  Aイチョウ類・・・
イチョウ類は中生代ジュラ紀に繁栄したが、現生しているのはイチョウただ1種。
             雄株と雌株があり、雌の生殖器官は円柱状の枝の先に胚珠がむき出しに付いている。
             受精した胚珠は成長してギンナンになる。

  B針葉樹類 ・・・・マツ・スギ・ヒノキなど,葉が細くて長い樹木
  Cグネツム類・・・
グネツム属・マオウ属・ウェルウィチア属の3属からなる小さな植物群。
             ウェルウィッチアはナミビアのナミブ砂漠にだけ生育していて、日本名は 「キソウテンガイ (奇想
             天外)」。単子葉植物に似た平行脈をもつ葉が2枚しかない。雄株と雌株があり、花粉は風や昆虫
             によって運ばれる。

  Dイチイ類

※裸子植物の受精についての詳しいサイト
 
http://www.fukuoka-edu.ac.jp/~fukuhara/keitai/rashi.html

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10.果実

◎果実
被子植物は、受精後は胚珠全体が種子となる。子房壁が発達して種子を包む果皮となり、全体で果実となる。
果実とは、狭義には子房のみが発達した
真果をさす。しかし、子房以外の部分、花托なども一緒に成長して1個の果物となるものも多く、これを偽果という。真果は柿やモモ、真果の下部の花托(花床)が肥大したイチゴ、真果の周囲に花托が発達したリンゴやナシ、花軸が壷状になったイチジクなどが偽果の例である。
裸子植物の球果や仮種皮果も、形態学的な厳密性を問わない場合は果実として扱われることもある。

◎子房
雌しべは、
心皮と呼ばれる特殊な葉からつくられている。この心皮が1枚から数枚集まってひとつの子房をかたちづくる。
ミカンは10枚前後の心皮()が集まって1個の子房、1個の果実をつくっている。美味しいツブツブは、心皮の表面の毛から変化したものといわれている。

※果実のサイト

  http://www.fukuoka-edu.ac.jp/~fukuhara/keitai/7-2.html

 
11.種子

◎種子
子房の中の胚珠が成熟して種子になる。種子は、胚、胚乳、種皮からできている。胚乳がなく、子葉が栄養分を蓄えるものもある。

有胚乳種子
胚乳が光合成ができるようになるまでの養分を蓄えている
無胚乳種子
胚乳は持たず、子葉の中に栄養を蓄えている。
イネ、トウモロコシ、ムギ、カキ、ススキ、マツ ダイズ,クリ,クルミ

側膜胎座
エンドウの鞘を開くと、側面に種子が並んで付いている。1枚の心皮からなる果実は、このように、胚珠のつく心皮の葉縁が合着している=
側膜胎座

◎中軸胎座
ミカンは、10枚前後の心皮が集まって1個の実を作っている、1枚の心皮の両方の縁が中央に集まっている、種は葉縁にできるので、種は真ん中に付いている=
中軸胎座

※種子のサイト
  http://www.fukuoka-edu.ac.jp/~fukuhara/keitai/2-1.html

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