プリンキピア

第26章種子植物

26.2 Gymnosperms26.2 裸子植物

Learning Objectives学習目標

By the end of this section, you will be able to do the following:
この節を終えると、次のことができるようになる。
  • Discuss the type of seeds produced by gymnosperms, as well as other characteristics of gymnosperms
    裸子植物がつくる種子の種類と、その他の特徴を論じる。
  • Identify the geological era dominated by the gymnosperms and describe the conditions to which they were adapted
    裸子植物が優占した地質時代を挙げ、適応していた環境条件を説明する。
  • List the four groups of modern-day gymnosperms and provide examples of each
    現生裸子植物の四つの群を挙げ、それぞれの例を示す。
  • Describe the life cycle of a typical gymnosperm
    典型的な裸子植物の生活環を説明する。
Gymnosperms, meaning “naked seeds,” are a diverse group of seed plants. According to the "anthophyte" hypothesis, the angiosperms are a sister group of one group of gymnosperms (the Gnetales), which makes the gymnosperms a paraphyletic group. Paraphyletic groups are those in which not all descendants of a single common ancestor are included in the group. However , the "netifer" hypothesis suggests that the gnetophytes are sister to the conifers, making the gymnosperms monophyletic and sister to the angiosperms. Further molecular and anatomical studies may clarify these relationships. Characteristics of the gymnosperms include naked seeds, separate female and male gametophytes, pollen cones and ovulate cones, pollination by wind and insects, and tracheids (which transport water and solutes in the vascular system).
英語のヒント
「裸の種子」を意味する裸子植物は、多様な種子植物の一群である。「被子植物類似群(anthophyte)」仮説によると、被子植物は裸子植物の一群であるグネツム目の姉妹群であり、この場合、裸子植物は側系統群となる。側系統群とは、一つの共通祖先の子孫をすべては含まない群である。これに対して「netifer」仮説では、グネツム類は針葉樹の姉妹群とされ、裸子植物は単系統群で、被子植物の姉妹群となる。分子と解剖学の両面からさらに研究すれば、これらの関係が明らかになるかもしれない。裸子植物の特徴には、裸の種子、別々の雌性配偶体と雄性配偶体、雄性球果と雌性球果、風や昆虫による受粉、そして維管束系で水と溶質を運ぶ仮道管がある。
Gymnosperm seeds are not enclosed in an ovary; rather, they are only partially sheltered by modified leaves called sporophylls. You may recall the term strobilus (plural = strobili) describes a tight arrangement of sporophylls around a central stalk, as seen in pine cones. Some seeds are enveloped by sporophyte tissues upon maturation. The layer of sporophyte tissue that surrounds the megasporangium, and later, the embryo, is called the integument.
英語のヒント
裸子植物の種子は子房に包まれておらず、胞子葉と呼ばれる、形を変えた葉に部分的に保護されているだけである。胞子嚢穂(strobilus、複数形 strobili)とは、マツの球果に見られるように、中心の軸の周囲に胞子葉が密に並んだ構造を指すことを思い出してほしい。種子の中には、成熟すると胞子体の組織で包まれるものがある。大胞子嚢を取り囲み、後には胚を取り囲む胞子体組織の層を、珠皮という。
Gymnosperms were the dominant phylum in the Mesozoic era. They are adapted to live where fresh water is scarce during part of the year, or in the nitrogen-poor soil of a bog. Therefore, they are still the prominent phylum in the coniferous biome or taiga, where the evergreen conifers have a selective advantage in cold and dry weather. Evergreen conifers continue low levels of photosynthesis during the cold months, and are ready to take advantage of the first sunny days of spring. One disadvantage is that conifers are more susceptible than deciduous trees to leaf infestations because most conifers do not lose their leaves all at once. They cannot, therefore, shed parasites and restart with a fresh supply of leaves in spring.
英語のヒント
裸子植物は、中生代に優占した植物の門であった。一年のうちのある時期に淡水が乏しくなる場所や、湿原の窒素に乏しい土壌での生活に適応している。そのため、針葉樹林のバイオームであるタイガでは、現在も目立った存在である。そこでは、常緑の針葉樹は寒く乾燥した気候のもとで選択上の有利さをもつ。常緑針葉樹は、寒い月の間も低い水準で光合成を続け、春に最初の日差しが訪れると、すぐにそれを利用できる。一つの不利な点は、落葉樹に比べて、葉への寄生被害を受けやすいことである。大半の針葉樹は、葉を一度にすべて落とすわけではない。そのため、寄生生物を振り落とし、春に新しい葉で再出発することができない。
The life cycle of a gymnosperm involves alternation of generations, with a dominant sporophyte in which reduced male and female gametophytes reside. All gymnosperms are heterosporous. The male and female reproductive organs can form in cones or strobili. Male and female sporangia are produced either on the same plant, described as monoecious (“one home” or bisexual), or on separate plants, referred to as dioecious (“two homes” or unisexual) plants. The life cycle of a conifer will serve as our example of reproduction in gymnosperms.
英語のヒント
裸子植物の生活環では世代交代が起こり、優勢な胞子体の中に、小さくなった雄性配偶体と雌性配偶体が存在する。裸子植物はすべて異形胞子性である。雄性と雌性の生殖器官は、球果、すなわち胞子嚢穂に形成されることがある。雄性と雌性の胞子嚢が同じ個体に形成される場合は雌雄同株(monoecious:「一つの家」、または両性)といい、別々の個体に形成される場合は雌雄異株(dioecious:「二つの家」、または単性)という。裸子植物の繁殖の例として、針葉樹の生活環を取り上げる。

Life Cycle of a Conifer針葉樹の生活環

Pine trees are conifers (coniferous = cone bearing) and carry both male and female sporophylls on the same mature sporophyte. Therefore, they are monoecious plants. Like all gymnosperms, pines are heterosporous and generate two different types of spores (male microspores and female megaspores). Male and female spores develop in different strobili, with small male cones and larger female cones. In the male cones, or staminate cones, the microsporocytes undergo meiosis and the resultant haploid microspores give rise to male gametophytes or “pollen grains” by mitosis. Each pollen grain consists of just a few haploid cells enclosed in a tough wall reinforced with sporopollenin. In the spring, large amounts of yellow pollen are released and carried by the wind. Some gametophytes will land on a female cone. Pollination is defined as the initiation of pollen tube growth. The pollen tube develops slowly, and the generative cell in the pollen grain produces two haploid sperm or generative nuclei by mitosis. At fertilization, one of the haploid sperm nuclei will unite with the haploid nucleus of an egg cell.
英語のヒント
マツは針葉樹であり(coniferous=球果をつける)、同じ成熟した胞子体に雄性と雌性の両方の胞子葉をつける。そのため、雌雄同株の植物である。すべての裸子植物と同じく、マツは異形胞子性で、雄性の小胞子と雌性の大胞子という二種類の胞子をつくる。雄性胞子と雌性胞子は、別々の胞子嚢穂の中で発達し、雄性球果は小さく、雌性球果は大きい。雄性球果では、小胞子母細胞が減数分裂し、生じた半数体の小胞子が有糸分裂によって雄性配偶体、すなわち「花粉粒」を生じる。各花粉粒はわずか数個の半数体細胞からなり、スポロポレニンで補強された丈夫な壁に包まれている。春には大量の黄色い花粉が放出され、風で運ばれる。一部の配偶体は雌性球果に到達する。受粉は、花粉管の成長の開始と定義される。花粉管はゆっくりと発達し、花粉粒内の生殖細胞は有糸分裂によって、二つの半数体の精細胞、すなわち生殖核をつくる。受精時には、半数体の精核の一つが、卵細胞の半数体の核と融合する。
Female cones, or ovulate cones, contain two ovules per scale. Each ovule has a narrow passage that opens near the base of the sporophyll. This passage is the micropyle, through which a pollen tube will later grow. One megaspore mother cell, or megasporocyte, undergoes meiosis in each ovule. Three of the four cells break down; only a single surviving cell will develop into a female multicellular gametophyte, which encloses archegonia (an archegonium is a reproductive organ that contains a single large egg). As the female gametophyte begins to develop, a sticky pollination drop traps windblown pollen grains near the opening of the micropyle. A pollen tube is formed and grows toward the developing gametophyte. One of the generative or sperm nuclei from the pollen tube will enter the egg and fuse with the egg nucleus as the egg matures. Upon fertilization, the diploid egg will give rise to the embryo, which is enclosed in a seed coat of tissue from the parent plant. Although several eggs may be formed and even fertilized, there is usually a single surviving embryo in each ovule. Fertilization and seed development is a long process in pine trees: it may take up to two years after pollination. The seed that is formed contains three generations of tissues: the seed coat that originates from the sporophyte tissue, the gametophyte tissue that will provide nutrients, and the embryo itself.
英語のヒント
雌性球果では、各鱗片に二つの胚珠がある。それぞれの胚珠には、胞子葉の基部近くに開く細い通路がある。この通路は珠孔といい、後に花粉管がここを通って伸びる。各胚珠では、一つの大胞子母細胞が減数分裂する。生じた四つの細胞のうち三つは崩壊し、生き残った一つの細胞だけが、多細胞の雌性配偶体へと発達する。その中には造卵器がある。造卵器は、一つの大きな卵を含む生殖器官である。雌性配偶体の発達が始まると、粘性のある受粉滴が、風で運ばれてきた花粉粒を珠孔の開口部近くで捕らえる。花粉管が形成され、発達中の配偶体へ向かって伸びる。花粉管内の生殖核、すなわち精核の一つが卵に入り、卵の成熟に伴って卵核と融合する。受精すると、二倍体となった卵から胚が生じ、親植物の組織からできた種皮に包まれる。複数の卵が形成され、さらに受精する場合もあるが、各胚珠で生き残る胚は通常一つである。マツの受精と種子の発達には長い時間がかかり、受粉後、最長二年を要する場合がある。できあがった種子には三世代の組織が含まれる。胞子体の組織に由来する種皮、栄養を供給する配偶体の組織、そして胚そのものである。
Figure 26.8 illustrates the life cycle of a conifer. The sporophyte (2n) phase is the longest phase in the life of a gymnosperm. The gametophytes (1n)—produced by microspores and megaspores—are reduced in size. It may take more than a year between pollination and fertilization while the pollen tube grows towards the growing female gametophyte (1n), which develops from a single megaspore. The slow growth of the pollen tube allows the female gametophyte time to produce eggs (1n).
英語のヒント
図26.8は、針葉樹の生活環を示す。裸子植物の一生では、胞子体(2n)の段階が最も長い。小胞子と大胞子から生じる配偶体(1n)は、小型化している。受粉から受精までに一年以上かかることもある。その間、花粉管は、一つの大胞子から発達する成長中の雌性配偶体(1n)に向かって伸びていく。花粉管の成長が遅いことで、雌性配偶体には卵(1n)をつくる時間が与えられる。