第30章植物の形態と生理
Abscisic Acidアブシシン酸
The plant hormone abscisic acid (ABA) was first discovered as the agent that causes the abscission or dropping of cotton bolls. However, more recent studies indicate that ABA plays only a minor role in the abscission process. ABA accumulates as a response to stressful environmental conditions, such as dehydration, cold temperatures, or shortened day lengths. Its activity counters many of the growth-promoting effects of GAs and auxins. ABA inhibits stem elongation and induces dormancy in lateral buds.
植物ホルモンのアブシシン酸(ABA)は、ワタの蒴果の離脱、すなわち脱落を引き起こす物質として初めて発見された。しかし、その後の研究によれば、離脱過程におけるABAの役割は小さい。ABAは、脱水、低温、日長の短縮など、ストレスとなる環境条件への応答として蓄積する。その作用は、GAやオーキシンの成長促進効果の多くに対抗する。ABAは茎の伸長を抑え、側芽の休眠を誘導する。
ABA induces dormancy in seeds by blocking germination and promoting the synthesis of storage proteins. Plants adapted to temperate climates require a long period of cold temperature before seeds germinate. This mechanism protects young plants from sprouting too early during unseasonably warm weather in winter. As the hormone gradually breaks down over winter, the seed is released from dormancy and germinates when conditions are favorable in spring. Another effect of ABA is to promote the development of winter buds; it mediates the conversion of the apical meristem into a dormant bud. Low soil moisture causes an increase in ABA, which causes stomata to close, reducing water loss in winter buds.
ABAは、発芽を阻害し、貯蔵タンパク質の合成を促進することで、種子の休眠を誘導する。温帯気候に適応した植物では、種子が発芽するまでに長期間の低温が必要である。この仕組みによって、冬に季節外れの暖かい日が訪れた際、若い植物が早すぎる時期に芽を出すことを防げる。冬の間にホルモンが徐々に分解されると、種子は休眠から解放され、春に好適な条件が整ったときに発芽する。ABAの別の効果は、冬芽の発達を促すことである。ABAは、頂端分裂組織が休眠芽へ変わる過程を媒介する。土壌の水分が少ないとABAが増え、それによって気孔が閉じ、冬芽からの水分損失が減る。
Ethyleneエチレン
Ethylene is associated with fruit ripening, flower wilting, and leaf fall. Ethylene is unusual because it is a volatile gas (C2H4). Hundreds of years ago, when gas street lamps were installed in city streets, trees that grew close to lamp posts developed twisted, thickened trunks and shed their leaves earlier than expected. These effects were caused by ethylene volatilizing from the lamps.
英語のヒント
エチレンは、果実の成熟、花のしおれ、落葉に関わる。揮発性の気体(C2H4)である点で、エチレンはほかのホルモンと異なる。数百年前、都市の街路にガス灯が設置されたころ、灯柱の近くで育つ木は、幹がねじれて太くなり、予想より早く葉を落とした。こうした影響は、灯りから揮発したエチレンによって生じていた。
Aging tissues (especially senescing leaves) and nodes of stems produce ethylene. The best-known effect of the hormone, however, is the promotion of fruit ripening. Ethylene stimulates the conversion of starch and acids to sugars. Some people store unripe fruit, such as avocadoes, in a sealed paper bag to accelerate ripening; the gas released by the first fruit to mature will speed up the maturation of the remaining fruit. Ethylene also triggers leaf and fruit abscission, flower fading and dropping, and promotes germination in some cereals and sprouting of bulbs and potatoes.
英語のヒント
老化した組織、とくに老化中の葉や、茎の節はエチレンを作る。しかし、このホルモンのもっともよく知られた効果は、果実の成熟を促すことである。エチレンは、デンプンや酸が糖へ変わる過程を刺激する。成熟を早めるため、アボカドなどの未熟な果実を密閉した紙袋に入れておく人もいる。最初に熟した果実から出る気体が、残りの果実の成熟を速める。エチレンはまた、葉や果実の離脱、花の退色と脱落を引き起こし、一部の穀類の発芽や、球根とジャガイモの萌芽を促す。
Ethylene is widely used in agriculture. Commercial fruit growers control the timing of fruit ripening with application of the gas. Horticulturalists inhibit leaf dropping in ornamental plants by removing ethylene from greenhouses using fans and ventilation.
エチレンは農業で広く使われる。商業的な果実生産者は、この気体を使って果実の成熟時期を制御する。園芸専門家は、送風機や換気を使って温室からエチレンを除去し、観賞用植物の落葉を抑える。
Nontraditional Hormones従来の分類に含まれないホルモン
Recent research has discovered a number of compounds that also influence plant development. Their roles are less understood than the effects of the major hormones described so far.
近年の研究によって、植物の発生に影響する化合物がほかにも数多く見つかっている。その役割の理解は、これまでに述べた主要なホルモンの効果の理解ほど進んでいない。
Jasmonates play a major role in defense responses to herbivory. Their levels increase when a plant is wounded by a predator, resulting in an increase in toxic secondary metabolites. They contribute to the production of volatile compounds that attract natural enemies of predators. For example, chewing of tomato plants by caterpillars leads to an increase in jasmonic acid levels, which in turn triggers the release of volatile compounds that attract predators of the pest.
ジャスモン酸類は、植食に対する防御応答で主要な役割を果たす。植物が捕食者によって傷つけられると、その量が増え、その結果、有毒な二次代謝産物が増加する。また、捕食者の天敵を引き寄せる揮発性化合物の生成にも寄与する。たとえば、イモムシがトマトの植物体をかじると、ジャスモン酸量が増える。すると今度は、その害虫の捕食者を引き寄せる揮発性化合物の放出が引き起こされる。
Oligosaccharins also play a role in plant defense against bacterial and fungal infections. They act locally at the site of injury, and can also be transported to other tissues. Strigolactones promote seed germination in some species and inhibit lateral apical development in the absence of auxins. Strigolactones also play a role in the establishment of mycorrhizae, a mutualistic association of plant roots and fungi. Brassinosteroids are important to many developmental and physiological processes. Signals between these compounds and other hormones, notably auxin and GAs, amplifies their physiological effect. Apical dominance, seed germination, gravitropism, and resistance to freezing are all positively influenced by hormones. Root growth and fruit dropping are inhibited by steroids.
オリゴサッカリンも、細菌や菌類の感染に対する植物の防御に役立つ。傷ついた部位で局所的に作用するほか、別の組織へ運ばれることもある。ストリゴラクトンは、一部の種で種子の発芽を促し、オーキシンがない状況では側方の頂端の発達を抑える。また、植物の根と菌類の相利共生である菌根の成立にも関わる。ブラシノステロイドは、多くの発生過程や生理過程で重要である。これらの化合物と、オーキシンやGAをはじめとするほかのホルモンとの間のシグナルによって、生理的な効果が増幅される。頂芽優勢、種子発芽、重力屈性、凍結への抵抗性は、いずれもホルモンによって促進される。根の成長と落果は、ステロイドによって抑えられる。
Plant Responses to Wind and Touch風や接触に対する植物の応答
The shoot of a pea plant winds around a trellis, while a tree grows on an angle in response to strong prevailing winds. These are examples of how plants respond to touch or wind.
エンドウのシュートは格子に巻きつき、樹木は強い卓越風に応じて傾いて育つ。これらは、植物が接触や風に応答する例である。
The movement of a plant subjected to constant directional pressure is called thigmotropism, from the Greek words thigma meaning “touch,” and tropism implying “direction.” Tendrils are one example of this. The meristematic region of tendrils is very touch sensitive; light touch will evoke a quick coiling response. Cells in contact with a support surface contract, whereas cells on the opposite side of the support expand (Figure 30.14(a)). Application of jasmonic acid is sufficient to trigger tendril coiling without a mechanical stimulus.
一定方向の圧力を受け続ける植物の運動を接触屈性という。英語の thigmotropism は、接触を意味するギリシャ語 thigma と、方向を表す tropism に由来する。巻きひげはその一例である。巻きひげの分裂組織の領域は接触に非常に敏感で、軽く触れただけで素早く巻きつく応答が生じる。支持面に接触した細胞は収縮し、支持物の反対側の細胞は拡大する(図30.14(a))。機械的な刺激がなくても、ジャスモン酸を与えるだけで巻きひげの巻きつきを引き起こせる。
A thigmonastic response is a touch response independent of the direction of stimulus Figure 30.24. In the Venus flytrap, two modified leaves are joined at a hinge and lined with thin fork-like tines along the outer edges. Tiny hairs are located inside the trap. When an insect brushes against these trigger hairs, touching two or more of them in succession, the leaves close quickly, trapping the prey. Glands on the leaf surface secrete enzymes that slowly digest the insect. The released nutrients are absorbed by the leaves, which reopen for the next meal.
接触傾性は、刺激の方向に依存しない接触への応答である(図30.24)。ハエトリソウでは、変形した2枚の葉が蝶番のような部分でつながり、外縁にはフォークの歯のような細い突起が並ぶ。捕虫器の内側には小さな毛がある。昆虫がこれらの感覚毛をかすめ、2本以上に続けて触れると、葉が素早く閉じて獲物を捕らえる。葉の表面の腺は酵素を分泌し、昆虫をゆっくり消化する。放出された栄養分は葉に吸収され、葉は次の食事のため再び開く。
Thigmomorphogenesis is a slow developmental change in the shape of a plant subjected to continuous mechanical stress. When trees bend in the wind, for example, growth is usually stunted and the trunk thickens. Strengthening tissue, especially xylem, is produced to add stiffness to resist the wind’s force. Researchers hypothesize that mechanical strain induces growth and differentiation to strengthen the tissues. Ethylene and jasmonate are likely involved in thigmomorphogenesis.
接触形態形成は、継続的な機械的ストレスを受ける植物の形が、発生に伴ってゆっくり変化することである。たとえば、樹木が風で曲げられると、通常は成長が抑えられ、幹が太くなる。支持組織、とくに木部が作られて剛性が増し、風の力に抵抗する。研究者は、機械的なひずみが成長や分化を誘導し、組織を強化すると考えている。接触形態形成には、エチレンとジャスモン酸類が関わる可能性が高い。