第30章植物の形態と生理
Defense Responses against Herbivores and Pathogens植食動物や病原体に対する防御応答
Plants face two types of enemies: herbivores and pathogens. Herbivores both large and small use plants as food, and actively chew them. Pathogens are agents of disease. These infectious microorganisms, such as fungi, bacteria, and nematodes, live off of the plant and damage its tissues. Plants have developed a variety of strategies to discourage or kill attackers.
植物は、植食動物と病原体という2種類の敵に直面する。大きなものから小さなものまで、植食動物は植物を食物として利用し、活発にかじる。病原体は病気を引き起こすものを指す。菌類、細菌、線虫などの感染性微生物は、植物から養分を得て暮らし、その組織を傷つける。植物は、攻撃者を遠ざけたり殺したりするための多様な戦略を発達させてきた。
The first line of defense in plants is an intact and impenetrable barrier. Bark and the waxy cuticle can protect against predators. Other adaptations against herbivory include thorns, which are modified branches, and spines, which are modified leaves. They discourage animals by causing physical damage and inducing rashes and allergic reactions. A plant’s exterior protection can be compromised by mechanical damage, which may provide an entry point for pathogens. If the first line of defense is breached, the plant must resort to a different set of defense mechanisms, such as toxins and enzymes.
英語のヒント
植物の第一の防御線は、無傷で侵入を許さない障壁である。樹皮やワックス状のクチクラは、捕食者から植物を守る。植食へのほかの適応には、枝が変形した棘と、葉が変形した刺がある。これらは動物を物理的に傷つけ、発疹やアレルギー反応を引き起こして、摂食を抑止する。植物の外側の防御は、機械的な損傷によって破られることがあり、その傷が病原体の侵入口となる可能性がある。第一の防御線を突破されると、植物は毒素や酵素など、別の一連の防御機構に頼らなければならない。
Secondary metabolites are compounds that are not directly derived from photosynthesis and are not necessary for respiration or plant growth and development. Many metabolites are toxic, and can even be lethal to animals that ingest them. Some metabolites are alkaloids, which discourage predators with noxious odors (such as the volatile oils of mint and sage) or repellent tastes (like the bitterness of quinine). Other alkaloids affect herbivores by causing either excessive stimulation (caffeine is one example) or the lethargy associated with opioids. Some compounds become toxic after ingestion. For instance, glycol cyanide in the cassava root releases cyanide only upon ingestion; the nearly 500 million humans who rely on cassava for nutrition must be certain to process the root properly before eating.
二次代謝産物とは、光合成から直接生じるものではなく、呼吸や植物の成長・発生に必須ではない化合物である。多くの代謝産物は有毒で、摂取した動物を死に至らせる場合もある。代謝産物の一部はアルカロイドで、ミントやセージの揮発性油のような不快なにおいや、キニーネの苦味のような嫌な味によって捕食者を遠ざける。別のアルカロイドは、カフェインに代表される過剰な刺激や、オピオイドに伴う無気力状態を引き起こし、植食動物に影響する。摂取された後に毒性を生じる化合物もある。たとえば、キャッサバの根に含まれるグリコールシアン化物は、摂取されたときにだけシアン化物を放出する。キャッサバを栄養源として頼る約5億人の人々は、食べる前に根を必ず適切に処理しなければならない。
Mechanical wounding and predator attacks activate defense and protection mechanisms both in the damaged tissue and at sites farther from the injury location. Some defense reactions occur within minutes: others over several hours. The infected and surrounding cells may die, thereby stopping the spread of infection.
機械的な傷や捕食者の攻撃は、損傷した組織だけでなく、傷から離れた場所でも防御・保護の仕組みを活性化する。数分以内に起こる防御反応もあれば、数時間にわたって起こるものもある。感染した細胞とその周囲の細胞が死ぬことで、感染の拡大が止められる場合もある。
Long-distance signaling elicits a systemic response aimed at deterring the predator. As tissue is damaged, jasmonates may promote the synthesis of compounds that are toxic to predators. Jasmonates also elicit the synthesis of volatile compounds that attract parasitoids, which are insects that spend their developing stages in or on another insect, and eventually kill their host. The plant may activate abscission of injured tissue if it is damaged beyond repair.
英語のヒント
長距離のシグナル伝達は、捕食者を抑止するための全身的な応答を引き起こす。組織が傷つくと、ジャスモン酸類が捕食者に有毒な化合物の合成を促すことがある。また、ジャスモン酸類は、捕食寄生者を引き寄せる揮発性化合物の合成も誘導する。捕食寄生者とは、発育段階を別の昆虫の体内や体表で過ごし、最終的には宿主を殺す昆虫である。傷ついた組織の損傷が修復できないほど大きい場合、植物はその組織の離脱を活性化することがある。
Section Summaryこの節のまとめ
Plants respond to light by changes in morphology and activity. Irradiation by red light converts the photoreceptor phytochrome to its far-red light-absorbing form—Pfr. This form controls germination and flowering in response to length of day, as well as triggers photosynthesis in dormant plants or those that just emerged from the soil. Blue-light receptors, cryptochromes, and phototropins are responsible for phototropism. Amyloplasts, which contain heavy starch granules, sense gravity. Shoots exhibit negative gravitropism, whereas roots exhibit positive gravitropism. Plant hormones—naturally occurring compounds synthesized in small amounts—can act both in the cells that produce them and in distant tissues and organs. Auxins are responsible for apical dominance, root growth, directional growth toward light, and many other growth responses. Cytokinins stimulate cell division and counter apical dominance in shoots. Gibberellins inhibit dormancy of seeds and promote stem growth. Abscisic acid induces dormancy in seeds and buds, and protects plants from excessive water loss by promoting stomatal closure. Ethylene gas speeds up fruit ripening and dropping of leaves. Plants respond to touch by rapid movements (thigmotropy and thigmonasty) and slow differential growth (thigmomorphogenesis). Plants have evolved defense mechanisms against predators and pathogens. Physical barriers like bark and spines protect tender tissues. Plants also have chemical defenses, including toxic secondary metabolites and hormones, which elicit additional defense mechanisms.
植物は、形態や活動を変化させることで光に応答する。赤色光の照射によって、光受容体フィトクロムは遠赤色光を吸収するPfr型へ変わる。この型は、日長に応じた発芽や開花を制御するほか、休眠中の植物や土から出たばかりの植物で光合成を開始させる。青色光受容体であるクリプトクロムとフォトトロピンは、光屈性を担う。重いデンプン粒を含むアミロプラストは重力を感知する。シュートは負の重力屈性を、根は正の重力屈性を示す。植物ホルモンは、少量合成される天然の化合物であり、それを作る細胞でも、離れた組織や器官でも作用する。オーキシンは、頂芽優勢、根の成長、光に向かう方向性のある成長、そのほか多くの成長応答を担う。サイトカイニンは細胞分裂を刺激し、シュートの頂芽優勢に対抗する。ジベレリンは種子の休眠を抑え、茎の成長を促す。アブシシン酸は種子や芽の休眠を誘導し、気孔の閉鎖を促して過度の水分損失から植物を守る。エチレンガスは果実の成熟と落葉を速める。植物は、素早い運動である接触屈性や接触傾性と、ゆっくりした不均等な成長である接触形態形成によって、接触に応答する。植物は捕食者や病原体に対する防御機構を進化させてきた。樹皮や刺のような物理的障壁は、柔らかい組織を保護する。また、有毒な二次代謝産物や、さらに別の防御機構を引き起こすホルモンなど、化学的な防御も備えている。
Review Questions確認問題
Exercises 34–39練習問題 34–39
Exercise 34問題 34
The main photoreceptor that triggers phototropism is a ________.
光屈性を引き起こす主要な光受容体は、________である。
- phytochromeフィトクロム
- cryptochromeクリプトクロム
- phototropinフォトトロピン
- carotenoidカロテノイド
Solution解き方
C
C
Exercise 35問題 35
Phytochrome is a plant pigment protein that:
フィトクロムは、次のどの働きをする植物の色素タンパク質か。
- mediates plant infection植物の感染を媒介する。
- promotes plant growth植物の成長を促す。
- mediates morphological changes in response to red and far-red light赤色光と遠赤色光に応答した形態変化を媒介する。
- inhibits plant growth植物の成長を抑える。
Solution解き方
C
C
Exercise 36問題 36
A mutant plant has roots that grow in all directions. Which of the following organelles would you expect to be missing in the cell?
ある変異植物では、根があらゆる方向に成長する。細胞に欠けていると予想される細胞小器官は、次のどれか。
- mitochondriaミトコンドリア
- amyloplastアミロプラスト
- chloroplast葉緑体
- nucleus核
Solution解き方
B
B
Exercise 37問題 37
After buying green bananas or unripe avocadoes, they can be kept in a brown bag to ripen. The hormone released by the fruit and trapped in the bag is probably:
青いバナナや未熟なアボカドは、購入後に茶色の紙袋へ入れておくと熟す。果実から放出されて袋の中にたまるホルモンは、おそらくどれか。
- abscisic acidアブシシン酸
- cytokininサイトカイニン
- ethyleneエチレン
- gibberellic acidジベレリン酸
Solution解き方
C
C
Exercise 38問題 38
A decrease in the level of which hormone releases seeds from dormancy?
どのホルモンの量が低下すると、種子は休眠から解放されるか。
- abscisic acidアブシシン酸
- cytokininサイトカイニン
- ethyleneエチレン
- gibberellic acidジベレリン酸
Solution解き方
A
A
Exercise 39問題 39
A seedling germinating under a stone grows at an angle away from the stone and upward. This response to touch is called ________.
石の下で発芽した実生が、石から離れるように斜め上へ伸びる。この接触への応答を________という。
- gravitropism重力屈性
- thigmonasty接触傾性
- thigmotropism接触屈性
- skototropism暗屈性
Solution解き方
C
C