プリンキピア

第32章植物の生殖

32.2 Pollination and Fertilization32.2 受粉と受精

Learning Objectives学習目標

By the end of this section, you will be able to do the following:
この節を学ぶと、次のことができるようになる。
  • Describe what must occur for plant fertilization
    植物の受精に必要な出来事を説明する。
  • Explain cross-pollination and the ways in which it takes place
    他家受粉と、それが起こる方法を説明する。
  • Describe the process that leads to the development of a seed
    種子の発達に至る過程を説明する。
  • Define double fertilization
    重複受精を定義する。
In angiosperms, pollination is defined as the placement or transfer of pollen from the anther to the stigma of the same flower or another flower. In gymnosperms, pollination involves pollen transfer from the male cone to the female cone. Upon transfer, the pollen germinates to form the pollen tube and the sperm for fertilizing the egg. Pollination has been well studied since the time of Gregor Mendel. Mendel successfully carried out self- as well as cross-pollination in garden peas while studying how characteristics were passed on from one generation to the next. Today’s crops are a result of plant breeding, which employs artificial selection to produce the present-day cultivars. A case in point is today's corn, which is a result of years of breeding that started with its ancestor, teosinte. The teosinte that the ancient Mayans originally began cultivating had tiny seeds—vastly different from today’s relatively giant ears of corn. Interestingly, though these two plants appear to be entirely different, the genetic difference between them is miniscule.
英語のヒント
被子植物では、葯から同じ花または別の花の柱頭へ花粉が置かれたり移されたりすることを、受粉という。裸子植物では、雄性球果から雌性球果へ花粉が移されることを指す。移された花粉は発芽し、花粉管と、卵を受精させる精細胞を作る。受粉はグレゴール・メンデルの時代からよく研究されてきた。メンデルは、形質が一世代から次世代へどう受け継がれるかを調べる中で、エンドウの自家受粉と他家受粉を成功させた。現在の作物は、人為選択によって今日の栽培品種を作り出す植物育種の成果である。そのよい例が現代のトウモロコシであり、祖先のテオシントに始まる長年の育種の結果である。古代マヤ人が最初に栽培し始めたテオシントの種子は小さく、今日の比較にならないほど大きなトウモロコシの穂とは大きく異なっていた。興味深いことに、両者はまったく違うように見えても、遺伝的な違いはごくわずかである。
Pollination takes two forms: self-pollination and cross-pollination. Self-pollination occurs when the pollen from the anther is deposited on the stigma of the same flower, or another flower on the same plant. Cross-pollination is the transfer of pollen from the anther of one flower to the stigma of another flower on a different individual of the same species. Self-pollination occurs in flowers where the stamen and carpel mature at the same time, and are positioned so that the pollen can land on the flower’s stigma. This method of pollination does not require an investment from the plant to provide nectar and pollen as food for pollinators.
英語のヒント
受粉には、自家受粉と他家受粉の二つの形がある。自家受粉は、葯の花粉が同じ花、または同じ個体の別の花の柱頭につくことで起こる。他家受粉は、ある花の葯から、同じ種の別個体の花の柱頭へ花粉が移ることである。自家受粉は、雄しべと心皮が同時に成熟し、花粉がその花の柱頭につく配置になっている花で起こる。この受粉方法では、送粉者の食物となる蜜や花粉を供給するために、植物が資源を費やす必要はない。
Living species are designed to ensure survival of their progeny; those that fail become extinct. Genetic diversity is therefore required so that in changing environmental or stress conditions, some of the progeny can survive. Self-pollination leads to the production of plants with less genetic diversity, since genetic material from the same plant is used to form gametes, and eventually, the zygote. In contrast, cross-pollination—or out-crossing—leads to greater genetic diversity because the microgametophyte and megagametophyte are derived from different plants.
生物の種は子孫が生き残るようにできており、それに失敗した種は絶滅する。そのため、環境やストレス条件が変化しても子孫の一部が生き残れるよう、遺伝的多様性が必要になる。自家受粉では、同じ植物に由来する遺伝物質が配偶子、そして最終的には接合子の形成に使われるため、生じる植物の遺伝的多様性は小さくなる。これに対し、他家受粉、すなわち異系交配では、小配偶体と大配偶体が別々の植物に由来するため、遺伝的多様性が大きくなる。
Because cross-pollination allows for more genetic diversity, plants have developed many ways to avoid self-pollination. In some species, the pollen and the ovary mature at different times. These flowers make self-pollination nearly impossible. By the time pollen matures and has been shed, the stigma of this flower is mature and can only be pollinated by pollen from another flower. Some flowers have developed physical features that prevent self-pollination. The primrose is one such flower. Primroses have evolved two flower types with differences in anther and stigma length: the pin-eyed flower has anthers positioned at the pollen tube’s halfway point, and the thrum-eyed flower’s stigma is likewise located at the halfway point. Insects easily cross-pollinate while seeking the nectar at the bottom of the pollen tube. This phenomenon is also known as heterostyly. Many plants, such as cucumber, have male and female flowers located on different parts of the plant, thus making self-pollination difficult. In yet other species, the male and female flowers are borne on different plants (dioecious). All of these are barriers to self-pollination; therefore, the plants depend on pollinators to transfer pollen. The majority of pollinators are biotic agents such as insects (like bees, flies, and butterflies), bats, birds, and other animals. Other plant species are pollinated by abiotic agents, such as wind and water.
他家受粉は遺伝的多様性を高めるため、植物は自家受粉を避ける多くの方法を発達させてきた。一部の種では、花粉と子房が異なる時期に成熟する。こうした花では、自家受粉がほとんど不可能になる。花粉が成熟して放出されたころには、その花の柱頭が成熟し、別の花から来た花粉でしか受粉できなくなる。自家受粉を防ぐ物理的特徴を発達させた花もある。サクラソウはその一例である。サクラソウでは、葯と柱頭の高さが異なる二つの花型が進化した。長花柱花では葯が花粉管の中ほどにあり、短花柱花では柱頭が同じく中ほどにある。昆虫が花粉管の底の蜜を求めると、容易に他家受粉が起こる。この現象は異型花柱性とも呼ばれる。キュウリなど多くの植物では、雄花と雌花が植物体の別の部分についており、自家受粉しにくい。さらに別の種では、雄花と雌花が別々の個体につく(雌雄異株)。これらはすべて自家受粉の障壁となるため、植物は花粉の移動を送粉者に頼る。送粉者の大部分は、ハチ、ハエ、チョウなどの昆虫、コウモリ、鳥、その他の動物といった生物的な媒介者である。風や水など、非生物的な媒介者によって受粉する植物種もある。