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(2025年4月11日更新) [ 日本語 | English ]

植物解剖学 (plant anatomy)






有珠山 / サロベツ泥炭採掘跡
1986年, 2006年の有珠山火口原. ワタスゲ・エゾカンゾウ

Def. 組織 tissue: 形態的にも機能的にも似た細胞の集合体

⇔ 複組織 compound tissue: 組織と組織系の中間的なもの ⇔

Def. 組織系 tissue system: 特定機能を果たす一連の組織の集合体

= 表皮系 + 維管束系 + 基本組織系
下方組織発達により分裂組織は押上られ上昇: 先端は常に若い - 軸に沿って加齢aging勾配

  system
system
表皮系 (epi)dermal system Ex. 毛状体、根毛

表皮(細胞) = 外部覆い保護: 普通1層(2-複層もある)
気孔 = 蒸散調節 + ガス交換: 葉(特に裏側)に多 (茎にもある)

双子葉植物 - 方向性弱い配列、単子葉 - 葉脈に沿い配列多

hair: 多細胞・単細胞ある
根毛 root hair: 根表皮系から分化 - 吸収力高める

維管束系 vascular system: 水分、養分、糖類等の輸送

Ex. 木部、師部

基本組織系 fundamental system: 栄養貯蔵、光合成、支持構造提供

厚壁細胞(硬化細胞) stone cell or sclereid: 細胞壁が厚く硬い細胞

Def. 分裂組織 meristem: 細胞分裂を(盛んに)行う組織 (☛ 発生)

無限成長 indeterminate growth Ex. 茎頂、根端、形成層
有限成長 determinate growth Ex. 葉・花拡大成長

索引
基本分裂組織 ground meristem: 原表皮、原形成層以外の1次分裂組織
分化位置による分類
[頂端分裂組織 apical meristem]
茎頂分裂組織 shoot apical meristem

その上に生じる多くの葉原基により隠されていること多
栄養期 vegetative
生殖期 reproductive

根端分裂組織 root apical meristem
[側部分裂組織 lateral meristem]
維管束形成層 vascular cambium (= 形成層 cambium, s.s.)
コルク形成層 cork cambium
[介在分裂組織 intercalary meristem]

分化進行した部分に挟まれるが未分化のまま細胞分裂能を持つ部分
Ex. 単子葉植物葉鞘の成長 = 節間成長 internodal growth

前分裂組織 protomeristem
分裂組織の前段階 = 分裂組織中で未分化段階にある細胞集合体
分化進むが細胞分裂能を持つ部分

= 前形成層 + 前表皮分裂組織 protoderm + 前基本分裂組織

前形成層 procambium: 木部師部等の一次維管束系細胞に分化

前形成層と基本分裂組織の分化は連続的に起こるため初期は区別困難
残存分裂組織 residual meristem: 茎頂のリング状の部分 = 前形成層

→ 前形成層と維管束間柔組織を作る基本分裂組織が分化

茎頂で分化してから暫くは多くの細胞が細胞分裂能を有し成長する

分化過程

求頂的分化 acropetal differentiation: 分化が基部から頂端部へ向かう

多くの前形成層は求頂的分化 (例外も少なくない - 特に単子葉植物)

⇔ 求基的分化 basipetal differentiation:

維管束系 (vascular bundle system)


Def. 維管束 vascular bundle = 木部 xylem + 師部 phloem

水や無機・有機養分の通導や、植物体の機械的支持に働く複合組織

Def. 維管束植物: 維管束を持つ植物 = シダ植物 + 種子植物

通導組織 (通気組織, aerenchyma)

[ 外側 ]
表皮: edpidermis: 植物一次組織のうち最外部にある細胞層 (≥ 1)

原表皮 dermatogen, protoderm: 表皮を作る分裂組織
下皮 hypodermis: 表皮すぐ下の1-数細胞層 → 非原表皮由来

皮層

厚角組織 collenchyma: 厚角細胞から構成される組織
厚角細胞: 不均一に肥厚した一次壁 (細胞の角が厚いこと多)

サフラニンに非染。細胞はある程度成長可能で、生細胞多

endodermis内皮

内皮: 維管束周囲の鞘や円筒作る基本組織層

中心柱

師部: 複組織 = 師管/師細胞 + 師部柔組織 + 師部繊維

師部は木部に接する種多
厚膜組織 sclerenchyma: 厚壁細胞からなる組織 =

繊維細胞 fibrous cell: 縦長・集合系 +
厚膜異形細胞 thick-walled parenchyma cell: 多様・分散系

厚壁細胞: 細胞壁全体厚い

普通の細胞壁と違い、サフラニンに良く染まる(= リグニン)。堅い代わりに伸縮性なく死細胞多。形から細分類され、茎には縦に細長い繊維細胞 fiber cell (細胞壁厚く、全体が細長い形をした細胞)多い

師管(篩管): 篩細胞(管状構造とる) (+ 伴細胞)

形成層

分裂組織

木部 xylem: 複組織 = 導管 + 仮道管 + 木部柔組織 + 木部繊維

形成層細胞膜壁にリグニン蓄積 → 硬化 → 木化
木部柔組織 xylem parenchyma: 光合成、貯蔵、分泌
導管 vessel: 多くの被子植物、一部のシダ植物・裸子植物
仮導管 tracheid: 殆どの維管束植物が持つ
木部繊維 xylem fiber

pith: 茎(幹)・根中央の基本組織で主に柔組織からなる (→ 放射髄 ray pith) = (樹木では)樹芯 → 心目: 髄を中心とした半径3 cm位の部分

[ 内側 ]
維管束分化 differentiation of vascular bundle
形態的分化の判断基準
木部: 仮導管・導管の分化

仮導管細胞・導管細胞 - 二次壁リグニン化 → 成熟 = 原形質消失

師部: 篩細胞・師管の分化 (視覚による判断困難なこと多)

篩細胞・師管 - 細胞壁厚化開始 = 分化開始

核消失、カロースcallose形成 → 成熟

1922 Robbins, 1946 Loo, 1946 Ball: 茎頂切出し培養

原始的種 = 良く育つ
派生的種 = ココナッツミルク、カゼイン分解産物等の特定物質入れないと良く育たない

+ 大きく切出すとうまく行くが小さいとダメ

⇒ 分化決定時期特定 → intactな実験には限度がある
1929 Piekington ハウチワマメ

chimera 枝が2本(各々正常) → 予め決められていたら半分ずつの枝



1932 Helm: 双子葉植物で葉原基除去実験 → 葉跡分化

切除部分付近: 維管束なく柔組織ある - 求基的方向に除去の影響減る
→ 正常 = 前形成層、維管束分化 vs 切除 = 柔組織化

1946, 1960 Ball: ルピナスで茎頂細胞大きさを変え切り出す

→ Agar, sugar, inorganic salts中培養
400-430 μm3では葉原基が3つ含まれる
茎頂分裂組織のみ ×________________________
medium + coconut milk or GA ⇒ 5-10葉。根分化× ← 自己分化性有

1948 Ball: Lupinus albus, Tropaeolum majus: 6個に切る → 6本の正常枝
1954 Wetmore: マツバラン・ハシドイ・クジャクシダ・トクサ・ミズヒキ・イソヒバ

200-250 μm3茎頂 → 小さな成体: 茎頂は全て分化能力持つ

1960 Ball: ソラマメ、アスパラガス茎頂培養

系統調べる ⇒ 分化過程で細胞が相互の位置をずらす

shoot 1961 Steevens: ヤマドリゼンマイ primodial leaf

P1: 未決定か決定。ただしcanal可能 (< 30 μm long)
P10: 既決定
→ 葉および茎は本質的には同じ
→ 決定因子

1967, 1968 Kuehnert: ヤマドリゼンマイ - 葉原基P3とPxを対にして培養する

shoot → 本来leaf
P12部分をP4, P10, P13
に置換え同様に培養

P13/P3 = 2/3がshoot, P10/P3 = 2/3がleaf, P14では影響ない
P10-P13では何らかの影響を与えP3を葉か茎にする(これらの葉原基抽出物でも誘導見られる)
⇒ 頂芽が関与

1968 Wardlaw: 羊歯植物葉原基を潰す → 茎維管束は葉隙形成しない

網状中心柱が管状中心柱になる

1969 Hicks & Steeves: ヤマドリゼンマイ 決定因子に頂芽関与
shoot

木材 (wood)

形成層 (cambium)


Def. 茎・根で木部-師部間に存在し分裂活動行う輪状細胞列の層
= 維管束形成層: 木部・師部形成のため分裂する細胞層 (= 分裂組織)

側方分裂組織 lateral meristem: 肥大成長に関与 ☛ 木本植物

Ex. コルク形成層 phellogen = コルク組織形成
双子葉植物、裸子植物(殆どの単子葉植物にはない)
シダ類: 現世種稀(化石種では形成層を有する巨木化したシダ)

オーキシンおよびサイトカイニン濃度大きく変化 → 組織培養
活動季節的 Ex. 樹木年輪

木部 (xylem)


= 道管 + 仮道管組織 + 木部繊維組織 + 木部柔組織 (複組織)
Def. 管状要素 trancheary elements = 導管 + 仮導管 (= 水を通す部分)

細胞壁肥厚が部分的に大きく異なる Ex. 環紋、螺旋紋、網紋、孔紋
機能: 水運搬(死細胞 → 受動的輸送

導管(道管) vessel

被子植物の木部主要構成要素 - 穿孔した導管要素が結合したもの

Def. 穿孔 perforation: 導管の孔 - 個々の細胞の上下にできる

導管は細胞が縦に並び管状となる - 仮導管より水移動性高い

水分通導作用を受け持つ管状細胞 - 水が実際に通るのは主に導管か仮導管

xylem階段状 scalariform xylem螺旋状 spiral
大きさ・配列状態が種による特徴 → 種識別(系統関係)の手掛り

導管: 隣接細胞間で穿孔が貫通する ⇔ 仮導管: しない
一次木部 primary xylem: 前形成層から分化する木部

頂端分裂組織由来 = 原生木部 + 後生木部

原生木部 protoxylem: 木部で最初に分化 - 茎葉根成長中に管状要素成熟

内原型 endarch: 前形成層構成細胞の茎の内側から分化 ↔
外原型 exarch: 外側から分化
環状導管 ring vessel: 環状に肥厚した2次壁と肥厚しない1次壁繰返す
螺旋状導管 spiral vessel: 螺旋状に2次壁が肥厚

後生木部 metaxylem: 原生木部についで分化

階紋導管 scalariform vessel: 梯子状に2次壁による肥厚が起こる
網紋導管 reticulate vessel: 階紋肥厚に似るが、より不規則に肥厚

二次木部 secondary xylem: 形成層から分化する木部

= 維管束形成層の活動で内側に作られた細胞から分化
= 樹木材

※ これらは連続的に変化しており境界不明瞭なこともある
vessel 図32. 導管要素。A: Betula alba, B: Liriodendron, C: Lobelia cardinalis, D, G: Quercus alba, E: Malus, F: Acer negundo (Eames & MacDaniels 1947).靱革繊維: 茎皮部分にある丈夫な繊維。製紙、ロープ、織物等に利用 = アサ、コウゾ、Edgeworthia chrysantha







管状要素の進化 (Carlquist 1961): 個体発生 → 系統発生

仮導管 → [特殊化] → 導管

マオウ = 導管もつ → 裸子植物では派生的
ヤマグルマ = 導管なし → 被子植物では原始的

双子葉植物: 導管は二次木部のみで形成 - 一次木部早期に形成開始

後者がより進化的

穿孔: 階紋穿孔(原始的) → 網紋・単穿孔

仮導管(仮道管) tracheid
殆どの維管束植物木部で観察される組織

シダ類・裸子植物の主要通導組織
センリョウ、ヤマグルマ: 導管欠き仮導管のみ

無孔通洞組織 = 水分・養分通路機能 + 植物体支持

壁孔 pit: 細胞壁にある小孔 - 隣接細胞間で液体交換

太さ0.005-0.060 mm、長さ1-6 mm

針葉樹: 体積の約90%以上占める
広葉樹: 水分養分通路となる道管と樹体を支える木繊維とが別々に機能 → 針葉樹より組織構造進化

繊維細胞 fibrous tissue
樹体指示作用を受け持つ縦軸方向に細長い両端尖る細胞(1-2 mm)

繊維: 水の流れには働かない → vessel発達した被子植物にみられる(仮導管の退化したもの)
木(部)繊維 xylem fiber: 仮導管に比べ短い (木本では広葉樹のみ)

繊維仮導管 fiber-tracheid: 仮導管と繊維の全中間型 - 被子植物に見る
木部柔組織 xylem parenchyma
木部唯一の生細胞 - 養分貯蔵

師部 (篩部, phloem)


= 師管(被子植物多) + 篩細胞(羊歯・裸子植物) + 師部繊維 + 師部柔組織

(複組織): 能動的輸送(可能) ↔ 死細胞である木部は受動的水移動

光合成産物(炭水化物)を樹体の各部に輸送する組織 nutrient transport
Def. 篩要素 sieve element = 師管 + 篩細胞 = 通導部分

師部: 木部に比べ化石になりずらく研究送れる (Esau 1970)

Def. 師域 sieve area: 篩要素細胞表面に多数の篩孔が集まる領域

Def. 篩孔 sieve pore: 篩部にある小孔 - 篩要素細胞間の物質輸送通路
Def. 篩板 sieve plate: 特定領域が特殊化 - 大穴となったもの

単篩板: 篩板が単一師域から成る ↔ 複篩板: 複数

⇒ 師管 = 篩板を持つ篩要素

Rhynia

原生師部 protophloem → 後生師部 metaphloem (導管同様)

原生師部: やがて機能失い押し潰され見えなくなる
後生師部: 二次師部分化段階には機能失う (形成層ない植物 数年機能)

一次師部 primary phloem = 原生師部 + 後生師部 (導管同様)
二次師部 secondary phloem: 形成層から分化
師細胞 → 繋がる → 師管 sieve tube

師板 sieve plate: 師管細胞間にある板状の壁 - 師管細胞間の連絡
師域 sieve area: 師板のある範囲

伴細胞 companion cell

被子植物師管に付着する柔細胞 parenchymatous cell - 師管原基細胞縦裂で形成

師部繊維 phloem fiber

種子植物の幹茎の師部外側にある繊維細胞。多くは紡錘形

師部柔組織 phloem parenchyma
繊維組織 fibrous tissue
樹脂道 resin canal: 樹脂細胞から分泌された樹脂満たす管状組織

粘液道 mucilage canal

壁孔(膜孔) pit

二次肥厚した細胞壁のうち薄い部分。中層と一次壁のみからなる (古語で細胞壁を細胞膜と呼ぶため膜孔と呼んだ)
膜孔: 二次壁を持つ細胞同士間の連絡機構

膜孔形成部に二次壁できない → 水移動部分となる

穿孔: 細胞壁に生じた大きな穴 - 導管

pit pit
壁孔(pit)通り水移動________繊維

互生壁孔 alternate pit
有縁壁孔 bordered pit: 二次壁が斜めに肥厚し二次壁の開孔部分の直径が一次壁だけの部分の直径より狭くなったもの
対生壁孔 half-bordered pit
単壁孔 simple pit: 枝状壁孔 ramiform pit
装飾壁孔 vestured pit

中心柱 (stele)


Def. 維管束植物の茎や根の中心付近、維管束組織を含む領域

原定義: 内皮に囲まれた中の部分 - 内皮が多様なため上記定義

1886 van Tieghem: 茎・根組織系 = 表皮 + 皮層 + 中心柱 (用語登場)
Def. 内皮 endodermis: 中心柱を囲む最内層の細胞層

根で明瞭に分化 ↔ 茎では様々(明瞭-不明瞭)、形態様々

A. 原生中心柱 protostele
根・茎等の軸中心に木部位置し、その周囲に師部 Ex. ウラジロ、カニクサ
A0. 包囲維管束 concentric vascular bundle: 木部が師部を囲むよう配置

木部が外を取巻く = 被子植物 ⇔ 師部が取巻く = 羊歯植物(稀被子植物)

A1. 単一中心柱(単純原生中心柱、原始中心柱、単中心柱) haplostele

多少なりとも円形の横断切片木部を持つ
退行中心柱 hysterostele: 二次的単純化により単一中心柱となる

Ex. 水生被子植物: マツモ、スギナモ、フサモ

A'. 放射中心柱 actinostele = 放射維管束 radical vascular bundle

原生中心柱で師部が複数に分かれ木部と交互に並ぶ - 中央木部数ヶ所突出し星状 Ex. Psilotum
⊃ 殆どの維管束植物根 (サツマイモ = 根 ↔ ジャガイモ = 地下茎)

水生根のように特殊化した例外がある

A''. 背腹中心柱(板状中心柱) plectostele: 木部相互連結し縦面に配列

Ex. Lycopodium (ヒカゲノカズラ)

stele

e: 内皮 endodermis, p: 師部 phloem, x: 木部 xylem

stele
B. 管状中心柱 solenostele (s.l.) or siphonostele
木部 = 管状 → その外面か内外両面に師部位置する Ex. フモトシダ

髄 pith: 維管束環より内側の部分

B. 外部管状中心柱 ectophloic siphonostele
B'. 両師管状中心柱 amphipholic siphonostele or solenostele, s.s.
C. 網状中心柱 dictyostele
B'が葉隙に分断され、師部と内皮で囲まれた木部が横断面で不連続に見える

Ex. 羊歯植物に多 (イヌワラビ、ホシダ)
多環中心柱 polycyclic stele: B/Cで木部師部からなる管を2-3重に配置

stele stele
D. 真正中心柱 eustele
= 並立維管束 collateral vascular bundle
維管束が等間隔で環状に並ぶ - 主に双子葉植物茎

複並立維管束 bicollateral vascular bundle
stele 双子葉植物
内側の師部は独立していることが多い

E. 多環中心柱 polycyclic stele
木部か師部の一方が内外両側にあり他方を挟む = 2以上の同心円状の維管束組織を持つ中心柱

管状: 2環管状中心柱 dicyclic siphonostele、3環- tricyclic -, …
網状: 2環網状中心柱 dicyclic dictyostele、3環- tricyclic -, …

Ex. 2環管状中心柱 = ワラビ

stele
F. 不整中心柱(散在中心柱) atactostele
= 外原型 exarch: 外端部分が成熟し、次に内側が成熟
基本組織内にパターンのある分散をした維管束からなる

真正中心柱の一種としてもよい
普通は内皮欠く Ex. 多くの単子葉植物

中心柱説 stelar theory ☛ 進化
1886 van Tieghem: 単一中心柱説 haplostele theory

仮定: 緑藻類 → 維管束植物祖先型出現 ⇒ 維管束単純

Rhynia (化石種) = 原生中心柱が最も祖先的

基点: 原生中心柱 ⇒

→ 放射中心柱
→ 管状中心柱 = 原生中心柱の中心に髄形成
両師管状中心柱 → 網状中心柱
多師管状中心柱 → 真正中心柱 (→ 不斉中心柱)

1902 Brebner: 単一中心柱説の用語使用

年輪解析

年輪 (year ring)

樹幹横断面に同心円状に現れる模様中、毎年1輪ずつ形成されるもの
成長輪 growth ring ≈ 年輪 (※ 年輪は1年における1増分より大きいことも) 観察法: 切片染色(xylem, phloem分染) - 切片重ね合せ立体構造再構成

シダではソーダで煮て柔らかくしたものを徐々に削って観察

[ 葉外部形態 ]

(leaf)


表皮系: 表と裏の1層(植物体保護)

クチクラ cuticle: 臘や類似物質(クチン)主成分

水やガスを通しにくい構造。普通、表皮クチクラ層(外部クチクラ)の他に葉内部でも葉肉組織 mesophyll tissue や空気に接する細胞壁表面に薄いクチクラ(内部クチクラ)がある

鐘乳体: 表皮細胞外膜の一部が細胞内に向かい棒状に突出したもの。表面は炭酸石灰結晶で覆われる。 Ex. Justicia procumbens, Ficus carica
気孔 stoma: 気体(CO2, O2, H2O)が主に出入りする部分。多くの葉 → 向軸(表)側表皮 < 背軸(裏)側表皮

Ex. ムラサキツユクサ

通導組織系(維管束系) = 木部 + 師部

木部 = 導管(被子植物), = 仮導管(羊歯、裸子植物)
師部 = 師管

基本組織系: 葉 =

柵状組織 palisade mesophyll + 海綿状組織: spongy mesophyll

葉の裏表
二面(背腹性)葉 bifacial (dorsiventral) leaf: 表面に柵状組織、裏面に海綿状組織を有する葉
両面葉 isobilateral (isolateral) leaf: 葉の両面に柵状組織を持つ葉

C4植物 (シコクビエ)
kranz
C3植物 (オオムギ)__________50 μm

クランツ型 kranz type
kranz (独) = 花冠、花環,リース → C4植物の葉身に特徴的
細胞内構造が発達した維管束鞘細胞が維管束系を取り囲み、その外側を1層の葉肉細胞が放射状に取り囲む
維管束鞘細胞: 葉緑体,ミトコンドリア、ペルオキシソーム多数存在

非クランツ型: 複数層の葉肉細胞が維管束鞘細胞取り囲み、維管束鞘細胞の細胞内構造は発達していない ≈ C3植物
進化: C3 → C4

気孔 stoma

葉の表皮にある開閉する小穴(開口部)

2つの孔辺細胞が唇型に向かい合った構造
苔類を除く全陸上植物の胞子体世代に存在

気孔の開閉

[ 根外部形態 | 発生 ]

(root)


Def. 発根 rooting: 根が成長する過程 (≈ 活着 rooting or establishment)
種子発芽時における根の発達

コムギ根: 発芽後40-50日で長さ1 mにまで成長 – 根先端分裂細胞

発達: 生態的(特にhabitat)影響が大 + 風で植物体揺れることも重要

幼根 radicle: 種子中にある胚の幼い根 seminal root

胚軸下端にあり成長し主根となる

双子葉・裸子植物: 主根から側根生じ更に側根出す

比較的乾燥、O2豊富

樹木等、地上部大きくなると側根も主根と区別がつかない位発達

単子葉植物: 主根・側根区別なし

= 髭根fibrous root (= 不定根 adventitious root)のみ。湿地・沼地

髭根: 幼根余り発達せず、主根は間もなく成長止まり、茎下部から多数根が出て細根rootlet束生し形成

主根なく、地上部大型化に適さない

構造: 水吸収に対し適応

導管 xylem (死細胞)
液胞膜 cytoplasm: 液胞 vacuole
カスパリー線 casparian strip: コルク化部分

root
図. 根 root
Def. 根端 root apex or tip = 根先端と近傍を漠然と指す (s.l.)

= 頂端分裂組織 + 由来する一次組織 (s.s.)
根冠 root cap: 一番先端にある成熟した細胞で根端分裂組織を保護
軸柱 columella: 根冠中央部分

根端組織分化過程: 前分裂組織 → 前形成層・基本分裂組織・前表皮等分化

中心柱(維管束と髄)・皮層・根冠分化

根端成長形態による分類が試みられた

根端分裂組織 root apical meristem
根冠で保護される → 根冠・根表皮・皮層・中心柱形成

中心柱 central cylinder: 維管束系, 皮層: 基本組織系, 表皮: 表皮系

貯蔵に使われる厚い層 Ex. サツマイモ

分裂域: 根端分裂組織がある = 細胞分裂盛ん = 細胞小さい
伸長域: 細胞伸長盛ん(大きくもなる) + 細胞壁発達 + 形成層形成

形成層細胞 - 細胞分裂 → 根肥大 → 周皮形成

成熟域: 細胞分裂・伸長終わり = クチクラ層厚い

root
根端分裂組織

原根冠 calyptrogen: 根頂端分裂組織において根冠を作る分裂組織細胞 → 頂端分裂組織を明瞭に異なる

[ 挿し穂 ]

発根促進剤 root stimulator
活力剤型

メネデール(二価鉄イオン)

ホルモン剤型: 活着改善(可食植物に非推奨多)

ルートン(ナフチルアセトアミド)
オキシベロン oxyberon (インドール酪酸, IBA) [ IAA ]

成分: 0.40% IBA (有効期限3年)
剤状: 粉剤・液剤

クロネクス clonex

使用法:
粉剤: 挿し穂の切口にまぶしつける
液剤: 処理濃度まで希釈し挿し穂の切り口を6-24時間浸漬
フッター