植物学

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Image of ripe nutmeg fruit split open to show red aril
インドネシア原産の種であるMyristicafragransの果実は、2つの貴重なスパイス、暗褐色のナツメグを囲む赤い仮種皮(メイス)の源です。

植物学は、植物科学s)、植物生物学または植物学とも呼ばれ、植物の生命科学あり、生物学の一分野です。植物学者植物科学者、または植物学者は、この分野を専門とする科学者です。「植物学」という用語は、 「牧草地」、「ハーブ」、「」、または「飼料」を意味する古代ギリシャ語のβοτάνη植物学)に由来します。βοτάνη次に、 βόσκεινboskein)、「餌をやる」または「放牧する」から派生します。[1] [2] [3]伝統的に、植物学には菌類学者藻類学者による菌類藻類 の研究も含まれ、これら3つのグループの生物の研究は国際植物学会議の関心の範囲内にとどまっています今日、植物学者は(厳密な意味で)約410,000陸上植物を研究しており、そのうち約391,000種が維管束植物です。(約369,000種の顕花植物を含む)、[4]および約20,000種はコケ植物です。[5]

植物学は先史時代に、食用、薬用、有毒の植物を特定し、後に栽培するための初期の人間の努力による先史時代に始まり、科学の最も古い分野の1つになりました。多くの場合修道院に付属している中世の薬用植物園には、医学的に重要な植物が含まれていました。彼らは、1540年代以降に設立された、大学に付属する最初の植物園の先駆者でした。最も初期の1つは、パドヴァ植物園でした。これらの庭園は、植物の学術研究を容易にしました。それらのコレクションをカタログ化して説明する努力は、植物分類学の始まりであり、1753年にすべての生物種の命名のために今日まで使用されている カール・リンネの二名法。

19世紀から20世紀にかけて、光学顕微鏡生細胞イメージング電子顕微鏡、染色体数の分析植物化学、酵素やその他のタンパク質の構造と機能など、植物の研究のための新しい技術が開発されました20世紀の最後の20年間、植物学者は、ゲノミクスプロテオミクスDNA配列などの分子遺伝学的分析の手法を利用して、植物をより正確に分類しました。

現代の植物学は、科学技術の他のほとんどの分野からの貢献と洞察を備えた、幅広い学際的な主題です。研究トピックには、植物の構造成長と分化、繁殖生化学一次代謝化学製品発達病気進化的関係分類学、および植物分類学の研究が含まれます。21世紀の植物科学の主要なテーマは、分子遺伝学エピジェネティクスです。、植物細胞組織の分化中の遺伝子発現のメカニズムと制御を研究しています。植物学の研究は、現代の園芸農林植物の繁殖、育種遺伝子組み換え建設化学物質や原材料の合成エネルギー生産、環境管理、および生物多様性の維持

歴史

初期の植物学

engraving of cork cells from Hooke's Micrographia, 1665
コルクの細胞の彫刻、ロバートフック顕微鏡図、1665年から

植物学は、薬用特性のための植物の研究と使用であるハーバリズムとして始まりました。[6]植物学の初期の記録された歴史には、多くの古代の書物と植物分類が含まれています。初期の植物作品の例は、紀元前1100年以前にさかのぼるインドの古代のテキスト、[7] [8] 古代エジプト[9]古風なアヴェスター語の著作、および紀元前221年以前の中国の作品に見られます。[7] [10]

現代の植物学は、そのルーツを古代ギリシャ、特にテオプラストス(紀元前371〜287年頃)にまでさかのぼります。テオプラストスは、その原理の多くを発明して説明し、科学界で「植物学の父」として広く認められているアリストテレスの学生です。[11]彼の主要な作品である「植物の調査」「植物の原因について」は、ほぼ17世紀後の中世まで、植物科学への最も重要な貢献を構成しています。[11] [12]

植物学に初期の影響を与えた古代ギリシャの別の作品は、ギリシャの医師で薬理学者のペダニウス・ディオスコリデスによって1世紀半ばに書かれた漢方薬に関する5巻の百科事典であるDe MateriaMedicaです。De Materia Medicaは、1、500年以上にわたって広く読まれてきました。[13]中世のイスラム世界からの重要な貢献にはIbn Wahshiyyaのナバテアン農業AbūḤanīfaDīnawarī(828–896)の植物の本、およびIbnBassal土壌分類が含まれます。13世紀初頭、アブ・アル・アッバス・アル・ナバティとイブン・アル・バイタール(d。1248)は、体系的かつ科学的な方法で植物学について書いています。[14] [15] [16]

16世紀半ばに、植物園は多くのイタリアの大学に設立されました。1545年のパドヴァ植物園は通常、元の場所に残っている最初の植物園であると考えられています。これらの庭園は、植物が医療用に栽培されていた修道院に関連することが多い、以前の「薬用植物園」の実用的な価値を継続していました。彼らは学問としての植物学の成長を支持しました。庭で育てられた植物について講義が行われ、その医学的用途が実証されました。植物園はずっと後に北ヨーロッパにやって来ました。イギリスで最初のものは1621年のオックスフォード大学植物園でした。この期間中、植物学は医学にしっかりと従属していました。[17]

ドイツの医師レオンハルトフックス(1501–1566)は、神学者オットーブルンフェルス(1489–1534)および医師ヒエロニムスボック(1498–1554)(ヒエロニムストラガスとも呼ばれる)とともに、「植物学の3人のドイツ人の父」の1人でした。[18] [19]フックスとブルンフェルスは、以前の作品をコピーして独自の独自の観察を行うという伝統から脱却しました。ボックは、独自の植物分類システムを作成しました。

医師のヴァレリウスコーダス(1515–1544)は、1544年に植物学的および薬理学的に重要なハーブの植物 1546年に薬局方、薬局方を執筆しました。 c。1611)植物の薬用使用をカバーする公開されたハーブ。博物学者ウリッセアルドロヴァンディ(1522–1605)は、植物の研究を含む博物学の父と見なされていました。1665年、初期の顕微鏡を使用して、博学者のロバートフックが細胞を発見しました 、彼が造った用語で、コルクで、そしてしばらくして生きている植物組織で。[21]

近世の植物学

Photograph of a garden
スウェーデンのウプサラにあるリンネのリンネ庭園は、彼のSystemasexualeに従って植えられました

18世紀の間に、植物の識別システムは二分法の鍵に匹敵するように開発されました。そこでは、識別されていない植物が、文字のペアの間で一連の選択を行うことによって分類学的グループ(たとえば、科、属、種)に分類されます。文字の選択と順序は、識別のために純粋に設計されたキー(診断キー)では人工的であるか、シノプティックキーの分類群の自然または系統的順序により密接に関連している可能性があります。[22] 18世紀までに、研究用の新しい植物が、新たに発見された国や世界中のヨーロッパの植民地からますます多くヨーロッパに到着していました。1753年、CarlvonLinné(Carl Linnaeus)は、彼の種Plantarumを公開しました。これは、現代の植物命名法の基準点であり続ける植物種の階層分類ですこれにより、標準化された2部構成または2部構成の命名スキームが確立され、最初の名前は属を表し、2番目の名前は属内のを識別しました[23]識別の目的で、リンネのSystema Sexuale は、男性の性器の数に応じて植物を24のグループに分類しました。24番目のグループである隠花植物には、生殖部分が隠されているすべての植物、コケ、苔類、シダ、藻類、菌類が含まれていました。[24]

植物の解剖学形態、ライフサイクルに関する知識が増えるにつれ、リンネの人工的な性的システムよりも植物間に自然な親和性があることに気づきました。Adanson(1763)、de Jussieu(1789)、およびCandolle(1819)はすべて、より広い範囲の共有文字を使用して植物をグループ化し、広く従われた分類のさまざまな代替自然システムを提案しました。カンドールのシステムは、形態の複雑さの進行に関する彼の考えを反映しており、19世紀半ばまで影響力を持っていた後のベンサム&フッカーシステムは、カンドールのアプローチの影響を受けていました。ダーウィン1859年の種の起源の彼の出版と共通祖先の彼の概念は、単なる形態学的類似性とは異なる進化的関係を反映するためにカンドレアンシステムへの修正を必要としました。[25]

植物学は、1849年に科学植物学の原則として英語で出版された最初の「現代の」教科書であるマティアス・シュライデンGrundzügederWissenschaftlichenBotanikの登場によって大いに刺激されました[ 26]シュライデンは顕微鏡学者であり、初期の植物解剖学者であり、テオドール・シュワンルドルフ・ヴィルヒョウと細胞説 共同で設立し、1831年にロバート・ブラウンによって記述された細胞核の重要性を最初に把握した。 ] 1855年、アドルフ・フィックはフィックの法則を策定しましたこれにより、生物学的システムにおける分子拡散速度の計算が可能になりました。[28]

コネチカット温室内のEcheveriaglauca 。植物学は識別のためにラテン語の名前を使用します。ここでは、特定の名前glaucaは青を意味します。

近代植物学

Micropropagation of transgenic plants
トランスジェニック植物のマイクロプロパゲーション

グレゴール・メンデル(1822–1884)に端を発した遺伝の遺伝子染色体理論に基づいて、アウグスト・ヴァイスマン(1834–1914)は、遺伝が配偶子を通してのみ起こることを証明しました他のセルは継承された文字を渡すことができません。[29]植物解剖学に関するキャサリン・エソー(1898–1997)の研究は、今でも現代の植物学の主要な基盤となっています。彼女の著書「植物解剖学」と「種子植物の解剖学」は、半世紀以上にわたって植物の構造生物学の重要なテキストとなっています。[30] [31]

植物生態学の分野は、植物がコミュニティを形成するという仮説を立てたオイゲン・ワルミングなどの植物学者や、植物の生命体を説明するシステムが現在も使用されている彼の指導者であり後継者であるクリステン・C・ラウンキエールによって19世紀後半に開拓されました。温帯広葉樹林などの植物群落の構成は、生態遷移の過程で変化するという概念は、ヘンリー・チャンドラー・カウルズアーサー・タンズリーフレデリック・クレメンツによって開発されましたクレメンツは、極相植生のアイデアでクレジットされています環境がサポートできる最も複雑な植生として、タンスリーは生態系の概念を生物学に導入しました。[32] [33] [34]ニコライ・ヴァヴィロフ(1887–1943)はアルフォンス・ドゥ・カンドールの初期の広範な研究に基づいて、生物地理学起源の中心、および経済植物の進化の歴史についての説明を作成しました。[35]

特に1960年代半ば以降、蒸散(植物組織内の水の輸送)、葉の表面からの水分蒸発速度の温度依存性、水分子拡散などの植物生理学的プロセスの物理学の理解が進んでいます。気孔の開口部からの蒸気と二酸化炭素。これらの開発は、気孔の開口部のサイズを測定するための新しい方法、および光合成の速度と相まって、植物と大気の間のガス交換の速度の正確な記述を可能にしました。[36] [37]イノベーションロナルド・フィッシャーによる統計分析[38] ロザムステッド実験ステーションのフランク・イエーツらは、植物研究における合理的な実験計画とデータ分析を容易にしました。[39] 1948年のケネスV.ティマンによるオーキシン植物ホルモンの発見と同定は、外部から適用された化学物質による植物成長の調節を可能にしました。フレデリック・キャンピオン・スチュワードは、植物ホルモンによって制御されるマイクロプロパゲーションと植物組織培養の技術を開拓しました。[40]合成オーキシン2,4-ジクロロフェノキシ酢酸 または2,4-Dは最初の市販の合成除草剤の1つでした。[41]

植物生化学における20世紀の発展は、分光法クロマトグラフィー電気泳動などの有機化学分析の最新技術によって推進されてきました。分子生物学ゲノミクスプロテオミクスメタボロミクスの関連する分子スケールの生物学的アプローチの台頭に伴い、植物ゲノムと生化学、生理学、形態、植物の行動のほとんどの側面との関係を詳細な実験分析にかけることができます。[42] 1902年にGottliebHaberlandtによって最初に述べられた概念[43]すべての植物細胞は全能性であり、in vitroで増殖できるため、最終的には遺伝子工学を実験的に使用して、特定の形質に関与する1つまたは複数の遺伝子をノックアウトしたり、目的の遺伝子がいつかを報告するGFPなどの遺伝子を追加したりできます。表現されています。これらの技術は、バイオリアクターで育てられた植物全体または植物細胞培養物をバイオテクノロジーで使用して、農薬抗生物質、またはその他の医薬品を合成すること収量の向上などの特性のために設計された遺伝子組み換え作物の実用化を可能にします[44]

現代の形態は、根、茎(カウローム)、葉(フィローム)および毛状突起の主要な形態学的カテゴリー間の連続体を認識します。[45]さらに、それは構造ダイナミクスを強調します。[46]現代の分類学は、植物間の系統発生的関係を反映し、発見することを目的としています。[47] [48] [49] [50]現代の分子系統学は、データとしてDNA配列に依存して、形態学的特徴をほとんど無視しています。顕花植物のほとんどのファミリーからのDNA配列の分子分析により、被子植物系統グループは1998年に系統発生を発表することができました。顕花植物の、被子植物の家族と種の間の関係についての質問の多くに答えます。[51] DNAバーコーディングによる植物種および市販品種の同定のための実用的な方法の理論的可能性は、活発な現在の研究の主題です。[52] [53]

範囲と重要性

A herbarium specimen of the lady fern, Athyrium filix-femina
植物学には、セイヨウメシダAthyrium filix-feminaのこの植物標本など、植物の記録と説明が含まれます。

植物の研究は、人間や他の生物に必要な化学エネルギーを好気性呼吸に提供する酸素と食物の大部分を生成することによって、地球上のほとんどすべての動物の生命を支えているため、非常に重要です。植物、藻類シアノバクテリアは、太陽光のエネルギーを利用して水と二酸化炭素[54]を化学エネルギーと有機分子の両方の供給源として使用できる糖に変換するプロセスである、光合成を行う生物の主要なグループです。細胞の構造成分に使用されます。[55]光合成の副産物として、植物は酸素を放出します大気中に、細胞呼吸を実行するためにほぼすべての生物が必要とするガス。さらに、それらは地球規模の炭素水の循環に影響を及ぼし、植物の根は土壌を結合して安定させ、土壌侵食を防ぎます。[56]植物は、人々に食料、酸素、薬、製品を提供し、土壌を作り、保存するため、人間社会の将来にとって非常に重要です。[57]

歴史的に、すべての生物は動物または植物のいずれかに分類され[58]、植物学は動物とは見なされないすべての生物の研究を対象としていました。[59]植物学者は、植物の細胞小器官、細胞、組織、植物全体、植物集団、および植物群落内の内部機能とプロセスの両方を調べます。これらの各レベルで、植物学者は植物の分類(分類学)、系統発生進化、構造(解剖学形態学)、または機能(生理学)に関心を持つ可能性があります[60]

「植物」の最も厳密な定義には、種子植物を含む体育植物、および顕花植物)およびシダクラブモス苔類ホーンワートおよびコケを含む自由胞子クリプトガムを含む「陸生植物」または陸上植物のみが含まれる陸上植物は、光合成によって太陽光からエネルギーを得た祖先の子孫である多細胞真核生物です。一倍体二倍体が交互に現れるライフサイクルがあります フェーズ。配偶体として知られる胚の性的一倍体相は、配偶体自体がその親胞子体によって育てられる種子植物においてさえ、その組織内でその生涯の少なくとも一部の間、発達中の二倍体胚胞子体を育てる[61] 。[62]植物学者によって以前に研究された他の生物群には、細菌(現在は細菌学で研究されている、真菌(真菌学)-地衣類形成真菌(衣類学) 、非クロロファイト藻類(藻類学)、およびウイルス(ウイルス学)が含まれます。 )。しかし、植物学者はこれらのグループに依然として注意を払っており、菌類(地衣類を含む)と光合成原生生物は通常、植物学の入門コースでカバーされています。[63] [64]

古植物学者は、化石記録にある古代の植物を研究して、植物の進化の歴史に関する情報を提供します地球上で最初の酸素放出光合成生物であるシアノバクテリアは、初期の真核生物と内共生関係を結び、最終的には植物細胞の葉緑体になることで、植物の祖先を生み出したと考えられています。新しい光合成植物(およびそれらの藻類の親類)は、シアノバクテリアによって開始された大気中の酸素の上昇を加速し、古代の無酸素を変化せ、、20億年以上もの間、遊離酸素が豊富な大気。[65] [66]

21世紀の重要な植物の問題の中には、生命の基本的な成分であるエネルギー、炭素、酸素、窒素、水を世界的に循環させる一次生産者としての植物の役割と、植物の管理が地球環境問題に取り組むのに役立つ方法があります。資源管理保全人間の食糧安全保障生物学的に侵入する生物炭素の隔離気候変動、そして持続可能性[67]

人間の栄養

grains of brown rice, a staple food
私たちが食べる食べ物は、直接または間接的に米などの植物から来ています。

事実上すべての主食は、植物による一次生産から直接、またはそれらを食べる動物から間接的に得られます。[68] 植物や他の光合成生物は、太陽からのエネルギーと土壌や大気からの栄養素を使用して、動物が使用できる形に変換するため、ほとんどの食物連鎖の基盤にあります。これは、生態学者が最初の栄養段階と呼ぶものです。[69]テフ、トウモロコシ、米、小麦、その他の穀物草、豆類、バナナ、オオバコなどの主要な主食 の現代的な形態[70]と、、繊維のために育てられた亜麻綿は、最も望ましい特徴を持つ野生の先祖の植物の中から数千年にわたる先史時代の選択の結果です。[71]

植物学者は、植物がどのように食料を生産し、たとえば植物育種を通じて収量を増やす方法を研究し、世界を養い、将来の世代に食料安全保障を提供する人類の能力にとって彼らの仕事を重要なものにします。[72]植物学者はまた、農業でかなりの問題である雑草、および農業と自然生態系における植物病原菌の生物学と防除についても研究しています。[73]民族植物学は、植物と人との関係の研究です。歴史的な植物と人との関係の調査に適用される場合、民族植物学は古民族植物学または民族植物学と呼ばれることがあります。[74] 初期の植物と人との関係のいくつかは、非食用植物から食用植物を特定する際に、カナダの先住民の間で生じました。[75]先住民と植物とのこの関係は、民族植物学者によって記録されました。[75]

植物生化学

植物の生化学は、植物が使用する化学プロセスの研究です。これらのプロセスのいくつかは、光合成カルビン回路crassulacean酸代謝のような一次代謝で使用されます。[76]他の人は、体を作るために使用されるセルロースリグニンのような特殊な材料や、樹脂芳香化合物のような二次製品を作ります。

植物やその他のさまざまなグループの光合成真核生物は、まとめて「藻類」と呼ばれ、葉緑体と呼ばれる独特の細胞小器官を持っています。葉緑体は、古代の植物や藻類の祖先と内共生関係を形成したシアノバクテリアの子孫であると考えられています。葉緑体とシアノバクテリアには、青緑色の色素クロロフィルaが含まれています。[77]クロロフィルa(およびその植物と緑藻特有のいとこクロロフィルb[a]は、スペクトルの青紫とオレンジ/赤の部分の光を吸収しますこれらの生物の特徴的な色として私たちが見ている緑色の光を反射して透過させながら。これらの色素が吸収する赤と青の光のエネルギーは、葉緑体によって使用され、副産物として分子状酸素(O 2 )を生成するプロセスである酸素光合成によって二酸化炭素と水からエネルギーの豊富な炭素化合物を生成します。

カルビン回路 (対話型図)カルビン回路は、二酸化炭素を糖分子に取り込みます。
The Calvin cycle (Interactive diagram) The Calvin cycle incorporates carbon dioxide into sugar molecules.

クロロフィルaによって捕捉された光エネルギーは、最初は電子の形であり(後にプロトン勾配)、一時的にエネルギーを貯蔵および輸送するATPおよびNADPHの分子を作るために使用されます。それらのエネルギーは、酵素ルビスコによるカルビン回路の光に依存しない反応で使用され、3炭素糖グリセルアルデヒド3-リン酸(G3P)の分子を生成します。グリセルアルデヒド3-リン酸は、光合成の最初の生成物であり、グルコースの原料です。そして、生物学的起源の他のほとんどすべての有機分子が合成されます。ブドウ糖の一部はでんぷんに変換され、葉緑体に貯蔵されます。[81]デンプンはほとんどの陸上植物と藻類の特徴的なエネルギー貯蔵庫ですが、ヒマワリ科のキク科ではフルクトースのポリマーであるイヌリンが同じ目的で使用されています。ブドウ糖の一部は、植物の残りの部分に輸出するため にショ糖(一般的なテーブルシュガー)に変換されます。

動物(葉緑体を欠く)とは異なり、植物とその真核生物の近縁種は、すべての脂肪酸[82] [83]とほとんどのアミノ酸の合成を含む、多くの生化学的役割を葉緑体に委任しています。[84]葉緑体が作る脂肪酸は、細胞膜を作るための材料を提供したり、陸上植物を乾燥から保護する植物のクチクラに含まれるポリマークチンを作るなど、多くのことに使用されます。[85]

植物は、多糖類分子であるセルロースペクチンキシログルカン[86]のような多くのユニークなポリマーを合成し、そこから陸上植物の細胞壁が構築されます。[87] 維管束植物はリグニンを作る。リグニンは、木部の気管血管の二次細胞壁を強化して、植物が水ストレス下でそれらを通して水を吸い込んだときにそれらが崩壊するのを防ぐために使用される。リグニンは、植物に構造的支持を提供し、木材の主成分である厚壁組織繊維のような他の細胞タイプでも使用されます。スポロポレニンは、化石記録における初期の陸上植物の胞子と種子植物の花粉の生存に関与する陸上植物の胞子と花粉の外側の細胞壁に見られる化学的に耐性のあるポリマーです。オルドビス紀の陸上植物の進化の始まりのマーカーとして広く認識されています[88] 今日の大気中の二酸化炭素濃度は、オルドビス紀シルル紀の間に植物が陸地に出現したときよりもはるかに低い。トウモロコシパイナップルのような多くの単子葉植物とキク科のようないくつかの双子葉植物はそれ以来独立して進化してきました[89] Crassulacean酸代謝や光合成のためのC4炭素固定経路のようなは、より一般的なC3炭素固定経路での光呼吸に起因する損失を回避しますこれらの生化学的戦略は陸上植物に特有のものです。

医学と材料

植物化学は、主に二次代謝中に植物によって生成される化学物質に関係する植物生化学の一分野です[90]これらの化合物のいくつかは、ヘムロックからのアルカロイド コニインなどの毒素です。エッセンシャルオイルのペパーミントオイルやレモンオイルなどの他のオイルは、香料やスパイス(カプサイシンなど)として、またケシのアヘンように医薬品として医学で有用です。テトラヒドロカンナビノール有効成分 大麻)、カフェインモルヒネニコチンは植物から直接得られます。その他は、植物性天然物の単純な派生物です。たとえば、鎮痛剤のアスピリンは、もともとの木の樹皮から単離されたサリチル酸のアセチルエステルであり[91] 、ヘロインのような広範囲のアヘン鎮痛剤は、ケシから得られたモルヒネの化学修飾によって得られます。[92]人気の覚醒剤 コーヒー、お茶、チョコレートのカフェイン、タバコのニコチンなどの植物に由来します。ほとんどのアルコール飲料は、大麦(ビール)、米(日本酒)、ブドウ(ワイン)など炭水化物が豊富な植物製品の発酵から作られています。[93]ネイティブアメリカンは、何千年もの間、病気や病気を治療する方法としてさまざまな植物を使用してきました。[94]ネイティブアメリカンが植物に関して持っているこの知識は、熱狂的な植物学者によって記録され、その後、製薬会社によって創薬の方法として使用されてきました[95]

植物は、赤ワインの赤色の原因となるアントシアニン、黄色の溶接物、青いホソバタイセイなどの有用な着色染料や顔料を合成して、デニムやアーティストの顔料を染色するために伝統的に使用される青色染料インディゴのソースであるリンカーングリーンインドキシルを生成することができますガンボージローズマダー砂糖、でんぷん、綿、、いくつかの種類のロープ、木とパーティクルボードパピルスと紙、植物油ワックス、および天然ゴムは、植物組織またはその二次製品から作られた商業的に重要な材料の例です。木炭は、木材の熱分解によって作られた純粋な炭素であり、金属製錬燃料、フィルター材料、吸着剤、芸術家の材料として長い歴史があり、火薬の3つの成分の1つです世界で最も豊富な有機ポリマーであるセルロース[96]は、エネルギー、燃料、材料、および化学原料に変換できます。セルロースから作られた製品には、レーヨンセロハンが含まれます壁紙ペーストバイオブタノールガンコットンサトウキビ菜種大豆は、バイオ燃料の供給源として使用される、発酵性の高い砂糖または油分を含む植物の一部であり、バイオディーゼルなどの化石燃料の重要な代替品です。[97]スイートグラスは、蚊 のような虫を追い払うためにネイティブアメリカンによって使用されました[98]スイートグラスのこれらの虫よけ特性は、後にアメリカ化学会によってフィトールクマリンの分子で発見されました[98]

植物生態学

Colour photograph of roots of Medicago italica, showing root nodules
Medicago italica根粒には、窒素固定細菌Sinorhizobiummelilotiが含まれています植物はバクテリアに栄養素と嫌気性環境を提供し、バクテリアは植物の窒素を固定します。[99]

植物生態学は、植物とその生息地、つまり植物がライフサイクル を完了する環境との間の機能的関係の科学です植物生態学者は、地域および地域の植物相の構成それらの生物多様性、遺伝的多様性と適合性、植物の環境への適応、および他の種との競争的または相利共生的相互作用を研究します。[100]一部の生態学者は、民族植物学者によって収集された先住民からの経験的データにさえ依存しています。[101]この情報は、かつての土地が何千年も前にどのようにあったか、そしてその間にどのように変化したかについての多くの情報を伝えることができます。[101]植物生態学の目標は、それらの分布パターン、生産性、環境への影響、進化、および環境変化への応答の原因を理解することです。[102]

植物は、環境内の特定の土壌(土壌)および気候要因に依存しますが、これらの要因を変更することもできます。たとえば、環境のアルベドを変更したり、流出の遮断を増やしたり、無機質土壌を安定させたり、有機物含有量を増やしたり、地域の気温に影響を与えたりすることができます。植物は、生態系内の他の生物と資源を求めて競争します。[103] [104]彼らは、集合的に植生を構成するグループ、集団、コミュニティのさまざまな空間スケールで隣人と相互作用します。特徴的な植生タイプと優勢な植物、および同様の非生物的植物が生息する地域生物的要因気候地理は、ツンドラ熱帯雨林のようなバイオームを構成します[105]

草食動物は植物を食べますが、植物は自分自身を守ることができ、一部の種は寄生虫または肉食性ですらあります。他の生物は植物と相互に有益な関係を形成します。たとえば、菌根菌根茎は食物と引き換えに植物に栄養素を提供し、アリは保護を提供するためにアリ植物によって動員され[106] ミツバチコウモリおよび他の動物はを汚染し[107] [108]そして人間および他の動物[ 109]胞子種子を広げるための分散ベクターとして機能します。

植物、気候、環境の変化

気候やその他の環境変化に対する植物の反応は、これらの変化が生態系の機能と生産性にどのように影響するかについての理解を深めることができます。たとえば、植物の生物季節学は、歴史的な気候学における気温、および気候変動地球温暖化の生物学的影響の有用な代用となる可能性があります。花粉学、数千年または数百万年前の堆積物中の化石花粉堆積物の分析により、過去の気候の再構築が可能になります。[110]古生代以降の大気のCO2濃度の推定値は気孔から得られた古代の陸上植物の葉の形と大きさ。[111] オゾン層破壊は、植物をより高いレベルの紫外線放射-B(UV-B)にさらす可能性があり、その結果、成長率が低下します。[112]さらに、群集生態学、植物系統学、および分類学の研究からの情報は、植生の変化生息地の破壊および種の絶滅を理解するために不可欠です。[113]

遺伝学

A Punnett square depicting a cross between two pea plants heterozygous for purple (B) and white (b) blossoms
紫(B)と白(b)の花がヘテロ接合である2つの豆植物間の交配を描いたパネットの方形

Inheritance in plants follows the same fundamental principles of genetics as in other multicellular organisms. Gregor Mendel discovered the genetic laws of inheritance by studying inherited traits such as shape in Pisum sativum (peas). What Mendel learned from studying plants has had far-reaching benefits outside of botany. Similarly, "jumping genes" were discovered by Barbara McClintock while she was studying maize.[114] Nevertheless, there are some distinctive genetic differences between plants and other organisms.

植物の種の境界は動物よりも弱い可能性があり、異種間雑種がしばしば可能です。おなじみの例は、ペパーミントMentha × piperitaMentha aquaticaとスペアミント、Menthaspicataの無菌雑種です。[115]小麦の多くの栽培品種は、野生種とそれらの雑種の間の複数の種間および種内交雑の結果です。[116]雌雄同株の花を持つ被子植物は、花粉と花粉の間で機能する自己不適合メカニズムを持っていることよくあります 花粉が柱頭に到達しないか、発芽して雄の配偶子を生成できないようにするための柱頭[117]これは、異系交配を促進するために植物が使用するいくつかの方法の1つです[118]多くの陸上植物では、オスとメスの配偶子は別々の個体によって作られています。これらの種は、維管束植物の胞子体を指す場合は雌雄異であり、コケ植物の配偶体を指す場合は雌雄異株であると言われています。[119]

単為生殖がまれである高等動物とは異なり、無性生殖はいくつかの異なるメカニズムによって植物で発生する可能性があります。ジャガイモの茎塊茎の形成は一例です。特に、動物による花の受精の機会がまれな北極または高山の生息地では、花の代わりに小植物または球根が発達し、有性生殖無性生殖に置き換え、親と遺伝的に同一のクローン集団を生じさせる可能性があります。これは、アポミクシスのいくつかのタイプの1つです植物で発生します。アポミクシスは種子でも起こり、親と遺伝的に同一の胚を含む種子を生成します[120]

ほとんどの有性生殖生物は、対になった染色体を持つ二倍体ですが、細胞質分裂のエラーのために、染色体数が2倍になる可能性があります。これは、発生の初期に発生して自己倍数体または部分的に自己倍数体の生物を生成するか、細胞分化の通常のプロセス中に発生して倍数体(エンド倍数性)であるいくつかの細胞型を生成するか配偶子の形成中に発生します。同種倍数体植物は、ハイブリダイゼーションイベントから生じる可能性があります2つの異なる種の間。自己倍数体植物と同種倍数体植物はどちらも正常に繁殖できることがよくありますが、染色体数に不一致があるため、親集団とうまく交配できない場合があります。親種から生殖的に隔離されているが、同じ地理的領域内に住んでいるこれらの植物は、新しいを形成するのに十分成功する可能性があります。[121]他の点では無菌の植物倍数体の中には、栄養繁殖または種子アポミクシスによって繁殖し、同一個体のクローン集団を形成するものもあります。[121] デュラムコムギは肥沃な四倍体同種倍数体であり、パンコムギは肥沃です六倍体市販のバナナは、無菌の種なし三倍体ハイブリッドの一例です。セイヨウタンポポは、アポミクシスの種子によって生存可能な種子を生産する三倍体です。

他の真核生物と同様に、植物におけるミトコンドリア葉緑体などの内共生オルガネラの遺伝は非メンデル型遺伝です。葉緑体は裸子植物では男性の親から受け継がれますが、顕花植物では女性の親から受け継がれることがよくあります。[122]

分子遺伝学

Flowers of Arabidopsis thaliana, the most important model plant and the first to have its genome sequenced
シロイヌナズナは、ゲノム配列が決定された最初の植物であり、依然として最も重要なモデル生物です。

植物の機能に関するかなりの量の新しい知識は、マスタードファミリー(アブラナ科)の雑草種であるシロイヌナズナ、シロイヌナズナなどのモデル植物の分子遺伝学の研究から得られます。[90]この種の遺伝子に含まれるゲノムまたは遺伝情報は、約1億3500万塩基対のDNAによってコードされており、顕花植物の中で最小のゲノムの1つを形成しています。シロイヌナズナは、2000年にゲノム配列が決定された最初の植物でした。[123]イネ( Oryza sativaの他の比較的小さなゲノムの配列決定[124]そしてBrachypodiumdistachyon [125]は、それらを穀物単子葉植物の遺伝学、細胞生物学、分子生物学を理解するための重要なモデル種にしました

シロイヌナズナなどのモデル植物は、植物細胞葉緑体の分子生物学の研究に使用されています。理想的には、これらの生物は、よく知られているか完全に配列決定された小さなゲノム、小さな身長、短い生成時間を持っています。トウモロコシは、 C4植物における糖の光合成師部負荷のメカニズムを研究するために使用されてきました[126]単細胞緑藻クラミドモナスは、陸上植物自体ではありませんが、緑色に着色した葉緑体を含んでいます。 陸上植物に関連しており、研究に役立ちます。[127]紅藻 Cyanidioschyzonmerolaeは、いくつかの基本的な葉緑体機能を研究するためにも使用されています。[128] ほうれん草[129] 豆類[130] 大豆、コケのPhyscomitrella patensは、植物細胞の生物学を研究するために一般的に使用されています。[131]

土壌根圏細菌であるアグロバクテリウム・ツメファシエンスは、植物細胞に付着し、遺伝子の水平伝播によってカルス誘導Tiプラスミドに感染し、クラウンゴール病と呼ばれるカルス感染を引き起こす可能性があります。Schell and Van Montagu(1977)は、Tiプラスミドがマメ科植物や他の植物種の根粒に窒素固定に関与するNif遺伝子を導入するための天然ベクターである可能性があると仮定しました。[132]今日、Tiプラスミドの遺伝子組み換えは、植物に導入遺伝子を導入し、遺伝子組み換え作物

エピジェネティクス

エピジェネティクスは、遺伝子機能の遺伝的変化の研究であり、基礎となるDNA配列の変化では説明できませんが[133]、生物の遺伝子の振る舞い(または「自己発現」)を変えます。[134]エピジェネティックな変化の一例は、遺伝子が発現するかどうかを決定するDNAメチル化による遺伝子のマーキングです。遺伝子発現は、サイレンサーに付着するリプレッサータンパク質によっても制御できますDNAの領域とDNAコードのその領域が発現されるのを防ぎます。エピジェネティックマークは、植物の発達のプログラムされた段階でDNAに追加または削除される場合があり、たとえば、葯、花びら、および通常の葉の違いは、それらがすべて同じ基本的な遺伝暗号を持っているという事実にもかかわらず、責任があります。エピジェネティックな変化は一時的なものである場合もあれば、細胞の残りの寿命の間、連続した細胞分裂を通じて残る場合もあります。いくつかのエピジェネティックな変化は遺伝性あることが示されていますが[135]、他の変化は生殖細胞でリセットされます。

真核生物のエピジェネティックな変化は、細胞分化のプロセスを調節するのに役立ちます。形態形成の間全能性 幹細胞の様々な多能性 細胞株になり、それは次に完全に分化した細胞になります。単一の受精卵細胞である接合子は、柔組織木部血管要素師部ふるい管、表皮の孔辺細胞などを含む多くの異なる植物細胞タイプを生じさせますこのプロセスは、いくつかの遺伝子の後成的活性化と他の遺伝子の阻害に起因します。[136]

動物とは異なり、多くの植物細胞、特に実質の細胞は最終的に分化せず、新しい個々の植物を生み出す能力を備えた全能性を維持します。例外には、高度に木化した細胞、成熟時に死んでいる厚壁組織と木部、および核を欠く師部ふるい管が含まれます。植物はクロマチンリモデリングなど、動物と同じエピジェネティックなメカニズムの多くを使用しますが、対立仮説は、植物が環境や周囲の細胞からの位置情報を使用して遺伝子発現パターンを設定し、発生の運命を決定するというものです。[137]

エピジェネティックな変化は、メンデルの法則に従わないパラ変異につながる可能性があります。これらの後成的マークは世代から世代へと受け継がれ、一方の対立遺伝子が他方の対立遺伝子に変化を引き起こします。[138]

植物の進化

colour image of a cross section of a fossil stem of Rhynia gwynne-vaughanii, a Devonian vascular plant
デボン紀の維管束植物Rhyniagwynne -vaughaniの化石茎の横断面

植物の葉緑体は、シアノバクテリア(一般的には「青緑色の藻」として知られています)と多くの生化学的、構造的、遺伝的類似性があり、祖先の真核細胞シアノバクテリアの居住者との間の古代の内部共生関係に由来すると考えられています[139] [140] [141] [142]

藻類多系統群であり、さまざまな区分に配置されており、他の藻類よりも植物と密接に関連しているものもあります。それらの間には、細胞壁の組成、生化学、色素沈着、葉緑体の構造、栄養素の蓄えなどの特徴に多くの違いがあります。緑藻植物の姉妹である車軸藻植物門には、本物の植物の祖先が含まれていると考えられています。[143]車軸藻綱の車軸藻類と陸上植物のサブ王国である陸上植物は一緒になって単葉群または分岐群Streptophytinaを形成します。[144]

非維管束陸上植物は、維管束組織の木部師部を欠く陸上植物です。それらには、コケ、苔類ツノゴケが含まれます。自由生活配偶体に発芽する胞子によって繁殖した真の木部と師部をもつシダ植物の維管束植物は、シルル紀の間に進化し、シルル紀後期からデヴォニアン初期にいくつかの系統に多様ライコポッドの代表は今日まで生き残っています。デボン紀の終わりまでに、ライコポッドスフェノフィル原裸子植物は、独立して「巨大胞子」を進化させました–それらの胞子は、2つの異なるサイズ、より大きな巨大胞子とより小さな小胞子でした。それらの還元された配偶体は、胞子体の胞子生成器官(メガスポランジア)内に保持されたメガスポアから発達しました。これは、内生胞子として知られている状態です。種子は、1つまたは2つの被覆層(外皮)に囲まれた胞子嚢内胞子嚢で構成されています。若い胞子体は種子内で成長し、発芽すると分裂して放出します。最も初期の既知の種子植物は、最新のデボン紀のファメニアン期にさかのぼります。[145] [146]種子の習性の進化に続いて、種子植物多様化し、現代の裸子植物被子植物だけでなく、種子シダを含む多くの現在絶滅したグループを生み出しています。[147]裸子植物は、卵巣に完全に囲まれていない「裸の種子」を生成します。現代の代表者には、針葉樹ソテツイチョウ、およびグネツムが含まれます。被子植物は、心皮卵巣などの構造に囲まれた種子を生成します。[148] [149]生きている植物の分子系統学に関する進行中の研究は、被子植物が裸子植物の姉妹クレードであることを示しているようです。 [150]

植物生理学

A Venn diagram of the relationships between five key areas of plant physiology
植物生理学における5つの重要な研究分野

植物生理学は、生命に関連する植物のすべての内部の化学的および物理的活動を網羅しています。[151]空気、土壌、水から得られる化学物質は、すべての植物代謝の基礎を形成します。酸素光合成によって捕らえられ、細胞呼吸によって放出される太陽光のエネルギーは、ほとんどすべての生命の基礎です。すべての緑の植物、藻類、シアノバクテリア含む光合成生物は、光合成によって太陽光から直接エネルギーを集めます。従属栄養生物すべての動物、すべての真菌、すべての完全な寄生植物、および非光合成細菌を含む、光合成独立栄養生物によって生成された有機分子を取り込み、それらを呼吸するか、細胞や組織の構築に使用します。[152] 呼吸とは、炭素化合物をより単純な構造に分解して、それらに含まれるエネルギーを放出することによる炭素化合物の酸化であり、本質的に光合成の反対です。[153]

分子は、さまざまな空間スケールで動作する輸送プロセスによって植物内を移動します。イオン、電子、水や酵素などの分子の細胞内輸送は、細胞膜を越えて起こりますミネラルと水は、蒸散流で根から植物の他の部分に輸送されます拡散浸透、および能動輸送質量流はすべて、輸送が発生する可能性のあるさまざまな方法です。[154]植物が輸送する必要のある元素の例は、窒素リンカリウムカルシウムマグネシウム硫黄維管束植物では、これらの元素は根によって可溶性イオンとして土壌から抽出され、木部の植物全体に輸送されます。植物の栄養素に必要な要素のほとんどは、土壌ミネラルの化学的分解に由来します。[155] 光合成によって生成されたショ糖は、葉から師部の植物の他の部分に輸送され、植物ホルモンはさまざまなプロセスによって輸送されます。

植物ホルモン

A diagram of the mechanism of phototropism in oat coleoptiles
1太陽が頭上にあるオーツ麦の子葉鞘。オーキシン(ピンク)はその先端に均等に分布しています。
2太陽が斜めになり、シュートの片側だけが輝くと、オーキシンは反対側に移動し、そこで細胞の伸長を刺激します。
34その側の余分な成長により、シュートは太陽に向かって曲がります。[156]

植物は受動的ではありませんが、必要に応じて、刺激に向かって、または刺激から離れて移動または成長することにより、光、接触、傷害などの外部信号に応答します。触覚感度の具体的な証拠は、Mimosa pudicaのリーフレット、ハエトリグサオジギソウの昆虫トラップ、およびランの花粉症のほぼ瞬間的な崩壊です。[157]

植物の成長と発達は植物ホルモンまたは植物成長調節因子によって調整されているという仮説は、19世紀後半に最初に現れました。ダーウィンは、植物の新芽と根の[158]重力への動きを実験し、 「幼根の先端は、下等動物の1つの脳のように機能すると言っても過言ではありません。いくつかの動き」。[159]ほぼ同時に、植物の成長を制御するオーキシン(ギリシャのオーキシンから成長する)の役割は、オランダの科学者フリッツ・ウェントによって最初に概説されました。[160]最初に知られているオーキシン、細胞の成長を促進するインドール-3-酢酸(IAA)は、約50年後に植物からのみ単離されました。[161]この化合物は、光と重力に対する新芽と根の熱帯応答を仲介します。[162] 1939年に植物カルスがIAAを含む培養で維持できるという発見に続いて、成長ホルモンの濃度を制御することによって根と芽を形成するように誘導できるという1947年の観察は、植物バイオテクノロジーの開発における重要なステップでした。と遺伝子組み換え。[163]

ハエトリグサ、Dionaea muscipula、タッチセンシティブな昆虫トラップの動作を示しています

サイトカイニンは、細胞分裂(特に細胞質分裂)の制御にちなんで名付けられた植物ホルモンのクラスです。天然のサイトカイニンゼアチンはトウモロコシZeamaysで発見され、プリン アデニンの誘導体ですゼアチンは根で生成され、木部の新芽に輸送され、そこで細胞分裂、芽の発達、葉緑体の緑化を促進します。[164] [165]ジベレリンなどのジベレリンは、アセチルCoAからメバロン酸経路を介して合成されるジテルペンです。それらは、種子の発芽と休眠打破の促進、茎の伸長と開花の制御による草丈の調節に関与しています。[166] アブシジン酸(ABA)は、苔類を除くすべての陸上植物に存在し、葉緑体および他の色素体のカロテノイドから合成されます。それは細胞分裂を阻害し、種子の成熟と休眠を促進し、気孔の閉鎖を促進します。もともとは離層を制御すると考えられていたので、そのように名付けられました[167] エチレンは、メチオニンからすべての高等植物組織で生成されるガス状ホルモンです現在、果実の成熟と器官脱離を刺激または調節するホルモンであることが知られています。[168] [169]そしてそれ、または急速に代謝されてエチレンを生成する合成成長調節剤エセフォンは、綿、パイナップルおよび他のクライマクテリック作物の成熟を促進するために工業規模で使用されます。

別のクラスの植物ホルモンジャスモン酸であり、最初にジャスミナム・グランディフロラムの油から単離され[170]、病原体の攻撃に対する全身獲得抵抗性応答に必要な遺伝子の発現をブロック解除することによって植物の創傷応答を調節します。[171]

光は植物の一次エネルギー源であるだけでなく、信号装置としても機能し、植物が毎日受ける太陽光の量などの情報を植物に提供します。これにより、光形態形成として知られるプロセスに適応的な変化が生じる可能性がありますフィトクロムは、光に敏感な植物の光受容体です。[172]

植物の解剖学と形態

Colour image of a 19th-century illustration of the morphology of a rice plant
イネOryzasativaの根、茎、葉、花の形態を示す19世紀のイラスト

植物の解剖学は植物の細胞や組織の構造の研究であり、植物の形態はそれらの外部形態の研究です。[173] すべての植物は多細胞真核生物であり、それらのDNAは核に保存されています。[174] [175]植物細胞を動物や真菌と区別する特徴には、多糖類であるセルロースヘミセルロースペクチンからなる一次細胞壁[176]動物細胞よりも大きな空胞、プラスチドの存在などがあります。葉緑体のように独特の光合成および生合成機能を備えています。他の色素体には、デンプン(アミロプラスト)や脂質(エライオプラスト)などの貯蔵製品が含まれています。ユニークなことに、ストレプト植物細胞と緑藻類Trentepohliales [177]は、細胞分裂の後半に細胞板を構築するためのテンプレートとして、隔膜形成体の構築によって分裂します。[81]

A diagram of a "typical" eudicot, the most common type of plant (three-fifths of all plant species).[178] No plant actually looks exactly like this though.
最も一般的なタイプの植物である「典型的な」真正双子類の図(すべての植物種の5分の3)。[178]しかし、実際にはこのように見える植物はありません。

クラブモスシダ種子植物裸子植物被子植物)を含む維管束植物の体は、一般に空中および地下のサブシステムを持っています。は、緑色の光合成と生殖構造を持つ茎で構成されています。地下の血管新生したは、その先端に根毛があり、一般的に葉緑素を欠いています[179]維管束植物、苔類ツノゴケ類、コケ類地中を貫通する血管の根を生成せず、植物のほとんどが光合成に関与します。[180]胞子体生成は苔類では非光合成であるが、コケやツノゴケの光合成によってそのエネルギー需要の一部に寄与することができるかもしれない。[181]

根系とシュートシステムは相互に依存しています。通常、非光合成の根系は食物のシュートシステムに依存し、通常は光合成のシュートシステムは根系からの水とミネラルに依存します。[179]各システムの細胞は、他の細胞の細胞を作成し、不定芽または根を生成することができます。[182] 塊茎は、根を成長させることができる新芽の例です。[183]​​ヤナギの根のように、表面近くに広がる根は、新芽を生み出し、最終的には新しい植物を生み出す可能性があります。[184]システムの1つが失われた場合、もう1つはシステムを再成長させることがよくあります。実際、ストレプトカーパス属の植物の場合のように、単一の葉から植物全体を育てることが可能です。セントポーリア[185]または単一の細胞脱分化してカルス(特殊化されていない細胞の塊)になり、新しい植物に成長する可能性があります。[182] 維管束植物では、木部と師部は、新芽と根の間で資源を輸送する導電性組織です。根は、テンサイやニンジンのように、砂糖やでんぷんなどの食物を貯蔵するようになっていることがよくあります[179] 。[184]

茎は主に葉や生殖構造を支えますが、サボテンなどの多肉植物、ジャガイモ塊茎などの食物に水を蓄えたりイチゴ植物の茎や層状化の過程で植物を繁殖させたりすることができます。[186]葉は太陽光を集め、光合成を行います。[187]大きく、平らで、柔軟性のある緑色の葉は、葉の葉と呼ばれます。[188]針葉樹ソテツイチョウグネツム綱などの裸子植物 開いた種子を持つ種子生産植物です。[189] 被子植物、花を咲かせ、種子を囲んでいる種子生産植物です。[148]ツツジオークなどの木本植物は、二次成長期を経て、木(二次木部)と樹皮(二次師部コルク)の2種類の組織が追加されます。すべての裸子植物と多くの被子植物は木本植物です。[190]いくつかの植物は有性生殖、いくつかは無性生殖、そしていくつかは両方の手段で繁殖します。[191]

根、茎、葉、毛状突起などの主要な形態学的カテゴリーへの参照は有用ですが、これらのカテゴリーは中間形態を介してリンクされているため、カテゴリー間の連続性が得られることに注意する必要があります。[192]さらに、構造はプロセス、つまりプロセスの組み合わせと見なすことができます。[46]

体系的な植物学

photograph of a botanist preparing plant specimens for the herbarium
植物標本を植物標本室に取り付けるための準備をしている植物学者

系統的植物学は系統的生物学の一部であり、特に進化の歴史によって決定されるように、生物の範囲と多様性、およびそれらの関係に関係しています。[193]これには、生物学的分類、科学的分類学、および系統発生学が含まれるか、関連しています。生物学的分類は、植物学者が生物をなどのカテゴリに分類する方法です。生物学的分類は、科学分類学の一形態です。現代の分類学は、共通の物理的特性に従って種をグループ化したカール・リンネの研究に根ざしています。その後、これらのグループ化は、ダーウィン人との整合性を高めるために改訂されました。共通祖先の原則–表面的な特徴ではなく、祖先によって生物をグループ化します科学者は生物の分類方法に常に同意しているわけではありませんが、DNA配列をデータとして使用する分子系統学は、進化の流れに沿って多くの最近の改訂を推進しており、今後もそうし続ける可能性があります。支配的な分類システムは、リンネ式分類法と呼ばれます。階級と二名法が含まれます。植物生物の命名法は、藻類、真菌、植物の国際命名法(ICN)に体系化されており、国際植物学会議によって管理されています。[194][195]

キングダム プランタエはドメイン 真核生物に属しており、各種が別々に分類されるまで再帰的に分解されます。順序は次のとおりです。王国; (または部門); クラス; 注文; 家族; (複数の); 植物の学名は、その属と属内の種を表しており、各生物に単一の世界的な名前が付けられています。[195]たとえば、オニユリはLiliumcolumbianumです。ユリは属であり、コロンビアヌム特定の上皮組み合わせは種の名前です。生物の学名を書くときは、属の最初の文字を大文字にし、特定のすべての文字を小文字にするのが適切です。さらに、通常、用語全体がイタリック体になっています(イタリック体が使用できない場合は下線が引かれています)。[196] [197] [198]

生物のグループの進化的関係と遺伝は、その系統発生と呼ばれます。系統発生研究は、系統発生を発見しようとします。基本的なアプローチは、共有継承に基づく類似性を使用して関係を決定することです。[199]例として、ペレスキアの種は、顕著な葉を持つ木または茂みです。それらは明らかにエキノカクタスのような典型的な葉のないサボテンに似てませしかし、ペレスキアエキノカクタスはどちらも、アレル(高度に特殊化されたパッドのような構造)から生成された棘を持っており、2つの属が実際に関連していることを示唆しています。[200] [201]

見た目が大きく異なる2つのサボテン
Pereskia aculeata
Echinocactus grusonii
ペレスキアは葉のある木ですが、エキノカクタスなどのより典型的なサボテンのような棘とアレルがあります。

キャラクターが独立して発生した収斂進化によって植物が互いに似ている可能性があるため、共有キャラクターに基づいて関係を判断するには注意が必要です。いくつかのトウダイグサは、球状のサボテンと同様に節水に適応した葉のない丸い体を持っていますが、花の構造などの特徴は、2つのグループが密接に関連していないことを明らかにしています。分岐法は、キャラクターに対して体系的なアプローチを取り、共有された進化の歴史に関する情報を持たないもの(異なるグループで別々に進化したもの(ホモプラシーや祖先から残されたもの(プレシオモルフィ)など)を区別します)–共有された祖先(共有派生形質)の革新から受け継がれた派生文字サボテンの背骨を生成するアレルなどの派生文字のみが、共通の祖先からの子孫の証拠を提供します。分岐解析の結果は、クラドグラムとして表されます。つまり、進化の分岐と下降のパターンを示す木のような図です。[202]

1990年代以降、生きている植物の系統発生を構築するための主なアプローチは、棘やアレルの有無などの形態的特徴ではなく、分子的特徴、特にDNA配列を使用する分子系統学でした。違いは、遺伝暗号自体が、それが生み出す文字を介して間接的に使用されるのではなく、進化的関係を決定するために使用されることです。クライヴ・ステイスはこれを「進化の遺伝的基盤に直接アクセスできる」と説明しています。[203]簡単な例として、遺伝的証拠を使用する前は、真菌は植物であるか、動物よりも植物とより密接に関連していると考えられていました。遺伝的証拠は、多細胞生物の真の進化的関係が以下のクラドグラムに示されているようであることを示唆しています–菌類は植物よりも動物とより密接に関連しています。[204]

植物

菌類

動物

1998年、Angiosperm Phylogeny Groupは、ほとんどの顕花植物ファミリーのDNA配列の分析に基づいて、顕花植物の系統発生を発表しました。この作業の結果、どの家族が被子植物の最も初期の枝を表すかなど、多くの質問に答えられるようになりました。[51]植物種が互いにどのように関連しているかを調査することで、植物学者は植物の進化の過程をよりよく理解することができます。[205]モデル植物の研究と、DNA証拠の使用の増加にもかかわらず、植物をさまざまな分類群に分類する最善の方法について、分類学者の間で進行中の作業と議論があります。[206]コンピューターや電子顕微鏡などの技術開発により、研究される詳細のレベルとデータを分析できる速度が大幅に向上しました。[207]

シンボル

植物学では現在、いくつかの記号が使用されています。他の多くは廃止されています。たとえば、リンネは、木本、草本、多年生植物に惑星のシンボルを使用していました。次の記号は引き続き使用されます:[208]

♀女性
♂男性
雌雄同体/バイセクシュアル
⚲栄養(無性)繁殖
◊性別不明
☉毎年恒例
Biennial symbol.svg(⚇)隔年
Perennial symbol.svg(♾)多年草
☠有毒
🛈詳細情報
×交雑ハイブリッド
+接ぎ木ハイブリッド

も参照してください

メモ

  1. ^ クロロフィルbは、一部のシアノバクテリアにも見られます。他のクロロフィルの束はシアノバクテリアと特定の藻類グループに存在しますが、それらのどれも陸上植物には見られません。[78] [79] [80]

参考文献

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ソース