高校 生物基礎   生物の組織と器官  植物の器官と組織  by 池田博明 

第1節 植物の器官

  細胞 → 組織 → 器官 → 個体 
   顕微鏡レベル     肉眼レベル

  植物の器官
  【図:ダイコンを描く】(上から葉,茎,根となる。側根は2列になっている)
       葉 = 光合成器官   →(進化)→ 花 (生殖器官)
          緑色で,葉緑素あり。光合成でデンプンを作る。 
       茎 (胚軸が成長) = 通道器官  
          やや緑色
       根 = 吸収器官
          養分を吸収する

       大根が畑にあるとき、葉と胚軸だった茎の部分は地上に出ている。根の部分は地中にある。
       大根と一見似た野菜にカブがある。カブも葉と茎(胚軸)は地上にある。
       カブの丸い部分は胚軸が成長した部分なので、すべて地上にある。

大根は胚軸が地上に出て育つ カブは胚軸が地上に出て育つ




第1項 葉と花


  地球の歴史
    46億年前   36億年前       6億年前    3億年前      6500万年前  現在
    ↓        ↓           ↓  古生代  ↓  中生代   ↓  新生代  ↓
    地球誕生   最初の生物化石   化石多産    大絶滅      大絶滅
                              生物上陸   恐竜の繁栄
                              葉の出現   花の化石

 茎から葉への進化過程
 【図:葉の葉脈と茎の維管束の比較】
   葉の葉脈は茎の維管束と相同
   
  原始的な陸上植物は二叉状の茎を持っていた  これらが集まって葉が進化した (大葉説)
     Y                             YYYYY
進化



原始的な形態の葉の例(イチョウの葉) 進化的な葉の例(サクラの葉)
【図:イチョウの葉】 【図:サクラの葉】
葉脈が二叉状分枝,端は開放 網状脈で端でつながっている


第2項 葉序の進化
 【図:マメの複葉の図】     

 【図:クローバーの複葉の図】
  茎から出るのが葉である
  葉に切れ込みがあるので1枚の葉に見える=複葉という。1枚の葉は単葉

 葉序の種類と進化
 【図:葉序】 互生 → 対生 → 輪生    
 身近には互生が多い。対生はアジサイやカエデなど。
        原始的         進化的
           (次第に茎間短縮)

キイチゴ(複葉・互生) カエデ(対生)
複葉と単葉
互生と対生



第3項 花の進化と構造

  葉から花への進化
   茎の頂点に葉が集まった →(進化)→ めしべ・おしべ・花弁・がく片などに分化した
 【図:花の基本構造の模式図】

原始的な花形  進化的な花形
放射相称花 左右相称花
(花弁が同形同大で
 放射状につく)
(左右対称に花弁がつく) 
離弁花(花弁が離れている) 合弁花(花弁がもとで合わさっている)

 【図:サクラの花弁】      【図:エンドウの花弁】     【図:キクの花弁】
  放射相称           左右相称             左右相称
  離弁花            離弁花               合弁花 

 なぜ花形は放射相称・離弁花から,左右相称・合弁に進化したのか?
  → 昆虫に花粉を運んでもらうために特殊化した。特にハチは最も飛行上手である。
     (空中停止飛行もできるし,下向きの花にも進入できる) 

 【図:甲虫の形と飛行】例えばカブトムシ。前翅は硬く,飛行に使用されない。どこへ着地するか分からないような飛行である。
 チョウやガは翅に鱗粉をもち、花粉がつきにくい。

 【図:ハチやハエの形】ハチは前翅と後翅をフックでつなげて飛行している。ハエの後翅は平均棍に退化している。

 なぜ花弁には色や模様があるのか?
  → 特定の昆虫に対するメッセージである。
    ミツバチは紫外光を見ることができる。しかし赤色光は見えない。
    黄色のカタバミの花弁も紫外光で見ると中央は紫外光を吸収し、黒い。
    これは蜜標(ネクター・ガイド)である。
    
  赤色光を見る能力がある昆虫にアゲハチョウやモンシロチョウがいる。
  ツツジの花弁は赤く、アゲハチョウが訪れる。
  アゲハチョウは赤も含めて5色光に感度のピークがある(蟻川による)。
  ツツジの花粉はチョウのハネの鱗粉に対抗して、ねばつく糸で連結している。

第4項 花序の進化

 1)無限花序   下から上へ咲き上がるのが特徴,茎は上に成長するので無限数の花がつくという意味。

    多くの花       ナシやコデマリ  キクの仲間
    総状花序  →    散形花序  →   頭状花序 (効率よく花粉や蜜を集めることができる)
           茎間短縮       花茎短縮 

    ★「無限花序の頭状花序」は周囲の花から開花する(下の花から咲くことの名残)

ナヅナ
ナズナ
総状花序 散形花序 頭状花序

ハルジョオン
ハルジョオン
単頂花序 集散花序
ハナミズキ 花


 2)有限花序   花数は有限である

    チューリップ      カスミソウ       ハナミズキ
    単頂花序  →    集散花序   →   頭状花序
    (花数は1個)  花数増加    花茎短縮       

    ★「有限花序の頭状花序」は、中心の花から開花


ハナミズキ 4月21日

ハナミズキ 4月21日
ハナミズキ(花)
ハナミズキ
の花
総包片しぼむ頃


第5項 めしべの進化

 【図:めしべと果実の比較】例えばさくらんぼの花のめしべとさくらんぼ
    めしべ        果実
  胚珠と子房      種子と果肉・果皮

  めしべの中に胚珠1個なので,種子も1個しかない。

 【図:さやえんどうの解剖図。実際にサヤエンドウを解剖してスケッチさせている】

  サヤエンドウを見るとめしべの柱頭部分・子房・胚珠・がく片などが分かる
    (開くと豆=種子が互い違いに付いている。1枚の葉からできた果実であることが分かる)

 【図:被子植物のめしべの進化】
 シダの胞子葉 → (葉が胞子嚢を包んで) → 被子植物のめしべ
  と胞子嚢                        胞子→胚珠

【実習】演示実験。
 1)バナナを輪切りにする  断面を見ると3室あり=バナナのめしべは3枚の胞子葉から進化したことが分かる
 2)リンゴを輪切りにする  断面から5室(星形!) = めしべは5枚の葉から進化
 3)ミカンを輪切りにする  断面から10室 = めしべは10枚の葉から進化

【コラム】皮をむかないでミカンの房数を当てるには?
 ミカンのへたを取ると,白い点が並んでいる。この数が中の房の数である。これは果実が葉から進化したことと関係が深い。つまり点は葉柄数と考えられるのだ。ひとつの房は1枚の葉であり,私たちが食べている部分は葉の表面の組織が変化したものである。その組織に細胞液が貯蔵されたのだ。(ミカンの液が貯蔵されているつぶ一つが1個の細胞であるという説明は誤解です=宮地祐司『生物と細胞』仮説社)

▲関東理科の大会で1996年に発表。
 岡崎恵視・橋本健一・瀬戸口浩彰『花の観察学入門』(培風館,1999)にも同様の内容と教材の配列で出ています。

花ゲノム
●第6項 花をつくる遺伝子

▼参考文献 塚本『植物の形はどう決まるか』中公新書を変更

 葉の遺伝子               がく片の遺伝子      花弁の遺伝子
  L1 L2 L3  →(突然変異)→ A L2 L3     →(突然変異)→  A B L3   

                       めしべの遺伝子             おしべの遺伝子
           →(突然変異)→  L1 L2 C    →(突然変異)→   L1 B C



第2節 植物の組織

第1項 分裂組織
 植物では体細胞分裂が可能な組織が限られている。根端や茎頂などの成長点と,被子植物双子葉類の茎内の形成層など。
 成長点では伸長成長(のびる成長),形成層では肥大成長(太る成長)をする。

【実習】根端や形成層の分裂組織の観察。プレパラート利用も可。

  

竹の栽培     NHK「美の壺」2014年4月13日放送より

 竹は太らない。最初の太さのままである(形成層を持たない)。一日に1m伸長した記録がある。

 京都市長岡京は竹の里で有名だが、ここには竹の栽培林がある。
 竹の栽培林では竹の上部3分の1を伐採している。上部が垂れ下がって林床に光がささなくなるのを防いでいるのだ。
 また、間引きして竹と竹の間を1.8m(傘をさして通れる距離)ほど離している。
 赤土を入れている。こういった工夫をして活きのいい筍が毎年出るように工夫している。
 春先にまだ地上に出ない筍を掘って食べる習慣もあり、これを早掘り筍という。

 都会用に丈の低い竹を品種改良で作出した。竹は開花が珍しいため、丈の低い系統を選抜して交配、ヒメアケボノモウソウチクを作出するのに、50年がかかったという。



第2項 永久組織
 体細胞分裂が終わって分化した組織である。形態や機能によってこまかく分類されている。
 組織系で分類するのが高校では比較的無難であろう。

組織系 永久組織 機能
表皮系 表皮組織 表皮細胞や孔辺細胞 保護。表皮細胞には葉緑体なし。
基本組織系 同化組織  さく状組織,海綿状組織(葉) 光合成や代謝。葉緑体あり。
維管束系 通道組織 道管や師(篩)管 水分や養分の移動


【実習】葉の組織の観察。プレパラート利用も可。

【竹の子は成長が早い】
 庭の細筍で成長を測定してみた(山形県天童市)。6月2日10時に地表面の幅1.3cm,高さ16.1cmの細筍が翌日19時には幅1.6cm,高26.0cmさになった。別の幅2.1cm,20.2cmの細筍は翌日に2.4cm,36.0cm。外気温は最高20℃程度。


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 花粉の運ばせ方で特殊化した花にランがある。ランの花弁のなかでリップとよばれる部分が様々な形態に進化した。オーストラリアには雄蜂が雌蜂を連れ去る行動を利用してリップを雌に似た形態に進化させ、さらに雄を引き寄せるフェロモンを出しているランがある。有名なものではハンマー・オーキッドや、エルボー・オーキッドがある。
 メキシコの高い樹木の上にあるバケツ・ランはバケツ型のリップに液体を貯蔵して、雄蜂をいったん溺れさせ、脱出孔の上に花粉を用意していて背中に付着させる。花粉を付けた蜂が再度溺れて脱出孔へ来ると花粉はめしべの窪みにはまって引き剥がされる仕組みになっている。
 (2006年8月20日NHK総合テレビ「ダーウィンが来た」より)

 表皮組織は暑さ寒さのような気象的な現象に対する保護はもとより、天敵に対しても刺やイネ科の葉の表皮細胞内のプラント・オパールなどで対抗した。硬い葉をそしゃくするためにウマなどの歯は丈夫になり、顎は発達して顔は長くなった。
進化
【道管と篩管】

 セミは土中で幼虫ですごす時間がとても長い。
 セミは木の根から栄養を取る。道管のほうから栄養を取るのだが、ミネラル以外の栄養素はほとんど無いので、成長が遅くなるのである。篩管は細胞のつながりでしかないので、水分を吸い取ることはできないのであった。

  (吉村仁『素数ゼミの秘密に迫る』2008、ソフトバンク新書)