アフィランテス属 Aphyllanthes

本ページ作成にあたり、自生地を案内いただいたJesus Vincente Carbajosa博士、Joaquin Medina博士に心より感謝申し上げます。

アフィランテス属は単型属でAphyllanthes monspeliensisのみからなり、地中海沿岸に分布する。

I appreciate Drs. Jesus Vincente Carbajosa and Joaquin Medina for their kindness to take me to the locality of Aphyllanthes.

Aphyllanthes is a monotypic genus composed of Aphyllanthes monspeliensis, which is distributed in the Mediterranean region.

Aphyllanthes monspeliensisは光合成をしない鱗片状の葉を花序の基部に数枚持つ。1花序に1つの花を付け、光合成をする葉を付けない戦略と、1花序にたくさんの花を付け、光合成をする葉を付ける戦略を考える。この時に、花序と葉の光合成効率が同じで、両戦略で形成される花序と葉の総数が同じだとすると、両方の適応度は同じになるように思われる。しかし、実際にはAphyllanthesのように前者の戦略をとる植物は稀である。どうしてなのだろうか。

A single flower is formed at the tip of an inflorescence. There are two strategies: (1) multiple flowers in an inflorescence, to which several photosynthetic leaves accompany and (2) a single flower in an inflorescence and several inflorescences are formed without photosynthetic leaves. If the total number of inflorescences and leaves are the same in the two strategies and photosynthetic activities of a leaf and an inflorescence are the same, fitness of two strategies appears to be similar. However, taxa with the latter strategy, such as Aphyllanthes are rare, but the reason is unknown.

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Rudimentary petals of Asarum カンアオイ属の痕跡花弁

 Asarum satsumense

サツマアオイは3枚の癒合したガク片だけでなく、3枚の痕跡的な花弁を形成する。これらの花弁は機能を持っているのだろうか?もし持っていないのなら、どうして不用な器官が残存しているのか、しかも、ほとんどの種類では残存していないのにどうしてサツマアオイなど数種のみが持つのだろうか。

Asarum satsumense forms three rudimentary petals as well as sepals. The rudimentary petals do not likely to function. It is curious why such useless organs remain and why the rudimentary petals remain only in some species in Asarum.

 

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Ginkgo cotyledon イチョウの子葉

イチョウの胚乳は配偶体組織で、発芽後も種子内に子葉とともに残る。子葉は胚乳から栄養分を吸収するので、表面に何らかの吸収メカニズムを持っているはずである。食虫植物の吸収能力の進化は謎に包まれているが、イチョウの子葉に似た吸収システムが用いられているのかもしれない。また、普通の植物の本葉も栄養分の吸収能力を持っているのかもしれない。食虫植物は捕虫葉、消化酵素、吸収機構の3つがそろってはじめて適応的になるが、どれか一つだけが進化しても適応的ではない。したがって、このような複合的の形質がどのように進化してきたのかは謎だった。これまで、消化酵素は非食虫植物も耐病性に利用し葉表面に分泌しているものもあることがわかってきた。もし、非食虫植物の葉が栄養の吸収機構を持ち合わせているのなら、葉を変形させて捕虫葉を形作るだけで、消化酵素も吸収機構も同時に獲得できたのかもしれない。

Endosperm of Ginkgo is a gametophyte tissue and retained in a seed with cotyledon even after germination. Cotyledons absorb nutrients from endosperm, indicating that cotyledon should have absorption system including traonsporters. Evolution of absorption system in carnivorous plants has not been well studied and similar mechanism to Ginkgo cotyledon may be used.

 

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Leaf window of Haworthia Haworthiaの葉の窓

Haworthia cooperi var. obtusaの葉は先端部以外は地中に埋まって砂漠の暑さを避けている。葉の表面の7から15層くらいの細胞のみに葉緑体が発達し、葉の先端部と内側の細胞は透明。葉の先端部の「窓」から入った光が葉の中と通り辺縁の細胞に到達し光合成を行う。

Light enters from the leaf window at the distal tip to reach to photosynthetic tissue inside the leaves (Krulik 1980).

Krulik, G.A. (1980). Light Transmission in Window-Leaved Plants. Can. J. Bot. 58: 1591-1600.

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Haemanthus crispsusの葉縁は波打つ。2つの可能性が考えられる。一つは、葉の場所によって規則的に成長方向が異なっており、自律的に葉縁が波状に成長するという仮説である。もう一つは、前の葉が波打っているので、葉原基の段階で、前の葉の窪みにあたる部分が、次に出る葉に圧力を与えて、同じように窪む、結果として波状になるという仮説である。後者の例として、カモジグサでは、葉身と葉鞘のつなぎ目がでっぱっており、このでっぱりが、次の葉の葉身部分にあたって、葉身の途中がくびれる(熊澤 1979)。Haemanthus crispsusの場合、若い葉原基を観察したり、実験的に若い葉原基を他の葉原基から引き離して成長させてみたりするとどちらが正しいのかわかるかもしれない。

Both leaf margins of Haemanthus crispus are waved. There are two possibilities of the waving. One is autonomous waving with regular changes of growth activity at the margins. The other is that the waving is passive and the waves of a previous leaf make pressure to a next primordium to form new waves. An example similar to the latter pattern is observed in Elymus tsukushiensis var. transiens. A part of leaves is contracted in E. tsukushiensis var. transiens, since the junction between a leaf blade and a leaf sheath presses a middle part of one upper leaf primordium (Kumazawa 1979). Observation of early leaf primordia of Haemanthus crispus will give an answer.

他の器官からの影響で形態が変化する可能性のある例として、Faucariaとハエトリソウの葉がある。Faucariaの葉縁突起は対生の2枚の葉、ハエトリソウの葉縁の棘は1枚の左右の葉縁が相互作用しながら形成されるように見える。

Another possible examples in which interactions to other organs may result in morphogenesis are found in Faucaria and Dionaea. Protrusions of opposite leaves in Faucaria and spines of right and left margins of a leaf of Dionae are interdigitated.

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Proturberances of Bulbine bruynsii Bulbine bruynsiiの葉のでこぼこ

Bulbine bruynsiiの葉は両面ともたくさんの隆起が平行な線状に配列している。隆起が細胞分裂と細胞伸長のどちらによって引きおこされているかは不明。列になる理由、等間隔になる理由もわからない。

Proturberances are formed along parallel several lines in Bulbine bruynsii. It is unknown whether cell division or cell expansion affects proturberances and how protruberances are aligned and spaced. Analyses of the sections may give insights.

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Distribution of spines on a Brunsvigia leaf Brunsvigiaの葉面の棘の分布

Brunsvigia属は南アフリカに分布する約20種からなり(Meerow and Snijiman 1998)、Hippeastrumと同じcladeに属する(Stevens onward)。Brunsvigia namaquanaでは、棘が葉脈と平行にほぼ等間隔に並んでいる。この並び方は単子葉植物の気孔の並び方に似ている。単子葉類の気孔形成機構はよくわかっておらず、双子葉とは異なった気孔の配列だけに新しい機構の発見があるかもしれない。トウモロコシのbulliform細胞は表皮細胞で周辺細胞よりも大きく、乾燥すると収縮して葉を折りたたむ役割をしている。Bulliform細胞も気孔のように葉脈に平行に分布するが、双子葉植物のトライコームや根毛形成に関与するHD-ZIPIV遺伝子がBulliform細胞の正常な分布に必要であることがわかり、双子葉植物と同じ因子を使っている可能性もある(総説としてRobinson and Roeder 2015)。棘の分布様式に加えて、棘の形成機構もよくわかっておらず、今後の研究課題である。

Approximately 20 species are distributed in South Africa (Meerow and Snijman 1998). Many spines are formed along leaf veins on an adaxial surface of Brunsvigia namaquana. This distributed pattern is similar to the linear arrangement of stomata in other monocots including maize. Although the regulatory mechanism of monocot stomata distribution is not welll known, bulliform cells that is bubble-like cells to deflate under dry conditions to bind a leaf are hypothesized to be regulated by similar components to trichome and root hair are (Robinson and Roeder 2015).  As well as the distribution, morphogenesis of a spine is another interesting issue.

Meerow, A.W. and Snijman, D.A. 1998. Amaryllidaceae. In Kubitzki, K. The Families and Genera of Vascular Plants. III Flowering Plants Monocotyledons Lilianae (except Orchidaceae). Pp. 83-110

Robinson, D.O. and Roeder, A.HK. 2015. Themes and variations in cell type patterning in the plant epidermis. Curr. Opin. Genet. Dev. 32: 55-65.

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rotated or resupinated leaves 葉のねじれや反転

Albuca namaquensisの葉は基部側から先端側に見ると反時計回りによじれている。このよじれは、葉の左右の成長の度合いが異なるためだと考えられる。どんな植物も葉は左右非対称である。葉の非対称性には2タイプの機構がある(総説として Chitwood et al. 2012)。一つは葉序に依存した非対称性である。これは、葉原基内で、オーキシン濃度が前の葉の側が次の葉の側よりも高く、それゆえ、前の葉側の葉身が逆側よりも大きくなる。もう一つのタイプは、葉序に依存しない非対称性で、遺伝的に決まっているものである。例えば、アリストロメリアやスイセンの葉は、向かって右側が良く育ち、結果として反時計回りに回転した葉ができる。Albuca namaquensisの場合も、どの個体も反時計回りによじれているので、葉序に依存しないタイプである。どのように分子機構で左右非対称性を産み出し、回旋した葉を形成するのかはわかっていない。

There are two types of mechanisms to cause asymmetry in leaves (summarized in Chitwood et al. 2012). One is phyllotaxis-dependent asymmetry, which is caused by asymmetric distribution of auxin in a leaf primordium. Auxin is more accumulated in a previous leaf primordium side than in a next coming leaf primordium, which results in a larger leaf blade in the former side than the latter side. The other is phyllotaxis–independent asymmetry, which is usually inherent. In Alstroemeria and Narcissus, leaves are resupinate or rotate in a counter-clockwise direction. Leaves of Albuca namaquensis rotates also in a counter-clockwise direction. The molecular mechanisms of phyllotaxis-independent asymmetry is unknown.

Chitwood, D.H. Naylor, D.t., Thammapichai, P., Weeger, A.C.S., Headland, L.R., and Sinha, N.R. 2012. Conflict between intrinsic leaf asymmetry and phyllotaxis in the resupinate leaves of Alstroemeria psittacina. Front. Plant Sci. 3: 1-11.

葉のねじれは単子葉類のアヤメ科(キジカクシ目)、ヒガンバナ科(キジカクシ目)、ルズリアガ科(ユリ目)、アリストロメリア科(ユリ目)、イネ科(イネ目)で見られる。不思議なことに、どの場合も葉は反時計回りにねじれる。ユーカリなどの双子葉類もやはり反時計回りにねじれる。ところが、コバンソウは例外的に右にねじれる(熊澤 1979)。理由は不明である。

ルズリアガ科やアリストロメリア科の種では、葉がねじれが著しく、反転してしまう。しかも、気孔の分布、葉の色、クチクラの量、柵状組織と海綿状組織の分布も通常の葉と較べて逆転する(熊澤 1979)。どうして逆転してしまうのか、そして、反時計回りなのか、理由は不明である。

Leaves are rotated in some species of different monocot families including Iridaceae (Asparagales), Amaryllidaceae (Asparagales), Luzuriagaceae (Liliales), Alstroemeriaceae (Liliales), and Poaceae (Poales). Curiously, leaves always rotate in a counter-clockwise direction except few exceptions including Briza maxima. The reason is unknown.

In species in the Luzuriagaceae and Alstroemeriaceae, Hakonechloa macra, Elymus spp., and so on, leaves are resupinated and characters of leaves including stomata distribution, cuticle deposition, coloration, organization of palisade and spongy cells are reversed between adaxial and abaxial sides.

熊澤正夫 (Kumazawa, M.) 1979 植物器官学 (Plant Organography) 裳華房 (Publisher: Shoka-Bo)

イネ科のウラハグサ属、カモジグサ属、カゼクサ属の葉は半時計周りに表裏が逆転している。コバンソウは例外で、時計回りに逆転している(熊澤 1979)。

Leaves of some Poaceae genera including Hakonechloa macra, Elymus spp., Eragrostis spp. and so on are resupinated in a counter-clockwise direction. Briza maxima with resupinated leaves with a clockwise direction is exceptional.

Gethyllis属はアフリカ南部に約32種が分布する(Meerow and Snijman 1998)。葉は反時計回りに回旋する。

Gethyllis is composed of approximately 32 species distributed in Southern Africa (Meerow and Snijman 1998). Leaves rotate in a counter-clockwise direction.

Meerow, A.W. and Snijman, D.A. 1998. Amaryllidaceae. In Kubitzki, K. The Families and Genera of Vascular Plants. III Flowering Plants Monocotyledons Lilianae (except Orchidaceae). Pp. 83-110

 

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Xeronemataceae クセロネマ科

クセロネマ科は1属2種からなり、ニューカレドニア島とニュージーランドのPoor Knights Islandに自生する。

The Xeronemataceae is composed of a genes including two species. They are distributed in New Caledonia and the Poor Knights Island in New Zealand.

花被と雄蕊はともに赤色で目立つが、花被の方が寿命が短く、花粉放出後も雄蕊はしばらく枯れずに残っている。花序全体として後で咲く花への訪花昆虫の誘因に役立っているのかもしれない。

The long lasting stout stamens may function to attract pollinators for later flowers.

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Diplophylly in Caltha-2 リュウキンカ属の重複葉-2

チリ南部、ナバリノ島のCaltha dionaeifoliaの自生地。湿地に群生する。

A locality of Caltha dionaeifolia in the Navarino island, Chile.

Caltha dionaeifoliaは地下茎が枝分かれし、クッション植物のように塊になって育つ。

Caltha dionaeifolia forms large colonies like a cushion plant.Caltha dionaeifoliaCaltha dionaeifolia

チリのノバリノ島では、Caltha sagittataは低地、C. appendiculataは400 mから800 m位、C. dionaeifoliaは800 m以上の山に自生する。

Caltha sagittata, C. appendiculata, and C. dionaeifolia form a clade (Schuettpelz and Hoot 2004) and are distributed in low land, between around 1000 and 500 m, and around 1000 m, respectively in Navarino island. What is the function of the appendages?

Schuettpelz, E. and Hoot, S.B. 2004. Phylogeny and biogeography of Caltha (Ranunculaceae) based on chloroplast and nuclear DNA sequences. Amer. J. Bot. 91: 247-253.

Caltha dionaeifolia

Caltha appendiculataCaltha dionaeifoliaの気孔は葉身の向軸側と突起の葉身側に形成される。Goebel (1891)とHill (1918)は気孔のある部分が水で被われないように突起が形成されるのではないかと推定したが、実際に野外で水をかけると突起と葉身の間に水が入って気孔は水没してしまう。

Since stomata of Caltha appendiculata and Caltha dionaeifolia are formed on the adaxial side of leaves, Goebel (1891) and Hill (1918) interpreted that these appendages function to prevent stomata sunk in water. However, when water is added to the leaves, water just accumulates in the concaved adaxial surface covering stomata and water is not removed.

Goebel, K. 1891. Pflanzenbiologische Schilderungen, vol. 2. N. G. Elwert, Marburg, Germany.

Hill, A.W. 1918. The genus Caltha in the Southern Hemisphere. Ann. Bot. 32: 421-435.

風の強い高山や極地の山では植物がクッション状になる。

At the alpine, subalpine, subarctic, and arctic areas with strong winds, plants become cushion-like.

クッション植物はしばしば窪んだ葉を形成する。

Cushion plants often form concave leaves.

南極に近いナバロ島のような場所では、クッション植物の自生する場所は真夏でもしばしば雪に被われる。

In Navaro island in the sub Antarctic area, localities of cushion plants are often covered with snow even in summer.

雪を手で取り除いてみると、葉が窪んでいるので、雪が葉の表面に直接接触せず、葉の周辺に空間ができている。

When snow is removed, by hands, we can see that snow does not touch the leaf surface because of the concave structure and air space is kept around leaves.

雪が積もっても葉の表面には触らない。

Snow accumulates without touching the leaf surface.Caltha dionaeifoliaCaltha dionaeifolia

Caltha dionaeifoliaの上に雪を載せてみた。

Caltha dionaeifolia are overlaid with snow.Caltha dionaeifolia

雪を取り除くと、葉身と突起の間に雪が入っていない。このことから、葉の突起は水が入るのを防ぐのではなく、雪が気孔のある部分を被ってしまうのを防ぐのに役立っていると考えられる。

When overlaid snow is removed, snow does not enter into the space between the lamina and appendage, indicating that appendage function to prevent snow attached to leaf surface rather than water.

カテゴリー: 5.08.Ranunculales.キンポウゲ目, diplophylly | Diplophylly in Caltha-2 リュウキンカ属の重複葉-2 はコメントを受け付けていません