Plant - Shokubutsu (English spelling) plant English

Japanese: 植物 - しょくぶつ（英語表記）plant 英語

Living organisms on Earth can be broadly divided into animals, plants, and fungi. Plants are organisms that have cell walls and are autotrophic and can perform photosynthesis. Animals do not have cell walls and are heterotrophic, relying on plants for their nutritional source, while fungi have cell walls but are parasitic on animals and plants and depend entirely on these organisms for their life. From this perspective, it can be said that plants play an important role as a source of nutrition for living organisms.

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Plant characteristics

Plants are characterized by the ability to synthesize organic matter from inorganic matter as an energy source, in addition to producing cell walls outside the cell membrane. The cell wall serves to protect the simple plant body, protect it from drying, and support the plant body, especially in land plants. The cell walls of land plants are mainly made of the polysaccharide cellulose, but algae have cell walls made of mannan, glucan, alginic acid, agar, etc., and some algae lack cellulose. In photosynthesis, the plastids contained in the protoplasm of plant cells play an important role. These plastids include amyloplasts that contain storage starch and are found in cotyledons and storage organs, orange chromoplasts found in tomato fruits and carrot roots, chlorophyll-free leucoplasts found in radishes, and chlorophyll-containing chloroplasts found in green leaves. The fine structure of chloroplasts is unique to seed plants, mosses, and algae, and the chloroplasts of higher plants are significantly differentiated into lamellae and grana. Plant cells have vacuoles that are clearly separated from the protoplasm. Vacuoles are found especially in mature cells, and are not found in young or aged cells. The cell fluid in the vacuole contains inorganic ions, polysaccharides, proteins, amino acids, and, in poisonous plants, the alkaloids and glycosides that are the source of the poison. Plants grow by the accumulation of newly divided cells on old cells, and even in young plants that arise from embryos, there are already limited areas where cell division is taking place. Cell division is mainly carried out in the growing points at the tips of stems and roots, the vascular cambium in the vascular bundles of stems, and the cork cambium on the inside of bark. As long as these growing points and secondary meristems remain active, the plant will continue to grow indefinitely. In this respect, plants are significantly different from animals.

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Classification

It was from the time of Linnaeus in the 18th century that plant classification was organized into an academic system. Linnaeus tried to classify seed plants according to the characteristics of their reproductive organs, especially the number of stamens, but this was an artificial classification method. In the 19th century, when Darwin's theory of evolution was published, based on the concept of lineage, systematic classification was carried out that captured not only single characteristics but also characteristics such as life form, morphology, genetics, and ecology in a multifaceted and comprehensive manner. Currently, the classification system of higher plants that is widely used in Japan is that of Engler of Germany, but other classification systems that are used as references include those of J. Hutchinson of the UK, CE Bessey and A. Cronquist of the US, and A. L. Takhtazhyan of the Soviet Union. A. Pascher contributed to the classification system of algae.

The standard trait for classifying higher plants is their reproductive organs, i.e. flowers, but for lower plants, especially algae, the important traits for classification are the structure of the flagella of the reproductive cells, the main components of the cell wall, assimilatory pigments, and assimilatory storage substances. The classification of plants is shown below.

(1) phylum 1: Cyanophyta These are prokaryotic plants in which the nuclear material is not surrounded by a nuclear membrane. They do not reproduce sexually, but grow asexually by division. They have organelles such as unicellular bodies and filamentous bodies. The cell walls are mainly made of mucopeptides. In addition to chlorophyll a, the assimilated pigments include the protein pigment phycobilin, which gives the algae its blue color. The product of assimilation is glycogen. Their storage materials include blue-green algae grains and oils and fats. Most are aquatic, but some live in symbiosis with lichens. There are currently about 1,400 known species, including Oscillaria, Nostoc commune, and Aphanothece sacrum.

(2) Phylum 2: Rhodophyta The plant's body structure is multicellular, thread-like, or leaf-like. The cell wall contains cellulose as well as small amounts of mannan and xylan. The assimilated pigments are chlorophyll a and d as well as red pigments such as phycocyanin, which give the plant its red color. The assimilated product is red algal starch. The reproductive cells do not have flagella, so they are considered to be at a more primitive stage than other flagellated plants. Most are marine, and about 4,000 species have been recorded, including Agar, Asakusa-nori, and Kawamozuku.

(3) Phylum 3: Xanthophyta These organisms have immotile unicellular, colonial, or filamentous forms. They have one, two, or three flagella. The assimilated pigments are chlorophyll a, c, and e, as well as xanthophyll. The assimilated product is chrysolaminarin, a type of carbohydrate. Many have double cell walls made of cellulose. Approximately 10,000 species have been recorded, including cladoceran, diatomaceous algae, and balloon algae.

(4) 4th phylum Pyrrophyta: Single-celled, motile organisms have unequal flagella. They grow asexually by binary fission. Their assimilated pigments include chlorophyll a and c, carotene, and xanthophyll, giving them a yellow color. Their assimilated products include starch and oils. They are abundant in seawater, and their abnormal proliferation causes red tides. About 1,000 species are known, including night worms, worms, and hornworts.

(5) 5th phylum Phaeophyta Most are algae large enough to be seen with the naked eye, and some appear to differentiate into roots, stems, and leaves. The cell walls are cellulose. The assimilated pigments are chlorophyll a and c, fucoxanthin, and carotene. Storage substances are laminaran, oils, and mannitol. They reproduce in a way that clearly alternates between sexual and asexual forms. Most are marine species, and many of those found in cold waters are edible. There are about 1,500 species in existence, including kelp, wakame, and sargassum.

(6) Phylum 6: Euglenophyta. Single-celled organisms with flagella. Assimilatory pigments include chlorophyll a and b, carotene, and xanthophyll. They have light-sensing eyespots at the tip of their bodies. They have no cell walls and are motile, which are animal-like. They are known to reproduce asexually by the binary fission method. When they breed in standing water with a high organic matter content, they turn the whole organism green, a phenomenon known as "water blooms." Approximately 400 species are known, including Euglena and Colasium.

(7) phylum 7: Chlorophyta The algae take various forms, ranging from unicellular to rhizoid-like filaments and thallus that grow on land. Most are found in freshwater, but sometimes grow on land on rocks, soil, and bark. The assimilated pigments are chlorophyll a and b, carotene, and xanthophyll, and starch is stored. Most reproduce by alternating between sexual and asexual forms. The structure of chloroplasts, assimilated products, and main components of cell walls show similarities to terrestrial plants. There are about 5,000 species, including Spirogyra, Volvox, and Kawanoi.

(8) Phylum 8: Charophyta These algae are similar in appearance to horsetails and are visible to the naked eye. They are similar to chlorophytes in many ways, such as their chloroplasts and assimilated products, but the growth method of their vegetative bodies and the structure of their reproductive organs are different. Their cell walls are made of cellulose, their outer layer is made of cuticle, and they are hard because limestone is deposited on the outside, making them easy to remain as fossils. The assimilated pigments are chlorophyll a and b, carotene, and xanthophyll, and they store starch. They reproduce sexually using eggs and sperm. The archegonia is multicellular. They are found in freshwater and there are about 200 species, including Chara, Polytrichum commune, and Polytrichum formosum.

(9) Phylum 9 Bryophyta Mosses are divided into mosses and liverworts. Mosses have haploid gametophytes with differentiation of stems and leaves, and their roots are rhizoids similar to the root hairs of higher plants. They sometimes have a bundle of tunnels as conductive tissue. The diplophyte sporophytes are small and have almost no photosynthetic ability, and are parasitically dependent on the sexual generation for nutrition. On the other hand, in liverworts, the dorsoventral gametophyte is leaf-like and has no differentiation of stems and leaves. They also differ from mosses in that their chloroplasts are small and do not have pyrenoids. Bryophytes are plants that show intermediate characteristics between chlorophytes and terrestrial plants such as ferns. Mosses include Sphagnum and Polytrichum, while liverworts include Marchantia and Hornwort, and there are more than 20,000 species in total.

(10) 10th phylum Pteridophyta: This refers to terrestrial plants that have vascular bundles but have not yet formed seeds. Some species grow in water. Fossils of terrestrial ferns have been discovered since the early Paleozoic era, and they are considered to be the ancestors of terrestrial plants. The ferns we see every day are diplomorphic sporophytes, and most of the life cycle of ferns is carried out by these sporophytes. The sporophytes differentiate into stems, leaves, and roots, but the roots are adventitious, and some of them have degenerated. The stems have well-developed vascular bundles with xylem and phloem, and ordinary xylem has tracheids. Fern leaves are classified into megaphylls, microphylls, and orbicular types. Megaphylls are also found in seed plants, and a gap is formed when the vascular bundles that enter the leaves separate from the central pillar of the stem. In leaflets such as those found in club moss, the vascular bundles that enter the leaf do not leave gaps in the stem. In whorls of leaves such as those found in horsetails and horsetails, each leaf scar enters the whorls of leaves at the nodes toward the central column of the stem without leaving any gaps. The gametophyte of ferns is a prothallus that is formed when spores germinate, and is haploid. The small, short-lived prothallus gives rise to multicellular archegonia and antheridia. Sperm have flagella. Ferns with large leaves include the Urajiro fern, which is used as a New Year's decoration, and the edible bracken. Approximately 10,000 species are known.

(11) Phylum 11: Seed Plants Spermatophyta These are vascular plants that produce seeds. The diplophyte sporophyte is well developed, and the stem, leaves, and roots differentiate. The stem undergoes secondary growth through the vascular cambium. The leaves are morphologically diverse, and can transform into simple leaves, compound leaves, and sometimes spines or tendrils. Single-celled root hairs develop at the tips of the roots, forming an efficient form of absorbing organs. The flowers themselves form a coherent reproductive organ. Gymnosperm flowers lack perianths, and the ovules are exposed on the scales. Angiosperms have prominent perianths, and many can be differentiated into petals and calyxes. The ovules are enclosed in an ovary. Gymnosperms and angiosperms differ in many respects, and are therefore classified as the subphylum angiospermia and the subphylum gymnospermia, respectively. Looking at extant species, the gymnosperm subphylum has about 800 species, while the angiosperm subphylum has 200,000 to 300,000 species. Angiosperms are currently the most dominant group of plants on land.

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form

Plants are both unicellular and multicellular, but even in multicellular plants, the organization is simpler than in animals, and the differentiation of tissues is simpler. In plants, nutrient and reproductive organs can be distinguished. In unicellular plants such as Euglena and lower multicellular plants such as Oscillaria, the reproductive organs are also unicellular and show no particular differentiation. In such plants, well-developed organelles can be seen within a single cell, which function in nutrient assimilation, secretion, and storage. The fine structure of the photosynthetic plastids in these plants is characteristic of the taxonomic group. On the other hand, in higher plants, especially land plants, the organs and tissues are differentiated.

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Nutrient Organs

The vegetative organs consist of stems that grow above ground, leaves that perform photosynthesis, and roots that absorb nutrients and support the plant. Stems undergo active cell division at the apical end, and leaves grow laterally there. The internal structure of a stem is characterized by vascular bundles consisting of xylem and phloem, a pith in the inner center, and cortex and epidermis surrounding the outside. The vascular bundles of seed plants have a cambium layer, and many of them undergo secondary growth. However, ferns do not have such a vascular cambium layer, and instead of vascular bundles, mosses have bundles consisting of elongated groups of cells in the center of the stem. Branches that grow from stems are outgrowths of buds that form in the leaf axils, but sometimes adventitious buds grow directly from roots (sweet potato) or leaves (Sedum moniliforme) rather than from stems. In mosses and ferns, branches do not usually branch from the leaf axils, but rather bifurcate at the apical meristem of the stem. Stems support the above-ground parts of plants, transport and store matter, but sometimes they can take on a shape that is significantly different from their original form: the rhizome of the potato, the bulb of the onion, the underground stem of the bracken, the tendril of the grapevine, and the leaves of the hawthorn are all modified stems.

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leaf

Leaves develop near the stem apex. When the leaf primordia are formed, flat leaves are formed by the activity of the marginal meristem and interstitial growth. Stomata are distributed on the leaf surface, where gases such as carbon dioxide and water vapor are exchanged. The mesophyll that forms the inside of the epidermis is differentiated into palisade-like tissue containing chloroplasts and spongy tissue with many intercellular spaces, and is the site of photosynthesis. Vascular bundles enter the leaf continuously from the stem and transport water and nutrients. The outer shape of the leaf is divided into the leaf blade, petiole, stipules, etc., but sometimes there are no petioles or stipules and instead it becomes a leaf sheath. Leaf blades come in a variety of shapes, including those with sawtooth edges, those divided into leaflets to form compound leaves, cylindrical unifacial leaves like those of green onions, and shield-shaped leaves like those of lotus plants. Cotyledons are the first leaves formed in the embryo and have a different morphology from normal leaves. Along with the scale leaves that encase winter buds and the bracts that cover flower buds, they are called heteromorphic leaves. All of the parts that make up a flower, including the stamens and pistils, are metamorphosed leaves. The needles of a cactus, the sac-like leaves of a pitcher plant, and the root-like leaves of a salvinia are also metamorphosed leaves.

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root

Like stems, roots grow through an apical meristem called the root tip, and the tip is protected by a group of cells called the root cap. Single-celled root hairs differentiate into the root epidermis, which absorb water and inorganic salts. Roots have a layer of cells (endodermis) that surrounds the stele, and is said to select and discard absorbed substances. The parenchyma cell part between the endodermis and the vascular bundles is called the endothelium, and is a meristem that creates the lateral roots and the cambium of the root. The vascular bundle arrangement is different from that of stems, and is a radial stele in which xylem and phloem are arranged alternately. Roots that grow on stems and leaves other than the taproot are called adventitious roots. Roots may produce buds, but they do not directly produce leaves. Roots support the plant underground and absorb water and nutrients, but many roots have other roles as well. Examples include the storage roots of sweet potatoes, the aerial roots of pandanus, the respiratory roots of mangroves, and the attachment roots of ivy.

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Reproductive Organs

In terms of reproductive organs, seed plants show complex differentiated morphology and produce flowers. Some say that the sporangia of ferns, such as those of club moss, are homologous to flowers, but they are generally not considered flowers. Flowers of seed plants are sexual reproductive organs that produce ovules (the part that corresponds to the prothallus of ferns), and if we trace their origins through the carpels that protect the ovules, the stamens that produce pollen, and the petals and sepals that surround them, we can see them as a metamorphosis of leaves. Flowers of angiosperms have various external forms, such as solitary flowers, flowers that form inflorescences, bilaterally symmetrical flowers, actinosymmetrical flowers, periwinkle flowers, and aperiwinkle flowers, and these are important characteristics that distinguish species. In addition, bisexual flowers, unisexual flowers that lack either stamens or pistils, the position of the ovary, and the number and arrangement of stamens are also characteristics that are used for classification. In addition, the shape of fruits and seeds, and the number and shape of chromosomes found in dividing cells are also useful information for classifying higher plants.

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Physiology

As a rule, plants cannot move like animals, so their lives depend on the environment. To adapt to this environment, plants exhibit unique physiological phenomena. These include photosynthesis, absorption and movement of water and inorganic salts, storage of assimilated products, and metabolism of nitrogen and carbohydrates. Plants complete their life cycle of germination, growth, differentiation, aging, and death while performing these functions. The life cycle of a plant begins with an embryo that grows from a fertilized egg, and differentiates into cotyledons, roots, endosperm, etc. inside the seed. At the seed stage, growth temporarily stops and the plant enters dormancy, and physiological functions such as respiration become inactive. This dormancy is one of the adaptations that plants make to their environment, and can also be seen in tree buds, potato tubers, and tulip bulbs. Germination of a dormant seed begins with the absorption of water, and the root first extends downward. At this time, in addition to moisture conditions, various conditions such as temperature, oxygen, and light also have a large effect. When germination begins, substances contained in the endosperm and cotyledons, which are storage organs, are decomposed and used as an energy source for growth. Growth and differentiation occur almost simultaneously. All cells that can divide have the ability to differentiate, and the differentiation of shoots and roots is determined by the balance of the hormone auxin and adenine derivatives. Normally, roots differentiate when there is a lot of auxin, and buds differentiate when there is a lot of cytokinin. In addition, the differentiation of flower buds is affected by the day length. There are long-day plants (wheat, spinach, radish) that differentiate flower buds when the day length is long, short-day plants (rice, chrysanthemum, morning glory) that differentiate flower buds when the day length is short, and neutral plants (dandelion, tomato, cucumber) that are not affected by day length. Each part of the plant body gradually loses function as it grows, and eventually the growth rate becomes zero. This is called aging, and the time of aging differs for leaves, stems, roots, etc. The reason why each time differs is because each organ influences each other. For example, leaf aging is related not only to the activity of the shoot apical meristem, but also to the presence of roots. In other words, cytokinins produced in the roots are transported to the leaves and act to prevent leaf senescence. In this way, the growth, differentiation, and senescence of plants are regulated by the balance of hormones.

The nutrients necessary for the growth and differentiation of plants are synthesized from inorganic substances. The mechanism by which organic substances are synthesized from inorganic substances is called photosynthesis. Photosynthesis is a physiological process seen only in plants, in which the chloroplasts in the cells split water using light energy, and the resulting hydrogen is combined with carbon dioxide from the atmosphere through an enzymatic reaction to synthesize carbohydrates. These carbohydrates are combined with inorganic salts such as nitrogen and phosphorus in the cells and converted into organic substances contained in protoplasm, such as amino acids and proteins. For this reason, plants require elements such as nitrogen, phosphorus, potassium, magnesium, calcium, and iron in addition to the carbohydrates produced by photosynthesis, and growth will be incomplete if any of these elements are deficient. These inorganic salts are dissolved in water and absorbed in the form of ions by the roots. The mechanism of water absorption in the roots is carried out using the diffusion flow caused by the concentration difference with adjacent cells and respiratory energy. The water absorbed by the roots transpires as water vapor from the stomata of the leaves and the lenticels of the trees. When the water transpires, the diffusion pressure of the cells in the mesophyll tissue of the leaves increases, and the water moves further through the xylem. Inorganic ions dissolved in water are also transported by this transpiration current. Assimilated substances synthesized by plants or stored in the roots and stems also move along with water. Of the assimilated products, carbohydrates mainly pass through the phloem as glucose and sucrose. Furthermore, substances produced in the upper leaves move to the young growing parts of the stem, and all substances in fruit-bearing branches move to these fruits. Substances produced in the leaves at the bottom of the stem are supplied to the roots. Furthermore, organic nitrogen compounds produced by plants become glutamine, asparagine, etc. and move through the xylem on the transpiration current. In the movement of these assimilated substances, those produced in the leaves may be transported in their original state, or they may be broken down again before being transported.

Plants use nutrients produced by photosynthesis as a source of nutrition, which they break down to generate energy for growth and differentiation. Respiration is responsible for this physiological process, and higher plants use aerobic respiration to generate energy efficiently. Aerobic respiration in plants is a physiological process shared by both animals and plants, in which glucose is oxidized and broken down into water and carbon dioxide to produce ATP (adenosine triphosphate). This ATP is used as energy for the growth and differentiation of plants. Various plant hormones play important roles in the physiological mechanisms of plant growth and differentiation. For example, ethylene is a plant hormone that promotes fruit ripening, and it can be said that these have a physiological effect on changes in plant morphology.

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distribution

The habitat of a plant is determined by its species. This is because plants require certain environmental conditions such as light, temperature, and water to grow. The distribution area of a plant is also determined by factors such as topography, geological history, climate change, seed dispersal ability, and differences in nutritional requirements. A plant that is distributed only in a small area is called an endemic species. Of the approximately 4,000 species of plants that grow naturally in Japan, about 300 are endemic, and Japanese cedar is one of Japan's representative endemic species. On the other hand, a plant that is distributed widely around the world is called a widespread species. Among seed plants, there are about 30 widespread species that are distributed over half of the land area of the world. The most widespread plant is the reed, which is distributed all over the world except the Amazon basin in South America. There are two ways to look at the distribution of plants. One is the "floral distribution" based on the composition of the plant's species and the other is the "ecological distribution" that emphasizes the environment in which the plant grows. Floral distribution studies the distribution of plants from a taxonomic and botanical perspective, while ecological distribution seeks to understand distribution from a plant ecological and phytogeographical perspective.

When comparing the distribution of plants around the world by species and genus, it is possible to identify areas where plants have distinctive characteristics. These are called flora regions, and the world can be divided into six major regions. These flora regions are more influenced by geological history than by ecological climatic conditions. For example, even though they are both tropical rainforests, the components of the flora in New Guinea and the Amazon basin in South America are significantly different, so they are treated as different flora regions. We will discuss flora regions below.

(1) Holarctic (Holarctic Kingdom): Includes most of the Northern Hemisphere except the tropics. Representative species include pines, willows, chestnuts, cherry trees, maples, and lilies. The Holarctic is further divided into regions based on climate and species, and Japan belongs to the Sino-Japanese Kingdom, which stretches from southern China to the Himalayas.

(2) Paleotropical (Paleotropical Kingdom): Includes the tropical regions of the Old World and the South Pacific region around Hawaii. Representative species include pepper, dipterocarp, pandanus, banana, and palm.

(3) Neotropical (Neotropical Kingdom): The entire New World south of Mexico, excluding Patagonia. Representative species include cacti, water lilies, pineapples, cannas, and agaves.

(4) Australian Province (Australian Kingdom): This region includes Australia and Tasmania. Representative species include acacia, eucalyptus, banksia, etc.

(5) The Cape Kingdom: This is a very small area at the southern tip of Africa, but it has a characteristic flora that is different from other parts of the African continent. Representative species include heather, aloe, and daisy.

(6) Antarctic (Holananthic) Kingdom: This kingdom includes the southern tip of South America, islands in the southern temperate Pacific and southern Indian Oceans, New Zealand, and Antarctica. Its representative species is the Antarctic carp.

Ecologically, these six plant kingdoms are sometimes further grouped into three: (1) is simply called the "Holarctic Kingdom Group," (2) and (3) are combined into the "Tropical Kingdom Group," and (4) to (6) are combined into the "Holanctic Kingdom Group."

There is no consensus yet on the division of Japan's flora. This is because Japan's flora is rich in variety, and because various factors, both geological and distributional, overlap to present a complex appearance. Also, from the perspective of ecological and climatic distribution, Japan is a mountainous country, and the horizontal distribution of plants due to differences in latitude and the vertical distribution of plants due to differences in altitude above sea level are intertwined, which is another reason that makes classification difficult. For this reason, here we will only present ecological divisions based on species whose distribution areas coincide with the climatic vegetation.

(1) Quercus phillyraeoides group: They are found in warm temperate climates, including Kyushu, Shikoku, and parts of the Kii Peninsula, as well as Okinawa, which also has subtropical elements. Representative species include Castanopsis sieboldii, Machilus thunbergii, and Chamaecyparis obtusifolia.

(2) Chestnut communities are found in areas including lowlands and low mountain zones from Kyushu to the Kanto region. Representative species include chestnut, hemlock, pine, oak, sawtooth oak, and hornbeam species, and are found intermediate between evergreen forests in warm temperate regions and beech forests in cool temperate regions.

(3) Beech Group This group is found in the mountainous areas of central Japan and in the Tohoku region, and is the most distinctive of Japan's flora. Most of the endemic species in Japan are found in this group. Representative species include beech, oak, maple, ash, Japanese elm, and linden, while endemic species include Japanese yarrow, katsura, Japanese prunus tschonoskii, magnolia kobushi, and glauconae.

(4) Abies sachalinensis group It is found in the subalpine zone from central Japan northwards and in Hokkaido, forming a subalpine coniferous forest zone. It belongs to the lower part of the cold zone in terms of climate. Representative species include poplar, Chouweed, Erman's birch, boxwood, Japanese hawthorn, swallowtail tree, mountain rowan, and Japanese yew.

(5) Pumila Group These are found in the alpine zones of central Japan and Hokkaido, and belong to the cold zone. In addition to shrubs such as dwarf pine, black crowberry, and cowberry, they are home to anemone, lupin, black lily, hawkweed, dicentra, and hawkweed, which fill the alpine flower fields.

In any case, the distribution of such plants involves the issue of species differentiation, so there is much to look forward to in the results of future genera and species studies.

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Plants and humans

Humans' history of plant use is a long history. Humans have continued to use plants to maintain their lives since before the history of history, and they continue to this day. Even today, the use of useful plants is widely spread in various fields, and the dependence of food is particularly high. The development of chemical synthesis technology has reduced the dependence on plants in human life, but even so, the importance of plants has not been lost. In the early years of human history, food was obtained through gathering and hunting, but as soon as housing was built on a set land and using fire began to live with fire, humans learned that buds would grow and produce fruit from the nuts and seeds they collected. Eventually, seeds were sown near their residences and expected to sprout naturally. This is the beginning of cultivation. The characteristic of early cultivation plants is that one thing was used for a variety of purposes.

For example, the persimmon, an annual plant of the mulberry family, is native to Central Asia, and was cultivated in Persia in 2000 BC, and is considered a fibre plant, medicinal plant, and spicy plant, and has been able to obtain high-quality oils from its roots. In China, the fruits of the mulberry wild around the house are used for food, the leaves are used for silkworms, for fine choy, and for yellow dyes from the roots. Coconut palms, which are widely distributed on tropical coasts, are also used for a variety of purposes. Coconut milk, extracted from seeds, is considered to be a nutrient-rich drink, and oil is removed from the part of the endosperm called "copla", and the fiber part of the flesh is used for ropes and mats. Palm sugar and palm liquor are also produced from the sap obtained by roofing with coconut palm leaves and cutting the shaft of the inflorescence before flowering. Plants that were used for a multipurpose purpose were initially used for food, and then gradually became more and more used.

Wheat is the oldest cultivated plant in the Eurasian continent along with rice, and carbonized wheat from around 7,000 BC has been found in eastern Iraq. Rice and wheat are currently cultivated everywhere except Antarctica. Corn and potatoes are also typical cultivated plants native to the Americas. The oldest wild corn strains have been found in Mexico ruins from 5,000 BC. Both plants have spread all over the world since the 15th century, and are now widely cultivated for food and food. In addition, beans are generally rich in protein, have low water content in their seeds, and are stored, making them important food crops. The cultivated beans are mainly from the temperate year olds.

Plants are also used for medicinal purposes, but their history is long. Medicinal plants contain toxic ingredients such as alkaloids and glycosides, but humans have made effective use of their toxicity in the treatment of diseases. In ancient Egypt, the anesthetic properties of opium obtained from poppies are already known, and they were used as a drug to relieve pain. In addition, the acorns used as an arrow poison by the Ainu as a bear hunting is extremely toxic, but in ancient China, they knew that using small amounts can be effective as a neuralgia drug, cardiac intact and antihypertensive agent. The steroid-based substances currently used in many medical treatments are used in treatments for rheumatoid arthritis and as a synthetic female hormone, but recently it has become possible to obtain large amounts of them from plants in the genus Yamano-Imophyte and Agave family.

になったんです。 English: The first thing you can do In addition, plants are used in a variety of fields, such as dyes, beverages, and preferences, and give human life a material richness. Recently, gas components generated from forest trees have been attracting attention as they help maintain health.

[Kanai Hiroo]

"Aimi Reizo, Asahina Shojiro and others, "The Great Series of Contemporary Biology" (14 volumes) (1985, Nakayama Shoten)" ▽ "Inoue Hiroshi, "Introductory Lecture on Botany" (1980, Kashima Shoten)" ▽ "Ono Tomoo, "Basic Botany" (1954, Shokabo)" ▽ "Yamagishi Takao, "Fundamentals of Plant Phylogenetic Classification" (1974, Kitatakakan)" ▽ "Satake Yoshisuke, "Plant Classification, Basics and Methods" (1964, Daiichi Hokuriku)" ▽ "Inoue Hiroshi, "Plant Phylogenetic Evolution" (1974, Tsukiji Shoten)" ▽ "Tateoka Ao, "Species Differentiation and Classification of Plants" (1983, Yokendo)" ▽ "Kono Shoichi, "Plant Evolutionary Biology II: Species Differentiation and Adaptation" (1974, Sanseido)" ▽ "Hara Yoshitaka, "Model of Plants" (1984, Shokabo)" ▽ "Kumazawa Masao, "Plant Organisms" (1979, Shokabo)" ▽ "Numata Makoto, "Observation and Research on Plant Ecology" (1978, Tokai University Press)" ▽ "Numata Makoto, "Ecological Dictionary" (1976, Tokyodo Publishing)" ▽ "Introduction to Plant Physiology" (1980, Baifukan)" ▽ "Shimizu Saki, "Plant Physiology" (1980, Shokabo)" ▽ "Asahi Encyclopedia: Plants of the World" (1978) compiled and published by Asahi Shimbun Publishing

Diagram of vascular bundle structure
©Shogakukan ">

Diagram of vascular bundle structure

Leaf tissue and gas exchange
©Takashi Aoki

Leaf tissue and gas exchange

Leaf structure
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Leaf structure

Leaf morphology
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Leaf morphology

Dicotyledonous root (cross section)
© Satoshi Shimazoe

Dicotyledonous root (cross section)

Flower morphology (fern and gymnosperm)
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Flower morphology (fern and gymnosperm)

Names of the parts of angiosperm flowers
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Names of the parts of angiosperm flowers

Corolla
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Corolla

Corolla
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Corolla

Plant territories of the world
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Plant territories of the world

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

地球上の生物は動物、植物、菌類に大別されるが、植物とは、細胞壁を有し、独立栄養で光合成を行うことができる生物をいう。動物は細胞壁をもたず、従属栄養で栄養源は植物に依存しているし、菌類は細胞壁をもつが、もっぱら動植物に寄生し、生活のすべてをこれらの生物に依存している。このようにみると、植物は生物の栄養源として重要な役割を果たしているということができる。

［金井弘夫］

植物の特徴

植物の特徴は、細胞膜の外に細胞壁を生じることのほかに、無機物からエネルギー源となる有機物を合成する能力をもつことである。細胞壁は体制の簡単な植物体の保護に役だち、乾燥から守り、とくに陸上植物では植物体を支えるために働いている。陸上植物の細胞壁はおもに多糖類のセルロースであるが、藻類ではマンナン、グルカン、アルギニン酸、寒天質などの細胞壁をもち、セルロースを欠くものもある。光合成においては、植物細胞の原形質に含まれる色素体が重要な役割を果たしている。この色素体には、子葉や貯蔵器官にあって貯蔵デンプンをもつアミロプラスト、トマトの果実やニンジンの根に含まれる橙(とう)色の有色体、ダイコンにあるクロロフィルを欠く白色体、緑の葉にあるクロロフィルをもつ葉緑体などがある。葉緑体の微細構造は種子植物、コケ植物、藻類でそれぞれ特徴があり、高等植物の葉緑体はラメラとグラナの分化が著しい。植物の細胞には、原形質とははっきりと仕切られた液胞がある。液胞はとくに成熟した細胞にあり、若い細胞や老化したものにはみられない。液胞の中の細胞液には無機イオン、多糖類、タンパク質、アミノ酸、さらに有毒植物の場合には毒の本体となるアルカロイドや配糖体が含まれる。植物の成長は、古い細胞に新しく分裂した細胞が積み重なることによるもので、胚(はい)から生じた幼植物でも、すでに細胞分裂が行われる部分は限定されている。細胞分裂を盛んに行うのはおもに茎や根の先端にある成長点、茎の維管束にある維管束形成層、樹皮の内側にあるコルク形成層などである。このような成長点や二次分裂組織が活動を続ける限り、植物は無限に成長し続ける。この点で植物は動物と大きく異なっている。

［金井弘夫］

分類

植物の分類が学問的体系を整えたのは18世紀のリンネの時代からである。リンネは、植物の生殖器官の特徴、とくに雄しべの数によって種子植物の分類を試みたが、これは人為的な分類法であった。19世紀になってダーウィンの進化論が発表されると、系統の概念に基づいて、単一の形質だけでなく、生活型、形態、遺伝、生態などの特徴を多面的、総合的にとらえた系統分類が行われるようになった。現在、日本では高等植物の分類体系はドイツのエングラーによるものが広く用いられているが、ほかにイギリスのハッチンソンJ. Hutchinson、アメリカのベッシーC. E. Bessey、クロンキストA. Cronquist、ソ連のタクタジャンА．Л．Тахтажян／A.L.Tahtazhyanらの分類体系も参考にされている。藻類の分類体系に貢献したのはパシャーA. Pascherである。

　高等植物の分類の基準となる形質は生殖器官、すなわち花であるが、下等植物のうち、とくに藻類の分類では、生殖細胞の鞭毛(べんもう)の構造、細胞壁の主要構成成分、同化色素、同化貯蔵物質などが重要な分類形質となる。以下に植物の分類を示す。

(1)第1門　藍藻(らんそう)植物門Cyanophyta　原核植物で、核物質は核膜に囲まれないで存在する。有性生殖を行わず、分裂で無性的に増殖する。単細胞体、糸状体などの体制をもつ。細胞壁はおもにムコペプチドからなる。同化色素はクロロフィルaのほかにタンパク色素のフィコビリンを含み、これが藻体を藍(あい)色にみせている。同化産物はグリコーゲンである。藍藻粒、油脂などを貯蔵物質とする。水生のものが多いが、地衣類と共生するものもある。現在わかっている種はユレモ、ネンジュモ、スイゼンジノリなど約1400種である。

(2)第2門　紅色(こうしょく)植物門Rhodophyta　体制は多細胞の糸状、紐(ひも)状、葉状を示す。細胞壁はセルロースのほかにマンナン、キシランもわずかに含む。同化色素はクロロフィルaとdのほかにフィコシアニンなどの紅色色素も含むので赤くみえる。同化産物は紅藻デンプンである。生殖細胞は鞭毛をもたないので、他の鞭毛をもつものより原始的段階にあるとみられる。多くは海産で、テングサ、アサクサノリ、カワモズクなど約4000種が記録されている。

(3)第3門　黄色(おうしょく)植物門Xanthophyta　不動性の単細胞、群体、糸状体などの形態をもつ。鞭毛は1本、2本、3本とさまざまである。同化色素はクロロフィルa、c、eのほかキサントフィル。同化産物は炭水化物の一種クリソラミナランなどである。細胞壁はセルロースで二重になるものが多い。ヒカリモ、ケイソウ、フウセンモなど約1万種が記録されている。

(4)第4門　橙色(とうしょく)植物門Pyrrophyta　単細胞で、運動性のものは不等長の鞭毛をもつ。無性的に二分裂法により増殖する。同化色素はクロロフィルaとc、カロチン、キサントフィルを含み、黄色を帯びる。同化産物はデンプン、油脂などである。海水に多く、異常増殖により赤潮現象をおこす。ヤコウチュウ、ムシモ、ツノモなど約1000種が知られている。

(5)第5門　褐色植物門Phaeophyta　多くは肉眼でわかる大きさの藻類で、見かけは根、茎、葉に分化するものがある。細胞壁はセルロースである。同化色素はクロロフィルaとc、フコキサンチン、カロチンである。貯蔵物質はラミナラン、油脂、マンニトールなどである。有性世代と無性世代の交代がはっきりしている生殖法を行う。海産種がほとんどで、とくに寒海域に分布するものに食用とされるものが多い。コンブ、ワカメ、ホンダワラなど約1500種が現生する。

(6)第6門　ミドリムシ植物門Euglenophyta　単細胞体で鞭毛をもつ。同化色素はクロロフィルaとb、カロチン、キサントフィルを含む。体の先端に光を感じる眼点がある。細胞壁をもたず、運動性があることなどは動物的である。二分裂法による無性生殖が知られている。有機物の多いたまり水に繁殖すると、全体が緑色となる「水の華(はな)」とよばれる現象をおこす。ミドリムシ、コラシウムなど約400種が知られている。

(7)第7門　緑藻(りょくそう)植物門Chlorophyta　藻体はさまざまな形をとり、単細胞のものから、仮根のようなもので着生する糸状体、葉状体などがある。多くは淡水産で、ときには陸上の岩石、土壌、樹皮上にも生育する。同化色素はクロロフィルaとb、カロチン、キサントフィルで、デンプンを貯蔵する。生殖法は有性世代と無性世代を交代するものが多い。葉緑体の構造、同化産物、細胞壁の主要構成成分などは陸上植物との類縁を示す。アオミドロ、ボルボックス、カワノリなど約5000種がある。

(8)第8門　車軸藻(しゃじくも)植物門Charophyta　外形はスギナに似て、肉眼で見える大きさの藻類である。葉緑体、同化産物など多くの点で緑藻植物に似るが、栄養体の成長法、生殖器官の構造は異なる。細胞壁はセルロースで、外層はクチクラからなり、さらに外には石灰質が沈着するので固く、化石として残りやすい。同化色素はクロロフィルaとb、カロチン、キサントフィルで、デンプンを貯蔵する。生殖は卵と精子による有性生殖を行う。造卵器は多細胞である。淡水産で、シャジクモ、シラタマモ、フラスモなど約200種ある。

(9)第9門　コケ植物門Bryophyta　蘚類(せんるい)と苔類(たいるい)に分けられる。蘚類は単相の配偶体をもち、茎、葉の分化がみられ、根は仮根で高等植物の根毛状である。ときには通道組織として道束をもつ。複相の胞子体は小形で光合成能力もほとんどなく、栄養は有性世代に寄生的に依存する。一方、苔類では背腹性のある配偶体は葉状を呈し、茎と葉の分化はない。葉緑体は小形でピレノイドをもたない点でも蘚類とは異なる。コケ植物は、緑藻植物とシダ植物などの陸上植物との中間的形質を示す植物である。蘚類にはミズゴケ、スギゴケなど、苔類にはゼニゴケ、ツノゴケなどがあり、その数は2万種を超えている。

(10)第10門　シダ植物門Pteridophyta　陸上植物のうち、維管束をもつが種子の形成をみない段階の植物をいう。まれに水中に生育するものがある。古生代初期のころから陸上性のシダ植物の化石が発見されており、陸上植物の祖先的存在とみられる。日常見慣れているシダは複相の胞子体で、シダの生活史の大部分はこの胞子体で営まれている。胞子体は茎、葉、根が分化するが、根は不定根で、なかには退化したものもある。茎には木部と篩部(しぶ)をもつ維管束が発達し、普通の木部には仮道管がある。シダ植物の葉には大葉と小葉、輪葉のタイプがある。大葉は種子植物でもみられるもので、葉へ入る維管束が茎の中心柱から分かれるときに葉隙(ようげき)を生じる。ヒカゲノカズラなどにみられる小葉では、葉へ入る維管束は茎に葉隙を残さない。スギナやトクサにみられる輪葉は、節(せつ)に輪生する葉へそれぞれ1本の葉跡が茎の中心柱に向けて葉隙を残さずに入る。シダ植物の配偶体は、胞子が発芽して生ずる前葉体で、単相である。小さくて寿命の短い前葉体には多細胞の造卵器と造精器を生じる。精子には鞭毛がある。大葉をもつシダ植物は正月の飾りにされるウラジロ、食用にされるワラビなどがある。約1万種が知られている。

(11)第11門　種子植物Spermatophyta　種子をつくる維管束植物である。複相の胞子体がよく発達し、茎、葉、根が分化する。茎は維管束形成層による二次成長を行う。葉は形態的に多様で、単葉、複葉、ときには刺(とげ)や巻きひげにも変態する。根の先端には単細胞の根毛が発達し、吸収器官として効率のよい形態をとる。花はそれ自体、まとまった生殖器官を形成している。裸子植物の花は花被(かひ)がなく、鱗片(りんぺん)上に胚珠が裸出している。被子植物には目だった花被があり、多くは花弁と萼(がく)に区別できる。胚珠は子房に包まれる。裸子植物と被子植物は多くの点で異なるため、それぞれ被子植物亜門、裸子植物亜門に区別される。現生種でみると、裸子植物亜門は約800種、被子植物亜門は20万～30万種とされる。被子植物は、現在、陸上でもっとも優勢な植物群といえる。

［金井弘夫］

形態

植物には単細胞体、多細胞体の両様があるが、多細胞体でも、その体制は動物に比べて簡単で、組織の分化も単純である。植物体では栄養器官と生殖器官を区別することができる。ミドリムシのような単細胞体や、ユレモなどの下等な多細胞体の植物では、生殖器官も単細胞で、とくに分化がみられない。このような植物では1個の細胞内によく発達した小器官が認められ、これが養分の同化、分泌、貯蔵などに働いている。これら植物の光合成色素体の微細構造は分類群の特徴となっている。一方、高等植物、とりわけ陸上植物では、それぞれ器官や組織が分化している。

［金井弘夫］

栄養器官

栄養器官は、地上部に伸びる茎、光合成を行う葉、養分を吸収し植物体を支える根からなっている。茎は頂端部で盛んに細胞分裂を行い、そこに葉を側生する。茎の内部構造では、木部と篩部からなる維管束、およびその内側中心部に髄、外側を囲む皮層と表皮が認められる。種子植物の維管束には形成層があり、二次的に肥大成長するものが多い。しかし、シダ植物にはこのような維管束形成層はないし、コケ植物では維管束のかわりに、茎の中心に伸長した細胞群からなる道束が認められる。茎から生じる枝は葉腋(ようえき)にできる芽の伸びたものであるが、ときには茎ではなく、直接根（サツマイモ）や葉（コモチマンネングサ）から生じる不定芽もある。コケ植物やシダ植物では枝は葉腋から分枝しないで、茎の頂端分裂組織で二又分枝するのが普通である。茎は地上部を支え、物質の運搬、貯蔵を行うが、ときには本来の形態と著しく違う形を示すことがある。ジャガイモの根茎、タマネギの鱗茎、ワラビの地下茎、ブドウの巻きひげ、ナギイカダの葉などは、いずれも茎の変態したものである。

［金井弘夫］

葉

葉は茎頂近くから発生する。葉の原基が生じると周縁分裂組織の活動や介在成長によって平面的な葉がつくられる。葉の表面には気孔が分布し、ここでは二酸化炭素や水蒸気などのガス交換が行われる。表皮の内側をつくる葉肉は、葉緑体を含む柵(さく)状組織と細胞間隙の多い海綿状組織に分化しており、光合成の場となっている。維管束は茎から連続して葉に入り、水分や養分の運搬を行う。葉の外形は葉身、葉柄、托葉(たくよう)などの部分に区別されるが、葉柄や托葉がなく、かわりに葉鞘(ようしょう)となることもある。葉身は縁に鋸歯(きょし)をもつもの、小葉に分かれて複葉となるもの、ネギのように円筒状をした単面葉のもの、ハスのような楯(じゅん)状葉など、さまざまな外形がある。子葉は胚につくられる最初の葉で、普通葉と異なる形態を示し、冬芽を包む鱗片葉、花芽を覆う包葉などとともに異形葉とよばれる。花を構成する各部分は雄しべ、雌しべを含めてすべて葉の変態である。サボテンの針葉、ウツボカズラの嚢(のう)状葉、サンショウモの根状葉なども葉の変態したものである。

［金井弘夫］

根

根は茎と同様に根端とよばれる頂端分裂組織によって伸長し、先端部は根冠とよばれる細胞群で保護されている。根の表皮には単細胞の根毛が分化し、水や無機塩類の吸収を行う。根には中心柱を囲む1層の細胞層（内皮）があり、吸収した物質の取捨選択を行うとされる。内皮と維管束の間の柔細胞の部分を内鞘といい、側根や根の形成層をつくる分裂組織である。維管束配列は茎とは異なり、木部と篩部が交互に並ぶ放射中心柱である。主根以外の茎や葉に生ずる根を不定根という。根から芽を生じることはあるが、直接葉を生じることはない。根は地中で植物体を支え、水や養分を吸収する役割をもつが、それ以外の役割をもつものも多い。サツマイモの貯蔵根、タコノキの気根、ヒルギの呼吸根、キヅタの付着根などがその例といえる。

［金井弘夫］

生殖器官

生殖器官をみると、種子植物では複雑に分化した形態を示し、花をつくる。シダ植物におけるヒカゲノカズラなどの胞子嚢は花と相同するという意見もあるが、一般にはこれを花とはみていない。種子植物の花は、胚珠（シダ植物の前葉体に相当する部分）を生じる有性生殖器官であり、胚珠を保護する心皮、花粉を生じる雄しべ、これらを覆い囲んでいる花弁や萼などによってその祖先をたどると、葉の変態としてとらえることができる。被子植物の花には単生花、花序をつくる花、左右相称花、放射相称花、有花被花、無花被花などさまざまな外部形態をもつものがあり、これは種を区別する重要な特徴である。また、両性花、雄しべか雌しべのいずれかを欠く単性花、子房の位置、雄しべの数と配列なども、分類するうえでの特徴となっている。このほか、果実、種子の形、分裂細胞にみられる染色体の数や形なども、高等植物の分類においては役だつ資料となる。

［金井弘夫］

生理

植物は原則として動物のように移動できないため、生活は環境に依存することになる。この環境に適応するということから、植物には特有の生理現象がみられる。光合成、水や無機塩の吸収と移動、同化産物の貯蔵、窒素や炭水化物の代謝などがそれであり、植物はこれらの作用を行いつつ発芽、成長、分化、老化、死という生活環を完結している。植物の生活環の始まりは受精卵から成長した胚であり、種子の中で子葉、幼根、胚乳などを分化する。種子の段階では、成長は一時的に停止して休眠に入り、呼吸などの生理作用も不活発になる。この休眠は植物の環境に対する適応の一つで、樹木の芽、ジャガイモの塊茎、チューリップの鱗茎などでもみられる。休眠中の種子の発芽は吸水に始まり、まず幼根を下方へ伸ばす。このとき、水分条件のほかに温度、酸素、光などの諸条件の影響も大きい。発芽が始まると、貯蔵器官である胚乳、子葉に含まれる物質が分解され、成長のエネルギー源とされる。成長と分化はほとんど同時に行われる。分裂能力をもつ細胞はすべて分化する能力をもっており、芽と根の分化はホルモンのオーキシンとアデニン誘導体のバランスによって決められる。普通、オーキシンが多いと根が分化し、サイトカイニンが多いと芽が分化する。また、花芽の分化は日長の影響を受ける。植物には、日長が長くなると花芽を分化する長日植物（コムギ、ホウレンソウ、ダイコン）、日長が短くなると花芽を分化する短日植物（イネ、キク、アサガオ）のほか、日長に関係がない中性植物（タンポポ、トマト、キュウリ）などがある。植物体の各部分は成長とともにしだいに機能が低下し、やがて成長速度がゼロになる。これを老化といい、老化の時期は葉、茎、根などで異なっている。それぞれの時期が異なるのは、各器官が互いに影響しあうためである。たとえば、葉の老化は茎頂分裂組織の活性だけでなく、根の存在も関係している。つまり、根で生産されたサイトカイニンは葉へ運ばれ、葉の老化を防ぐ働きをするわけである。このように植物の成長、分化、老化はホルモンのバランスによって調節されている。

　植物の成長、分化に必要な養分は無機物から合成される。この無機物から有機物を合成する仕組みを光合成という。光合成は植物だけにみられる生理作用で、細胞内の葉緑体は光エネルギーによって水を分解し、生じた水素と大気中の二酸化炭素を酵素反応で結合させて炭水化物を合成する。この炭水化物と窒素、リンなどの無機塩類は細胞内で結合されて、アミノ酸、タンパク質など、原形質に含まれる有機物に変えられる。このため、植物は光合成で生産された炭水化物以外にも窒素、リン、カリウム、マグネシウム、カルシウム、鉄などの元素を必要とし、これらの一部が不足しても成長は不完全となる。これらの無機塩類は、水に溶けた状態で根からイオンの形で吸収される。根における吸水の機構は、隣接する細胞との濃度差がおこす拡散流と呼吸エネルギーを使って行われる。根から吸収された水は、葉の気孔や木の皮目(ひもく)から水蒸気として蒸散する。水が蒸散すると、葉の葉肉組織の細胞の拡散圧が高まり、水はさらに道管を通じて移動していく。水に溶けた無機イオンもこの蒸散流によって運ばれる。植物が合成したり、根や茎に貯蔵した同化物質も水などとともに移動する。同化産物のうち、炭水化物はブドウ糖、ショ糖としておもに篩管を通る。また、上方の葉で生成された物質は茎の若い成長部へ、果実をつけた枝の物質はすべてこの果実へ移動する。根へは茎の下部の葉で生産された物質が供給される。さらに植物が生成した有機窒素化合物は、グルタミン、アスパラギンなどとなって道管を蒸散流にのって移動する。この同化物質の移動においては、葉で生産されたものがそのままの状態で運ばれる場合と、ふたたび分解されて運ばれる場合とがある。

　植物は光合成によって生産された養分を栄養源とし、これを分解して成長、分化のエネルギーとする。この生理作用をつかさどるのが呼吸であり、高等植物の行う効率的エネルギー生成は酸素呼吸である。植物の酸素呼吸は動物と共通の生理作用で、ブドウ糖を酸化して水と二酸化炭素に分解してATP（アデノシン三リン酸）を生産する。このATPは植物の成長、分化にエネルギーとして利用される。植物の成長、分化の生理機構のなかでは、さまざまな植物ホルモンが重要な役割を果たしている。たとえば、果実の成熟を促す植物ホルモンとしてエチレンなどがあるが、これらは植物形態の変化に生理的な影響を与えているといえる。

［金井弘夫］

分布

植物の生育場所は種属によって決まっている。これは、植物の生育が、光、温度、水などの環境条件を必要とするためである。また、地形、地史、気候の変動、種子散布能力、栄養要求の差などによっても自生する植物の分布域が決まってくる。狭い地域にのみ分布する植物を固有種という。日本で約4000種の自生する植物のうち、約300種が固有種であり、スギは日本の代表的固有種の一つである。一方、広く世界中に分布している植物を広布種という。種子植物のうち、世界の陸地面積の半分にわたって広く分布する広布種は約30種である。もっとも広く分布する植物にアシがあり、南アメリカのアマゾン流域を除く世界各地に分布する。植物の分布の見方には二つの方法がある。一つは植物の種属の構成に基づく「フロラ分布」で、他の一つは植物の生育環境を重視した「生態分布」である。フロラ分布は植物分類学的、植物誌的に植物の分布を研究し、生態分布は植物生態的、植物地理的に分布を理解しようとするものである。

　世界各地の植物の分布を種属ごとに比較すると、特色ある植物の分布域が認められる。これを植物区系といい、世界各地を大きく6区域に区分することができる。このような植物区系は生態的な気候条件よりもその地史に影響されるところが大きい。たとえば、同じ熱帯降雨林であっても、ニューギニア島と南アメリカのアマゾン流域ではフロラの構成要素が著しく異なるので、別の植物区系として扱われている。以下、植物区系について触れる。

(1)全北区系（全北区系界）　熱帯を除く北半球の大部分を含む。代表種にはマツ、ヤナギ、クリ、サクラ、カエデ、ユリがある。全北区系は気候や構成種によってさらに細分化され、日本は中国南部からヒマラヤまでつながる日華区系区に属する。

(2)旧熱帯区系（旧熱帯区系界）　旧大陸の熱帯、ハワイ付近の南太平洋地域を含む。代表種はコショウ、フタバガキ、タコノキ、バナナ、ヤシである。

(3)新熱帯区系（新熱帯区系界）　メキシコ以南の新大陸全域。ただしパタゴニア地域は除く。代表種はサボテン、オオオニバス、パイナップル、カンナ、リュウゼツランなどである。

(4)オーストラリア区系（オーストラリア区系界）　オーストラリアとタスマニア島を含む地域である。代表種はアカシア、ユーカリ、バンクシアなどである。

(5)ケープ区系（ケープ区系界）　アフリカの南端のごく狭い範囲だが、アフリカ大陸の他の地域とは異なる特徴的フロラをもつ。代表種はエリカ、アロエ、マツバギクなどである。

(6)南極区系（全南区系界）　南アメリカ大陸の南端、南温帯太平洋や南インド洋の島、ニュージーランド、南極大陸を含む地域である。代表種はナンキョクブナである。

　なお、生態学的にはこの六つの植物区系を、さらに三つの群にまとめることもある。すなわち、(1)をそのまま「全北区系界群」、(2)と(3)をまとめて「熱帯区系界群」、(4)～(6)をまとめて「全南区系界群」とする方法である。

　日本の植物区系の区分については、まだ定説がない。その理由としては、日本の植物相が変化に富み、地史的にも分布のうえからも、さまざまな要素が重なって複雑な様相を示すことがあげられる。また生態的、気候的な分布のうえからみても、日本は山国であり、緯度の違いによる水平的植物分布と海抜高度の違いによる垂直的植物分布が入り組んでいることも分類を困難にしている理由の一つである。このため、ここでは、気候的植生と一致する分布域を示す種類を基準とした生態的区分を示すにとどめる。

(1)ウバメガシ群団　暖温帯に属する気候に分布し、九州、四国、紀伊半島の一部から亜熱帯の要素も加わる沖縄まで含まれる。代表種としてはスダジイ、タブノキ、シイノキがある。

(2)クリ群団　九州から関東地方にかけての低地、低山帯を含む地域に分布し、代表種としてはクリ、ツガ、マツ、コナラ、クヌギ、シデ類などの暖帯落葉樹が多く、温暖地の常緑樹林と冷温地のブナ林の中間にみられるものである。

(3)ブナ群団　日本中部の山岳地帯、東北地方に分布域をもち、日本の植物相のなかでも、もっとも特徴的なものである。日本に分布する固有種の大部分はこの地域に含まれる。代表種はブナ、ミズナラ、カエデ、トネリコ、ハルニレ、シナノキなどであり、固有種ではヤマグルマ、カツラ、フサザクラ、コブシ、シラネアオイなどがある。

(4)トドマツ群団　日本中部以北の亜高山帯、北海道に分布域をもち、亜高山針葉樹林帯をつくる。気候的には寒帯下部に属する。代表種にはドロノキ、ケショウヤナギ、ダケカンバ、ツルツゲ、オガラバナ、ツバメオモト、タカネナナカマド、ジンヨウイチヤクソウなどがある。

(5)ハイマツ群団　日本中部の高山帯と北海道の高山帯にみられ、寒帯に属する。ハイマツ、ガンコウラン、コケモモなどの低木のほかに、高山のお花畑を埋めるハクサンイチゲ、シナノキンバイ、クロユリ、コバイケイソウ、コマクサ、チョウノスケソウなどが生育している。

　いずれにしても、このような植物の分布については、種の分化の問題を含んでいるため、今後の種属誌的研究の成果に期待する面が多い。

［金井弘夫］

植物と人間

人類の植物利用の歴史は古い。人間は有史以前からその生活を維持していくために植物を利用し続けて今日に至っている。現在でも有用植物の利用は広く各方面に及んでおり、とくに食用としての依存度は大きい。化学合成技術の発達は、人間生活における植物への依存度を軽減したが、それでもなお、植物の重要性は失われていない。人間の歴史の初期のころは、食糧を採集と狩猟によって得ていたが、やがて定まった土地に住居をつくり、火を用いる生活が行われるようになると、人間は採集した木の実や種子の食べ残しなどから、芽が伸び、実がなることを知った。やがて住居近くに種子を播(ま)いて、自然に芽が出るのを期待するようになる。これが栽培の始まりである。初期の栽培植物の特徴は、一つのものが多目的に利用されたということである。

　たとえば、クワ科の一年草であるアサは、中央アジア原産で、ペルシアでは紀元前2000年には栽培されており、繊維植物、薬用植物、香辛植物とされ、良質の油もこれから得ていた。また、中国では、家の周りに野生するクワの果実は食用に、葉はカイコの餌(えさ)に、材は細工用に、また根からは黄色染料をというように多目的に利用してきた。熱帯地方の海岸に広く分布するココヤシも多目的に利用されるものの一つである。種子からとれるココナッツミルクは養分に富んだ飲み物とされるほか、胚乳の「コプラ」とよばれる部分から油をとり、果肉の繊維部分はロープ、マットなどに使われる。また、ココヤシの葉で屋根を葺(ふ)き、開花前の花序の軸を切って得られる樹液からやし糖、やし酒もつくられる。このように多目的に利用される植物も、初めは食用としての利用がなされ、その後しだいに多くの利用法がくふうされたわけである。

　コムギはイネとともにユーラシア大陸の栽培植物としてはもっとも古いものであり、イラク東部からは前7000年ころの炭化したコムギがみつかっている。現在、イネやコムギは南極大陸以外のあらゆる所で栽培されている。また、トウモロコシとジャガイモはアメリカ大陸原産の代表的な栽培植物である。前5000年のメキシコ遺跡からは、もっとも古いトウモロコシの野生株がみつかっている。両植物は15世紀以降、世界各地に広まり、現在は食用、飼料として広く栽培されている。このほか、マメ類は一般にタンパク質に富み、種子の水分含量が少なく貯蔵性があることから、重要な食用作物となっている。栽培されるマメ類は、おもに温暖帯性の一年生のものである。

　植物は薬用としても利用されるが、その歴史は古い。薬用植物にはアルカロイド、配糖体などの有毒成分を含むものが多いが、人間はその毒性を病気の治療に有効に活用してきた。古代エジプトにおいては、すでにケシから得られるアヘンの麻酔性が知られており、苦痛を和らげる薬として、これを利用していた。また、アイヌが「熊(くま)狩り」に矢毒として用いたトリカブトは猛毒をもつが、古代中国では、少量を用いれば神経痛の薬、強心剤、血圧降下剤として効果があることを知っていた。現在多くの医学的治療に用いられているステロイド系物質のコーチゾンは、リウマチ性関節炎の治療や、合成女性ホルモンとして避妊用ピルに用いられるが、最近ではヤマノイモ属やリュウゼツラン科の植物から大量に得ることが可能となった。

　さらに植物は、工業用に盛んに利用されている。木材は建材、装飾具、器具などに多用されている。木材を酸欠状態でゆっくりと炭化させたのが木炭である。材を砕いて加熱し、これによって生じる蒸気を集めるとメタン、水素ガス、メチルアルコール（木精）、酢酸などが得られるが、これは木材を構成する多糖類のセルロースが分解するためである。松柏(しょうはく)類の材には松脂(まつやに)を含むが、これを蒸留するとテレビン油が得られる。野球の投手が滑り止めに用いるロジンはこの蒸留で残った成分である。これら木材の細片は木材パルプとして紙をつくるが、さらにこれを化学処理するとレーヨンやプラスチックとなる。木材パルプのセルロースから生産されるプラスチックをセルロイドという。セルロイドは燃えやすい欠点があるため、最近ではさらに化学処理を加えて不燃性のセルロースアセテートとし、写真フィルムなどに用いられている。人造皮革も植物からつくられる。これは、木材セルロースの硝酸塩とトウゴマの種子からとれるひまし油を結合させたものである。このほか、植物は、染料、飲料用、嗜好(しこう)用など、さまざまな分野に利用され、人間の生活に物質的豊かさを与えてくれている。最近では、森林の樹木から発生する気体成分が健康保持に役だつとして注目されている。

［金井弘夫］

『相見霊三・朝比奈正二郎他編『現代生物学大系』全14巻（1985・中山書店）』▽『井上浩著『植物学入門講座』全6巻（1980・加島書店）』▽『小野知夫著『基礎植物学』（1954・裳華房）』▽『山岸高旺編『植物系統分類の基礎』（1974・北隆館）』▽『佐竹義輔著『植物の分類・基礎と方法』（1964・第一法規）』▽『井上浩編『植物系統進化学』（1974・築地書館）』▽『館岡亜緒著『植物の種分化と分類』（1983・養賢堂）』▽『河野昭一著『植物の進化生物学Ⅱ　種の分化と適応』（1974・三省堂）』▽『原襄著『植物の形態』増訂版（1984・裳華房）』▽『熊沢正夫著『植物器官学』（1979・裳華房）』▽『沼田真編『植物生態の観察と研究』（1978・東海大学出版会）』▽『沼田真編『生態の事典』（1976・東京堂出版）』▽『桜井英博他著『植物生理学入門』（1980・培風館）』▽『清水碩著『植物生理学』（1980・裳華房）』▽『朝日新聞社編・刊『朝日百科　世界の植物』（1978）』