植物生理学と発生

引用

Taiz, L., Møller, I. M., Murphy, A., & Zeiger, E. (Eds.). (2023). Plant Physiology and Development (7th ed.). Sinauer Associates; Oxford University Press.

章の要約

第7版は24章、約860ページである。出版社は、上級課程向けの植物生物学の教科書で、発生に関する内容が全体にわたってよりよく統合され、図が改訂・簡略化され、気候変動に関する一連の特集ボックスが新たに加わったと説明している。前の版では独立した章（第10章）だった気孔の機能は、他の章に再配置された。章題は以下のとおりである。ある章のオンラインの「Web Topics」（ウェブトピック）に触れている箇所は、印刷された本文ではなく、オンラインの学生向け教材に基づく。

第1–4章：Plant and Cell Architecture（植物と細胞の構造）、Cell Walls: Structure, Formation, and Expansion（細胞壁：構造・形成・伸長）、Genome Structure and Gene Expression（ゲノムの構造と遺伝子発現）、Signals and Signal Transduction（シグナルとシグナル伝達）

冒頭の章は、植物細胞とその遺伝・シグナルの仕組みを整える。細胞とその細胞小器官、植物細胞に特有の成長を可能にする細胞壁、ゲノムの構造と遺伝子発現、そしてシグナル伝達である。第1章のオンライントピックにはモデル生物、核への輸送と核からの輸送、小胞の形成・分裂・融合が含まれ、第3章にはトランスポゾンタギング、トランスクリプトーム、アグロバクテリウムによる形質転換がある。

第5–8章：Water and Plant Cells（水と植物細胞）、Water Balance of Plants（植物の水分収支）、Mineral Nutrition（無機栄養）、Solute Transport（溶質の輸送）

水と無機物の関係。水ポテンシャルと細胞への水の移動、植物体全体の水分収支、無機栄養、そして膜を越える溶質の輸送である。オンライントピックには、毛管上昇と拡散の半減期の計算（第5章）、灌漑と土壌の物理的性質（第6章）、ゴールドマン式と植物細胞でのパッチクランプ研究（第8章）がある。

第9–11章：Photosynthesis: The Light Reactions（光合成：明反応）、Photosynthesis: The Carbon Reactions（光合成：炭素反応）、Photosynthesis: Physiological and Ecological Considerations（光合成：生理的・生態的考察）

光合成は3章を占め、明反応から炭素反応を経て、環境の中にある葉と植物体全体へと進む。オンライントピックには、分光光度法の原理と量子収率（第9章）、ルビスコと光呼吸経路（第10章）がある。

第12–14章：Translocation in the Phloem（師部での転流）、Respiration and Lipid Metabolism（呼吸と脂質代謝）、Assimilation of Inorganic Nutrients（無機栄養の同化）

師部での糖の輸送、呼吸と脂質代謝、そして無機栄養の同化。第14章のオンライントピックには、根粒の発達と窒素固定の測定がある。

第15–16章：Abiotic Stress（非生物的ストレス）、Signals from Sunlight（太陽光からのシグナル）

植物が環境ストレスや光のシグナルにどう応答するか。第15章には孔辺細胞でのABAシグナル伝達に関するオンライントピックが付属し、ほかにフィトクロム応答を扱うトピック（第16章）もある。

第17–19章：Seed Dormancy, Germination, and Seedling Establishment（種子休眠・発芽・幼植物の確立）、Vegetative Growth and Organogenesis: Primary Growth of the Plant Axis（栄養成長と器官形成：植物体の軸の一次成長）、Vegetative Growth and Organogenesis: Branching and Secondary Growth（栄養成長と器官形成：分枝と二次成長）

栄養体の発達。種子休眠と発芽から幼植物の確立、茎と根の一次成長、そして分枝と二次成長へ進む。オンライントピックには、第19章のオーキシンが調節する分枝のモデルと、あて材がある。

第20–22章：The Control of Flowering and Floral Development（開花の制御と花の発達）、Sexual Reproduction: From Gametes to Fruits（有性生殖：配偶子から果実まで）、Embryogenesis: The Origin of Plant Architecture（胚発生：植物体の構造の起源）

生殖の発達。開花がどう制御されるか、配偶子から果実までの有性生殖、そして胚発生である。オンライントピックには、開花時期を制御する遺伝子と、ジベレリンによる花成誘導（第20章）がある。

第23–24章：Plant Senescence and Developmental Cell Death（植物の老化と発生過程の細胞死）、Biotic Interactions（生物間相互作用）

最後の2章は、老化とプログラム細胞死、そして植物と他の生物との相互作用を扱う。

主要概念

第1–8章：細胞と水

• 水ポテンシャル：植物の細胞や組織における水のエネルギー状態を表す量。
• シグナル伝達：細胞がシグナルを応答に変える経路。
• 溶質の輸送：イオンや溶質の膜を越える移動。

第9–14章：エネルギーと代謝

• 明反応と炭素反応：光合成の2つの段階。
• 師部での転流：糖の長距離輸送。
• 栄養の同化：無機栄養を有機化合物に取り込むこと。

第15–24章：ストレスと発生・発達

• 非生物的ストレス：環境上の課題への応答。
• 種子休眠と発芽：種子から幼植物への移行。
• 開花の制御：開花に対する環境的・遺伝的な調節。
• 老化とプログラム細胞死：発達の終盤の過程。

批判的分析

長所

• 生理と発生・発達の両立。 書名と出版社の説明は、発生・発達に関する内容が生理学の章に織り込まれていることを示しており、章の一覧も、細胞と代謝の過程から種子の生物学、栄養成長、開花、胚発生、老化へと進む。
• 体系的な網羅。 24章は、細胞構造、水、無機物、輸送、光合成、呼吸、ストレス、光のシグナル、成長、生殖、生物間相互作用を含み、1冊で上級課程の授業を一通り支えられる。
• オンラインの深み。 学生向け教材には、各章のウェブトピックとウェブエッセイ、フラッシュカード、学習問題、参考文献、ウェブ付録がある。トピック（たとえばカルビン・ベンソン回路がどのように解明されたかについてのもの）は、印刷された章を超えた内容へ読者を導く。
• 更新された見せ方。 出版社は、図を可能な限り改訂・簡略化し、気候変動に関する特集ボックスを加えたとしている。

短所

• 分量。 約860ページで、授業用の教科書であると同時に参考書でもあり、1学期の授業では取捨選択が必要になる。
• 前提知識。 入門的な生物学と一般化学が前提で、代謝の章では生化学の知識があると助けになる。
• 独立した植物ホルモンの章がない。 章の一覧には植物ホルモンに特化した章がなく、オンライントピックから判断すると、ホルモンに関する内容は成長・開花・ストレスの章に分散している。ホルモンごとにまとまった説明を求める読者は索引を確認するとよい。
• 気孔機能が分散している。 出版社は、気孔の機能にはもう独立した章がないと述べており、ほかの章から探す必要がある。
• オンラインに置かれた内容。 より専門的な導出や例の多くは、印刷された本ではなくウェブトピックにある。

コースにおける位置づけ

本サイトの生理学の書籍のなかで、Plant Physiology and Development は植物に焦点を当てた唯一の教科書である。Dee Silverthorn の Human Physiology: An Integrated Approach、Boron と Boulpaep の Medical Physiology、そして2冊の入門的なヒトの解剖学・生理学の本は人体を扱い、Richard Hill らの Animal Physiology は動物の比較生理学の教科書で、機能を生態的・進化的な文脈に置いて論じる。植物の本はこれらと話題（膜輸送、シグナル伝達、エネルギー代謝）を共有するが、それらを、細胞壁や色素体をもち、成長の仕方がまったく異なる生物に適用する。

ヒトの生理学の教科書から移ってくる読者にとっては、シグナル伝達（第4章）、溶質の輸送（第8章）、エネルギー代謝（第9–13章）の章が自然な橋渡しになる。両分野が共有する概念を扱っているからである。

本書の使い方

本書は入門的な生物学と一般化学を前提とし、代謝の章では生化学の知識が望ましい。植物生物学とその関連分野の上級の学部生を対象とする。

実践的な計画は次のとおり。

• 中心： 細胞・水・輸送の第1–8章、続いて、残りの土台となる光合成の第9–11章。
• 代謝とストレス： 第12–16章。順に読んでも、関心に応じて選んでもよい。
• 発生・発達： 第17–22章は種子から花、胚へと続く流れをなしており、まとめて読むのがよい。
• 選択的に： 老化と生物間相互作用の第23–24章。

各章のフラッシュカードと学習問題を使い、章の議論が特定の方法や実験に依存しているときは対応するウェブトピックを読むとよい。ホルモンに関する内容は各章に分散しているため、成長・開花・ストレスを学ぶときには、索引を使ってオーキシン、ジベレリン、アブシシン酸を追うとよい。