花粉管

花粉管（かふんかん）

花粉管とは

花粉管は、植物の生殖において極めて重要な役割を担う構造体です。具体的には、受粉後に花粉から細長く伸び出す管のことで、植物の雄性配偶子である精細胞を、雌しべの内部にある胚珠まで確実に運ぶための通り道となります。この輸送が、植物の種子を作るための受精を可能にします。

伸長のプロセスとその仕組み

花粉管の伸長は、花粉が同じ種類の植物の、十分に成熟した柱頭に付着すること（これを受粉と呼びます）から始まります。柱頭表面の水分や栄養分を吸収した花粉は膨らみ、特定の場所（発芽孔）から花粉管が伸び出し、柱頭の組織の中へと進入していきます。伸長を続ける花粉管は、雌しべの中を通り、最終的に胚珠を目指します。

この過程で、花粉がもともと持っていた核は分裂し、花粉管の先端近くには、栄養核と呼ばれる核と、受精に関わる2つの精細胞が配置されます。花粉管が伸びるにつれて、その内部にはカローズ栓という隔壁が形成され、精細胞は常に先端部分に位置するように保たれます。これにより、精細胞が効率よく胚珠まで届けられます。

興味深いことに、花粉管が複雑な雌しべの組織内を迷わず胚珠へと向かうためには、特別な道案内が必要です。これはガイダンス機構と呼ばれ、胚珠から分泌される特定の化学物質が花粉管を誘引することが分かっています。2010年には、このような誘引物質を作る「LURE1」や「LURE2」といった遺伝子が発見され、この仕組みの一端が明らかになりました。

受精と種子形成

花粉管が無事に胚珠に到達すると、先端が破れて内部の2つの精細胞が放出されます。被子植物では、これらの精細胞はそれぞれ胚珠内にある異なる細胞と受精します。1つ目の精細胞は卵細胞と受精し、将来の植物体となる胚を形成します。もう1つの精細胞は、胚珠の中央にある中央細胞と受精し、種子が発芽する際に胚の栄養となる胚乳を形成します。このように、2つの精細胞がそれぞれ異なる細胞と受精する現象は重複受精と呼ばれ、被子植物に特有の生殖様式です。重複受精が完了すると、いよいよ種子の形成が本格的に始まります。

成長を左右する要因

花粉管の成長は常に順調に進むわけではありません。植物の種類によっては、遺伝的な性質、特定の組み合わせでの受粉がうまくいかない不和合性、あるいは環境などの要因によって、花粉管の伸長が妨げられたり、停止したりすることがあります。

花粉管が伸びるためには、受粉した柱頭から供給される水分と栄養分が不可欠です。花粉はこれらの物質を吸収して発芽しますが、発芽前に雨粒のような真水に触れると、細胞内外の浸透圧差に耐えきれず破裂してしまうことが少なくありません。これは、花粉が水に濡れることに弱い性質を示しています。

不和合性とその克服

植物の中には、自分自身の花粉では受精できない自家不和合性を持つものや、異なる種類の花粉では受精できない性質を持つものがあります。このような不和合性が存在する場合、花粉管は胚珠に到達する前に伸長を止めてしまいます。自然界では、これは遺伝子の多様性を保ち、健全な子孫を残す上で合理的な仕組みですが、人間が特定の形質を持つ植物を掛け合わせて品種改良（育種）を行おうとする際には、しばしば大きな障害となります。

不和合性の原因は様々であるため、それを回避し、人為的に受精を成功させるための技術も色々と開発されています。例えば、柱頭に存在する特定の物質が花粉管の伸長を阻害している場合、柱頭を取り除いてから受粉させる方法や、蕾の段階や花が古くなった段階で受粉を試みる方法があります。さらに高度な技術としては、植物の組織を無菌的に培養し、胚珠を外部に露出させた状態で直接花粉を受粉させる方法なども試みられています。

人工的な発芽

植物体内ではなく、実験室で人工的に花粉を発芽させ、花粉管を伸長させることも可能です。これは、寒天やゼラチンなどを利用した特別な培養液を用いることで実現します。ただし、人工培地で花粉を効率よく発芽させるためには、培地の成分組成、浸透圧、pH、そして培養温度など、植物の種類ごとに最適な条件を見つける必要があります。

意外なことに、ガラスのコップがわずかに色づくほどの強い放射線を浴びせられた花粉でも、発芽して花粉管を伸ばすことがあります。しかし、この場合、花粉内部の遺伝物質である核は深刻な損傷を受けており、正常な受精を行う能力は失われています。この事実は、花粉管の伸長という物理的なプロセスと、遺伝情報を伝える核の機能が区別できることを示唆しています。

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