ヒカゲノカズラ科 (Lycopodiaceae )は、小葉植物 の1分類群で、現生のすべての同形胞子性の小葉類を含む科。異形胞子性をもつイワヒバ科 、ミズニラ科 とともにヒカゲノカズラ綱 を構成する。PPG I 分類体系では3亜科16属388種が属する。ヒカゲノカズラ目 (Lycopodiales ) に含まれ、同じ範囲 を指す。
生活型と生活環
ヒカゲノカズラ科を含む全ての維管束植物 は、その生活環に胞子をつくる胞子体 と配偶子 (卵と精子)を形成する配偶体 を持ち、それが世代交代を行う。
ヒカゲノカズラ科の胞子体の生活型は地上生、着生または岩上性で、常緑多年生である。匍匐する地上性種には安定した開けた場所に「妖精の輪」と呼ばれる群落をつくるものがある。この輪の外周では盛んに匍匐茎が成長する一方、前年に成長した部分の群落が枯れる。その輪は円形となり、時間経過に伴い指数関数 的に直径が大きくなる。1964年 に直径11.25 m(メートル ) と測定された輪は1839年 に起源すると算定されている。
染色体 基本数は x = 23, 31, 33?, 34, 35, 39。
生活環
ヒカゲノカズラ科の生活環。記事本文の解説は図中右上から時計回りに対応する。点線より右上側が配偶体世代、点線より下側が胞子体世代である。
胞子 細胞は分裂を繰り返し、先端に分裂組織 を形成して配偶体 を形成する。この分裂細胞中には幹細胞 は見つかっていない。配偶体表面には仮根 が生えており、造卵器と造精器を形成する。造精器からできる精子 の鞭毛 は2本。造卵器の中央細胞は腹溝細胞と卵細胞に分裂する。精子と卵細胞の受精 後、受精卵 が分裂して胞子体 を形成する。若い胚は幹細胞を持たないが、葉が形成されるころになると複数の茎頂端幹細胞と根頂端幹細胞が形成される[注釈 2] 。配偶体にはほかに、胚柄 とあし が形成され、配偶体における養分吸収に働くと考えられている。
胚が成長した胞子体には胞子嚢穂 が形成される。胞子嚢穂は普通、立ち上がる直立シュートの先端にできる。ヒカゲノカズラ などでは胞子嚢穂は胞子葉間の茎が伸長せず、胞子葉が密生した構造をなす。胞子葉の向軸側 に胞子嚢が形成され、中で減数分裂 によって胞子ができる[注釈 3] 。ヒカゲノカズラ類の胞子嚢形成では、表皮 細胞が胞子嚢始原細胞 (胞子囊始原細胞、ほうしのうしげんしぼう、sporangium initial cell )となり、並層分裂 を行って初発壁細胞 (しょはつへきさいぼう、primary wall cell )と初発胞子形成細胞 (しょはつほうしけいせいさいぼう、primary sporogenous cell )になる。初発壁細胞は並層分裂して最内層がタペート細胞 (タペートさいぼう)、それより外側の細胞層は胞子嚢壁 (ほうしのうへき)となる。初発胞子形成細胞は並層分裂して胞子母細胞となり、それが減数分裂して胞子ができる[注釈 4]
配偶体
胞子がすぐに発芽する種も数年後になる種もある。ヒカゲノカズラ類の配偶体は地中生で葉緑体を持たず菌糸 を含み、塊状で地中に生じる配偶体を持つものと、地表生で葉緑体を持つ前葉体 となるものもある。地中性の配偶体は寿命が長く、辺縁部の環状の分裂組織 により大きくなる。古い配偶体は長さや幅が2 cmにもなることがある。地中性のものでは生殖器官は集合してはっきりとしたまとまりをつくるものが多いのに対し、配偶体が一年生で緑色の種では造卵器と造精器は一般に直立した部位の基部に混合して生じる。
ミズスギ やヤチスギラン の配偶体では、一般には地面の表面に見つかり、卵形から軸状で、背腹性 があり、緑色の短い地上枝をもつ。配偶体全体でも3 mm程度である。無色の基部には仮根 が生じる。大部分の種に内生菌類が共生し、発生の初期に配偶体に侵入し配偶体の特定部分を占める。一般に生殖器官は地上部への突出部の基部に生じる。胞子発芽から生殖器官の出現までの時間は8ヶ月から1年の間と幅があるとされる。
第二の型では、胞子が発芽して6–8細胞となってから、配偶体が1年以上の休止期間に入る。配偶体の適切な成長に不可欠な物質が菌類より供給されているためそれ以降の分化は菌類の侵入に依存しており、もし感染が起きないと成長は止まる。更に成熟した生殖器官が存在する段階に分化するには10年以上を要する。発生は地表付近または腐植層で起こる。ヒカゲノカズラ などでは配偶体は円盤状で、縁は片巻き状でクルミ の実の中身に似ていると表現される。別の種では配偶体は円柱状で分枝し、小さなニンジン に似ているとされる。すべての地中性配偶体は無色または黄色から茶色で地表付近に露出した部分にのみクロロフィル ができる。培養瓶内で暗黒下で半年以上静置し発芽させた Diphasiastrum digitatum の配偶体は内生菌類を欠くが、自然状態のものと似た形態をしている。この配偶体は先細りの基部をもつニンジン状の形で帽子のような部分の下に狭い首がある。内生菌類は存在しないが自然状態では内生菌類に占められている部位には、放射方向に細長い細胞の層が存在する。胞子発芽に不可欠な暗期 のあとに光が当たると、配偶体は形はもとのまま緑色になる。
形態
胞子体 は根 ・茎 ・葉 に分化する。
茎
茎は長く伸び、直立するか匍匐するかによらずふつう二又分枝 する。直立する胞子茎と匍匐する栄養茎に分化するものや、短く直立し細長い葉を叢生するものがある。コスギラン亜科 では二又分枝した枝は同等であるのに対し、ヤチスギラン亜科 やヒカゲノカズラ亜科 ではシュート が主軸と側軸に分かれ、単軸分枝 様の成長(不等分枝)を行う共有派生形質 を獲得した。つまり同一個体内で伸長の早い強勢な茎(主軸)は単軸状に、弱小な茎(側軸)は二又状の分枝を行う。不等分枝は主軸が根茎上に匍匐する種でよく発達する。なお、茎頂分裂組織の分裂(不等二又分枝 )により分枝を行うため、真の単軸分枝ではない。
原生中心柱を持ち、木部が放射状や板状に配列するものが多い。二次肥大成長 は行わない。
根
根はしばしば菌根 性で、やや太い。二次肥大成長 を行わない。
匍匐する種では、根は茎の下部に内生発生 する。直立する種では、根は茎頂付近で発生し、皮層を通って下方に成長し、植物体の基部に姿を現す。茎から出たのちに根は二又分枝を行う。
葉
葉は小葉 で単条の維管束 を1本のみ持つ単葉。有限成長性の側枝では葉が二形になるものが多く、これを不等葉性 という。小舌 を欠く。葉の長さは普通2–20 mm(ミリメートル ) であるが、25–35 mmにまでなる種もある。葉序 は基本的に螺旋葉序 で、対生 や輪生 状になることもあり、同じ個体でも部位により変化することもある。葉の基部は茎に流れる(融合し下方に伸びる)種もある。
胞子嚢
ヒカゲノカズラ Lycopodium clavatum var. nipponicum の胞子嚢穂
胞子嚢 は葉の向軸側 基部に1個つく。腎臓形から球形。胞子嚢をつけた葉が集合して明瞭な胞子嚢穂 (胞子囊穂、ほうしのうすい、strobilus , pl. strobili )を形成するものと、明瞭でないものがある。包膜 を欠く。明瞭な胞子嚢穂を形成するものは不明瞭なものから進化してきたと考えられている。真嚢性 で環帯を欠き、横方向に溝が開いて二つに裂開する。1胞子嚢あたりの胞子数は数百個。
同形胞子性である。胞子 は四面体 形から球形で三溝粒。
無性芽
無性芽 (むせいが、gemma 、むかご )と呼ばれる栄養生殖 器官をつくる種もある。これは葉の位置に生じて、芽と未分化の根からできており、親植物から離れ新しい胞子体に成長する。無性芽はシュート であり、主軸の不等分枝により生じた特殊な枝であると解釈されている。
進化
最古の化石記録は古生代 のデボン紀 である。Lycopodites は中期デボン紀から石炭紀 で見つかり、現生のヒカゲノカズラ科につながる系統の祖先型と考えられる。小舌を印象化石や圧縮化石で確認することは難しいため、有舌類 との区別は困難であるが、ヒカゲノカズラ類がデボン紀からほとんど形を変えずに現在に至ったことは間違いないと考えられている。
分子データからも、ヒカゲノカズラ科はデボン紀に分岐したと考えられている。また、本項(以下 )に示すヒカゲノカズラ科内部系統である各亜科、ヒカゲノカズラ亜科 (広義のヒカゲノカズラ属)、ヤチスギラン亜科 (広義のミズスギ属)、コスギラン亜科 (広義のコスギラン属)は何れも石炭紀 に分岐したと考えられている。ヒカゲノカズラ類の網状紋のある三溝粒胞子の形態属 Retitriletes は前期ジュラ紀 から見つかっているが、分子時計 によると、現生のその特徴を持つ胞子をつくるものは後期ジュラ紀 に分岐したと考えられている。
分布
全世界に分布し、熱帯 に多い。温帯 や北極地域 に分布するものも存在する。全世界で約400種(PPG I (2016) では388種とされる)。単型属であるフィログロッスム(フィログロッサム) Phylloglossum はオーストラリア 周辺に限られる。
日本産のものは22種が認められる。
系統と分類
上位分類
ヒカゲノカズラ科を含む、より上位の関係に関しては「小葉植物 」および「ヒカゲノカズラ綱 」も参照。
現生ヒカゲノカズラ科は単独でヒカゲノカズラ目を形成し、イワヒバ科 (イワヒバ目)、ミズニラ科 (ミズニラ目)とともにヒカゲノカズラ綱 を構成する。以下に現生のヒカゲノカズラ綱 の系統関係を示す。
内部系統
Chen et al. (2021) による分子系統解析に基づくヒカゲノカズラ科現生種の内部系統関係を示す 。
下位分類
フィログロッスム Phylloglossum drummondii
PPG I (2016) および Chen et al. (2021) に基づく下位分類は以下の通りで、現生のものは17属に分けられる。現生属は旧来ヒカゲノカズラ属 Lycopodium と フィログロッスム属 Phylloglossum の2属に分けられていた。このうちヒカゲノカズラ属 Lycopodium s.l. は初期には、はっきりとした胞子嚢穂を作らず均等な二又分枝を行う Urostachya と、明らかな胞子嚢穂を持ち、不等二又分枝を行う Rhopalostachya の2亜属が識別されるとする考え方があった。このうち Urostachya 属は Urostachyaceae (Huperziaceae )という別の科に置く考えもあった。分子系統解析の結果からヒカゲノカズラ属 Lycopodium s.l. はヒカゲノカズラ属 Lycopodium 、ヤチスギラン属 Lycopodiella 、コスギラン属 Huperzia の3クレードからなることが確認された(なおこれは下記の亜科にそれぞれ対応している)。しかし、この分類では特異な形質を持つフィログロッスム属がコスギラン属に内包されてしまうという問題点があり、より細分化された分類体系を用いるのが主流である。
日本の種
海老原 (2016) に基づき、日本産の全種を示す。但し、学名(属名)はPPG I (2016) のものを採用した。いずれもヒカゲノカズラ属 Lycopodium とされた経緯があるため、属名を Lycopodium とするシノニムも知られる。なお、エゾヒカゲノカズラ以外の変種は海老原 (2016) では採用されていない。
また、コウヨウザンカズラ は鹿児島県 の奄美大島 で一度しか記録されずその後日本では絶滅したとされる[32] [33] [34] 。
ヒカゲノカズラ亜科
ヒモヅル Lycopodiastrum casuarinoides
ヤチスギラン亜科
ミズスギ Palhinhaea cernua
コスギラン亜科
ヨウラクヒバ Phlegmariurus phlegmaria
利用
瓶に入れられたヒカゲノカズラの胞子。
ヒカゲノカズラ は、植物体全体が神事 に用いられる。天岩戸 の逸話において、太陽 の復活を願いアメノウズメ の胸にたすき掛けされた。これは常緑で刈り取った後にも長期間枯れずに緑色を保つことや、長く伸びた異様な姿に古代から日本人が生気あるものとして霊力を感じ取っていたからであるともされる。伏見稲荷大社 の大山祭 では参拝者に神酒 とともにヒカゲノカズラが授与されるほか、率川神社 の三枝祭 では舞姫がヒカゲノカズラを頭に挿して五節の舞を奉じる。
ヒカゲノカズラは古くから文学作品に登場し、『万葉集 』にも大友家持 が新嘗祭 で詠んだ「あしひきの山下日蔭蘰ける上にやさらに梅を賞はむ」が掲載されているほか、第14巻にも「あしひきの山葛蘿ましばにも得がたき蘿を置きや枯らさむ」などと詠まれている。『源氏物語 』や『枕草子 』、『新古今和歌集 』などにも登場する。
ヒカゲノカズラの胞子は油脂50%と糖分3%を含み、湿気を吸収しない性質を利用し「石松子 」として丸薬 の衣に用いられた。ほかにも、皮膚のただれや湿疹 に薬品を混ぜて撒布したりされた。"Lycopodium powder " として売られ、花火の製造に使われるほか、研磨剤やリンゴ の人工授粉 の際の花粉の稀釈にも用いられる。外科 用手袋 や丸薬のまぶし粉としての使用も行われたが、ヒカゲノカズラの胞子は手術などの傷に対して炎症 を引き起こすため、使用は減少してきている。
また、マンネンスギ は地上部全体を「立桂」として料理の飾りに用いる。中央卸売市場に隣接するマーケットで売られ、寿司屋のネタやケースに飾られる。マンネンスギは生け花の根締めや観賞用にも用いられる。
ヨウラクヒバ属のムカデカズラ Phlegmariurus squarrosum は園芸植物として栽培される[47] 。スギラン やナンカクラン 、ヨウラクヒバ などの樹上性の種はいずれも、森林伐採 や園芸用採取により絶滅の危機にある。
脚注
注釈
出典
参考文献
Chen, De-Kui; Zhou, Xin-Mao; Rothfels, Carl J.; Shepherd, Lara D.; Knapp, Ralf; Zhang, Liang; Lu, Ngan Thi; Fan, Xue-Ping et al. (2021). “A global phylogeny of Lycopodiaceae (Lycopodiales; lycophytes) with the description of a new genus, Brownseya , from Oceania”. TAXON 71 (1): 25–51. doi :10.1002/tax.12597 .
Field, Ashley R.; Testo, Weston; Bostock, Peter D.; Holtum, Joseph A.M.; Waycott, Michelle (2015). “Molecular phylogenetics and the morphology of the Lycopodiaceae subfamily Huperzioideae supports three genera: Huperzia , Phlegmariurus and Phylloglossum ”. Molecular Phylogenetics and Evolution 94 (B): 635-657. doi :10.1016/j.ympev.2015.09.024 .
Fujinami, Rieko; Nakajima, Atsuko; Imaichi, Ryoko; Yamada, Toshihiro (2021). “Lycopodium root meristem dynamics supports homology between shoot and root in lycophytes”. New Phytologist 229 (1): 460-468. doi :10.1111/nph.16814 .
Holub, Josef (1985). “Transfers of Lycopodium Species to Huperzia : With a Note on Generic Classification in Huperziaceae ” . Folia Geobot. Phytotax. (Praha) 20 (1): 67-80. https://www.jstor.org/stable/4180562 .
PPG I (The Pteridophyte Phylogeny Group) (2016). “A community-derived classification for extant lycophytes and ferns”. Journal of Systematics and Evolution (Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences) 56 (6): 563-603. doi :10.1111/jse.12229 .
Wikström, Niklas; Kenrick, Paul (2001). “Evolution of Lycopodiaceae (Lycopsida): Estimating Divergence Times from rbcL Gene Sequences by Use of Nonparametric Rate Smoothing”. Molecular Phylogenetics and Evolution 19 (2): 177-186.
武田久吉 (1909). “Lycopodialen Hokkaidôs, nebst denen von Japanisch-Sachalin(邦題:北海道及ビ新領樺太ニ於ケル石松類)” (ドイツ語). THE BOTANICAL MAGAZINE(植物學雜誌) (日本植物学会 ) 23 (274): 221-243. ISSN 0006-808X .
アーネスト M. ギフォード 、エイドリアンス S. フォスター 『維管束植物の形態と進化 原著第3版』長谷部光泰 、鈴木武 、植田邦彦 監訳、文一総合出版 、2002年4月10日、113-181頁。ISBN 4-8299-2160-9 。
岩槻邦男 編『日本の野生植物 シダ』平凡社 、1992年2月4日。ISBN 4582535062 。
海老原淳 著 編『日本産シダ植物標準図鑑1』日本シダの会 企画・協力、学研プラス 、2016年7月13日。ISBN 978-4054053564 。
刈米達夫、北村四郎『薬用植物分類学』(改稿版)廣川書店 、1975年3月30日(原著1965年9月15日)。
熊沢正夫 『植物器官学』裳華房 、1979年8月20日。
高宮正之 著「ヒカゲノカズラ科」、岩槻邦男 ・大場秀章 ・清水建美 ・堀田満 ・ギリアン・プランス ・ピーター・レーヴン 編『朝日百科 植物の世界[12] シダ植物・コケ植物・地衣類・藻類・植物の形態』朝日新聞社 、1997年10月1日、89-92頁。
田川基二 『原色日本羊歯植物図鑑』保育社 〈保育社の原色図鑑〉、1959年10月1日。ISBN 4586300248 。
西田治文 『化石の植物学 ―時空を旅する自然史』東京大学出版会、2017年6月24日。ISBN 978-4130602518 。
長谷部光泰 『陸上植物の形態と進化』裳華房 、2020年7月1日。ISBN 978-4785358716 。
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関連項目