植物の茎

茎は維管束植物の2つの主要な構造軸のうちの1つで、もう1つは根です。茎は葉、花、果実を支え、根と木部および師管内の芽の間で水と溶解物質を輸送し、光合成を行い、栄養素を貯蔵し、新しい生体組織を生成します。^[1]茎は、稈、半茎、茎柄、または茎葉とも呼ばれます。

茎は通常、節と節間に分けられます。^[2]

• 節は葉の付着点であり、1枚以上の葉を持つことができる。茎と葉の間には腋芽があり、枝（葉、針葉樹の球果、または花）に成長することがある。 [ 2 ]節から^は 不定根（支柱根など）が発生することもある。蔓は節から巻きひげを発生させることもある。
• 節間は節と節の間を隔てる。^[2]

「シュート」という用語はしばしば「茎」と混同されます。「シュート」は一般的に、茎だけでなく葉や花などの他の構造も含む、新しく新鮮な植物の成長を指します。^[2]

ほとんどの植物では茎は地表より上にありますが、地下茎を持つ植物もあります。

茎にはいくつかの主な機能がある: ^[3]

• 葉、花、果実を支え、持ち上げます。茎は葉を光の中に保って、植物が花や果実を保つ場所を提供します。
• 木部と師管における根と芽の間の液体の輸送。
• 栄養素の貯蔵。
• 新しい生体組織の生成。植物細胞の通常の寿命は 1 ～ 3 年です。茎には分裂組織と呼ばれる細胞があり、毎年新しい生体組織を生成します。
• 光合成。

茎には、道管と師管と呼ばれる 2 つのパイプ状の組織があります。道管組織は、内側に面した細胞から発生し、蒸散引力、毛細管現象、根圧の作用によって水を輸送します。師管組織は、外側に面した細胞から発生し、篩管とその随伴細胞で構成されます。師管組織の機能は、光合成組織から他の組織に栄養を分配することです。2 つの組織は、分裂して道管または師管細胞を形成する組織である形成層によって分離されています。

茎は、貯蔵、無性生殖、保護、光合成など、次のような用途に特化していることが多いです。

• 無茎: 茎がないように見える植物の茎を説明するために使用されます。実際には、これらの茎は非常に短く、葉が地面から直接生えているように見えます。たとえば、一部のスミレの種などです。
• 樹木状: 通常は一本の幹を持つ木質幹を持つ木。
• 腋芽: 古い葉が茎に付着する部分に生える芽。芽から新芽が生える可能性がある。
• 分岐: 地上茎は分岐しているか分岐していないかで区別されます。
• 芽: 茎の先端が未熟な胚芽。
• 球根: 肉質の貯蔵葉が付いた垂直の短い地下茎。例:タマネギ、ラッパスイセン、チューリップ。球根は、分裂して新しい球根を形成したり、子球と呼ばれる小さな新しい球根を生成したりすることで、繁殖することがよくあります。球根は茎と葉の組み合わせであり、葉が大部分を占めるため、葉と見なす方が適切です。
• 畝状花序: 茎が絡み合った塊や群落、あるいは低く生えるマット状に成長する場合。
• 枝分かれ体（葉枝を含む）：葉のような形をしており、光合成に特化した扁平な茎（^[4]サボテンの葉など）。
• つる性: 他の植物や構造物にしがみついたり巻き付いたりする茎。
• 球茎: 短く肥大した地下貯蔵茎。例:タロイモ、クロッカス、グラジオラス。

• 傾斜茎: 地面に平らに横たわり、先端が上向きになっている茎。
• 果状: 木質のような習性を持つ低木のように成長する茎。
• 草本: 生育期の終わりに枯れる非木質の茎。
• 節間: 連続する 2 つの節の間の間隔。種に応じて、基部または先端から伸長する能力を持ちます。
• 節: 種子植物の茎にある葉や小枝の付着点。節は非常に小さな成長領域です。
• 小花柄:花序または果実序の中で個々の花の柄として機能する茎。
• 花柄:花序または単独の花を支える茎。
• トゲ:バラなどの茎の外層の尖った部分。
• 偽茎: 葉の基部を巻いてできた偽の茎で、バナナのように高さが 2 ～ 3 メートル (6 フィート 7 インチ ～ 9 フィート 10 インチ) になることもあります。
• 根茎: 主に生殖に機能するが貯蔵にも機能する水平の地下茎。例: ほとんどのシダ、アヤメ。
• ランナー: 地上で水平に成長し、節で根を張る匍匐茎の一種で、繁殖を助けます。例:ガーデンストロベリー、Chlorophytum comosum。
• 茎茎: 地面から伸びて通常の葉がなく、花を咲かせる茎。ギボウシ、ユリ、アヤメ、ニンニクなど。
• 匍匐茎: 地表近くに形成され、節と端に根付いた小植物を生み出す水平の茎。
• とげ：先端が尖った、変形した茎。
• 塊茎: 貯蔵と繁殖に適した膨らんだ地下貯蔵茎（例：ジャガイモ）。
• 木質: 二次木部を持つ硬い質感の茎。
• 辺材: 心材を囲む二次師管の層である木質の幹。通常は液体輸送に関与する。

茎は通常、真皮組織、基質組織、維管束組織の3つの組織から構成されます。^[5]

真皮組織は幹の外側を覆い、通常は幹組織を保護し、ガス交換を制御する機能を果たす。^[6]真皮組織の主な細胞は表皮細胞である。^[6]

基質組織は通常、主に柔組織、厚壁組織、厚壁組織から構成され、維管束組織を取り囲んでいます。基質組織は代謝活動（呼吸、光合成、輸送、貯蔵など）を助けるだけでなく、構造的サポートとして機能し、新しい分裂組織を形成する上で重要です。^[7]木質の茎では、基質組織のほとんどまたはすべてが失われることがあります。

維管束組織は、道管、師管、形成層から構成され、水、ミネラル、代謝物（糖、アミノ酸）の長距離輸送を担うとともに、構造的サポートと成長を助けます。維管束組織の配置は植物種によって大きく異なります。^[8]

一次成長期の双子葉植物の茎は中央に髄があり、茎の断面を見ると維管束がはっきりとした輪を形成しているのが見える。茎の外側は表皮で覆われ、その表皮は防水性のクチクラで覆われている。表皮にはガス交換のための気孔や、毛状突起と呼ばれる多細胞の茎毛も含まれる。皮質は下皮（厚壁細胞）と内皮（デンプン含有細胞）から成り、内鞘と維管束の上に存在する。

木本双子葉植物および多くの非木本双子葉植物は、側方分裂組織または二次分裂組織である維管束形成層およびコルク形成層またはフェロゲンから始まる二次成長を行う。維管束形成層は維管束束内の道管と師管の間に形成され、連続した円筒形に連結する。維管束形成層細胞は分裂して、内側に二次道管、外側に二次師管を形成する。二次道管および二次師管の形成により茎の直径が増大すると、最終的に皮質および表皮が破壊される。皮質が破壊される前に、そこにコルク形成層が発達する。コルク形成層は分裂して、外側に防水性のコルク細胞、内側にフェロデルム細胞を形成することがある。これら 3 つの組織が周皮を形成し、機能的に表皮に取って代わる。ガス交換機能を果たす周皮内の緩く詰まった細胞の領域は、皮目細胞と呼ばれる。

二次木部は木材として商業的に重要である。維管束形成層の成長の季節的変動が、温帯気候における年輪を形成する。年輪は、木製の物体および関連する工芸品の年代を算定する年輪年代学の基礎となる。年輪気候学は、過去の気候の記録として年輪を使用する。成木の地上幹は幹と呼ばれる。直径の大きい幹の、通常は暗色で枯れた内側の材は心材と呼ばれ、枯死の結果である。外側の生きている材は辺材と呼ばれる。

維管束は単子葉植物の茎全体に存在しますが、外側に集中しています。これは、維管束の輪があり、中央にはほとんど維管束がない双子葉植物の茎とは異なります。単子葉植物の茎の茎頂はより細長くなっています。葉鞘が茎頂の周囲に成長して、茎頂を保護します。これは、ほぼすべての単子葉植物にある程度当てはまります。単子葉植物は二次成長をほとんど行わないため、木質化することはめったにありませんが、ヤシや竹は顕著な例外です。ただし、多くの単子葉植物の茎は、異常な二次成長によって直径が大きくなります。

すべての裸子植物は木本植物です。裸子植物の茎は木質の双子葉植物と構造が似ていますが、ほとんどの裸子植物は木部に仮道管のみを生成し、双子葉植物に見られる道管は生成しません。裸子植物の木材には樹脂管が含まれていることもよくあります。木質の双子葉植物は広葉樹と呼ばれ、オーク、カエデ、クルミなどが挙げられます。対照的に、針葉樹は裸子植物で、マツ、トウヒ、モミなどが挙げられます。

• 
  このセコイアの木の幹はその幹です。

ほとんどのシダ植物は、垂直の幹を持たない根茎を持つ。例外は木生シダで、垂直の幹を持ち、約 20 メートルまで成長することがある。シダ植物の茎の構造は双子葉植物よりも複雑で、断面で見ると 1 つ以上の葉の隙間があることが多い。葉の隙間とは、維管束組織が葉状体に分岐する部分である。断面では、維管束組織は葉の隙間がある場所では完全な円筒を形成しない。シダ植物の茎には、ソレノステレスやディクチオステレス、またはそれらのバリエーションがある可能性がある。多くのシダ植物の茎は、断面で道管の両側に師管組織を持つ。

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  タスマニアシダ

^{大気汚染物質、 [9]}除草剤や殺虫剤などの外来化学物質は幹の構造に損傷を与える可能性があります。

茎が経済的に利用されている植物種は数千種あります。茎は、ジャガイモやタロイモなど、いくつかの主要な主食作物の原料となります。サトウキビの茎は、砂糖の主な供給源です。メープルシュガーは、カエデの木の幹から得られます。茎から採れる野菜には、アスパラガス、タケノコ、サボテンの葉またはノパリトス、コールラビ、クサノオなどがあります。スパイスのシナモンは、木の幹の樹皮です。アラビアガムは、アカシア・セネガルの木の幹から得られる重要な食品添加物です。チューインガムの主成分であるチクルは、チクルの木の幹から得られます。

茎から得られる薬には、キナの樹皮から得られるキニーネ、シナモンの原料となる同じ属の木から蒸留される樟脳、熱帯のつる植物の樹皮から得られる 筋弛緩剤クラーレなどがあります。

木材は何千もの用途に使われています。建物、家具、ボート、飛行機、貨車、自動車部品、楽器、スポーツ用具、枕木、電柱、柵の支柱、杭、爪楊枝、マッチ、合板、棺、屋根板、樽の板、玩具、道具の柄、額縁、ベニヤ、木炭、薪などを作るのに使えます。木材パルプは紙、板紙、セルローススポンジ、セロハン、セルロースアセテートやレーヨンなど重要なプラスチックや繊維製品を作るのに広く使われています。竹の幹も紙、建物、家具、ボート、楽器、釣り竿、水道管、植物の杭、足場など何百もの用途があります。ヤシやシダの幹は建築によく使われます。葦の茎は、一部の地域では 茅葺き屋根に使われる重要な建築材料です。

皮革をなめすのに使われるタンニンは、ケブラチョなどの特定の木の木材から得られます。コルクはコルク樫の樹皮から得られます。ゴムはパラゴムノキ の幹から得られます。家具や籠に使われる籐は、熱帯の蔓性ヤシの茎から作られています。織物やロープに使われる靭皮繊維は、亜麻、麻、黄麻、ラミーなどの植物の茎から得られます。最も古い紙は、古代エジプト人が パピルスの茎から作ったものです。

琥珀は樹幹の樹液が化石化したもので、宝飾品に使われ、保存された動物が含まれていることもあります。針葉樹の樹脂はテレピン油やロジンを作るのに使われます。樹皮は根覆いや鉢植えの植物の栽培用培地としてよく使われます。また、地衣類の自然の生息地になることもあります。

いくつかの観賞用植物は、主にその魅力的な茎のために栽培されます。例:

• 白樺の白い樹皮
• ねじれた枝を持つコルクスクリューヤナギとハリー・ローダーのウォーキングスティック（Corylus avellana 'Contorta'）
• 赤い剥がれかけたカエデの樹皮

• 食用植物の茎
• 柄（植物学）

• Speck, T.; Burgert, I. (2011). 「植物の茎: 機能設計と力学」. Annual Review of Materials Research . 41 : 169–193 . Bibcode :2011AnRMS..41..169S. doi :10.1146/annurev-matsci-062910-100425.

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• 幹の解剖学の概要