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Self-pollination is a form of pollination in which pollen arrives at the stigma of a flower (in flowering plants) or at the ovule (in gymnosperms) of the same plant. The term cross-pollination is used for the opposite case, where pollen from one plant moves to a different plant.
There are two types of self-pollination: in autogamy, pollen is transferred to the stigma of the same flower; in geitonogamy, pollen is transferred from the anther of one flower to the stigma of another flower on the same flowering plant, or from microsporangium to ovule within a single (monoecious) gymnosperm. Some plants have mechanisms that ensure autogamy, such as flowers that do not open (cleistogamy), or stamens that move to come into contact with the stigma.
The term selfing that is often used as a synonym is not limited to self-pollination, but also applies to other types of self-fertilization.
Few plants self-pollinate without the aid of pollen vectors (such as wind or insects). The mechanism is seen most often in some legumes such as peanuts. In another legume, soybeans, the flowers open and remain receptive to insect cross pollination during the day. If this is not accomplished, the flowers self-pollinate as they are closing. Among other plants that can self-pollinate are many kinds of orchids, peas, sunflowers and tridax. Most of the self-pollinating plants have small, relatively inconspicuous flowers that shed pollen directly onto the stigma, sometimes even before the bud opens. Self-pollinated plants expend less energy in the production of pollinator attractants and can grow in areas where the kinds of insects or other animals that might visit them are absent or very scarce—as in the Arctic or at high elevations.
Self-pollination limits the variety of progeny and may depress plant vigor. However, self-pollination can be advantageous, allowing plants to spread beyond the range of suitable pollinators or produce offspring in areas where pollinator populations have been greatly reduced or are naturally variable.[1]
受粉は他家受粉によっても行われる。他家受粉とは、風や昆虫、鳥などの動物によって、花粉が別の植物の花の葯から柱頭へと運ばれることである。
雌雄同体種と雌雄同株種はどちらも、それを回避する仕組みがない限り、自家受粉によって自家受精に至る可能性がある。顕花植物の80%は雌雄同体であり、つまり同じ花の中に雌雄両方の花を持つ。一方、植物種の5%は雌雄同株である。残りの15%は雌雄異株（各植物が単性）となる。自家受粉する植物には、数種類のランやヒマワリなどがある。タンポポは自家受粉と他家受粉の両方が可能である。
自家受粉する花にはいくつかの利点があります。まず、特定の遺伝子型が環境に適している場合、自家受粉によってその形質を種内で安定的に維持することができます。受粉媒介者に依存しないため、ミツバチや風が存在しない場合でも自家受粉が可能です。花の数が少ない場合や、花が広く離れている場合、自家受粉または他家受粉は有利になります。自家受粉では、花粉粒は花から花へと伝わりません。その結果、花粉の無駄が少なくなります。また、自家受粉植物は外部の媒介者に依存しません。また、形質を変化させることもできないため、種の特徴を純粋に維持することができます。自家受粉は、同じ花から配偶子が進化するため、親の形質を保存するのにも役立ちます。花は受粉媒介者を引き付けるために、蜜や香りを発したり、色鮮やかである必要はありません。
自家受粉の欠点は、環境の変化や病原体の攻撃への適応を可能にする変異の欠如に起因します。自家受粉は、有害な劣性突然変異の発現による近親交配弱勢[ 2 ]や、近縁個体の交配による種の健康の低下につながる可能性があります。そのため、自家受粉する可能性のある多くの花には、自家受粉を回避する、あるいはせいぜい第二の選択肢とするための組み込みのメカニズムがあります。自家受粉植物の遺伝的欠陥は遺伝子組み換えによって排除することはできず、子孫は配偶子で発生する偶然の突然変異によってのみ有害な特性の継承を回避できます。
開花植物の約42%は自然界で混合交配システムを示します。[ 3 ] 最も一般的なシステムでは、個々の植物は単一の花タイプを生産し、果実には自家受粉、他家受粉、または子孫タイプの混合が含まれる場合があります。別の混合交配システムは、二形閉鎖花と呼ばれます。このシステムでは、1つの植物が開放的で他家受粉の可能性のある閉鎖花と、閉鎖的で必ず自家受粉する閉鎖花の両方を生産します。[ 4 ]
他家受粉から自家受粉への進化的な変化は、植物において最も一般的な進化的移行の1つです。顕花植物の約10～15%は主に自家受粉します。[ 5 ] 自家受粉種のよく研究された例をいくつか以下に説明します。
パフィオペディルム・パリシーの自家受粉は、葯が固体から液体に変化し、受粉媒介者の助けなしに柱頭表面に直接接触することで起こる。[ 6 ]
樹上性ランであるHolcoglossum amesianum は、自家受粉機構の一種を持ち、両性花が重力に逆らって雄しべを 360° 回転させ、花粉を自身の柱頭腔に挿入します。受粉媒介者や媒介物の助けは一切必要ありません。このタイプの自家受粉は、開花時に風がなく乾燥しているという、昆虫が少ない時期の環境への適応であると考えられます。[ 7 ] 他家受粉のための花粉媒介者がいないため、繁殖の成功を確実にする必要性は、近親交配の潜在的な悪影響よりも大きいと考えられます。このような適応は、同様の環境に生息する種の間で広く見られる可能性があります。
マダガスカル原産のラン、Bulbophyllum bicoloratumの自家受粉は、遠位中央柱頭裂片の一部として柱頭機能を回復した可能性のある嘴状突起によって起こる。[ 8 ]
中国の薬草であるCaulokaempferia coenobialisでは、花粉の膜が葯（花粉嚢）から油性の乳剤によって運ばれ、花柱に沿って横方向に滑り、個体自身の柱頭に入ります。[ 9 ]花柱に沿った花粉の膜の横方向の流れは、油性の乳剤の広がり特性のみによるものであり、重力によるものではないようです。この戦略は、C. coenobialis の極めて日陰で湿潤な生息地における送粉者の不足に対処するために進化した可能性があります。
ナズナ ( Capsella rubella ) [ 10 ] [ 11 ]は自家受粉種で、 50,000 〜 100,000 年前に自家受粉が可能になったことから、自家受粉は多くの世代にわたって存続できる進化上の適応であることが示唆される。その他家受粉の祖先はCapsella grandifloraであることが確認されている。
シロイヌナズナは主に自家受粉する植物で、野生での他家受粉率は0.3%未満と推定されている。 [ 12 ] ある研究では、自家受粉は約100万年以上前に進化してきたと示唆されている。 [ 13 ]
トマト植物では、閉鎖花受粉（自動自家受粉の一形態）は、花の構造の変化によって促進される。[ 14 ] この変化には、花の構造を囲む柱頭の形成が含まれる。[ 14 ]
減数分裂とその後の自家受粉では、全体的な遺伝的変異はほとんど生じない。このことから、自家受粉植物における減数分裂が、子孫を生み出すためのより単純でコストのかからない無性生殖による減数分裂過程よりも、長期間（シロイヌナズナの場合のように約100万年以上）にわたって適応的に維持されているのはなぜかという疑問が生じる[ 13 ]。自家受粉植物における減数分裂の長期維持を説明できる適応的利点は、DNA損傷の効率的な組換え修復である[ 15 ] 。 この利点は、（遺伝的変異が生じない場合でも）各世代で実現できる。