植物の一生 · PlantLab

一株のインゲンマメ

これは根箱で育てたインゲンマメです。根箱の前面はガラスで、根はガラスに沿って伸びるので、地上も地下も見えます。

花を咲かせる植物には六つの器官があります。根・茎・葉は水や無機養分を吸収し、物質を運び、有機物をつくる栄養器官です。花・果実・種子は子孫を残すための生殖器官です。

右の器官名をクリックするとカメラが近づきます。「生育段階」を切り替えて、同じ株の時期ごとの姿を見てみましょう。

種子が発芽する条件

四つのペトリ皿に、ろ紙を敷いて種子を 12 粒ずつ置きます。1 番は水を加えない（乾燥）、2 番は湿る程度に水を加える、3 番は種子が沈むまで水を入れる（空気不足）、4 番は湿らせて冷蔵庫に入れる（低温）。

2 番が対照で、ほかの三つはそれぞれ条件を一つだけ変えています。これが条件制御です。

種子の発芽には適度な水・適当な温度・十分な空気が必要です。さらに種子自身に生きた完全な胚と、胚が育つための養分が必要です。時間軸を再生して、どの種子が先に吸水してふくらみ、幼根を出すか見てみましょう。

芽生えの出土と黄化

インゲンマメの種子が発芽するとき、まず幼根が種皮を破って下へ伸び、主根になります。次に胚軸が伸びて「フック」形に曲がり、土を押し上げて二枚の子葉を地上へ引き出します。フックのおかげで柔らかい芽の先が後ろに隠れ、土の粒で傷つきません。

左の根箱は明るいところ、右の根箱は暗箱の中です。明るいところの芽生えはすぐにフックがまっすぐになり、子葉が開いて緑になります。暗箱の中の芽生えは茎が細長く黄色くなり、フックは曲がったままです。これを黄化といいます。葉緑素ができるには光が必要です。

子葉に蓄えた養分を使い切ると、暗いところの芽生えは倒れて枯れてしまいます。種子をとても深くまいてみましょう。

根の成長と重力屈性

根の先端は先から順に、根冠（帽子のように保護する）、分裂組織（小さな細胞がさかんに分裂する）、伸長域（細胞が急速に伸び、根がいちばん速く伸びる）、成熟域（表皮の細胞が外へ突き出して多数の根毛をつくり、水と無機養分の大部分を吸収する）です。

根は、分裂組織の細胞が分裂して数を増やし、伸長域の細胞が伸びて大きくなることで成長します。

設定した日に根箱がある角度だけ回されます。数時間後、根の先端は再び下へ曲がります。これが根の重力屈性です。曲がるのは先端のすぐ後ろの伸びている部分だけで、古い部分の形は変わりません。

光の強さと光合成

日が暮れると、温室に灯るのは補光ランプ一つだけ。その下のビーカーには沈水植物のキンギョモが入っています。光合成で出た酸素が切り口から泡になって出てくるので、1 分間の泡の数を数えれば光合成の速さを比べられます。

ランプを近づけると光が強くなり、泡がどんどん増えます。しかしある強さを超えるともう増えません。このときの光の強さが光飽和点です。ランプが遠すぎると、光合成でつくる有機物が呼吸で使う量に追いつかず、見かけの光合成速度はマイナスになります。両者がちょうど等しくなる光の強さが光補償点です。

CO₂ 濃度を上げたり、温度を変えたりしてみましょう。原料（CO₂・水）、条件（光）、酵素のはたらき（温度）がすべて光合成の速さに影響します。

緑の葉は光でデンプンをつくる

下の手順に従って一つずつ進めます。

暗処理：株を一昼夜暗いところに置き、葉にもとからあるデンプンを運び出して使い切らせます。遮光：一枚の葉の一部を黒い紙で表裏からおおい、対照をつくります。数時間光に当てたらその葉をつみ取ります。脱色：エタノールを入れた小さなビーカーに入れて湯せんで温めると、葉緑素がエタノールに溶け出し、葉は黄白色になります（エタノールは燃えやすいので直接加熱してはいけません）。水ですすいでからヨウ素液をかけます。

結果：光が当たった部分は青紫色になり、おおった部分は変わりません。デンプンは光合成でできる物質で、光は光合成に欠かせない条件です。

蒸散

二株のインゲンマメに透明なポリ袋をかぶせ、袋の口を茎の根もとでしばります。左の株は葉を残し、右の株は葉を全部取ります。数時間後、左の袋の内側は水滴でいっぱいになりますが、右はほとんど水滴がつきません。水はおもに葉から出ていくのです。

水は水蒸気となって、葉の表皮にある気孔から空気中へ出ていきます。これが蒸散です。気孔は一対の孔辺細胞に囲まれていて、昼に開き夜に閉じます。水が足りないときも閉じます。

気温が高い、空気が乾いている、風がある、光が強いと、蒸散は速くなります。水やりをやめると土が乾いて葉がしおれ、また水をやるとすぐに立ち直ります。蒸散は水と無機養分を体の上へ引き上げ、葉の温度を下げるはたらきもあります。

光屈性とオーキシン

トウモロコシの幼葉鞘五本に片側から光を当てます。① そのまま：光の方へ曲がる。② 先端を切る：伸びも曲がりもしない。③ 先端に光を通さないアルミはくの帽子：まっすぐ伸びる。④ 先端の下にアルミはくの筒：やはり光の方へ曲がる。光を感じるのは先端で、曲がるのはその下の部分です（ダーウィン）。

⑤ 先端を切り、先端をのせておいた寒天片を切り口の片側にのせると、光がなくても反対側へ曲がります。先端でつくられた物質が下へ運ばれて成長を促すのです。のちにそれはオーキシンとわかりました（ウェント）。

片側からの光でオーキシンが陰側に多く集まり、陰側がよく伸びるので、光の方へ曲がります。

花が咲き実がなる

インゲンマメの花は蝶形花です。上に大きな旗弁、左右に二枚の翼弁、下の二枚が合わさって巻いた竜骨弁になり、おしべとめしべを包んでいます。花が開ききる前に、花粉が自分の柱頭につきます。インゲンマメは自家受粉する植物です。

受精すると花びらが落ち、子房は果実（さや）に、子房の中の胚珠は種子に、受精卵は胚になります。さやはまず長く伸び、次に種子が充実して節ごとにふくらみ、最後に黄色く乾いて熟します。

昼間の気温が高すぎる（32 °C を超える）と花粉の活力が落ち、多くの花が落ちて、さやが少なくなります。

自由栽培

一粒の種子から、自分だけのインゲンマメを育てましょう。どの条件も姿を変えます。光が弱いと茎が細長く葉が黄色に、寒いと成長が遅く、暑すぎると花が落ちます。水やりの間隔が長すぎるとしおれ、CO₂ が多いと光合成が速くなり、窒素が足りないと葉が黄色く株が小さくなり、片側からの光では光の方へ曲がります。

右のグラフは草丈・葉面積・乾燥重量の記録です。条件を変えると、成長全体が新しい条件で計算し直されます。