植物Q&A

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水耕栽培のアサガオの根について

質問者:   小学生   すずき
登録番号2941   登録日:2013-08-15
こんにちは。
僕は、今小学6年です。
僕が1年のとき、アサガオの観察中の謎を、母にこちらでたずねてもらって、とても勉強になりました。
登録番号1802, 登録番号1857で、アサガオの葉序などについて教えていただきました。
ありがとうございました。

あれから、毎年アサガオの研究をしてきて、6年目になります。
今年は、根の様子を研究したくて、アサガオの水耕栽培をしています。

その途中の疑問がでました。本などで調べてもわからなかったので、先生に教えていただきたいです。
よろしくお願いします。

1.)アサガオ(双子葉類)の根は、ゴボウ根です。
 しかし、水耕栽培でそだてたアサガオは、主根が、
 側根とほとんどかわらない太さになってしまいました。
 単子葉類のひげ根のようです。

 なぜ、主根が太くなれなかったのでしょうか?
 土の中で育っていないから、太くならなかったのでしょうか?
 僕は、根拠はありませんが、考えたのは、常に水が根のまわりにあって、
 太く丈夫に育つ必要がないから、太くならなかったのではないかということです。
 

2)空気中に出てしまった部分の根が、
 水中の根の3-4倍太くなって乾いてしまっているのですが、
 その表面はゴツゴツしていて、まるで木の枝の表面のようになっています。
 その先の水中部分の根は元気に育っています。

 このような根は、はじめて見ましたが、この状態は、どういうものなのでしょうか?
 どうして、この部分は空気中にでていても枯れずにいるのでしょうか?
 木の皮のようなものにおおわれてしまったから、枯れなかったのかなと思います。
 タコノキの気根のようになってしまったのではないかと考えました。
 このことも、根拠はありませんが、そうだとしたら、どんな植物の根も、
 空気中にでれば、気根になるのでしょうか?

画像を見ていただけないのが残念です。
よろしくお願いいたします。

後、これらの根のことに関する本や資料があったら、教えて下さい。
勉強したいです。よろしくお願いします。

 鈴木
鈴木君

 みんなのひろばへのご質問ありがとうございました。いただいたご質問の回答を根研究会の谷本英一先生のお願いしておりましたところ、以下の様な詳しい回答をお寄せくださいました。しっかり勉強してください。



谷本先生からのご回答


小学校1年生から6年間アサガオの栽培・観察をつづけておられることに感服します。今回は水耕栽培の根の特徴についての質問です。「根」は植物の成長をささえるために重要なはたらきをしています。ふつう、土の中の根は観察しにくいので、水耕栽培の根で観察をつづけたことは、大変すばらしい視点だと思います。私を含めて根の研究者(根研究学会http://www.jsrr.jp/ )の多くは、「植物の成長の理解には根の働きを理解することが重要」と考え、研究を行っています。ひきつづき、いろいろな現象に疑問をもち新しい発見をつづけてください。

さて、質問に対する回答です。少し難しい言葉や専門語も出てきますが、ご両親や学校の先生に教えてもらってください。


[質問1] アサガオ(双子葉類)の水耕栽培の根は、主根が、側根とほとんどかわらない太さになっていました。 なぜ、主根が太くならないか?
 [回答] 主根の伸長抑制
「土の中で育つ根は、土の抵抗に打ち勝つために太く育つが、水耕ではその必要がないから、細いのではないか」というあなたの考えはすばらしいと思います。多くの植物で、水耕栽培の根はあまり枝分かれせず、細く長く伸びます。
ただ、その原因は、「アサガオがそう考えて細い根を伸ばした」のではなく、土の中では、いろいろなじゃまものにつきた当たったり、酸素不足などのストレスを受けて、太くなることが多いのです。これには、植物ホルモンの一種である、エチレンやオーキシンとよばれる物質がかかわっています。根が摩擦抵抗や、酸素不足に合うと、これらのホルモンの合成や輸送が変化して、濃度が高くなります。これらの植物ホルモンの濃度が高くなると、根の細胞は伸長が抑制されて太くなります。根が土の抵抗のため伸びにくいのは、側根も同じで、主根から発生する若い側根は主根より細く柔らかいので土を押しのける力も弱いと考えられます。主根の中から発生する側根は、主根より細いのは当然です。
水耕では、摩擦抵抗がほとんどないので、主根も側根も細長く伸びそうですが、この観察では主根の成長は抑制され、側根の成長が勝っているようです。その原因として二つのことが考えられます。
1) 「酸素不足による成長抑制」 水耕栽培では、水に溶けている酸素が不足して、成長が抑制されることが多いです。酸素不足は根の伸長を抑制するエチレンの合成を増加させるので根の伸長は停止します。主根は側根に先立って伸びるので先に酸素不足の影響を受け成長が止まります。主根の成長が停止すると、側根の発生や成長が促されます。詳細な理由は分かりませんが、これには地上器官からの栄養の分配やオーキシンなどの流れの変化が関与していると考えられます。
2) ただし、水耕栽培で主根の成長が途中で停止し、側根が伸びる現象は、水耕液をポンプで循環させた酸素不足にならない条件でも、時々起こります。これは、エンドウの水耕栽培での筆者の経験です。原因は不明ですが、主根の初期の成長で根端に何らかの障害があったのではないかと想像しています。種子から伸び出した主根の初期の成長(通常湿った脱脂綿の上で発根させます)が、水分条件や密植などによって根の初期の環境が良くないと、水耕に移したときに主根の伸長が停止する確率が高くなります。

接触摩擦によるストレスが少ない水耕では、主根の肥大が起こらず土の中よりは細長く成長します。根端の障害などでいったん成長が止まった主根でも、後に細い根が再び伸び出すこともあります。これは、根端の分裂組織が再生して伸長を再開したと考えられます。
送って頂いた写真では、2Lのペットボトルの上部から根が成長していますが、水耕液の循環があまり良くないようなので、ペットボトルの下部では酸素不足によるストレスが起こっていると考えられます。

なお、写真を拝見すると水面に近い部分に根が密集しているように見えます。根の上部(茎との境目)には、側根だけでなく茎から発生した不定根(茎や葉から発生した根を不定根と言います)が含まれているかもしれません。アサガオは、不定根を発生しやすい植物で、発芽間もない双葉の苗を地際で切り取って挿し木すると、容易に根が発生して育ちます。

[質問2]
根の基部が空気中に出てしまっても枯れない理由
  [回答] 根の構造
根は、周囲から水と栄養(硝酸イオンやアンモニウムイオン、それから鉄やマグネシウムなどのミネラルなど)を吸収して茎や葉などの地上器官に送ります。そのため、若い根の細胞の細胞壁は水を通しやすい成分でできています。一方、茎や葉の表面は、クチクラと呼ばれる水を通さない油性成分で覆われているため、表面から水が蒸発しにくくなっています。表面から吸収された水とそれに溶けた栄養成分は、根の中心部にある維管束と呼ばれる管へ運ばれます。維管束には、水を運ぶ道管と地上部で作られた栄養を根に運ぶ師管が縦に通じており、ここを水や有機物などの物質が往来して、根と、地上の茎や葉とを連絡しています。維管束は、私たちの身体の血管のような働きをしています。根の外側が傷害を受けても、大切な維管束は根の中心部を通っているため地上器官へ水とミネラルを運ぶ働きは保たれます。また、維管束の周りは内皮と呼ばれる細胞が取り囲んでいます。ある程度成長した根の上部(基部・茎方向の部分)では、内皮細胞の細胞壁にスベリンやリグニンと呼ばれる水を通しにくい成分が沈着し、維管束の内部の水が容易に外に出ないような構造になっています。根の先端部で盛んに成長している若い部分では、まだ内皮が完成していない部分もあり、内皮が形成された部分でもスベリンやリグニンの沈着が少なく水は維管束へ容易に到達できます。水は逆に外へも蒸発できますから、根の先端部分を乾燥した空気中に置くと、瞬く間にしなびて、枯れてしまいます。
茎に近い根の成熟した部分では、根の表皮の細胞が成熟し、細胞壁が分厚くなりスベリンやリグニンが蓄積します。内皮だけでなく外側にある表皮や皮層の細胞も細胞壁が厚くなり水を通しにくい物質が蓄積して乾燥に強くなるのです。根の先端部で吸収された水が中心部を流れていて、少しずつ外側の細胞にも供給されるので空気中に出た根の上部は乾燥することはないのです。写真を見ると、空気中に出た根の部分は、水面に近く、根が固まっているように見えます。この部分では、水が毛管現象などによって根の表面を伝って這い上がってくるので、乾燥は起こりにくいとも考えられます。ただし、水が蒸発して水耕液に含まれるミネラルがこの部分で濃縮されて濃度が高くなり、根に傷害を与えることもあるので、時々新しい水耕液で洗い流してやる必要があります。

[追加質問3]  根が伸びてくると、水の中で、渦をまくのですが、みな同じ方向に渦まいているように感じます。それは、偶然なのでしょうか。
[回答]  植物の茎や根の先端が成長に伴って旋回運動をすることを、回旋転頭運動(circumnutation) と呼びます。
根端の細胞分裂と細胞伸長の偏差(時間的空間的なズレ)によって根の先端や茎の伸長方向が徐々に変化し、根や茎は回転しながら成長します。回転の方向は、種子の中で根が発生したときの構造によって決まってくるものと考えられますが、植物によって回転方向の決まり方が異なるようです。イネでは、同じ品種でも右回りの種子も左回りの種子もあります。また、旋回方向は、重力や光の刺激によって変化するようです。たくさんの種子を撒いて、すべての根が同じ方向に旋回するなら、種子の中で幼根が形成されたときに細胞の成長順序がはっきり決まっているのでしょう。
アサガオではツルの旋回方向が右ねじの方向(ツルの伸びる方向に向かって右ねじの方向、=時計回り、に回転)に決まっているようなので、根も最初から決まっているかもしれません。

[質問4]
根に関する本や資料
[回答] 根をテーマにした小中学生向けの書物は、見当たりません。基本的な根の構造や働きについては、中学校理科や高等学校生物の教科書が良いでしょう。
専門的な書物には、
根の発育学   森田茂紀著  東大出版会 や
根の事典 根の事典編集委員会(編) 朝倉書店
 があります。
また、「根に関する、様々な疑問には」根研究学会http://www.jsrr.jp/ 、
が回答してくれると思います。E-mail: neken2013@jsrr.jp
根研究学会の連絡先 〒104-0033 東京都中央区新川2-22-4 新共立ビル2F
共立印刷(株)内 根研究学会事務局TEL:03-3551-9891 FAX:03-3553-2047

また、アサガオの開花の研究を長年続けてこられた新潟大学の和田 清俊教授(専門:植物発生生理学)のホームページ:「アサガオの生理学」
http://www.sc.niigata-u.ac.jp/...
も参考になると思います。e-メイル:  ktw@bio.sc.niigata-u.ac.jp

また、アサガオの花の種類や系統などの詳しい情報は
九州大学のアサガオホームページhttp://mg.biology.kyushu-u.ac....
が参考になります。

ジュニア新書では、
樹木ハカセになろう (岩波ジュニア新書) [新書]
石井 誠治 (著) P.46-56 にも、簡単な根の働きの説明があります。

以上です。


谷本 英一(根研究会)
JSPPサイエンス・アドバイザー
柴岡 弘郎
回答日:2013-09-17