植物生理学II　第８回講義

植物と水についてのもろもろ

第８回の講義では、雨（葉の濡れ）の光合成に対する影響や、篩部と木部の関係などについて、話し忘れた点をいろいろと補足しました。今回の講義に寄せられたレポートとそれに対するコメントを以下に示します。

Ｑ：今回の授業では、光が当たっているときに雨に長時間濡れすぎると、ルビスコが壊れることについて学んだ。ルビスコは二酸化炭素を固定する酵素で光合成の核を担っているので、壊われると植物は打撃を受ける。その理由は、雨に含まれている成分が葉緑体の細胞膜に働き、二酸化炭素を内部に取りこみにくくするためだ。この性質を使って、空き地に生えている雑草を除去できるのではないだろうか。晴れの日にずっと水をかけ続けるのは費用が莫大にかかってしまうので、気孔を閉じられなくする薬品を雑草に振りかけるのである。そうすれば雨になっても気孔を閉じられない雑草は、二酸化炭素を固定できないまま枯れていくのである。

Ａ：「雨に含まれている成分が葉緑体の細胞膜に働き」という話はしていないと思うのですが。「気孔を閉じられなくする薬品を雑草に振りかける」というアイデアは良いと思うのですが、それだけでは植物生理学のレポートにはなりません。気孔の開閉のメカニズムについて講義で紹介しているわけですから、どのような作用を持つ薬品を使えばよいのかぐらいまでは、考察するようにしてください。

Ｑ：今回の授業で、葉が濡れにくい方が光合成速度が低下しにくいのではないか、という話があった。このことから、濡れ処理を行った葉が晴れの時と同じ光環境下にある場合、光合成速度は低下するにもかかわらず、晴れた日に芝生などに水撒きをしても芝が枯れないのは何故か、ということについて考えた。そこで着目したのは、葉の表(向軸側)と裏(背軸側)に差があるためではないかということである。差とはすなわち、(1)「濡れやすさそのものの差」、(2)「濡れたことに対する応答(光合成速度の低下)の差」である。多くの植物では葉の向軸側が上面、背軸側が下面となっているため、雨が降っている時に雨水にさらされることがより多いのは向軸側であると考えられる。よって、(1)の差がある場合、葉が濡れること自体が光合成の阻害要因となっていることが考えられるが、向軸側が水をはじき易ければ、晴れの日の水撒きは、光合成に大きな影響は与えないと考えられる。また、(2)の差がある場合、向軸側あるいは背軸側が主に担っている機能が阻害されることが、光合成速度低下の要因になっていると考えられる。向軸側の機能が関係している場合は、水撒きによって植物が枯れないことの説明は出来ない。しかし、背軸側の機能が関わっている場合、晴れの日の水撒きにより光合成速度が低下することはないと考えられる。

Ａ：面白いと思います。「向軸側の機能」「背軸側の機能」をより具体的に議論できるともっと良かったですね。

Ｑ：細胞膜の生体膜は脂質二重層からなるため水は通りづらく、細胞壁は細胞膜の1000～10000倍水を通すことを学んだ。しかし生体膜には水チャンネルのアクアポリンが存在し、水の輸送を行なうことができるということが分かった。アクアポリンはなぜ存在するのだろうか。第一に異物の侵入を防ぐことが考えられる。細胞壁に比べてとても細かい網で侵入してくる異物(イオンなど)をブロックしているようなイメージである。水に混じった異物も水分子のみを選択的に透過させる水チャンネルを通過できないので、植物はアクアポリンからは水分子のみを取り入れることができる。このことにより侵入してきては困るものを排除できると思われる。第二にアクアポリンは透過する水分子の量を調節していることが考えられる。水銀がアクアポリンの二酸化炭素輸送を阻害するように植物自らが水分子輸送を阻害することで、異常な環境下に置かれたときに水分子透過量を調節できる(雨が降らず乾燥しているときに水分を失わないようになど)可能性がある。このことを証明するには通常状態と乾燥状態に置かれた植物の細胞における水の輸送量を測定し比較する方法が考えられる。最後にアクアポリンが水チャンネルであるように、他のイオンなどもチャンネルごとに分担されている。これは植物が細胞の必要としているものを適切な量で輸送するために複雑に進化してきたことを意味するのではないだろうか。

Ａ：しっかり書けています。実際には、アクアポリンは活性の制御よりも、タンパク質量そのもので制御されているようですね。提案されているような実験系を組めばきちんとした結果が得られるのではないかと思います。

Ｑ：雨により葉が濡れた場合２時間程度では障害は起きないが、６時間に渡る場合障害を受ける。葉が水を吸収してしまうということはないのだろうか。人間で言うと指がふやけてしまうように。指がふやけるのは風呂などでよくあることだが、水死した人など長時間水に浸かると全身ふやける。このように葉も長時間水にさらされることでふやけのような状態になってしまうのではないだろうか。葉に余分な水分が入ってしまえば例えその後晴れてもその水が邪魔をして光合成で光を効率よく吸収することができなくなるのではないだろうか。

Ａ：オープンクエスチョンで終わってしまうと、エッセーにはなってもレポートにはなりません。疑問を設定したら、それに答える方向で議論を展開しないといけません。論文ではなくてレポートなので、答えがきちんと求まる必要はありませんが・・・。

Ｑ：木がうろをもつことでメリットはあるだろうか。うろの中には虫や鳥たちが住みつきます。これは外的から身を守ることから安全な場所を確保するためです。木にとってみれば、彼らはただの居候となっていると考えられます。しかし、木は家賃をもらっていると仮定するならば、どのようなものが考えられるだろうか。まず、うろの中の住民は、木を食べる虫を捕食するはずである。 例えば、キツツキは子育てをうろで行います。子のエサとなる虫のなかには、カミキリ虫の幼虫もいます。カミキリの幼虫は、生き木の中で木を食べて成長します。つまり大家（木）にしてみれば、大迷惑な住民です。その者を退治してくるのがキツツキなのです。オオクワガタもうろで生活をします。かれらはオスメスのペアで生活します。つまり結婚して、うろという借家に住んでいます。かれらはとても縄張りが強いのでほかの虫は寄せ付けません。近寄ってきたら追い出すのです。そのために他の虫は、彼れらのうろには住み着くことができません。カミキリ虫などが住み着いて、子を産んだら害になることもなくなるでしょう。これから、害虫となるであろう虫を退治しているのではないか。（ちなみにオオクワガタは腐った木や死んだ木を産卵場所に選ぶので、生きている木とって無害です）

Ａ：これは面白い着眼点ですね。僕には思いつきませんでした。まあ、そのためにうろを作るだけのメリットはないように思いますが、できてしまったうろがプラスに働く可能性はあるのかもしれませんね。