研究の背景

　理科の授業で、植物の葉の裏には気孔というものがあり、そこから水分が蒸散している(根から吸い上げた水を水蒸気として放出する)と学んだ。気孔は葉だけにあると思っていたが、花びらや実に気孔がある植物もあるという。花の気孔に興味を持ち、先生の薦めでテッポウユリの花を顕微鏡で観察した。するとそこには、本当に気孔があった。
　文献には「花びらはもともと葉だったものが変化したものなので、気孔が痕跡として残っているものもある」という記述があった。しかし観察したテッポウユリの気孔は、単なる痕跡ではないように見える。　花びらの気孔には、どんな特徴があるのか。明らかにするために、研究を始めた。
　テッポウユリには花びらが6枚あり、花びらのことを花被という。外側3枚の花びらを外花被、内側3枚の花びらを内花被と呼ぶ。めしべは1本、おしべは6本ある。

　研究の目的は、おもに次の点を明らかにすることだ。

1.

花被にある気孔の特徴

2.

花被にある気孔は蒸散しているのか

3.

蒸散しているなら、葉の蒸散とはどう違うのか

4.

蒸散しているなら、なぜ花はしおれるのか

研究の内容

1:花被にある気孔の特徴

　まず、花被の気孔を顕微鏡で観察して葉の気孔と比べてみた。それぞれの特徴をまとめたのが、下の表だ。

　花被の気孔は葉の気孔より小さく、形は丸みを帯びていた。共通するのは、孔辺細胞(気孔を構成する唇形の1対の細胞、2つの細胞が唇のように形を変えて気孔が開閉する)に、緑色の葉緑体がたくさんあることだ。葉緑体がゆっくり動く様子(原形質流動)が観察でき、花被の気孔が単なる痕跡ではない可能性が広がった。

花被の気孔（左）と葉の気孔（右）

　次に、花被と葉の気孔の数と分布を比較した。それぞれの1mm×1mmの範囲に気孔が何個あるかを数えて、分布状況を確かめた。
　まず、外花被の表側にはほとんど気孔は見られず、あったのは中肋(ちゅうろく:中央を縦に走る太い葉脈)の部分だけ。それも10個/㎟以下と数は少ない。外花被の裏側は先端近くにたくさんの気孔が見られ、特に中肋の先端周辺は80個/㎟を超えるところもあった。花びらのふちの部分に全く気孔がないのが特徴だが、ふち以外は全体に気孔がある。
　内花被の表側も気孔があるのは中肋部分だけ。内花被の裏側は中肋と花被先端にあったが多くはなく、花被で最も気孔が多いのは外花被の裏側だった。
　葉の場合、表側に気孔は皆無、対して裏側にはたくさんある。花被とは違い中肋部分のほうが分布が少なく、裏側中央部に50個/㎟以上の気孔があった。

2:花被にある気孔は蒸散しているのか

　花被の気孔の特徴がわかったので、今度は本当に蒸散しているかを調べてみた。三角フラスコに水を入れ、葉を取りつぼみ1個だけにしたユリを差し、フラスコの口をラップで覆って水の蒸発を防ぐ。同じものを4つ準備し、それぞれ花が咲き、しおれるまで、毎日9時に水の量をデジタル測定器で測定した。葉からの蒸散はないので、フラスコの水が減っていれば、その量が花被の蒸散量であるとみなした。4つのうち、同じ傾向を示したものをデータとして採用して検証した結果、以下のことがわかった。
　テッポウユリの花被は確かに蒸散していた。つぼみの段階は比較的蒸散量が多く、花が咲くと減少する。咲いている間の蒸散量はそのまま横ばいだが、花がしおれてくると急激に減少する。
　さらに内花被だけを残した花と、外花被だけを残した花を用意して、それぞれ表か裏のどちらか一方にワセリンを塗る方法で、各部分の蒸散量を測定した。その結果、花被のうち最も蒸散量が多いのは外花被の裏側で64%、内花被裏側20%、内花被表側9%、外花被表側7%だった。気孔が多い外花被裏側だけでなく、ほかも予想以上に蒸散していることがわかった。

3:花被と葉の蒸散はどう違うのか

　花被と葉の1日の蒸散量を比べる実験も行ったが、同一面積あたりの花被の蒸散量は葉の10分の1ほどだった。花被の蒸散量は、葉と比べると圧倒的に少ない。
　ただ、花被の気孔は単なる痕跡ではなく、生きて働いている大切な組織であることは明らかだ。下のグラフは、花被とつぼみ、葉それぞれが24時間でどう蒸散量を変えるのか、3時間ごとに測定したものだ。花被とつぼみ、葉の総面積を求めて1㎠あたりの蒸散量を計算し、グラフ化した。量に差はあるが、いずれも時刻で蒸散量を変えることがわかる。15時にピークがくる原因は、気温や湿度、明るさなどのほか、ユリの体内時計が働いているなど、さまざま考えられる。

花被・つぼみ・葉の24 時間の蒸散量の変化

4:なぜ花はしおれるのか

　花被も蒸散しているのに、数日(実験では3日間が多い)でしおれてしまうのが不思議だった。同じ実験で葉がしおれることは一度もなかった。
　ここまでの実験で、花被の蒸散量が急激に落ちるのは、つぼみの状態から花が開きはじめる時と、咲いていた花がしおれていく時だ。花が開き始める時に減少するのは、光合成を盛んに行う必要がなくなり、葉緑体が消失するからだろうと考えられる。
　もうひとつの急激な減少時期が、なぜしおれるかに関わっている。葉や果実などが茎から落ちる時、茎との境界にある特別な細胞が働くのだが、この細胞を離層という。テッポウユリの花被と茎の境目でも離層が働いた時、水分が届けられずにしおれるのではないか。
　それを実証するため、花が咲く直前の段階から1日目、2日目、3日目、4日目、5日目のユリをそれぞれ準備し、赤インクを溶いた水を24時間吸わせ、花被が赤くなる様子を観察した。離層が働き分断されれば、その日の花被は赤くならないはずだ。
　すると、1～3日目のユリは花被全体が赤くなった。4日目のものはほとんど赤くならない。5日目のものは茶色くなり、しおれていた。花被は3日目までは水分を吸い上げたが、4日目以後は吸い上げなかった。顕微鏡で離層の有無を確かめると、花被と茎の境がはっきり見えた。
　テッポウユリは自らの力で、花被を茎から落としていた。花が開き、受粉が終わると花被はもう不要のもの。気孔を持って蒸散を行ってきたテッポウユリの花被も、しおれて朽ちるのだと考えられる。

感想

　テッポウユリ以外の50種類の植物を顕微鏡で観察すると、ほかにも花びらに気孔がある植物があり、それは単子葉類に多いということもわかった。花びらの気孔を「単なる痕跡」とする文献もあったが、この研究でそれを覆すことができた。毎日、顕微鏡とにらめっこするうち、生きている物の確かな営みや不思議さに触れることができ、とても有意義だった。