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気孔と蒸散

植物が根から吸収した水の最大90%が、気孔から再び水蒸気として出ていくことがあります。

どの葉にも必要な折り合い

葉には二酸化炭素が必要です。二酸化炭素は空気中の気体なので、取り込むには、防水性のある表皮に穴を開けなければなりません。同じ穴から水蒸気も出ていきます。OpenStaxでは、効率のよい光合成と水の損失の釣り合いと説明しています。この穴が気孔で、植物は一対の孔辺細胞で開閉を調節します。

孔辺細胞は、光、葉の水分状態、二酸化炭素濃度に応じて開閉します。水を取り込むと膨らみ、互いに反り離れて気孔を開きます。水を失うと張りがなくなり、気孔が閉じます。土が湿った晴れた朝には、気孔が大きく開きます。土が乾くと、強い光の下でも孔辺細胞が気孔を閉じます。水を節約できますが、二酸化炭素の取り込みは減ります。

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3つのボタンを試してから、スライダーを動かしましょう。「晴れた朝」と「暑く乾燥した午後」で「CO₂あたりの水の損失」を比べます。
気孔の実験室では、モデル用の相対的な数値を使います。それぞれの影響の方向を示すもので、実際の葉の測定値ではありません。

水が木を上る仕組み

蒸散とは、植物から主に気孔を通じて水蒸気が失われることです。また、水を引き上げる原動力でもあります。葉の中では、葉肉細胞の湿った細胞壁から水が蒸発して細胞間隙に入り、開いた気孔から出ていきます。この蒸発によって、残った水が引っ張られます。水分子同士が引き合う凝集力と、道管の壁にくっつく付着力によって、途切れない水柱に沿って張力が茎から根まで伝わります。これが、水の上昇を説明する凝集力・張力説です。蒸散は受動的な過程で、植物は水を引き上げるためにATPを使いません。エネルギーは、湿った土壌と、より乾燥した空気との差から得られます。

その数値は大きなものです。OpenStaxでは、葉の表面の張力を約−2メガパスカルとしています。重力に逆らって水を上げるには高さ1 m当たり約0.0098 MPaが必要なので、高さ116 mのセコイアでは重力に逆らうだけで約1.14 MPaが必要です。生きた細胞の内部では、逆向きに働く膨圧は通常0.6～0.8 MPaで、水が十分にある植物では1.5 MPaに達することもあります。これは1.5 × 140 = 210ポンド毎平方インチで、一般的な自動車のタイヤの30～34 psiと比べても大きな値です。吸収する水より失う水が多くなると、膨圧はゼロに近づき、葉がしおれます。

水を節約する

乾燥した場所の植物には、蒸散を減らすいくつもの仕組みがあります。砂漠の植物である乾生植物や、ほかの植物の上に育つ着生植物は、通常、ずっと厚いクチクラをもちます。多くは毛が厚く生えていたり、気孔が葉の表面よりくぼんでいたりして、気孔の上を通る空気の流れを遅くします。サボテンはさらに工夫しています。涼しい夜に気孔を開いて二酸化炭素を取り込み、蓄えておきます。暑い昼間は気孔を閉じ、蓄えた炭素を光合成に使います。これはCAMと呼ばれます。実験室で植物を「サボテン（CAM）」に切り替え、「夜」を押しましょう。

実験室の設定例開きCO₂の取り込みCO₂あたりの水
晴れた朝100%1000.67
暑く乾燥した午後29%291.25
夜10%0なし
夜のサボテン100%1000.33
ポイント
  • 気孔はCO₂を取り込み、水蒸気を放出します。孔辺細胞がその釣り合いを調節します。
  • 光で気孔が開き、土壌が乾くと閉じます。
  • 蒸発によって、凝集力でつながった水柱が道管を上ります（凝集力・張力）。
  • サボテンなどのCAM植物は、夜に気孔を開きます。
  1. 道管内の水を上へ動かす主な原動力は何ですか？
    • 葉からの蒸散
    • 根のATPポンプ
    • 重力
    • 師管の圧力
  2. 蒸散が受動的な過程だとは、どういう意味ですか？
    • 植物が水を動かすためにATPを使わない
    • 夜にしか起こらない
    • 気孔が必要ない
    • 水が空気から葉へ移動する
  3. 根から吸収した水の最大何%が、蒸散で失われることがありますか？
  4. 水を上げるには1 m当たり約0.0098 MPaが必要です。116 mでは何MPa必要ですか？（小数第1位まで）
  5. 1 MPa = 140 psiとすると、1.5 MPaの膨圧は何psiですか？
  6. 孔辺細胞はどうなると気孔を開きますか？
    • 水を取り込んで膨らむ
    • 水を失って縮む
    • 分裂する
    • 死ぬ
  7. 実験室の「暑く乾燥した午後」では、「晴れた朝」と比べてどうなりますか？
    • 気孔が一部閉じ、CO₂の取り込み量あたりの水の損失が増える
    • 気孔がさらに大きく開く
    • 水が失われなくなる
    • CO₂の取り込みが増える
  8. サボテン（CAM植物）はいつ気孔を開きますか？
    • 夜
    • 正午ごろ
    • 決して開かない
    • 雨が降るときだけ
  9. 砂漠の植物で、蒸散を減らすのに役立つ特徴はどれですか？
    • 厚いクチクラとくぼんだ気孔
    • 非常に大きく薄い葉
    • 表側だけにある気孔
    • クチクラがないこと
  10. 道管の中で水柱をつなぎとめているのは何ですか？
    • 水分子同士の凝集力と、壁への付着力
    • 水に含まれる糖
    • 気泡
    • 根圧だけ
このコースの出典 (16)
  • -fix5: gravity calculation corrected using rho*g*h = 1000*9.8*h Pa
  • the cited textbook has a tenfold coefficient error. Sources (checked 2026-10-17): OpenStax Biology 2e 8.1 Overview of Photosynthesis (photoautotrophs, mesophyll, stomata on the underside, guard cells, chloroplast, thylakoid, granum, stroma, two stages; openstax.org/books/biology-2e/pages/8-1-overview-of-photosynthesis)
  • 8.2 The Light-Dependent Reactions (400 to 700 nm, chlorophyll a absorbs blue and red, carotenoids, 300 to 400 chlorophylls per antenna, water split at PSII, about 10 percent of the oxygen used by the leaf's mitochondria; .../8-2-the-light-dependent-reactions-of-photosynthesis)
  • 8.3 Using Light Energy to Make Organic Molecules (RuBisCO, 3-PGA, G3P, three turns per G3P and six per glucose, "dark reaction" outdated, cacti fix CO2 at night; .../8-3-using-light-energy-to-make-organic-molecules)
  • 30.3 Roots (tap and fibrous roots, root cap, three zones in the first centimetre, root hairs, endodermis and Casparian strip; .../30-3-roots)
  • 30.4 Leaves (lamina, petiole, midrib, parallel and reticulate venation, Ginkgo, cuticle, trichomes, palisade in one to three layers, spongy mesophyll, guard cells the only epidermal cells with chloroplasts, xylem and phloem, needles and spines; .../30-4-leaves)
  • 30.5 Transport of Water and Solutes (redwoods near 116 m, turgor 0.6 to 0.8 MPa and up to 1.5 MPa = 210 psi vs tyres 30 to 34 psi, gravity -0.1 MPa per metre, -2 MPa at the leaf surface, cohesion-tension, up to 90 percent of the water lost, sources and sinks, phloem sap up to 30 percent sugar; .../30-5-transport-of-water-and-solutes-in-plants)
  • 31.3 Nutritional Adaptations (rhizobia, nodules, nitrogenase, biological fixation 65 percent of nitrogen used in agriculture, mycorrhizae in more than 80 percent of land plants, up to 20 percent of the carbon; .../31-3-nutritional-adaptations-of-plants)
  • 32.2 Pollination and Fertilization (self and cross pollination, bees cannot see red, nectar guides, bats, birds, wind, water, at least 25,000 orchid species, double fertilization 2n zygote and 3n endosperm, seed parts, scutellum, fruit types, dispersal, dormancy; .../32-2-pollination-and-fertilization)
  • Britannica, Photosynthesis: history (Priestley 1771, Ingenhousz 1779, 1782: oxygen formed at the expense of fixed air, identified the year before as carbon dioxide) (britannica.com/science/photosynthesis/History-of-the-study-of-photosynthesis)
  • Smithsonian Libraries, Ingenhousz, Experiments upon Vegetables, 1779 (library.si.edu/digital-library/book/experimentsuponv00inge)
  • van Helmont's account (200 pounds of earth, 5 pound willow, 169 pounds and about 3 ounces after five years, soil short by about 2 ounces)
  • quoted from Howe 1965 by S. G. Saupe, College of St. Benedict and St. John's University (employees.csbsju.edu/ssaupe/biol115/van_helmont.htm)
  • F. F. Blackman, Optima and Limiting Factors, Annals of Botany 19:281-296, April 1905 (doi.org/10.1093/oxfordjournals.aob.a089000)
  • NOAA Global Monitoring Laboratory, Trends in CO2 (gml.noaa.gov/ccgg/trends/: Mauna Loa September 2026 monthly mean 426.07 ppm)
  • NOAA Climate.gov, Climate change: atmospheric carbon dioxide (280 ppm or less before the Industrial Revolution of the mid-1700s, from ice cores; climate.gov/news-features/understanding-climate/climate-change-atmospheric-carbon-dioxide).

確認日: 2026-10-17