© The Japanese Society of Plant Physiologists 水草も気孔から二酸化炭素を取り込むのか？ 水草の多くは気孔から二酸化炭素を取り込んでいないようです。そもそも、陸上植物がなぜ気孔から二酸化炭素を取り込むか、というと、気孔以外の部分から二酸化炭素を取り込めないからです。 植物が呼吸をするときは二酸化炭素・酸素の関係はどうなるのか疑問に感じますよね。 そこでこのページでは植物の光合成と呼吸の違いとは？ また植物は二酸化炭素を空気中に排出するのかどうかを解説します。 どうぞご覧ください。 スポンサーリンク 陸生高等植物の表面にある気孔という構造を知っているでしょうか。気孔は、一対の孔辺細胞およびその周辺の細胞からなる構造で、孔辺細胞間にできる孔の大きさを調節して開閉を行います （図１）。 気孔は光合成が盛んに行われる晴天の時に開いて、葉から水を蒸散させ、根から水や養分の取り込みを促進し、同時に光合成に必要な二酸化炭素を取り込み、光合成により産出される酸素を放出します （これをガス交換と呼びます）。また、蒸散は強い日差しで上昇した葉の温度を低下させる役割もあります。 気孔はガス交換の95％以上を担っており、植物は気孔を通してのみガス交換を行っているといっても過言ではありません。研究によく用いられるシロイヌナズナでは、葉の裏側の表面に 1mm このように気孔は植物が生きていくうえで大変重要な役割を果たしています。もし、気孔の開閉を人為的にコントロールできたなら、光合成に使われる二酸化炭素の取り込みを促進することで作物の生産量を上げたり、乾燥に弱い作物を雨の少ない地域で栽培することができるようになるかもしれません。現在は、まだそのような実用段階ではありませんが、基礎となる開閉の仕組みを解き明かすための研究は熱心に行われています。以下に簡単に紹介したいと思います。 気孔が光に反応して開くことは、1898年、進化論で有名な C. Darwin の息子である F. Darwin により見つけられました。その後、390nm-500nm の波長の青色光 では、どのようにして孔辺細胞内にカリウムイオンが蓄積するかということですが、孔辺細胞に青色光が照射されると、ATPのエネルギーを利用して水素イオンを輸送する細胞膜ポンプが活性化され、水素イオンを細胞外へ能動輸送する事により膜電位が過分極 この研究過程で青色光受容体フォトトロピンが孔辺細胞にも存在していることが見つかりました。フォトトロピンは、シロイヌナズナの光屈性の突然変異体より同定された青色光受容体で、シロイヌナズナには２つの遺伝子が存在しています。気孔開口にも青色光が有効なことからその関係を調べたところ、２つのフォトトロピンが欠損した２重突然変異体では青色光による気孔開口や孔辺細胞からの水素イオン放出が全く起こらないことがわかり、フォトトロピンが気孔開口の青色光受容体として機能していることが証明されました。フォトトロピンに受容された青色光シグナルが、どのように伝達され細胞膜 H 一方、アブシジン酸による気孔閉鎖は、孔辺細胞に蓄積したカリウムイオンを排出することにより引き起こされます。孔辺細胞をアブシジン酸処理すると、細胞膜の陰イオンチャンネル ついで、細胞膜のカリウムチャンネルさらに理解を深めたい方はなどを参照してください。九州大学大学院理学研究院生物科学部門 植物も、生きていくためには、人間や動物たちと同じように、やはり呼吸をしなければなりません。ふつう呼吸というのは体の中に酸素を取り入れて二酸化炭素を吐き出す酸素呼吸のことです。この酸素呼吸は、二酸化炭素を吸って酸素を吐き出す光合成と、ちょうど反対のはたらきになるわけです。光合成は、植物の体でも緑色をした部分でおこなわれ、しかも、光が必要です。これにくらべ、呼吸は、植物の体のすべての部分 … 植物も、生きていくためには、人間や動物たちと同じように、やはり呼吸をしなければなりません。ふつう呼吸というのは体の中に酸素を取り入れて二酸化炭素を吐き出す酸素呼吸のことです。この酸素呼吸は、二酸化炭素を吸って酸素を吐き出す光合成と、ちょうど反対のはたらきになるわけです。光合成は、植物の体でも緑色をした部分でおこなわれ、しかも、光が必要です。これにくらべ、呼吸は、植物の体のすべての部分で、夜となく昼となく、また、光があってもなくても、たえずおこなわれています。ですから、植物の光のあたっている緑色の部分では光合成のため、二酸化炭素を取り入れて酸素を出すと同時に呼吸のために酸素を吸いこみ二酸化炭素を出すはたらきがおこなわれているわけです。しかし、昼間は呼吸作用より光合成がさかんであり、夜はこの反対です。二酸化炭素や酸素は、植物の体の表面の、どこからでも自由に出入りするというわけではありません。ふつうの植物では、葉の表面を包んでいる表皮に、ところどころに穴があり、ここから二酸化炭素や酸素が出入りするのです。この穴を気孔と言います。気孔は、体内から出ていく水分を調節する役目も持っています。また、サクラやヤナギなどの木でも、もちろん葉に気孔をもっています。しかしこのほかに、かっ色をした厚い皮につつまれた幹にも、ところどころに裂け目があり、ここでも、気孔と同じように二酸化炭素や酸素の出し入れをしているのです。この裂け目は、皮目とよばれています。呼吸は、光合成とはちょうど反対のはたらきをします。光合成によってできた炭水化物は水と二酸化炭素から一足とびにできたのではなく、いくつかの段階をへて、いちばんあとの段階で、糖のような複雑なものができあがったのですが、呼吸の場合も、同じように、酸素のはたらきによって炭水化物からいくつかの段階をへて、最後に二酸化炭素と水になります。この道すじの中の大部分は、水素をきりはなす酸化であって酸素は最後に水素を受け取って、水になる役目をしているだけです。そして、このときできたエネルギーを、生活に使っているのです。たとえば、クローバーの葉を、魔法瓶につめて温度計を差し込んだ栓をしておくと瓶の中の温度は外の温度よりも、ずっと高くなるのがわかります。外の温度が18度のとき、中の温度が48度にもなったという記録もあります。また、発光バクテリアやキノコの仲間のツキヨタケなどは光を出します。陸上の植物は、まえに調べたように空気中の酸素を取り入れて呼吸していますが、水中植物では空気がないので水に溶けこんでいる酸素を使って呼吸しています。そして、この酸素で炭水化物を分解し、そのエネルギーを使って生活することは陸上の植物とかわりありません。けれども、陸上の植物のように気孔がないので酸素や二酸化炭素は、体全体から、出入りしているのです。また、水中は空気中よりも酸素が少ないので体の細胞と細胞とのあいだに隙間があって、そこに酸素をたくわえる便利なしくみをもっています。ふつうの酸素呼吸をする植物は酸素がまったくないところでも、しばらくのあいだは、体の中の養分を分解して生きていることができます。しかし、長いあいだ、これにたえることはできません。ところが、下等な植物のなかにはコウボ菌や、ある種のバクテリアなどのように、酸素のあるところでは、かえって暮らすことができないものもおります。このようなものは、全く酸素のないところを好んで生活しています。これらの植物は、酸素を使わないで炭水化物をアルコールに分解したり、乳酸に分解したりして、このときにできるエネルギーを使って暮らしているのです。この呼吸を無酸素呼吸と言い、また、炭水化物を二酸化炭素と水とにわける途中までのはたらきしかしないので、不完全呼吸とも言います。コウボ菌を使って、ビールや酒をつくるのは炭水化物をアルコールにかえる、コウボ菌の呼吸を利用したものです。このような、私たちの生活にたいへん役に立つ無酸素呼吸のことを、とくに発酵と言います。 光合成とは植物が光を受けてデンプンなど栄養分をつくるはたらきのこと。蒸散とは植物の体から水が水蒸気として出て行くこと。蒸散は根から水を吸い上げるための原動力である。呼吸とは生物が細胞で栄養分を酸素で分解しエネルギーをつくること。 陸上植物では、気体（co 2, o 2, h 2 o）の交換は主に気孔を通しておこなわれます。しかし、気孔を開かなくても呼吸に必要なo 2 を得ることができるものもたくさんあります。 気孔はガス交換の95％以上を担っており、植物は気孔を通してのみガス交換を行っているといっても過言ではありません。 研究によく用いられるシロイヌナズナでは、葉の裏側の表面に 1mm 2 あたり約100個もの気孔があり、日々ガス交換を行っています。
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