木の幹の皮を輪のようにはがすと、すぐに葉がしおれるでしょうか。「水の通り道が切れるから」と答える前に、どこまではがしたのかを確かめてください。植物の体内には、運ぶものや位置が異なる通り道があります。見た目の傷だけで、すべての輸送が止まるとは決められません。
中学入試で扱う環状はく皮は、茎の外側の部分を一周はがし、内側を残した実験として示されることがあります。ここでは、木本の茎で師管を含む外側の帯を切り、内側の道管を傷つけずに残す模型を考えます。実際の木を傷つけて試すための手順ではありません。
輪を一周させる理由
道管は主に根から吸収した水と無機養分を運びます。師管は、葉などでつくられた糖などの有機物を、その時点で必要とする部分へ運びます。木本の幹では、一般に道管を含む木部が内側、師管を含む部分が外側にあります。
片側だけ皮をはがした場合は、反対側に残った経路で物質が移動できる可能性があります。輪の形に一周させるのは、外側の経路が途中でつながらないようにするためです。「皮に傷をつけた」という観察だけでは、経路を切断した条件と同じにはなりません。
すぐの変化と、時間がたった変化を分ける
道管が保たれていれば、水の供給は直ちに全部止まるわけではありません。そのため、処理の直後に葉がしおれなかったという結果は、師管の輸送が続いている証拠にはなりません。葉のしおれは、水分状態に関係する観察だからです。
一方、輪より上の葉でつくられた糖が下の根へ運ばれにくくなると、輪の上側に有機物が蓄積し、その付近がふくらむことがあります。根へ届く有機物が減る影響は、根に蓄えられた養分の量などにも左右されます。長期間では植物全体が弱る可能性がありますが、「直後に枯れる」「必ず何日後に枯れる」とは、この情報だけで言えません。
師管は下向き専用ではない
葉が上、根が下の図では、師管の矢印を下向きに描くことが多くなります。しかし、師管の輸送を「常に下向き」と覚えると、芽や果実への移動を説明できません。有機物を供給する部分と、利用・貯蔵する部分の位置関係で考えます。
葉より上にある成長中の芽へ運ぶ場合には、上向きの移動もあります。また、発芽時には貯蔵器官から成長部分へ供給されます。矢印を引く前に「今、どこでつくられ、どこで使われているか」を書き入れる方が、図を変えた問題にも対応できます。
例題1：葉がしおれなかった意味
同じ種類・同程度の大きさの苗木を二群に分けました。A群は茎の師管を含む帯を一周切断し、道管を残します。B群には処理をしません。水や光の条件は同じです。処理直後、両群とも葉はしおれませんでした。「A群でも糖は根へ普段どおり運ばれている」と結論できますか。
答え・解説： 結論できません。葉がしおれないことから、糖の移動量は直接わからないためです。A群では道管が残されており、水が上へ運ばれることと、師管を通る糖の移動が妨げられることは両立します。水の状態を観察した結果を、糖の輸送の証拠へ置き換えないようにします。
このあと比較するなら、同じ時間がたった時点での輪の上下の変化や、有機物の分布などが候補になります。ただし、傷による影響と輸送遮断の影響を完全に分けられるかは、対照実験の設計も含めて考える必要があります。
例題2：葉の位置を変えた図を読む
糖の通り道だけに注目した模型です。植物Xは輪より上に葉があり、成長中の根は輪より下にあります。植物Yは輪より下に葉があり、成長中の芽は輪より上にあります。他の供給源や貯蔵物質の利用を考えないとき、輪を越えるどの移動が妨げられますか。
答え・解説： Xでは上の葉から下の根への移動、Yでは下の葉から上の芽への移動です。どちらも輪の部分で師管の連続性が失われるためです。Yでも下向きの矢印を描くと、供給源と利用先が逆になってしまいます。これは輸送の経路を読む模型であり、実際の成長量や生存期間を予測したものではありません。
「傷つけた深さ」が実験条件になる
道管まで深く傷つければ、水の供給にも影響が及びます。そうした処理と、師管だけを遮断した処理を一緒にして比べると、何が原因かわからなくなります。問題の図で残されている部分、切られている部分を別々に塗ると、条件を読み落としにくくなります。
答案では「輪より上がふくらんだので、葉でできた物質がその付近に蓄積したと考えられる」のように、観察から考えられる範囲を述べましょう。通り道の名前を一つ答えるだけで終わらず、運ぶ物質、葉の位置、観察までの時間を結びつける。そこまで整理すると、植物の実験が丸暗記から理由のある説明へ変わります。
もう一つ、輪の上下を同じ太さの茎で比較できているかも見てください。幹はもともと下ほど太いことがあるので、処理後の直径だけを上下で比べても、ふくらみが生じた証拠としては弱くなります。処理前の同じ位置を測り、そこから何mm変わったかを追う方が、変化をとらえやすくなります。無処理の木でも自然に成長するため、同じ期間の増加量を対照群と比べる設計が必要です。