植物の根は、水や無機養分を吸収するだけの器官ではありません。多年生植物や根菜類では、根に糖やデンプンなどを蓄え、芽吹き、開花、再生、越冬などに利用することがあります。しかし、根に蓄えられる物質の量は一年中同じではありません。
植物の根に蓄える養分が季節や生育条件によって変わるのは、葉でつくられる光合成産物の量と、芽・葉・花・果実・根などが成長のために消費する量のバランスが時間とともに変化するからです。さらに、温度、水分、日射、養分状態、休眠や芽吹きなどの生育段階によって、根へ送る量と根から再び使う量も変わります。
なお、ここでいう「根に蓄える養分」は、土から吸収した窒素やリンだけを意味しません。植物の貯蔵物質として大きな割合を占めるのは、光合成でつくられた糖から生じるデンプンや可溶性糖などの非構造性炭水化物です。植物によってはフルクタン、タンパク質、窒素化合物なども地下部に蓄えます。
根に蓄えられる代表的な物質は糖やデンプン
植物は葉で光合成を行い、二酸化炭素と水から糖をつくります。その一部はすぐに呼吸や成長に使われ、一部はショ糖などの形で茎や根へ運ばれます。根では、その糖がデンプンなどに変えられて蓄えられることがあります。
このような、細胞壁の材料として固定されていない糖やデンプンを非構造性炭水化物と呼びます。非構造性炭水化物は、植物があとで使えるエネルギー源や炭素源として働きます。
根や地下器官に蓄える利点は、地上部の葉が失われる季節や、光合成が十分にできない時期にも資源を残せることです。特に多年生植物では、冬を越した後の芽吹きや、刈り取り・食害後の再生を地下の貯蔵物質が支えることがあります。
根の貯蔵量は「入ってくる量」と「使う量」の差で決まる
根にどれだけ物質が蓄えられるかは、単純に光合成量だけでは決まりません。植物体の中では、葉がつくる量と、各器官が使う量の両方が変化します。
葉が十分に展開して光合成量が大きく、成長に使う量より生産量が多い時期には、余剰の炭素を根や茎へ蓄えやすくなります。反対に、新芽の展開、開花、果実肥大などで大量の資源が必要になる時期には、根などに蓄えていた糖やデンプンが分解され、成長中の器官へ運ばれます。
この関係は「ソース」と「シンク」で考えると分かりやすくなります。光合成産物を供給する成熟葉はソース、成長中の芽・果実・若い根や貯蔵器官はシンクです。季節や生育段階が変わると、どの器官が強いシンクになるかも変わります。
春の芽吹きでは根の貯蔵物質が使われることがある
落葉樹や多年生草本では、春の芽吹きが始まった時点で、まだ葉が十分に展開していないことがあります。この時期には新しい葉だけで必要なエネルギーをつくれないため、前年までに根や幹などへ蓄えた炭水化物が利用されます。
海外の樹木研究では、非構造性炭水化物の貯蔵量が季節を通じて変化し、春の葉の展開や新しい組織の成長を支えることが示されています。根は大きな貯蔵庫の一つであり、必要な時期に蓄えを動員します。
そのため、春に植物が活発に成長し始めたからといって、根の貯蔵量も同時に増えるとは限りません。むしろ光合成が本格化する前には、根の貯蔵物質が減る場合があります。
葉が十分に働く時期には再び根へ蓄えられる
葉が展開して光合成量が増え、新芽や果実などの成長需要を上回る炭素が得られるようになると、植物は再び貯蔵を増やせます。
秋に落葉する植物では、冬を迎える前に地下部や幹へ炭水化物を蓄えるものがあります。翌春の芽吹きや冬季の呼吸を支えるためです。アスパラガスでも、生育後半に同化した炭素が貯蔵根へ送られ、翌春の若茎生産に利用されることが報告されています。
ただし、すべての植物が同じ季節パターンを示すわけではありません。常緑樹、落葉樹、多年草、根菜類では生活史が異なるため、蓄積と消費の時期も変わります。
根に蓄える量は植物の生育段階でも変わる
同じ季節でも、発芽直後、栄養成長期、開花期、結実期、休眠前では植物の資源配分が異なります。
若い植物では、根や葉そのものをつくるために光合成産物を多く使います。成熟して花や果実をつける段階では、生殖器官が強いシンクになります。そのため果実が多い植物では、根や枝へ回せる炭水化物が少なくなることがあります。
一方、果実の成長が終わった後も葉が健全に残れば、その後の光合成によって根や幹へ再び貯蔵物質を補充できます。多年生果樹では、収穫後の葉の状態が翌年の生育へ影響する理由の一つです。
日射が変わると根へ回せる炭素量も変わる
根に蓄える炭水化物の原料は主に光合成産物なので、日射条件は大きな影響を与えます。曇天が長く続いたり、強い遮光で光合成量が低下したりすると、根へ回せる炭素が少なくなることがあります。
ただし、日射の影響は単純ではありません。高温や強光によって葉がストレスを受けている場合には、適度な遮光によって光合成や葉の寿命が改善し、結果として貯蔵量が増えることもあります。日本の果樹研究でも、暖地条件での遮光によって炭水化物蓄積が変化した例が報告されています。
したがって、「明るいほど必ず根の貯蔵量が増える」のではなく、その植物が効率よく光合成できる環境かどうかが重要です。
乾燥は貯蔵を増やす場合と減らす場合がある
乾燥すると植物は気孔を閉じ、葉から失う水を減らします。その結果、二酸化炭素の取り込みも減り、強い乾燥では光合成量が低下します。炭素供給が少なくなれば、根へ新しく蓄えられる量も減る可能性があります。
一方で、乾燥によって地上部の成長が強く抑えられると、光合成産物の消費先が減り、一時的に糖やデンプンの濃度が高くなることもあります。つまり、貯蔵量は「光合成が減ったか」だけでなく、「成長による消費がどれだけ減ったか」にも左右されます。
乾燥が長期化すれば、呼吸を維持したり、損傷した組織を修復したりするために貯蔵物質が使われます。強いストレスでは、最終的に地下の炭水化物貯蔵も減少することがあります。
温度は蓄積と消費の両方に影響する
温度は光合成だけでなく、植物の呼吸や成長速度にも影響します。低温では成長が鈍り、冬越しに備えて糖の形を変える植物もあります。
寒冷地の植物では、デンプンを可溶性糖へ変えたり、フルクタンを蓄えたりすることで、低温への耐性や翌春の再生に利用する例があります。チコリやアスパラガスなどでは、地下部にフルクタンを蓄え、冬を越した後の新しい地上部の成長に使います。
逆に高温では呼吸による炭素消費が増えるため、光合成量が十分でなければ貯蔵を増やしにくくなります。根の貯蔵状態は、炭素をつくる速度と使う速度の温度依存性の差にも影響されます。
窒素やリンなどの養分条件も炭素の貯蔵を変える
土壌中の窒素やリンが不足すると、葉や茎の成長が抑えられます。すると炭素の使われ方が変化し、根への配分が増える場合があります。一方、養分欠乏が強すぎて葉の光合成能力まで低下すれば、植物全体で使える炭素そのものが減ります。
また、植物は窒素などの元素を根や地下器官に有機化合物として蓄え、翌季に再利用することがあります。このような養分の再利用は多年生植物で重要です。
そのため、根の「貯蔵養分」は炭水化物だけでなく、炭素と窒素などの栄養元素のバランスとして考える必要があります。
細い吸収根と太い貯蔵根では役割が違う
根系のすべての部分が同じ量を蓄えるわけではありません。若く細い根では水や養分の吸収、呼吸、伸長などの代謝が盛んで、得られた糖をすぐ使う割合も大きくなります。
一方、太い根や貯蔵根、根冠部などでは、デンプンなどを多く蓄えられる組織が発達している場合があります。根菜類では、根が肥大して大きな貯蔵器官になることもあります。
樹木細根を対象とした日本の研究でも、可溶性糖やデンプンなどの非構造性炭水化物を測定するとともに、根呼吸などの機能が季節によって変わることが調べられています。根系全体の貯蔵状態を理解するには、根の太さや役割を区別して見る必要があります。
根の貯蔵量を変える主な条件
| 条件 | 根の貯蔵への主な影響 |
|---|---|
| 春の芽吹き | 新芽や葉の成長に地下の貯蔵炭水化物が使われ、根の蓄えが減ることがある |
| 光合成が盛んな時期 | 生産量が成長需要を上回れば根や幹への再蓄積が進む |
| 開花・果実肥大 | 花や果実が強いシンクとなり、根へ回る炭素が減ることがある |
| 休眠前・越冬前 | 翌季の芽吹きや冬季の維持に備え、地下部へ資源を蓄える植物がある |
| 乾燥 | 光合成と成長の両方を変え、乾燥の強さや期間によって貯蔵量が増減する |
| 温度 | 光合成、呼吸、成長速度、糖とデンプンの変換などを変える |
| 養分状態 | 成長需要や光合成能力、根への資源配分を変える |
「秋に蓄えて春に使う」は代表例であって全植物共通ではない
多年生植物の説明では、「秋に根へ蓄え、春に使う」というパターンがよく紹介されます。実際、温帯の落葉植物や地下貯蔵器官をもつ植物では重要な仕組みです。
しかし、熱帯の常緑植物、乾季と雨季が明瞭な植物、夏に休眠する植物などでは、蓄積と利用の時期が異なります。海外の研究でも、非構造性炭水化物の季節変化は樹種や気候帯によって大きく異なることが示されています。
したがって、根の貯蔵量を季節だけで予測することはできません。その植物がいつ葉をつけ、いつ成長し、いつ休眠し、どの時期に水や養分を得られるのかを見る必要があります。
根の貯蔵は「余ったものを置く」だけではない
以前は、光合成産物が成長に使われた後、余った分が受動的に貯蔵されると考えられることもありました。しかし現在では、植物が将来の芽吹き、ストレス、再生などに備えて、成長と同時に一定量を貯蔵へ回す場合があると考えられています。
貯蔵には将来の生存を支える役割があるためです。すべてを現在の成長に使ってしまえば、冬、乾燥、落葉、損傷などで光合成ができない期間に利用できる資源がなくなります。
このため植物は、現在の成長と将来への備えの間で資源配分を調節しています。そのバランスが季節や生育条件で変わることで、根の貯蔵量も変化します。
まとめ
植物の根に蓄える養分が季節や生育条件によって変わるのは、光合成でつくられる量と、成長・呼吸・開花・結実・芽吹きなどで消費される量のバランスが変わるからです。
根に蓄えられる代表的な物質は、デンプンや可溶性糖などの非構造性炭水化物です。春の芽吹きでは蓄えが使われ、葉が十分に働く時期や休眠前には再び蓄えられる植物があります。しかし、その時期や増減の幅は植物の生活史、日射、温度、水分、養分状態によって異なります。
つまり根の貯蔵は、一定量を保つ静的な倉庫ではありません。植物が現在の成長と将来の生存の間で資源をやりくりする、季節的・生理的に変化する貯蔵システムなのです。
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参考資料
- 日本森林学会「非構造性炭水化物を介した樹木細根機能の季節変化：山岳標高差に対する検証」
- 園芸学研究「半促成長期どり栽培におけるアスパラガスの生育と収量に関する研究」
- New Phytologist: Whole-tree nonstructural carbohydrate storage and seasonal dynamics in five temperate species
- Frontiers in Plant Science: Fructan Structure and Metabolism in Overwintering Plants
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