植物は根からいつも同じ量の水を吸っているわけではありません。春に新しい葉が増える時期、夏の暑く乾いた時期、秋に成長がゆるやかになる時期では、必要な水の量も、根が水を吸う場所も変わります。同じ一日の中でも、朝から昼にかけて蒸散が増えると吸水量は大きくなり、夜には小さくなるのが一般的です。
植物の根の吸水が季節や生育条件によって変化するのは、葉から失われる水の量、土壌中の水の量と位置、根の成長や老化、根域温度、さらに根の水の通しやすさが時間とともに変わるからです。根の吸水は根だけで決まるのではなく、土・根・茎・葉をつないだ植物全体の水の流れとして調節されています。
根の吸水は葉からの蒸散とつながっている
植物の葉には気孔があり、そこから水蒸気が外へ出ていきます。この蒸散によって葉の水ポテンシャルが低下すると、茎や根を通して水が引き上げられ、最終的には土壌から根へ水が入ります。
そのため、晴れて気温が高く、空気が乾いている昼間には蒸散が増え、根の吸水も増えやすくなります。曇天や夜間には蒸散が減るため、吸水量も小さくなります。季節による日射量、気温、湿度の違いは、こうした地上部の水需要を通して根の吸水に影響します。
ただし、葉が強く水を要求しても、土が乾いていたり根の水輸送能力が低下していたりすれば、必要な水を十分には吸えません。吸水量は「葉がどれだけ水を求めるか」と「根がどれだけ水を供給できるか」の両方で決まります。
土壌水分が減ると吸水できる量も場所も変わる
雨の直後は表土にも水がありますが、晴天が続くと地表に近い層から乾いていきます。土が乾くほど、水は土粒子に強く保持され、根が利用しにくくなります。
このとき、深い層に水が残っていれば、植物は相対的に深い根から多く吸うようになります。作物根系の吸水研究でも、根系全体の吸水場所は固定されておらず、土壌水分の分布や根の発育状態に応じて動的に変化することが整理されています。
反対に、短い雨で表層だけが湿った場合には、浅い根からの吸水が一時的に増えることがあります。つまり根の吸水は、根が存在する場所だけでなく、その時点で「どこに利用しやすい水があるか」によって変わります。
季節が変わると根そのものの量や年齢も変わる
植物の根系も一年中同じではありません。成長期には新しい根や側根が増え、吸水に適した若い部分が広がります。一方、古い根では組織の成熟や木化が進み、根の表面から水が入りやすい程度が若い根とは異なることがあります。
多年生植物や樹木では、春の芽吹き、夏の成長、秋の休眠準備などに合わせて、新根の発生量や根の活動が季節的に変化します。根量が増えれば水と接触できる土壌の範囲も広がり、吸水可能量が変わります。
また、根は発育段階によって構造や生理機能が異なります。若い根、成熟した根、老化した根が根系の中に混在しているため、植物全体の吸水能力は根の総量だけでなく、どの年齢の根がどれだけ存在するかにも左右されます。
根域温度が低いと水を吸いにくくなることがある
土壌や培養液の温度も根の吸水に影響します。低温になると水の粘性が高くなるだけでなく、根の細胞膜を通る水輸送や代謝も変化します。
イネを使った研究では、根域温度を下げると蒸散量と葉の水ポテンシャルが低下し、特に低温域では植物体の通水性が急に低下することが示されています。その原因の一つとして、細胞膜で水の通り道をつくるアクアポリンの活性低下が考えられています。
このため、地上部の空気が暖かく日射が強くても、根の周囲だけが冷たいと、水の供給が蒸散需要に追いつかず、植物が一時的な水不足状態になる場合があります。早春や低温期の施設栽培などでは、気温だけでなく根域温度も重要です。
アクアポリンが根の「水の通しやすさ」を調節する
根へ入った水は、細胞壁のすき間を通る経路や、細胞膜を何度も横切る経路などを通って木部へ移動します。このうち細胞膜を通る水輸送に重要なのがアクアポリンという膜タンパク質です。
アクアポリンは単なる固定された穴ではありません。遺伝子発現量、タンパク質量、膜上での配置、開閉状態などが環境に応じて変わり、根の水の通しやすさである根の通水性を調節します。
低温、乾燥、塩類などの条件では、アクアポリンの働きが変化することがあります。したがって、根の長さや太さが変わっていなくても、根一本あたりの水の通しやすさが変わることで吸水量が変化することがあります。
生育段階によって必要な水の量が変わる
発芽直後の小さな苗と、葉を大きく広げた成植物では、蒸散する面積が大きく異なります。葉面積が増える生育初期から旺盛な成長期には、植物全体の水需要が増え、根系も発達して吸水量が増える傾向があります。
開花や果実肥大の時期には、水不足が生殖成長や収量に強く影響する植物もあります。一方、成熟期や休眠期に近づいて地上部の成長が鈍ると、水需要が小さくなり、根の吸水も低下することがあります。
このため、同じ作物でも栽培期間を通じて必要な灌水量は一定ではありません。植物の大きさ、生育段階、気象、土壌水分を合わせて考える必要があります。
乾燥を経験するとその後の吸水パターンが変わることもある
植物は過去に受けた環境の影響を受けます。軽い乾燥を経験すると、根が深い方向へ伸びたり、根への資源配分が変わったりして、その後に利用できる水の範囲が変わることがあります。
一方、強い乾燥が長く続けば根の成長が止まり、細根が枯死して吸水能力が低下します。再び雨が降ったときには、新根の発生やアクアポリンの調節などを通じて吸水能力が回復していきますが、その速度は植物種や損傷の程度によって異なります。
したがって現在の土壌水分が同じでも、それ以前に十分な水があった植物と、長期間乾燥を経験した植物では、吸水状態が同じとは限りません。
養分条件も間接的に吸水へ影響する
窒素やリンなどの養分は根の成長や葉面積を左右します。養分が十分なら地上部が大きくなり蒸散需要が増える一方、根系も発達して吸水範囲が広がることがあります。
反対に、強い養分欠乏では根や葉の成長が抑えられます。また、水と無機養分の吸収は完全に独立しているわけではありません。近年のレビューでも、変動する土壌環境では根や根圏の性質が水と養分の利用効率を同時に左右することが強調されています。
つまり「水だけ」を見ても根の吸水変化を完全には説明できず、温度、養分、土壌構造など複数の生育条件が重なって作用します。
吸水の変化を整理すると
| 変化する条件 | 根の吸水への主な影響 |
|---|---|
| 日射・気温・湿度 | 葉の蒸散需要が変わり、植物全体が必要とする水量が変化する |
| 土壌水分 | 水の利用しやすさと、吸水が多い土層が変化する |
| 根域温度 | 根の代謝や通水性、アクアポリンの働きに影響する |
| 根の成長・老化 | 吸水できる範囲と、根一本あたりの吸水能力が変わる |
| 生育段階 | 葉面積や成長速度の変化によって水需要が変わる |
| 養分・土壌条件 | 根系や地上部の発達を通じて吸水能力に影響する |
「根の吸水量」は根の本数だけでは決まらない
根が多ければ吸水量も必ず大きいとは限りません。水がほとんどない土層に根が大量にあっても吸水量は増えませんし、低温や老化で根の通水性が低下していれば、水を吸う力は小さくなります。
逆に、根量がそれほど多くなくても、水分の多い土層に活発な若い根があり、蒸散需要が高ければ、その部分から多くの水が吸収されることがあります。
根の吸水を理解するときには、「根がどれだけあるか」「水がどこにあるか」「根がどれだけ水を通せるか」「葉がどれだけ水を必要としているか」の四つを一緒に見ることが重要です。
まとめ
植物の根の吸水が季節や生育条件によって変化するのは、葉からの蒸散、土壌水分の量と分布、根の成長や老化、根域温度、アクアポリンを含む根の通水性などが時間とともに変わるからです。
春から夏に植物体が大きくなれば水需要が増えますが、真夏に土壌が乾けば利用できる水は減ります。秋や低温期には蒸散需要や根の活動が低下することがあります。また、表層が乾けば深い根へ、雨で表層が湿れば浅い根へと、吸水する場所自体も変化します。
つまり根の吸水は固定された能力ではなく、土壌と気象、植物の生育段階に合わせて常に変わる動的な機能なのです。
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参考資料
- J-STAGE「水環境が作物の生理・生態に及ぼす影響」
- J-STAGE「作物根系の水吸収パターン」
- J-STAGE「植物の水吸収に着目して地上部と地下部の結びつきを考える」
- Frontiers in Plant Science: Composite Transport Model and Water and Solute Transport across Plant Roots: An Update
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