水の道しるべ ― 赤い染料で追う根から葉への水の道Water's Path: Tracing Water from Roots to Leaves with Red Dye

1予想しよう（触る前に）Predict (before you touch anything)

1. 白い花の植物の茎を赤インクを入れた水にさしておくと、しばらくして茎を輪切りにしたとき、どの部分が赤く染まっていると思いますか。If you stand a white-flowered plant in water with red ink for a while and then slice its stem crosswise, which part do you think will be stained red?💡 茎の中には、水の通り道と、葉でつくられた養分の通り道があります。赤い水はどちらを通るでしょうか。Inside the stem there is a pathway for water and a separate pathway for food made in the leaves. Which one would the red water use?
2. 風が強い日と、湿度が高く風のない日では、植物が水を吸い上げる速さはどう違うと思いますか。How do you think the speed at which a plant draws up water differs between a windy day and a humid, still day?💡 葉から水が出ていく量と、根から吸い上げる量の関係を考えてみましょう。Think about how the amount of water leaving the leaves is related to the amount taken up by the roots.

2動かしてみようTry it

1. 最初の状態(風の強さ 中(50)、空気の湿度 50%(ふつう)、開いている気孔の割合 70%)で、「(b) 断面模式図 [追跡ズーム]」に表示される「追跡中」の赤い粒を目で追い、根毛 → 皮層 → 導管(木部) と進むようすを観察する。右の「茎の横断面」で木部(内側)と師部(外側)の位置も確認する。In the starting state (Wind strength medium (50), Air humidity 50% (normal), Open stomata 70%), follow the red "Tracking" particle in "(b) Cross-section [zoom]" as it goes root hair → cortex → vessel (xylem). Also check where the Xylem (inside) and Phloem (outside) are in the "Stem cross-section".
2. 「表示: 全体図へ」ボタン(または図をタップ)で全体図に切り替え、赤い粒が茎の導管を上って葉脈(木部)に入り、葉の裏側の気孔から青い粒(水蒸気)となって出ていくようすを観察する。(a) 外観の青い枠が (b) で拡大している部分であることも確かめる。Press "View: whole" (or tap the picture) to switch to the whole view. Watch red particles rise through the stem's vessels into the leaf vein (xylem) and leave from stomata on the underside of the leaf as blue particles (water vapor). Also confirm that the blue box in (a) Outside view is the part enlarged in (b).
3. 「風の強さ」を 0 と 100、「空気の湿度」を 0% と 100% にそれぞれ動かし(他は最初の値)、「蒸散量」(粒/分)と「水の上昇速度」(%)の数値を記録する。Move "Wind strength" to 0 and 100, and "Air humidity" to 0% and 100% (keeping the others at their starting values), and record the "Transpiration" (particles/min) and "Water rising speed" (%) values.
4. 「開いている気孔の割合」を 100% と 0% にして、蒸散量と、気孔から出ていく青い粒のようすを観察する。Set "Open stomata" to 100% and to 0%, and observe Transpiration and the blue particles leaving the stomata.
5. 最後に、風の強さ 100・湿度 0%・気孔 100% の組み合わせと、風の強さ 0・湿度 100%・気孔 0% の組み合わせをつくり、蒸散量と水の上昇速度をくらべる。Finally, compare Transpiration and Water rising speed for the combination Wind strength 100, Air humidity 0%, Open stomata 100% and the combination Wind strength 0, Air humidity 100%, Open stomata 0%.

3確かめようCheck

1. 赤い粒(赤い水)は茎の中のどこを通っていましたか。師部や表皮の中を上る粒はありましたか。Where in the stem did the red particles (red water) travel? Did any rise through the phloem or the epidermis?→ 赤い粒は維管束の内側にある導管(木部)だけを通って上っていました。師部(外側)や表皮・皮層の中を上る粒はなく、皮層は根毛から導管へ水が横に移動するところだけでした。The red particles rose only through the vessels (xylem) on the inner side of the vascular bundles. None rose through the phloem (outside), the epidermis or the cortex; the cortex was only where water moved sideways from the root hairs to the vessels.
2. 風の強さと空気の湿度を変えると、蒸散量はどう変わりましたか。How did Transpiration change when you changed Wind strength and Air humidity?→ 最初は約184粒/分でした。風の強さ 100 で約272、0 で約95に、湿度 0% で約340、100% で約27になりました。風が強いほど、空気が乾燥しているほど蒸散量は多くなります。It started at about 184 particles/min. With Wind strength 100 it was about 272 and with 0 about 95; with Air humidity 0% it was about 340 and with 100% about 27. Stronger wind and drier air increase transpiration.
3. 開いている気孔の割合を 0% にすると、蒸散量と水の上昇速度はどうなりましたか。What happened to Transpiration and Water rising speed when Open stomata was set to 0%?→ 蒸散量は 0 粒/分になり、気孔から青い粒が出なくなりました。水の上昇速度も約2%とほとんど止まりました。100% では約262粒/分に増えました。Transpiration dropped to 0 particles/min and no blue particles came out of the stomata. Water rising speed also fell to about 2%, almost stopping. At 100% it rose to about 262 particles/min.
4. 気孔は葉のどちらの面に多く描かれていましたか。On which side of the leaves were most stomata drawn?→ 気孔は主に葉の裏側(下側の表皮)にあり、表側には少ししかありません。気孔は2つの孔辺細胞にはさまれたすき間です。Most stomata are on the underside of the leaf (lower epidermis), with only a few on the upper side. Each stoma is a gap between two guard cells.

4考えようThink further

1. 風 100・湿度 0%・気孔 100% のとき、水の上昇速度は 100% になりました。蒸散量と水の上昇速度が一緒に変わるのはなぜでしょうか。With Wind strength 100, Air humidity 0% and Open stomata 100%, Water rising speed reached 100%. Why do transpiration and the rising speed change together?→ 葉から水蒸気として出ていった分の水が、道管の中で次々に引き上げられて補われるからです。蒸散が水を吸い上げる原動力になっているので、蒸散がさかんなほど(この場合 約720粒/分)水は速く上り、蒸散が止まると水の上昇もほとんど止まります。Because the water lost from the leaves as vapor is continually replaced by water pulled up through the vessels. Transpiration is the driving force for drawing water up, so the more active it is (about 720 particles/min here), the faster the water rises, and when transpiration stops, the rise almost stops too.
2. 実際の実験で、茎の横断面に赤く染まった点が輪のように並んで見えるのはなぜですか。In the real experiment, why do the red-stained spots on a stem cross-section appear arranged in a ring?→ セリなどの双子葉類では維管束が茎の中で輪のように並んでおり、赤い水はそれぞれの維管束の内側にある道管(木部)だけを通るからです。外側の師部は染まりません。In dicots such as Japanese parsley, the vascular bundles are arranged in a ring in the stem, and the red water travels only through the vessels (xylem) on the inner side of each bundle. The phloem on the outer side is not stained.

よくある誤解Common misconceptions

• 「水は茎の中全体にしみこんで上がる」という誤解。水は維管束の道管だけを通って上がります。The idea that water soaks up through the whole stem. Water rises only through the vessels in the vascular bundles.
• 「根が水をポンプのように押し上げるだけで、葉は関係ない」という誤解。葉からの蒸散が水を引き上げるおもな原動力です。The idea that roots simply pump water up and the leaves play no part. Transpiration from the leaves is the main force that pulls water up.

用語（日本語 / English）Key terms (Japanese / English)