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授業ガイド・ワークシートLESSON GUIDE · WORKSHEET

気孔のミクロ世界〜保衛細胞が開く・閉じるStomata Up Close: How Guard Cells Open and Close

中1 · 生物単元: 植物の蒸散と根・茎・葉のつくりStomata Up Close: How Guard Cells Open and Close 目安 20分about 20 min
ねらいGoal：気孔は保衛細胞（孔辺細胞）が水を取り込んでふくらむと開き、水を失ってしぼむと閉じること、そして蒸散の量は気孔の開き方と外気の湿度で決まることを理解する。Students understand that a stoma opens when its guard cells take in water and swell and closes when they lose water and shrink, and that the amount of transpiration depends on how wide the stomata are open and on the humidity of the outside air.
▶ シミュレーションを開く▶ Open the simulation

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

  1. 気孔のまわりの2つの保衛細胞が水を取り込んでふくらむと、気孔は開くと思いますか、閉じると思いますか。When the two guard cells around a stoma take in water and swell, do you think the stoma opens or closes?💡 保衛細胞は気孔に面した側のかべが厚くなっています。ふくらんだとき、かべのうすい側と厚い側のどちらがのびやすいか考えましょう。The wall of a guard cell is thicker on the side facing the pore. When the cell swells, think about which side stretches more easily: the thin side or the thick side.
  2. 気孔が同じだけ開いているとき、外の空気がしめっている日とかわいている日では、どちらのほうが葉から出ていく水蒸気が多いと思いますか。If the stomata are open by the same amount, on which kind of day do you think more water vapor leaves the leaf: a humid day or a dry day?💡 ぬれた洗たく物が早くかわくのはどんな日か思い出してみましょう。Think about what kind of day wet laundry dries fastest.

2動かしてみようTry it

  1. 最初の状態（光の強さ 70%、外気の湿度 40%、根からの水の供給量 80%）で葉の断面を観察し、上表皮・柵状組織・海綿状組織・葉脈（維管束）・下表皮の位置と、気孔がどこにあるかを確かめる。下の「気孔開度」「蒸散の強さ」「保衛細胞」の表示も読む。In the starting state (Light intensity 70%, Air humidity 40%, Water supply from roots 80%), look at the leaf cross-section and find the upper epidermis, palisade layer, spongy layer, vein (vascular bundle), lower epidermis, and where the stomata are. Also read the "Stoma opening", "Transpiration", and "Guard cells" displays below.
  2. 「光の強さ」スライダーを 0% まで下げ、保衛細胞の形、右下の「気孔を上から見る」の図、「気孔開度」がどう変わるかを見る。次に 100% まで上げて比べる。Slide "Light intensity" down to 0% and watch how the guard cells, the "Top view" inset at the lower right, and "Stoma opening" change. Then raise it to 100% and compare.
  3. 光の強さ 100% のまま「外気の湿度」を 10% → 95% → 100% と変え、気孔から出る水色の点（水蒸気）の量と「蒸散の強さ」の表示を比べる。Keeping Light intensity at 100%, change "Air humidity" from 10% to 95% to 100%, and compare the number of light-blue dots (water vapor) leaving the stomata and the "Transpiration" display.
  4. 外気の湿度を 40% にもどし、光の強さ 100% のまま「根からの水の供給量」を 0% にして、気孔開度と保衛細胞の様子を見る。そのあと 40% にして、気孔がどこまで開くかを読み取る。Set Air humidity back to 40%. With Light intensity still at 100%, set "Water supply from roots" to 0% and watch the stoma opening and the guard cells. Then set it to 40% and read how far the stomata open.

3確かめようCheck

  1. 気孔は葉の上表皮と下表皮のどちらにありましたか。Were the stomata in the upper epidermis or the lower epidermis of the leaf?→ 下表皮だけにありました（このシミュレーションでは3個）。上表皮には気孔はありません。Only in the lower epidermis (three of them in this simulation). There are no stomata in the upper epidermis.
  2. 光の強さを 0% にしたとき、保衛細胞と気孔はどうなりましたか。100% ではどうでしたか。What happened to the guard cells and the stomata when Light intensity was 0%? What about at 100%?→ 0% では保衛細胞がしぼみ、気孔開度は 0%、蒸散の強さは「停止」になりました。100% では保衛細胞がふくらみ、気孔開度は 100%、蒸散の強さは「強い」になりました。At 0% the guard cells shrank, the stoma opening became 0%, and transpiration was "stopped". At 100% the guard cells swelled, the stoma opening reached 100%, and transpiration was "strong".
  3. 光の強さ 100% で外気の湿度を上げていくと、気孔開度と蒸散の強さはそれぞれどうなりましたか。With Light intensity at 100%, what happened to the stoma opening and to transpiration as you raised Air humidity?→ 気孔開度は 100% のまま変わりませんでしたが、水蒸気の点は減り、蒸散の強さは 10% で「強い」、95% で「弱い」、100% で「停止」になりました。The stoma opening stayed at 100%, but there were fewer vapor dots: transpiration was "strong" at 10%, "weak" at 95%, and "stopped" at 100%.
  4. 根からの水の供給量を 0% にすると、光が 100% でも気孔は開きましたか。When Water supply from roots was 0%, did the stomata open even with 100% light?→ 開きませんでした。保衛細胞はしぼんだままで、気孔開度は 0%、蒸散は「停止」でした。供給量 40% では気孔開度は約 50% までしか開きませんでした。No. The guard cells stayed shrunken, the stoma opening was 0%, and transpiration was "stopped". At 40% supply the stomata opened only to about 50%.

4考えようThink further

  1. 日照りが続いて土の水が少ないとき、植物が気孔を閉じることにはどんな利点と欠点がありますか。When the soil is dry during a drought, what are the advantage and the disadvantage for a plant of closing its stomata?→ 利点は、蒸散で水が出ていくのをおさえて、しおれるのを防げることです。欠点は、気孔から二酸化炭素を取り入れにくくなるので光合成がしにくくなることや、蒸散による根からの水の吸い上げが弱まることです。The advantage is that it reduces water loss by transpiration and keeps the plant from wilting. The disadvantages are that the plant can take in less carbon dioxide through the stomata, so photosynthesis slows, and the pull that draws water up from the roots by transpiration becomes weaker.
  2. 気孔が葉の裏側（下表皮）に多いのはなぜだと考えられますか。Why do you think stomata are found mostly on the underside of the leaf (the lower epidermis)?→ 葉の裏側は直射日光が当たりにくく温度が上がりにくいので、必要以上に水が失われるのをおさえながら、気体の出入りができるからだと考えられます。The underside gets less direct sunlight and stays cooler, so the leaf can still exchange gases while avoiding losing more water than it needs to.

よくある誤解Common misconceptions

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

気孔stoma (plural: stomata)保衛細胞（孔辺細胞）guard cell蒸散transpiration膨圧turgor pressure表皮（上表皮・下表皮）epidermis (upper / lower epidermis)葉脈（維管束）vein (vascular bundle)

先生へFor teachers

中学校の教科書では保衛細胞を「孔辺細胞」と呼ぶことが多いので、両方の名前を紹介してください。このモデルでは気孔開度を「光の強さ×根からの水の供給量」だけで決め、湿度は蒸散量にだけ影響させる単純化をしています（実際の気孔は二酸化炭素濃度や乾燥、植物ホルモンなどにも反応し、植物によっては上表皮にも気孔があります）。Many Japanese textbooks call guard cells 孔辺細胞, so introduce both names. The model simplifies by setting the stoma opening from only light intensity × water supply, with humidity affecting only the transpiration rate (real stomata also respond to CO2 concentration, drought, and plant hormones, and some plants have stomata on the upper surface too).