植物の転流の仕組みと師管の役割！光合成同化産物の農業活用

植物の転流

植物の転流の仕組みと師管の構造

 

植物が生命活動を維持し、大きく成長するために欠かせないのが「転流（Translocation）」という生理現象です。多くの農業関係者が光合成の効率（いかに光を当てるか、CO2を与えるか）に注目しますが、実は作られた栄養分が適切に運ばれなければ、果実は肥大せず、根も伸びません。この輸送システムこそが転流であり、その主役となるのが維管束の一部である「師管（篩管）」です。

 

師管の構造は非常に特殊的です。水や無機養分を根から吸い上げる「導管」が死んだ細胞の管であるのに対し、師管は生きた細胞（師管要素）が縦につながってできています。しかし、これらの細胞には核や液胞がほとんどありません。その代わり、隣接する「伴細胞（コンパニオンセル）」が代謝機能を肩代わりし、エネルギー（ATP）を供給することで輸送機能を支えています。

 

転流の駆動力について、現在最も有力なのが「圧流説（Pressure-Flow Hypothesis）」あるいは「ミュンヒの説」です。このメカニズムは、物理的な圧力差によって説明されます。

 

• ローディング（積み込み）: 葉（ソース）の光合成細胞で作られた糖（主にスクロース）は、エネルギーを使って能動的に師管内へ積み込まれます。すると、師管内の糖濃度が上がり、浸透圧が高まります。これによって隣接する導管などから水が師管内へ流れ込み、内圧（膨圧）が上昇します。
• 長距離輸送: 圧力の高まった場所から、圧力の低い場所へと、師管液（糖液）が押し流されるように移動します。これが転流の「流れ」です。
• アンローディング（積み下ろし）: 果実や根（シンク）などの需要部位に到達すると、糖は師管から周囲の細胞へと運び出されます。これにより師管内の糖濃度が下がり、水が師管から出ていくことで圧力が低下します。

この一連の流れは、まるでポンプを使った水圧輸送システムのようなものです。農業現場で「葉の色が良いのに実が太らない」という現象が起きる場合、このポンプ機能のどこか（特にローディングやアンローディングの代謝エネルギー不足）に問題が生じている可能性があります。

 

参考リンク：師管の物質輸送機構について | みんなのひろば（日本植物生理学会） - 圧流説の基本メカニズムについて解説されています。

光合成同化産物がソースからシンクへ運ばれる流れ

転流によって運ばれる物質を「同化産物」と呼びますが、その大部分はショ糖（スクロース）です。なぜブドウ糖（グルコース）ではなくショ糖なのでしょうか。それは、ショ糖が化学的に安定しており、輸送中に不用意に反応して消費されてしまうのを防ぐためだと考えられています。

 

この同化産物の移動には、「ソース（Source）」と「シンク（Sink）」という明確な役割分担があります。

 

• ソース（供給源）: 光合成を活発に行い、余剰の糖を生産する部位。主に成熟した葉が該当します。
• シンク（受容部）: 糖を消費または貯蔵する部位。成長中の若い葉、根、茎、花、果実、種子などが該当します。

興味深いのは、この役割が固定されていないことです。例えば、ジャガイモの種芋から芽が出る時、種芋は蓄えたデンプンを分解して糖に変え、新しい芽に送る「ソース」の役割を果たします。しかし、葉が茂り光合成が始まると、今度は新しくできた芋が同化産物を受け取る「シンク」となり、種芋は役割を終えます。

 

また、農業において極めて重要なのが「シンク能（Sink Strength）」という概念です。これは「シンクがどれだけ強く糖を引き寄せるか」という力のことです。一般に、シンク能は以下の式で表されることがあります。

 

$\text{シンク能} = \text{シンクのサイズ} \times \text{シンクの活性}$シンク能=シンクのサイズ×シンクの活性
つまり、果実が大きければ大きいほど、また細胞分裂が活発で代謝が高いほど、より多くの栄養を葉から奪い取る力が強くなります。トマトやメロンなどの果菜類栽培において、「最初の果実（一番果）をいつ着果させるか」が重要なのは、強力なシンクを早期に作ってしまうと、まだ十分育っていない植物体（ソース）から栄養を奪い尽くしてしまい、「なり疲れ」を起こすからです。逆に、シンクがなさすぎると、葉に糖が溜まりすぎて光合成速度が低下する「光合成のダウンレギュレーション」が起きます。

 

項目	ソース (供給側)	シンク (受容側)	農業上の具体例
主な器官	成熟葉、貯蔵器官(発芽時)	根、果実、種子、新芽	展開した本葉、肥大中の果実
主な機能	同化産物の生産・搬出	同化産物の消費・貯蔵	光合成工場、出荷物(果実・根)
糖の濃度	高い (師管へ積み込むため)	低い (消費・デンプン化するため)	葉色が濃すぎる時は転流阻害の疑い
農家の介入	葉かき、受光態勢の改善	摘果、着果負担の調整	古い葉の除去、摘蕾による負担軽減

参考リンク：イトウさんのちょっとためになる農業情報 第9回『転流』 - ソースとシンクの基本的な関係と農業への応用が解説されています。

【独自視点】環境ストレスが植物の転流速度に与える意外な影響

多くの栽培マニュアルでは「光合成速度」への環境影響は語られますが、「転流速度」への影響は軽視されがちです。しかし、実際には環境ストレスが転流のボトルネックとなり、収量制限要因になっているケースが多々あります。ここでは、あまり語られない「転流とストレス」の意外な関係を深掘りします。

 

1. 水ストレスと転流の「物理的」なリンク
乾燥ストレスがかかると気孔が閉じ、光合成が低下することは有名です。しかし、それ以前に転流が止まることがあります。師管内の輸送は「水」による圧力流です。植物体内の水分ポテンシャルが低下し、導管からの水の供給が滞ると、師管内の圧力を高めることができず、ベルトコンベアが停止するように転流がストップします。

 

特に注目すべきは、果実肥大期の日中の水管理です。日中に過度な水ストレスがかかると、葉から果実への転流が阻害されるだけでなく、最悪の場合、果実から葉へと水分が逆流し、果実の尻腐れや縮小を招くことさえあります。

 

2. 温度と転流の「夜の顔」
「夜温が高いと呼吸で糖が消費されるから良くない」とよく言われますが、これには転流の視点も加える必要があります。

 

実は、転流のスピード自体は温度が高い方が速くなります（粘性が下がり、代謝活性が上がるため）。しかし、夜温が高すぎると、転流のために使うエネルギー（呼吸）のロスが大きくなりすぎるのです。逆に、夜温が低すぎると、呼吸消耗は減りますが、師管内の液体の粘性が増し、物理的に流れにくくなります。また、根の活性も下がり、ATP生産が滞ります。

 

多くの作物において、転流に最適な夜温帯（例えばトマトなら10℃〜15℃程度など）が存在するのは、この「呼吸消耗」と「輸送効率」のバランスが取れるポイントだからです。

 

3. カリウム欠乏という隠れたストレス
環境ストレスではありませんが、土壌環境としての「カリウム（K）不足」は致命的です。カリウムは植物体内で「浸透圧調節」を担う主要なイオンです。師管への糖の積み込み（ローディング）には、カリウムイオンが形成する電気化学的な勾配が関与しています。

 

カリウムが不足すると、いくら光合成をして糖ができても、それを師管に積み込むことができません。その結果、葉には糖が蓄積して分厚くゴワゴワになり（葉巻症状）、果実は甘くならないという現象が起きます。これを病気と勘違いして農薬を散布しても治りません。これは「転流不全」という生理障害なのです。

 

参考リンク：野菜の収量と栽培環境（タキイ種苗） - 水ストレスが転流を止めるメカニズムや高糖度トマト栽培との関連について言及があります。

農業における転流の重要性と収量アップの秘訣

農業において「収量」とは、植物体全体の重量ではなく、「収穫対象部位（果実やイモ）への同化産物の分配量」で決まります。つまり、転流のコントロールこそが栽培技術の核心と言えます。

 

「分配率（Partitioning）」を操作する技術
植物には、生存本能として「根」や「茎」を優先して維持しようとする性質があります。特にストレス環境下では、子孫（果実）を残すよりも個体の生存（根の伸長）にエネルギーを使おうとします。農家が目指すのは、このエネルギーをいかに「果実」へ振り向けさせるかです。

 

1. 適度なストレス付与（生殖成長への誘導）:

   水分や窒素を潤沢に与え続けると、植物は「まだ体を大きくできる」と判断し、葉や茎（栄養成長）にばかり転流させます（つるボケ）。適度な水切りや、窒素遮断を行うことで、植物に「危ない、早く子孫を残さねば」というスイッチを入れ、シンクの優先順位を果実へと切り替えさせることができます。

    

2. 摘葉（葉かき）によるソースの更新:

   古くなった葉は光合成能力が落ちるだけでなく、日陰を作ることで他の葉の邪魔をします。さらに悪いことに、古い葉はソース機能を失い、逆に他の葉から栄養をもらう「パラサイトシンク（寄生シンク）」になることさえあります。適切な摘葉は、転流の「無駄遣い」を減らし、果実への分配率を高めるための外科手術です。

    

3. ホルモン処理によるシンク能の強化:

   トマトトーンなどの着果促進剤やジベレリン処理は、植物ホルモンの作用によって強制的にその部位の「シンク能」を高める技術です。「ここは強力なシンクだ！栄養を送れ！」という化学的なシグナルを人工的に作り出すことで、自然状態よりも多くの同化産物を果実に引き寄せ、肥大を促進させます。

    

参考リンク：ソース・シンク関係からみた作物生産能に関する研究 - シンク能の変化が光合成速度に与えるフィードバック効果など、学術的な詳細が記載されています。

転流効率を高めるための肥料と温度管理のポイント

最後に、明日の農業現場で実践できる、転流を最大化するための具体的な管理ポイントをまとめます。

 

肥料管理：転流のアクセルを踏む
前述の通り、カリウム（K）は「肥料の運び屋」とも呼ばれ、転流促進に不可欠です。果実肥大期には、窒素（N）よりもカリウムの比率を高めた追肥を行うのが一般的です。

 

また、見落とされがちなのがホウ素（B）です。ホウ素は細胞壁の形成に関わるだけでなく、糖が細胞膜を通過する際の複合体形成に関与し、糖の転流をスムーズにする働きがあると言われています。ホウ素欠乏になると、成長点や果実に糖が届かず、芯腐れやコルク化が発生しやすくなります。

 

• アクション: 果実肥大期に入ったら、カリウム主体の液肥に切り替える。微量要素資材（ミネラル）の葉面散布でホウ素を補給し、葉からの転流をサポートする。

温度管理：転流のゴールデンタイムを作る
転流が最も活発に行われるのは、光合成が終わり、葉に溜まった糖を夜間に輸送するタイミングです。

 

• 夕方〜夜前半（転流促進タイム）:

  日没後数時間は、比較的高めの温度（例：作目によるが15℃〜20℃前後）を維持します。これにより、呼吸活性を維持し、葉に溜まった大量のデンプンをスムーズにショ糖へ分解・転流させます。

   

• 夜後半〜明け方（呼吸抑制タイム）:

  転流が一通り落ち着いた深夜から明け方は、温度を下げます（例：8℃〜12℃）。これにより、無駄な呼吸による糖の消費（メンテナンス呼吸）を抑え、果実に届いた糖を減らさないようにします。

   

このように、夜温を変温管理（多段階管理）することは、単なる燃料代の節約ではなく、転流の生理メカニズムに理にかなった高度な技術なのです。

 

まとめ
「植物の転流」は、目に見えない地下の配管や体内の血管のようなものです。光合成で作った貴重な資産（同化産物）を、いかにロスなく、いかに狙った場所（果実）へ届けるか。そのための「師管」というインフラ整備（カリウム、水分）と、交通整理（摘葉、摘果、温度管理）こそが、プロの農家が腕を振るうべきポイントと言えるでしょう。

 

参考リンク：環境制御技術導入のための指導者向けマニュアル - 転流と温度、環境制御の具体的な数値や考え方が詳しく解説されています。

 

 

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