多肉植物はなぜ干ばつに強いのでしょうか?

制作：中国科学普及協会

著者: CPY (北京大学生命科学学院)

プロデューサー: 中国科学博覧会

画面の前の友人たちは多肉植物に詳しいはずだと信じています。近年、さまざまな種類の多肉植物は、その可愛らしい姿、カラフルな色彩、そして手入れの簡単さから、多くの家庭やオフィスで新たな緑の植物として人気を集めています。多くの人々が次第にこのかわいい生き物に魅了され、熱心な「多肉植物ファン」になっています。多肉植物の多くの利点の中でも、最も顕著なものは、間違いなくその強い干ばつ耐性です。まさにその並外れた干ばつ耐性のおかげで、1週間以上水やりを忘れてもデスクやバルコニーで生き残ることができるのです。

現在、多肉植物を栽培している人はたくさんいますが、多肉植物の仕組みやその驚くべき能力を体系的に理解している人はほとんどいません。今日はこれについて調べてみましょう。

多肉植物の種類

（写真提供：Veer Gallery）

あなたは多肉植物について本当に知っていますか?

多肉植物の驚くべき耐乾燥性の秘密を本当に理解したいのであれば、まず多肉植物が何者で、どこから来たのかを知る必要があります。

多肉植物（succulent plant）は、果肉のある植物または肉質の植物としても知られています。これは分類学上の概念ではなく、同じ特徴を持つ多くの植物の総称です。これらの植物はすべて、少なくとも 1 つの厚くて水分の多い栄養器官 (根、茎、葉) を持っています。

たとえば、アロエの葉は肉質、サボテンの茎は肉質（葉はトゲに退化）、フッカーの瓶の根は肉質…これらの植物を多肉植物と呼びます。

そのため、多肉植物には実に多くの種があり、ベンケイソウ科、アガベ科、モクレン科、トウダイグサ科、さらにはキク科に属します。

様々な産地からの多肉植物：A. アロエ科のアロエベラ。 B. アイゾウ科の Lithops karasmontana; C. リュウゼツラン科のアガベ・アメリカーナ。 D. Orostachys malacopylla var.ベンケイソウ科のイワレンゲ

(画像出典: Wikipedia)

分布範囲から判断すると、その原産地は主にアフリカ（南アフリカ、ナミビア、カナリア諸島、マデイラ諸島、マダガスカル島、東アフリカのソマリア、エチオピアなど）とアメリカ（メキシコ西部、カリフォルニア半島）です。これらの地域では、一年を通して乾季と雨季がはっきり分かれているか、一年中乾燥した雨季が続いています。特殊な気候により、地元の植物はさまざまな干ばつ耐性を発達させており、多肉植物の成長は干ばつ耐性の解決策の 1 つです。

では、多肉植物はどのようにして干ばつに耐えるのでしょうか?

多肉植物のホットスポット

（画像出典：参考文献）

多肉植物のための素晴らしい干ばつ防止戦略

細胞レベルでは、植物細胞内の水の 95% 以上が液胞と呼ばれる構造に蓄えられています。

多肉植物の「傷」に触れたら、そこから分泌される粘着質の液体にきっと感動するでしょう。これは主に、液胞液に多量の多糖類と可溶性タンパク質が溶解し、液胞液が粘性を持つようになることに起因します。

粘性のある細胞液は細胞の水分ポテンシャルを高め、多肉植物の細胞が周囲の環境から水分を吸収するのを助けると同時に、乾燥した環境で細胞自身の水分が蒸発しにくくなります。

ほとんどの多肉植物は粘着性のある樹液を持っています。

(画像出典: Wikipedia)

多肉植物について知っている、または多肉植物を育てたことがある友人の中には、多肉植物の肉質の栄養器官が大量の水を蓄え、干ばつ時に植物体の正常な代謝プロセスを維持できることを知っている人もいるかもしれません。しかし、砂漠での降水は通常短時間で、強い日光の下では土壌はすぐに乾燥します。そのため、多肉植物は貯水効率を高めるために、短期間で大量の水を吸収する必要があります。

これらの条件に適応するために、ほとんどすべての多肉植物は大きくて浅い根系を持っています。例えば、オオサワロサボテン（カーネギア）の根は水平方向に数十メートル伸びますが、吸水機能を持つ根は主に地面から10センチメートルかそれより浅い深さに分布しています。

巨大サボテン（Carnegiea gigantea）は、中央アメリカの砂漠を代表する植物です。

(画像出典: Wikipedia)

巨大なサワロサボテンの浅い根系といくつかの木の深い根系の比較

(画像出典: https://www.vecteezy.com/vector-art/3468110-big-cactus-growing-next-to-the-tree)

多肉植物は水分貯蔵効率を高めますが、水分損失を最小限に抑えるために乾燥した環境でも水分貯蔵を維持する必要があります。

通常、植物は表面の気孔構造を通じてガス交換を行い、蒸発した水蒸気も主に気孔を通じて大気中に逃げていきます。

そのため、水分を保持するために、多くの多肉植物では気孔の数が減少したり、気孔が沈んで気孔窩が形成されたりします。さらに、多肉植物の茎や葉の表面にはワックス層やクチクラ層があることが多く、気孔が閉じているときに水分の蒸発をほぼ完全に防ぐことができます。空気にさらされる植物の表面積をさらに減らすために、一部の多肉植物の葉は特殊化したり（例えば、サボテンの葉はトゲに特殊化しています）、乾季に落ちたりすることもあります（例えば、オプンティア・パニクラタ）。

干ばつになるとフキエリア・スプレンデンスの葉が落ちる

(画像出典: Wikipedia)

これらの変化に加えて、多肉植物は一般的に乾燥した環境に適応するのに役立つ特別な能力を持っています。

中学校の生物の教科書では、緑色植物は光合成によって空気中の二酸化炭素（CO2）を吸収し、デンプンを合成して酸素（O2）を放出すると習いました。しかし、この期間中、植物は空気中の二酸化炭素を吸収するために気孔を開く必要があるため、このプロセスに伴って水分の蒸発も増加します。

光合成中の水分損失の問題に対処するために、多くの多肉植物は光合成プロセスを変更することを選択します。夜間は気温が低くなり、水分の蒸発が少なくなるため、気孔を開いて二酸化炭素を吸収し、液胞に二酸化炭素を蓄えます。日中は気孔を閉じて前夜に蓄えた二酸化炭素を放出し、光を利用して光合成を行います。

このプロセスの変化により、最も暑い日に植物が気孔を開けることがなくなり、プロセス全体で通常の光合成よりも約 90% 少ない水が使用されるようになります。この特殊な光合成プロセスは、ベンケイソウ科の植物で初めて発見されたため、この代謝プロセスは「ベンケイソウ酸代謝」（CAM）プロセスとも呼ばれます。

ベンケイソウ科の酸代謝は光合成を昼と夜の2段階に分ける。

（画像出典：参考文献）

多肉植物を育ててみませんか？実はとても簡単です！

多肉植物が水を蓄える賢い方法について学んだ後、多くの人にとって最大の疑問は「理解できました!」ということだと思います。では、どうすれば素敵な多肉植物を育てることができるのでしょうか?急がないでください！以下を読み続けてください。

多肉植物は、私たちのほとんどが思っているよりもずっと昔から栽培されてきました。少なくとも 17 世紀以来、ヨーロッパの文献の中には観葉植物として言及されているものがあります。見た目が美しく、育てやすいことから、園芸家や青果商人が注目し、積極的に栽培するようになりました。近年、国際貿易の増加と電子商取引の台頭により、多肉植物は徐々に多くの人々の目に留まるようになり、各家庭のバルコニーや机の上にも見られるようになりました。

多肉植物は、自然環境の中で最も厳しい植物群のひとつですが、環境への適応力が強く、室内でもほとんど手入れをしなくても生き残ることができます。多肉植物を育てていくときは、以下の点に注意するだけで、失敗する可能性はほとんどありません。

まず、水のやりすぎを避けることです。多肉植物を初めて育てる人の多くは、植物に必要な水が多ければ多いほど良いという先入観を持っているかもしれません。しかし、多肉植物の場合はそうではありません。水のやりすぎと、それによる真菌や細菌の感染が、多肉植物の死の主な原因です。したがって、ほとんどの多肉植物の場合、週に一度の水やりで十分です。また、土が乾くまで待ってから再度水をやるのもよいでしょう。

次に、適切な土壌マトリックスを選択します。水のやりすぎと同様に、土壌構造が過度に密になると、多肉植物の根腐れが起こりやすくなります。多肉植物を育てるときは、浸透性が高く、腐植質と栄養分を多く含む土壌を使用するのが最適です。

3つ目のポイントは、十分な日光を確保することです。植物にとって日光が重要であることは自明です。一般的に、多肉植物は十分な光のある生育環境を好みますが、夏には適切な日陰を作るように注意してください。

最後のポイントは適切な温度です。多肉植物の生育に最も適した温度は約15〜30℃です。多肉植物のほとんどは低温に対する耐性が低いので、冬に屋外に放置して震えさせないでください。一方、多肉植物は高温に耐えることができますが、周囲の温度が高すぎると休眠状態に入り、正常に成長および発達できなくなります。したがって、周囲温度が 35°C を超えないようにすることが最善です。

多肉植物を植えることは近年のトレンドとなっている

（写真提供：Veer Gallery）

結論

興味深いことに、有性生殖に加えて、ほとんどの多肉植物は栄養器官（根、茎、葉）を通じて無性生殖することもできます。茎と葉が付いた挿し木をランダムに切り取り、土に挿します。傷が治ると、カルス組織が形成され、約1週間後に根が成長します。多肉植物のこの特性を活かして、誰でも自宅で多肉植物を育てる楽しみを味わうことができます。あなたはこのような鮮やかで興味深い多肉植物に魅了されていますか?

編集者: Ying Yike

参考文献:

【1】袁国梁、他「C3 から CAM への進行を加速するバイオシステム設計」バイオデザインリサーチ2020（2020年）。

【2】ファインズ、セリア。サイドサドルでイングランドを巡る：ウィリアムとメアリーの時代。ケンブリッジ大学出版局、1888年、p. 91.

【3】グレース・オルウェン・M.「多肉植物の多様性は自然資本である」植物、人々、惑星1.4（2019）：336-345。

(注: ラテン語のテキストは斜体にする必要があります。)