オーキシンと屈性

オーキシンの極性移動、光屈性・重力屈性で側方へ移動して偏る向き、器官によって最適濃度が違うことによる茎と根の屈曲の向きの違いについて、正しい記述を選べる

前提

植物のからだのつくり（中学理科生物分野の用語と知識）

説明

植物が光の来る方へ茎を曲げたり、横に倒されると茎は上へ・根は下へ曲がったりするように、刺激の方向に対して決まった向きに曲がる性質を屈性といいます。この屈曲には、オーキシンという植物ホルモンが関わっています。この技能では、オーキシンが植物の中をどの向きに移動し、刺激によってどちら側に偏るか、そして同じように偏っても茎と根で曲がる向きが逆になるのはなぜかを説明し、屈性についての記述の正誤を判断できるようになります。

なぜそうしてよいのか

オーキシンは主に茎の先端部でつくられ、茎の中を先端側から基部側（根の方向）へ向かって一方向に運ばれます。逆向きには運ばれにくく、この性質を極性移動といいます。細胞からオーキシンを外へ運び出す輸送体（PIN タンパク質）が、細胞の基部側の細胞膜にかたよって存在するため、オーキシンは細胞から細胞へと一定の向きにリレーされていきます。オーキシンは細胞の成長（伸長）を促すので、オーキシンが多く届いた側の細胞がよく伸びます。

片側から光が当たると、先端部でオーキシンが光の当たらない側（陰側）へ移動し、陰側に多いまま下へ運ばれます。陰側の細胞がよく伸びるので、茎は光の方へ曲がります（正の光屈性）。植物を水平に置くと、重力の影響でオーキシンは茎でも根でも下側にかたよります。

ここで大事なのは、オーキシンの効果は「多いほどよく伸びる」わけではなく、器官ごとに最もよく伸びる濃度（最適濃度）があり、それより濃いと逆に伸長がおさえられることです。根の最適濃度は茎よりずっと低く、根は低い濃度でも敏感に反応します。そのため水平に置いた植物では、茎では下側の高い濃度が伸長を促して下側がよく伸び、茎は上へ曲がります（負の重力屈性）。一方、根では下側の濃度が根にとっては高すぎて伸長がおさえられ、上側の方がよく伸びるので、根は下へ曲がります（正の重力屈性）。同じ「下側に多い」でも、器官による感受性の違いで曲がる向きが逆になるのです。

手順

極性移動を確認する：オーキシンは茎の先端側から基部側へ一方向に移動し、逆向きには移動しにくい
刺激による偏りを決める：光屈性では光の当たらない側（陰側）へ、水平に置いたときは茎・根とも下側へオーキシンが移動して多くなる
器官の最適濃度を確認する：根の最適濃度は茎より低い。最適濃度を超えると伸長がおさえられる
どちら側がよく伸びるかを判断する：茎ではオーキシンが多い側がよく伸び、根ではオーキシンが多い側の伸長がおさえられる
曲がる向きを決める：よく伸びる側の反対側へ曲がる（茎は光の方・上へ、根は下へ）

例題

芽ばえを暗所で水平に置いたときのオーキシンのはたらきと屈曲に関する記述として最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

ア　オーキシンは茎では上側に、根では下側にかたよるので、茎は上へ、根は下へ曲がる。

イ　オーキシンは茎でも根でも下側にかたよるが、根は茎よりも低い濃度で伸長がおさえられるため、根では下側の伸長がおさえられて根は下へ曲がる。

ウ　オーキシンは茎でも根でも下側にかたより、どちらの器官でも下側がよく伸びるので、茎も根も上へ曲がる。

エ　オーキシンは根の先端から茎の先端へ向かって移動するので、根でつくられたオーキシンによって茎が上へ曲がる。

例題の解答

手順 1：オーキシンは茎の先端側から基部側へ極性移動する。根から茎の先端へ向かって移動するというエは誤り。

手順 2：水平に置くと、オーキシンは茎でも根でも下側にかたよる。茎で上側にかたよるとするアは誤り。

手順 3・4：根の最適濃度は茎より低いので、茎では下側がよく伸びるが、根では下側の濃度が高すぎて伸長がおさえられる。どちらでも下側がよく伸びるとするウは誤り。

手順 5：根では上側の方がよく伸びるので、根は下へ曲がる。イは正しい。

よって答えはイ。

答え:

イ

よくある誤り

光屈性でオーキシンが光の当たる側に集まるとしてしまう誤り。正しくは、オーキシンは光の当たらない側（陰側）へ移動し、陰側がよく伸びるので茎は光の方へ曲がる。
水平に置いた根では、オーキシンが上側にかたよるので下へ曲がるとしてしまう誤り。正しくは、根でもオーキシンは下側にかたよる。根は最適濃度が低いため、下側の伸長がおさえられて下へ曲がる。
オーキシンの濃度が高いほどどの器官もよく伸びるとしてしまう誤り。正しくは、器官ごとに最適濃度があり、根の最適濃度は茎より低い（根＜茎）。最適濃度を超えると伸長はおさえられる。
オーキシンは植物の中をどちら向きにも自由に移動するとしてしまう誤り。正しくは、茎の先端側から基部側への一方向に移動する（極性移動）。茎の切片を上下逆さにすると、オーキシンは元の基部側の方向へ移動する。

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

入口の問題

難易度 1（教科書の例題レベル）
マカラスムギの幼葉鞘の一部を切り取り、先端側の切り口にオーキシンを含む寒天片を、基部側の切り口にオーキシンを含まない寒天片をつけて置くと、オーキシンは基部側の寒天片へ移動した。一方、同じ切片を上下逆にして、基部側の切り口にオーキシンを含む寒天片を、先端側の切り口にオーキシンを含まない寒天片をつけて置くと、オーキシンは先端側の寒天片へ移動しなかった。
このように、オーキシンが茎などの中を先端側から基部側へという決まった一方向にだけ移動することを何というか。漢字で答えよ。

この技能を使う問題

難易度 2（教科書の章末問題レベル）
植物の光受容体と環境応答に関する記述として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。
- ア　光発芽種子に赤色光を照射したのち、続けて遠赤色光を照射すると、発芽が促進される。
- イ　フォトトロピンは主に赤色光を受容する光受容体であり、光屈性や気孔の開口にはたらく。
- ウ　フィトクロムは赤色光を吸収すると遠赤色光吸収型（Pfr型）に変わり、Pfr型が光発芽種子の発芽を促進する。
- エ　幼葉鞘に一方向から光を当てると、オーキシンが光の当たる側へ移動し、光の当たる側の成長が促進される。
- オ　植物が乾燥条件におかれると、葉でジベレリンの濃度が高まり、気孔が閉じる。

この技能の次に学べること

屈曲角度によるオーキシンの定量（高校生物生物の環境応答）
オーキシン濃度と器官ごとの成長（高校生物生物の環境応答）
さまざまな植物ホルモン（高校生物生物の環境応答（知識））