博 士 （ 農 学 ） 内 海 泰 弘
学 位 論 文 題 名
落葉広葉樹の水分通導に関する組織学的研究 学位論文内容の要旨
広 葉 樹 の樹 幹 に おけ る 水 分通 導 は おも に 道 管 で行 わ れる．温 帯に生 育する落 葉散孔材 樹木
（ 以下 散 孔 材樹 木 と 略記 す る ）で は 辺 材の 外 層 部 から 内層部 にかけて の広い 範囲の道 管が水 分 通導 を 行 うと 考 え られ て い るが ， 温 帯に 生 育 す る落 葉環孔 材樹木（ 以下環 孔材樹木 と略記 する）では最外年輪の年愉のはじめに：｀1f′：ぶ大径の道管でおもに水分通導が行われると考えら れ てい る ． 樹木 の 水 分通 導 の しく み と して は 凝 集 力説 が広く 受け入れ られて いる，凝 集力説 では樹 木の水分 通導の 経路内の 水分が 根から葉 まで凝 集カによ り連続し た水柱 になって おり，
蒸 散に よ る 葉の 水 ポ テン シ ャ ルの 低 下 が根 に 伝 わ り根 の水ポ テンシャ ルの低 下を引き 起こし て 土壌 か ら の吸 水 が 起こ る と 考え ら れ てい る ． こ の連 続した 水柱が何 らかの 理由で分 断され る と水 分 通 導の 障 害 が発 生 す る． そ の 原因 と し て は水 ストレ スと水分 の凍結 が考えら れてい る．し かし，従 来の伊f究で は広莱 樹の樹幹 における 水分通 導の経路 につい て厳密に は1川 らか に され て お らず ， 道 管の 水 分 通導 の 障 害の 発 生 過 程に 関する 知見も乏 しい． 広葉樹の 樹幹に お ける 水 分 通導 の 季 節的 変 化 と障 害 の 原因 に つ い てさ らに追 究するに は，木 部の組織 構造と 水分通導のしくみとの関係を組織学的に研究する必要がある．
本 研 究 では ， 冬 期に 気 温 が氷 点 下 にな る 地 域 に生 育 する落葉 広葉樹 の樹幹に おける水 分通 導 の季 節 的 変化 と 道 管の 水 分 通導 障 害 の発 生 過 程 を組 織学的 に検討す るため ，立木状 態での 木 部水 分 分 布を 細 胞 レベ ル で 視覚 化 す る手 法 の 検 討を 行った ．ついで ，この 手法をお もに用 い て環 孔 材 樹木 と 散 孔材 樹 木 の樹 幹 に おけ る 水 分 通導 の季節 的変化と 道管の 水分通導 の障害 を 細胞 レ ベ ルで 観 察 し， 加 え て水 分 通 導障 害 の 発 生過 程を検 討した． 得られ たg'果は以 下の ように要約される．
1． 立 木で の 木 部構 成 細 胞の 内 こ うに 存 在 す る水 分 を 視覚 化 す る手 法 と して ， 凍結状 態で 試 料中 の 水 分の 観 察 が可 能 な 低温 走 査 電子 顕 微 鏡 を用 いた観 察法の検 討を行 った．蒸 敞を行 っ てい る 供 試木 で は 木部 の 水 ポテ ン シ ャル が 低 下 する ために ，試料を 採収す るときに 切断さ れ た水 分 通 導の 経 路 に周 囲 の 空気 が 侵 入し て 立 木 時の 水分状 態から変 化する 可能性が 指摘さ れ てお り ， これ を 防 ぐた め に 立木 状 態 で試 料 採 取 部位 を液体 窒素を用 いて凍 結させ， 材中の 水 分を 凍 結 固定 後 に 試料 を 採 取す る 方 法を 考 案 レ た． この方 法で得ら れた凍 結試料か ら凍結 状態で 凍結切HIJ法に より検鏡 用試料 を作製し ，低tCL走奄電 子顕微鏡 で観察 すること により 立 木 時の 木 部 構成 細 胞 の内 こ う の水 分 の 電子 顕 微 鏡 レベ ルでの 視覚化を 可能に した．加 えて立 木 に染 料 を 注入 す る 方法 を 併 用す る こ とに よ っ て 低温 走査電 子顕微鏡 で細胞 内こうに 水分が 観察さ れた木部 構成細 胞が水分 通導に 関与して いるか 否かを判 断できる ことを 明らかに した．
2． 環 孔材 樹 木 のヤ チ ダ モの 木 部 水分 分 布 の 季節 的 変 化を 低 温 走査 電 子 顕微 鏡 を用い て検 討 レ， さ ら に立 木 に 染料 を 注 入す る 方 法を 併 用 す るこ とによ り水分通 導の経 路につい て検討 し た． 成 長 期間 中 の 最外 年 輪 の形 成 を 完了 し た 多 くの 大径道 管の内こ うは水 分で満た されて
おり，染 料の上昇も 観察され た．しか し，落葉 後の10月から11月にかけてこれらの内こ うの水分は消失した．大径道管の内こうから水分が消失した原因としては外気温の低下によ り道管の内こうの水分が凍結した後に融解したためと考えられたが，このことはすべての供 試木では必ずしも明らかではなかった．翌年になってもこれらの大径道管の内こうには水分 がほとんど見られなかった．ヤチダモにおいては成長期間中の水分通導はおもに最外年輪で の形成を完了した大径道管で行われるが，秋期から冬期にかけての一時期に内こうから水分 が消失して水分通導の障害が起こり，翌年になってもこれらの大径道管では水分通導が回復 しないことが明らかになった．
3．散孔材樹木のシラカンパとオノェヤナギの木部水分分布の季節的変化を低温走査電子 顕微鏡を用いて検討し，シラカンバにおしゝてはさらに立木に染料を注入する方法を併用して 水分通導の経路について検討した．樹皮側から数えて1，2年輪目では両樹種ともに開葉前 の3月には 多くの道管 の内こう にほとん ど水分が 認められなかったのに対して4月にはシ ラカンバにおいてはすべての道管の内こうが，オノエヤナギにおいてはほとんどの道管の内 こうが水分で満たされていた．落葉後の11月までは両樹種ともに多くの道管の内こうが水 分で満た されていた が12月から翌年の3月にかけて道管の内こうの水分は徐々に消失し，
4月に再び水分で満たされた．シラカンバにおいては8月の時点で辺材の外層部から内層部 にかけての広い範囲の年輪の多くの道管の内こうが水分で満たされており，染料の上昇も観 察された．以上の実験結果から，両樹種はヤチダモとは異なり，冬期に内こうから水分が消 失した道管が春期に再び水分で満たされるという現象を数年にわたりくりかえし，シラカン パにおいては，4月に再び水分で満たされた道管を含めて辺材の外層部から内層部にかけて の広い範囲の道管が水分通導を行うことが明らかになった．
4．ヤチダモの大径道管に人工的に凍結・融解処理を施した場合と，凍結を人工的に回避 した場合の内こうの木部水分分布の変化を低温走査電子顕微鏡を用いて検討した，水ストレ スの影響 が少ない落 葉後の苗 木を‑20℃で30分問の凍 結処理後 ，20℃で融 解処理し24時 間後まで定期的に試料を採取して観察したところ，凍結処理試料では最外年輪の大径道管の 内こうの 氷には，多 数の直径14um以下の気 泡が観察 された．凍結後の融解処理過程では 時間の経過とともにこれらの内こうでは空隙が拡大し，また内こうに空隙が存在していた道 管の割合も増加した．24時間後には観察試料のすぺての大径道管の内こうに空隙が存在し た．凍結を回避して越冬させた苗木では最外年輪の多くの大径の道管の内こうは水分で満た されていた．以．ト．の実験結果から，ヤチダモの大径道管では水分の凍結と融解により内こう から短時間のうちに水分を消失することが剛らかになった．大径道管から水分が消失する過 程では，まず凍結時に多数の気泡が発生し，氷の融解過程で空隙が拡大して最終的に水分が 消失する．さらに共焦点レーザ顕微鏡を用いて凍結後の融解過程での道管内こうの水分の移 動の経路と範囲について検討したところ，大径道管の内こうから消失する水分はこれらの周 囲の木部繊維の内こうに移動することが明らかになった・
以上のように，本論文では低温走査電子顕微鏡により樹木の構成要素細胞内こうの水分を 立木時に近い状態で細胞レベルで観察する手法を確立した．ついで，この手法をおもに用い て冬期に 気温が氷点 下になる 地域に生育する落葉広葉樹3樹種の樹幹の水分通導の季節的 変化と道管の水分通導障害の発生過程を組織学的に明らかにした．
学位論文審査の要旨 主査 教 授 大谷 諄 副査 教 授 高橋邦秀 副査 助教授 船田 良
学 位 論 文 題 名
落葉広葉樹の水分通導に関する組織学的研究
本 論 文 は6章 で 構 成 さ れ ， 図48， 引 用 文 献167， 総 頁 数159の 和 文 論 文 で あ る ． 別 に 参 考 論 文2編 が 添 え ら れ て い る ．
広 葉 樹 の 樹 幹 に お け る 水 分 通 導 の お も な 経 路 は ， 年 輪 の は じ め に 大 径 道 管 が 並 ぷ 環 孔 材 樹 木 で は 最 外 年 輪 の 大 径 道 管 で あ る が ， 年 輪 内 で 小 径 道 管 が 散 在 す る 散 孔 材 樹 木 で は 樹 皮 側 か ら 数 年 輪 ま で の 大 部 分 の 道 管 で あ る こ と が 知 ら れ て い る ． 樹 木 の 水 分 通 導 の し く み は 凝 集 力 説 で 説 明 さ れ て お り ， 樹 木 の 根 か ら 葉 ま で 連 続 し て い る 水 分 が 分 断 さ れ る こ と に よ り ， 水 分 通 導 の 障 害 が 発 生 す る ． そ の 原 因 と レ て ， 水 ス ト レ ス お よ び 水 分 の 凍 結 が 考 え ら れ て い る ． 広 葉 樹 の 樹 幹 に お け る 水 分 通 導 の 経 路 と 障 害 の 原 因 に つ い て さ ら に 追 究 す る に は ， 木 部 の 組 織 構 造 と 水 分 通 導 の し く み と の 関 係 を 組 織 学 的 に 研 究 す る 必 要 が あ る ．
本 研 究 で は ， 北 海 道 に 生 育 す る 落 葉 広 葉 樹 の 樹 幹 に お け る 水 分 通 導 の 経 路 の 季 節 的 変 化 お よ び 道 管 の 水 分 通 導 障 害 の 発 生 過 程 を ， 主 と し て 低 温 走 査 電 子 顕 微 鏡 に よ る 観 察 結 果 を も と に し て 検 討 し た ． 得 ら れ た 結 果 は 以 下 の よ う に 要 約 さ れ る ・ 1． 立 木 で の 木 部 構 成 細 胞 の 内 こ う に 存 在 す る 水 分 を 低 温 走 査 電 子 顕 微 鏡 に よ り 可 視 化 す る 方 法 を 検 討 し た ． 成 長 期 間 中 の 立 木 か ら 試 料 を 採 取 す る 時 の ， 葉 の 蒸 散 に よ る 水 ポ テ ン シ ャ ル の 低 下 に 起 因 す る 水 分 通 導 の 経 路 へ の 空 気 の 侵 入 を 防 ぐ た め に ， 立 木 で の 試 料 採 取 部 位 を 液 体 窒 素 に よ り 凍 結 さ せ ， 採 取 試 料 の 水 分 を 凍 結 固 定 す る 方 法 を 考 案 し た ． こ の 方 法 で 得 ら れ た 試 料 を 凍 結 状 態 に 保 ち ， 凍 結 切 削 法 に よ り 検 鏡 用 試 料 を 作 製 し ， 低 温 走 査 電 子 顕 微 鏡 で 観 察 す る こ と に よ っ て ， 立 木 で の 木 部 構 成 細 胞 の 内 こ う の 水 分 を 電 子 顕 微 鏡 レ ベ ル で 可 視 化 す る こ と を 可 能 に し た ． さ ら に ， 立 木 に 染 料 を 注 入 す る 方 法 を 併 用 す る こ と に よ っ て ， 低 温 走 査 電 子 顕 微 鏡 で 細 胞 内 こ う に 水 分 が 観 察 さ れ た 木 部 構 成 細 胞 が 水 分 通 導 に 関 与 し て い る か 否 か を 明 ら か に レ た ． 2.環 孔 材 樹 木 の ヤ チ ダ モ で は ， 成 長 期 間 中 の 水 分 通 導 は お も に 最 外 年 輪 で の 形 成
