『ニンニクの根の成長に関する研究』

１）動機 文化祭のオープニングセレモニーで、時間を短縮して観察したさまざまな生物の変化を紹介してもらった。その中で、ニンニクから出た根がすくすく伸びる様子に驚いた。さらに注
意深く観察すると根の先端が首を周期的に振るような現象が観察された。そこで、ニンニクやその他の植物の根や芽の成長について詳しく調べたいと思った。

写真 1

成長するニンニクの根

写真 2（発展実験：クレソンの根の成長）

２）目的 ニンニクから出た根は１日に２ｃｍ位ずつ伸長する。そこで、デジタルカメラやＰＣカメラを使い、水中の根を横方向から、10 分間に１枚ずつ静止画で記録し、記録した画像をパソコンのディスプレイ上に表示して、その画面上で分析する方法を開発することにした。
ニンニクの根は同時に３０本以上が生えるので、観察しやすい根を５本選出し、その根の①“伸長成長量”と②その成長に伴う進行方向に対する左右の“ゆれ”を調べることにした。
（発展）クレソンを使い茎の途中から生える根（不定根）やジャガイモの芽についても、“ゆれ”の現象を調べて、ニンニクの根の結果と比較してみることにした。

３）装置 ２００ｍｌのコニカルビーカーにニンニクの鱗茎を置き、数日放置し発根状況の良好な個体について、横方向からデジタルカメラの接写機能とインターバル撮影機能を利用して、根の成長過程を記録した。また、クレソンの不定根についても同様な観察を行なった。

４）記録方法 記録は１０分間隔、５日間行なった。また、３日間の成長過程を高速で観察し、他の根と重ならない順調に成長する根を４本選び、それらを詳細に調べた。
（ ほとんどの根は下方向にまっすぐ伸びた。そこで記録対象の４本は下方向に伸びる根を選んだ。しかし、途中から根が繁茂して追跡できなくなったことと、測定に思った以上の労力がかかったので、長時分析できたのは 2本にとどまった）。画像の閲覧には、フリーソフト“ＶＩＸ”を使った。
写真３“ＶＩＸ”で閲覧した画像

５）分析方法 画面上での根の先端の微小な変位量は、フリーソフト“二点計測器”を使い、ディスプレイを構成する画像をドット単位で計測した。※フリーソフトには様々なものが公開されていたが、使い方がわかりやすく、目的に合うこのソフトを試行錯誤の上で利用することにした。
ニンニク、クレソンの根では“伸長量”、“ゆれ”の計測とも 10 分間隔で分析した。
①“伸長量”の計測：発根直後から発根位置を基点にして根の先端位置にポインターを合わせ、この２点から自動的に計測される最短距離を、ソフトの表示窓からドット数として読み取り、エクセルの表に入力した。また、根は、ほぼ直線状に成長するので、読み取った値を根の長さとした。
※画面上 1 ドットは 0.28ｍｍに相当【数値の計測の仕方】
・フリーソフト“二点計測器”を起動する。
測定の基点を打つ。（根の付け根の赤い＋）・ポインターを根の先端に当てる。
・表示窓の数値を読み取り、記録する。
・記録した数値を、エクセルの表に打ち込む。
実測 38ｍｍ・画面上では 66ｍｍ（240 ドット）

基点（Ｂ）
ポインターで指す位置（Ｐ）
表示窓《表示窓の数値の意味》
写真 7

Ｘ：ＰのＢに対する水平方向のずれ“二点計測器”の利用方法

Ｙ：ＰのＢに対する垂直方向のずれ
Ｄ：ＰとＢの直線距離
Ａ：線分Ｂ－Ｐが垂直下向（０度）に対して時計方向へとる角度
基点（Ｂ）
表示窓
ポインターで指す位置（Ｐ）※Ｘ、Ｙ、Ｄの数値は画面上のドット数として表示。

写真 8

表示窓の拡大と測定に利用した“Ｘ”、“Ｄ”値②“ゆれ”の計測：フリーソフト“二点間距離”は、示された２点間の距離を表示する他に、２点の水平距離（ｘ軸方向の変位量）を表示することができるので、発根した位置に対する根の先端の位置（ポインターで追尾する）の水平距離を、ソフトの表示窓の“Ｘ（座標値）”からドット数として読み取り、エクセルの表に入力した。※この場合、根がゆれた時の変移量を正確に示すことはできないが、測定値から描かれたグラフの上下変動を見ることで、“ゆれ”の存在とその周期を調べることができると判断した。
③５本の根の長さと、先端部分のＸ軸方向変位のデータをグラフ化して、その変化を対比して考察した。また、Ｘ軸方向変位のグラフから目測で凹部位を特定し、周期を求めた（グラフの凹凸における最下部〔谷の部位〕に線をひいた）。

《発展実験》クレソンの根でも“伸長量”の計測・“ゆれ”の計測とも５分間隔で記録、分析した。
方法：クレソンの茎を 15ｃｍ程度に切り、ビーカー（500ml）に水差しにした。
４～５日して生えた根（不定根）の内、成長の早い 3 本について、ニンニクの根と同様な計測と分析を行なった。

根 No1
No
1
根 No3N根 No2No

写真 112（発展実験）測定に利用したクレソンの不定根（分析には No1、No2 を利用した）観察には 500ｍｌビーカーし、根の測定を行った部分の直径は 60ｍｍであったことから、クレソンの計測の場合、1 ドットは 0.14ｍｍに相当することを確かめた。

写真 13６）

写真 14

ニンニクの根の分析風景

結果

クレソンの根の分析風景①ニンニクの根について
ニンニクの根の成長過程：主要二個体

300

200No1No2
線形 (No1)

150

100

2
3:402
1:201
9:001
6:401
4:209:401
2:007:205:00

2:400:202
2:001
9:401
7:201
5:001
2:401
0:20

8:00

5:40

3:20

1:002
2:402
0:201
8:001
5:401
3:2
001
1:0050

経過時間

グラフ１

ニンニクの根１・２、成長量のグラフ

6055
50
45
403530

2
3:202
2:402
2:0021:2020:4020:001
9:2018:4018:0017:2016:4016:0015:201
4:401
4:0013:2020

12:4025
12:00ドッ
ト
数：
長さ250760 分
グラフ２線の上下変動から求めた、“ゆれ”の周期分析用のグラフ（例：ニンニクの根１）

クレソンの根、ゆれ周期の散布図：主要二個体

ゆれの周期の散布図：主要二個体
10035090300

8025070分

No1No2150分

60200

No1No2504030

1002050

1000:00

4:48

グラフ３9:36

14:24
経過時間

19:120:00

4:48

00:00

1:12

2:24

3:364:48

6:00

7:12

8:24

9:36

10:48

経過時間

ニンニク根の周期の散布図

グラフ４クレソン根の周期の散布図

７） 結論①ニンニクの根について（成長速度について）・主要 2 個体について、No1 では平均 0.92ｍｍ/時、No2 では平均 1.03ｍｍ/時でほぼ 1ｍｍ／時である。
・成長速度はほぼ一定であるが、根の長さが 5ｃｍ程度になるとやや成長速度が大きくなる。
（“ゆれ”について）・多量に生える根は、ほぼどの根も先端がゆれながら伸びる。・根のゆれは多くの場合振幅が大きくなったり、小さくなったりを繰り返す。
・主要 2 個体の周期については、
No1 ではほぼ 150 分で一定している、No2 では 50～150 分とばらつきはあるものの 100～150分に集中している。
②発展実験：クレソンの根（成長速度について）・主要 2 個体について、No1 では平均 0.59ｍｍ（4.2 ドット）/時、No2 では平均 0.38ｍｍ（2.7 ドット）/時でほぼ 0.5ｍｍ／時である。個体毎にほぼ一定の速度で伸びている。
（“ゆれ”について）・多量に生える根は、ほぼどの根も先端がゆれながら伸びる。・根のゆれは多くの場合振幅が大きくなったり、小さくなったりを繰り返す。
・主要 2 個体の周期については、
No1、No2 ともに 50～90 分とばらつきはあるものの、平均の周期は 70～80 分に集中している。
・ニンニクの根の“ゆれ”に比べ 1/2 程度である。

８）考察と発展① 根のゆれる方向と観察方向の関係について
今回、ニンニクの根を、コニカルビーカーを使い発根させた。また、その様子をデジタルカメラの接写機能を使い記録した。そして記録された画像を用いて、成長量やゆれを精密に分析した。この方法についていくつかの問題点に気が付いた。

１つは、円筒に近い円錐型の、ガラスの容器内の根が屈折した像として記録されていないかである。これに対しては記録された画像を繰り返し観察したところ、今回分析の対象とした 4 本の根に関しては水から上げて直接観察した根の形とビーカー内で観察される根の形に大きな違いを感じるほどの屈折はないよ
うに見られた。この疑問に対する検証には、ビーカー内の観察対象となる根の位置に、５ｍｍ方眼を書いたプレートを沈ませ、方眼のゆがみを調べたが、歪みの影響はほとんど無かった。
今回の分析結果については、ゆれが大きく観察される時期とゆれがあまり観察されなくなる時期が見られた。ゆれの減衰は、

Ａ“ゆれは平面的に往復し、その平面が回転するため”、Ｂ“ゆれは根の成長のある時期にだけ現れ、成長が進むにつれて減衰していくため”のどちらかと考えられる。この疑問については、同時に２方向から撮影するか、根の成長方向からその動きを撮影することで解決できると思われる。今後、工夫していきたい。

② 根の生える方向とゆれの方向について①で述べたような疑問がわいたため、画像を何回も繰り返し高速提示で確認した。その結果、向かって左右の下方向に広がりながら成長する根は、手前下方向に成長する根に比べて、ゆれの大きさが大きいように思われた。しかし、この現象は根がまだ２～４ｃｍのときに見られ、６～８ｃｍまで伸びてくるとその傾向は見られなくなった。
もしかすると、根の生え始めのころは、根は下図のようにその先端が中心方向と外側方向を繰り返し向くような、ゆれ方をしているのかもしれない。

水面
ゆれ方向ゆれが大きく観察されるゆれがあまり観察されない

図1

横から見た根図２

下から見た根③ 根以外の器官の成長と“ゆれ”について
芽の出たジャガイモを切断して、シャーレに水をはってつけておいたところ、多数の芽が成長してきた。その様子を 5 分毎にコンピューターとＰＣカメラを使い記録したことがある。その画像を高速提示で確認したところ、はやり左右にゆれる現象を確認することができた。
そこで、その多量の記録画像をＡ４の写真用紙に 20 枚ずつ印刷し、その印刷した画像から、定規を使い芽の先端が左右にゆれる動きを計測したことがある。その結果は、今回のようにディスプレイ上で精密に測定することはできなかったものの、芽の先端にゆれを検出することができた。ジャガイモの芽のゆれでは、何本かの芽が同調的に動くという興味深い観察結果が見られる、この点についても今後、ソフト“二点間計測”を使い調べたいと思う。

写真 18

グラフ 1

ジャガイモの芽の成長（単位：ｍｍ）

22:00

20:00

18:00

16:00

14:00

12:00

8:00

10:00

芽1(mm)芽2(mm)(4/2)0:00

22:15

20:15

18:15

16:15

14:15

12:15

8:15

10:15

6:15

4:15

2:15

(4/1)00:15

芽1(mm)芽2(mm)

8
7
654
32
10
6:00

76543
2
10

シクラメンの芽でもゆれが見られる

4:00

ジャガイモの芽の成長

2:00

写真 17

出力プリント上の芽の像を定規で計測