はじめにみなさんは「サボテン」を知っていますか？

せいぶげき

西部劇に出てくる電信柱ほどのまる

高さがある柱サボテン。あるいは、トゲがいっぱいある丸いボールの形をしたさものや、美しい花を咲かせる姿を思い浮かべる人もいるでしょう。きっと、多くの人が本やテレビで何度もサボテンを見ていることでしょう。でもどうしてさばく

鳥取や日本の野山にサボテンはないのでしょう？ どうしてサボテンは砂漠に生えるのでしょうか？ 日本の野山にある植物とサボテンではずいぶん形が違いますがどうしてなのでしょう？ サボテンには不思議がいっぱいありそうで
ふしぎとす。この実験ではみんなで力を合わせてサボテンの不思議を解き明かしましょう！

１．サボテンとは？
た に く しょくぶつ

１）サボテンと多肉植物

ぞく

つうぞくてきサボテンとは、植物学でいう「サボテン科」に属する植物のことですが、通俗的には、もっと広い意味に使うことが多いのです。サボテン科以外の植物にも、
みき

ひだい

トゲがあったり、幹が肥大したりして、サボテンとよく似ているものが、たくた に く しょくぶつ

さいばいさんあります。これらは「多肉 植 物 」といわれ、栽培の面からもサボテンと共あつか通するところが多いので、古くからサボテンと同じように 扱 われてきました。
た に く しょくぶつ

このようなことから、サボテン科のものと、サボテン科以外の多肉 植 物 (多くの科にわたる)とを合わせて「サボテン」または「シャボテン」と言われることがあります。
たにくしつ

た に く しょくぶつ

多肉質という点からいえば、サボテン科の植物のほとんど全部が多肉 植 物 です。
えんげいかいた に く しょくぶつ

べっかくあつか「サしかし、日本の園芸界では、多肉 植 物 から、サボテンだけを別格 扱 いして、た に く しょくぶつ

よかんれい

ボテンと多肉 植 物 」と呼ぶのが、慣例となっています。

２）サボテンの種類
サボテンは、通常、次の３つのグループに分けられます。

①木の葉サボテン類
こうようじゅひだい

ふつうの広葉樹と同じような葉を持っています。一部に根が肥大するものもた に く か

げんしてきありますが、多くは多肉化しません。原始的 なグループとされ、２０種あまりがあります。

②ウチワサボテン類
じゅもく

みき

ひだい

つつがた

ぼうじょう

にくあつ

えんばんじょう

けいたい

樹木形のものから、幹が肥大した筒形、棒 状 、肉厚の円 盤 状 のものまで、形態
た に く かかんそう ち さんはいろいろです。植物体の多肉化が進んでおり、高山の乾燥地産のものには、きゅうじょう

ぶんぷ

ちいき

球 状 になったものもあります。分布する地域は広く、種類もたくさんあります。

③柱サボテン類
かんきょう

じゅんのう上の２つのグループ以外が含まれます。長い年月の間に、環 境 に順 応 して、たよう

けいたい

ぶんか

ふつう

現在見られるような、多様な形態に分化してきたと考えられています。普通 にちゅうじょう しゅ

柱サボテンと呼ばれるさまざまな 柱 状 種はもちろん、コンブのようなクジャたまがたしゅ

けいれつ

クサボテンも、その他のいろいろな球型種も、すべて同じ系列のものです。

かくぶ

めいしょう

サボテンの各部の名 称

じ せ い ち２．サボテンの自生地
サボテンのふるさとは、主として北アメリカ、南アメリカ、その周辺にある
しょとう

しょとう

西インド諸島やガラパゴス諸島 です。北はカナダから南はパタゴニアまで、広ぶんぷく分布していますが、特に、北アメリカのアウハラチ
ア山系、ロッキー山系、中央アメリカの東・西両シェ
ラ・マドレ山系ならびに南アメリカのアンデス山系をじく

こうげん ち た い軸とした高原地帯、およびブラジル東南部に横たわるあじ せ い ち高原や荒れ地が主な自生地となります。気候条件としねったい

あねったい

おんたいけんないては、熱帯、亜熱帯、温帯圏内に多く集中しています。
かいひん

こうざん

標高 0mの海浜から標高 4,000mの高山まで、分布する
こうど

おどろ

こうはんいどしつ

ねんどじょう高度 も 驚 くほど広範囲 です。土質 も、粘土状 から、せっかいがん

くちきたいせきぶつ

石灰岩系の土、落ち葉や朽木の堆積物の多い土まで、さまざまです。
かんそう ち た い

かんそう

サボテンの大部分は、乾燥地帯に自生します。焼け付くような日差しと乾燥、ちゅうや

お ん ど さふすなあらし

かんきょう

かこく

きび

昼夜の温度差、吹きすさぶ砂 嵐 など、その環 境 は過酷きわまりますが、その厳せいいくかんきょう

てきおう

ぬ

しい生育 環 境 に適応しながら、たくましく生き抜いてきたのです。また、サボ
きゅうしゃめんは

テンは、大地にどっしりと根をおろすものから、急 斜 面 にしがみつくように生
き こん

じゅもく

ちゃくせいえるもの、土中にもぐってしまうもの、気根でほかの樹木に着 生 するものなど、さまざまな育ち方をします。

３．サボテンのトゲはなに？
かっしょく

サボテンには、赤や黄や黒や褐 色 など、さまざまはの色のトゲや毛が生えています。サボテンの他にも、バラ、カラタチ、メギのようにトゲのある植物がありひます。そして、トゲのつく位置、つくりによって、皮しん

けいしん

ようしん針、茎針、葉針に分けることができます。バラのトゲは、木の皮がつき出てトゲになったもので、これを皮め

針、カラタチは葉のつけ根で芽や茎の出る位置につく
けいしん

トゲで、これを茎針、メギは葉のつく位置にできるトゲで、これを葉針と呼んでいます。植物の体は根、茎、葉、花などに分かれていますが、サボテンのトゲはいきかんったいどの器官なのでしょうか？

（サボテンの進化）
サボテンには化石がありませんので、化石から現在のサボテンの祖先を明らせいいくかんきょうかにすることはできません。しかし、サボテンの種類を生育 環 境 や形の上からすいてい分類して推定すると、どうも木の葉サボテンがいちばん原始的なサボテンのようです。木の葉サボテンは、カラタチの木のように茎に広い葉をつけ、トゲをかんそうつけています。生育地がだんだん乾燥してくるにしたがって葉は小さくなり、しかも成長期にだけ葉をつけるようになります。これがウチワサボテンと呼ばかんそう

きび

かんきょう

くきれるものです。さらに乾燥が厳しい環 境 では、葉がなく、太い茎だけのトゲがたくさん生えた形のものに変わってきます。これが柱サボテン、玉サボテンと呼ばれるものです。
せいぞんかんきょう

きび

てきおう

サボテンが生存 環 境 のより厳しい場所に適応していったと考えると、サボテ
しんかンは、木の葉サボテン→ウチワサボテン→柱サボテン→玉サボテンの順に進化してきたことになります。
木の葉サボテンやウチワサボテンの葉とトゲのつきかたをよく観察すると、
よう しん

けい しん

少なくともメギの葉針のようにはとても見えませんね。むしろカラタチの茎針に近いのではないかと思われます。サボテンのトゲは葉から変化したものと考えてよさそうです。

（トゲの働き）かんきょう

生物は環 境 に合った生活をするために、長い年月の間に形や性質をいろいろ変えています（適応）。サボテンのトゲも必ず何らかの役に立っているに違いありません。では、どんな働きをしているのでしょうか？
ちかよ①身を守る・・・・・かたいトゲが生えていると、動物が食べようと近寄って来ても、食べることができません。トゲはまず、身を守る大切な働きをしています。
さばく

ひかげ

②日陰かげをつくる・・・・・サボテンは太陽の好きな植物ですが、砂漠には日陰ひかげがありません。トゲは日陰をつくる働きがあります。
いどう③場所の移動・・・・・かぎトゲを持ったサボテンの中には、動物の体にトゲいどうをひっかけて、場所を移動させてもらうものがあります。
わた

よつゆ④水を集める・・・・・細かい綿のような毛をつけているサボテンは、毛に夜露
ほきゅう

わた げがをとまらせて水を補給すると同時に、水分があまり多いときには、棉毛をみの替ふせわりにして雨水を防ぎます。
はんしゃ

はんしゃ

きゅうたい

⑤太陽光線を反射する・・・・・白毛は太陽の光を反射して、球 体 の温度があまり上がらないようにする。

サボテンはこのようにトゲを様々に活用して生きているのです。それにしてもトゲにはなんとすばらしい働きがあるのでしょう！

さばく

し

く

４．サボテンが砂漠で生きる仕組み
さばく

サボテンといえば、砂漠 に育つ植物としてよく知られています。ではなぜ、
ひざ

きょうれつ

さばく

はんえい

サボテンは雨が少なく、日差しが強 烈 な砂漠で成長・繁栄し続けることができるのでしょうか。
くき

植物の成長には水が欠かせませんが、サボテンはその葉や根、茎に水を貯めちょすい そ し き

ちょすい そ し きておくことができます。専門的には貯水組織と呼びますがこの貯水組織のおかかげで、サボテンは数力月間から長い場合には数年間、雨がなくても枯れることはありません。サボテンの重さのうち 96%は水分だと言われるほどで、多量の水を貯水しています。しかし、根は地下数センチの深さしかなく、浅く広く張っさばくています。これは、砂漠に降る雨の大部分が地中深くまでしみこむことはなく、かぎ

きゅうすいりょく

植物が使える水分はごく浅いところに限られるからです。根の 吸 水 力 は大き
ちょすい そ し き

く、降った雨を一気に吸収し、貯水組織に貯えることができます。さらに、朝、きり

つゆ夕のわずかな霧や露も取り込むことができます。逆に、1 日に消費する水分は、植物体の 1/2000〜1/2500 といわれており、貯えた水をチビリチビリ大切に使いきゅうけいくきます。サボテンが 球 形 や太い茎 をしているのは、表面積を小さくして水分のじょうはつじゅみょう

ひかくてき

蒸 発 を防ぐためでもあります。そのほか、寿 命 が比較的長いにもかかわらず、しゅだん成長がきわめて遅いのも、表面積を増やさないための手段だと考えられています。
きびかんそうじょうけん

しくこうした厳しい乾燥 条 件 で生きていくための様々な仕組みのおかげで、サボ
かんだんさはげ

さばく

ぬテンは雨が少なく寒暖差の激しい砂漠で生き抜いていくことができるのです。

さばくす

５．サボテンは砂漠が好きなの？
はんい

サボテンは、南北アメリカ大陸のとても広い範囲にわたって生育しています
しっち

はひざが、ジャングルや湿地に生えることはありません。共通していえることは、日差
かんそう

さばく

しの強い、乾燥した場所、つまり砂漠のような所を住み家としているというこちがさばくとです。それでは、サボテンはほかの植物と違って、砂漠のような所が好きなのでしょうか？
どんな植物でも水なしでは生きられません。もちろんサボテンも同じです。
か

はんしょく

まったく水分のない所では枯れてしまいます。成長し，繁 殖 していくためには、サボテンもかなりの水分や養分を吸わなくてはなりません。ただ、ほかの植物ちが

ふかわ

しく

と違うことは、雨が長い間降らず、地面が乾いても、生きていける仕組みを持さばくっているということです。一方、このような雨が少ない砂漠のような場所は、きび他の植物にとっても生育が厳しい場所なので、植物同士の競争が少ないというさばく

かんそうち

利点があります。サボテンは、他の植物が生きていけない砂漠のような乾燥地にかんそうた

しく進出して長い間生活しているうちに、乾燥に耐える仕組みを身につけたのでしさばく

す

さばく

すべ

かくとくょう。サボテンは砂漠が好きなのではなく、砂漠で生きる術を獲得した植物である、と言った方がよいようです。

こうごうせい６．サボテンの光合成
１）植物が育つ条件
植物が育つには、光、水、空気、温度、養分が必要です。これらのうち、どの一つが欠けても植物は生育できません。
こうごうせい２）光合成ってどんな働き？
こうごうせい光合成とは、根で吸い上げた水分と、葉よう葉で取り入れた二酸化炭素を原料として、りょくたい

緑 体 の中でエネルギーを借りてでんぷんふくさんぶつを合成し、副産物として酸素を出す働きを言います。
こうごうせい光合成をする植物は、みな緑色をしていうす

けんびきょうます。植物の葉を薄く切って、顕微鏡で見つぶようりょくたいると、緑色の粒が見えます。それを葉 緑 体
ようりょくたいと言います。葉 緑 体 が緑色をしているのようりょくそしきそは、中に葉緑素という色素があるためです。
ようりょくそこうごうせいこの葉緑素がでんぷんの合成（光合成）のかぎ鍵をにぎっています。
ようりょくそ葉緑素に光が当たると、光エネルギーをようりょくそ

ようりょくそ吸収して、葉緑素は活動する葉緑素に変わります。そして、根から送られてきた水をぶんかい

きこう

酸素と水素に分解します。酸素は葉の気孔
はんのうから外に出されますが、水素は次の反応へ

ぶんかいと進みます。水が分解される反応には、どうしても光のエネルギーが必要です。
めいはんのうめいはんのうかいろ

この反応を明反応と呼んでいます。明反応でできた水素は、カルビン回路といふくざつ

とうう複雑な反応サイクルに入り、二酸化炭素を取り入れ、最後にブドウ糖を作りあんはんのう

とうます。この反応は光がなくても進むので、暗反応と呼んでいます。ブドウ糖はさらにでんぷんに変わり、植物の成長に使われます。
こうごうせい３）光合成の種類
こうごうせいこうごうせい植物には３つの光合成のタイプがあります。作物の多くはC3 型光合成タイプ
こうごうせいそんしつです。ただ、この光合成タイプは、気温が高いところではエネルギーの損失 が大きくなります。一年中気温の高いところに生育する植物にとって､このエネル
そんしつ

しんこく

こうごうせいこうごうせいギー損失は深刻な問題となります｡そこで､C4 型光合成と呼ばれる光合成をする
こうごうせい

てきおう

せいそく

そんしつ

トウモロコシのような植物があります｡この光合成のタイプは強光､高温に適応こうごうせいした光合成ということができます｡
かんそう

サボテンのように､非常に乾燥した地域に生息する植物にとって､水分の損失
しんこく

きこうは深刻な問題です｡日中に二酸化炭素を取り込むために気孔を開けることは､水こうごうせい分を失うことを意味します｡そこで､そのような植物はCAM型光合成を行います｡
こうごうせいきこう

この光合成タイプの植物は、まず､夜間に気孔を開いて二酸化炭素を取り込み、さんちょぞう

きこうちょぞう

二酸化炭素をリンゴ酸に変えて貯蔵します｡日中は気孔を閉じ､貯蔵しておいたさん

ようりょくたいこうごうせいリンゴ酸から二酸化炭素を取り出して葉 緑 体 で光合成をします｡

参考図書
z 「サボテン・多肉植物 330 種」伊豆シャボテン公園伊豆資源生物アカデミー編著
z 「花と形をたのしむサボテンの本」長田清一著
z 「学校園芸百科⑤ 観葉植物・サボテン・食虫植物」福島普徳編
z 「植物の？50 問 サボテンってこんなもの」 清水清著
z 「砂漠のサボテンも本当は雨を待っている」 春田俊郎著

実験１

サボテンの形の不思議
ちがサボテンは他の植物とは違った形をしています。同じ植物なのにどうして形とが違うのでしょうか？ 形からサボテンの不思議を解き明かしましょう！

むしめがね

ほうちょう

用意するもの：サボテン、キュウリの苗、虫眼鏡、包 丁 、まな板実

験：①

サボテンとキュウリを比べてみよう

くらくら

サボテンとキュウリを比べてみて、気付いたことをメモしましょう。

メモ

②

むしめがね

サボテンのトゲがどうなっているか虫眼鏡を使って調べようははどんな風に生えているか、何本ずつ生えているか、トゲはどんな形をしているかなど、気付いたことをメモしましょう。

メモ③

サボテンの中はどうなっているか、切って調べてみましょう
たてサボテンを切った様子をスケッチしましょう。また、縦に切った場合と、横ちがもようてざわに切った場合の違いや、色、模様、手触りなどをメモしましょう。

スケッチ

メモ

さばく

実験２

ひサボテンが砂漠で干からびないのはなぜ？
さきゅう

庭や校庭に植えている植物に水やりをします。砂丘のナガイモは、スプリンそうちクラーという装置を使って、水やりをします。これは、植物が育つためには水かんそうさばくが必要だからです。でも、サボテンはからっからに乾燥した砂漠でも生育します。サボテンは水がなくても育つのでしょうか？ サボテンも植物なので、水さばくかがないと生育できません。では、サボテンはどうして砂漠でも枯れないのでしょうか？

ひみつ

何か秘密があるのでしょうか。
なえ

用意するもの：サボテン、キュウリの苗、コーキング材、はかり、サーモグ
ラフィー
実験の順序：① サボテンの鉢とキュウリ苗の鉢の土の部分にコーキング材を入れて、鉢かじょうはつら水が蒸 発 しないようにする。

コーキング材

はち

なえ

はち

②

サボテンの鉢とキュウリ苗の鉢の重さをはかり、重さを記録する。

③

サボテンとキュウリの鉢を人工気象室の中に置き、重さの変化を記録する。

④

サボテンとキュウリの表面の温度を測定する。

⑤

はち

そくてい

かんそう

乾燥させていた間に減少した重さ（＝植物から出た水の重さ）を計算する。

計算式：「
⑥

じんこうきしょうしつ

かんそう

あとおも

おも

植物から出た水の重さ＝乾燥した後の重さ−はじめの重さ

サボテンとキュウリから出た水の重さを比べる。

」

記録用紙（重さ）重さ（ｇ）
はじめ 30 分後 60 分後

植物から蒸発した水の重さ（ｇ）
30 分間

サボテン
キュウリ

記録用紙（表面温度）
表面温度（℃）
はじめ 30 分後 60 分後温度の変化（℃）
30 分間

60 分間

サボテン
キュウリ

くら

二種類の植物を比べてみてわかったことを書いておこう。

60 分間

さばく

実験３

砂漠で生きるって大変かも・・・
きこう

きこう

サボテンは夜に気孔を開いて二酸化炭素を取り入れます。これは昼間に気孔こうごうせいを開くことで水分が蒸発するのを防ぐためです。でも、光合成は光がないとできません。では、サボテンは夜に二酸化炭素を取り入れて、どうやって光合成なかまさんをしているのでしょうか。実は、サボテンの仲間は二酸化炭素をリンゴ酸といちょぞうさん

こうごうせいう物質に変えて貯蔵し、昼にリンゴ酸から二酸化炭素を取り出して光合成をしているのです。
しく

こうごうせいサボテンのかわりにアロエ（サボテンと同じ仕組みの光合成をする）を用いさん

ちくせきて、リンゴ酸が蓄積されている様子を調べてみよう。
あんまく

ほうちょう

ちょうこう か ん ど み か く

用意するもの：アロエ、暗幕、包 丁 、まな板、超 高 感度味覚センサー
実

験：

①

一方のアロエには光を当てて、昼の状態にし、もう一方のアロエには暗幕をかけて、夜の状態にする。

あんまく

ほうちょう

② 同時に２種類のアロエの葉を切り取り、包 丁 で皮をむく。
③ 食べてみて味をみる

ちょうこう か ん ど み か く

超 高 感度味覚センサーの測定値の記録用紙
１

甘い

塩辛い

酸っぱい

苦い

２

３４５

さばく

どんな植物が砂漠でも生育できるのか、自分の考えを書いてみよう！

みやげ[サボテンのお土産について]
ゆた

ある説では、サボテンは感情豊かな植物だと言われています。植物に感情があるかどうか、本当のところはわかりませんけれども、サボテンのことを少しりかい

めんどう

やさ

でも知り、理解して面倒を見てあげてください。そして、時々優しく話しかけてあげてください。