紅葉の秘密～サクラの葉の変色の条件について～
２年Ｄ組 佐々木 虹歩
伊藤 由衣
久能 来海

伊東小野齋藤ひな瀬那碧華

要約
サクラの葉を使って紅葉の条件 について調べた。スクロース液を葉に塗る方法では変色が見られなかったが、葉をスクロース液に浸すと、変色が見られた。スクロース濃度が１％、３％、５％、１０％、３０％で比較した場合、１～３％の時と３０％の時、変色が著しかった。そこで、「１～３％では紅葉し、３０％では枯死した」という仮説を立て、紅葉で特徴的なアントシアニンについて、薄層クロマトグラフィーおよび分光光度計での分析を試みた。

１． 研究の動機と目的
秋になると紅葉するのをみて、「なぜ紅葉するのか」疑問に思った。また、どんな条件で葉が色づくのかについて興味をもったため、調べることにした。自然ではなく人口的に紅葉を作ること、紅葉の条件を調べることを目的とした。

２． 研究の仮説・検証・結果
仮説Ⅰ「サクラの葉 にスクロースを塗ると、紅葉が起こるのではないか」(材料)・スクロース液（５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％）
・サクラの葉(方法)・スクロース液を、４枚のサクラの葉の表面（表面、裏面）に刷毛で塗布
・室内および屋外にサクラの鉢を置く
・観察（２日後、５日後、７日後、１４日後）(結果)葉の表、裏に塗る →いずれも変化なし
室内、屋外に置く→いずれも変化なし
葉の表面にスクロースを塗る方法で紅葉させることはできなかった。
(考察)なぜ紅葉 しないのか。
①スクロースは表皮から吸収されないのではないか 。
②スクロース濃度が高すぎるのではないか。
③日数が不足しているのではないか。
①については葉の表面からではなく維管束から吸収させる実験を計画した。
②については、低濃度（０．０１％、０．１％、１％、３％）で同様の実験をやってみたが、変化は見られなかった。
③についても、その後１か月ほど継続して観察したが、特に変化は見られなかった。
仮説Ⅱ「スクロース 液は、表皮よりも維管束からの方が吸収されやすいのではないか」(材料)・スクロース液（ １％、３％、５％、１０％ 、３０％）(方法)・各濃度のスクロース液を シャーレに入れ、それぞれサクラの葉を２枚ずつ浸す・シャーレは、屋内、屋外に置く・観察（４日後、５日後、７日後 ）・変色した葉を、顕微鏡で観察(結果)変色した部分がしめる面積

屋外
１％

３％

５％

１０％

３０％

4 日後

7 割、8 割

5 割、8 割

少しだけ

1 割、3 割

6 割、9 割

７日後

9 割、9 割

6 割、9 割

0.5 割、1 割

2 割、4 割

8 割、9 割

１％

３％

５％

１０％

３０％

10 割、10 割

10 割、10 割

9 割、10 割

10 割、10 割

10 割、10 割

屋内

4 日後

変色した葉の顕微鏡観察

紅葉している葉の緑の部分紅葉している部分

・紅葉している葉の緑の部分は部分的に赤くなっていた
・紅葉している部分は全体的に赤くなっていた(考察)スクロース液に浸すことにより、紅葉を起こさせることができた 。細胞は葉の表面からスクロースを吸収することはできないが、維管束から吸収 できることがわかった。また、屋外においたものが４日後にはすべて紅葉したことから、紅葉の進行に光の量が影響を与えることがわかる。屋外では紅葉がはやすぎて、管理が難しいので、今後は、実験室の窓辺にシャーレを置くことにする 。低濃度（１～３％）と高濃度（３０％）でよく変色したのに対し、５～１０％ではあまり変色しなかったことから、異なるメカニズムにより「変色」が起こっている可能性がある 。高濃度で見られた変色は紅葉ではなく浸透圧が高いため「枯れた」ということも考えられる。
再現実験

スクロース液に浸す

実験Ⅱの紅葉を確認するため、もう一度同じ条件で再現実験を行った。その結果、実験Ⅱと同様に紅葉の程度にばらつきがどうしても出てしまうことが分かった。そこで、今後はできるだけ条件をそろえて実験を行うことにした。
(対策)・紅葉の程度にばらつき →３枚以上の葉をつかう
・葉の大きさ（成長の度合い ）の影響→葉の大きさをそろえる（大・中・小）・葉柄の有無による影響を調べる
仮説Ⅲ「葉柄が付いてる方がスクロースを吸収しやすいのではないか」(材料)・スクロース液（０.１％、１％、３％、５％）・サクラの葉を３枚（大・中・小）ずつ
・大型シャーレ（直径１８㎝）(方法)・「葉柄あり」のサクラの葉を３枚（大・中・小）ずつ浸す「葉柄なし」のサクラの葉を３枚（大・中・小）ずつ浸す
・シャーレは屋内に置く・観察（７日後、１５日後、 ２８日後）(結果)（７日後）

スクロース濃度

０.１％

１％

３％

葉柄あり

赤い斑点

３９個

赤い斑点

葉柄なし

赤い斑点 １９個

変化なし

葉柄あり０．１％

葉柄あり１％

１５個

赤い斑点５％
１個

変化なし

赤い斑点変化なし(考察)「葉柄なし」より「葉柄あり」の方が、スクロース液を吸収して紅葉しやすいと考えられる。しかし、前回までは変色域は広かったが 、変色域の出方が斑点状 に見られた。原因として、天候不順による低温や日照不足 が考えられる。そこで実験Ⅱの 時と実験Ⅲの時と気象条件を比較してみる と、実験Ⅱのときは 晴天が続いて日照時間が長かった（平均１１．４時間）のに対して 実験Ⅲのときは雨天が続き日照時間が短かった（平均４．８時間）ことがわかる。そこで 光が不十分だと、紅葉の現れ方が赤い斑点状になるのではないかと考えた。
<実験Ⅱのとき>天気

平均気温[℃] 日照時間[時間]

1 日目

晴れ

17.512.7

2 日目

晴れ

20.1

10.3

3 日目

晴れ

17.7

9.2

4 日目

晴れ

17.9

13.5

18.3

11.4

平均

<実験Ⅲのとき>天気

平均気温[℃] 日照時間[時間]

1 日目

雨

13.3

2.12 日目

曇り

15.1

6.5

3 日目

曇り

18.5

8.1

4 日目

雨

16.3

3.9

5 日目

曇り

17.1

8.2

6 日目

曇り

20.1

8.8

7 日目

雨

20.6

0.8

8 日目

雨

19.4

0

17.6

4.8

平均仮説Ⅳ

「光量が少ない と斑点状に変色するのではないか」(材料)・スクロース液（３％）
・サクラの葉を３枚（大・中・小）ずつ
・大型シャーレ（直径１８㎝）
・アルミ箔
(方法)・３％スクロース液を大型シャーレに入れる

１個

・アルミ箔で遮光し、光量０％、２５％、５０％、１００％を準備する
・各シャーレに、サクラの葉（葉柄付き）を３枚（大・中・小）ずつ浸す
・シャーレは屋内に置く
・７日後に観察光０％(結果)変化なし

光２５％

光５０％

光１００％

赤い斑点

赤い斑点

変色１０割

(考察)光が少ないとき（光２５％、５０％）は赤い斑点状に紅葉し、光が多いとき（光１００％）は葉全体が紅葉した。紅葉の出方は光の影響をうける ことがわかった。
疑問「なぜ、 １～３％の時と３０％の時に紅葉し、５～１０％の時に紅葉 しにくいのか」

実験Ⅱにおいて、低濃度（１～３％）と高濃度（３０％）でよく変色し、５～１０％ではあまり変色しなかったことから３０％では「紅葉」ではなく「枯れた」のではないかと考えた。
「紅葉」だとすればアントシアニンが生成され、「枯れた」とすればアントシアニンは生成されていない可能性がある。
仮設Ⅴ「３％スクロースではアントシアニンが生成されているが、３０％スクロースでは生成されていないのではないか」(材料)①３％スクロース液で変色させたサクラの葉１０枚（明所、７日）②３０％スクロース液で変色させたサクラの葉１０枚（明所、７日）③屋外のサクラの木から採取した天然の紅葉④屋外のサクラの木から採取した緑葉(試薬)・１％HCl メタノール（アントシアニン抽出用）アントシアニンは弱酸性で安定・アセトン（光合成色素抽出用）
・展開溶媒（石油エーテル ：アセトン＝７ :３）(方法－１)酸性でアントシアニンを 抽出
・①～③の葉を凍らせる
・凍った葉を乳鉢でつぶし、 １％HCl メタノール溶液を適量加える
・暗所で一晩放置し、アントシアニンを抽出する
・ろ過する（ろ液①、②、③－１）(方法－２)光合成色素の抽出
・屋外で採取した葉③④を、乳鉢ですりつぶし、適量のアセトンを加える
・ろ過する（ろ液③－２、④－２）(方法－３)薄層クロマトグラフィー
・展開溶媒（石油エーテル：エタノール＝７ :３）・試料①

３％スクロース液で変色させた葉から、アントシアニンを抽出②

３０％スクロース液で変色させた葉から、アントシアニンを抽出③－１

屋外のサクラの紅葉から、アントシアニンを抽出

③－２

屋外のサクラの紅葉から、 光合成色素を抽出④－２

屋外のサクラの緑葉から、光合成色素を抽出←カロテン(赤)←クロロフィル a(青緑)←クロロフィル b(黄緑)←キサントフィル(黄)← アントシアニン(赤)①②③－１③－２④－２３％スクロース

３０％スクロース

屋外の紅葉

紅葉

緑葉

酸性抽出液

酸性抽出液

酸性抽出液

(考察)Rf=0 の赤色スポットがアントシアニンと考えられる 。①と②の人工的紅葉にも、クロロ
フィルは多少残っている 。アントシアニンはスクロースに浸した葉（ ①、②）でも見られたが、緑葉（④―２）にも多少含まれている。３％のスクロース液で変色した葉（①）と、３０％スクロース液で変色した葉 （②）で、特に大きな違いは見られなかった。
仮説Ⅵ「吸収スペクトルの比較か ら３％ と３０ ％ の相違点 を見る ことが 出 来るので はない か」(材料)①３％スクロース液で変色させたサクラの葉１０枚 （明所、７日）②３０％スクロース液で変色させたサクラの葉１０枚（明所、７日）③屋外のサクラの木から採取した天然の紅葉(試薬) １％HCl メタノール抽出溶媒（アントシアニン抽出用）(機器)分光光度計（GeneQuant

1300）秋田県立大学機械知能システム学科齋藤敬研究室(方法－１)アントシアニンの抽出・①～③の葉を凍らせる
・凍った葉を乳鉢でつぶし、１％ HCｌメタノール溶液を適量加える
・暗所で一晩放置し、アントシアニンを抽出する
・ろ過する(ろ液①②③)(方法－２)分光光度計で吸収スペクトルを調べる
・①～③のろ液をセルに入れ、各波長での吸収度を 調べる・測定した波長域（400nm～700nm）

３％スクロース

３０％スクロース(結果)・３％スクロース液で変色した葉と ３０％スクロース液で変色した葉で特に大きな違いは見られなかった・定量的な実験を行っていないため ①②でのアントシアニン生成量については不明(考察)３％スクロース液による変色と、３０％スクロース液による変色が、異なるメカニズムによるかどうか、確認することはできなかった。

３． 考察
サクラの葉にスクロース液を塗布しても、紅葉は起こらないが、サクラの葉をスクロース液に浸すことにより、人工的に紅葉を起こすことはできる。紅葉に光の量が影響を与える ことがわかった。光の量が少ないと、斑点状の紅葉となる。スクロース液の濃度１～３％と３０％でよく変色し、５～１０％ではあまり紅葉しない。低濃度での変色と高濃度での変色が異なるメカニズムによるものかどうか明らかにすることはできなかった。

４． 今後の課題
・本当にアントシアニンが生成されているか、分光光度計以外の分析機器を使って調べる。
・アントシアニンの生成量を定期的に調べる。
・カエデなど、他の植物ではどうか調べる。

５． 謝辞
秋田県立大学システム科学技術学部機械知能システム学科齋藤敬准教授

６． 参考・引用文献
・理科の実験まるわかり BOOK
・日本植物生理学会
・キッズ goo

滝川洋二監修（成美堂出版 ）アントシアニンの定量方法

紅葉豆知識～なぜ紅葉するの？

・大阪と科学教育

１９、７—１０、大阪府教育センター（ 2005）