光を当てた葉の小片が、時間とともに水面へ上がってきました。何を手掛かりに、光合成の働きを比べられるのでしょうか。葉の内部の気体を液体に置き換えて沈めた切片では、光合成で生じた酸素が内部にたまると、浮きやすくなります。この性質を利用すれば、浮き上がるまでの時間を、光合成に関係する間接的な指標として調べられます。
ただし「浮いた枚数＝酸素の体積」ではありません。葉の厚さや内部に残る気体、液へのぬれ方なども浮上へ影響します。中学入試の実験資料では、数えたものが何の代わりになるのかと、直接測っていないものが何かを分けて読みましょう。
比較する切片の条件をそろえる
同じ直径に切っても、別の植物の葉なら厚さや組織が違う場合があります。光の強さを調べる比較なら、葉の種類や状態、切片の大きさ、液の成分と温度、沈める前処理などをそろえます。光だけ変えるつもりでランプを近づけ、液温まで上がったら、光の効果だけを取り出せなくなるためです。
光合成に使う二酸化炭素の供給条件も確認します。切片の浮上を比べる教材では、炭酸水素ナトリウムを含む液などが使われますが、ここでは実施手順ではなく、同じ液で行った架空の観察結果を読みます。家庭で薬品の濃さを自由に変えることを勧めるものではありません。
半分が浮いた時刻へ注目する
一枚目が浮く時間だけを比べると、特に浮きやすい一枚の影響を大きく受けます。そこで、全切片の50％が浮くまでの時間を一つの目安にします。10枚なら5枚、20枚なら10枚です。枚数が違う比較では、同じ「5枚」を基準にしないことが大切です。
この時間が短いほど、同じ前提の下では浮上につながる酸素の蓄積が速かったと考えられます。しかし、時間が半分なら植物全体の光合成量が正確に二倍、とまでは決められません。装置内の間接指標と、植物全体で生じた物質の総量は別です。
また、葉は光を受けている間も呼吸をしています。浮くために残った気体の量には、酸素をつくる働きだけでなく、消費や外へ逃げる分も関わります。「暗所は呼吸、明所は光合成だけ」と分けず、観察で見えるのは複数の働きの結果だと捉えてください。
例題1：同じ枚数の二組を比べる
各10枚の葉の切片を用いました。Aでは開始4分で2枚、6分で5枚、8分で8枚が浮きました。Bでは6分で2枚、8分で4枚、10分で5枚が浮きました。記録された時点で半数が浮いた時間はそれぞれ何分ですか。また、時間の逆数を比較用の指数と決めた場合、Aの指数はBの何倍ですか。
答え・解説： Aは6分、Bは10分です。指数の比は、1/6を1/10で割るので10/6＝5/3倍です。これは問題で定義した指数の比であって、酸素を体積で測った比ではありません。速い方の時間が小さいため、指数では逆に大きくなることを確かめましょう。
全枚数が浮くまで待つ条件ではないので、10枚目の時刻がなくても答えられます。逆に、最初の一枚が浮く時刻だけでは、半数に達する時刻は分かりません。何％に達することを比べるのか、問いの基準を先に決めます。
例題2：観察の間は分からない
Cは20枚で、7分の観察では8枚、9分では12枚が浮いていました。Dは10枚で、7分では4枚、9分では6枚が浮いていました。この間、一度浮いた切片は沈まず、枚数は増加したとします。半数が浮いた時間は両方とも正確に8分ですか。
答え・解説： 正確に8分とは決められません。Cは10枚、Dは5枚が基準なので、どちらも半数に達したのは7分より後、9分までの間です。区間内で一定の割合で増えたと仮定して線を引けば8分と推定できますが、実際の浮上時刻を観察した値ではありません。
Cの12枚とDの6枚だけを比べて、Cの働きが二倍とすることもできません。両方とも9分では60％が浮いています。初めの枚数をそろえない資料では、分母に戻すことと、観察の粗さを区別することの二つが必要になります。
最初から浮いていた切片は別の情報
前処理の時点で浮いていた切片を、光を当てた後に浮上した切片と同じに数えると、光による変化を見誤ります。開始時の枚数を記録し、比較に使う対象や除外条件を事前に決める必要があります。都合のよい結果にするため、後から特定の枚数を差し引いてはいけません。
暗所の対照でも同じように浮いたなら、残存する空気など、光以外の要因を調べる手掛かりになります。実験結果の説明では、「浮いたから光合成」と一段で結ばず、同じ前処理の暗所との違いまで添えましょう。図に浮上の矢印を書いたら、その下へ「酸素の蓄積を通じた間接指標」と短く書く。それだけでも、測定した値の意味を取り違えにくくなります。
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