中学受験理科｜光を強くしても光合成が増えない？｜二つの曲線で制限を読む

光を強くすると光合成が増えました。さらに強くしても、今度はあまり増えません。では光はもう関係ないのでしょうか。光の効果が出なくなるのは、その条件で別の要因が制限になっている可能性があります。一つの曲線だけで原因を決めず、条件を変えた曲線を比べます。

本稿は同じ植物材料、温度、測定時間で、光と二酸化炭素の条件を変えた資料を読みます。植物の名前ごとに限界値を暗記するのでなく、「何を増やしたら結果が変わったか」から、その実験で言えることを絞ります。

横ばいは装置の故障とは限らない

光合成には光だけでなく二酸化炭素や水、適した温度、反応を進める仕組みなどが関係します。光を増やしても他の条件が追い付かなければ、測定した速度が頭打ちになることがあります。料理で材料が足りないとき、作業台だけ増やしても皿数が増えないのと似た見方です。

ただし比喩だけで原因を確定しません。二酸化炭素を増やした条件で頭打ちの高さが変わるか、温度を変えるとどうなるか、と追加の比較で確かめます。観察された横ばいを、直ちに「二酸化炭素不足」と言い換えるのは早過ぎます。

例題1。指定した模型データで、実際の植物の共通曲線ではありません。

低いCO2条件と高いCO2条件の二曲線を重ねます。同じ光の強さで両方の値を読み、高いCO2側で速度が増すなら、その条件ではCO2を増やす効果が観察されたといえます。別々の光の強さの点を比べると、二条件を同時に変えたことになります。

弱い光の部分で二曲線がほぼ重なっているなら、CO2を増やしても測定上の効果が小さい範囲です。強い光の部分で差が開く場合、光条件によってCO2への反応が異なると読めます。「CO2を二倍にすればいつでも二倍」とはまとめません。

光の強さを1、2、3、4としたとき、低CO2での正味の速度は2、4、5、5、高CO2では2、4、6、8でした。単位は同じです。光を3から4へ強めたときの増加を、それぞれ答えてください。

答え・解説： 低CO2では0、高CO2では2です。低CO2条件で横ばいでも、高CO2条件ではまだ増加しました。この記録は「光3以上では、どんな条件でも光を増やす意味がない」という説明に反します。光3から4の比較で、CO2条件をそろえたまま差を求めます。

光4での二条件の差は8−5＝3です。しかし差3を、植物全体の最大能力と断定できません。さらに別のCO2条件や温度を調べていないため、得られたのは今回の範囲内の比較です。

植物は明るいときにも呼吸します。周囲とのCO2の差から得た値が正味の吸収なら、光合成による吸収から呼吸による放出を引いた結果です。測定値の名前が「正味」かどうかを読み落とさないようにします。

呼吸が同じ条件で一定と指定された模型なら、正味の値に呼吸量を足すことで全体の光合成量を見積もれます。暗所の測定値を明所へ用いるときも、その比較が認められた条件か確認します。呼吸量が常に一定だと自分で決めてはいけません。

光4・低CO2条件で正味の吸収速度は5でした。この実験では呼吸による放出速度が2で一定とします。同じ条件で光合成が取り込んだ全体の速度はいくつですか。正味ゼロなら光合成もゼロでしょうか。

答え・解説： 全体は5＋2＝7です。正味ゼロでも、全体の光合成2と呼吸2がつり合う場合があるため、光合成ゼロとは限りません。外へ見える差だけでは、内部の二つの働きが止まったのか、同じ量で続いているのかを区別する必要があります。

表に5、5とあるからといって、実際の速度が数学的に完全一致したとは限りません。丸めや測定誤差の範囲で差が見えない場合もあります。複数回測った平均やばらつきが添えられていたら、わずかな差を大きな効果として扱わないようにします。

強い光で葉が温まれば、光以外に温度も変わります。葉の面積や測定時間が違えば、総量の比較にもなります。同じ面積・同じ時間にそろえた速度なのかを確かめ、条件を一つずつ追ってください。

答案の結論は「この光条件では、CO2を増やすと正味の速度が上がった」のように書けます。制限する要因という言葉を使うときも、根拠となる二点の比較を示せることが大切です。曲線の形の暗記から、実験で確かめた範囲の説明へ進みましょう。