中学受験理科｜吸水量と蒸散量は同じ？｜植物内に残る水を収支で考える

植物が水を吸い上げ、葉などから水蒸気を出しているとき、吸った水の量と出した水の量はいつも同じでしょうか。短い時間では、体内に水をためたり、体内の水を使って放出したりするので、一致しないことがあります。吸水量をそのまま蒸散量とみなせるのは、植物内の水量の変化などを無視できる条件です。

水の出入りは「入った水−出た水＝体内の水の増加」と整理できます。減ったときは増加分が負になりますが、負の数を使わず「出た水の方が何g多いので、その分だけ体内から減った」と書いても構いません。中学入試では、量った対象を図で囲むことが、計算を選ぶ手がかりになります。

水だけを見る量り方と、装置全部を見る量り方

植物を水の入った容器へ挿し、水面からの直接の蒸発を防ぎます。容器内の水がどれだけ減ったかを測れば、植物へ移った水を調べられます。一方、植物、容器、水を全部まとめて量ると、容器から植物へ移っただけの水は、装置の中に残っています。その移動だけでは全体の重さは減りません。

全装置から水蒸気として外へ出れば、全体の重さが減ります。この違いを使うと、吸水と蒸散を別々に考えられます。以下は、短時間で水以外の物質の出入りや植物の乾燥重量の変化を無視でき、漏れや水滴の放出もないという模型です。

例題1。水以外の出入りと水面からの直接蒸発を無視した模型です。外枠を越える6gが装置全体の減少に対応します。

植物と容器を含む装置で、1時間に容器内の水は8g減りました。同じ時間に装置全体の重さは6g減りました。直接の水面蒸発を防ぎ、外へ出る水は蒸散によるものだけとします。吸水量、蒸散量、植物内の水量の変化を求めてください。

答え・解説： 容器から植物へ移った水は8gなので、吸水量は8gです。装置全体から外へ出た水は6gなので、蒸散量は6g。植物内には8−6＝2gの水が増えています。

「8gと6gを足して14g蒸散した」とすると、同じ水を途中と出口で二度数えることになります。容器から出た8gは、6gが外へ出て2gが体内に残るという内訳です。水の道を、容器、植物、空気の順に一本で描くと、足す場所と引く場所を区別できます。

全体の重さが6g減っていても、その中の植物は水を2g増やしています。部分が増えることと全体が減ることは両立します。対象を明示しない「重さが減った」という短い言い方では、この関係が見えなくなります。

次の時間帯では、吸水量が5g、蒸散量が9gでした。時間帯の初めに植物内の水が40gあり、水以外の出入りを無視できるとします。最後に植物内にある水は何gですか。また、同じ不足がさらに3時間続くという計算模型なら、合計4時間後の水量は何gですか。

答え・解説： 出る水が入る水より9−5＝4g多いため、1時間後には40−4＝36gです。同じ差が4時間続くという指定なら、40−4×4＝24gになります。

この計算は「吸水5gなら蒸散も最大5g」とはならないことを示します。植物内にあった水を使えば、短時間には多くの水が出ていくことがあります。ただし、実際には水分状態や気孔の開閉が変わるため、いつまでも同じ差が続くとは限りません。4時間という指定された範囲の模型として読む必要があります。

午前に体内の水が減り、夕方以降に回復すれば、一日の始めと終わりでは水量が同じになることがあります。その場合、一日全体の吸水量と蒸散量は、他の出入りがなければ等しくなります。しかし、午前の1時間にも等しかったとは言えません。

表の「累積量」と「各時間帯の量」も区別します。10時までの累積吸水12gと11時までの20gがあれば、10時から11時は8gです。累積値20gをその1時間の吸水量に使わないよう、区間を示す括弧を表へ書き込みましょう。

細い管の気泡の移動から植物が吸い上げる水量を推定する装置では、直接測っているのは水の吸い上げです。蒸散に伴う吸水を利用できますが、体内の貯水量が変わる場合まで吸水と蒸散を完全に同じとすることはできません。測定値と、そこから推定したい働きを分けて説明します。

実際の重さの測定には、二酸化炭素や酸素の交換、成長なども関係します。例題で無視した条件を外して、長期間の植物の重さの変化を水だけで説明するのは不適切です。簡略化された問題では指定条件を使い、考察では「この条件の下では」と範囲を示す。この二つをそろえると、実験の読み方が正確になります。