温度が10℃上がると呼吸量が二倍になる、という実験資料を読んだとします。20℃から40℃なら、20℃上がったので四倍でしょうか。それとも、温度の数字が二倍なので二倍でしょうか。まず、倍率が何℃の差に対応しているかを確認します。
この記事は、植物の呼吸の温度応答を、問題文に示された範囲で計算する発展練習です。Q10という指標は、温度が10℃違うときの速さの比を表します。すべての植物が常に二倍になるという法則ではなく、対象と温度範囲を指定した測定値として扱います。
10℃ずつの段階を数える
Q10が2の模型なら、10℃から20℃で二倍、20℃から30℃でさらに二倍です。10℃から30℃では2×2で四倍になります。「差が20だから二倍」とするのではなく、10℃の段階を二つ通ったと考えます。
温度が10℃下がる向きには二で割ります。30℃の値が12なら、20℃は6、10℃は3です。行ったり戻ったりできる表を作ると、掛けるか割るかを取り違えにくくなります。摂氏温度の数値そのものの比で、呼吸速度を求める規則ではありません。
呼吸速度と、一定時間に出た量
資料が「乾燥重量1g当たり、一時間に出した二酸化炭素量」を示す場合、温度の倍率を掛けた後、試料の重さや測定時間を考えます。速度が二倍でも、時間が半分なら集まる量は同じになります。
試料全体の量を比べたいのに、1g当たりの数値だけで結論しないようにします。根と葉で呼吸速度が異なる場合もあるため、同じ種類の組織を比べる条件を確認します。重さをそろえる際も、生重量か乾燥重量かを統一しなければ、水分量の違いが混ざります。
光合成と同時に測っていないか
光がある葉で二酸化炭素の変化を測ると、呼吸による放出と光合成による取り込みが重なります。容器内の二酸化炭素が減ったから呼吸しなかった、とは言えません。呼吸を調べる資料では、暗条件など、何を区別できる設定なのかが重要です。
また、一定の温度に置いてから測るまでの時間が違うと、短時間の温度効果と長期の順応が混ざり得ます。この記事の倍率は、問題が指定した測定条件でのものです。同じ植物でも、季節や育った環境が違えば、そのまま同じ値を使えるとは限りません。
例題1｜20℃から40℃へ
20〜40℃の範囲でQ10が2と指定された模型を考えます。20℃では乾燥重量1gの試料が一時間に3mgの二酸化炭素を出しました。40℃で同じ重さ、同じ時間なら何mgですか。
答え・解説： 10℃の段階を二つ上がるので、倍率は2×2＝4です。3×4＝12mgです。温度40÷20＝2を使うのではありません。同じ模型でも、摂氏0℃を起点にした単純な比例にはなっていないことが分かります。
例題2｜温度と試料量と時間を変える
例題1と同じ20℃の基準から、30℃で乾燥重量2gの試料を30分測定しました。呼吸速度が重量に比例し、測定中一定だったとすると、二酸化炭素の量は何mgですか。
答え・解説： 30℃は基準より10℃高いので、1g・一時間当たりは3×2＝6mgです。2gなら12mg/時間、30分は半時間なので12×0.5＝6mgです。温度二倍、重量二倍、時間半分の三要因を、それぞれ一回ずつ入れます。
範囲の外まで延長すると、おかしな結論になる
上の倍率を80℃や100℃まで使って、植物が際限なく強く呼吸すると予測してはいけません。高温では組織が傷み、酵素の働きなども変化します。逆に低温の側でも、同じ一定倍率をどこまでも維持できるとは限りません。
5℃だけ変えた場合も、10℃の倍率を単純に半分にしてよいとは限りません。追加の規則がなければ、表の測定点から分かる範囲にとどめます。小学校で習わない指標が出ても、勝手に間の値を作らないことが資料読解の強さになります。
記述では「温度が高いほど呼吸が増える」だけで終わらず、「示された範囲では、10℃上昇ごとに一時間・1g当たりの量が二倍」と書きます。範囲、温度差、時間、重量を残すと、観察結果を必要以上に一般化しない説明にできます。
測った量が酸素なら、出入りの向きを変える
呼吸を酸素の減少で測る資料もあります。二酸化炭素が増えた量と酸素が減った量は、それぞれの測定対象です。本稿のmgの係数を、酸素のmgへ無条件に移すことはできません。反応の材料や換算の条件が別に要るためです。ただし、その酸素の消費速度についてQ10が与えられているなら、温度差の段階を数える操作は同じです。増えた列を読むか、減った列を読むかに応じて、最初と最後の引き算の向きを確かめます。温度補正、試料量への換算、時間への換算を終えた後も、答えが何の気体の量かを単位の横に書き残しましょう。
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