マメ科の植物の根に見られる根粒では、共生する細菌が空気中の窒素を植物が利用できる形へ変える働きをします。しかし、根粒の数が多いことだけで、窒素を多く取り込んだと決められるわけではありません。根粒の大きさや働き、植物の状態が違うからです。見つけた粒の数と、実際に移った窒素量を区別しましょう。
共生で受け渡すものは同じではない
植物は光合成で作った有機物などを細菌側へ供給し、細菌の働きによって植物が窒素を得られます。植物の根がそのまま空気の窒素を吸って使う、と説明すると、細菌の役割が抜けます。また、根粒菌があれば光がいらない、肥料成分がすべて不要になるという意味でもありません。
植物と菌の組合せによって、よく働くものとそうでないものがあります。根粒ができていても、その存在だけで十分な窒素固定を保証しません。資料に根粒数と窒素量の両方があれば、先に関係を調べるのがよい読み方です。生物の構造を数える調査と、機能を測る調査は、似ていても別の問いに答えています。
例題1 粒数と窒素量の大小
同じ期間、同じ種類の植物を育てた教材データです。Aは1株に根粒20個で、新たに固定された窒素が合計4mg、Bは根粒10個で5mgでした。根粒1個あたりの平均値を比べ、根粒数だけから全体の窒素量を判断できるか答えてください。
答え・解説： Aは4÷20＝0.2mg、Bは5÷10＝0.5mgです。Bは根粒が少なくても、固定窒素の合計はAより多い結果です。数だけでは全体量を決められません。ただし、平均が0.5mgだったから、Bの根粒一つ一つが全部0.5mgずつ固定したという意味ではありません。
根粒の重さや活動期間がそろっていなければ、1個あたりの値を菌の性質だけの違いとして説明することもできません。「Bの条件で合計が多かった」と、観測結果の範囲にとどめます。数を割ることと、原因を特定することの間にはもう一段の比較が必要です。
例題2 菌を加えない対照の役割
窒素分の少ない同じ培地を用意し、菌を加えたCと加えないDを、同じ光と温度で育てました。最終的な植物体の窒素量はCが12mg、Dが7mgでした。差はいくらですか。また、この差をすべて新たな窒素固定量と断定してよいですか。
答え・解説： 差は5mgです。しかし、この情報だけでは全差が固定量と断定できません。初めの種子の窒素量、培地から吸収した量、失われた量なども確認が必要です。初期条件がよくそろっていれば菌を加えた影響を考える根拠になりますが、最終量の差と、ある経路から新たに入った量は同じ概念ではありません。
問題文に「初期の窒素量、培地からの吸収、損失は同じで、ほかの出入りはない」とまで条件があれば、その模型では差5mgを菌の働きに伴う増加として扱えます。条件が足りない問題と、必要な条件が明示された問題では、書ける結論の強さを変えてください。
収穫後の土まで考えるとき
マメ科を育てたから土の窒素が必ず増える、という説明にも注意が必要です。植物に取り込まれた窒素を収穫物として畑の外へ運べば、その分は土に残りません。根や茎葉が土へ戻る場合と、植物全体を持ち出す場合では、畑全体の収支が違います。
空気、植物、細菌、土、収穫物を箱にして、窒素の移動を矢印でつなぐと、共生の説明と物質循環の説明を混同しにくくなります。大切なのは「よい菌だから全部増える」という評価ではなく、どこへ何が入ったかを確かめることです。根粒数の表、植物体の分析値、土壌の分析値が同じページにあっても、それぞれ別の箱についての数字として読み分けましょう。
数える対象と量る対象を対応させる
根粒一個当たりの平均を計算する場合、植物一株の窒素量を、その株に付いた根粒数で割っているかを確認します。別の株の数と組み合わせたり、根粒のある株だけを数えて全株の窒素量で割ったりすると、意味の違う平均になります。また、大きな根粒と小さな根粒をどちらも一個と数えているため、個数当たりの値が違っても不思議ではありません。平均値だけから一個一個が同じ働きをしたと読み替えないことが重要です。
空気中の窒素を利用可能な形にする働きと、根が土から窒素を吸収する働きは区別します。窒素を含む肥料がある実験では、植物内に増えた窒素のすべてを根粒菌の働きにはできません。種子に初めからあった成分、培養液から入る分、落ちた葉などから失う分も測定範囲に関係します。「根粒がある群ほど大きく育った」という観察は手がかりになりますが、固定量を数値で決めるには比較条件を追加する必要があります。
収穫後の畑にどれだけ成分が残るかを考えるなら、地上部を持ち出したか、根を残したかも読みます。植物全体が多くの窒素を得ても、豆や茎葉として畑の外へ運ばれた分は、その場の土に残った量ではありません。逆に残された根や葉の成分がほかの生物に利用されるまでには、分解などの過程があります。根粒という言葉を見ただけで土が必ず豊かになると結論づけず、植物へ入る経路と畑から出る経路を両方追うと、循環の問題として整理できます。
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