切った茎を色水に入れると、上の方にも色が見えることがあります。色が付いた場所から、水が通った道を調べる実験です。ただし、色が見えた時刻をそのまま「水がその距離を初めて進んだ時間」と読んでよいかは、少し注意が必要です。
中学入試では、茎の切り口の図だけでなく、高さごとに色が現れた時刻を並べた表が出ることがあります。その場合、到着時刻の差から区間の変化を考えます。実験開始前から茎の内部にあった水と、後から入った色素を含む水を区別するのが出発点です。
色は水の通り道を示す目印
植物の水の輸送には主に道管が関わります。色素を含む水が通ることで、その経路を観察しやすくします。しかし、観察できる色には濃さの基準があります。少量が到着していても肉眼では見えず、一定量がたまって初めて確認できることもあります。「最初に見えた」という記録は、観察方法と結び付いた指標です。
また、葉で作られた養分を運ぶ道と、水の輸送の道を混同しないでください。色水の実験だけから、養分がどの方向へ運ばれるかまでは決まりません。何を水に入れ、どの色の変化を見たのかを、実験の目的に戻して読みます。
例題1 二つの高さの間の速さ
色の前線が進む模型を考えます。茎の下端から4cmの位置に実験開始後6分、10cmの位置に12分で色が到着しました。4cmから10cmまでの区間で一定の速さだったとして、前線の速さを求めてください。
答え・解説： 毎分1cmです。移動した区間は10－4＝6cm、その間の時間は12－6＝6分なので、6÷6＝1cm/分です。10÷12では、実験開始から下端で吸い上げ始めるまでの遅れなども含む平均になり、指定された区間の速さではありません。
開始の遅れと、途中の進み方を分ける
同じ一定速度の前線が下端から進み、開始に遅れがあったという模型なら、例題1では4cm進むのに4分必要なので、実験開始から2分後に進み始めたと逆算できます。ただし、これはその模型を仮定した結果です。下部の速度が違った可能性や色の見え方の差がある実験で、必ず2分の待ち時間が実在したとはいえません。
例題2 到着が遅いだけで途中も遅いといえるか
茎Aでは4cmに6分、10cmに12分、茎Bでは4cmに9分、10cmに15分で色が確認されました。同じ観察基準を用いた模型で、4〜10cm区間の前線速度を比べてください。
答え・解説： 両方とも毎分1cmです。AもBも6cm進む間の時間は6分だからです。Bは二地点での到着が3分ずつ遅いものの、この区間を進むのに余分な時間がかかったとはいえません。開始までの経過や区間より下の条件が違う可能性があります。10cmへの到着だけを比べて「Bの区間速度が遅い」と決めないことが重要です。
色が上がる原因を一つに決めない
植物の水の移動には、葉から水蒸気が出る蒸散や、水の性質、植物内部の構造などが関わります。細い管だから水が上がるという説明だけで、どんな高さの植物の輸送も全て説明できるわけではありません。実験で葉を残す・減らす条件を比較するなら、蒸散との関係を調べる設計として読みます。
その比較でも、茎の太さ、切り口の状態、葉の面積、周囲の明るさや湿度を考えます。葉を増やした茎が同時に太くなっていたら、到着時間の違いを葉だけの影響と断定できません。観察する高さや切り分ける間隔もそろえます。
図に色の付いた場所が示されていても、それが茎全体の水量を直接表すわけではありません。色の濃さを流量へ変換するには、別の対応関係が必要です。時間から求めた前線速度と、単位時間に通過する水の体積も違う量です。
「色が通った場所」「色が見えた時刻」「区間を進む速さ」の三つを分けて書ければ、観察の事実から言える範囲を守りながら考察できます。名前を答えるだけの植物問題から、表と図をつなぐ問題へ一歩進める題材です。
切り口の観察と時間測定の関係
高さの違う切り口を調べるために同じ茎を順番に切ると、切った操作自体が水の通り道を変えます。元のままの茎で高さ別の到着時刻を比較したい実験とは、条件が異なります。別の同条件の茎を使って各時刻に切る設計なのか、切らずに外から見える指標を追う設計なのかを確かめます。
その際、別の茎には個体差があるため、同じ高さの記録を複数そろえる意味があります。一つの茎の色が少し早かっただけで、条件の効果を断定しないことも大切です。問題で到着時刻が確定値として与えられている計算と、実験のばらつきを踏まえて傾向を述べる考察を分ければ、数字の扱いが丁寧になります。
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