オオカナダモの光合成と気泡数の解釈
理科部で、水草の光合成の速さを調べるため、同じ長さのオオカナダモを、0.5%の炭酸水素ナトリウムを溶かした20℃の水に入れ、白色光源から10cm、20cm、30cm、40cmの距離で5分間ずつ光を当てた。発生する気泡の数を1分あたりに換算すると、10cmで38個、20cmで22個、30cmで13個、40cmで8個だった。次に10cmの距離で、炭酸水素ナトリウムを入れない水に変えると4個だった。水草は実験ごとに同じものを用い、光を当てる前は10分間暗くした。水温は20℃に保ち、水中の二酸化炭素以外の条件は同じにした。生徒は「40cmでは光が弱いから光合成が遅いのか、二酸化炭素が足りないのか」「10cmで炭酸水素ナトリウムを入れないと4個になったのはなぜか」と話している。気泡は酸素を含むが、水草の呼吸で生じる二酸化炭素も水に溶けるため、気泡の数は光合成の速さの目安であり、酸素量そのものではない。光源の明るさは距離の2乗に反比例して弱くなる。同じ部屋で、光源以外の光が入らないようにした。気泡の数を数えるときは、葉の先から出る泡を数え、水中に溶けている気体の泡と区別した。実験は各条件で3回行い、平均値をとった。二酸化炭素の濃度は、炭酸水素ナトリウムの量で変えた。
1. 40cmの結果から、光の強さと二酸化炭素のどちらが制限要因になっていると考えるか。10cmで炭酸水素ナトリウムなしの結果も使って説明せよ。
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40cmで8個、10cmで38個なので、光を強くすると増える。しかし10cmで炭酸水素ナトリウムを抜くと4個まで下がる。これは光が十分強くても二酸化炭素が不足すると光合成が制限されることを示す。 40cmでは光が弱いことと、二酸化炭素が消費されて不足する可能性の両方があり、この実験だけでは一方に決められない。40cmで二酸化炭素を増やして気泡数が増えるか、光を強くして増えるかを別々に試す必要がある。
2. 気泡の数を光合成の速さの目安として使うときの注意点を2つ述べよ。
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①気泡には光合成で生じた酸素だけでなく、水に溶けていた気体や水草の呼吸で生じた二酸化炭素も含まれうる。気泡数は酸素発生量そのものではない。 ②気泡の数え方や大きさ、水温、光の当たり方で変わる。同じ人が同じ位置で数え、3回の平均をとる。また、光合成で生じた酸素の一部は水に溶けるので、気泡数は実際の光合成量を少なく見積もる可能性がある。
3. この実験で「光の強さだけを変えた」と主張するために、改善すべき点を一つ挙げよ。
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10cmで炭酸水素ナトリウムなしに変えた実験は、光の強さだけでなく二酸化炭素濃度も変えている。光の強さだけを比べるには、すべての距離で同じ濃度の炭酸水素ナトリウム水溶液を使い、距離だけを変える。 さらに水温、水草の長さ、暗くした時間、光源の種類をそろえ、各条件を複数回行う。二酸化炭素の影響を見たいなら、光の距離を10cmに固定して炭酸水素ナトリウムの量だけを変える。