オオカナダモの気泡数と光・温度の交絡
文化部の生徒が、光の強さと光合成の関係を調べるために、オオカナダモを使った実験を行った。100 mLの水に炭酸水素ナトリウム0.5 gを溶かし、オオカナダモ0.5 gを入れた2つのビーカーを用意した。一方はランプから20 cm、もう一方は50 cmの位置に置き、10分間の気泡の数を数えた。20 cmでは28個/分、50 cmでは12個/分だった。しかし、20 cmのビーカーの水温は28℃、50 cmでは22℃だった。ランプは白熱灯で、近づけると熱くなる。生徒は「光が強いほど光合成が盛んになる」と結論した。気泡は酸素であるとみなしたが、気体の種類は確認していない。炭酸水素ナトリウムは二酸化炭素の供給源として加えた。水温は実験中に10分間で2℃上昇した。同じオオカナダモの枝から同じ長さのものを切り出したが、葉の数は数えていない。実験は午後2時から3時の間に、同じ室内で行った。生徒は、気泡の数を数えるときに、発生が速くて数え漏れがあったと感じている。50 cmのビーカーは窓の近くに置かれ、20 cmのビーカーは窓から離れていた。ランプの光はビーカーの横から当て、水面までの距離は同じにした。生徒は、結果を光合成速度の指標としてよいか迷っている。
1. この実験だけで「光の強さが光合成速度を変えた」と結論できない理由を、温度のデータを使って説明せよ。
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20 cmでは28個/分、50 cmでは12個/分で、光の強さの違いだけを見ると光が強いほど多い。しかし20 cmの水温は28℃、50 cmは22℃で、6℃の差がある。光合成には酵素反応が関与し、温度が高いと反応速度が大きくなることがある。
したがって、気泡数の違いが光の強さによるのか、水温によるのかを区別できない。20 cmのビーカーはランプの熱で温められ、窓から離れていたことも、条件の違いを大きくしている。結論を出すには温度をそろえる必要がある。
2. 光の強さだけを変えるための改善案を、水温の制御を含めて具体的に述べよ。
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水温を同じにする。例えば、2つのビーカーを同じ水温の水浴に入れ、ランプの熱が直接水温を変えないようにする。ランプとビーカーの距離を変える代わりに、同じ距離で光を遮るフィルターや紙の枚数を変えて光の強さだけを変える。
そろえる条件：オオカナダモの質量と葉の数、炭酸水素ナトリウムの量、水の量、水温、観察時間。測る量は一定時間の気泡数。水温は実験中も温度計で記録し、2℃以上変わったらやり直す。
3. もし温度が高いほど気泡が多いという別の結果が出た場合、光合成の測定で気泡数をそのまま光合成速度としてよいか。注意点を述べよ。
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そのまま光合成速度としてよいとは限らない。気泡数は酸素の発生量の目安だが、気体の種類を確認していないし、水温が高いと水に溶けていた気体が出やすくなることもある。また気泡が速すぎると数え漏れが起きる。
注意点：気泡を集めて酸素であることを確かめる、一定時間ごとに数えて平均する、水温を一定に保つ、オオカナダモの量をそろえる。温度の影響を調べる別実験では、光の強さを一定にして水温だけを変える。