中学受験 理科 光合成—葉のでんぷんを調べる実験の順序と理由をつかむ｜武蔵野個別指導塾

葉を暗所に置く理由と、覆った部分との比較から、実験結果から考えるのが光合成です。

光合成（こうごうせい）では、植物は光を受けて養分をつくります。葉にできたでんぷんを調べると、光を当てた場所と当てない場所の違いを確かめられます。

よくあるのは、実験の前に葉を暗所（あんしょ）に置く理由を説明できず、その後の色の変化だけを覚えてしまう小5の場面です。前から葉にあったでんぷんと、実験中にできたでんぷんを区別するための準備だと考えると、操作の順序にも意味が見えてきます。

問われるのは色と条件のつながり

出方の1つは、葉の一部を覆（おお）って日光に当て、覆った部分と当たった部分の色を比べる型です。ヨウ素液（ようそえき）をつけた後の結果から、どの部分にでんぷんがあるかを読みます。色だけ答えて終わらず、それぞれに光が届いたかも対応させます。

もう1つは、実験の操作を並べ、なぜその順にするのかを問う型です。暗所に置くこと、葉の色を抜くこと、ヨウ素液をつけることには別々の役割があります。順番を丸暗記するより、次の観察に何が必要かを考えると並べやすくなります。

さらに、結果が予想と違ったとき、比べ方に問題がなかったかを選ぶ型もあります。覆いがずれた、暗所に置く準備が不足した、色の変化が判別しにくいなどの場合は、結果から言える範囲が変わります。失敗した記録も、条件を確認する材料になります。

葉の中を調べる準備

植物は根から取り入れた水と、空気中の二酸化炭素（にさんかたんそ）を使い、光を受けて養分をつくります。このはたらきが光合成です。葉でつくられた養分の一部はでんぷんとしてたくわえられます。光合成と呼吸（こきゅう）は別のはたらきで、植物は昼も夜も呼吸しています。

図1は、葉に光が当たることと、でんぷんを調べることの関係を示します。矢印は光の進む向きです。ヨウ素液は光合成そのものを見せる液ではなく、葉にでんぷんがあるかを調べるために使います。

ヨウ素液は、でんぷんがある部分で青むらさき色になります。色が変わらなかった部分は、その条件で調べた範囲では、反応でわかるほどのでんぷんが見られなかったと読みます。わずかな量まで絶対にないと証明する言い方にはしません。

実験前の植物を暗所にしばらく置くのは、それまでに葉にたまったでんぷんを減らすためです。光を当てた後に色が変わったとき、前からあったものを新しくできたものと取り違えにくくします。十分に減ったかを確かめるため、光に当てる前の葉を別に調べる記録があれば、準備の状態を判断できます。

葉の一部を光を通さないもので表と裏から覆うと、同じ葉の中に光が届く部分と届かない部分をつくれます。同じ葉を使うことで、葉の種類やそれまでの育ち方の違いを小さくして比べられます。ただし、覆いが動いたり、光がすき間から入ったりすれば、考えていた比較にはなりません。

葉の緑色が濃いままではヨウ素液による色を見分けにくいため、調べる前に葉の色を抜きます。この操作には熱湯やアルコールを使います。アルコールは火がつきやすいので直接火にかけず、実験は大人の管理のもとで行います。ここでは操作済みの記録を読むことに集中します。

基本例題：同じ葉の左右を比べる

次の記録を読みます。植物を暗所にしばらく置き、別の葉を調べると青むらさき色になりませんでした。続いて葉の左半分を表裏から光を通さない紙で覆い、右半分は覆わずに日光に当てました。覆いを外し、葉の色を抜いてからヨウ素液をつけました。左は青むらさき色にならず、右は青むらさき色になりました。覆いにすき間やずれはありませんでした。

問1　色が変わったのはどちらですか。問2　この比較から、何が言えますか。問3　日光に当てる前の別の葉も調べたのはなぜですか。

図2の左右を指でたどり、光が届いたかと調べた後の色を組にします。図2の矢印は光の向きです。

問1の答えは右半分です。表の右半分の行にある色を確認します。葉の色を抜く前の緑色と、ヨウ素液をつけた後の青むらさき色は別の観察です。

問2は、光が届いた右半分で、反応でわかるでんぷんが見られたと答えます。暗所で事前のでんぷんが減っていた記録と合わせると、光を当てた後にでんぷんができたことを支持します。左右は同じ葉なので、光が届くかどうかを中心に比べられます。

問3は、日光に当てる前から葉に多くのでんぷんが残っていないか確かめるためです。準備前の状態が不明だと、後で色が変わっても実験中にできた分か判断しにくくなります。事前に調べた葉は別の葉ですから、調べた葉と実験に使う葉の状態が近いようにそろえます。

同じ結果が得られても、覆いが確実に光をさえぎったという条件が必要です。表の各行について、場所と光と色を対応させてから結論を述べます。

この結果だけで、水や二酸化炭素の必要性まで決めることはできません。それらを比べる条件は設けていないからです。何を変えた比較かを押さえると、結果から言い過ぎることを防げます。

発展例題：準備が不十分な記録

別の植物について、葉の中央を光を通さない紙で表裏から覆い、そのまわりを覆わずに日光に当てました。調べると、中央もまわりも青むらさき色になりました。覆いは動かず、光も通しませんでした。日光に当てる前の別の葉は、ヨウ素液で青むらさき色になっていました。

問　中央も色が変わった理由として考えられることを述べ、この記録だけで光が不要と言えるか考えます。

日光に当てる前の葉が青むらさき色になったので、その葉には反応でわかるでんぷんが残っていました。実験に使った葉にも、前からでんぷんが残っていた可能性があります。中央に光が届かなかったとしても、前から残ったでんぷんに反応すれば色は変わります。

したがって、中央が青むらさき色になったという結果だけでは、光がなくても新しくでんぷんができたとは言えません。答えの分かれ目は、日光に当てる前のでんぷんが十分減っていたかどうかです。別の葉の事前検査は準備が不十分だった可能性を示しますが、実験した葉の事前の量を直接示すものではありません。

確かめ直すなら、同じ種類の植物を暗所に置き、別の葉で事前の反応を調べます。事前に色が変わらない状態を確認してから、覆う部分と覆わない部分を設けます。覆いの位置を記録し、日光に当てた後にそれぞれの色を比べます。

もし事前の葉が色を変えず、中央もまわりも色が変わらなかったらどうでしょう。覆いのすき間だけを疑っても、覆わないまわりまで反応しなかった理由は説明できません。光を当てた条件や、葉の状態、色を抜く操作やヨウ素液の状態を確認し、記録だけで原因を1つに決めないことが必要です。

誤答を実験の順に戻して直す

「暗所に置くと葉が新しいでんぷんをたくさんつくるので、その後の変化が見やすい」という答えを考えます。暗所に置く操作を覚えていても、そこででんぷんが増えると思うと、その後の比較が逆になります。

図3のように、先に残っているでんぷんを減らし、その後に光を当て、最後に反応を見る順に戻します。図3の矢印は操作の順番を表します。暗所に置く目的は、新しいでんぷんをつくることではなく、前からあるものの影響を小さくすることです。

別の誤りは「青むらさき色になったから、そこに光が当たった」と色だけで光の有無を決めることです。事前のでんぷんが残っていた場合にも色は変わりえます。まず事前の検査を見て、次に覆いと光の条件を確認し、最後に色を読みます。

葉の緑色を抜く理由を「でんぷんをつくるため」とする答えもあります。色を抜くのは反応の色を見やすくするためで、養分をつくる操作ではありません。どの操作が準備、どの操作が比較、どの操作が観察に当たるかを区別すると修正できます。

記録が途中で切れ、覆いがずれたかどうか書かれていない場合は、光が届かなかったと決めつけられません。書かれている色はそのまま読み、光の条件については確かめ直す必要があると答えます。条件が不明なときに結論を保留するのも、実験を読む力です。

練習：記録の根拠を探す

次の問題はそれぞれ別の記録です。葉の色を抜く操作とヨウ素液による調査は適切に行われたものとします。

問題1

暗所に置いた植物の別の葉は、日光に当てる前の検査で青むらさき色になりませんでした。ある葉の先端を表裏から覆い、根元側を覆わずに日光に当てます。覆いにずれはなく、調べた結果、根元側が青むらさき色になりました。先端が青むらさき色にならなかったとき、光が届いたのはどちらですか。また、この結果は何を支持しますか。

問題2

植物を暗所に置いた後、事前の別の葉を調べたところ青むらさき色になりました。次の操作に進む前に、この結果から準備について何を考え、何を確かめ直しますか。

問題3

葉を覆って日光に当てた後、覆いが途中で外れていたことがわかりました。元の覆いの下だった場所は青むらさき色でした。この結果だけで、光が届かない場所で新しくでんぷんができたと言えますか。理由も答えます。

問題4

日光に当てた葉を調べる記録で、葉の色を抜いた後にヨウ素液をつけました。色を抜く理由として適切なのは次のどれですか。それぞれの選択肢を考えて選びます。

ア　反応の色を見やすくする。
イ　覆いの下に日光を届ける。
ウ　葉に新しいでんぷんをつくらせる。

答えと解き方

問題1の答えは根元側です。先端は覆われ、根元側は覆われていません。事前の検査ででんぷんが減っていたことと、日光に当てた後の反応を合わせると、光が届いた部分ででんぷんができたことを支持します。先端の反応がなかったことも、2つの場所を比べる根拠です。

問題2では、事前のでんぷんがまだ残っている可能性を考えます。そのまま進むと、後で色が変わった理由を判断しにくくなります。暗所に置く準備を続け、別の葉を使って事前の反応を再び調べます。検査した葉と実験に使う葉の状態も近いようにします。

問題3では、言えません。覆いが外れた後、その場所に光が届いた可能性があるからです。いつ外れたか、どの部分に光が届いたかが不明なら、最初に想定した条件のまま比較したことにはなりません。覆いを確実に固定して、条件を記録し直します。

問題4はアです。葉の緑色が強いと反応の色を見分けにくいため、色を抜きます。イは違います。光を届けるかどうかは覆いをしたまま日光に当てる段階の条件です。ウも違います。色を抜く操作は反応を観察する準備であり、でんぷんをつくらせる操作ではありません。

覚えておきたい筋道

暗所で事前のでんぷんを減らし、必要なら別の葉で確かめます。
同じ葉の覆った部分と覆わない部分を比べ、光の条件を読みます。
ヨウ素液で青むらさき色になった部分には、反応でわかるでんぷんがあります。
準備や覆いが不確かな記録では、結論を急がず条件を確認します。

家で見守るときの戻り道

お子さまが色だけを答えたら、まず記録の中で覆いの位置を指さしてもらいます。次に光が届いた場所、日光に当てる前の検査、最後の色の順に指を移します。どこで言葉が止まるかを見ると、光の条件と反応の色のどちらを取り違えているかが見えてきます。

暗所の理由が出てこなければ、答えを先に言わず「調べる前にも葉にでんぷんがあったら、後の色から何が困るかな」と尋ねます。前からあったものと後でできたものが混ざると気づいたら、暗所で減らす理由に戻れます。すぐに説明できなくても、事前の検査の記録を一緒に読み、1つずつ場所と時間を対応させます。

実験がうまく進まなかった記録では、間違った答えを消す前に、何が不明かを囲みます。覆いが外れたのか、事前の反応が残っていたのか、記録が欠けているのかで、確かめ直す場所は変わります。葉のどの部分にいつ光が届いたかをたどると、色の意味まで自分の言葉で説明できます。