高校生物 オーキシンと伸長—器官ごとの濃度応答曲線から促進と抑制を判定する｜武蔵野個別指導塾

濃度応答曲線が下がる部分も対照線と照らし、オーキシンによる伸長促進と抑制の判断基準を整えます。

よくあるのは、オーキシン濃度を高くするにつれて曲線が下がる部分を、すべて成長抑制と呼ぶ場面です。山の頂上より伸びが小さくなったことと、オーキシンを加えない対照より伸びが小さくなったことは異なります。どちらと比べた言葉なのかを明らかにすると、グラフの下降と促進・抑制を同時に説明できます。

要点（結論から）

• 伸長量は終了時の長さから開始時の長さを引きます。
• 対照を100%とした値が100%より上なら促進、下なら抑制です。
• 曲線の下降と対照より下であることは別の判定です。

曲線から何を読むか

問題の型は主に3つあります。第1に、ある濃度での伸長量を無添加の対照と比べ、促進か抑制かを決める型です。第2に、複数の器官の曲線を比べ、各器官で反応が現れる濃度域や極大の位置を読む型です。第3に、対照や測定条件の欠けた資料から、何が言えて何が言えないかを検討する型です。

どの型でも最初に縦軸を読みます。伸長量そのものなのか、対照を100とした相対値なのかで、基準線の位置が変わるためです。横軸の濃度が対数目盛なら、等間隔は等しい濃度差ではなく、同じ倍率に対応します。隣り合う点の中間を読む際にも目盛の性質を確かめます。

資料に示された数値は、この先の例題と練習を含め、考え方を試すための自作条件です。特定の植物の測定値ではありません。器官、発達段階、光などの条件を変えれば曲線が変わりうるため、問題で与えられた範囲に結論をとどめます。

伸びの基準と濃度域

オーキシンは植物の成長や反応に関わる植物ホルモンです。伸長への作用は濃度によって変わり、同じ器官でも低い濃度域では伸長が促進され、より高い濃度域では促進が弱まったり、対照に比べて抑制されたりします。器官や発達段階が異なると反応の現れる濃度域も異なります。この関係から、濃度が高いほど常に伸びるという直線的な予想はできません。

伸長量は、測定終了時の長さから開始時の長さを引いた増加分です。終了時の長さだけでは、開始時の長さが異なる試料の伸長を正しく比較できません。相対伸長率は、同じ測定期間の処理区の伸長量を無添加区の伸長量で割り、100をかけて求めます。無添加区の伸長量が0でないことも必要です。

例えば対照の増加が4 mm、処理区が6 mmなら、相対伸長率は(6)/(4)・100で150%です。対照との差は2 mmであり、相対値では対照を50ポイント上回ります。150%を「150%増加」と呼ぶと、元の100%を余分に加えてしまいます。図1のように、100%の線を基準に上を促進、下を抑制として整理します。

図1の山の右側には、下降しながらも対照線より上にある部分があります。ここは極大より伸長が小さい一方、対照と比べれば促進です。線より下に入って初めて対照より抑制されたと判定します。抑制とは伸長量の減少を意味し、器官の長さが必ず縮むという意味ではありません。

極大は、調べた範囲で伸長が最も大きい点です。連続した濃度をすべて測っていなければ、測定点のうちの最大と、曲線全体の真の最大を区別します。また、低濃度で反応する器官を感受性が高いと表現する場合は、同程度の反応を生じる濃度を比較します。山の高さは反応の大きさであり、感受性の高さと同義ではありません。

対照に含まれる溶媒や光、温度、測定期間は、オーキシン濃度の比較を妨げないようそろえます。初期状態や発達段階の違いも伸長量に影響しうるので、条件をそろえた複数の試料を使います。操作を考える場合も学校の指導の下で行い、ここでは資料の解釈を扱います。

基本例題：山の右側を読む

ある発達段階の茎の切片を同じ光条件で扱い、同じ期間の伸長量を比較しました。無添加区の平均伸長量は5 mmです。濃度を表す自作の段階A、B、C、Dの順に濃度を高くしたところ、平均伸長量は順に6、8、7、4 mmでした。各区の相対伸長率を整数の百分率で求め、CとDが対照に比べて促進か抑制か答えてください。図2はその資料を表します。

まず、各値を同じ5 mmで割ります。Aは(6)/(5)・100で120%、Bは(8)/(5)・100で160%、Cは(7)/(5)・100で140%、Dは(4)/(5)・100で80%です。対照は100%ですから、Cは促進、Dは抑制です。BからCへ曲線は下がりますが、Cは100%より上にあります。

図2でBが測定した4段階の最大です。Bの160%に対してCは140%なので20ポイント低いものの、対照より40ポイント高いという2つの比較が両立します。相対値を元の場面に戻すと、Cは5・1.4で7 mm、Dは5・0.8で4 mmとなり、与えられた値に戻ります。

別の解き方では百分率に直す前に、各伸長量と対照の5 mmを直接比べます。7 mmは5 mmを上回り、4 mmは下回るため、促進と抑制の判定は同じです。ただし器官間で対照の伸長量が異なる場合、処理区の実測値の大小だけで作用の大きさを比べないようにします。

標準例題：器官ごとの反応を比べる

同じ種類の若い植物の茎と根を、それぞれ同じ発達段階、同じ光条件、同じ期間で比較しました。各器官の無添加区を100%とした相対伸長率は次の通りです。PからSへ濃度は高くなります。数値は自作条件です。

各器官について、測定点の最大と、対照より抑制された段階を答えてください。また、同程度の促進が生じる濃度を比較する観点から、この表に限って感受性について述べてください。

茎の最大はRの140%、根の最大はPの130%です。茎はPで対照と等しく、Q、R、Sで対照を上回ります。したがって測定した段階に抑制はありません。根はRとSで100%を下回ります。根のQはPより低いものの115%なので促進です。

根はPで130%まで促進され、茎が140%に達するRより低い段階で強い反応を示しています。ただし130%と140%は同じ反応量ではありません。表は根が低い濃度域から反応することを示しますが、厳密に同じ相対伸長率を生じる濃度の比や、あらゆる濃度での優劣は確定しません。中間の濃度を追加し、両器官で同じ反応量になる位置を調べると比較が明確になります。

条件表として見直す方法もあります。各値から100を引くと、茎は順に0、10、40、20ポイント、根は30、15、-10、-30ポイントです。正は促進、負は抑制、0は対照と等しいことを表します。この整理では、下降の有無ではなく符号で対照との差を判定できます。

発展例題：比較できる設計を選ぶ

同じ発達段階の茎を用い、濃度Tの作用を調べます。計画Iでは無添加区を明所、T区を暗所に置きました。計画IIでは両区を同じ明所に置き、オーキシン以外の処理条件をそろえました。どちらも複数の試料で開始時と終了時の長さを測ります。計画IでT区の伸長が大きかったとき、Tの作用と断定できるでしょうか。計画IIで差が出た場合も含め、対照と光という語を用いて100字程度で説明してください。

計画Iでは光条件と添加の有無が同時に変わるため、差の原因をTに絞れません。光の違いが伸長に関わった可能性が残ります。計画IIは光などをそろえた無添加の対照とT区を比べるため、他の条件が適切に管理されていれば、観察された差をTの添加に関連づけて考えられます。ただし測定誤差や試料間のばらつきも確かめる必要があります。

対照がない、あるいは対照の伸長量が0の場合は、先ほどの比を計算できません。まず実測の増加量や条件を見直し、必要な対照を設けます。区ごとの開始長の記録が失われた場合も、終了長の大小をそのまま伸長の大小に置き換えられません。データが不足した結果を無理に促進か抑制かへ分類せず、何が欠けているか示すことが答案になります。

平均だけでは個体差が見えません。測定値が大きくばらつくときは、試料数や測り方、開始時の状態を調べ、各値の分布も確認します。計器の読み違いや単位の混在があれば修正し、元の記録がない値は推測で補いません。濃度段階の間にある値も、線を引いたという理由だけで測定済みの値にはなりません。

誤答を基準線へ戻す

図3の点Xは山の頂上より右にあります。「右下がりだからXは抑制」という答案は、直前の濃度との比較を対照との比較にすり替えています。Xは対照線より上なので、対照に比べた判定は促進です。図3では下降方向と対照線の両方を確認します。

別の誤りは、器官Aの山が高いことからAの感受性が必ず高いと答えることです。山の高さは最大付近の反応量を表し、どの濃度で反応が現れるかは横軸で読みます。修正するときは、同じ程度の反応を基準に横軸上の位置を比べます。該当する濃度が測られていなければ、その比較に必要な追加資料を答えます。

もう1つは、無添加区の終了時の長さをそのまま対照の伸長量に使う誤りです。開始長を引いて増加分を求めてから比を作ります。無添加区が伸びなかった場合は分母が0なので相対値を作れず、絶対的な増加量を提示した上で比較条件を再検討します。

練習問題

以下はすべて自作資料です。それぞれ、示した器官と発達段階の試料を同じ光条件で同じ期間測定しました。数値は実在の植物の測定値ではありません。

1. 若い茎の無添加区の伸長量が8 mm、処理区が10 mmでした。相対伸長率を整数の百分率で求め、促進か抑制か答えてください。
2. ある根の相対伸長率は、低濃度から順に145%、125%、95%、75%でした。最大の点の次の点と、3番目の点をそれぞれ対照と比較し、促進か抑制か答えてください。
3. 異なる濃度に置いた同じ器官の相対伸長率が順に100%、135%、155%、130%でした。測定点の最大と、最後の点の対照に対する判定を答えてください。濃度は左から高くなります。
4. 茎の無添加区は開始時12 mm、終了時18 mm、処理区は開始時15 mm、終了時24 mmでした。相対伸長率を整数の百分率で求めてください。
5. 根の濃度U区と無添加区を比べます。U区では温度も無添加区と違いました。この結果からUの作用を断定できない理由と、比較の改善法を、対照と温度の語を用いて80字程度で述べてください。

練習の答えと道筋

1. (10)/(8)・100で125%です。100%より上なので促進です。8・1.25は10 mmとなり、元の処理区の伸長量に戻ります。
2. 最大の次は125%で、最大より下降していますが対照より上なので促進です。3番目は95%で対照より下なので抑制です。どちらも100%を基準にします。
3. 測定点の最大は3番目の155%です。最後は130%なので促進です。155%から130%へ下がっても、100%を下回ったとは限りません。
4. 無添加区の伸長量は18 − 12で6 mm、処理区は24 − 15で9 mmです。(9)/(6)・100で150%です。6・1.5は9 mmであり、開始長15 mmを加えると終了長24 mmに戻ります。
5. 温度の違いも伸長差の原因になりうるため、Uの作用に絞れません。無添加の対照とU区の温度をそろえ、他の条件も同じにして比較します。温度とUを同時に変えた元の資料では、それぞれの寄与を分離できません。

要点

• 伸長量は終了時の長さから開始時の長さを引きます。
• 対照を100%とした値が100%より上なら促進、下なら抑制です。
• 曲線の下降と対照より下であることは別の判定です。
• 感受性の比較では器官、濃度域、反応量と条件をそろえます。
• 対照や測定値が不足するときは結論の限界を示します。

答案のどこで迷ったか

曲線の下降を見た直後に抑制と書いた場合は、本人の図に対照線を引き、各点からその線までの上下関係を指で追います。相対値の計算が合わない場合は、開始長と終了長から増加分を別々に書き出し、求めた比を実測値へ戻して照合します。

個別指導では、器官が変わる資料を渡し、山の高さと横軸の位置のどちらを根拠にしたかを答案の言葉で確かめます。対照のない資料にも取り組み、結論を保留する理由を説明できるかを見ます。濃度と基準線を別々に読むことが、伸長の判定を支えます。