高校受験の理科 生物の生殖—有性生殖と無性生殖を比べて子へのつながりを読む｜武蔵野個別指導塾

花粉と精細胞の違い、染色体数の変化、栄養生殖を例題でたどり、生物の生殖を読み解きます。

よくあるのは、花の受粉を学んだ中学生が、花粉そのものを精細胞と答える場面です。花粉がめしべに付くことと、その後に精細胞が卵細胞と合体することは、別の出来事です。言葉を似た位置に置くと、受粉から種子ができるまでの道筋が見えなくなります。生殖細胞の役割と染色体の数を順に追い、親の体の一部から新しい個体ができる場合とも比べましょう。

どの出来事を問う問題か

生殖は、生物が自分と同じ種類の新しい個体をつくることです。親の体の一部が育つ場合も、細胞の合体から始まる場合も、新しい個体へつながる過程に注目します。問題に描かれた矢印が何を表すか、初めに確かめましょう。問題の型の1つは、花の図に受粉と受精の位置を書き込むものです。どこへ花粉が運ばれ、どの細胞どうしが合体するかを区別します。花粉が柱頭に付いただけでは受精とはいえません。

2つ目は、生殖細胞ができる前後の染色体数を問うものです。体細胞の染色体数を問題の条件から読み、減数分裂で半分になるところと、受精で元の数になるところを追います。細胞の数と、細胞1個あたりの染色体数は別の量です。何を数えているかを答えに添えると混乱を防げます。

3つ目は、新しい個体のでき方を比べるものです。生殖細胞の合体を経るかどうかを確かめ、植物の茎や根などから増える例を栄養生殖と判断します。見た目が似ているか、親が何個体いるかだけで判定せず、問題文にある過程を読みます。遺伝子の組合せや形質の比の計算はここでは扱いません。

細胞が出会う道筋と親からの広がり

有性生殖では、雌雄の生殖細胞が合体します。この合体を受精といい、受精によってできた細胞を受精卵といいます。受精卵は分裂を繰り返して成長し、新しい個体になります。精子や精細胞は雄の生殖細胞、卵や卵細胞は雌の生殖細胞です。動物と種子植物で名称や運ばれ方は異なりますが、受精の中心は生殖細胞どうしの合体です。

図1に示した被子植物では、めしべの柱頭に花粉が付くと、花粉から花粉管が伸びて胚珠へ向かいます。花粉管を通って精細胞が胚珠に運ばれ、卵細胞と合体します。花粉は精細胞を運ぶ側の構造であり、花粉全体を精細胞と言い換えることはできません。花粉管が伸びるという途中の段階を入れると、受粉と受精の場所も区別できます。

図は道順を示す模式図で、花の各部分の大きさや距離を表したものではありません。受粉は花粉がめしべの柱頭に付くこと、受精は精細胞と卵細胞が合体することです。受精後、受精卵は胚になり、胚珠は種子になります。子房は果実になります。胚珠と卵細胞も同じ物ではなく、卵細胞は胚珠の中にあります。

生殖細胞ができるときには、減数分裂という特別な細胞分裂が起こります。ここでは体細胞の染色体数が偶数である生物を考えます。できた生殖細胞1個あたりの染色体数は体細胞の半分です。受精ではそれぞれ半数の染色体をもつ生殖細胞が合体するため、受精卵の染色体数は体細胞と同じ数に戻ります。染色体の数は種類によって異なるので、問題で与えられた数を使います。

無性生殖は、生殖細胞の合体を経ずに新しい個体ができる生殖です。植物の根、茎、葉などの栄養器官から新しい個体ができる無性生殖を栄養生殖といいます。例えばジャガイモのいもは地下の茎で、芽から新しい個体が育ちます。花が見えないという観察だけでは仕組みを断定できませんが、いもの芽から育つ過程が示されていれば栄養生殖と判断できます。

生殖細胞と体細胞を区別するときは、名前だけでなく、その細胞がどの段階にあるかを見ると確実です。体細胞は体をつくる細胞で、生殖細胞は受精にかかわります。受精卵は生殖細胞そのものではなく、2つが合体してできた新しい細胞です。受精卵から体ができるときには細胞分裂が続きますが、受精のたびに新しい個体ができるという意味ではありません。

栄養生殖でも、新しく伸びた芽は細胞分裂を経て成長します。親の一部を切り離した時点と、新しい個体として育った時点を区別して読みましょう。種子を使う生殖と比べる設問では、種子の有無だけを暗記するのでなく、受精を経たか、栄養器官から育ったかという根拠を文中から探します。生物の姿が変わっても、判断の手順は同じです。

基本例題：染色体を1個の細胞ごとに追う

ある動物では、体細胞1個に染色体が12本あります。この動物の生殖細胞は減数分裂ででき、精子と卵が受精して受精卵になります。精子1個、卵1個、受精卵1個の染色体数をそれぞれ整数で答えてください。12本はこの問題の条件であり、実際の特定の動物の測定値ではありません。

図2のように、最初に体細胞の数を基準にし、生殖細胞ができる段階と受精の段階を分けます。精子と卵のどちらも減数分裂によってできるので、それぞれ体細胞の半分です。細胞の数を数える計算ではなく、各細胞に入っている染色体の本数を求めます。

精子1個の染色体数は、12 ÷ 2 = 6本です。卵1個も、12 ÷ 2 = 6本です。受精卵には精子と卵の染色体が合わさるので、6 + 6 = 12本です。答えは順に6本、6本、12本です。図2の左右の6本が受精で一緒になり、中央の12本に戻ると読みます。

逆に答えを場面へ戻して確かめます。精子と卵の6本ずつを合わせると12本で、与えられた体細胞の数と一致します。また、6本を2倍すると12本なので、どちらも体細胞の半分という条件に合います。受精卵が12本だからといって、精子も12本とすると、卵と合わせたとき24本になってしまいます。どの段階の数字かを明記することが検算になります。

なお、受精卵が分裂して細胞数が増えるとき、1個の細胞の染色体数と個体全体の細胞数を足し合わせないようにします。この問題が尋ねるのは、各段階にある細胞1個あたりの本数です。成長後の体の大きさや細胞の総数は、与えられた条件だけからは求まりません。

条件を分ける例題：増え方と数の両方を見る

ある植物の体細胞には染色体が16本あります。この植物で、卵細胞と精細胞が受精してできた受精卵から個体Aが育ちました。また、同じ植物の茎を切り取り、根を出させて個体Bを育てました。Aの受精卵1個とBの根の体細胞1個の染色体数を整数で答え、AとBのでき方をそれぞれ有性生殖、無性生殖のどちらかで答えてください。茎から根ができる際の細胞分裂では、細胞1個あたりの染色体数は変わらないものとします。数は設問用の条件です。

Aでは、卵細胞も精細胞も減数分裂ででき、各8本です。16 ÷ 2 = 8、8 + 8 = 16です。したがって受精卵は16本、生殖細胞が合体しているので有性生殖です。Bでは、切り取った茎の体細胞に16本あり、条件より根の体細胞にも16本あります。生殖細胞の合体を経ずに茎から新しい個体ができるため無性生殖で、栄養生殖にあたります。

両方とも16本だから増え方まで同じ、とはいえません。数が元に戻るAでは、途中に半分になる段階と合体があります。Bでは、示された過程にその段階がありません。逆にAの8本ずつを合わせると16本、Bの16本は分裂後も条件どおり16本です。どちらも問題で与えられた体細胞の本数と照合できます。

茎を切る操作の後に花粉が付いたかどうかは、この問題のBを決める材料ではありません。Bは茎から育ったと示されています。一方、種子から育ったという情報がある場合は、種子ができるまでにどの細胞が合体したかを確認します。結果の姿だけから過程を補うと、別の問題で条件を読み違えます。

間違えた答えを道順に戻す

「花粉が卵細胞と合体するので、受粉と受精は同じです」という答えを考えます。花粉が運ばれることと、細胞が合体することを一度に扱ったための誤りです。図3のように、まず花粉が柱頭に付く受粉を書き、次に花粉管を通る精細胞を書きます。最後に、精細胞と卵細胞の合体を受精と直します。

花粉という語が出てきたら、そのまま合体の相手として書き込む前に、花粉管の先に運ばれるものを確認します。卵細胞がある胚珠と、卵細胞自身を区別することも同じです。図の大きな入れ物の名前と、その中にある細胞の名前をそれぞれ指して説明できれば、どこを直したかが明確になります。

もう1つの誤答は「染色体数が半分になるので、受精卵も体細胞の半分」です。これは減数分裂の結果を受精後まで持ち越しています。生殖細胞が2個合体することを式に書き、半分と半分を合わせて体細胞と同じ数に戻します。反対に「茎から育った個体でも必ず受精する」と考えた場合は、問題の経路に合体が書かれているかを探します。新しい個体ができる方法は1通りではありません。

手を動かして確かめる4問

次の数は問題を解くために設定したもので、実際の生物の記録ではありません。各問いの条件にある細胞1個あたりの数を使い、答えに単位を付けてください。

1. ある動物の体細胞には染色体が18本あります。減数分裂でできた卵1個と、その卵が同種の精子1個と受精してできた受精卵1個には、それぞれ何本ありますか。整数で答えてください。
2. ある植物の精細胞1個には染色体が7本あります。同種の卵細胞も同じ本数です。受精卵1個と、この植物の体細胞1個にはそれぞれ何本ありますか。整数で答えてください。
3. 花粉が柱頭に付き、その後、花粉管を通った精細胞が胚珠内の卵細胞と合体しました。柱頭に付く出来事と細胞が合体する出来事の名称を、この順に用語で答えてください。
4. 植物の地下の茎から芽が伸び、新しい個体が育ちました。この過程では生殖細胞の合体はありません。この増え方を、無性生殖のうち植物の器官に注目した名称で答え、判断の理由を1文で書いてください。

答えと考え方

1. 卵は9本、受精卵は18本です。18 ÷ 2 = 9で、同種の精子も9本です。9 + 9 = 18となり、受精卵の数は問題にある体細胞の18本に戻ります。卵の9本を2倍しても18本なので、半分になる条件にも合います。

2. 受精卵は14本、体細胞も14本です。精細胞と卵細胞の7本ずつを合わせて7 + 7 = 14です。受精卵の数が体細胞の数に戻るため、体細胞は14本です。14 ÷ 2 = 7と戻せば、問題にある精細胞と卵細胞の本数を再現できます。7本をさらに半分にするのは、すでに生殖細胞になった後の数に減数分裂をもう一度適用する誤りです。

3. 順に受粉、受精です。柱頭に付いたのは花粉で、合体したのは精細胞と卵細胞です。解答を文の出来事に戻すと、花粉が付く場面には受粉、細胞どうしが合体する場面には受精が対応します。付着した場所と合体した場所が違うことも確かめてください。

4. 栄養生殖です。理由は「生殖細胞が合体せず、地下の茎から新しい個体ができたから」です。地下の茎は栄養器官であり、問題には芽から個体が育つ経路が示されています。この答えを条件に戻すと、器官からの成長と合体がないことの両方を説明できます。単に地下で育ったという場所だけでは、栄養生殖かどうかは決まりません。

覚える道筋

受粉は花粉が柱頭に付き、受精は生殖細胞が合体することです。
減数分裂で生殖細胞の染色体数は体細胞の半分になります。
受精卵では両方の染色体が合わさり、体細胞と同じ数に戻ります。
栄養生殖は植物の栄養器官から個体ができる無性生殖です。

つまずきを見つける問いかけ

図1を見て、柱頭、花粉管、胚珠を指しながら「精細胞はどこからどこへ進むか」と説明してみてください。花粉を指して合体すると答えたら、花粉管の中を進む細胞まで言葉を補います。受粉と受精を順番に言えるかも確かめます。

個別指導では、お子さまが図2のどの段階まで自力で数字を置けるかを見ます。半分にする場面で止まるのか、2つを合わせる場面で迷うのかによって、戻る場所が変わります。栄養生殖で迷う場合は、茎から芽が伸びる経路を描き、合体の有無を問題文に戻って探します。出来事の順序を言葉と数で結べば、生殖の道筋が見えてきます。