高校生物 エチレンと成長調節—気体の移動と対照区から成熟や伸長への作用を考える｜武蔵野個別指導塾

密閉と換気の違いを対照区で分け、果実の成熟や芽生えの伸長を左右するエチレンを追います。

よくあるのは、果実を入れた密閉区で成熟が進んだ資料を見て、気体の種類を調べずにエチレンの作用と決める場面です。容器を閉じると、果実から出た気体が蓄積する可能性がありますが、同時にほかの気体や湿度なども変わりえます。まず観察結果とその説明を分け、どの比較が何を示すかを追います。

どの条件を比べるか

資料の出方には、果実の成熟の程度を複数の容器で比べる型、芽生えの伸長量を気体の処理条件と対応させる型、成熟した果実と別の器官の間を気体が移動できるかを考える型があります。どれも、植物が置かれた条件と観察した反応を対応させることから始めます。

密閉区と換気区に差があっても、それは容器の条件を変えた結果です。エチレン濃度だけを変えた比較ではありません。エチレンを除く操作や既知の量を加える操作を、同じ容器条件の中で比較すれば、候補の作用をさらに絞れます。操作がほかの条件を変えないことも、問題文の条件や対照で確かめます。

以下の資料の数値はすべて考察の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。成熟や伸長の反応は器官、発達段階、濃度、時間などによって異なります。資料の範囲を超えた一般化は避けます。

気体が運ぶ調節の手がかり

エチレンは植物がつくる気体の植物ホルモンです。果実の成熟を促進する作用を示すものがあり、老化や葉・果実の脱落にも関係します。脱落では、器官の付け根付近に離層が形成され、細胞どうしが離れやすくなる過程に関わります。ただし脱落をエチレンだけで決めることはできません。器官の状態やほかのホルモンなどとの関係も考えます。

芽生えでは、条件によってエチレンが茎の伸長を抑え、太くなるなどの応答を引き起こします。果実の成熟促進と芽生えの伸長抑制は、作用する器官と測る反応が異なります。促進か抑制かを問うときは、何を測り、何と比べたかまで述べます。成長全体を一律に促進または抑制すると覚えると、資料の読み違いにつながります。

図1のように、果実から出たエチレンは気体として周囲に広がり、別の果実に作用しえます。矢印は気体の移動を示します。仕切りが固体の接触を妨げても気体を通す場合と、気体も通さない場合では、移動できる条件が異なります。

図1は移動の可能性を示す模式図であり、移動した気体のすべてがエチレンであるという証明ではありません。植物の反応を調べる際は、供給源の有無に加え、気体を通す仕切り、通さない仕切り、エチレンを取り除く条件などを組み合わせます。受け手側の果実の発達段階や温度、処理時間もそろえます。

対照区とは、調べたい条件の効果を見分けるための比較先です。たとえばエチレン添加の効果を調べるなら、添加以外の条件を同じにした無添加区が必要です。気体を取り除く材料を使うなら、その材料がエチレン以外を変えないという条件が必要です。実際の操作に誤差や別の影響があれば、結果をそのまま物質の効果と断定できません。

基本例題　容器と添加を分けて読む

同じ発達段階の果実を同数ずつ用い、同じ温度と時間で処理しました。各区は密閉し、エチレン以外の気体条件と湿度は同じに保たれています。除去装置はエチレンのみを取り除き、果実に直接触れません。成熟の指標は値が大きいほど成熟が進んだことを表します。数値は自作です。

AとB、AとCの比較から言えることを、それぞれ40字程度で説明してください。また、Cの値をAの値で割った比を整数で求めてください。

図2のように、容器の条件をそろえたうえでエチレンの条件を変えています。棒の高さは成熟指標を示します。

まずAとBを比べます。Aでは果実から生じたエチレンが除去され、Bでは蓄積しえます。他の条件が同じという設定の下で、指標は2から5へ増えています。したがって、この条件では除去されずに存在するエチレンが成熟を促すことを支持します。

次にAとCです。Cは除去しながら既知量を与えて一定に保った区です。指標は2から8へ増えているので、与えたエチレンが成熟を促すことを支持します。AとBの差だけでは物質の存在と応答の対応が中心ですが、添加を含むAとCの比較は、その物質を与える操作から作用を調べています。

比は8 ÷ 2 = 4です。答えを戻すと、Aの指標2に4をかけてCの8になります。これは指標の比であって、成熟に必要な時間が4分の1になることを意味しません。指標の尺度と時間の関係は与えられていないからです。

標準例題　密閉という操作の中身をほどく

同じ段階の果実を各区に入れ、一定時間後の成熟指標を調べました。温度と果実の数は同じです。数値は自作です。密閉区Pは指標9、換気区Qは指標4でした。換気ではエチレンに加え湿度と他の気体の状態も変化しました。PとQの差から、エチレンが原因だと結論できるでしょうか。理由を60字程度で述べ、原因を調べる追加比較を提案してください。

結論は、PとQの差だけからは断定できない、です。エチレン濃度とともに湿度なども変わっているため、どの条件が指標の差に寄与したか分けられません。追加比較として、密閉状態、湿度、他の気体条件をそろえ、一方ではエチレンを選択的に除去し、他方では除去しない区を設けます。除去操作が別の条件に及ぼす影響も対照で確認します。

別の整理法は、各比較の変化を表にすることです。PとQでは容器条件と複数の環境条件が同時に変わります。追加した2区では、理想的な条件の下でエチレンの有無だけが異なります。結果に差が出ればエチレンの関与を支持し、差が出なければ、その条件では検出できる作用が示されなかったと考えます。後者は、別の濃度や器官でも作用しないという証明ではありません。

指標の測定誤差にも注意します。果実ごとの成熟段階が少し異なれば、処理以外の差が結果に混じります。区への割り当てを偏らせず、複数の果実を調べてばらつきを記録すると、単一の果実の値だけに頼らず比較できます。操作条件が想定どおりだったかの測定も、結果の解釈に必要です。

発展例題　離れた器官への作用を検討する

成熟が進んだ供給側の果実と、成熟途中の受け手側の果実を隔てて置きました。受け手側の成熟指標を調べる資料です。仕切り以外の条件は同じで、供給側の果実は同じ状態とします。気体を通す仕切りは固体を通さず、通さない仕切りは気体も通しません。除去装置はエチレンだけを取り除くものとします。値は自作です。

DとE、DとF、DとGの比較から、受け手の成熟に何が関わると考えられるかを80字程度で述べてください。さらに、Dの指標を基準のGから何単位上回るか整数で求めてください。

DとEでは、供給側の果実の有無は同じで、気体が仕切りを通れるかが異なります。Dが高いため、固体の接触なしに移動できるものの関与が支持されます。ただし、この比較だけでは気体の種類は決まりません。DとFでは、気体を通す点は同じで、エチレン除去の有無が異なります。Dの指標が高いため、設定した除去操作の選択性を前提に、エチレンの関与が支持されます。DとGは供給側の果実の有無を比較し、供給側が受け手の反応に関係することを支持します。

差は10 − 3 = 7単位です。Gの3に7を足すとDの10に戻ります。数値差はこの指標の差であり、エチレン濃度の差そのものではありません。DとFの結果が逆になった場合には、ここで示した促進の結論は支持されません。観察された差と反する結果を想像すると、結論を支える比較が明確になります。

この表でも供給側の果実が出すエチレン量や、受け手側が自ら出す量は測っていません。供給側からの気体移動と除去の効果を支持する資料ですが、個々の分子の移動経路や反応の詳細までは決まりません。追加の測定で、受け手側のエチレン濃度が処理中にどう変わったかを調べると、解釈の範囲を広げられます。

誤答を比較に戻す

誤答「密閉区の成熟が進んだので、エチレンが原因です」。この答えは観察と原因の推定を同じ文にしています。密閉では気体が蓄積する一方、湿度や他の気体の状態も換気区と異なりえます。図3のように、密閉から複数の条件が変わる可能性を描くと、エチレンへの矢印だけでは原因を選べないことが見えます。

修正すると「密閉区で成熟が進んだが、エチレンの作用かどうかは、他の条件をそろえた除去や添加の比較が必要です」となります。図3の矢印は因果として確定した経路ではなく、検討すべき条件の候補です。

別の誤答は「エチレンは成熟を促すので、芽生えの茎も必ず長くする」です。器官と指標を取り違えています。芽生えの茎の長さを測る資料なら、同じ段階の芽生えを同じ時間、同じ光条件で比べ、無添加区より短いか長いかを判定します。果実での成熟の結果だけから、芽生えの伸長量は計算できません。

さらに「除去区で差がないからエチレンはどんな場合も無関係」とするのも言い過ぎです。除去が不十分だった場合、測定が粗かった場合、対象がその条件で反応しにくかった場合などが残ります。除去の達成度と測定のばらつきを確かめ、結論に処理条件を添えます。

練習　5つの資料を読む

各問題の数値と条件は自作です。記述は指定された語を用い、目安の長さで答えてください。

1. 同じ段階の果実を同じ密閉条件に置き、エチレン無添加区の成熟指標が3、既知量の添加区が6でした。他の条件は同じです。添加による指標の差を整数で求め、その差が何を支持するか「成熟」を使って30字程度で述べてください。
2. 開始時の茎の長さが等しい同じ段階の芽生えを、エチレン添加の有無以外の条件をそろえて同じ暗条件で同じ期間育てました。終了時の茎は無添加区が12 mm、添加区が8 mmでした。添加区の終了長と無添加区の終了長の比を分数で示し、「伸長」「抑制」を含めて30字程度で比較を説明してください。
3. 果実を密閉した区と換気した区で成熟に差がありましたが、湿度も異なりました。この比較だけでエチレンの作用を断定できない理由を「湿度」「対照」を用いて50字程度で述べてください。
4. 供給側の果実と受け手側を気体を通す仕切りで隔てた区では受け手の指標が7、気体を通さない仕切りの区では2でした。固体の接触は両区ともありません。この2区だけから気体の種類を特定できますか。「移動」を使って40字程度で述べてください。
5. 同じ条件の葉について、エチレンを与えた区で離層の形成が進み、無添加区では進みませんでした。除去や添加以外の条件は同じです。この結果が支持する内容と、そこから断定できない内容を「離層」「他の要因」を使って60字程度で述べてください。

練習の答えと考え方

1. 差は6 − 3 = 3です。答えは3単位で、この条件では添加したエチレンが成熟を促すことを支持します。無添加の3に差の3を加えると添加区の6に戻ります。比較の対象は成熟指標で、時間や濃度の差ではありません。
2. 比は(8)/(12) = (2)/(3)です。答えは3分の2で、この条件ではエチレンが茎の伸長を抑制したと判定します。無添加区の12 mmに(2)/(3)をかけると8 mmになり、資料の添加区へ戻ります。暗条件と発達段階を含めて結論を読むことが必要です。
3. 湿度も異なるため、成熟の差がエチレンによるものか湿度によるものか区別できず、条件をそろえた対照が必要です。湿度などをそろえ、エチレンを選択的に除去した区との比較が考えられます。操作が他の条件を変えないかも確かめます。
4. 特定できません。仕切りを通るものの移動が反応に関わる可能性はありますが、通過する気体の種類はこの比較では区別できないためです。エチレンを選択的に除去する区を加え、その操作の影響を別に確認すると、関与をさらに調べられます。
5. この条件でエチレンが離層の形成を促すことは支持されますが、他の要因が離層の形成に関わらないとは断定できません。添加以外をそろえた比較は添加の効果を調べますが、他の条件を変えた実験ではありません。葉の発達段階や処理時間の違いを含む一般的な結論には別の比較が必要です。

手元に残す整理

エチレンは気体の植物ホルモンで、器官や条件に応じて異なる応答に関わります。
密閉と換気の比較では、複数の環境条件が同時に変わりえます。
添加や選択的除去の対照を設け、操作の影響も点検します。
成熟指標と伸長量を区別し、結論に対象と条件を添えます。

答案が止まったら、各区に「何を変えたか」と「何を測ったか」を書き込み、同時に変わった条件を囲んでみてください。個別指導では、本人の比較表を見ながら、除去区が何の対照か、差がない結果からどこまで言えるかを確かめます。気体の移動と作用の証拠を分ければ、成熟の資料も一段ずつ読めます。