中2生物【光合成と呼吸の実験】

このページでは「光合成と呼吸の関係」「その関係を調べる実験」について解説しています。

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1．光合成と呼吸

■光合成

植物が光のエネルギーを使って栄養分（デンプン）をつくり出すはたらき。

材料として二酸化炭素・水が必要。光合成によってデンプンと酸素が生じる。

式で表すと…

このはたらきを細胞の中の葉緑体という場所で行う。

詳しくは→【光合成とその実験】←を参考に。

■呼吸

植物や動物が、得た栄養分（デンプンなど）をもとに生活のためのエネルギーをつくるはたらき。

材料として酸素・栄養分（デンプンなど）が必要。

呼吸によってエネルギー・二酸化炭素・水が生じる。

式で表すと…

このはたらきを細胞の中のミトコンドリアという場所で行う。

2．光合成と呼吸を調べる実験

■液性

液体の持つ性質で酸性・中性・アルカリ性のこと。

■BTB溶液

液性を調べる指示薬。

酸性・・・・・黄色

中性・・・・・緑色

アルカリ性・・青色

※ブロモチモールブルーの略。もともとの色は青色。

■二酸化炭素とBTB溶液

BTB溶液はもともと青色。

そこに二酸化炭素を少量溶かすと緑色になる。

さらに二酸化炭素をより溶かすと黄色に近づいていく。

つまり二酸化炭素は酸性を示す。

※二酸化炭素が溶けた液体を炭酸といいます。

光合成と呼吸のはたらきを調べる次のような実験があります。

実験

①息を吹き込んで緑色にしたBTB溶液を加えた水を3本の試験管に入れる。(↓の図)

※はいた息(呼気という)には少量の二酸化炭素がふくまれるのでBTB溶液は青色から緑色になります。

※つまり二酸化炭素が少し溶けた水を試験管に入れたということです。

②試験管Aと試験管Bに水草を入れる。(↓の図)

※水草の例…オオカナダモやクロモ

③試験管Bをアルミニウムはくでまく。(↓の図)

※これによって試験管Bの内部には光が当たらなくなります。

④この3本の試験管を光のよく当たるところに置いておく。

⑤数時間後、3本の試験管のBTB溶液の色の変化を調べる。

結果

このとき、↓のように色が変化したとしましょう。

ここでこの結果が得られた原因を考えてみましょう。

条件と結果を表にまとめてみます。

▼条件のちがい

・水草が入っているかどうか

・光が当たっていたかどうか

▼結果のちがい

・BTB溶液の色の変化

表にまとめると…

ここで条件と結果を次のように読みかえてみましょう。

▼条件のちがい

・水草が入っているかどうか→中で呼吸が行われていたかどうか

・光が当たっていたかどうか→光合成が行われていたかどうか

▼結果のちがい

・BTB溶液の色の変化→二酸化炭素が増えたか減ったか

表に付け加えると…

この表を見て考えましょう。

▼試験管Bと試験管Cを比べる

Bのみ二酸化炭素が増えています。

条件のちがいは呼吸が行われていたかどうか。

つまり試験管Bでは

呼吸が行われたため試験管内の二酸化炭素の量が増えた

ということがわかります。

▼試験管Aと試験管Bを比べる

Aでは二酸化炭素が減りました。

条件のちがいは光合成が行われていたかどうか。

つまり試験管Aでは

光合成を呼吸よりもさかんに行ったため試験管内の二酸化炭素の量が減少した

ということがわかります。

また試験管AとC、試験管BとCを比べて、

BTB溶液の色の変化は水草のはたらき（光合成や呼吸）によって起こったものである

とわかります。

まとめ

▼試験管B
水草が呼吸のみを行った。(二酸化炭素を出し続けた)

そのため試験管内の二酸化炭素の量が増加した。

それでBTB溶液の色は緑色から黄色へと変化した。

▼試験管A

水草が光合成と呼吸の両方を行った。

しかし光合成の方がさかんに行われていた（二酸化炭素を、呼吸で出すよりもたくさん吸い続けた）。

そのため試験管内の二酸化炭素の量は減少した。

それでBTB溶液の色は緑色から青色へと変化した。

▼試験管C

水草が入っていないので色は変化しなかった。

つまり色の変化は水草によるものであることがわかる。

このように条件が1つだけちがうものどうしを比べる実験を対照実験といいます。

詳しくは→【光合成とその実験】←を参考に。

3．光の強さと光合成

光合成がどれだけさかんに行われるかは光の強さによって決まります。

・光が強いと光合成はさかんになります。
※限界はあります。

・光が弱いと光合成は少ししか行われません。

・光がないと光合成はまったく行われません。

つまり1日で見ると

・明け方・・・光が弱いので光合成が少しだけ行われる。

・昼間・・・・光が強いので光合成がさかんに行われる。

・夕方・・・・光が弱いので光合成が少しだけ行われる。

・夜間・・・・光がないので光合成がまったく行われない。

ということになるのです。

一方で呼吸はずっと行われています。

※夜だけ呼吸をしない人間などいませんよね。

つまり呼吸は一日中ずっと行われているということです。

先ほどの実験では、

試験管Aに十分に強い光が当たったので光合成をさかんに行った

ということですね。

もし弱い光を当てていれば

光合成が少ししか行われず、二酸化炭素が減少する

ことも考えられます。