代謝の問題

ある植物 1 個体を透明な密閉容器に入れ、光の条件と温度を変えて、容器内の二酸化炭素量の 1 時間あたりの変化を測定した。結果は次の表のとおりである。光 A は強い光、光 B は弱い光である。

この植物を、同じ条件のもとで次のように 1 日（24 時間）育てた。まず $25^{\circ }\text{C}$ で光 A を何時間か照射し、続けて $25^{\circ }\text{C}$ で光 B を 4 時間照射し、残りの時間はすべて $15^{\circ }\text{C}$ の暗黒に置いた。この日、植物が光合成によってつくったグルコースの総量は $528\text{mg}$ であった。

この日 1 日の植物体の有機物の増加量は、グルコースに換算して何 mg か。

ただし、光合成の産物と呼吸の基質はすべてグルコース ${\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6$ とし、光合成と呼吸の反応式は次のとおりとする。原子量は $\text{H}=1$, $\text{C}=12$, $\text{O}=16$ とする。
$$6{\text{CO}}_2+12{\text{H}}_2\text{O}⟶{\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6+6{\text{O}}_2+6{\text{H}}_2\text{O}$$
$${\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6+6{\text{O}}_2+6{\text{H}}_2\text{O}⟶6{\text{CO}}_2+12{\text{H}}_2\text{O}$$
また、光を照射しているときの呼吸速度は、同じ温度の暗黒での呼吸速度と等しいものとする。各条件での速度は時間によらず一定であり、容器内の二酸化炭素濃度の変化は光合成速度・呼吸速度に影響しないものとする。

ある植物を鉢ごと透明な容器に入れ、温度と二酸化炭素濃度を一定に保った。この状態でさまざまな強さの光を当て、植物体全体が 1 時間あたりに吸収する二酸化炭素の量を測定したところ、次の表のようになった。負の値は、二酸化炭素を放出したことを表す。

この植物を同じ温度と二酸化炭素濃度の条件のもとに置き、1 日（24 時間）のうち $t$ 時間は 10 キロルクスの光を当て、残りの $(24-t)$ 時間は暗黒にした。この 1 日で、植物体に含まれるグルコースの量がちょうど $60\text{mg}$ 増加したとき、$t$ の値を求めよ。

ただし、次のように考えるものとする。
- 呼吸速度は、光の強さにかかわらず一定である。
- 光合成で吸収した二酸化炭素はすべてグルコースの合成に使われ、呼吸ではグルコースだけが分解される。
- 光合成と呼吸は、どちらも反応式 $6{\text{CO}}_2+12{\text{H}}_2\text{O}\rightleftarrows {\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6+6{\text{O}}_2+6{\text{H}}_2\text{O}$ にしたがって進む。
- 原子量は $\text{H}=1$, $\text{C}=12$, $\text{O}=16$ とする。

ある植物 1 個体を、温度を一定に保った装置に入れ、一定の強さの光を当てたとき（明期）と光を当てないとき（暗期）に、1 時間あたりの酸素の出入りを測定したところ、次の表のようになった。

この植物を、明期と暗期の合計が 24 時間になるように、同じ条件で 1 日育てる。光合成でつくられる有機物と呼吸で分解される有機物はすべてグルコース ${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6$ であり、光合成と呼吸は次の反応式で表されるものとする。
$$6C{\mathrm{O}}_2+12{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}⟶{\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6+6{\mathrm{O}}_2+6{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$$
$${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6+6{\mathrm{O}}_2+6{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}⟶6C{\mathrm{O}}_2+12{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$$
また、呼吸の速さは明期と暗期で同じであり、それぞれの期間中、表の速さは一定であるとする。原子量は $\mathrm{H}=1$, $\mathrm{C}=12$, $\mathrm{O}=16$ とする。

この植物の 1 日のグルコースの増加量を $60\text{mg}$ にするには、明期を何時間にすればよいか。

陽生植物 A と陰生植物 B の葉を用意し、温度 $25^{\circ }\text{C}$、二酸化炭素濃度を一定にして、さまざまな強さの光を当てた。葉 $100{\text{cm}}^2$ あたり 1 時間あたりの二酸化炭素の吸収量 [mg] を測定したところ、次の表のようになった。負の値は二酸化炭素を放出したことを表す。

次に、植物 A, B の葉（どちらも面積 $100{\text{cm}}^2$）を同じ条件で次のように 1 日（24 時間）育てた。

• 昼の 12 時間：温度 $25^{\circ }\text{C}$ で、一定の強さ $L$ [klx] の光を当てる。
• 夜の 12 時間：温度 $15^{\circ }\text{C}$ の暗黒に置く。

ただし、次のことを仮定する。

• 呼吸速度は光の強さによらず、$25^{\circ }\text{C}$ では表の光の強さ $0\text{klx}$ のときの値に等しい。
• $15^{\circ }\text{C}$ での呼吸速度は、植物 A, B のどちらも $25^{\circ }\text{C}$ での呼吸速度のちょうど半分である。
• 表の測定点の間では、二酸化炭素の吸収量は光の強さに対して直線的に（一次関数的に）変化する。
• 昼の条件は表の測定条件と同じで、二酸化炭素濃度などの他の条件は 1 日を通して一定である。

1 日あたりの二酸化炭素の吸収量の差し引き（吸収量から放出量を引いたもの）が植物 A と植物 B で等しくなるのは、$L$ が何 klx のときか。ただし $0\leqq L\leqq 12$ とする。

ある植物を、温度を一定にして、1 日（24 時間）のうち 10 時間は一定の強さの光を当て（明期）、残りの 14 時間は暗黒（暗期）に置いた。この植物について、次のことがわかっている。

• 明期には、1 時間あたり二酸化炭素を $22\mathrm{mg}$ 吸収する（見かけの光合成速度）
• 暗期には、1 時間あたり二酸化炭素を $4.4\mathrm{mg}$ 放出する（呼吸速度）

呼吸速度は明期と暗期で同じとし、光合成でつくられ呼吸で使われる有機物はすべてグルコースであるとする。光合成と呼吸は次の反応式のとおりに進むものとする。

光合成: $$6\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+12{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to {\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6+6{\mathrm{O}}_2+6{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$$
呼吸: $${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6+6{\mathrm{O}}_2+6{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to 6\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+12{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$$

この植物の 1 日あたりのグルコースの増加量は何 $\mathrm{mg}$ か。原子量は $\mathrm{H}=1.0$、$\mathrm{C}=12$、$\mathrm{O}=16$ とする。