代謝の問題

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。

ある植物の葉に、温度と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、葉 $100{\text{cm}}^2$ あたり 1 時間あたりの二酸化炭素の吸収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。

この植物の葉面積 $200{\text{cm}}^2$ の部分に、同じ温度・二酸化炭素濃度のもとで、1 日（24 時間）のうち 10000 ルクスの光を 10 時間、6000 ルクスの光を 2 時間当て、残りの 12 時間は暗黒においた。

この 1 日の間に、この葉面積 $200{\text{cm}}^2$ の部分で増加した有機物の量を、グルコースに換算すると何 mg か。

ただし、呼吸速度は光の強さに関係なく一定とし、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とする。光合成と呼吸の反応は、全体として次の式で表されるものとし、原子量は $\mathrm{H}=1$, $\mathrm{C}=12$, $\mathrm{O}=16$ とする。

$$6\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+12{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}⟶{\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6+6{\mathrm{O}}_2+6{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\text{光合成})$$
$${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6+6{\mathrm{O}}_2+6{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}⟶6\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+12{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\text{呼吸})$$

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。

グルコースだけを呼吸基質として含む培養液に酵母を入れ、密閉した容器の中で一定時間培養した。この間に、酵母が吸収した酸素は $0.12\text{mol}$、放出した二酸化炭素は $0.28\text{mol}$ であった。

酵母は、呼吸（グルコースを完全に分解する反応）とアルコール発酵を同時に行っていたものとし、それぞれの反応は次の反応式で表されるものとする。また、酸素の吸収と二酸化炭素の放出は、この 2 つの反応によるものだけとする。

$$\text{呼吸}:{\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6+6{\mathrm{O}}_2+6{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}⟶6\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+12{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$$
$$\text{アルコール発酵}:{\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6⟶2{\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_5\mathrm{OH}+2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$$

この間に酵母が消費したグルコースは、呼吸とアルコール発酵を合わせて何 g か。ただし、グルコースのモル質量は $180\text{g/mol}$ とする。

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。