代謝（知識）の問題

難易度 1教科書の例題レベル高校生物代謝（知識）

窒素化合物をまったく含まない砂を滅菌して植木鉢に入れ、ダイズまたはイネの種子をまいて、次の表の条件で同じ期間育てた。「根粒菌」の欄は根粒菌を砂に加えたかどうかを、「窒素化合物」の欄は水に窒素化合物（硝酸塩）を溶かして与えたかどうかを表す。光・温度・水の量・窒素以外の養分などの条件は、すべて同じである。

実験	植物	根粒菌	窒素化合物	結果
1	ダイズ	加えた	与えなかった	よく育ち、根に根粒ができた
2	ダイズ	加えなかった	与えなかった	あまり育たず、根粒はできなかった
3	ダイズ	加えなかった	与えた	よく育ち、根粒はできなかった
4	イネ	加えた	与えなかった	あまり育たず、根粒はできなかった

この実験の結果から考えられることとして最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。

ア　ダイズは、根粒菌がいなくても空気中の窒素を直接取り入れて窒素化合物をつくれる
イ　ダイズが成長するためには、窒素化合物は必要ない
ウ　根粒菌は、植物の種類によらず、どの植物の根にも根粒をつくる
エ　ダイズは、根粒菌と共生すると、窒素化合物を与えなくても成長に必要な窒素を得られる

この問題で使うもの

窒素同化と窒素固定（説明と入口の問題）

この問題を解けるようになるまで（8 技能）

算数中学高校大学大学院

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ヒント

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ヒント 1

技能「窒素同化と窒素固定」で学んだ、植物が窒素を取り入れるしくみと、根粒菌の窒素固定のはたらきを使おう。まず、条件が 1 つだけちがう実験どうしを比べる。

ヒント 2

植物は空気中の $N_{2}$ を直接利用できず、 $N O_{3}^{-}$ や $N H_{4}^{+}$ を取り入れて窒素同化を行う。根粒菌は $N_{2}$ を $N H_{4}^{+}$ に変えることができる。

ヒント 3

実験 2 と 3 を比べるとイが、実験 4 を見るとウが判定できる。残りのアとエは、実験 1 と 2 の比較（根粒菌の有無）で判定しよう。

答えと解説

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エ

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解説を読む

1 つの条件だけがちがう実験どうしを比べて、結果を読み取る。

1. 実験 2 と 3 の比較（窒素化合物の有無だけがちがう）: 窒素化合物を与えなかった実験 2 ではダイズがあまり育たず、与えた実験 3 ではよく育った。ダイズの成長には窒素化合物が必要である。植物は、タンパク質や核酸などの窒素を含む有機物をつくるために、窒素を $N O_{3}^{-}$ や $N H_{4}^{+}$ などの無機窒素化合物として取り入れる必要がある（窒素同化）。
2. 実験 1 と 2 の比較（根粒菌の有無だけがちがう）: 窒素化合物を与えていないのに、根粒菌を加えた実験 1 ではダイズがよく育ち、根粒ができた。根粒菌は、空気中の窒素 $N_{2}$ を $N H_{4}^{+}$ に変えるはたらき（窒素固定）をもつ。根粒の中の根粒菌がつくった $N H_{4}^{+}$ をダイズが利用したので、窒素化合物を与えなくても育ったと考えられる。
3. 実験 1 と 4 の比較（植物の種類だけがちがう）: イネには根粒ができず、あまり育たなかった。根粒菌はダイズなどのマメ科植物の根に根粒をつくって共生するが、イネには根粒をつくらない。

よって、正解はエである。

ほかの選択肢が誤りである理由:
- ア: 根粒菌を加えなかった実験 2 ではダイズはあまり育たなかった。植物は空気中の $N_{2}$ を直接利用することはできない。 $N_{2}$ を窒素化合物に変えられるのは、根粒菌やシアノバクテリアなどの一部の細菌である。
- イ: 実験 2 と 3 の比較から、ダイズの成長には窒素化合物が必要である。
- ウ: 実験 4 で、根粒菌を加えてもイネには根粒ができなかった。

別解

ア: 実験 2 で根粒菌がないダイズはあまり育たなかったので、根粒菌なしで空気中の窒素を取り入れられるとはいえず誤り。イ: 実験 2 と 3 の比較から、窒素化合物を与えると育つので窒素化合物は成長に必要であり誤り。ウ: 実験 4 でイネは根粒菌を加えても根粒ができなかったので、どの植物にも根粒をつくるとはいえず誤り。エ: 実験 1 では窒素化合物を与えなくても根粒菌を加えたダイズがよく育ち根粒もできた。根粒菌が空気中の窒素を窒素固定して供給するためと考えられ、正しい。したがって正しいのはエ。

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難易度 1（教科書の例題レベル）

酵母のしぼり汁にグルコースを加えると、二酸化炭素が発生する。このしぼり汁をセロハン膜の袋に入れ、水の中にしばらく浸して透析した。セロハン膜は、小さな分子は通すが、タンパク質のような大きな分子は通さない。透析後、袋の中に残った液を液 A、袋の外の液を（もとの濃さに濃縮して）液 B とした。

液 A・液 B を次の表のように組み合わせてグルコースを加え、二酸化炭素が発生するかを調べた。「煮沸」とは、液を煮沸したあと、もとの温度に冷ましてから使ったことを表す。ほかの条件はすべて同じである。

実験	用いた液	二酸化炭素の発生
1	液 A のみ	発生しなかった
2	液 B のみ	発生しなかった
3	液 A ＋液 B	発生した
4	煮沸した液 A ＋液 B	発生しなかった
5	液 A ＋煮沸した液 B	発生した

この実験の結果から考えられることとしてあてはまるものを、次のア〜オからすべて選べ。

ア　液 A には、熱によってはたらきを失う成分が含まれている
イ　液 B に含まれる反応に必要な成分は、熱に強い
ウ　液 B に含まれる反応に必要な成分は、セロハン膜を通れない大きな分子である
エ　反応が起こるには、液 A の成分と液 B の成分の両方が必要である
オ　液 A に含まれる反応に必要な成分は、煮沸してもはたらきを失わない

光の強さ	二酸化炭素濃度 $0.04 %$	二酸化炭素濃度 $0.10 %$
弱い光	$5$	$5$
強い光	$12$	$20$

試験管	加えたもの	結果
A	水	光らなかった
B	グルコースの溶液	光らなかった
C	ATP の溶液	再び光った

難易度 1（教科書の例題レベル）

亜硝酸菌を用いて、次の実験を行った。

有機物を含まず、二酸化炭素を十分に含む無機塩類の培地 A・B を用意した。培地 A にはアンモニウムイオン $N H_{4}^{+}$ を加え、培地 B には加えなかった。それぞれに同じ数の亜硝酸菌を入れ、光の当たらない暗所で、同じ温度で数日間培養した。培養の前後で調べた結果を次の表に示す。

培地	$N H_{4}^{+}$ の量	亜硝酸イオン $N O_{2}^{-}$ の量	硝酸イオン $N O_{3}^{-}$ の量	亜硝酸菌の数
A（ $N H_{4}^{+}$ あり）	減少した	増加した	検出されなかった	増加した
B（ $N H_{4}^{+}$ なし）	検出されなかった	検出されなかった	検出されなかった	増加しなかった

この結果から考えられることとして最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

ア　亜硝酸菌は、光のエネルギーを利用して二酸化炭素から有機物を合成している。
イ　亜硝酸菌は、アンモニウムイオンを酸化して得た化学エネルギーを利用して、二酸化炭素から有機物を合成している。
ウ　亜硝酸菌は、培地中の有機物を分解して得たエネルギーを利用して増殖している。
エ　亜硝酸菌は、亜硝酸イオンを硝酸イオンに酸化して得た化学エネルギーを利用している。

難易度 1（教科書の例題レベル）
次の文は、葉緑体のチラコイド膜で起こる反応について述べたものである。
「光化学系 II では、光のエネルギーを受け取ったクロロフィルから電子が飛び出し、失われた電子は（ a ）が分解されることで補われる。このとき酸素が発生する。飛び出した電子は電子伝達系を通って光化学系 I に渡され、最終的に $NAD P^{+}$ に渡されて NADPH ができる。電子が伝達される間に、 $H^{+}$ がチラコイドの（ b ）に運ばれて蓄積する。蓄積した $H^{+}$ が ATP 合成酵素を通って移動するときに、ATP がつくられる。」
文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。
a b
ア水外側のストロマ
イ二酸化炭素内側の内腔
ウ水内側の内腔
エ二酸化炭素外側のストロマ