CAM 植物について述べた文としてあてはまるものを、次のア〜オからすべて選べ。
- ア 昼に気孔を開いて を取り入れ、夜にカルビン回路で有機物をつくる
- イ 夜に気孔を開いて を取り入れる
- ウ 取り入れた を 化合物として固定し、液胞に蓄える
- エ トウモロコシやサトウキビは、CAM 植物の代表例である
- オ 昼に気孔を閉じるので、乾燥した環境でも蒸散による水の損失を少なくできる
C4 植物と CAM 植物
C4 植物（葉肉細胞で を 化合物として固定し維管束鞘細胞でカルビン回路に渡す、空間的な分担）と CAM 植物（夜に気孔を開いて 化合物として液胞に蓄え、昼に気孔を閉じてカルビン回路へ、時間的な分担）を区別し、それぞれが有利な環境と代表的な植物について正しい記述を選べる
前提
- カルビン回路 （高校生物 代謝（知識））
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説明
カルビン回路の前に「 をいったん別の物質として取り込んでおく」しくみをもつ C4 植物と CAM 植物について、そのしくみの違いを区別できるようになります。C4 植物は を取り込む細胞とカルビン回路を回す細胞を分け（場所の分担）、CAM 植物は を取り込む時間とカルビン回路を回す時間を分けます（時間の分担）。どちらがどんな環境で有利か、トウモロコシやサボテンがどちらにあたるかなどを問う正誤問題で使います。
なぜそうしてよいのか
カルビン回路では、ルビスコが RuBP に を結合させます。 は気孔から取り込むので、気孔を開けば が入りますが、同時に水も蒸散で出ていきます。暑くて乾いた場所では、水を失わないように気孔を閉じがちになり、そうすると葉の中の が不足して、ルビスコが を十分に固定できなくなります。カルビン回路だけで を固定する植物（C3 植物。最初にできる物質 PGA の炭素数が 3 なのでこうよぶ）は、このような環境で光合成の効率が落ちます。
C4 植物は、この問題を「場所の分担」で解決します。葉肉細胞で、 と結びつく力の強い別の酵素（PEP カルボキシラーゼ）が を固定し、炭素数 4 の化合物（オキサロ酢酸、そこからできるリンゴ酸など。 化合物）にします。この 化合物が、維管束のまわりを取り囲む維管束鞘細胞に送られ、そこで が放出されます。こうして維管束鞘細胞の中の 濃度を高く保ち、そこでカルビン回路を効率よく回します。気孔をあまり開けず葉の中の が少なくても光合成を続けられるので、高温で光が強い環境で有利です。トウモロコシ・サトウキビ・ススキなどが C4 植物です。
CAM 植物は「時間の分担」で解決します。気温が低く水を失いにくい夜に気孔を開いて を取り込み、 化合物（リンゴ酸）として固定して液胞にためておきます。暑い昼には気孔を閉じて水の損失を防ぎ、ためておいたリンゴ酸から を取り出して、光の反応でできる ATP と NADPH を使ってカルビン回路で有機物をつくります。カルビン回路には光の反応の産物が必要なので、カルビン回路は昼に回ります。乾燥した環境で有利で、サボテン・ベンケイソウ・パイナップルなどが CAM 植物です。どちらの植物も、最終的に有機物をつくるのはカルビン回路（ルビスコ）であることは C3 植物と同じです。
手順
を最初にどの物質として固定するかを確認する: C3 植物はルビスコで直接 PGA（炭素 3 個）、C4 植物・CAM 植物はまず 化合物（炭素 4 個）として固定する。
C4 植物は「場所」で分担することを確認する: 葉肉細胞で を 化合物に固定 → 維管束鞘細胞へ送り、 を放出してカルビン回路へ。
CAM 植物は「時間」で分担することを確認する: 夜に気孔を開いて を 化合物として固定し液胞に蓄える → 昼は気孔を閉じ、蓄えた 化合物から を取り出してカルビン回路へ（同じ細胞の中で行う）。
有利な環境と代表例を対応させる: C4 植物は高温・強光（トウモロコシ・サトウキビ・ススキ）、CAM 植物は乾燥（サボテン・ベンケイソウ・パイナップル）。
選択肢の記述が「場所の分担」「時間の分担」のどちらに当たるか、カルビン回路が昼に回ることと矛盾しないかを確かめて、正誤を判断する。
例題
C4 植物と CAM 植物について述べた文として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。
ア C4 植物では、夜に気孔を開いて取り込んだ を 化合物として液胞に蓄え、昼に気孔を閉じてカルビン回路で有機物を合成する。
イ C4 植物では、葉肉細胞で を 化合物として固定し、維管束鞘細胞でこの化合物から を取り出してカルビン回路に用いる。
ウ CAM 植物は、夜間に気孔を開いて取り込んだ を使って、夜のうちにカルビン回路で有機物を合成する。
エ CAM 植物にはトウモロコシやサトウキビがあり、湿潤で気温の低い環境で特に有利である。
例題の解答
手順 2・3: アは、夜に を取り込んで液胞に蓄え、昼にカルビン回路を回すという「時間の分担」で、これは CAM 植物の説明である。C4 植物の説明としては誤り。
手順 2: イは、葉肉細胞で 化合物として固定し、維管束鞘細胞でカルビン回路に渡すという「場所の分担」で、C4 植物の説明として正しい。
手順 3・5: CAM 植物は夜に を 化合物として蓄えるが、カルビン回路を回すのに必要な ATP と NADPH は光の反応でつくられるので、カルビン回路は昼に回る。ウは誤り。
手順 4: トウモロコシやサトウキビは C4 植物であり、CAM 植物は乾燥した環境で有利である。エは誤り。
よって正しいものはイ。
答え: イ
よくある誤り
C4 植物と CAM 植物のしくみを入れ替えてしまう誤り。正しくは、C4 植物は葉肉細胞と維管束鞘細胞で「場所」を分け、CAM 植物は夜（ の取り込み）と昼（カルビン回路）で「時間」を分ける。
CAM 植物が夜にカルビン回路を回すとしてしまう誤り。正しくは、夜に行うのは を 化合物として固定して液胞に蓄えるところまでで、ATP と NADPH が必要なカルビン回路は光の当たる昼に回る。
C4 植物や CAM 植物はカルビン回路を使わないとしてしまう誤り。正しくは、 化合物は を一時的に蓄えたり運んだりするためのもので、取り出した は最終的にルビスコによって RuBP と結合し（RuBP + → PGA）、カルビン回路で有機物になる。
代表的な植物や有利な環境を取り違える誤り。正しくは、C4 植物（トウモロコシ・サトウキビ・ススキ）は高温・強光の環境で、CAM 植物（サボテン・ベンケイソウ・パイナップル）は乾燥した環境で有利である。
この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。
入口の問題
この技能を使う問題
サボテンやベンケイソウのなかまなど、乾燥した地域に生育する植物には CAM 植物とよばれるものがある。CAM 植物の の取り込みと固定について述べた文として最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。
- ア 昼に気孔を開いて を取り込み、夜に気孔を閉じてカルビン回路で を固定する。
- イ 夜に気孔を開いて取り込んだ を 化合物として液胞に蓄え、昼はこれから生じた をカルビン回路で固定する。
- ウ を 化合物として取り込む反応を葉肉細胞で、カルビン回路の反応を維管束鞘細胞で、それぞれ同時に行う。
- エ カルビン回路をもたず、夜に取り込んだ を 化合物のまま糖の代わりに利用する。
植物の光合成のしくみと、光合成速度を決める環境要因について述べた次の文のうち、正しいものを、次のア〜カからすべて選べ。
- ア C4 植物では、葉肉細胞で取り込まれた がまず C4 化合物として固定され、これが維管束鞘細胞に送られて が放出され、カルビン回路に取り込まれる。
- イ CAM 植物は、昼に気孔を開いて を取り込み、夜に気孔を閉じてカルビン回路で を有機物に固定する。
- ウ 光が十分に強く、 濃度が低い条件では、光をさらに強くしても光合成速度はほとんど変わらない。このときの限定要因は 濃度である。
- エ 光が弱い条件では、温度を上げると光合成速度は大きく増加する。
- オ トウモロコシやサトウキビなどの C4 植物は、C3 植物に比べて、高温で光が強い環境で光合成速度が大きくなりやすい。
- カ CAM 植物では、C4 化合物の合成とカルビン回路が、葉肉細胞と維管束鞘細胞という異なる細胞で分担して行われる。
2 種類の植物 P と Q の葉を用いて、次の実験を行った。
実験 温度を に保ち、十分に水を与えた状態で、空気中の 濃度を変えながら、光を当てた葉の見かけの光合成速度（ 吸収速度、相対値）を測定した。光の強さは、これ以上強くしても、どの 濃度でもどちらの植物の見かけの光合成速度も変化しない強さとした。負の値は、葉から が放出されたことを示す。結果を次の表に示す。
濃度（%） 0.005 0.01 0.02 0.04 0.08 植物 P 12 30 45 45 45 植物 Q 6 20 33 45 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〜オのうちから 1 つ選べ。
- ア 植物 P では、 濃度が 0.02% から 0.08% の範囲で、見かけの光合成速度を限定している要因は 濃度であり、 濃度を上げるほど見かけの光合成速度は大きくなる。
- イ 植物 Q では、 濃度が 0.04% のとき、見かけの光合成速度を限定している要因は光の強さであり、光をさらに強くすれば見かけの光合成速度は大きくなる。
- ウ 植物 Q を、この実験の光と温度の条件のもとで 濃度 0.005% の空気中で長時間育てると、光合成で有機物が合成されるので、植物体の有機物の量は増加していく。
- エ 植物 P は、 濃度が低くても見かけの光合成速度が大きい。これは、葉肉細胞で を 化合物として固定し、それを維管束鞘細胞に運んで を放出させ、カルビン回路に を供給するしくみをもつためと考えられる。
- オ 植物 P は、夜間に気孔を開いて取り込んだ を 化合物として液胞に蓄え、昼間は気孔を閉じてそれを分解した で光合成を行うため、この実験の条件で を盛んに吸収したと考えられる。