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オーキシン濃度と器官ごとの成長

オーキシン濃度と茎・根の切片の伸長量の表から、それぞれの最適濃度や、促進・抑制の境目を読み取り、水平に置いたときの上側・下側の伸長量の差から屈曲の向きや量を求められる

前提

• オーキシンと屈性 （高校生物 生物の環境応答（知識））

説明

なぜそうしてよいのか

手順

1. 表の中で、オーキシン濃度 0（対照）の伸長量を器官ごとに確認する

2. 器官ごとに、伸長量が最大の濃度を最適濃度として読む。対照より伸長量が大きい濃度は促進、小さい濃度は抑制と判断し、その入れかわる濃度の間を境目とする

3. 水平に置いたときの上側・下側の濃度を問題文から読み、同じ器官の行から上側の伸長量 $l_{\text{上}}$、下側の伸長量 $l_{\text{下}}$ を読む

4. 差 $|l_{\text{上}}-l_{\text{下}}|$ を計算する

5. よく伸びた側が外側になる向きに曲がる: $l_{\text{下}}>l_{\text{上}}$ なら上向き、$l_{\text{上}}>l_{\text{下}}$ なら下向きに曲がる

例題

よくある誤り

• 根の上側・下側の伸長量を茎の行から読んでしまう誤り。例題で茎の行を使うと $|4.5-6.0|=1.5$ mm、しかも下側がよく伸びて上向きに曲がることになってしまう。正しくは、根なら根の行を使い、$|6.0-3.0|=3.0$ mm で下向きに曲がる。

• 伸長量が対照より小さくなり始める濃度ではなく、伸長量が最大の濃度を過ぎたところから「抑制」と判断してしまう誤り。例えば茎で $10^{-4}$ mol/L の 5.0 mm は最大値 9.0 mm より小さいが、対照 4.0 mm より大きいので抑制ではなく促進（促進の度合いが小さくなっただけ）。

• オーキシン濃度が高い側へ曲がる、と考えてしまう誤り。正しくは、よく伸びた側が外側になるように曲がる。根では濃度の高い下側の伸長量 3.0 mm が上側の 6.0 mm より小さいので、濃度の高い下側へ曲がるのは「濃いから」ではなく「下側の伸びが少ないから」。茎では濃度の高い下側がよく伸びるので、反対に上へ曲がる。

• 差を求めるのに濃度の差（$10^{-8}-10^{-10}$）を使ってしまう誤り。正しくは、曲がりの大きさの目安は伸長量の差 $|l_{\text{上}}-l_{\text{下}}|$ で、表から読んだ伸長量どうしを引く。

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

• 難易度 1（教科書の例題レベル）

  ある植物の根から同じ長さの切片を切り出し、いろいろな濃度のオーキシンを含む溶液に浮かべて、一定時間後の伸長量を測定した。結果は次の表のとおりである（濃度は相対値）。

  オーキシン濃度（相対値）	0	1	10	100	1000
  根の切片の伸長量（mm）	2.0	3.0	1.5	0.5	0.2

  この植物の芽生えを水平に置いたところ、根では重力の方向にオーキシンが移動し、根の上側のオーキシン濃度が相対値 1、下側のオーキシン濃度が相対値 10 になった。この状態が続くとき、表の実験と同じ時間で、根の上側の伸長量は下側の伸長量より何 mm 大きいか。ただし、根の上側・下側の伸長量は、それぞれのオーキシン濃度での表の切片の伸長量に等しいものとする。

この技能を使う問題

• 難易度 4（国公立二次の標準レベル）

  ある植物の芽ばえから、長さ $10.0\text{mm}$ の茎の切片と根の切片を切り出し、さまざまな濃度のオーキシン溶液に浮かべて、同じ温度・暗所で $24$ 時間おいたあとの切片の長さを測定した。結果は次の表のとおりである。

  オーキシン濃度 (mol/L)	茎の切片の長さ (mm)	根の切片の長さ (mm)
  $0$	$10.4$	$12.0$
  $10^{-10}$	$10.4$	$13.0$
  $10^{-9}$	$10.5$	$13.6$
  $10^{-8}$	$10.8$	$12.4$
  $10^{-7}$	$11.6$	$11.2$
  $10^{-6}$	$12.8$	$10.6$
  $10^{-5}$	$13.6$	$10.3$
  $10^{-4}$	$12.0$	$10.1$

  次に、同じ植物の芽ばえを暗所で水平に置き、$24$ 時間後に茎と根の上側・下側の組織の伸長量（もとの長さ $10.0\text{mm}$ の区間あたり）を調べたところ、茎では上側が $1.6\text{mm}$、下側が $2.8\text{mm}$ 伸びており、根では上側が $3.6\text{mm}$ 伸びていた。

  ここで、次のことを仮定する。
  - 茎・根の上側と下側の組織は、それぞれ表のいずれかの濃度のオーキシンを含み、その濃度の溶液に浮かべた切片と同じだけ伸長する。
  - 重力によるオーキシンの移動の結果、下側のオーキシン濃度が上側の何倍になるかは、茎と根で同じである。

  このとき、根の上側の伸長量から下側の伸長量を引いた値は何 mm か。