共通テスト(理科) 過去問
令和4年度(2022年度)本試験
問147 (生物(第6問) 問2)
問題文
宮沢賢治が「サムサノナツハオロオロアルキ」と詠んだ夏場の低温による凶作では、10℃を上回る温度でも、イネのa種子が形成されにくくなる。その原因は、b低温では成熟した花粉が正常に形成されないことにある。この現象を調べるため、cイネの花のおしべが分化してから花粉が成熟するまでの約20日間の発生の過程を調べたところ、表1の結果が得られた。成熟した花粉が正常に形成されない現象は、d表1の発生段階のどこかが低温において進行しなくなっていることが原因と考えられる。
他方、冬場の低温においては、0℃以下になると細胞内の水が凍結し、生じた氷の結晶により細胞が破壊されることがある。しかし、e徐々に温度が低下した場合には、植物は凍結による細胞の破壊を回避できることがある。
表1
発生段階Ⅰ おしべが分化する
発生段階Ⅱ 葯(やく)の見かけが完成し、葯の中が花粉母細胞で満たされる
発生段階Ⅲ 減数分裂により、花粉母細胞から花粉四分子が形成される
発生段階Ⅳ 花粉四分子がばらばらになる
発生段階Ⅴ 花粉管細胞と雄原細胞が形成される
発生段階Ⅵ 花粉が成熟する
下線部bに関連して、低温が花粉の形成に与える影響を調べるため、花粉の成熟に至る途中の様々な時期のイネを12℃の低温にさらして受精しなかった割合を調べ、発生段階ごとに示したところ、図1の結果が得られた。この結果から考えられる低温の影響の記述として最も適当なものを、後の選択肢のうちから一つ選べ。なお、図中のⅠ〜Ⅴは、表1の発生段階である。
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問題
共通テスト(理科)試験 令和4年度(2022年度)本試験 問147(生物(第6問) 問2) (訂正依頼・報告はこちら)
宮沢賢治が「サムサノナツハオロオロアルキ」と詠んだ夏場の低温による凶作では、10℃を上回る温度でも、イネのa種子が形成されにくくなる。その原因は、b低温では成熟した花粉が正常に形成されないことにある。この現象を調べるため、cイネの花のおしべが分化してから花粉が成熟するまでの約20日間の発生の過程を調べたところ、表1の結果が得られた。成熟した花粉が正常に形成されない現象は、d表1の発生段階のどこかが低温において進行しなくなっていることが原因と考えられる。
他方、冬場の低温においては、0℃以下になると細胞内の水が凍結し、生じた氷の結晶により細胞が破壊されることがある。しかし、e徐々に温度が低下した場合には、植物は凍結による細胞の破壊を回避できることがある。
表1
発生段階Ⅰ おしべが分化する
発生段階Ⅱ 葯(やく)の見かけが完成し、葯の中が花粉母細胞で満たされる
発生段階Ⅲ 減数分裂により、花粉母細胞から花粉四分子が形成される
発生段階Ⅳ 花粉四分子がばらばらになる
発生段階Ⅴ 花粉管細胞と雄原細胞が形成される
発生段階Ⅵ 花粉が成熟する
下線部bに関連して、低温が花粉の形成に与える影響を調べるため、花粉の成熟に至る途中の様々な時期のイネを12℃の低温にさらして受精しなかった割合を調べ、発生段階ごとに示したところ、図1の結果が得られた。この結果から考えられる低温の影響の記述として最も適当なものを、後の選択肢のうちから一つ選べ。なお、図中のⅠ〜Ⅴは、表1の発生段階である。
- 花粉管細胞と雄原細胞の形成は、低温の影響を大きく受ける。
- 花粉四分子の形成は、他の段階よりも低温の影響を受けやすい。
- 低温により、おしべが分化しなくなる。
- 成熟した花粉は、低温にさらされると受精の能力を失う。
- どの発生段階であっても、低温にさらされることにより受精の効率は10%以上低下する。
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この過去問の解説 (3件)
01
この問題は、「12℃の低温にさらした時期」と「受精できなかった割合」の関係をみる問題です。
したがって、図1では、受精できなかった割合が特に高くなる発生段階=低温の影響を特に受けやすい段階と考えます。
花粉管細胞と雄原細胞が形成されるのは、発生段階Ⅴです。花粉が成熟するまでには、Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ→Ⅵと進みます。Ⅴでは、花粉管細胞と雄原細胞が形成されると表1にあります。
したがって、この選択肢が正しいためには、「図1でⅤの時期に低温に晒したとき、受精しなかった割合が特に高くなっている」必要があります。
しかし、図1から特に低温の影響が大きいと判断できるのはⅢです。
つまり、「Ⅴが低温に弱い」とは図からは読み取れません。
よって、この選択肢は不適当と言えます。
「花粉四分子の形成」は、発生段階Ⅲです。
図1では、この発生段階Ⅲの時期に低温にさらした場合、受精できなかった割合が特に高くなっています。
つまり、
発生段階Ⅲの時期に低温にさらされる
→花粉の形成が正常に進まない
→成熟した正常な花粉ができにくい
→受精できない
と考えられます。
よって、この選択肢は適当と言えます。
おしべの分化は発生段階Ⅰです。低温によって受精できなくなることが分かっても、おしべ自体が分化しなくなるとは、この実験結果からは言えません。
よって、この選択肢は不適当と言えます。
この実験で低温にさらしているのは、花粉が成熟する途中のさまざまな発生段階のイネです。
したがって、「成熟した花粉そのものが低温によって受精能力を失う」とは、この結果から直接判断できません。
よって、この選択肢は不適当と言えます。
この選択肢で注意すべき点は、「どの発生段階であっても」「10%以上」という部分です。
図1を見ると、低温にさらしたときの受精しなかった割合は、発生段階によって異なります。
特に、発生段階Ⅰでは約3%、発生段階Ⅴでは約7~8%であり、いずれも10%未満です。一方、発生段階Ⅲでは約27~28%となっており、低温の影響を特に大きく受けていることが分かります。つまり、「低温の影響の受けやすさは、発達段階によって異なる」ということです。
したがって、すべての発生段階で受精の効率が10%以上低下するとはいえません。
よって、この選択肢は不適当と言えます。
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02
この問題は低温が花粉の形成に各発生段階で与える影響を調べた結果をもとに、適当な記述を選ぶ問題です。
グラフから各段階での受精しなかった割合は
発生段階Ⅰ(おしべの分化):約3%
発生段階Ⅱ(花粉母細胞形成):約10%
発生段階Ⅲ(花粉四分子形成):約27%
発生段階Ⅳ(花粉四分子がばらばらに):約10%
発生段階Ⅴ(花粉管細胞と雄原細胞):約7%
となり、発生段階Ⅲで最も影響が大きいことがわかります。
これらを踏まえて問題を見ていきましょう。
不適です。
発生段階Ⅴの受精しなかった割合は約7%であるため、影響を大きく受けているとは言えません。
正解です。
発生段階Ⅲは最も受精しなかった割合が高いため、花粉四分子の形成は、他の段階よりも低温の影響を受けやすいと言えます。
不適です。
発生段階Ⅰでの受精しなかった割合は約3%のため、低温がおしべの分化に与える影響は小さいです。
不適です。
今回の結果は花粉の形成にどう影響を与えるか調べたものです。
受精の能力に関しては今回の結果からはわかりません。
不適です。
発生段階ⅠとⅤは受精しなかった割合は10%未満です。
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03
図1から、低温が花粉の形成に与える影響を読み取りましょう。
それぞれの発生段階で低温が受精を阻害する割合は、以下のように読み取れます。
発生段階Ⅰ(おしべの分化):約3%
発生段階Ⅱ(減数分裂) :約10%
発生段階Ⅲ(花粉四分子の形成):約28%
発生段階Ⅳ(花粉四分子の分離):約10%
発生段階Ⅴ(花粉管細胞と雄原細胞の形成):約8%
以上を踏まえて、選択肢をみていきましょう。
不適です。
花粉管細胞と雄原細胞の形成(発生段階V)での受精の阻害率は約8%とそれほど高くありません。
正解です。
花粉四分子の形成(発生段階Ⅲ)での受精の阻害率は約28%で、最も影響が大きいといえます。
不適です。
おしべの分化(発生段階Ⅰ)での受精の阻害率は約3%で、影響は少ないといえます。
不適です。
花粉の成熟は発生段階Ⅵにあたります。図1には結果が示されていないため、低温での影響は分かりません。
不適です。
発生段階によって受精の阻害率は約3~28%と様々です。阻害率が10%未満の発生段階もあるため不適です。
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