大学入学共通テスト(理科) 過去問
令和4年度(2022年度)追・再試験
問130 (生物(第2問) 問1)

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問題

大学入学共通テスト(理科)試験 令和4年度(2022年度)追・再試験 問130(生物(第2問) 問1) (訂正依頼・報告はこちら)

次の文章を読み、後の問いに答えよ。

植物の根は、周囲の水分環境や重力刺激の方向などを感知して、伸長方向を制御している。このような根の伸長方向を制御する仕組みを調べるため、図1に示す装置を組み立て、キュウリの芽生えを用いて、実験1・実験2を行った。用いた装置は、(a)内部に光が透過しない暗箱で、装置内の水分環境を不均一にするために、装置内側の壁には十分に水で湿らせたスポンジ(以下、スポンジ)を、スポンジから離れた床面には吸湿剤を、それぞれ設置した。これにより、スポンジ表面から吸湿剤に向かって湿度が低下する水分環境となった。

実験1
装置のスポンジの面Yに6個のキュウリ種子を固定し、発芽させた。発芽後、根は鉛直下方向に伸びた。根が1cmほど伸びたとき半数の3個体の根冠部分を切除した。そして、0時間、4時間、および9時間後に、図2に示すように、根がスポンジ底面と接する点(以下、接点)と根の先端部を直線で結び、鉛直線となす角度(以下、屈曲角度)を計測した。図3は、根冠部分を切除しなかったときと切除したときの計測結果である。

実験2
装置を宇宙ステーションに運び、微小な重力環境下でキュウリを用いて、根冠部分を切除せずに実験1と同様の実験を行った。その結果、9時間後の屈曲角度は、約50°であった。

下線部(a)に関連して、不均一な水分環境に応答した根の伸長方向の変化を観察するためには、暗箱で実験する必要があった。その理由として最も適当なものを、次の選択肢のうちから一つ選べ。
問題文の画像
  • 根におけるオーキシン合成を促進するため。
  • 根における重力屈性の反応を抑制するため。
  • 根における光屈性の反応が起こらないようにするため。
  • 光合成によるATP合成が起こらないようにするため。
  • 根の緑化による細胞壁の硬化が起こらないようにするため。

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この過去問の解説 (1件)

01

まず、問題文を整理しましょう。

この実験では、根の水分屈性(ハイドロトロピズム)を観察しています。

実験は、光りを遮断した暗箱で行われています。

装置内の水分環境を不均一にし、根の伸長方向を測定します。

実験1と実験2では、根冠部分の有無や重力環境を変化させて観察しています。

実験1も実験2も暗箱で行っています。

なぜ、暗箱で行う必要があったのか。その理由が問われています。

 

選択肢1. 根におけるオーキシン合成を促進するため。

オーキシン合成とは、植物ホルモンの一種で、細胞の伸びや分裂をコントロールする物質です。根冠でオーキシンが作られ、水分の多い方向に曲がっていきます。

オーキシンは、根冠に自然に作られるものです。

よって、暗箱を使用した理由として、「オーキシン合成を促進するため」というのは誤りです。

選択肢2. 根における重力屈性の反応を抑制するため。

根は、重力の方向(鉛直下方)に伸びる性質があります。それは、暗箱を使っても抑制されません。

よって、暗箱を使用した理由として、「重力屈性の反応を抑制するため」というのは誤りです。

選択肢3. 根における光屈性の反応が起こらないようにするため。

今回の実験では、水分による屈曲を観察しています。

根は、光りの方向にも反応するため、光りがあると、根の伸長方向が光に引き寄せられてしまうため、光りの影響を取り除く必要があります。

つまり、根の伸長方向の変化を、水分勾配だけに反応した結果とするために、光りを遮断した暗箱で行う必要がありました。

よって、暗箱を使った理由として、「根における光屈性の反応が起こらないようにするため」というのは、正しいと言えます。

選択肢4. 光合成によるATP合成が起こらないようにするため。

まず、植物の葉緑体では、光りを吸収して、光エネルギーを生成しています。その光エネルギーを使って、水を分解し、電子の流れが生まれます。電子の流れによってプロトン勾配が作られ、ATP合成酵素がプロトンを使って、ATPを合成します。

光合成は根ではなく、葉緑体を使って行います。

葉緑体にあるミトコンドリアが光合成を行っています。細胞呼吸を行うミトコンドリアは、葉にも根にも存在します。ミトコンドリアは、酸素と糖を使って細胞呼吸をしており、これは光が無くても起きます。根の成長には、このATPが使われ、葉のように光合成でATPを作る必要がありません。

つまり、暗箱にしても根は光に依存した光合成をしていないため、ATPを合成できます。

よって、暗箱にしても根では、ATP合成が起きているので、誤りとなります。

選択肢5. 根の緑化による細胞壁の硬化が起こらないようにするため。

まず、「緑化」というのは、光によって葉緑体が発達しクロロフィルが作られることです。これは、主に光に当たる茎や葉で起こります。

それに対し、キュウリの根は本来土中にあり、光りに当たらない器官です。そのため、光合成を行うことはなく、緑化が起こる事はありません。

もし仮に、根に光が当たり、緑化したとしましょう。その結果、分かるのは光屈折による方向刺激です。今回の実験で調べたいのは、水分勾配に対する屈曲です。実験の目的とは直接関係がないので、この選択肢は誤りと言えます。

 

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