高等学校生物基礎/植生と遷移Ⅱ

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キーワード

適応・光合成速度・呼吸速度・光補償点・光飽和点・陽生植物・陰生植物・陽樹・陰樹

光合成と植物

※生物はどのようにして環境に合わせているのでしょうか？

適応とは？

　動植物の形と性質は自然環境と地域に合わせて、生きていくための工夫をしています（適応）。

光合成とは？

　植物は、空気中の二酸化炭素と水と日光から、酸素と栄養分を作ります（光合成）。しかし、虫が葉を食べたり、様々な植物が近くにいると、日光と水と栄養分を取り合ったりします。

光の強さと光合成

　植物は、太陽の光を使って二酸化炭素を空気から取り込んでいます。一方、植物も私達と同じように呼吸をしています。呼吸は一日中続き、太陽の光がなくても行われます。植物も呼吸をしたら、二酸化炭素を出します。そこで、生物学者達は日光をどれくらい集めて、二酸化炭素をどれくらい取り込んでいるのかを調べて、その関係をグラフに表しました（光・光合成曲線）。そのため、単位時間当たりの光合成量（光合成速度）と単位時間当たりの呼吸量（呼吸速度）は、次のように求められます。

呼吸速度と光合成速度
単位時間当たりの呼吸量（呼吸速度）＝二酸化炭素排出量（二酸化炭素放出量）単位時間当たりの光合成量（光合成速度）＝二酸化炭素吸収量（光合成量）＋二酸化炭素排出量（二酸化炭素放出量）

なお、光・光合成曲線から呼吸速度は０より下の部分を見ればすぐ求められます。

　もし、日光が長い間全く入らなかったら、植物も枯れてしまいます。そして、見かけの光合成速度は二酸化炭素吸収速度（二酸化炭素吸収量）から分かります。しかし、植物の二酸化炭素排出量（呼吸量）も考えなくてはなりません。植物は空気中の二酸化炭素だけでなく、自身の呼吸も使って光合成をしています。したがって、本来の光合成速度は見かけの光合成速度に二酸化炭素排出量（呼吸量）を足して求めます。言い換えると、見かけの光合成速度は本来の光合成速度から二酸化炭素吸収速度（二酸化炭素吸収量）を引いても分かります。

見かけの光合成速度
見かけの光合成速度＝二酸化炭素吸収量（光合成量）見かけの光合成速度＝単位時間当たりの光合成量（光合成速度）－二酸化炭素排出量（二酸化炭素放出量）

なお、光・光合成曲線から見かけの光合成速度は０より上の部分を見ればすぐ求められます。

　日光が強くなると、植物はより多くの二酸化炭素を吸います。やがて、日光が適度な強さになると、植物も二酸化炭素を取り入れたり、吐き出したりしていないように見えます（光補償点）。

　植物は光補償点よりも日光を取り入れないと成長しません。光補償点よりも日光を取り入れると、植物は光合成をもっと早く行えるようになります。この時、二酸化炭素吸収量が、二酸化炭素排出量を上回ります。そして、日光を取り入れば取り入れるほど植物もゆっくり呼吸します。さらに、日光を取り入れると、植物はもうこれ以上二酸化炭素を吸い込めなくなります（光飽和点）。この時、光・光合成曲線の速さもこれ以上変わりません（最大光合成速度）。

月と鼈みたいな関係

陽生植物と陰生植物

陽性植物と陰性植物の光・光合成曲線。なお、陽樹と陰樹（陽葉と陰葉）も同じ光・光合成曲線になります。

　陽性植物は、日光をいっぱい浴びると、すくすく大きくなります。例えば、ススキ・イタドリ・タンポポ・アカマツ・クリ・シラカンバなどが陽性植物になります。これに対して、日光があまり当たらなくてもすくすく育つ植物（陰生植物）もいます。例えば、シダ類・アオキ・コケ類・ヤツデなどが陰生植物になります。

　陽生植物は、日光をたくさん浴びれば浴びるほど大きくなります。もし、日光をあまり浴びなかったら、あまり育ちません。その結果、陽生植物は病気になったり、虫に食べられたりして、枯れてしまいます。一方、陰生植物は少しの日光でも少しずつ育ちます。もし、日光をたくさん浴びてしまうと、驚いて光合成を止めてしまいます。

陽葉と陰葉

　葉も陽葉と陰葉がいます。陽葉は日光をたくさん浴びれば浴びるほど、育ちます。その結果、葉も厚くてしっかりしています。もし、あまり日光を浴びなかったら、陽葉も育ちません。一方、陰葉は、あまり日光を浴びなくても育ちます。その結果、葉も薄くて柔らかくなります。

陽樹と陰樹

　樹木も陽樹と陰樹がいます。陽樹は、日光をいっぱい浴びて、すくすく元気に育ちます。陽樹に対して、陰樹は日光をあまり浴びなくてもすくすく元気に育ちます。陰樹は森の中で育ちます。しかし、陰樹が大きくなって他の樹木より高くなると、葉も日光を浴びるようになります。

資料出所

東京書籍株式会社『生物基礎』浅島誠ほか編著【生基701】
実教出版株式会社『生物基礎』最上善広ほか編著【生基703】
新興出版社啓林館『高等学校　生物基礎』赤坂甲治ほか編著【生基706】
数研出版株式会社『高等学校　生物基礎』嶋田正和ほか編著【生基708】
株式会社第一学習社『高等学校　生物基礎』吉里勝利ほか編著【生基710】
株式会社浜島書店『二訂版　ニューステージ　生物図表』2024年度版
数研出版株式会社『チャート式シリーズ　新生物　生物基礎・生物』本川達雄ほか編著　2023年