二酸化炭素吸収実験装置で調べる

植物の光合成と呼吸

作成：大崎章弘植物の働きは「昼」と「夜」でどのように違うのか？

植物の働きは昼と夜でどのように違うのか？
昼夜

未来へひろがるサイエンス、啓林館、p.24 (2020)より抜粋

植物の働きは昼と夜でどのように違うのか？
光合成：（）
↓

（）＋（）

→

（） ＋

（）

未来へひろがるサイエンス、啓林館、p.22 (2020)より抜粋

（発展） 呼吸と光合成の関係は？

光合成

ミトコンドリア

葉緑体

呼吸

未来へひろがるサイエンス、啓林館、p.15 (2020)より抜粋

ライトをON/OFFすると植物の周囲のCO2濃度はどのように変わるのか？

6

実験装置の構成
計測対象の植物電源

タブレット端末（なくてもよい）CO2吸収実験装置
チャック付き袋

遮光用の黒布USB調光ライト

7

CO2吸収実験装置
デジタル通信Bluetoothタブレット端末

アプリ：Scratch＋MicrobitMore
プログラム：データロガー5.9.x（有線）

micro:bit計測対象：照度
LED表示：CO2センサからの数値情報

CO2センサ

計測対象：CO2、温度、湿度

CO2センサとそのしくみ
SCD41（ Sensirion社）

センサ内部の仕組み※

センサの測定原理

光音響分光方式（PAS）

二酸化炭素

標準精度

±40ppm＋5%M.V.

測定範囲

400-5000ppm

温度精度

0.8℃

作業温度範囲-10～60℃

相対湿度精度

6%RH

作業相対湿度範囲

0-95%RH

温度※図は下記ページより抜粋
https://www.marutsu.co.jp/pc/static/large_
order/CO2_SCD41_20220308

湿度9❷「！」マークをクリック➊「micro:bit」マークをクリック

➊自分のIDを確認して、、
ｖ❷接続！

➊元の画面にもどる❸画面最大化！

❷「」マークならOK

「」計測開始！

凡例ウインドウ
Micro:bit本体の光センサのデータ
CO2センサからのデータ

データロガーからmicro:bitにデータを要求する時間
初期値：0.5秒間隔でデータ収集
横軸のスケールを変更
初期値：600秒（1200×0.5秒）
縦軸のスケールを変更
初期値：300ppm

一時停止後、再開すると、最新データが右側になります。

凡例ウインドウの表示

「凡例」ウインドウを出し入れできます。

【計測】身の回りの空気を調べてみよう。
方法１：センサをはかりたい場所においてみよう。
方法２：はかりたい場所の空気をビニール袋でとってはかろう。
調べたところ時刻 h：m：s

CO2のう度 ppm

温度℃

しつ度

参考情報：
 ppm （ピーピーエム）とはどんな単位？
Parts-per-million（100万分の1）の略のう度１% = 10,000ppm
 屋

外 ：419ppm（約0.04%）（気象庁2021）

 屋

内 ：1,000ppm（0.1%）以下にするよう定められている（建築物環境衛生管理基準）

 人間の呼気：45,000ppm（4.5%）％

ライトをONOFFすると植物の周囲のCO2濃度はどのように変わるのか？

ライトをいONOFFするとCO2はどう変わる？

ライトON

ライトOFF

実験手順と装置の配置■手順①植物（いちごかパンジーの葉）を密閉容器に入れ、実験装置をセットする。
②計測を開始し、遮光後に以下2点を確認する。
・グラフ「明るさ」がライトの調光で変化する。
・グラフ「CO2」が変化している。
③ライトの明るさを最大にしたらOFFし（明るさ「０」）、装置が動かないよう遮光し、約（3）分間静置する。

計測開始④実験開始時刻とデータを記録する。

実験装置のセット
チャック袋➊葉を3枚程度入れる❷空隙をつくる❸ライトの熱を避ける

リングライト

注：葉から5㎝程度離す

遮光布

注：中を確認できるように隙間をつくる

CO2センサ

注：空隙に置くmicro:bit

光センサ

注：ライトに向ける計測開始④ON/OFF条件に設定後（）分後のデータをA、さらに1～2分後のデータをBとしてデータを記録する。
明るさ

時刻
AB
A
B

時：分：秒

CO2濃度 ppm

温度℃

湿度％

3分ほど待ちながら、下記の点を考えるとよいでしょう。
１．葉の内外で何が起こってるのか？
植物の葉のつくりをおさらいする・気孔のつきかた・蒸散 → データの確認

２．袋の中の空気の流れは？
袋の中でCO2がうまく拡散するのか？
葉1枚のCO2吸収量と袋の容積との関係は？

３．データがきちんと取れているか注意
計測データの理解 CO2 、温度、湿度は5秒ごとに計測（サンプリング）されているため、階段状にグラフが変化。
 無線接続が途切れていないか？変化がない場合には接続確認

未来へひろがるサイエンス、啓林館、p.29 (2020)より抜粋

まとめ• 今日の実験でわかったこと、発見したことは何ですか？

• 実験してみてふしぎに思ったことはありますか？

＜発展＞
ライトの明るさを変えるとCO２吸収速度は変わるのか？

（発展） 呼吸と光合成の関係は？

光合成

ミトコンドリア

葉緑体

呼吸

未来へひろがるサイエンス、啓林館、p.15 (2020)より抜粋

計測開始
⑤ 明るさを変化させたら（）分程度待ちながら、CO２濃度の変化を観察。
⑥ 濃度変化の傾きがおおよそ一定の区間を探して、その最初と最後のデータを記録する。
⑦ 吸収速度を計算する。（⑤～⑦を明るさを変えて繰り返す）
明るさ

時刻
時：分：秒

時間秒
❷-➊➊

❸

❷

CO2濃度ppm❹❺

CO2変化量ppm
❹‐❺
❻

温度℃

湿度％

CO2吸収速度ppm/秒❻÷❸CO2吸収速度 ppm/秒

吸収速度が０になるポイントを探す。
⑧ 下記グラフにプロットし、吸収速度が「０」になる明るさをグラフから予想。
⑨実験装置のライトの明るさを予想した数値に近づけて検証。

050

100 明るさCO2吸収速度 ppm/秒

吸収速度が０になるポイントを探す。
⑧ 下記グラフにプロットし、吸収速度が「０」になる明るさをグラフから予想。
⑨実験装置のライトの明るさを予想した数値に近づけて検証。

0

本当の光合成による
CO2吸収
見かけのCO2吸収50

呼吸によるCO2放出

100 明るさまとめCO2濃度の変化＝（）によるCO2の吸収

植物は光があたると（）を吸収し、（は光に関係なく（）を取り込み（＋（）によるCO2の放出）をおこなう。（））を放出している。

つまり、植物の光合成と呼吸は同時に行われており、光が強い日中は、光合成によるCO2の吸収が呼吸による放出より（ように見える。

）ため、光合成だけが行われている

まとめCO2濃度の変化＝（光合成 ）によるCO2の吸収＋（ 呼吸 ）によるCO2の放出

植物は光があたると（ CO2 ）を吸収し、（光合成 ）をおこなう。（ 呼吸 ）は光に関係なく（ 酸素 ）を取り込み（CO2 ）を放出している。

つまり、植物の光合成と呼吸は同時に行われており、光が強い日中は、光合成によるCO2の吸収が呼吸による放出より（ 多い ）ため、光合成だけが行われているように見える。