【中学3年理科】炭素の循環と生産者・消費者・分解者のはたらき

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中学3年理科。今日は生物のつながりの中でも、入試に頻繁に登場する「炭素の循環」に関る内容です。生産者、消費者、分解者のはたらきを学習します。また、分解者のはたらきを調べる実験についても詳しく見ていきます。

炭素の循環

自然界の中で、炭素(化学式:C)はいろいろな物質に姿を変え循環しています。

炭素の循環のポイント①●空気中…二酸化炭素CO₂の中に含まれます。
●生物間…有機物の中に炭素Cとして含まれます。

炭素の循環

空気中に存在する、二酸化炭素CO₂を、植物である生産者が光合成のはたらきで取り入れ、有機物のデンプンにつくりかえます。この有機物中の炭素Cが、食物連鎖によって生物間を移動します。

最終的には土の中に存在する、菌類・細菌類などの分解者の呼吸のはたらきによって、二酸化炭素CO₂に分解され、空気中に炭素Cが戻ることになります。

そして、植物がその二酸化炭素CO₂を光合成で取り入れて、有機物のデンプンにつくりかえる。つまり、炭素Cは自然界の中を、グルグルと循環しているのです。

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炭素の循環図

炭素の循環に関する図は、入試や定期テストでも超頻出です。どの生物がどこにあてはまるのかをしっかりと覚えましょう。

炭素の循環

生産者は、酸素と二酸化炭素の放出も吸収も行っています。消費者と分解者は呼吸の矢印しかありません。これで、生産者が判断できます。

上の図では、実線の矢印が有機物としての炭素の流れ、破線の矢印が無機物(二酸化炭素)としての炭素の流れを表しています。

生産者

生産者とは、光合成を行い有機物であるデンプンを作り出す生物です。食物連鎖の出発点になります。光合成で二酸化炭素を吸収し、酸素を放出するので、気体の移動を見ると、どれが生産者かがわかります。

消費者

消費者とは、生産者がつくりだした有機物を食べる生物です。生産者を取り入れる(食べる)矢印から判断できます。また、呼吸のみしか行わないので、酸素を吸収し、二酸化炭素を放出しています。

分解者

分解者とは、有機物を無機物の分解する生物で、土の中などに生息する菌類・細菌類が分解者になります。分解者は、呼吸のはたらきにより、死がいやふんの中に含まれる有機物を、二酸化炭素や水などの無機物につくりかえます。分解者には、菌類と細菌類がいます。

炭素の循環の確認問題

  1. 炭素は、空気中を何という物質として循環しているか。
  2. 炭素は、生物間を何という物質として循環しているか。
  3. 植物が、有機物をつくりだすはたらきを何というか。
  4. 植物などがつくりだした有機物を食べる生物を、自然界の何というか。
  5. 呼吸により、有機物を無機物に分解する生物を、自然界の何というか。
  6. 5は、具体的に何類と何類がいるか。

解答

  1. 二酸化炭素
  2. 有機物
  3. 光合成
  4. 消費者
  5. 分解者
  6. 菌類、細菌類

分解者とは

分解者とは、有機物を無機物に分解する生物です。もう少し詳しく説明すると、分解者は、呼吸のはたらきにより、生物の死がいやふんなどの有機物無機物二酸化炭素に分解してくれる生物です。

分解者のはたらき

菌類・細菌類

土の中などに生息する微生物が分解者です。具体的には、菌類細菌類が分解者になります。土の中のダンゴムシやトビムシなどの小動物も分解者に含めることもありますが、これらは、土の中の生物の死がいやふんを細かくするだけで、完全に二酸化炭素と水まで分解することはできません。

  • 菌類…カビやキノコ
  • 細菌類…枯草菌や大腸菌などの「〇〇菌」
分解者のポイント!❶分解者とは、有機物を無機物に分解する生物!
❷呼吸のはたらきで、有機物を無機物の二酸化炭素と水に分解!
❸カビ・キノコなどの菌類や、「〇〇菌」の細菌類が分解者!

分解者のはたらきを調べる実験

下の図のように、落ち葉や葉っぱを水に入れ、十分にかき混ぜた後、布を使ってこし出した。この液を2つの試験管に入れ、一方は加熱した後にデンプンのりを入れ、もう一方は加熱せずにデンプンのりを入れ数日間放置した。

分解者のはたらき

対照実験

この実験で、一方のビーカーに入れた液は加熱し、もう一方の液は加熱しなかったのは、対照実験にするためです。加熱することで、水の中にこし出された微生物である分解者が死んでしまうので、分解者がいる液と分解者がいない液をつくることができます。

このように、条件を一つだけ変えて(分解者がいる・分解者がいない)実験することを対照実験といいます。この対照実験を行うことで、デンプンが微生物(分解者)によって分解されることが明らかになります。

実験の結果

この実験の結果を表にまとめてみました。

加熱したビーカーの液 加熱しなかったビーカーの液
微生物(分解者) いない いる
ヨウ素液 青紫色 変化しない
デンプン 残ったまま 分解された
石灰水 変化しない 白くにごった

加熱したビーカーの液には分解者である微生物がいないので、デンプンは残ったままになっています。加熱しなかった方のビーカーの液には、分解者である微生物がいますので、微生物の呼吸のはたらきにより、デンプンが分解され、二酸化炭素が発生していることがわかります。

つまり、この実験で、土の中の微生物が、有機物を無機物に分解していることがわかります。

分解者のはたらきの確認問題

  1. 実験の条件を一つだけ変えて行う実験を何というか。
  2. 葉っぱや土を水の中に入れ、布でこし出した後、加熱するのはなぜか。
  3. 次の中から分解者を全て選べ。
    ア ゾウリムシ  イ 大腸菌  ウ ミジンコ  エ クロカビ
  4. 分解者は何というはたらきで、有機物を無機物に分解しているか。

解答

  1. 対照実験
  2. 微生物を殺すため。
  3. イ、エ
  4. 呼吸

【理科問題❶】炭素の循環

問題下の図は、生物とその周りの環境での炭素の循環と生物どうしのつながりを表している。A~Dは生物を表しており、x、yは生物のはたらきを表している。次の各問いに答えよ。

炭素の循環

(1)問題文中の下線部のことを何というか。

(2)図中のxとyの生物のはたらきの名称を答えよ。

(3)図中のAからB、BからCの矢印で表される炭素の移動では、炭素は何という物質に含まれて自然界を移動しているか。

(4)図中のAからB、BからCの炭素の移動を何というか。

(5)Aはそのはたらきから自然界で何と呼ばれているか。

(6)Aのはたらきを、「有機物」「無機物」という語句を使って簡潔に書け。

(7)Dはそのはたらきから自然界の中で何と呼ばれているか。

(8)何らかの原因で、Bの数が急に減少した場合、AとCの数は一時的にどうなるか。簡潔に書け。

(9)A、B、C、Dにあてはまる生物として正しい組合せを次の中から1つ選び記号で答えよ。
ア A ミミズ  B モグラ  C ススキ  D カツオ
イ A ミカヅキモ  B ミジンコ  C メダカ  D ミズカビ
ウ A ケイソウ  B ゾウリムシ  C フナ  D カツオ
エ A イネ  B バッタ  C カエル  D モグラ

【解答・解説❶】炭素の循環

(1)生態系
生態系とは、生物とそのまわりの大気・光・水などの環境をひとまとまりとしてとらえたものです。

(2)x:呼吸 y:光合成
すべての生物が行っている、酸素を取り入れてに二酸化炭素を排出するはたらきを呼吸といいます。光合成は、生産者だけが出来るはたらきで、二酸化炭素を取り入れて有機物を合成するはたらきです。このときに余った酸素が排出されます。

(3)有機物
Aは光合成を行っているので生産者(植物)になります。植物の光合成のはたらきで、空気中にあった二酸化炭素の中の炭素は、有機物のデンプンの中に入ります。

(4)食物連鎖
Aは生産者の植物、Bは消費者の草食動物、Cは消費者の肉食動物になります。このA~Cの食べる食べられるの関係を、食物連鎖といいます。

(5)生産者
植物は、自然界で唯一、無機物の二酸化炭素と水から、有機物のデンプンを作り出すことができます。このはたらきから、植物は自然界の中で生産者と呼ばれます。

(6)無機物の二酸化炭素と水から、有機物のデンプンをつくる。
生産者である植物は、光合成のはたらきにより、無機物の二酸化炭素と水から、有機物のデンプンをつくりだします。

(7)分解者
デンプンなどの有機物を、無機物の二酸化炭素と水に分解するのが分解者です。このはたらきは呼吸によって行われます。

(8)A:増加する C:減少する
Bが急に減少すると、Bに食べられていたAはの数は一次的に増加します。また、CはBをエサとしていたので、Bの数が急に減少するとCの数も一時的に減少します。しかし、長い時間をかけて元の数の状態に戻ります。

(9)
Aが生産者である植物、Bが草食の消費者、Cが肉食の消費者、Dが分解者である菌類・細菌類である組み合わせはイになります。

【理科問題❷】分解者のはたらきを調べる実験

問題下の図のように、森の土をビーカーの水の中に入れかき混ぜた後、しばらく放置し、上澄み液だけをビーカーAとビーカーBに移した。ビーカーBに入れた上澄み液だけをガスバーナーで加熱し、ビーカーA、ビーカーBそれぞれにデンプンを入れかき混ぜ、ふたをしてしばらく放置した。これについて、次の各問いに答えなさい。

(1)実験でビーカーBの上澄み液を加熱し、沸騰させる理由を簡潔に答えよ。

(2)それぞれのビーカーにデンプンを入れた後、ふたをする理由を簡潔に答えよ。

(3)それぞれのビーカーにデンプンを入れた後、ヨウ素液を入れると、ビーカーAとビーカーBの色はどのようになるか。それぞれ簡潔に答えなさい。

(4)それぞれのビーカーにデンプンを入れた後、ビーカーの液から発生する気体を調べた。ビーカーAとBで、石灰水を白くにごらせる気体が発生したビーカーはAとBどちらか、記号で答えよ。また、発生した気体の名称も答えなさい。

(5)この実験からわかることを、「分解者」という語句を使って、簡潔に答えなさい。

【解答・解説❷】分解者のはたらきを調べる実験

(1)上澄み液の中の分解者を殺すため。

一方のビーカーの上澄み液を加熱することで、菌類や細菌類などの分解者がいるビーカーと、分解者がいないビーカーができます。これにより対照実験ができ、分解者のはたらきでデンプンが変化することが明らかになります。

(2)空気中の菌類や細菌類が入るのを防ぐため。

空気中には菌類・細菌類などの微生物がいます。ふたをしないとこれらの生物が上澄み液中に入り、正確な実験ができなくなってしまします。

(3)ビーカーA:変化しない。 ビーカーB:青紫色になる。

ビーカーAは加熱していないので分解者が入っており、分解者のはたらきでデンプンが無機物の二酸化炭素と水に分解されます。一方のビーカーBの上澄み液は加熱して分解者を殺しているので、デンプンが分解されずに残った状態になっています。

(4)ビーカー: 気体:二酸化炭素

ビーカーAの中にいる菌類・細菌類などの分解者などが呼吸によって、デンプンを二酸化炭素と水に分解します。

(5)森の土の中にいる菌類や細菌類などの分解者が、デンプンを分解した。

この実験で、土の中の分解者が、デンプンなどの有機物を分解したことが分かります。この分解者のはたらきは呼吸と呼ばれます。

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