今回は、「生物基礎」の第５章“生態系とその保全”に発展内容、「高校生物」の第６章“生物群集と生態系”で通常内容として登場する物質の生産と消費（栄養段階の物質収支）の計算問題を紹介します。演習問題をもとにポイントをわかりやすく解説をしているので、初めての人もわからない人も是非練習してみましょう。
演習問題
まずは演習問題として、下のスライド１にある問題を解いてみましょう。標準解答時間は20分です。解けない場合は、すぐに解説を見て解き方を確認しましょう。
スライド１：物質の生産と消費（栄養段階と物質収支）の計算問題解いてみてどうでしたか？初めて見る問題もあったと思いますが、典型的なパターンは上記の通りになります。解けた人も解けなかった人も、解答と解説を見て確認してみましょう。
解答
問１．①：純生産量、②：総生産量
問２．G：４、C：２、R：１、F：３
問３．摂食量：G1＋C1＋D1＋R1＋F1、同化量：G1＋C1＋D1＋R1
問４．生産者の光合成に用いられた光エネルギー
問５．(a)：115、(b)：15、(c)：74、(d)：61、(e)：40、(f)：35、(g)：12、(h)：5
問６．47.3％
解説
問１．総生産量と純生産量の違いをおぼえておこう！
①と②に当てはまる適切な語句を答えなさい。
この問題は、知識問題と図の読み取り問題です。生産者における総生産量と純生産量を答えさせるだけの問題になります。このときに生産者のR0が何なのかも一緒に考えることになります。
次のスライド２で、総生産量と純生産量の意味を確認しておきましょう。
スライド２：総生産量と純生産量の違いを確認しよう！スライド２の式を考慮すると、生産者において②が総生産量、①が純生産量、R0が呼吸量と判断することが正しいでしょう。
総生産量と純生産量を図で読み取れるようになりましょう！
問２．〇〇量は覚えておくだけで点数が取れる！
Sは現存量、Dは枯死量・死滅量を示している。では、G、C、R、Fはそれぞれ何を示しているか。
この問題は、知識問題と図の読み取り問題です。それぞれのアルファベットが選択肢のどれに当てはまるかを答えることになります。
選択肢となっている単語の確認から始めましょう。まずは、生産者だけにスポットを当ててみます。
スライド３：生産者の〇〇量を確認しよう次、消費者にスポットを当ててみます。
スライド４：消費者の〇〇量を確認しよう同化量と摂食量も大事なので、確認しておきましょう。
- 同化量：生産者の場合における総生産量のことを指す。式は、スライド４のようになる。
- 摂食量：１つ前の栄養段階の被食量と同じである。
では、生産者と一次消費者の関係を、次のスライド５で確認しましょう。
スライド５：生産者と一次消費者の関係を把握しよう。それぞれの〇〇量は、図でどのように判別することができるのでしょうか。そのことを箇条書きしてみました。
- S：生産者の総生産量から外れているので現存量だとわかる。
- D：設問から死滅量・枯死量だとわかる。
- R：生産者の“総生産量－純生産量”から呼吸量だとわかる。
- F：消費者だけに存在するため、不消化排出量だとわかる。
- C：生産者から一次消費者に受け継がれたものなので、生産者の被食量・消費者の摂食量だとわかる。
- 同化量：摂食量から不消化排出量を引いたものが同化量だとわかる。
- G：生産者で残りわかっていないものなので、成長量だとわかる。
一つ一つ選択肢を慎重に選んでいけば、必ず適切な選択肢を選ぶことができます。上の箇条書きの手順を踏むことができるようになりましょう。
〇〇量は、すべて覚えよう。そのときに意味も合わせて覚えたり、図の読み取りができるようになろう。
問３．式で表すだけで、問２ができれば全然難しさはない！
一次消費者において、摂食量と同化量を、次の例にならって式で表しなさい。例）G1＋C1
この問題は知識問題と図の読み取り問題です。例に従って、同化量と摂食量を式で表しましょう。
スライド５で、一次消費者のそれぞれの〇〇量を導くことができたので、あとはアルファベットを使って式をつくるだけになります。このとき、〇〇量で式をつくると、
- 摂食量＝成長量＋被食量＋死滅量＋呼吸量＋不消化排出量
- 同化量＝成長量＋被食量＋死滅量＋呼吸量
となるので、これをアルファベットで表すと、解答の
- 一次消費者の摂食量＝G1＋C1＋D1＋R1＋F1
- 一次消費者の同化量＝G1＋C1＋D1＋R1
となります。ちなみに数字で1を用いているのは、一次消費者のアルファベットに1がついているためです。
〇〇量を式で表すことも、このテーマの典型パターンなので、できるようになっておこう。
問４．二次消費者を最高次と考えてみるとよい！
最高次の消費者まで含むすべての栄養段階のG、D、R、Fのエネルギーの総和は何と等しくなるか、答えなさい。
この問題は考察問題と記述問題です。記述しなければならないので苦手意識が働くと思いますが、解答を見ると図にあった文章がそのまま使われていたことに驚いた人もいるかと思います。今回の記述は、問題文の文章をそのまま使えばよいタイプだったのです。
では、問題文にあるように、最高次を考えてみましょう。とは言っても、図にない三次消費者以上の栄養段階を考える必要はなく、二次消費者を最高次と仮定してもよいのです。そのときに何が変わるのかを考察できることが、答えを導く論理的思考となります。次のスライド６は、二次消費者を最高次とおいた場合の変化を示しています。
スライド６：二次消費者を最高次として考えてみると・・・このように、最高次の消費者は捕食されないために被食量がありません。よって、二次消費者のG2＋D2＋R2＋F2＝一次消費者のC1となります。この段取りで、G＋D＋R＋Fを考えると、図にある“光合成に用いられた光エネルギー”と同じになるのです。
よって、解答は、“生産者”の“光合成に用いられた光エネルギー”としています。主語を付けることで、より採点者にわかりやすい正答となります。
“二次消費者”を最高次と仮定してみることが、正答を考えるための近道だった。また、記述問題のときは、問題文や図にある言葉をそのまま使ってよい場合もあるので、臆せずチャレンジしてみよう。
問５．１つ１つ正確に計算していこう！
以下の表は、各栄養段階におけるエネルギー量を数値で表している、この表において空欄となっている部分の数値を答えなさい。
| 栄養段階 | ② | ① | R | C | D | F | G |
| 生産者 | 135 | (a) | 20 | 90 | 10 | なし | (b) |
| 一次消費者 | (c) | (d) | 13 | (e) | 4 | 16 | 17 |
| 二次消費者 | (f) | 23 | (g) | 8 | (h) | 5 | 10 |
この問題は表の読み取り問題と計算問題になります。問５の表のそれぞれの項目は記号になっているので、問１および問２で項目を答えることができていることが前提条件になります。
計算で使う式（公式）は、次のスライドようになります。
スライド７：問５で使う計算式（公式）のまとめこんなにたくさんの言葉で式を表さないといけないのかと思うと思いますが、式は問題の図を見れば立てることができます。ただし、そのときに問１、問２、問３で〇〇量を答えることができていることが前提です。
空白がたくさんあるのでどれから答えればよいか戸惑うと思いますが、今回の場合は生産者 → 一次消費者 → 二次消費者の順番で解いていくのが早いです。
あとは式に当てはめて答えてみましょう。もう一度問５の表をここに載せておくので、その下の式と見比べてみましょう。
スライド８：問５の表と計算式を見比べてみよう。- (a)＝20+90+10＝115
- (b)＝135－(20+90+10)＝15
- (c)＝90－16＝74
- (d)＝74－13＝61
- (e)＝61－(4+17)＝40
- (f)＝(e)ー５＝35（※ミスをしていたので修正しました）
- (g)＝35－23＝12（※ミスをしていたので修正しました）
- (h)＝23ー(8+10)＝5
このような形式で解くことができます。わからなかった人は、今一度自分の手を動かして解きなおしてみましょう。
上記の解説が雑だなと管理人自身が感じたので、時間があるうちに解説しなおしたいと思っています。（2019年12月2日）
式は覚えておいてもよいが、図から導くことも可能である。この問題も、問１から問３までの過程で〇〇量を正しく答えることができたかどうかが、正誤を分ける。
問６．初めてエネルギー効率を見た人は理解しておこう！
二次消費者のエネルギー効率は何％か。四捨五入して小数点第一位まで求めよ。
この問題は知識問題と計算問題です。問題を解くためには計算をすればよいのですが、公式を知っている必要があります。または、“エネルギー”を総生産量とみなすという考察ができればよいのですが、実際そのように考えることができる人はごく僅かでしょう。なので、今回を機にエネルギー効率の公式を覚えましょう。
エネルギー効率の公式は、次のスライド９のようになります。生産者と消費者で少し公式が異なります。
スライド９：エネルギー効率の公式今回は二次消費者のエネルギー効率を答えるので、下の消費者の公式に、“二次消費者の同化量”と“一次消費者の同化量”を代入すればよいだけです。ただし、この同化量は問５で(c)、(f)と空白となっているので、問５を正答しなければ正しい数値を導くことはできません。
式は次のスライド９のようになります。
スライド１０：問６の計算式※問５の(f)のミス修正にあたり、スライド10の計算式も修正しています。
問題文にある通り、小数点第二位まで計算して四捨五入した数値を答えることになります。
エネルギー効率の公式を知っておくことも大事だが、問５の表の数値を正しく答えることができたかどうかでも正誤を分かつことになる。
総括
解説のなかで何度か述べましたが、図中の記号の〇〇量を正しく答えることができたかどうかが一番の鍵です。それができていなければ、問５と問６を答えることはできません。なので、やはり〇〇量はすべて覚えておくことが重要になります。教科書やWebにある図をよく確認しておきましょう。
なお、問１、問２、問３、問５は基本なので、正答できるようになりましょう。難関大を目指す人は、まず問６でエネルギー効率の公式を覚えておきましょう。記述問題を完璧に解くことは難しいので、今回の問題では問４が一番の捨て問だと思います。
おわりに
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以上でこの記事は終わりです。ご視聴ありがとうございました。
問題を解かせていただきました。問5の（ｆ）ですが、摂食量から不消化排出量を引くため、40-5となり、35になるのではないでしょうか？
確認したいと思い、メールを打たせていただきました。
コメントありがとうございます。
ご指摘の通りで、管理人のミスでした。
急ぎ修正したいと思います。
ご協力のほど、ありがとうございました。
こんにちは。いつも見させていただいてます。問5の(g)、(h)の求め方がわかりません(><)
ご解説よろしくお願いします。
シャンシャン様
コメントありがとうございます。
(g)は管理人のミスでした。
(g)＝二次消費者の呼吸量＝二次消費者の総生産量（同化量）－二次消費者の純生産量＝35(f)－23＝12
スライド７の2つ目の☆二行目を、消費者で使う形です。
(h)は解答は合っていますが、(g)により混乱してしまうようなものになっていました。
(h)＝二次消費者の死滅量＝二次消費者の純生産量－（二次消費者の成長量＋二次消費者の被食量）＝23－（10＋8）＝5
スライド７の2つ目の☆一行目を、これも消費者で使う形です。
(g)の解答は、急ぎ訂正します。
改めて見ると、スライド８後の計算式一覧は、管理人視点でかなり雑に感じました。
また、スライド７も訂正した方がよさそうだと感じました。
時間に余裕があるときにつくり直したいと思います。
間違いとミスリードに関して、ご迷惑をかけ、誠に申し訳ありませんでした。
その他、ミスや疑問がある際は、遠慮なくコメントまたはお問い合わせからご連絡ください。
これからも高校生物の学び舎をよろしくお願い致します。
管理人シカマルより
問6の消費者のエネルギー効率が
f＝35になったため
35/74になるのではないでしょうか？
分子 40× 35◯
やまめ 様
コメントありがとうございます。
ご指摘の通り、問６は問５(f)の修正に伴い、変更する必要がありました。
急ぎ問６を修正した次第です。
間違いを指摘して下さって、誠にありがとうございました。
これからも高校生物の学び舎をよろしくお願い致します。
管理人シカマルより
問5のcが90になるのではないかと思ったんですが答えが74でどうしてそうなるのか分かりません
丁寧に教えてくださるとありがたいです
たくま 様
コメントおよびご質問ありがとうございます。
返事が遅れたこと、お詫び申し上げます。
(C)については、問５の表から一次消費者の“総生産量”と捉えることができます。
消費者における“総生産量”は、実際は消費者の同化量のことを指しています。
（問１の解説画像で説明しております。）
そして、一次消費者の同化量は、
一次消費者の同化量＝摂食量ー不消化排出量
という式となります。
このことから(c)を求める式は、
(C)＝(生産者C)ー(一次消費者F)＝90ー16＝74
というようになります。
消費者の“総生産量”が実際は同化量であることは、教科書で確認することをおすすめします。
私も見てみましたが、第一学習社の高校生物の教科書には補足の細かい字で書いてありました。
以上が返信の解説となります。
ご参考になりましたら幸いです。
今後とも高校生物の学び舎をよろしくお願いいたします。
重ねまして、返事が遅れて申し訳ありませんでした。
管理人シカマルより
私は高一なのですが、G,D,R,Fの総和を求める問題が分からず調べたところ、このサイトに行き着き最終的に理解することが出来ました。このサイトは神です。全人類が見た方がいいです。