2024年6月の記事一覧

６月２５日（火）Advanced Science　生命科学分野を実施しました。今回のテーマは、「金属イオンがゾウリムシの繊毛運動に与える影響」です。慶応義塾大学の実験を参考にさせていただきました。

すべての真核生物の繊毛は、中心に２本の微小管とその周囲に９本の二連微小管から形成されています。この二連微小管に結合するダイニンがATPを分解し、隣り合う二連微小管上を滑ることで繊毛が動きます。繊毛の動きは、ダイニンのATP解酵素活性と深く関係しており、この酵素は、Mg2＋（マグネシウムイオン）やCa2＋(カルシウムイオン)で活性化され、Ni2＋（ニッケルイオン）で阻害されます。Ni2＋により停止した繊毛運動が、他の金属イオンを用いることで回復するかどうか遊泳行動を観察して調べることで、各種金属イオンの繊毛運動に与える効果を考察することを目的としました。

実験では、まず100 mMのNiSO4水溶液を作成し、それを希釈することで0.5 mM、0.3 mM、0.1 mM、0.02 mMのNiSO4水溶液を作成しました。次にマイクロピペッターでゾウリムシ懸濁液を75μLを時計皿に取り、実体顕微鏡で観察し動きを確認しました。その後、0.02mMのNiSO4水溶液を75μLを加え、3分間は連続で観察をおこない、その後は、3分おきに12分まで観察しました。遊泳速度や泳ぎ方の変化に注意して観察すると共にゾウリムシの半数が遊泳を停止した時間を記録できるようにしました。また、0.1 mM、0.3 mM、0.5 mMの濃度のNiSO4水溶液で同じ操作を行い、観察を行いました。

 結果は、0.02 mMでは、動きがゆっくりになり、0.1 mMではくるくる回る本来の動きがなくなり、同じところを行ったり来たりする動きになり、0.3 mMや0.5 mMでは、3分でほとんどの個体が動かなくなりました。

Ni2＋（ニッケルイオン）の濃度により、動きの変化や時間により動かなくなっていくゾウリムシを観察し、顕微鏡を見ながら「動かなくなった」「動きが変わった」と声を発するほど、生徒たちは興味を惹かれていました。 

次に、ゾウリムシ懸濁液75μLを時計皿に取り、0.2mM NiSO4を75μLを加え、すべてのゾウリムシの動きを止め、100mMのCaCl2、MgCl2、BaCl2、並びに蒸留水を75μL加え、3分までは連続観察し、その後は、6分後、10分後の様子を観察・記録し、動いていたゾウリムシの割合を記入しました。

結果は、Ca2＋(カルシウムイオン)では、６分後には動きが活発になり、１０分後には本来の動きに戻る場合が多く、 Mg2＋（マグネシウムイオン）では動きは回復するんものの、１０分後に本来の動きになる個体は半分程度でした。Ba2＋（バリウムイオン）では、やや回復するものの動きが戻った個体は２０％～３０％でした。

金属イオンにより動きの回復がみられるものの、金属イオンの種類により回復の様子が異なっており、生徒たちは金属イオンの影響を非常に面白く感じていました。

この実験は動きの違いや時間による変化が見られ、生徒の興味関心を惹くことができ、金属イオンが代謝に与える影響についての導入実験になると感じました。今後、他の原生生物で実験を行うなど新たな教材開発に挑戦してみたいです。

ゾウリムシについて説明しています　　　　　　マイクロピペットを扱います　　　　ゾウリムシの動きがよく分かります

６月１８日（火）Advanced Science　高大連携授業　生命科学分野として、先週に引き続き徳島大学教養教育院 教授 渡部 稔 先生の所へ訪問させていただきました。本日のテーマは「電気泳動にてお米のDNA断片を分析しよう」です。先週PCR法にて増幅したDNA断片を本日は電気泳動にてDNA断片の長さに応じて分離し、分析します。初めに、先週増幅したDNA断片をDNA分子マーカーと共に電気泳動にかけました。すべての生徒がアガロースゲルのウェルに流し込むことに成功し、電気を流しました。通電してるかどうかは、電極を見れば分かります。+極には酸素、-極には水素が泡となって発生していると電気が流れている証拠です。通電している間に、電気泳動の仕組みを説明していただくと共に、２つ目の実験を用意していただいていました。

２つ目の実験は「プラナリアの再生実験」です。プラナリアは驚異の再生力を持ち、小さく切り刻んでもそれぞれから再生し、新たな個体が生まれてきます。プラナリアが再生する仕組みは、磁石のN極S極の仕組みと同じで、小さく切断されれば、新たな位置情報が発生し、位置情報から体の部分が作り直されるとのことです。生徒達は不思議な再生能力を持つプラナリアに興味を惹かれ、プラナリアをどのように切断するか思考をめぐらせていました。実際の切断では、手慣れた手さばきで上手に切断できていました。再生の結果は、後日写真を送ってくれるとのこと。生徒の興味関心を惹き、じっくり考えることができる非常に面白い教材であると感じました。また、学校でも実施してみたいと思いました。

さて、電気泳動はすべての生徒で成功。お米の品種分析は完璧でした。高大連携授業を通じて、大学での学びについて理解でき、さらに生命現象について、じっくりと考え、検証していく面白さを分かってもらったのではないでしょうか。引き続き、生命現象を教材として科学的な物の見方や考え方を育んでいきたいです。

PCRで増幅したDNA断片をアガロースゲル　通電させ、泳動させます　　プラナリアを実体顕微鏡で見ながら切断します

のウェルに入れています。

氷の上にろ紙を置き、動きを止めます　　　　　　　上手く切断できました

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　プラナリアは大きくなると自然に切断され、２匹になるそうです

このように切り刻むと　　　　　　　　　　１０日後　合計１０匹のプラナリアができました（全部目があります）

紫外線を照射し、アガロースゲル上のDNAのバンドを見る　　 A:２つのDNA断片のバンドがあるもの(ひとめぼれ）

装置です　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 B:長いDNA断片のバンドがあるもの(あきたこまち）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 C:短いDNA断片のバンドがあるもの(コシヒカリ）

6月17日（月）日本時間13：30～15：00、本校応用数理科207HRと台湾国立竹南高級中学の203HR（BiomedicalClass）生徒と第２回目オンライン交流を行いました。

今回はEndemic Species（固有種）についての発表です。Microsoftチームズでそれぞれのブレイクアウトルームに分かれ、グループごとに発表を行いました。前回の反省を生かし、事前準備としてEndemic Species（固有種）について、それぞれのグループで調べ、スライドの作成を行い、発表練習を行ってきました。また、Microsoftチームズを使った発表練習を行い、準備をしてきました。通信やグループ分けのトラブルもありましたが、何とか発表できました。次は、海外研修に参加する人の紹介と現地で発表する課題研究の内容を説明を行う予定です。オンラインでの交流を継続して、より効果の高い１２月の海外研修が実施できるよう取り組みを進めていきます。さらに今後は共同研究の実施や合同発表、また課題研究の手法の伝達など、サイエンスや探究活動を通じた国際交流を実施できればと考えています。

　６月１８日（火）１４時から１７時にかけて、徳島文理大学薬学部にて北村圭先生並びに学生スタッフの方から、薬品合成実験としてアスピリンの合成を指導していただきました。高校の５限目が終了した後、生徒７名・教員１名が大学に移動しました。男女２つの班に分かれると簡単な自己紹介の後に実験の説明があり、サリチル酸からアセチルサリチル酸（アスピリン）を合成しました。

　サリチル酸を無水酢酸とじっくり反応させ、氷浴により冷却すると白色の結晶が得られました　これを吸引ろ過して結晶を生成した後、再びエタノールに溶かして不純物を取り除くと真っ白な結晶になりました。収率は男子４２％、女子が何と９１％もありました。その後、塩化鉄（Ⅲ）により未反応のフェノールを確認したり、各磁気共鳴装置NMRを用いて物質の構造を確認しました。

　生徒たちにとってとても有意義な時間を過ごせました。ありがとうございました。

6月11日（火）徳島大学教養教育院 教授 渡部 稔 先生の研究室へ訪問させていただき、Advanced Science　高大連携授業　生命科学を実施しました。今回のテーマは「お米の品種をDNA解析により調べよう」です。PCR法、電気泳動など先日理数生物探究で習った内容が盛りだくさんです。あきたこまち　と　ひとめぼれ　は　コシヒカリを親とした掛け合わせで品種が生み出されておりそれぞれの第６番染色体に存在する遺伝子の持ち方が異なっています。その部分をPCR法で増幅し、電気泳動でその存在を調べることで、品種が分かる仕組みです。基本的にウイルスのPCR検査やワカメの品種特定など同じ方法で行われています。

さて、最初はPCRでターゲットとする遺伝子領域を増幅します。まずPCRに必要な溶液をまぜ合わせマスターミックスを作ります。マスターミックス作成の際のタッピングやマイクロピペットの操作については、何回かしているのでしっかりできますね。その後、お米を砕き、それをPCR反応溶液が入ったマイクロチューブに入れ、PCRを行う機械であるサーマルサイクラーにセットし遺伝子増幅を行います。PCRは少し時間がかかるのでここまでです。

さらに、２種類のDNA断片を染色したものを電気泳動にかけ分析しました。２種類のDNA断片が移動していき、分離している様子がよく分かったと思います。来週は、自分たちが作ったDNA断片を電気泳動にかけます。果たして成功するでしょうか。楽しみです。

マスターミックスを作成しています　　お米を砕いてDNAを取り出しやすくします　砕いたお米をPCR溶液内に入れます

　遠心分離にかけ　　　　　　　　　　　PCRを行うサーマルサイクラー　　　最後に練習として電気泳動を行い

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　にセットします　　　　　　　　　　ました。青が長い断片、紫が短い断片です

6月9日（日）徳島大学にて生物学オリンピック講習会が行われました。本校から応用数理科2名普通科1名計3名が参加しました。午前中は高校生物学を学んだ後、観察・実験を行いました。受精卵の状態で、遺伝子変化を起こさせ作成したアルビノのイモリやアフリカツメガエルを観察したり、電気泳動を行ったりしました。電気泳動では、DNAの長さの違いによって、泳動距離が変わることを利用して、DNAの長さの分析ができることを理解しました。午後からは、過去問題についての解説講義を受講しました。本番は非常に難しいですが、論理的に深く考えることの面白みを理解し、楽しみながら取り組んで欲しいと思います。

アフリカツメガエルのアルビノ個体です　　　　　イベリアトゲイモリのアルビノ個体です。イベリアトゲイモリは

（部分的にアルビノになっている個体もいます）　年間通して繁殖し、生命力も高く、これからモデル生物として期待です

長さの違うDNAに色を入れ電気を流すと　　　　　　　長さの違いに応じて泳動距離が変わります

火曜日の応用数理科の授業Advanced Science生命科学分野　第一回目は、「花粉管の伸張とスクロース濃度」について、インパチェイス（アフリカホウセンカ）を材料に実験を行いました。スクロース濃度が0％、5%、10%、15%、20%、25%、30%の寒天培地を作成し、花粉を線上にまき、発芽率と花粉管が伸びた長さをミクロメーターで測定しました。結果はスクロース濃度は0％、5%、10%でよく伸び、15%以上で伸びにくくなり、30％では全く伸びていないことが分かりました。スクロース濃度が０％でも、吸水が起こりアフリカホウセンカの花粉管は伸張することが分かりました。発芽率は20%で14%(66/466)、25%で1.3%(3/232)で、0%～15%の平均52%より大きく低下しました。

インパチェンスの花粉管伸長は、寒天培地でなくても起こることが知られています。スクロース濃度０％の条件で、寒天の濃度を変数として下げていき、寒天と花粉管の伸長について調べてみたいと思いました。

また、2つ目の実験として、めしべをすり潰した抽出液をつくり、抽出液を塗った側と塗らなかった側についてどちらに伸張する割合が高いか実験を行う予定でしたが、時間がなくここまでになりました。

観察した結果を分析し、しっかり考察すれば、次の検証内容を考えることができ、より深い内容まで到達できます。

限られた時間の中ですが、放課後等も利用しながら、生徒達が自然現象についてじっくり考える機会を作っていきたいです。

寒天培地に蒔いた直後です。4カ所から花粉管が伸び　寒天培地に蒔いて２０分後です　

ようとしていて、そのうち1つが長く伸びます　　　　発芽率を求めると共にミクロメーターで長さを測定し、

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  平均の値を求めます

　毎週火曜日は応用数理科の授業「Advanced Science」があります。クラスが物理・化学・生物・地学の４分野に分かれて、様々な実験や体験を行います。高大連携実験教室もこのときに実施します。化学分野は物質科学という講座を設けて、６月中に４回の実験等を行います。

　最初ということで、モール（Mohr）法を用いて吉野川流域及び海岸線の塩分濃度を測定してみました。この沈殿滴定は、塩化銀AgCl（白色沈殿）とクロム酸銀Ag2CrO4（赤褐色沈殿）の溶解度積の差を利用して、塩化物イオンCl-の濃度を測る方法です。10倍にうすめた海水をコニカルビーカーにとり、少量のクロム酸カリウム水溶液を加えた後、褐色ビュレットを用いて硝酸銀水溶液を滴下します。当初は白色沈殿ばかり生成しますが、塩化物イオンがなくなるとクロム酸イオンが銀と反応して赤褐色沈殿が生成します。そこまでの硝酸銀の滴下量から塩分濃度が求められます。

　結果は以下の通りです。

　　旧吉野川橋直下　0.79％、　しらさぎ大橋直下　0.71％、　小松海岸　2.2％、　大神子海岸　2.4％　でした。

　この結果より吉野川河口から５ｋｍさかのぼった地点でも塩分が含まれており、汽水域であることが改めてわかりました。吉野川の冬の風物詩であるスジアオノリの養殖は、このような環境で行われています。

5月24日（金）13：30から徳島文理大学薬学部を訪問させていただき、ScienceIntroductionの授業として、応用数理科１年生１０７HRを対象に高大連携授業を行いました。入学して初めての高大連携講座であり、生徒たちも楽しみにしていました。

授業は、徳島文理大学薬学部機能形態学研究室　井上 正久教授が担当していただき「食作用と生体防御」をテーマに講義と実習行いました。最初は講義室にて、好中球やその他の食細胞の働きや、好中球の特徴である分葉核は、血管壁等をすり抜けるためのものであることを説明していただきました。

その後、実験室に移動し、マイクロピペット等を使い、血液飛沫標本を作製し、メイグリュンワルド・ギムザ染色により血液細胞を染色し、顕微鏡で観察しました。さらに、細菌感染させたマウスの筋組織の切片を作成し、細菌感染により変形した筋組織や細菌を排除しようとして好中球が集まっているところを観察しました。

実験の後は、研究室を訪問させていただき、X線解析機器の説明などを行っていたただきました。

生徒たちは、実習等充実した表情で取り組んでいました。大学での学びについて、具体的なイメージが持てたのではないでしょうか。高大連携授業により、高校での学びと大学での学びをつなげることで、生徒の主体的な学びを推進し、科学的な見方考え方を育成していきたいです。

生徒のポートフォリオより一部抜粋（高大連携授業により学んだこと）

「血液の成分(赤血球、白血球など)を実際に見て、白血球の核の仕組み(分葉)や血液内の赤血球と白血球の大きさの違い(白血球が赤血球の2倍ほど)を身近に感じることができました。また、初めて名前を聞いた染色液(メイグリュンワルド液、ギムザ染色液など)や器具を使用して、新たな技術や知識を身につけることができました。」

「前までは目先の進路である高校の事しか考えていなかったので全く大学のことが分からなかったが、この高大連携授業に行ってから大学に対するイメージが変わった。大学と言えばどこか堅いイメージがずっとあったが、授業内容は非常に面白く、先生方の説明も分かりやすかった。また授業を受けたいと思った。」

講義室で「食作用と生体防御」の講義をしていただきました　マイクロピペットを使い、血液飛沫標本を作製しました

顕微鏡の観察像をスマホで撮影しました

細菌感染したマウスの筋組織です　　　　　　　　ほとんどが赤血球ですが、赤紫色の白血球が見られます

（青色が好中球です、変形した筋組織も見られます）

研究室訪問を行い、化学合成でできた分子がイメージした形になっているか解析する機器等を見せていただきました。

5月20日（月）日本時間15：30～17：00、本校応用数理科207HRと海外研修で訪問している台湾国立竹南高級中学の203HR（BiomedicalClass）生徒とオンライン交流を行いました。国立竹南高級中学はBiomedicalClassがあり、理科教育に力を入れています。

今回のオンライン交流では、初めに竹南高級中学の呂淑美校長と本校の秋山教頭があいさつを行いました。その後、本校生徒と竹南高級中学の生徒がお互いに、自己紹介を行い、事前に作成しておいたSchoolLifeについての発表を行いました。発表や質疑はすべて英語で行いました。本校生徒は竹南高級中学203HRの生徒達の英語力の高さのみならず、物怖じせずに英語を話す姿に驚いていました。

次回はEndemic Species（固有種）についての発表になります。今回のことが非常に良い刺激になっており、次回の交流に向けて頑張る気持ちが芽生えているようでした。

また、事後にはメール等での交流方法について説明し、生徒達は早速個別交流の準備を行っていました。

オンライン交流は3回実施する予定です。柔軟性のある高校時代に海を越えた生徒同士交流することでダイバーシティへの理解はもちろん、理科教育や英語教育にお互い頑張っている姿を知ることで、科学英語の学習意欲の向上につながる機会としたいと思います。

本校の2人のALTも参加してもらい、オンライン交流（SchoolLifeの発表）を行いました。

ALTの2人が発表準備等サポートしていただきました。大変お世話になりました。

竹南高級中学では、カメラを設置し発表を行ったそうです。Smoothに英語を話しており、スライドもきれいに作られていました。本校生徒も負けないように頑張って欲しいです。