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生物編

目次

 1.腕と足の骨格の模型

 2.骨格と筋肉の収縮を組み合わせたモデル 

 3.肺呼吸のモデル

 4.内臓の紙模型

 5.アミラーゼによるデンプンの分解と糖の生成

 6.カタラーゼの働き

 7. 盲斑の確認

 8. 盲斑の形を調べる

 9. DNAの二重らせん構造

10. DNAの抽出

11.植物の生産構造

1 腕と足の骨格の模型 トップへ

ねらい 下腕と下脚にはそれぞれ二本の骨がある。これはなぜか理解する。
材料 ストロー(細いものと太いもの) セロテープ
方法 細いストローを図のようにストロー1本分の間隔を開けて、間にストローを入

れてセロテープで留める。手首の部分も同様に作る。

2 骨格と筋肉の収縮を組み合わせたモデル トップへ

ねらい 筋肉の収縮はゴムが伸び縮みするように収縮すると理解していることが多い。実際は筋肉の2種類の繊維が滑りこみ収縮することをストローでモデルを作り理解する。
材料 ストロー(太いストローと細いストロー) セロテープ カラーペン
改良点 骨格のモデルに加えて、太いストローと細いストローで滑り込みを可能にし、上腕の上の筋肉が収縮するときに下の筋肉は弛緩することがわかるようにする。
方法 細いストローを赤色で着色する。実験1で作った骨格のストローに図のように上腕の骨に細い赤ストロー(筋原繊維アクチン)と太い白ストロー(筋原繊維ミオシン)を組み合わせ、細いストローが太いストローに滑り込み、上と下で反対の滑り込みの動きになるようにセロテープで固定する。

3 肺呼吸のモデル トップへ

ねらい 肺呼吸は胸の内部圧と肺内の圧力の差により行われていることを理解する。
材料 小さいペットボトル ストロー 輪ゴム 接着剤
方法 1 ペットボトルの底を切り取り、風船の口より少し下を切り取り

ボトルの底にはめセロテープで留める。

2 ストローが入る穴をペットボトルの蓋に開ける。ストローの端に風船を輪

ゴムなど空気が漏れないようにとめ、ボトルに入れる。ストローを蓋に接

着し空気漏れがないようにする。

3 下の風船を引いたり押したりして、中の風船を観察する。

結果 下の風船を引くと、風船が膨らみ、押すと縮む。

説明

内部の風船は外側と同じ空気が入っているので大気圧(1気圧)である。下の風船を引くと、ボトル内部の体積は大きくなるので減圧し1気圧よりも小さくなる。内部の風船の気圧

は周囲の大気圧と同じなので、ボトル内部の圧力よりも相対的に大きくなり、周囲の大気に押されて膨らむことになる。この実験は人の肺呼吸の説明でよく使われる。下の風船が横隔膜で、息を吸うと横隔膜が下がり、胸の内部の圧力が下がり、肺は大気とつながっているので大気圧と考えてよく、肺内部の方が相対的に圧力が大きくなるので、空気が肺に入ってくる。息を吐くと横隔膜は上がり、胸の内部の体積は小さくなるので、圧力は大きくなり肺から空気を押し出す。無意識の呼吸でも息を吸う時に横隔膜は下がり、空気が自然に肺に入り、吐く時には横隔膜が上がり、二酸化炭素の多い呼気が押し出される仕組みになっている。

4 内臓の紙模型 トップへ

ねらい 人体の内臓の配置を紙模型から理解する
材料 市販の紙模型 色鉛筆(18色があると望ましい)はさみ のり
方法 紙模型の手順に従い製作する。

5 アミラーゼによるデンプンの分解と糖の生成 トップへ

 唾液中のアミラーゼの働き

ねらい 唾液中のアミラーゼがデンプンを分解し、糖を生成することを確認し、その働

きがpHと温度によりどのような影響を受けるのか調べる。

実験1 ヨウ素デンプン反応の温度の影響

材料 デンプン溶液 唾液 ヨウ素ヨウ化カリウム水溶液(なければヨウ素の入っ

たうがい薬)試験管 ビーカー ブンゼンバーナー(アルコールランプ)

マッチ

方法 1 デンプン溶液の調整 デンプンを少量水50mLに溶かす。不溶性デンプ

ンは加熱しできるだけ溶解する。

2 うがい薬の調整 試験管かビーカーに適量水を入れ、うがい薬を褐色に着

色するように適量入れる。

3 試験管にデンプン溶液を3.0mL入れ、ヨウ素ヨウ化カリウム溶液を数滴

入れ、青色のヨウ素デンプン反応を確認する。

4 ビーカーに水を入れ加熱、青色に発色した試験管をビーカーに入れる。温

度を記録する。透明になったら水を入れたビーカーで冷却し、温度を測定

し温度の違いによる青発色の違いを確認する

説明

 加熱するとヨウ素分子がらせん構造から外れ、青色が消える。グルコース6個で一巻

きのらせん構造をつくる。

デンプンは水溶性のアミロース不溶性のアミロペクチンの混合物で、デンプンの種類によって割合は異なる。普通のデンプンは、アミロースが約20~30%含まれ、アミロペクチンは約75~80%である。モチ米はほぼ100%アミロペクチンからなる。

アミロース:熱水に溶け、グルコースが直線状に結合しらせん構造をする。ヨウ素がこのら

せん構造の中に入りヨウ素デンプン反応を呈し青色に発色する。

アミロペクチン:熱水に溶けにくく、グルコースが直線状に結合するのではなく、枝分かれ

構造をした結合で、ヨウ素デンプン反応は赤色

実験2 唾液中のアミラーゼによるデンプンの分解と糖の生成

材料 アルコールランプ デンプン溶液 唾液 ヨウ素ヨウ化カリウム水溶液(なけ

ればヨウ素の入ったうがい薬) ベネジェクト溶液 試験管 アルコールラン

プ マッチ 沸騰石

方法 唾液溶液の調整:ビーカーに水を25mL入れ、この水を口に入れて30秒唾液を

含ませる。その後ビーカーに戻す。pHは万能試験紙で調べる。pH=7.0

1 二本の試験管にデンプン溶液を約3.0mL入れ、ヨウ素ヨウ化カリウム溶液を

入れ、青く発色させる。

2 1本は対照とし水を2.0mL入れ、もう一本には唾液溶液を約2.0mL入れる。

青色が消えるまで添加する。pHを測定する。

3 ベネジェクト溶液を0.5mL入れ、アルコールランプで加熱し色の変化を観察

する。この時に沸騰石を必ず使用する。沸騰石(ない場合は素焼きの小片、今

回は煉瓦の小片を使用)

結果 対照は色の変化はなくデンプンの分解、糖の生成は見られないが、唾液溶液添加ではデンプンの分解、糖の生成が確認できる。唾液中のアミラーゼの働きが理解出来る。

説明

 アミラーゼはデンプンを加水分解する酵素の総称で生物に広く分布する。アミラーゼはデンプンをマルトース(麦芽糖)に分解する消化酵素の総称で、唾液中にはマルターゼやオキシターゼがある。マルトースはグルコースが二分子結合した二糖類で、アミラーゼは、グルコースの長い鎖状の繋がりを二分子に短く切断する働きをする。唾液による青色の褪色は、唾液中のアミラーゼの働きで、アミロースのらせん構造が短くなったり消失したりして、ヨウ素デンプン反応を呈しなくなったことを示す。ベネジェクト反応は、2価の銅イオン(青色)と還元糖を加熱反応させると1価の銅イオン(赤褐色)に還元される反応で、デンプンが還元糖に変化したことを示す。発色は還元糖が少ないと黄緑色や黄土色になるので必ずしも赤褐色に変化するわけではなく色の変化に注意する。

実験3 アミラーゼの働きのpHの影響

材料 デンプン溶液 唾液 ヨウ素ヨウ化カリウム水溶液(なければヨウ素の入った

うがい薬)2M塩酸 2M水酸化ナトリウム水溶液 試験管 アルコールランプ

マッチ

方法 1 3本の試験管にデンプン溶液を3.0mLを入れ、そのうちの2本に希塩酸、

希水酸化ナトリウム溶液を5滴加え、万能pH試験紙でpHを測定する。

2 各試験管にヨウ素ヨウ化カリウム溶液を5滴加え、唾液溶液を約0.5mLを

加える。

3 ベネジェクト溶液を0.5mL加えた後、約3分間加熱する。

結果 1 pHは対照はpH7、希塩酸添加はpH2、水酸化ナトリウム添加はpH11である。

2 ヨウ素ヨウ化カリウム溶液を添加すると、対照と希塩酸添加では青色にな

りヨウ素デンプン示し、水酸化ナトリウム溶液添加では青くならなかった。

塩基性条件下ではヨウ素デンプンプン反応が阻害された。

3 唾液溶液を加え、対照ではでんぷんが分解されたが、pH2の酸性条件下では

デンプンは分解されなかった。

4 加熱後、対照は黄緑色になり糖の生成を示し、他の二本は色の変化は示さなかった。

対照のpH7の中性条件では唾液中のアミラーゼが働き、デンプンを糖に分解し、糖の生成

が確認できた。しかし、pH2、pH11の酸性、塩基性条件では、糖の生成は確認できず、ア

ミラーゼは酵素としての働きは示さなかった。口腔の中はpH7の中性であり、アミラーゼ

が働くのに適しているが、胃の中は酸性であり、呑み込んだ食べ物は胃の中では糖(麦芽糖)

に分解されない。よく噛んで食べるというのは口の中でデンプンを麦芽糖に分解するため

に意味がある。

実験4 アミラーゼの働きの温度の影響

方法 1 唾液溶液を3分以上沸騰させ室温まで戻す。

2 二本の試験管にデンプン溶液を3.0mL入れ、ヨウ素ヨウ化カリウム溶液を

入れる。

3 A:1本には煮沸処理した唾液溶液を0.5mL入れる。もう1本には

B(対照):煮沸処理しない唾液溶液0.5mL入れて対照とする。

4 ベネジェクト溶液を入れて、アルコールランプで加熱し色の変化を観察する。

結果 1 A対照煮の沸処理した唾液ではヨウ素デンプン反応の青色が消えることはな

く、唾液を加熱するとアミラーゼの働きが失われた。Bの試験管では、唾液の働

きにより青色が消える。

2 ベネジェクト溶液を加熱すると、対照Bでは2分後黄緑色に、4分後黄土色

に変化し糖の生成を示すが、Aでは黄緑色に変化しない。これはデンプンが分解

されず糖の生成がないことを示す。唾液の煮沸処理によってアミラーゼが熱変性

し、その働きを失ったためであると考えられる。

実験5 野菜のデンプン分解実験

ねらい 野菜もデンプン分解酵素を持ち、糖を分解してエネルギーを生成していることを理解する。

簡便法 

材料 うがい薬、野菜(ジャガイモ タマネギ ニンジン キャベツ ホウレンソウな

ど)ジッパー付きの小さな袋、おろし金、炊いたお米

方法 1 うがい薬を水で茶褐色になるように適当に薄める。

2 小袋にお米を2~3粒入れ、野菜を擦りおろした野菜を入れよく揉むように混ぜる。ひと袋は対照として野菜を入れない。

3 各袋にうがい薬を入れてよく揉む。

説明 野菜の中にもデンプン分解酵素があることがわかる。教科書ではデンプン分解酵素を唾液で実験をするが、このデンプン分解酵素は、植物も持っていることを学習すべきである。生きるために糖を分解しエネルギーを生成していることは動物、植物に共通している。

ジャガイモ自身のヨウ素デンプン反応と分解反応

ねらい じゃがいもがヨウ素デンプン反応した後、自身でデンプン分解反応をし
方法 ジャガイモをすりおろし、うがい薬を入れて青色でヨウ素デンプン反応を確認する。しばらくそのまま静置する。
結果 青色が消える。じゃがいもが自らデンプンを分解していることが理解できる。

ベネジェクト液、試験管を用いる方法

実験1 

材料 ジャガイモ サツマイモ タマネギ ニンジン ホウレンソウ キャベツ 青

唐辛子 トマト 唾液 デンプン溶液 ヨウ素ヨウ化カリウム溶液(うがい薬)

ベネジェクト液

方法 デンプン溶液にヨウ素ヨウ化カリウム溶液を加えた後、唾液と野菜(5種類)を加える
結果 唾液と野菜を入れる前 青く発色

実験2

方法 唾液と野菜(8種類)を加えた後、ヨウ素ヨウ化カリウム溶液を加え、ベネジェクト液を加え加熱し糖の生成を確認する。

1 野菜を細かく切り乳鉢ですり潰す。

2 試験管にデンプン溶液を3.0mL入れ、対照は唾液、野菜を加えないものとする。すり潰した野菜を試験管にそれぞれ入れる。

3 ベネジェクト液を加え加熱する。

4 対照の水温とpHを測定する

野菜により発色には違いがあるが、黄緑色から黄土色に発色し糖の生成が示された。これは野菜の中にデンプン分解酵素が含まれており、デンプン溶液を分解し糖を生成していることが示された。色の変化は糖の量によって影響を受けているので赤褐色に近いものほど多くの糖を含んでいると考えられる。今回の実験ではニンジンが黄褐色に変化し多くのデンプン分解酵素を含んでいる結果になった。

まとめ

 デンプン分解酵素は学校の実験では動物の唾液に含まれていることで理解をするが、デンプンを合成する植物も持っていることがわかる。なぜ植物がデンプン分解酵素を持っているのか。植物も生活のためのエネルギーを生成するために合成した糖類を分解してエネルギーを取り出している。植物も糖の分解によりエネルギーを生成している点では動物と同じであることがわかる。

6 カタラーゼの働き トップへ

ねらい 過酸化水素水を分解する無機触媒の二酸化マンガンと酵素カタラーゼの働きについて比較し、カタラーゼには作用する適性条件があることを理解する
2H2O2 → 2H2O + O2
材料 ジャガイモ 過酸化水素水(3%) 二酸化マンガン 線香 マッチ ブン

ゼンバーナー(アルコールランプ)希塩酸(6M) 希水酸化ナトリウム水溶

液(6M)棒温度計

方法 (1)二酸化マンガンの無機触媒としての働き

1 試験管3本に過酸化水素水を4mL入れ、二本の試験管には希塩酸と希水酸化

ナトリウム水溶液を少量入れる。

2 3本の試験管に二酸化マンガンを少量入れる。

3 反応のある試験管に、火のついた線香を入れ変化を観察する。

4 対照とした中性条件で反応が終わった試験管をろ過し、改めて過酸化水素水を

加えた試験管に、二酸化マンガンが残ったろ紙を細かく切り入れて反応を観察

する。

5 別の試験管に過酸化水素水を入れ、これをブンゼンバーナーで加熱し沸騰後、

すぐに二酸化マンガンを入れ、その時の水温を測り反応を観察する。

結果 1 無機触媒としての二酸化マンガンは対照の中性pH7、酸性pH2、塩基性pH11の

どの条件でも、過酸化水素水の分解を促進し、線香に火がつき酸素が発生した

ことがわかる。

2 使用した二酸化マンガンを再利用しても過酸化水素水の分解は促進された。

3 加熱した試験管の水温は88℃で、この高温条件でも過酸化水素水の分解は促

進され、酸素の発生が確認できた。

無機触媒の二酸化マンガンの酸、塩基条件下での反応

(2)酵素カタラーゼの働き

方法 1 試験管3本に過酸化水素水を入れ、二本には希塩酸と希水酸化ナトリウム水溶

液を入れ、その後、すり潰したジャガイモを入れ反応を観察する。

2 対照(中性条件)の反応が終わった試験管をろ過し、過酸化水素水にろ紙に残

ったジャガイモを入れて反応を観察する。

3 過酸化水素水を加熱し水温を測り、ジャガイモを入れ反応を観察する。

4ジャガイモを試験管に入れて加熱し、過酸化水素水の中に入れ反応を観察する。

結果 1 ジャガイモを入れた場合、希塩酸pH2と希水酸化ナトリウムpH11では対照pH7のようには酸素の泡は発生しない。

2 一度使用したジャガイモを再利用しても過酸化水素水の分解は促進された。

3 試験管を加熱した場合、水温は78℃で酸素の発生は見られなかった。

4 加熱したジャガイモでは過酸化水素水と反応しなかった。

まとめ

1 無機触媒としての二酸化マンガンは酸性、塩基性条件に関わらず、また、高温でも過酸

化水素水の分解を促進する働きをすることがわかった。また、再度利用できることがわか

った。

2 ジャガイモに含まれる酵素カタラーゼは、酸性、塩基性条件、高温条件下では過酸化水

素水を分解する働きをしないことがわかった。カタラーゼが働く適性条件は、常温、中性

条件であることがわかった。また、再度利用できることが分かったが、反応は弱かった。

一般に、化学反応は温度が高いほど反応速度が大きくなる。生体内の反応では約40℃で酵素が最もよく働き、それ以上の温度では酵素タンパク質の立体構造が変化し、作用が低下する。また、pHによっては酵素タンパク質の立体構造が変化する。最適pHは酵素の種類によって異なるが、細胞質と同じpH7付近であるものが多い。

7 盲斑の確認 トップへ

ねらい 盲斑があることを実験から確かめる。
材料 盲斑確認カード
方法 1 右眼の正面にがくるようにカードを持つ。

2 左眼を閉じて、右眼でを見ながらカードを20cmくらい離して前後させる。

3 ●が見えなくなる位置があることがわかる。

説明 ●が見えなくなった時、●から出た光が盲斑に届き、見えなくなる。つまり●の像が

盲斑の位置に来た時、盲斑には視細胞がないため像としては見えなくなる。

 

8 盲斑の形を調べる  トップへ

ねらい 眼球の奥にある網膜には光を感じる視細胞が並んでいるが、光が当たった時の興奮を脳に送るための視神経が通っている場所には視細胞がなく光を感じない。その場所が盲斑であり、盲斑の形を調べる。
材料 B4サイズの白い用紙 ペン 定規 割り箸ぐらいの大きさの厚紙 二人一組
方法 1 白い用紙の右端に+印を濃く記入し、図のようにうすく水平線を引く。

2 被験者は+印の前80cmに左眼がくるように立ち、右眼を閉じて左眼で+印を見る。

3 助手は割り箸の縦長の厚紙の先に直径2mmくらいの赤点を付け、それをゆ

っくり水平線上を左に動かす。

4 助手は、被験者が赤点の見えなくなる点Aと再び見え始める点Bを、白紙

上に記録する。

5 AとBの中間点から垂線とその両側に斜線を等間隔になるように3本引く。

4と同様に各線上で厚紙を動かし、A点とB点を記録する。

6 各線のA点とB点を結んで描かれる形は盲斑を投影したものである。

9 DNAの二重らせん構造  トップへ

ねらい DNAの二重らせん構造を紙モデルで製作ししくみを理解する。
材料 DNA模型の紙 はさみ のり ペットボトル
方法 1 DNAの紙モデルの実線(-)を切断する。切込みの部分も切断する。

2 点線の部分は(…)はスジをつけて山折りにする。

3 接合部分の×を下にして、切込み部分を差し込み、ノリづけする。

4 3対の塩基の組み合わせにより特定のアミノ酸を指定しているので、アミノ酸の種類が自分でもわかるようにのり付けしていく。

塩基配列の例

 メチオ二ン(開始)T-A

A-T

C-G

グルタミン   G-C

T-A

C-G

ロイシン    G-C

A-T

T-A

停止      A-T

T-A

C-G

10 DNAの抽出  トップへ

ねらい DNAを果物や野菜から抽出する
材料 タマネギ バナナ エタノール 中性洗剤 ビーカー 乳鉢 ガーゼ ガラス棒

方法 タマネギ

1 タマネギをみじん切りにし、乳鉢で潰す。中性洗剤を数滴入れる。

2 ビーカーにガーゼで濾して水を30mL入れて、塩を5g入れてゆっくり混ぜる。

3 ろ過量の2倍のエタノールを静かに入れる。この時かき混ぜない。

4 ビーカーをゆっくり振るとエタノールと溶液の境界に白い物質が現れる。

バナナ

1 バナナを細かくし潰してビーカーに入れ、 10%の塩水をバナナが浸るまで入

れる。

2 ガーゼでろ過し、中性洗剤を数滴入れる。この時かき混ぜない。

3 ろ過液の2倍のエタノールを入れ静置する。エタノールと溶液の境界に白い

物質が現れる。

結果 白い物質がDNAである。

 

11 植物の生産構造  トップへ

ねらい 光合成による物質生産の面から見た植生の鉛直的な生産構造は、広葉型(双子葉)とイネ科型(単子葉)に分けられる。二つのタイプの生産構造を調査し、特徴を理解する。

層別刈り取り法 一定の高さごとに植物を刈り取り、同化器官(葉)と非同化器官(茎、花、根)に分けて、各層ごとの重量をはかり、生産構造図をつくる。

実施場所 アセラ教員養成大学(エチオピア)の敷地内

実施日時 2014年10月11日(土)イネ科植物 12日双子葉植物

方法 50cm2の方形枠内で層別刈り取り法に従い、上から10cmごとに刈り取り、実験室に持ち帰り同化器官(葉)と非同化器官(茎と花部)に分け、天秤で重量を測定する。

結果

広葉型の同化器官(葉)は上部に集中し、イネ科型のそれは下部に集中する傾向は見られた。広葉型は葉が広く群落の上部で大部分の光を吸収するため、下部の光量が急激に減少するためである。一方、イネ科型は葉が細長く、光が群落の下部まで届き、下部でも光合成を行うことができるので下部の生産量が多くなっている。

 

 

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