〈第 64 回 静岡県学生科学賞県教育長賞〉

藍染の研究 いろいろな条件で染まる秘密を探ろう
浜松市立初生小学校
６年 寺田 環１ 研究を始めた理由と目的
５年次の研究で葉の中の酵素は高温で死ぬこと、40℃でよく働き 20℃以下の低温では働きがにぶることが分かったが、低温では酵素が死んだのか、働きがにぶっただけなのかははっきりしていない。
一方、インディカン液を長時間放置すると染まらなくなることも分かったが、温度と酵素の働きに関する実験は半日かけて行ったため長時間放置の影響が出ている可能性もあった。
（文献６）
４年次の研究ではタデアイ以外の葉に含まれる酵素の働きを調べる目的でブドウの葉を調査した。
インディカンを分解する効果は確認できなかったが（文献５）、文献１、２からトウモロコシの子葉鞘にインディカンを分解する成分が含まれていることを知り実際に調べてみたいと思った。
実験全体を通してインドキシルがインディゴに変化して青くなるためには酸素が必要であるという前提で染色作業の後に十分に風に当てるなどの操作を行ってきたが、酸素の必要性は実験的に確認できていなかった。また、十分に生長したタデアイの葉にインディカンが多く含まれているという事は実験を通して確認されていたが、子葉や未成熟の本葉などにインディカンが含まれているのかという見方はしてこなかった。これらの事を確認するため、次のことを実験して調べることにした。
（１） アイの葉の成長とともに、いつからインディカンと酵素が葉の中に作られるのか（２）ア インディカン液と酵素液の安定性
イ 酵素液の低温での特性
ウ アイ以外の植物でインディカンを分解するものがあるのか（３）酸素が無い状態での染まり方の違い
２ 実験方法と結果（１） インディカンと酵素を含む葉の押し葉が青くなることを利用し、様々な条件の押し葉の色から、インディカンと酵素の有無を調べる。予想と結果は表１のようになった。
表１ 葉の部位とインディカン／酵素の有無を調べる実験 予想と結果

B：双葉
第 1 本葉出た後変化なし/変化なし

G：第 1 本葉
草丈 30 ㎝時

C：第１本葉第２本葉出る前変化なし/変化なし

H：最頂部本葉
草丈 30cm 時

D：第１本葉第２本葉出た後青くなる/変化なし

I：最頂部本葉H にアルミ箔で遮光し数日生育後

E：第２本葉青くなる/少し青くなった

J：最頂部本葉
アルミ箔で遮光したまま出たもの

図

予想/結果
青くなる
/濃い青色
30cm

条件
F：第 4 本葉30cm

予想/結果
変化なし
/変化なし

30cm

図30cm

条件
A：双葉
第 1 本葉出る前青くなる/青くなった
変化なし
/濃い青色
変化なし
/濃い青色
変化なし
/濃い青色

（２）ア 以下の手順でインディカン液と酵素液の安定性を調査した。予想と結果を表２に示す。
（ア）タデアイの生葉 2.8g を電子レンジ 500W で 30 秒加熱し葉中の酵素を殺し、これを水40mL とミキサーにかけ不織布でこす。これを「インディカン液」とする。
（イ）生葉 1.4g と水 20mL をミキサーにかけ不織布でこし、魚飼育用ポンプで 1 時間送気をする。これを「酵素液」とする。
（ウ）インディカン液と酵素液を、作成直後、３時間後、６時間後、11 時間後のタイミン
グで混ぜ、16 通りの組合せについて真綿の染まり具合を観察する。
表２ インディカン液と酵素液の安定性の実験
予想／結果
作成直後
◎／◎
◎／〇
〇／〇
×／×

◎よく染まる 〇少し染まる ×染まらない

インディカン液

作成直後
３時間後
６時間後
11 時間後

酵素液
３時間後
６時間後
◎／◎
◎／◎
〇／〇
〇／×
〇／×
〇／×
×／×
×／×

11 時間後
×／◎
×／×
×／×
×／×

表３ 温度による染まり方の違い実験
イ インディカン液と酵素液を混ぜ条件
予想／結果る時の温度条件を変えて４種類行う。
A:０℃に保ったまま混ぜる
×／×
B:20℃に保ったまま混ぜる◎／〇
条件／予想／結果を表３に示す。
C:０℃にした後、30℃に戻してから混ぜる◎／◎
D:低温にはせず、30℃に保ったっま混ぜる◎／◎
ウ トウモロコシの子葉鞘などにイ
ンディカンを分解する成分が含まれるのかを調べる。
（ア）暗所でイネ科種子（極甘スイート／ポップコーン／エンバク）を水耕栽培で発芽後、その根、種子、子葉鞘を部位ごと、あるいは全体をミキサーで混ぜて水溶液とする。
（イ）その液とインディカン液を混ぜ、真綿が染まるかどうかを観察する｡
実験に用いた部位、重量、水量の条件と実験の予想と結果を表４に示す。
ポリエチレン袋

観察窓

段ボール箱

操作用穴

図１ 実験装置

表４ アイ以外のインディカン分解酵素の実験
種子
トウモロコシ（極甘スイート）
ポップコーン
エンバク

部位
根
種子
子葉鞘
根、種子、子葉鞘

部位重量0.7g
0.7g
0.7g
35g
2.6g

水20mL
20mL
20mL
40mL
20mL

予想／結果
×／×
×／×
◎／×◎／××／×

表５ 酸素の有無による染まり方の違いの実験

条件
予想／結果
（３）酸素の有無による染まり方の違いを調べる
酸素あり◎／◎ため、図１の実験装置を作った。観察窓をあけた
酸素なし（二酸化炭素中）×／〇
段ボール箱をポリエチレン製の袋でおおい、ドライアイスを用いて内部を二酸化炭素で満たした。
生葉と水をミキサーにかける作業から染色後の風当て、水洗までを全て装置内で行った。予想と結果を表５に示す。
３ 考察（１） 「インディカンと酵素が葉の中でいつできるのか」についての考察
・A,B,C,D の葉は青くならなかったことから、この時期の葉には「インディカンと酵素が両方いない」、もしくは、「どちらかがいない」と考えられる。
・E と F、D と G は同じ部分なのに色が異なることから、生長とともにインディカンと酵素が作られたと考えられる。
・C と H はどちらも出たばかりの本葉であるが、H だけが青くなった。このことから、生長とともにインディカンと酵素が作られやすくなると考えられる。
・H と I はどちらも青くなった。このことから葉に蓄えられたインディカンと酵素は日光を当てずに放置しておいてもなくならない。ジャガイモの葉のデンプンは芋などに送られているが（文献４）、タデアイの場合葉の中のインディカンや酵素は移動しないか別の葉で作られたものが絶えず送られているか、日光とは関係なく作られるものであると考えられる。
・全く日光に当てずに成長させた葉 J は青くなった。これは他の葉からインディカンや酵素が送られてきたか、日光は関係なく自力でインディカンと酵素を作ったかのどちらかと考えられる。
（２）ア 「インディカン液と酵素液の安定性」についての考察

（ア）インディカン液が作成直後の場合、酵素液はどの条件でもよく染まった。このことか
ら、酵素液は時間がたっても変化は起きにくいと考えられる。
（イ）インディカン液は作成直後でないとあまり染まらなかったことから、インディカン液は時間がたつと変化しやすいと考えられる。染まらなくなる理由を次のように考えた。
① インディカン液は時間をかけてインドキシルに分解され、染める前にインディゴになってしまう。
② インディカン液にわずかに残っていた酵素が時間をかけてインディカンを分解した。
③ インディカンがいなくなり（空気中に蒸発したなど）、インドキシルができなかった。
（ウ）酵素は半日放置しても特に染まり方に変化はないが、インディカン液はとても不安定のため、作ってすぐに実験をしたほうが良いと考えられる。
（エ）5 年次の温度と染まり方の実験で、０℃、20℃が染まらなかった（文献６）のは温度の影響の他にインディカン液が古くなっていたことも原因の１つと考えられる。
イ 「酵素の低温での特性」についての考察
安定性の実験結果をもとに、インディカン液の作成後すぐに実験を行うようにしたので、変化の影響はないという前提で考察できる。
（ア）０℃で染まらないことから低温では酵素が上手く働かないと考えられる。
（イ）０℃から 30℃に戻したものはよく染まることから、低温にしても酵素は生きており、働きがにぶくなっているだけと考えられる。
ウ 「アイ以外の植物でインディカンを分解するものがあるのか」に関する考察
発芽トウモロコシの根／種子／子葉鞘のどの部位でもインディカンを分解する結果は得られなかった。これは文献２の内容と異なり別の原因があると考えられる。
（ア）トウモロコシの種類が文献とは違うこと。文献２では Zea mays L.（飼料用）を使用。
（イ）トウモロコシの量が少ないこと。
（ただし、0.7g と 35g の 2 種類の条件でも染まり方が変わらなかったことから、量による問題とは考えにくい。
）（ウ）本実験では水と一緒にミキサーで混ぜただけのものを使ったが、文献２ではトウモロコシの子葉鞘をアルコールを用いて特殊処理をしており、これが大切なのかもしれない。
（エ）エンバクの場合も同様に染まらなかったが、これも文献２と同じ処理をしたらどうなるのかは分かっていない。
（３）「酸素が無い状態での染まり方の違い」についての考察
酸素なしの条件ではインディゴになる割合が減ったため染まりにくくなったと考えられる。
４ 今後もっと知りたいこと（１）若い葉にはインディカンと酵素どちらかがいないのか、両方いないのか。
（２）もっと低い温度にしたら酵素は死んでしまうのか。
（３）トウモロコシに含まれるタンパク質でインディカンを分解するにはどうすればよいのか。
５ 参考文献（１）タデ科植物アイのインジカン代謝／南 善子／化学と生物 Vol.39-No.3-2001 P202-207（２）A protein from maize labeled with azido-IAA has novel β-glucosidase activity／
N.Campos／The Plant Journal(1992)2(5) P675-684（３）つくってあそぼう 26 あいぞめの絵本 農文協／編 山崎 和樹（４）たのしい理科６年 大日本図書／有馬 朗人ら（５）あいぞめの研究２カイコを育ててきぬをそめよう／寺田環／
静岡県小・中学校児童生徒 理科研究発表論文集 2018 年版 P102
（６）あいぞめの研究 酵素の働きを調べよう／寺田環／
静岡県小・中・高等学校児童生徒 理科研究発表論文集 2019 年版 P40-42