平成 30 年度 岩手県立総合教育センター

高等学校生物「遺伝子とその働き」
における観察・実験に関する研究

研究主題－遺伝子を扱う教材・教具の開発と活用方法の構築を通して－【研究担当者】熊 谷
篤【この研究に対する問い合わせ先】
TEL: 0198-27-2742 FAX: 0198-27-3562
E-mail: kagaku-r@center.iwate-ed.jp

１．はじめに遺伝子〇学校教育…2002 年に遺伝子実験が可能に 〇社会的な関心…遺伝情報への価値の高まり〈遺伝子リテラシー教育の重要性〉〈様々な教育的効果〉
・遺伝子検査ビジネスの始まり
・知識・理解の向上を取り巻く ・知的好奇心の向上
・科学技術イノベーション総合戦略
状況の変化 ・感動
（技術開発）
ところが・・・〇学校教育が追いついていないため科学的・倫理的問題を国民一人一人が解釈・解決できる状況とは考えにくい。＊１ 【厚生労働省，2016】
理由

遺伝子実験の実施を妨げる３つの「無い」＊２● 器材 ● 予算 ● 経験

実態調査から県内でも同様の状態が続いている。

そこで！ 本研究の目的：教員が遺伝子分野の観察・実験を行いやすい環境を整える
注目

第一学習社「高校生物」に掲載されている「PCR 法を用いるイネの品種判別実験」に注目し，教科書では取り扱われていない岩手県産品種を導入し，生徒が実験結果を考察することでより興味・関心を引き出すことができると考え，実験実施のための教材・教具を開発しました。

・品種判別実験の概要①いもち病耐性遺伝子Pii②コシヒカリ由来の塩基配列二つの遺伝子の有無から品種判別

DNADNA

第9５’５’を行う実験である。教科書では，ひとめぼれ，あきたこまち，コシヒカリが用いられている。

プライマーⅠ

５’５’

Pii

Ⅰ

Pii

①

遺伝子

①遺伝子
1610bp

ｺｼﾋｶﾘ

ｺｼﾋｶﾘ

②

由来のプライマーⅡ

３’

３’

Pii

ひとめぼれ 由来〇〇３’

出典：岩手県農業研究センター

金色の風Pii

〇

由来

〇

３’Pii

あきたこまち 由来

代替可能

銀河のしずく

830bp

Ⅱ②②３’配列①830bp

Ⅱ列(830bp)を増幅する。
*bp(base pair)は，塩基Ⅱ配列①ている，コシヒカリ由来の塩基配由来の塩基Ⅱ

ひとめぼれ，コシヒカリが持っ金色の風

５’Ⅰ②Pii 領域(1610bp*)を増幅する。

塩基対の数である。

染色体
５’Ⅰ

Ⅰ

持っている，いもち病耐性遺伝子

第9染色体

1610bp

ひとめぼれ，あきたこまちがDNA

第9染色体

〇
×

代替可能

銀河のしずく

Pii

〇

由来×

３’Pii

コシヒカリ 由来×〇

岩手県産品種を使用して，同様の実験が可能であるとことを確認した。

２．開発した教材・教具
安全な DNA 抽出法開発と DNA 染色試薬の選定
・安全な DNA 抽出方法
抽出に必要な劇物のフェノールを使用せず，エタノール沈殿を２回行って夾雑物を除去する DNA 抽出方法を開発しました。

高価なサーマルサイクラーを使わない PCR 法

安価に自作できる
電気泳動装置・PCR の原点である人力サーマルサイクラーに注目・本研究で作成した電気泳動装置の概要
安価な材料で作成できるため，多くの生徒に電気泳動を体験させることができます。

高額な器具であるサーマルサイクラーを使用せずに，より短時間で実験を行うことが可能となりました。また，PCR の原点である人力による温度制御を生徒に体験させることで，原理を深く学ぶことができます。

フェノールを使用した抽出法

沈殿１回

３つの恒温槽に PCR 反応液を浸すだけ！

本研究で開発した抽出法

沈殿２回

熱変性
98℃

フェノールを使用した場合に比べて収量は少ない
が，PCR が可能な純度の高い DNA が抽出可能※岩手県農業研究センターにて測定

人力サーマルサイクラーを用いることで，実験時間を短縮できる。

さらに！

・発がん性のない DNA 染色液
教員の実験準備や安全管理の負担を軽減するために，エチジウ
ムブロマイドのような発がん性がなく，生徒が安全に使用できる DNA 染色液を選定しました。
SAFELOOK™プレグリーン

アニーリング
63℃

ViewaBlue® Stain

高速反応が可能な DNA 合成酵素
SapphireAmp® Fast PCR Master Mixを利用することで更なる時間短縮が可能

伸長反応68℃

無強力なUVライトか490nmLED
泳動後すぐ観察可能
生徒が扱える※背景色の違いは，染色液及び光源の違いによる影響

無可視光(特別な装置不要)
染色・脱色が必要
後日でも観察可能

開発した方法約30 分

品種判別実験の体験から得られる効果

・PCR や電気泳動に対する興味や関心が高まる。
・生徒が実験器具に触れるため実感が高まる。
・品種判別の過程から遺伝子を扱う技術への有用性に関する理解が深まる。

●電気泳動の原理が理解できましたか

0%

0%

56%

44%

50%

電熱線調理器
63，68℃

ガスコンロ
98℃

・電気泳動装置の模式図
通電時発光するスイッチ

電源装置

泳動槽

通電中＋極，－極に同時に接触(ショート)するとヒューズが働き停止する。

本研究で行った授業実践を体験した生徒の感想開発した教材・教具による効果●PCR の原理が理解できましたか

泳 動 槽 に ゲ ル を直接作製でき，150 円程度で作成可能も短縮

最大消費電流も低減できる

サーモスタット泳動槽

約 110 分 80 分

染色像
発がん性結果確認
観 察
扱い易さ

平均して 86～94Vの直流電圧を発生でき，300 円程度で作成可能

従来の方法〈人力サーマルサイクラーを安価に行う方法〉
温度センサー

電源装置

N=1650%

授業実践後の生徒向けアンケートの結果■よく理解できた ■理解できた ■理解できなかった

・人力サーマルサイクラーを使って機械の行う操作を行うことが楽しかった。
・自分たちの身近にある米についての新たな発見があり，今後の見方が変わってくると思う。
・米自体の種類とかは知っていたけど，遺伝子について全然分からなかったので，今回の授業の実験で深く知ることができたので良かったです。少し遺伝子について興味がわいてきたので，また，今回のような事を違うもので調べたいと思いました。
・自分の手を使い実験することで理解が深まった。
・初めて体験することが多く，とても楽しかったです。実際に体験してみることで実験の作用なども詳しく分かった。

PCR 法を実際に体験することにより，生徒の興味・関心につながることが示唆されました。

３．実験解説書

・見やすく，分かりやすい実験解説書

実験器具の自作方法や型紙を掲載

実験器具の使い方や注意事項を図解で提示

授業展開案も掲載

試薬の役割の説明や調整方法を掲載

ぜひご一読ください・他にも自作できる実験器具や教員の負担を軽減する器具を掲載
人力遠心分離機
強力な回転が発生

安価なマイクロピペット立て

便利なチューブ・チップ立て

PCR の結果

氷冷しながら立てられる

ぶんぶんゴマの原理を応用

明瞭な DNA の増幅を確認

複数種類を同時に立てられる

４．おわりに研究の詳細は，当センターWeb ページに掲載している研究報告書と実験解説書をご覧ください。

岩手県立総合教育センターWeb ページ：http://www1.iwate-ed.jp/
本研究の掲載ページ：http://www1.iwate-ed.jp/kankou/kkenkyu/174cd/h30tyou.html【参考文献】＊１厚生労働省（2016），『ゲノム医療等の実現・発展のための具体的方策について（意見とりまとめ）』
ゲノム情報を用いた医療等の実用化推進タスクフォース＊２貝沼喜兵・大藤道衛・中島春紫・斉藤淳一・飯田秀利・原田和雄・小林興（2005），「科学教育研究」『現職教員の中・高等学校生物教育に対する認識と展望－SPP 研修会参加者のアンケート調査より－』
育