写真提供：東北大学

写真提供：仙台観光国際協会

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第 64 回日本植物生理学会年会特別企画

高校生生物研究発表会
プログラム・要旨集
2023年 3 月16 日（木） 東北大学 川内キャンパス
主催

第64回日本植物生理学会年会委員会

プログラム
11:00-11:30

奇数番号発表11:30-12:00

偶数番号発表12:00-13:00

全番号発表

P1

トマトの追熟温度の違いによる糖度、旨味成分及び色調の変化
東笑花、伊藤海翔、池田煌至、山本海惺、岩下芽生、佐藤心晴、西村真緒、林杏南、舞永依都美（熊本県立熊本北高等学校）

P2

地域と身体の活性化を目指して！〜ユズ中のオーラプテン含有量測定〜
田中千春、菅野愛栞、高橋治人、岡部愛加、山本ことみ（栃木県立栃木農業高等学校）

P3

セイシボクのクリスマスカラー〜赤と白は光合成へのプレゼント!?〜高梨詩萌、森田有美、渡部芽生、廣田陽世（白梅学園高等学校）
P4

pH の変化が花の色に与える影響
伊福菜々子（立命館高等学校）

P5

カモミールの水蒸気蒸留で得られた青色物質の正体
秋山寧音、大川緋菜多（静岡県立下田高等学校）

P6

花外蜜腺から分泌される蜜の生成過程を探る
三村凜々花
（横浜市立横浜サイエンスフロンティア高等学校）

P7

セイヨウミツバチの花粉採集行動の調査 〜走査電子顕微鏡像からの花木の同定による考察〜
宮崎珠実、齋藤環、山田明日香（東京工業大学附属科学技術高等学校）

P8

パンジーの雌蕊における蛍光物質の検出および分布
三浦愛生（茨城県立並木中等教育学校）

P9

イチョウ精子の研究 〜精子形成の非同調性とその要因〜
河野広嗣、野路れい奈（福井県立藤島高等学校）

P10

甘く熟したリンゴにするには
佐藤未歩香、板垣真菜、土屋優夏（静岡県立下田高等学校）

1

P11

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梅田萌花、野本秋音、（東京工業大学附属科学技術高等学校）
P12

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（横浜市立横浜サイエンスフロンティア高等学校）
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（横浜市立横浜サイエンスフロンティア高等学校）
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トマトの追熟温度の違いによる糖度，旨味成分及び色調の変化
熊本県立熊本北高等学校 理数科ARⅡ生物班
伊藤海翔・池田煌至・山本海惺・岩下芽生・佐藤心晴
西村真緒・林杏南・東笑花・舞永依都美

【目的】
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P2
地域と身体の活性化を目指して！
～ユズ中のオーラプテン含有量測定～
栃木県立栃木農業高等学校農業環境部
田中千春・菅野愛栞・高橋治人・岡部愛加・山本ことみ【目的】
本校の所在地である栃木県栃木市平井町では、昭和 50 年代から観光資源としてユズを植樹してきた。本校食品科学科では、地元の地域活性化につなげようと、ユズを使った加工品開発や地域
PR 活動を行っている。各種商品開発を進めるうえで、消費者の健康に対する関心の高さを生かした商品を開発する手掛かりにできないかと考え、ユズに含まれる機能性成分「オーラプテン」に注目し、新たな企画化へ動き始めた。オーラプテンは柑橘類に含まれているクマリン系化合物の一種であり、様々な健康への効果が期待されている。オーラプテン含有量を調べ、ユズ加工品の製造や販売アピールに活用することで、より一層の地域活性化につなげることを目的とした。
【実験方法】
オーラプテンの定量は、帝京大学理工学部バイオサイエンス学科・先端機器分析センターの御協力のもと、LC-MS/MS を利用し行った。非加熱状態にあるユズの完熟果(黄色)・未熟果(青色)の外果皮・果汁の他、加工品製造過程における処理がオーラプテンの含有量に与える影響を調べる
ため、２％塩水で２０分間の加熱処理を行った完熟果の果皮もサンプリングした。果皮はアセトンに浸漬し、ミキサーで粉砕後、ブフナー漏斗で吸引濾過した。果汁は、遠心分離後、上清に酢酸エチルを加え、分液漏斗を用いて分画し、酢酸エチル層を回収した。以上の方法で回収した外果皮・果汁抽出物を、それぞれロータリーエパボレーターで減圧しつつ、加熱して濃縮・乾固した。濃縮した抽出物は、５０％メタノールで再溶解し、LC-MS/MS を用いてオーラプテンの検出を行い、標準物質と比較することで内生量の定量を行った。
【結果】
オーラプテン内生量は次の通りである。(表示は平均値)
サンプル
外果皮

果汁

非加熱

オーラプテン含有量

未熟果(青色)0.84

完熟果(黄色)0.45

加熱

完熟果(黄色)0.34

非加熱

未熟果(青色)0.48

完熟果(黄色)0.71

mg/gFw

mg/1mL【考察】
実験の結果から、完熟果と未熟果では部位によって含有量に差があり、外果皮では未熟果、果汁では完熟果のオーラプテン含有量が多いことが分かった。塩水による加熱処理をした果皮のオーラプテン含有量は減少が見られた。引き続き、条件を変えつつ内生量の測定を進める予定であ
る。

6

P3
セイシボクのクリスマスカラー～赤と白は光合成へのプレゼント ～白梅学園高等学校

自然科学部

高梨詩萌・森田有美・渡部芽生・廣田陽世

【研究のきっかけ】
セイシボク（青紫木：
トウダイグサ科）はベトナム原産の熱帯の常緑低木で、『葉の裏側が赤い』という珍しい特徴を持っている。
なぜこの植物は葉の裏側が赤いのか不思議に思った。
【目的】
葉の裏側が赤いことが何か生存に利点になっているのか（生態学的意義）、以下の仮説を立てて調べる。
また、セイシボクの葉は斑入りでもあるので、この特徴についても調べる。
《仮説》

①：『葉の温度を温める』…葉を温め、蒸散を促進する。
②：『食害を防ぐ』…警戒色として、捕食者を寄せつけない。
③：『光合成に有効に働く』…ネットの記事では「赤い光を裏側で反射して中に戻し、再び光合成に利用している」という記述があった。
（後方反射仮説（））
本当にそのように有効に働いているのか？
【実験方法】
・葉の裏表の温度の計測，葉の切片の顕微鏡観察，色素量・葉の透過スペクトル・
光合成速度（電子伝達速度）の測定などを行った。
【結果】
・葉の裏表（緑濃赤または白赤）で温度に有意な差は見られなかった。

ただし、下の方の葉では白（表）赤（裏）で有意な差が見られた。

・さく状組織は一層で薄く、陰葉の性質を表していた。海綿状組織の層が厚かった。
斑入りの部分はさく状組織・海綿状組織のどちらも葉緑体が少なかった。
【考察】
・仮説①：成り立たないと思われる。
・仮説②：セイシボクの葉はまったく食害されていないので効果があるかもしれない
が、実験を用いた検証はしなかった。この植物は傷つくと葉脈や枝から有毒な白い樹液を出すことから、赤い色よりもこれが食害を防いでいるのであろう。
・仮説③：光合成と葉の形態（裏が赤いこと，斑入り）との関連を考察したものは、当日のポスター発表で報告する予定です。

7

P4
pH の変化が花の色に与える影響
立命館高等学校 2 年

伊福 菜々子1.背景・目的
世の中には様々な色の花がある。これについて疑問を持ち、外的要因により花の色がどのように変化するのかということを調べるために、今回は pH の変化に着目して以下の実験を行った。
2.実験方法(1)カーネーションとバラの花のプロトプラストに、各濃度の塩酸と水酸化ナトリウ
ム溶液を加え、倒立顕微鏡で色の変化を観察し、pH を測定した。
(2)すりつぶしたバラの花に水を加え、水溶性抽出液を得た。(実験１)と同じ濃度の塩酸、水酸化ナトリウム溶液を加え、色の変化を観察し、pH を測定した。
3.実験結果(1)酸性条件下では、カーネーションのプ
ロトプラストは、紫色から、ほとんどが赤色になった。一方、バラのプロトプラスト
は赤色から変化は見られなかった。次に、塩基性条件下では、カーネーションのプロ
トプラストは、紫色だったものの中で、濃い紫や青色に変化するものが現れた。一図 1.KOH を加えた後のバラのプロトプラストの変化

方、バラのプロトプラストは、赤色から緑色に変化した。この変化の様子を撮影した
ところ、バラのプロトプラストは、赤色、紫色、青色、緑色という順で、時間の経過に伴って色が変わっていることが分かった(図 1)。
(2)酸性条件下では、カーネーションは透明からピンク色に変化した。一方バラは、ピンク色から赤色に変化した。
次に、塩基性条件下では、カーネーションは透明から黄色に変化した。一方、バラは加えた水酸化ナトリウム溶液の濃度によって、赤色から様々な色に変化した(図 2)。
4.考察
実験 1、2 の酸性条件下において、カーネーションとバ

図 2.様々な KOH 濃度下におけるバラの抽出液の色の変化

ラのどちらにおいても色が赤色、あるいは赤色に近くなったのは、色素であるアントシアニンが in vitro において酸性化では赤色に変化するという特性を持っていることから、アントシアニンによるものであると考えられる。同様に、塩基性条件下においてカーネーションやバラが青色や紫色に近くなったのも、アントシアニンの特徴であると考えられる。しかし、水酸化ナトリウムを加えた際に、緑色など青色や紫色以外の色に変化したことから、複数の色素の影響が考えられる。今後、クロマトグラフ
ィーによって色素の分離を行い、分離後に様々な pH 条件による色の変化を観察する。

8

P5カモミールの水蒸気蒸留で得られた青色物質の正体
静岡県立下田高等学校
秋山寧音（２年）
・大川緋菜多（２年）・吉田亮祐（教員）目的】植物の香り物質を、人類は心身の健康を保つ目的で活用してきた。とくに、【目
植物の精油は国内外で広く流通しており身近である。私たちは水蒸気蒸留でカモミール（Matricaria recutita）の精油を自作した。すると、還流冷却器に青色物質が付着した。この正体を調べた成果をここに報告する。カモミールの花は、中心部が黄色で、花弁が白色であり、香り物質には鎮静と抗炎症作用があるとされる。
方法】カモミールの購入した精油、自作の精油をエタノールで希釈したもの、比較【方
対照としてアントシアニンを含むバタフライピーの熱湯抽出物を実験に使った。第一の実験では、酸（アスコルビン酸）や塩基（水酸化ナトリウム）を加えて色の変化を調べた。第二の実験では、薄層クロマトグラフィ（展開溶媒はトルエン）で色素の分離を調べ、色素が別種か判読するために２種類の試料を１カ所にスポットする「重ね打ち」をした。第三の実験では、吸光度計（ベースライン補正はエタノール）を使って吸収する光の波長を調べた。
【結結果】酸や塩基を加えても、カモミール由来の青色物質は変色しなかった［図１］。
薄層クロマトグラフィをすると、カモミール由来の青色物質は Rf 値 0.75 以上 0.88 以
下の範囲にあった［図２］。吸光度を調べると、カモミール由来の青色物質は 601 nm
以上 603 nm 以下の範囲にピークがあった［図３］。
考察】私たちの実験では、カモミール由来の青色物質は酸や塩基を加えても変色せ【考ず、薄層クロマトグラフィや吸光度計で調べてもアントシアニンとは別種だと分かった。有機化合物が着色するのは単結合と二重結合が交互に並んだ発色構造があるからであり、水素イオンを授受して変色［図１］するアントシアニンのような構造を、カ
モミール由来の青色物質は持たないはずである。また、カモミール由来の青色物質は水溶性が低く［図２］、水分子と水素結合できる構造がアントシアニンよりも少ないはずである。さらに、購入した精油と自作した精油の間には不純物や測定誤差によりピーク波長に 2 nm の差がある一方で、バタフライピー由来のアントシアニンとカモミール由来の青色物質の間にはピーク波長に 20 nm 超の差［図３］があり、これは発色構造の違いによるものと考えられる。

［図１］pH による色の変化。カ
モ ミー ル由 来の青 色物 質は変 化せず。

［ 図２ ］薄 層クロ マト グラフ ィ
で 調べ た色 素の分 離 。 展開溶 媒はトルエン。

.

9［ 図３ ］ 吸 光度計 で調 べた 吸 収
波長。横軸は波長（nm）、縦軸は
電流（A）
。

P6
花外蜜腺から分泌される蜜の生成過程を探る
横浜市立横浜サイエンスフロンティア高等学校
三村凜々花
サクラやトケイソウなどの植物は、花だけではなく葉上にある花外蜜腺からも蜜を分泌する。私はこの花外蜜腺から分泌される蜜は、どこで作られて運ばれてくるかに興味を持って研究を始めた。
最初にサクラとトケイソウの葉の付け根にある密腺を切断して観察したところ、葉柄の中央を通る導管から維管束が伸びていることが確認できた。また茎から赤い色水を吸わせたところ蜜腺が顕著に赤くなったので、水分が密腺に輸送されることが確認できた。意外なことにトケイソウでは、赤い色素が密腺の細胞と表面で濃縮されたように濃く沈着していた。私が使用した色素(アシッドレッド)と蜜の糖分が同じように輸送されるかは判らないが、輸送されてきた糖分も同様に濃縮されてから分泌されるのかもしれない。一方でサクラの蜜腺ではこのような現象は観察できなかった。
次に蜜の原料となる光合成産物がどこで作られるかを調べた。直近の葉で糖分が作られて蜜腺に輸送されると予想していたが、意外なことに葉を遮光したり、切り落としたりしても蜜腺から水分が分泌され続けていた。したがって蜜の糖分は、直近の葉だけはなく、他の葉からも輸送されてくる可能性が考えられる。今後は実際の糖分の含有量も計測して解明していきたい。

図 2 トケイソウの葉と花外蜜腺

図 1 サクラの葉と花外蜜腺

図 3 トケイソウの花外蜜腺の断面図
赤い色水を吸わせる前(左)と吸わせた後(中、右)

10

P7

セイヨウミツバチの花粉採集行動の調査〜走査電子顕微鏡像からの花木の同定による考察〜
東京工業大学附属科学技術高等学校 応用化学分野
宮崎珠実・齋藤環・山田明日香【目的】 セイヨウミツバチ(以下，ミツバチ)は，花を訪れる時に，花粉を脚に団子状にまとめる(図 1)。まとめられた花粉は花粉団子と呼ばれ，巣の穴(巣房)に詰められる。巣に貯蔵された花粉団子は発酵し花粉パンになり，栄養源としてミツバチに消費される。本研究では，花粉パンに含まれる花粉を，走査電子顕微鏡(以下，SEM)を利用した形態観察により同定し，ミツバチの花粉採集行動について調査する。
【実験方法】
1. 花粉パン採取 花粉パンは，巣房に直径 4 mm のストローを挿し，上に持ち上げて採取した。採取は，合計 4 か所の巣房から行った。ストローは，カッターナイフを用いて 4～6 個に分割し 4 つの内 3 つの試料に以下の 2～3 の操作を行った。
2. 有機物除去 KOH-アセトリシス法 2)を用いて花粉表面にある有機物を除去した。
3. SEM 撮像 撮像には，日本電子 JSM-5510LV を使用した。試料台の 2～10 箇所を倍
率 200 倍で撮像し，画像に含まれる花粉の数を計測した。各花粉は，倍率 1500～
7500 倍で撮像し，日本産花粉図鑑 3)を参照して花粉の科・属を同定した(図 2)。
【結果】 花粉パン試料Ⅰ～Ⅲからは，合計 17 科 22 種の花粉が確認できた。試料
Ⅲに含まれていた花粉の種類と数を図 3 に示す。試料Ⅲ-1 は巣房の最奥，Ⅲ-6 は巣房の表面にあった花粉パンである。試料Ⅲには，計 10 種の花粉が含まれていた。図
3 では，計測できた花粉の数が他の種類に比べ少なかった種類を点線で囲っている。
【考察】 ミツバチは，1 種の花粉を含む花
粉団子を巣に持ち帰り，巣房に詰める。そのため，花粉パンからは同じ種類の花粉がまとまって確認できるはずである。図 3 のように，数が少ない花粉が確認できたのは，ミツバチが花粉パンを消費しているためであると考える。ミツバチが完全に花粉パンを消費しきる前に新しい花粉団子を詰め込み，消費と貯蔵が同時に行われていくと，花粉パンに少量の花粉が散在することになる。今後，有機物除去処理を行わなかった花粉パン試料を用い，次世代シークエンサーによる葉緑体 DNAを用いた解析による種類の同定を行う。
参考文献 1) Sihag. R.C. & Kaur. Gurminder. (2018). Patterns of short-and long-term responses ofhoney bee (Apis mellifera L.) colony to changes in its internal environment. 10. 108-128.
10.5897/JENE2017.0679.
2) 高橋正道. “花粉形態の観察”, 分類, 日本植物分類学会, 2014, 14巻1号, p. 101-106.
3) 藤木利之, 三好教夫, 木村裕子. “日本産花粉図鑑”, 増補・第 2 版, 北海道大学出版会, 2016, 984p.

11

P8
パンジーの雌蕊における蛍光物質の検出および分布
茨城県立並木中等教育学校

科学研究部

三浦愛生
【背景・目的】
パンジーに紫外線ランプを照射すると，雌蕊や花の中央付近が青色に強く蛍光する（図１）。この蛍光は，花弁の色や大きさ，状態が異なる別のパンジーでも見ることができる。また，分解したパンジーに紫外線を照射すると，がくと花弁の一部，雄蕊，雌蕊で蛍光することが分かった。多くの花で，葯と花粉が紫外線照射下で蛍光することは知ら
図１ パンジーの青色蛍光れているが，パンジーのように雌蕊などが広く蛍光する事例
は見つけられていない。この現象に大変興味を持ち、本研究では、パンジーに含まれる蛍光成分の同定を目的として以下の実験を行った。
【実験内容】
実験１ TLC を用いた蛍光成分の絞り込み
パンジーの雌蕊の蛍光成分をメタノールで抽出し、複数の溶媒で TLC（薄層クロマト
グラフィー）を行って Rf 値を計算し、文献値と比較することで蛍光成分の絞り込みを行った。その結果、パンジーにはクロロゲン酸類、フェルロイルグルコース、ア
クテオシドなどの複数の蛍光成分の存在が示唆された。
実験２ 吸収スペクトル測定
実験１で予想した成分の中から実際に含まれる成分を特定するために、同様の抽出液の吸収スペクトルを測定した。結果として生じた極大吸収波長が、クロロゲン酸
類の極大吸収波長（＝324nm）と一致していたことから、パンジーの雌蕊に含まれる蛍光成分のうち少なくとも一種類は、クロロゲン酸類であると考えられた。
実験３ PTLC を用いたより詳細な成分分析
実験２よりも詳細な分析をするために、同様の抽出液で PTLC（分取薄層クロマトグラフィー）を行い、生じた再抽出液の吸収スペクトルを測定した。その結果、一種類の成分を除き、極大吸収波長が一致した。したがって、これらの化学構造はほぼ同一であり、その多くが実験２で求めたクロロゲン酸類であると考えられた。
実験４ 蛍光部位の顕微鏡観察
植物学的な観点からも蛍光成分に関してアプ
ローチをするため、雌蕊の蛍光部位の細胞を観察した。その結果、柱頭と胚珠は蛍光せず子房のみが蛍光することがわかり、さらに子房壁の切片の観察の結果、子房壁には均一に
図２ 分解した子房に紫外線を照図 3 子房壁の切片に紫蛍光成分があることが分かった。ここで、植 射した様子
外線を照射
物の子房の働きについて考察すると、一般的な被子植物では、子房には胚珠を外界から隔離して病気や乾燥から守る役割を持つ
一方で、パンジーは子房壁にクロロゲン酸類を含むので受けた紫外線のエネルギーを蛍光として放て、紫外線による DNA の損傷を防げると考えた。

12

P9「イチョウ精子の研究」～精子形成の非同調性とその要因～
福井県立藤島高等学校
研究クラブ生物河野広嗣
野路れい奈【目的】：イチョウ（）は種子植物でありながら生殖細胞として精子を形成する数少ない種類の一つであり、精子形成は年に数日といわれている。しかし、先行研究では実際に連続した観察例は 日間しかなく、継続的な観察は行われておらず、また当部による過去の研究では精子形成の同調性や精子形成日の兆候を見つけることはできなかった。そのため本研究では、１本の木を連続的に観察することで精子形成の同調性の有無を明らかにすることを目的に研究を行った。また、
複数の木の調査も行い、研究結果の一般性及び条件による受精時期、受精速度の違いを明らかにすることを目的とした。
【実験方法】＜①イチョウ雄性配偶体の観察＞･･･花粉管側の珠皮を薄く切り取り
ソル
ビトール溶液を加え顕微鏡で観察し、イチョウ雄性配偶体の発生段階を判別した。
＜②受精後の現象（褐変）観察＞･･･イチョウ雄性配偶体段階決定観察の際に残った胚珠の部分を双眼実験顕微鏡で観察し、褐変（卵細胞周辺が濁ったような茶色に変化する現象。受精後の特徴。）の有無を観察し、日ごとの褐変率（観察した中で褐変が起こっていた割合）を割り出した。
【結果】 実験①では計個のギンナンからプレパラートを作成
し、そのうち個で精子を確認した。またその際イチョウ精子の明瞭な動画を撮ることにも成功した 図１ 。また実験②ではその日に観察したギンナンのうち褐変が確認できたギンナンの割合を 図１：イチョウ精子％で示した「褐変率」を算出し、褐変、すなわち受精が開始から １週間程度で終了することを確認した。また樹木８本から木ごとに採取した計個分の褐変を調査し、複数の木においても短期間の受精の同調性は無く、１週間程度受精時期が続くこと、生息場所が異なれば受精の時期も異なることを示した。
図２：１本の木における褐変率の変化【考察】：実験より、これまで言われてきた期間よりも長い期間でイチョウの受精が起こっていることが判明した。これによりイチョウの受精に（１日や２日といったごく短期間という意味での）同調性はないことが明らかになった。また、今回の結果より、褐変を追うことで受精時期の推定が容易になったと考えられる。今後は、遊泳精子を単離し、精子誘引物質の有無について検証を進めていきたい。

13

P10
甘く熟したリンゴにするには
静岡県立下田高等学校
佐藤未歩香(２年)・板垣真菜(２年)・土屋優夏(２年)・荻野真宏（教員）【目目的】リンゴは甘酸っぱいシャキシャキした食感が人気のフルーツである。そして、収穫後に果実を成熟させるエチレン（C2H4）という気体の発生量が多いと、高校生物の資料集（数研出版『フォトサイエンス生物図録』など）でも紹介されている。リン
ゴの甘味を増幅させるには、リンゴから発生するエチレンの量が関係しているはずなので、本研究では、リンゴから発生するエチレンを調べた。
【方方法】リンゴ複数を袋に入れると成熟が促進されると予想し、１～４個を密封して１カ月後に様子を観察した。このときのエチレン濃度の変化を測定できるようにした
いと考え、エチレンを酸化して赤紫色から無色（正確には淡桃色）に変化する薬品である過マンガン酸カリウム（KMnO4）の水溶液（1 × 10−7 mol /L から1 × 10−1 mol /L）
を使って実験した。具体的には、ポリエチレン製の袋にリンゴを入れ、この袋を過マ
ンガン酸カリウム水溶液の入った大きなポリエチレン製の袋に入れるというものである。リンゴの生きた細胞からエチレンが発生しているか検証するため、焼きリンゴ（フライパンで加熱、少量の水を加えて熱湯煮沸）で対照実験をした。
【結結果】リンゴ複数を袋に入れ、色や柔らかさを調べると、成熟が促進されるということが確認できた。リンゴの生きた細胞から発生したエチレンが、ポリエチレン製の袋を透過して、過マンガン酸カリウムと反応することを示す結果が得られた。
考察】リンゴ複数を一緒に保存するほど成熟度は高まること、エチレンはリンゴの【考
生きた細胞から発生することが、私たちの実験で確かめられた。今後は、酸化還元滴定でエチレン量を数値化し、リンゴを多く保存すると成熟度が高まる現象が、エチレン濃度の増加によるものか検証するつもりである。「ポポリエチレン製の袋を二重に して内側の袋を透過したエチレンを過マンガン酸カリウムで調べる」という手法は、私たちが考えたまったく新しい測定法であり、簡単にエチレンの発生を観察できる。どれほど正確にエチレンを調べることができているか、機会があれば、ガスクロマトグラフィな
ど高価な機械を使って検証したい。
【図図表】Ａは１個ずつ保管した場合、Ｂは４個ずつ保管した場合の写真。袋からエチレンが漏れ出す可能性を考えて、別々の段ボールに入れた。Ｃは二重の袋の内側にリンゴ片を、外側との間に過マンガン酸カリウム水溶液を入れて、発生したエチレンで色が変わるか調べた実験。生のリンゴでは１日後に水溶液の色が薄くなっている。
.

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泥電池の作製と性能評価
東京工業大学附属科学技術高等学校 応用化学分野
梅田 萌花・野本 秋音・綿貫 倖和【目的】：日本は先進国の中でもエネルギー自給率が低いという問題がある。そんな中、近年、土の中などに存在する発電する微生物、発電菌を使った微生物電池が注目されている。特に泥を用いた微生物電池を泥電池という。泥電池は微生物の反応からエネルギーを作るため、大規模な設備がいらないという点から始めやすく、環境にも優しいので、新たな再生可能エネルギーとしての可能性を秘めている。この研究の目
的はより性能の良い泥電池を作ることである。
【実験方法】：作製した泥電池の構造は図１のようになっている。電極には、カーボンフェルトを用いた。カソードには、周辺で起こる反応の反応性を高めるため白金触媒を塗布した。電池は 30 ℃に保たれたインキュベーター内に保管し、両極間に 10 kΩの抵抗をつなぎ、その電圧をデータロガーにより記録した。また、週に一度、ポテンショ
スタットを用いて最大電力密度 Pmax を測定した。本研究では、以下に
図１ 泥電池の構造
示す三つの実験を行った。実験１では、泥の環境(本校花壇の土、芝離宮庭園の土)と発電量の違いについての関係について調査した。実験２では、発電菌培養に適した栄養素の検討を行った。落ち葉や朽木に含まれるどのような養分が発電量に関与しているか調査するため、本校花壇の土を用いて 4 つ電池を作製し、１か月ほど運転した後、0.1 mol/L に調製した、腐植物質の小さな分子と考えられる
クエン酸ナトリウム、コハク酸ナトリウム、酒石酸ナトリウム、フタル酸水素カリ
ウム水溶液をそれぞれ 0.1 mL ずつ加え、それぞれの発電量を検討した。実験３では、細菌叢の解析を行った。土壌とアノードを採取し、それぞれの菌類の DNA を分離した後、次世代シーケンサーにより細菌叢の解析を行った。
【結果と考察】実験１：日々の電圧について、校庭の土は増加傾向にあるのに対し、芝離宮の泥電池は減少していった(図 2)。Pmax も同じ傾向がみられる(図 3)。この理由として、校庭に群生している
ドクダミやクスノキなどの落ち葉の養分が発電菌
図２ 電圧と時間の関係 図 3 Pmax と時間の関係の栄養源になっていたと考えられる。
表１ 養分添加前後の Pmax の変化
実験２：異なるヒドロキシ酸を加えた全ての泥電池でPmax が増加したことから（表２）、今回使用した試薬全てが発電菌培養の栄養素として適していたといえる。
実験３：発電菌として知られているジオバクター菌とその近縁種に注目した。土壌中より電極内の最近群のジオバクター菌の割合が増加していることから、カソー 表 2 微生物の分布
ドでこれらの菌が増殖し、電池の発電量が増加したと考えられる。また、ジオバクター菌が検出されないにもかわらず、発電が確認できたものでは、その近縁種が多く検出されていることから、この菌も発電菌の可能性があると考えられる。

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P12
の

の

が

の

高等学校

目的
で
の観察を行っていると、の りには、 の のよ
りもが いというが見られた。
があることで の下 や近 のや様度が くなる 因を明らかにすることを目的としている。今回は、の下はがしているというを立て、 れを
した。
実験方法
の りの
について調べるため、2021 4 から 2022
1
で下 に、15 ののに いた 1m × 1m のラート (以下りとする)と、 のラートに するように いた 15 のが りにないラート (以下
しとする)のと の 度、 のを調 し、シンプ
ン 様度 数を 出した。 た、りとしのの度について調することにし、 中
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12 に 21 の調 で いた
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とに 6 回 りなく調 を行い、度の をす 持
度を 出した。
いて、からの 離とののを調べるために、2022
4 から 221
で 10 のにおいて、10cmに近くから 200cm 離れたで 100cm
×10cm のでしている のを調 した。 た、の 水 、について調べるため、2212 に のを行い、、を測定した。
結果
度・ともにとに 間を して、りのほうが くなっていることがわかり、 数も、りが 27 、
しが 23 とがある方がい方よりも くなっていた。
た、シンプ ンの 様度 数を に 様度を 出すると、 間を して、がるの方が、 様度が かった。 らに、
が る
の下 は
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の方が、 が かったことから、
下 はが らかいことがわかった。
いて、 離 とにを調べた結果、近く 30cm でのが くなっていることがわかった。
考察
が る
の方が、
が い
より
、 様度が かったことから、が ることによって、がやすいことに加え、 様性が くなることが考えられる。 のとして、近くの方が、が らかいことが考えられる。
が らかいということは、
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性がある。
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えて、
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身近な糸状菌から学ぶ生存戦略
寺島寛那・山崎葵・𠮷𠮷田碧・山本龍志(横浜市立横浜サイエンスフロンティア高等学校附属中学校)
糸状菌の一種である木材腐朽菌は、リグニンやヘミセルロースなどを含む木
材や枯れ草を分解して利用することができる。私達はバイオマス利用の観点か
ら、植物を分解できるこの木材腐朽菌に興味を持った。
最初に校内で集めた枯れ草を暗所で湿度を高くして放置したところ、一週間くらいで白色や黄色の菌糸が覆い始めて、さらにスエヒロタケ（Schizophyllum

commune）と思われる子実体が生えてきた（図 1）。これらはもともと植物に付着していたものなので、身の周りには沢山の糸状菌が存在していることを実感した。また公園などを探すとサルノコシカケ（図 2）やアラゲキクラゲ（Auricularia
polytricha）など、多くの木材腐朽菌の子実体が見つかった。これらの子実体の不思議な構造についても発表を行う。特にアラゲキクラゲについては、子実体の表皮がトルイジンブルーを異常に吸着する性質があることを発見した。さらにキクラゲの内部には、キクラゲを食べていると思われる線虫が大量に見つかっており、キクラゲが木材を分解して成長し、それを線虫が食べるという生態系が構築されていると考えられる。また、糸状菌の中には生きている植物を養分とする病原菌も知られており、私達は購入したトウモロコシに感染していたトウモロコシ黒穂病菌（Ustilago maydis）についても観察を行った（図 3）。
私達の身の周りには植物を分解して栄養とする沢山の糸状菌が存在しており、私達の生活に色々と影響を与えていることを実感できた。今後は特に子実体の構造の意義に注目して解析を行っていきたい。

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Ralstonia solanacearum の走化性を用いた青枯病対策に関する検討
仙台青陵中等教育学校 5 年
角田宗理
【目的】
青枯病（あおかれびょう,bacterial wilt disease）はジャガイモやトマトなどのナス科植物やバナナ等で発生し,感染個体を枯死させる病害である。青枯病菌 Ralstonia solanacearum はアミノ酸や有機酸に対して強い正の走化性を示すことが知られている。先行研究において L-malate（リンゴ酸）および D-malate を土壌付加し,土壌中の濃度勾配を攪乱することで青枯病の発病を有意に防ぐことができることが報告されている。しかし,R. solanacearum は遺伝的系統によって保存されている走化性センサーが異なることが確認されておりすべての株において L-malate および D-malate による濃度勾配の攪乱が有効であるかは不明であった。そこで私は R. solanacearum の複数の菌株が走化性応答を示す物質を調べることで青枯病菌対策の有効な手段を発見することができるのではないかと考え、アミノ酸を感知するアミノ酸メインセ
ンサーとして McpA を持っていることに注目し、安価で取り扱いが容易なグルタミン酸を用いて土壌中の濃度勾配のかく乱による青枯病対策が可能かを検討することとした。
【実験方法】
本研究では４種類の R. solanacearum 株を用いてグルタミン酸ナトリウム水溶液（１％,１０％）に対する走化性応答を検討した（表１）。直径 60 ㎜の軟寒天培地培地の端にグルタミン酸ナトリウム水溶液を 20 ㎕浸
み込ませたろ紙を置き,反対側の端にコントロールとして滅菌水 20 ㎕浸み込ませたろ紙を置いて,半日静置して濃度勾配を形成した後,中心に対象の菌株を浸み込ませたろ紙を置いた(図１)。２日間 30℃で培養し,コロニーの移動を確認した。
菌株番号
MAFF327032
MAFF211271
MAFF211270
MAFF106611

表１ 本研究で用いた R. solanacearum 株
分離源レース
b i o va r
馬鈴薯
馬鈴薯
トマト
ナス

1
３
1
1

phylotype
Ⅲ
Ⅳ
Ⅰ
Ⅰ

N２
N2
N2
４

（図 1） 実験培地の模式図【結果】
各株のグルタミン酸に対する走化性応答の有無（１％ １０％）
MAFF 番号
327032211271211270１％溶液に対する走化性応答の有無++
10％溶液に対する走化性応答の有無++

106611-【考察】
MAFF211270 はグルタミン酸を根滲出液に含まれる走化性誘引物質よりも高い濃度で土壌に付加することで R. solanacearum の根圏への移動を防ぐことができると考えられた。また MAFF327032 は馬鈴薯から 分 離 され た 株 で あ る た め 、 馬 鈴 薯 に つ い ても 根 滲 出 液 に 含 ま れ る 物 質 の 分 析 を行 う こと で ,R.
solanacearum に対する走化性応答を活用した病害対策が可能になると考えられる。走化性応答を認められなかった MAFF211271 についてはグルタミン酸を含むアミノ酸に対して走化性応答を示さないと考えられ,アミノ酸を用いた濃度勾配の攪乱は有効ではないと考えられた。これらの株については McpM や
McpT など他の物質に対する走化性センサーの活性を調べることで青枯病対策に有効な物質を特定できると考えられる。これらの結果からグルタミン酸ナトリウムを用いた青枯病対策の可能性が示された。今回の実験で得られた知見が実際の植物に対して有効かどうかを追加で検討するため植物株を用いた感染実験の実施を検討している。これの結果については当日発表します。

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バイオチャー散布が植物の発芽に与える影響
東京農業大学第三高等学校 理数探究課程
髙橋歩・堀田千晶・市川大和【目的】バイオチャーは生物資源を材料とした炭化物であり、散布することで土壌の理化学性を向上させ、植物の収量を増加させる効果がある。しかし多くの研究ではバイオチャーを散布した土壌に苗を植え替えて実験を開始しているため、発芽段
階でのバイオチャーの影響は明らかになっていない。そこで、本研究はバイオ
チャーの散布が植物の発芽に与える影響を明らかにすることを目的とした。
【実験方法】学校菜園の土6.5 kgに化成肥料1.0 gを施肥した土壌に、0､5､30 t/ha
（C0、C5、C30）の割合になるようそれぞれバイオチャーを混合した。その土壌を縦4.5 cm、横4.5 cm、深さ5 cmの園芸用ポット各100個に充填し、1月20日にホウレン
ソウの種100粒を播種後、屋内に設置した。翌日から毎日観測し、発芽までの日数と発芽率を算出した。土壌環境の測定項目は通水量、pH、土壌中にある物質のイオン濃度の総量を表す電気伝導度(EC)、植物の生育に必要な栄養塩(硝酸態窒素・亜硝酸
態窒素・アンモニウム態窒素・リン酸態リン・カリウム)とし、週に1回測定した。
【結果】発芽率はC5で最も高く85％、ついでC30で78％、C0で63％だった（12日目時点）。
8日目までの発芽本数で見るとC5の18本に対して、C0は8本、C30は6本と少なく、C5で発芽が早まったことがわかる（図）。通水量は散布区で少なかったことから、散布により保水性が向上したことが示唆される。ECはC30で特に高い値を示した。pHは散布による差は見られなかった。栄養塩ではアンモニウム態窒素、硝酸態窒素が散布区で高い値を示したほか、リン酸態リンはC30で特に高く、カリウム、亜硝酸態窒素は差は見られなかった。
【考察】バイオチャーの散布によりホウレンソウの発芽率は上昇し、発芽も早くなった。これは、バイオチャーによって保水性が高まったためと考えられる。散布量に着目すると、C30ではECが150 mS/cm以上と高い値を示したため、C5より発芽率が低くなったと推測される。以上より、5t/haの割合でバイオチャーを土壌に混合することによって、ホウレンソウの発芽率が向上し、発芽が早くなるということが明らかになった。散布区は非散布区よりも栄養塩が増加したことから今後の散布区での生長促進が期待されるため、ホウレンソウの生長も測定していく必要がある。
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蕪栗沼の埋土種子調査
宮城県古川黎明高等学校

SSH アドバンスコース

菅原栞・白岳航佑・浅野日向子・松田唯【目的】：現在、生活用水や農業用水による水質悪化や気候変動による環境悪化等により希少植物の絶滅が危惧されている。それぞれの植物には水質浄化や土壌改善等の固有の作用があり、絶滅が危惧されている植物を再生させることは湿地の環境改善に有効である。2011 年から蕪栗沼の近くに存在する伊豆沼・内沼では沈水植物の復元を目的に埋土種子からの発芽実験が実施され、県で絶滅危惧種１類に指定されているムサシモや、伊豆沼では 20 年前以降生息が確認されていなかったジュンサイが発芽した。しかし伊豆沼と隣接し同じ県北地域に位置する蕪栗沼
では埋土種子の発芽試験は行われていない。蕪栗沼は遊水地であり長年人の手が加えられていないことから伊豆沼より多様性に富んだ植生が存在した可能性がある。そこで私たちは蕪栗沼の過去の植生を探り、絶滅危惧種とされていた植物の再生を行う事によって、蕪栗沼の保全活動の一助となることを目的として蕪栗沼
の埋土種子の発芽実験を行った。
【実験方法】：埋土種子を採取することを目的として、令和４年５月２９日に蕪栗沼
中央部の地表および地下５０ｃｍ（地中）の土壌を採取した。表層および地中から採取した土壌は、乾地での発芽を確認する目的で、市販の農業用培養土を充填したプランターの表層に約 3ｃｍの厚さで移植した。加えて、地中から採取した土壌では、湿地での発芽を確認する目的で、水を張った農業用バッドに約 3ｃｍの厚さで移植した。土壌を移植したプランターおよび農業用バッドは、飛来する種子の発芽を防ぐために、目合 0.75mm の防虫ネットで覆い学校敷地内の野外で培養した。なお、プランターに用いた培養土は、同条件で 1 週間培養し種子の発芽がないことを確認した。培養後、土日を除いた平日の毎日観察し、発芽した個
体の種類および数を記録した。この時、外来種と特定が可能なものは記録した後に土壌から抜き取り、種が特定できないものは花が咲くまで観察を続けた。
【結果】：乾地での発芽実験では 15 種類、および湿地での発芽実験では 5 種類の植物を確認した。土壌サンプルを採取した地点の地表部には主にヨシやマコモが分布していたが、今回の発芽試験では数個のみの発芽を確認した。全体的に外来種の発芽が多く見られた。地表の土壌からは、主にスカシタゴボウと考えられる植物が発芽した。地中の土壌からは、乾地実験でホソバイヌタデと考えられる植物が発芽し、湿地実験でシャジクモ類を確認した。シャジクモ類に関しては顕微鏡で詳しく見たが種を特定できなかったため、専門家に協力をいただき特定したい。
【考察】：今回、蕪栗沼の地中から宮城県で準絶滅危惧種に指定されているホソバイ
ヌタデが確認された。ホソバイヌタデは、地表において 1966 年頃を最後に確認されておらず、実際にサンプル採取の際にも確認されなかった。地表では外来種が主に分布している事、および蕪栗沼は複数の河川が流入するという特性を考慮す
れば 25 年以上が経過した現在、すでに絶滅している可能性が高い。このような植物の種子が埋土種子として蕪栗沼の地中から確認されたことは、本研究として意義の大きいものである。ホソバイヌタデのほかにも水生植物で同様の成果が生まれる見込みであり、蕪栗沼保全の重要性や埋土種子調査への可能性が見込まれる。

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コーヒー粕を用いた除草効果の検証
香川県立観音寺第一高等学校

理数科

原田陽和・矢野希侑・山本優哉【目的】：家庭から出るコーヒー粕を用いて除草シートを作成し、農薬を使わずに雑草を枯らすこと【実験方法】：スベリヒユ Portulaca oleracea という身近に生えている雑草を用い、以下の①～④のサンプルを作成した① コントロール② コーヒー粕
を土壌にのせた個体③ コーヒー粕
を土壌に混ぜた個体④ 遮光シートにかけ日光を遮った個体① ～④の個体にどのような変化があるかを約日間観察し、値を測定した
①②③④

図１

コントロール図

コーヒーのせる

図

コーヒー混ぜる

図

防草シート

【結果】
① 茎は太くなったが葉の数はあまり変わらず茶色に変色した② 茎は太く伸長したが葉が茶色に変色し、数も減少した③ 葉が茶色に変色し、数も減少した④ 茎が黒く変色し、葉はなくなった
①
②
③
④

図

コントロール図

コーヒーのせる

図

コーヒー混ぜる

図

防草シート

【考察】
・コーヒー粕を土壌に混ぜた個体は、植物全体の大きさがほとんど変わっていない
ことからコーヒー粕の成分により、成長が抑制されていると考えられる・コーヒー粕をのせた個体が最初に成長したのはマルチングという効果によるもの
で、次第にコーヒー粕が土壌中の窒素源を吸収し、植物が枯れてきたのではないか
・土壌にコーヒー粕を混ぜたほうが土壌中の窒素源を吸収しやすく、植物の成長を抑制しやすいのではないか

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P18
の 学
ー

の
学

子高等学校
野

学

子

み は 北地方ない地方で行われている農業手法である。 年、本校の
が
み
による成長
効果に いてしたことにならい、み 効果を 学的にすれば、 農家の方にかもしれないと い、本研究を行うことにした。
イネの 種として、コシ カ 、
カ 、
ボ を
とした。
(1) イネの生における地上部・地下部の長さや重 の変化の調査
長さ：個体を土から抜き、スを用いて地上部、地下部の長さをした。
重 ：個体の乾 重 を、種子より下の部分を地下部、上の部分を地上部のそれぞれで
した。
(2)
の大きさの
サ ラ ン
で
の
を
した後、顕微鏡で
を り
の大きさを
した。
(3) 生
の の 長方 （がり 合）の変化の調査
個体を土から抜き、水の中にいれて をのに した後、でした。 られたに いて、 image J という
ソ トを用いて のを 定した。
(4)
みによる、DRO1子の発現 変化の重力 性に いて 行研究のある、性子の DRO1（DEEPER ROOTING 1）
子に
いて、
み個体と
個体とで発現 をした。なお、
子のとして、18S
rDNA
子に いても同様に実験した。これらの子に いては子データ ースからを調 、実験手法としては RT-PCR 法で発現 をした。
(5) 個体成長時の の(1)と同様の実験を成長した でも行った。
(6)
・
の
特
培という 培方法の水 を りて 培を行った。この実験では、
ボ ・
カ を
用した。
みを行った個体と行わなかったの個体を種 20 用意し、6 月下 に 植えを行った。
後、し 1 あたりの平 重 をした。また 種 とにをした。
(1) 地上部の長さに いては、みを行うことで地上部が くなることが分かった。地下部の長さは、
ボ
びコシ カ の 2 種において、みを行った個体の方が長くなった。
地上部の重 は、カ
びコシ カ の 2 種でみを行った個体の方が重かった。地下部の重 は、3 種す てがみを行った個体のほうが重かった。
(2) 現在、実験中である。
(3)
ボ 、カ の 2 種でみを行った個体の方が のが大きくなった。
(4) PCR び 気 動を行った結果、目的としていた約 150bp の りにバンドが確認できた。 られたバンドをしたとこ 、みを行った個体の方がバンドが くなっていた。
(5) 地上部の長さに いては、す ての 種においてみを行った個体のほうがやや かくなったが、あまり大きな は見られなかった。重 に いては、ボびカ の 2 種において、の個体のほうが重くなった。
(6)には大きな が見られなかった。
に いては現在実験を行っている。
生の個体において、
みにより、地上部の長さが く、地下部の の がりが大きくなり、の重 が大きくなっていたが、地上部の長さは に が生じたことがしていると考えられる。
みという
スト スに
しようとした結果、 れにくくするために の生やす方 をた
り、 の本数を多くしている可能性がある。 の がりでは、子の発現 の変化も確認された。
成長時の個体において、の高いコシ カ はみを行った個体の方が くなり、
の び
す による
の危 性の回 にしている。 北地方ではコシ カ を にも種の作位が上位であり、 北地方でみが行われているのも、この 種特性との関わりが いためと考えら
れる。

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【ここがスゴい"】植物のストレスへの応え方!!
〜タデアイ Persicaria tinctoria のインジカンと食害ストレスの関係について〜
津田学園中学校・高等学校（六年制）

サイエンスクラブ

熊木結人・占部伶桜・佐久間大輝・渡邉龍空【目的】：タデアイはタデ科イヌタデ属に属する植物であり、藍染めの原料として利用されている。葉には藍色の色素インジゴの前駆体であるインジカンを含有している。そのインジカンは系統を超えて複数の植物種においても生合成がされることが知られており、植物にとって何らかの意味があると考えられる。しかし南によるとインジカンの役割については、科学的根拠は未だ調べられていない。以上のことから、タデアイになぜこの化合物が含まれるのかインジカンの生物学的意義を検討するため、実験を行った。
【実験方法】：藍染め加工をした和紙と加工していない和紙を用いて、マダラシミの行動観察実験を行った。次にインジルビンの定量分析を行うため、インジルビン溶
液の最大吸収波長を計測し、インジルビン溶液の検量線を作成した。その後、実際に育てたタデアイから食害を受けた葉と健康な葉を採取した。これからインジルビ
ンの抽出・析出し、インジルピン溶液を作製し、分光光度計によって濃度測定を行った。この濃度からインジカンの含有量について割り出し、グラフを作成した。
【結果】：マダラシミによる行動観察実験ではいずれの和紙も捕食された。減少した和紙の面積は藍染め加工をした和紙に比べ、加工していない和紙の方が大きかった。またインジカンの定量分析を行ったところ、食害ストレスを受けた葉は、健康な葉に比べインジカンの含有量が多かった。
【考察】：マダラシミは藍染め加工した和紙のインジゴを忌避していると考えられた。また食害によるインジカンの定量分析では、食害の影響を受けた葉のほうがイ
ンジカンを多く生成していると考えられた。これらのことからタデアイの葉のインジカンは、食害時に昆虫類の捕食を忌避するインジゴを生成させる物質であると推測できた。
【参考文献】：
牛田智 川崎充代（）インジカンを保持した状態での藍の葉の保存とその染色への利用 日本家政学会誌
牛田智 太田真祈（）すくも中に含まれる赤色色素の抽出と分析 日本家政学会誌
佐々木健郎（）蓼藍の成分と機能性について 東北薬科大学研究誌
南善子（
学会会誌
渡邉崇之（

）研究のスポット タデ料植物アイのインジカン代謝（））昆虫脳性分化機能の進化を探る
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比較生理化学

日本農芸化

P20
外的環境が植物の生理的リズムに与える影響
東京都立科学技術高等学校 園芸部
野中 美優
【目的】
近年、植物工場はこれからの食料生産の手段として注目されている一方で、膨大なエネルギ
ーを消費することが課題とされている。そこで、外的環境変化が植物にどのように影響するのかを理解し、栽培に活かすことで、植物工場の省エネルギー化に役に立つと考えた。植物にみられる生理的運動は、一定のリズムを示すことが分かっている。本研究では、特に植物の葉の開閉運動、回旋運動に注目し、その周期性を明らかにするための方法を検証すること
で、外的環境条件が植物のもつ生理的リズムに与える影響を解明することを目的とした。

【実験方法】
芽生えの運動の解析方法として Raspberry Pi で Python 言語を使い 30 分毎に写真撮影した。画像の茎頂の座標から回線運動を、葉の面積から開閉運動を解析し、運動周期を計算した。
栽培条件は、日照２４時間、温度１７℃、PPFD39.04μmol/m2sとし、対象植物は 4 種類とした。
図１：ダイコンの画像解析と
実験装置

【結果】

植物の茎頂の座標と面積のデータから周期性を読み取ることができた。しかし、葉の開閉運動については、今回の対象植物の葉が完全に閉じることはなく大きな変化は見られなかった。
表１：周期と計測時間

図２：子葉（ダイコン）の座標変化【考察】
クローバーでは大きな変化は見られなかったが、葉の開閉運動（ダイコン）と明らかな回旋運動（ネギ・ダイコン）が見られた。２４時間明期下でも常に周期的変化が見られたのでこれらの運動は明暗に依存していないことがわかる。サンプルによって波長が変わるため、植物体独自のリズムがあると考えられる。今後は、照射する光の条件を変えて芽生えの生理的リズムにどのような影響が出るのかを検証していきたい。

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P21
イチョウウキゴケ Ricciocarpos natans の繁殖戦略
埼玉県立蕨高等学校

生物部

石井 誠也、吉良 采明、那賀 和希、渡邊 優冴、吉野 雄斗【目的】：
イチョウウキゴケ Ricciocarpos natans は、ウキゴケ科イチョウウキゴケ属に属する雌雄同株の苔類である。全国的に減少していると考えられているため、環境省の定めるレッドデータブックにおいては、準絶滅危惧種の扱いとなっている。本種の減少の要因はよくわかっていない他、気候などによって繁殖戦略（栄養生殖を行うのか、有性生殖を行うのかなど）が異なる可能性もあるなど、どの地域でどのように繁殖をしているのか未解明の部分も多いようである。そこで、埼玉県南部における本種の繁殖戦略を明らかにすることで、本種の繁殖に適した生息地の保護ができることに加え、繁殖に適した環境づくりを行うことで本種の減少を食い止めることができるのではないかと考え、本種の繁殖戦略に関する研究を行うこととした。
【実験方法】：本研究を進めるに当たり、以下の２つの実験を行った。
実験①現地調査による観察
さいたま市緑区および本校ビオトープにおいて、イチョウウキゴケ個体群の観察を複数回行い、生息状況と胞子体の有無などを確認した。
実験②栄養条件と水深を変えての栽培実験
どのような条件で栄養生殖を行い、どのような条件で有性生殖を行うのか、またどのような条件が最も繁殖数が多くなるのかを明らかにするために、栄養条件と水深を様々に設定した栽培実験を行った。培養には人工気象器を用い、期間中 26℃、
明期 12 時間、暗期 12 時間に設定した。水深は培養容器（タッパー）に入れる鹿沼
土の量で差をつけることとし（４段階）、栄養条件は液体肥料（ハイポネックス）の濃度に差をつけて行うこととした（純水、4000 倍希釈、2000 倍希釈、1000 倍希釈の４段階）。以上のような 16 通りの栽培実験を 2022 年 12 月から 2023 年 1 月の約２ヶ月にわたって実施した。
【結果】：
実験①現地調査による観察
さいたま市緑区の調査地においては、夏頃は水面に多くの個体が見られたのに対し、12 月の調査では１個体も確認できなかった。また、水際の陸地で越冬する個体も見られなかったことから、この調査地においては 12 月よりも前に有性生殖を行っている可能性が示唆された。本校ビオトープの個体は 1 月にも確認できたが、陸地
でやや黒く乾燥した状態になっており、生存しているかどうかわからなかった。この個体が来春復活するかどうかを引き続き観察して確認したい。
実験②栽培実験
総じてハイポネックス 4000 倍希釈が最も多く栄養生殖する結果となった。光条件と栄養条件が揃えば、基本的には栄養生殖をすることが示唆された。
※本研究は中谷医工計測技術振興財団の助成を受けて実施した。
25

P22

スギナの穴だらけで切れやすい茎
横浜市立横浜サイエンスフロンティア高等学校
圓 﨑澄 和スギナ（図１）や同じトクサ属であるトクサ（）（図２）は他のシダ植物と比べて、葉をほとんどつけていない。これでは、他の植物に対して、大きく光合成量で劣ってしまうように感じる。また茎に節（図３）を持っており、手で引っ張るだけで簡単に切れてしまう。このような、一見生存に不利な特徴を持っているのにも関わらず、実際には、トクサ属の植物は繁殖力が高いことでも知られている。この矛盾に疑問を抱き、研究を始めた。
そして、スギナやトクサの維管束を赤く染色し観察したところ、空洞だらけの不思議な構造（図４ スギナ）（図５ トクサ）をしていることがわかった。またスギナの節付
近では、維管束が空洞を埋めるように放射状に広がっていた。（図６）対してトクサの節は空洞を仕切るように作られていた。（図７）これらと同じ大葉シダ植物であるイヌ
ワラビ（）の葉柄を観察すると、空洞は全く見られなかった。（図８）
これらのことから、スギナやトクサは茎に空洞を設けることで、茎１本あたりの製造コストを下げ、少ない光合成量でも高い繁殖力を保っており、同時に節によって、空洞の多い茎の強度を補っているのではないか、と考えた。

図

図

図

図

図

図

26

図

図

P23
ナガミヒナゲシの分布の変遷と種子の性質の関係
埼玉県立越谷北高等学校

生物部

小林宏誠・菊崎はる香・占部愛子・岩﨑栞・山口莉沙・菊池真誉・安藤凛咲・
岡部華怜・野口佑太朗・庄山咲那・幡野祐樹【目的】学校周辺のナガミヒナゲシ分布の経年変化を検討した結果、道路沿いに分布を拡大していることが示唆された。ナガミヒナゲシの種子が、自動車のタイヤ等に付着して運ばれることで分布を拡大した可能性がある。ナガミヒナゲシ種子は梅雨の時期に成熟するため、「種子が水に濡れたタイヤに付着しやすい」という仮説を立て、実験により検証した。
【実験】実験①：タイヤ素材であるゴムを用いて、濡れた状態と乾いた状態で種子の付着しやすさを比較する。霧吹きで全体的に湿らせたゴム板と乾いたゴム板をトレイの上にまいた
種子に押し付け、濡れた種子が十分に乾いてから付着した種子と付着しなかった種子の重量をそれぞれ電子天秤を使用して計測する。
実験②：走査型電子顕微鏡を用いてナガミヒナゲシの種子の表面構造を観察する。
【結果】実験①の結果
乾いた種

合計(g)

比率(％)

濡れた種

合計(g)

比率(％)

付着種子

0.0698

4.1

付着種子

0.281

13

非付着種子

1.6058

96

非付着種子

1.947

87

実験②の結果図 1 30 倍像

図2

300 倍像図 3 1500 倍像【考察】実験①から、ナガミヒナゲシの種子は、濡れている方がゴムに付着しやすいことが分かった。また、実験②から、種子の表面構造に大小の凹凸が観察された。種子表面の凹みに水がたまり、タイヤ等への付着性が高まるのではないかと考えた。ナガミヒナゲシが道路沿い等に良く見られるのは、梅雨の時期と種子の成熟が重なり、濡れることでタイヤ等に付着しやすくなり、多くの種子が運ばれ、分布の拡大が促進されている可能性がある。
【参考文献・謝辞】
www.niaes.affrc.go.jp./sinfo/publish/niaesnews/090/09003.pdf
農研機構 農業環境変動研究センターニュース No.90 研究トピックス 藤井義晴
本研究での走査型電子顕微鏡での撮影には、株式会社日立ハイテクよりお借りした機材（TM4000Plus）を使用した。ここに感謝申し上げる。
27

P24
高濃度酸素水のかん水がシクラメンに与える影響
宮城県南郷高等学校

産業技術科

菅 柊斗・鈴木

草花専攻班

彩水【目的】シクラメンを大型化して、見栄えのする高付加価値の製品の安定した作成をめざして、酸素マイクロバブルで作製した｢高濃度酸素水｣を灌水して栽培する技術の開発を熊本県立大学と共同で行ってきた。過去の実験では、シクラメンの根を水に浸けて呼吸量を測定することより、水の溶存酸素濃度が以下になると呼吸量が減少し、高濃度酸素水の溶存酸素濃度がその呼吸によってからまで下がるまでには約時間を要することがわかった。そこで、毎日高濃度酸
素水を灌水し、シクラメンに十分な酸素を与えて栽培する実験を行った。
【実験方法】本実験では、コントロール区 時水道水灌水 、試験区
時水道水
灌水 、
時高濃度酸素水灌水 、時高濃度酸素水灌水 の グループを設定
し、 鉢ずつ栽培した。品種ハイブリッジレッドを 寸鉢に定植後、 月〜 月は毎
日キリコ Ⅲによるミスト散水（ 分間）、 月以降は手灌水により栽培した。施肥は毎回液肥を施用し、生育段階ごとに量を調節した。実験に用いた高濃度酸素水は
水槽 容量約の底に酸素ボンベをエアーチューブで接続したマイクロバブル
®
発生装置
バブル
、㈱大巧技研製 を設置し、水槽を水道水で満たして、溶
存酸素濃度がになるまで酸素マイクロバブルを発生させて作製した。
【結果】葉数が高濃度酸素水を灌水した試験区と では，それぞれコントロール区
枚 に
対して
枚 および
枚 増加した。一方、 時に水道水を灌水した試験 では、コントロール区に対して約の減少枚 が起きた。地下部の新鮮重量では、
水道水および高濃度酸素水を灌水した場合、ともに
時灌水の方が 時灌水の場合より増加していた。また、コントロール区に対し、高濃度酸素水灌水の試験区 と では、それぞれおよびの増加が確認された。
【考察】転流は光合成で葉に糖が蓄積される
昼間〜夕方に活発に行われ、転流できなかった分はデンプンとして貯蔵されるが、夜間に再び糖に変換され転流される。常識的には朝灌水し、夜までに乾くことで用土内の酸素量が確保されるが、鉢内の酸素量は限られ生育に影響を及ぼす。高濃度酸素水の使用は利用可能な酸素量を増やしてより多くのエネルギーを産生し、転流を促進するという灌水の常識を覆し、成長を促進して高品質なシクラメンの安定生産を可能にすることが期待される。

28

P25

豆苗に含まれるオーキシンの分析と肥料化について
清心女子高等学校 生命科学コース
市原亜美 佐藤結衣【目的】
豆苗に含まれるオーキシンについて分析し、それらが他の植物の成長を促進できるかどうか、さらには農業用肥料へ応用することができるかどうかについて考察することを研究目的とした。

【実験方法】
水だけで育てて豆苗がどれだけ伸びるかを調べた。
豆苗を葉、茎の上、中、下、根に分けたものと、豆苗全体の 6 つをサンプルとし、それぞれ液体窒素で凍らせた後にすり潰し、豆苗の肥料として与えた。そして、どのサンプルを使用した肥料が最も成長が促進されるかを比較した。
オーキシン濃度を定量するため、1.0×10-3〜1.0×10-6 mol/L の濃度のインドール酢酸溶液を Gordon-Weber
試薬で染色し、525nm の光を当てた際の透過度を測定する（＝Gordon-Weber 法）。それらの結果から溶液の染色濃度と透過度との関連について検量線を作成した。
植物を部位とに分け、それぞれをサンプルとして Gordon-Weber 法を行い、

の

から植物

の中に含まれる、オーキシン（インドール酢酸）の濃度測定を行った。また、豆苗全体、カイワレダイコン、ソ
バの芽においても同様に実験を行い、植物種の違いにおいてインドール酢酸の生成量の違いについても調査した。
カイワレダイコンとソバの芽に対し、 の実験と同様の方法で豆苗を肥料として与えた場合、どの部分を使用した肥料が最も成長促進されるかについて調査した。

【結果】①成長した豆苗の地上部の長さの平均値は 28.49cm であった。
②6 つのサンプルの中では、豆苗全体の肥料を加えた場合に最も成長促進され、豆苗の葉を肥料として加えた場合に最も成長が抑制された。
③オーキシン濃度と光の透過度は比例しており（右図）、
Gordon-Weber 法による染色具合からオーキシンの濃度を推定する検量線を作成することができた。
④部位ごとに分けた豆苗では、葉をサンプルとした場合に透過度が低く、このことから葉に最もオーキシンが含まれていたと考えられる。また、3 種の植物の中ではカイワレ
ダイコンに最も多くインドール酢酸が含まれており、豆苗が最も少なかった。
⑤カイワレダイコンについては豆苗の根を肥料として加えた場合に最も成長が促進され、豆苗の葉を肥料として加えた場合に最も成長が抑制された。ソバの芽については豆苗全体を肥料として加えた場合に最も成長が促進され、豆苗の葉を肥料として加えた場合に最も成長が抑制された。

【考察】
豆苗の Gordon-Weber 法による光の透過度が、カイワレダイコンやソバの芽に比べて透過度が大きいため、元々のオーキシンの量が少ないことがわかる。オーキシンは適量でないと肥料として働かない。豆苗に含まれているオーキシンがあまり多くないからこそ、豆苗全体を肥料として与えることで成長が促進されたのではないかと考えられる。カイワレダイコンは Gordon-Weber 法による光の透過度が豆苗やソバの芽より低いため、含まれるオーキシンの量が多いと考えられる。そのため、オーキシンが多く含まれている葉の部分を与えると、オーキシンが過多となり、成長が抑制されたと考えられる。
光の透過度とインドール酢酸溶液との関係から作成した検量線をもとにすると、豆苗に含まれているオーキ
シンは 1.0×10−5 前後、カイワレダイコンに含まれているオーキシンは 1.0×10−3 前後、ソバの芽に含まれている
オーキシンは 1.0×10−4 前後であると考えられる。

29

P26
エチレンによりカイワレダイコンの胚軸が割れる理由を探る
茨城県立並木中等教育学校

科学研究部

山川良空
【目的】
カイワレダイコンにエチレンを付加すると、まれに胚軸が割れる現象が起こる。
この現象がどのような条件で発生し、どのような仕組みによって起こるのかを解明する。
【実験方法】
実験１ 胚軸が割れやすい条件を調べる
エチレンの濃度、種子の数、生育期間を変えて水耕栽培でカイワレダイコンを生育し、胚軸が割れた個体の数を調べた。
実験２ 胚軸の割れ方を調べる
胚軸の割れた部分を、トルイジンブルー染色液を用いて顕微鏡で観察し、皮層や表皮がどのように割れているのかを調べた。
実験３ 胚軸が割れる原因を調べる
胚軸の表面を剥がし顕微鏡で観察をし、エチレンを与えた場合と与えなかった場
合の細胞の縦と横の長さを調べた。また、胚軸の断面の構造を、切片を作成し観察
した。
【結果】
実験１
エチレンを与えると割れる個体が発生し、種子の数を少なくすると割れる割合は増え、生育期間が長くなるほど割れる数は増えた。
実験２
胚軸の割れた部分には染色された部分とされなかった部分が存在していたことから、割れた部分には表皮と皮層がどちらも存在していることが分かった。
実験３
エチレンを与えた場合では、細胞の縦の長さは短くなり、横の長さは長くなっていた。表皮と皮層の横の長さで比較した場合、表皮は約 2.2 倍長くなったのに対して皮層では約 3.5 倍長くなっており、表皮より皮層の横の長さが長くなる割合が大きくなっていることが分かった。また、胚軸の断面は図２のように３層に分けた場
合に中間の b 層の細胞が大きくなる構造になっていた。
【考察】
実験１から、エチレンの効果を受けやすいほどカイワレダイコンの胚軸は割れやすいと考えられる。実験２、３から、胚軸が割れる際は皮層と表皮が共に割れ、表皮と皮層の細胞の横の長さの拡大の割合が異なることによって歪みが生まれ割れる可能性が考えられた。また、胚軸の断面の構造により外側の細胞を圧迫している可能性も考えられた。

図２ 断面の模式図 図３ 実験３考察

図１ 染色した切片

30

P27
植物に含まれるサリチル酸測定手法の開発
静岡県立下田高等学校
飯田 瞳（２年）・吉田亮祐（教員）【目目的】植物ホルモンの濃度変化で、植物は自身の成長を調節する。サリチル酸は病害応答を仲介する植物ホルモンであり、ベンゼン環上にカルボキシ基（-COOH）とヒ
ドロキシ基（-OH）を持つ。私たちは、サリチル酸のヒドロキシ基が鉄（Ⅲ）イオン（Fe3＋）に配位結合して紫色の錯イオンとなる性質 ［図１］を利用し、サリチル酸豊
富なヒメコウジ Gaultheria procumbens という植物の精油に含まれるサリチル酸量を吸光度計で数値化した。さらに、ヒメコウジ苗の葉や茎からサリチル酸を抽出する実験を進め、ガスクロマトグラフィーなど高価な機械なしに測定する手法を開発しようとしている。
【方方法】サリチル酸の粉末の質量を電子天秤で測定し、0.0001 mol/L 以上 0.001 mol/L
以下の水溶液を作成した。ここに一定量の塩化鉄（Ⅲ）水溶液を加えて錯イオンとし、紫色の濃さを吸光度計で数値化した。得た数値から Microsoft Excel の線形近似により、検量線を得た。同量の塩化鉄（Ⅲ）水溶液を加えて精油でも紫色の錯イオンとし、紫色の濃さを吸光度計で調べた。また、この実験の方法が正しいのか確かめるために、中和滴定を行った。コニカルビーカーには精油、蒸留水、フェノールフタレイン液を入れた。ビュレットには水酸化ナトリウム水溶液を入れた。
【結結果】サリチル酸のモル濃度を x (mol/L)、吸光度計で測定された電流の値を I (A)として検量線を求めた ［図２］。また、希釈率を r (0 以上 1 以下)として、希釈率を変えた３回の測定を平均すると、精油に含まれるサリチル酸のモル濃度 C (mol/L)は 0.281
mol/L（標準偏差 0.030）となった ［図３］
。中和滴定による測定では 0.312 mol/L（標準偏差 0.0024）となり ［図３］両測定法で近い数値になった。
考察】高校の設備でも可能なサリチル酸の測定手法が、吸光度計を使うことで開発【考できた。統計学的に有意な差が検出されない程度（P > 0.05）に、この手法で測定したサリチル酸の濃度は、中和滴定で測定した場合と一致した。有効数字１桁程度の精度があると考えられる。ヒメコウジ苗の葉や茎からサリチル酸を抽出する実験は、トル
エン、塩酸、水酸化ナトリウム水溶液、分液漏斗を使って試行錯誤している。

図１．サリチル酸の検出。精油でも試薬のサリチル酸（SA）でも、そのままではほぼ無色だが、ここに鉄（Ⅲ）イオンを
加 え る と錯 イ オン を 形成 して 紫色 に 変わった。

図２．試薬のサリチル酸を使って得られた検量線。丸（●）は測定値。鉄（Ⅲ）
イ オ ン １個 に 結合 で きる サリ チル 酸 の個数に限りがあるので、大過剰のサリチル酸を使うと頭打ちになる。

31

図３．ヒメコウジ精油に含まれるサリチ
ル酸のモル濃度。吸光度計による測定でも中和滴定による測定でも 0.3 mol/L 程度の数値になった。誤差棒は標準偏差。
P 値は母平均の仮説検定による。

P28
体内塩濃度の簡易測定―コシヒカリと IR64 における検証―

山脇学園高等学校 2 年 SI 生物

福嶋くるみ【背景・目的】
塩類集積土壌の修復保全は、現代の農業生産における課題の一つである。このような背景を踏
まえ、イネには生物的除塩の可能性もあると考え、日本型水稲品種コシヒカリおよびインド型水稲品種 IR64 を供試し、Na への耐性評価について検討した。また、高度な機器の導入が困難な遠隔地での簡易測定法の確立を目的に、小型イオンメーター等の有用性の検討も並行して行った。
【実験方法】
1. 栽培条件
品種ごとの供試個体数は各処理につき 20 個体とした。播種後、発芽発根した籾を 3 日後、黒色ポリスチレン製容器(縦 255×横 170mm×高さ 130) 計 3 つに移植し明期 16 時間に制御して、
23 日間水耕栽培した。溶液の調整は OAT ハウス培養液を添加し、播種後 15 日後に対照(0 mM)と NaCl 処理(50、100 mM) を設けて Na 耐性実験を開始した。栽培溶液は 3 日毎に交換した。
2. 測定
試料は、洗浄後、乾燥させ粉砕し、乾燥重量を測定した。
ICP-AES(Thermo SCIENTIFIC 製)では湿式灰化を行った。試料 0.1g に濃硝酸 10mL を添加し予備灰化、メイン分解を経て、濃硝酸で溶解後、超純水で 50ｍＬまで希釈し Na，K，Mg，Ca，Fe，Mn，Zn を測定した。一方、簡易測定では試料 0.3ｇを電気炉を用いて 800℃で 10 時間灰化処理を行い、脱イオン水１mL で溶解し、HORIBA 製コンパクト型水質計[Na⁺]で測定した。また AUTOUTLET 製塩分屈折計で塩分濃度を測定した。
【結果・考察】栽培溶液の濃度が増加に伴い、コシヒカリと IR64 の乾物重は減少し、Na 含有率は地上部、根ともに増加傾向にあった。これらは IR64 において顕著であった（図１，２）。Na 含有率はいずれの品種でも、対照では地上部より根が高く、塩処理では根より地上部が高く示されたことから、Na 制御機能がはたらいていな
いと考えられる。一方、K 含有率は地上部、根ともに減少傾向にあり、特に根において顕著であった（図３）。これは Na による拮抗阻害と考えられ、Na は、K と同じ膜輸送体によってイネ体

図1内に侵入する可能性が示唆される。Na/K 比の増加により、組織

NaCl 処理が乾物重に及ぼす影響

中の平衡状態が崩れたともいえる。また、
HORIBA 製コンパクト型水質計[Na⁺]では加が認められた。しかし、今回は事前処理が十分でなく詳細な値が得られなかったた

K 含有率

ながらコシヒカリの葉での Na 含有率の増

Na 含有率

NaCl 処理による濃度の増加に伴い、微量

め、硝酸 を使用した分解などの作業が必要だと考える。塩分屈折計では測定範囲から外れたため、結果が得られなかった。
図２ 乾物重あたりの Na 含有率32

図 3 乾物重あたりの K 含有率

P29
オオサンショウモは不思議な形の毛で水に浮かぶ横浜市立横浜サイエンスフロンティア高等学校
帰山凜咲
オオサンショウモ(Salvinia molesta)は池や沼の水面に浮かぶ、中南米原産のシダ植物である。私は高校の水槽でオオサンショウモを目にし、葉の上にかかった水がきれいな球体のまま転がり落ちることに気づいた。これに興味を持ち、オオサン
ショウモの水を弾く仕組みを解明する目的で研究を始めた。
水を弾くのは葉の向軸側であり、細かな毛がびっしりと生えているのが肉眼で観察できる。この毛を顕微鏡でみると、一本の毛が途中で四本に分かれ、再び先端で繋がるという泡だて器のような形をしていた。細く切った葉を横倒しにしてプレパラートに乗せ、色のついた水を垂らすと、毛が色水を押しとどめている様子が観察できた(図 1,2)。また、葉のふちにはつぶつぶとした細胞のかたまりのようなものが見られ、これが成長して毛を形作るのだと考えられる。
オオサンショウモの葉を水に沈めるとすぐに浮かび上がってくる。毛の根元の部
分が空気を保持することで大きな浮力を得ているのだと考え、毛をカミソリで除去し再び水に沈めてみると、葉が沈んでから上がってくるまでにかかる時間は長くなった。脱気実験を行うと、毛は葉と同程度の空気を保持しているという結果が得られた(図 3)。
オオサンショウモの毛は、水を弾いてオオサンショウモが水の重みで沈まないよ
うにするだけでなく、空気を保持し、一度水に沈んでしまってもすぐに浮くことを可能にする形をしているのだと考察した。

図 1 オオサンショウモは葉の表面に毛が生えており、水を弾くことができる

図２ オオサンショウモの毛が水をおしとどめる様子

33

図３ 脱気実験の結果

P30
マメ科植物とシダ植物のクローバー型の葉に共通する模様の意義は何か
横浜市立横浜サイエンスフロンティア高等学校
内田 真矢
植物に入る模様は「斑」と呼ばれ、形や発生条件が不規則であることが多い。しかし、クローバーに入る模様はどの個体にも同じような形がみられる。そこで私は、この模様の意味は何か疑問を持ち、模様の意義について研究を始めた。
学校内に自生しているクローバーを観察すると模様の入っていない個体を見つけた。この個体は模様の入っている個体と同一種ではない可能性があるため、クロー
バーの種(サカタのタネ)を購入し、育てると模様の有る葉と無い葉が混在している個体が 117 個体中 25 個体存在した。また、クローバーは環境条件から模様の有無を決めていると考えられる。
研究をしていると、クローバー型の葉を持つシダ植物であり水生植物のデンジソウ(別名：ウォータークローバー)を知った。クローバーとデンジソウの模様の位置を調べると、位置は違うがどちらも一定の場所に模様を発生させる傾向にあった。
位置が違うことは陸と水中の生育環境の違いではないかと考えられたため、今後はその調査や、カタバミなどのクローバー型の葉を持つ他の植物を観察し、模様の意
義を調べていきたい。

↑クローバー34↑デンジソウP31
エンドウの枝分かれのメカニズムを探る
茨城県立並木中等教育学校

科学研究部

小栗健人
【研究の背景】：エンドウの脇芽が成長する現象「枝分かれ」について研究を行った。エンドウは「初生葉」を２つ持ち、初生葉と本葉は、根から近いほうにある順に第一、第二…と名付けた。
「枝分かれ」と呼んでいる現象は「脇芽が成長すること」と定義した。一般的な植物は頂芽優勢のメカニズムにより根に近い方にある脇芽はよく成長するが、エンドウの初生葉にある脇芽は根に近いところにあるのにも関わらず、エンドウが十分成長しても成長しない。この点がエンドウと一般的な植物の枝分かれにおける相違点であり、本研究ではこれについて調べた。
【目的】：エンドウ特有の枝分かれのメカニズムを解明する。
【実験１】：実験１では①第二初生葉と第一本葉の間②第一・第二本葉自体③第二本葉の上④切らないの４つに場合分けして、どの脇芽が何 cm 成長したかを測定した。
結果、①と③は脇芽が成長したのに対し②と④はどの脇芽も成長せず、①の脇芽の長さは図 1 のようになった。頂芽を切ると脇芽が成長したことから頂芽から脇芽の成長を抑える物質が出ていると考えられる。また、本葉の有無により結果が変わらなかったことから、本葉は枝分かれに関係ないと考えられる。さらに第一初生葉の脇芽の成長が抑制されていたことから、頂芽からだけでなく初生葉からも脇芽の成長を抑制する物質が出ていると考えられる。 図 1 実験１①結果【実験２】：第一・第二初生葉自体と第二初生葉の上を切り、どの脇芽が成長するかを観察した。結果、第一・第二
初生葉の脇芽のみが成長し、子葉の脇芽は成長しなかったことから、子葉の脇芽の成長を抑える物質は第一・第二初
生葉ではなく、他の場所から出ていると考えられる。
【実験３】：子葉を切りどの脇芽が成長するかを観察した
結果、どの脇芽も成長しなかったことから、脇芽の成長を抑える物質は子葉からは出ていなく、消去法により根から 図２ 実験３考察
出ていると考えられる（図２）。
【全体の考察】：エンドウは「頂芽と根の両方から脇芽の成長を抑える物質を出している」と考えられる。こう考えると、①頂芽を切る前は初生葉の脇芽は成長しない②頂芽を切ると第二初生葉の方が第一初生葉より成長する、というエンドウに見られる特徴を合理的に説明することができる（図３）
。

図３

結論

35

P32

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36

P33
植物の姿勢保持に関する研究〜屈曲条件とstraighteningの関係〜
芝浦工業大学柏高等学校
野村雪月・嶋田悠也【目的】：straightening とは屈曲した植物体が元の状態に戻る現象を指す。そこで屈曲条件を変化させることで straightening がどのように起こるか調べた。またこの実験を通して植物の姿勢保持のメカニズムの一端を解明す
ることを目的とした。
【実験方法】：本研究では、軽量で成長が早く栽培面積を取らない豆苗を用いた。一定の高さまで成長した豆苗を以下の2条件で屈曲させた。
Ⅰ. 重力屈曲
Ⅱ. 針金屈曲
屈曲後、重力を分散させた条件とそのまま重力をかけ続けた条件（通常状態）で豆苗の挙動を観察した（図１参照）。重力を分散させた状態は自作の回転装置（クリノスタットを模したもの）で再現した。
【結果】：条件Ⅰ・重力屈曲及び条件Ⅱ・
針金屈曲では、重力を分散させた個体は屈曲したままで straightening は見られなかった。条件Ⅰ・重力屈曲の通常時に戻したものは屈曲前の状態に戻った。条件Ⅱ・針金屈曲では通常時に戻したものは、屈曲させた部分が真っ直ぐになることはな
かった。
【考察】：豆苗の姿勢保持は主に重力によって引き起こされる。しかし一方でシロイヌナズナでは straightening が見られる。従って植物種
によって姿勢保持メカニズムが異なることが示唆される。マメ科やつる性植物ではstraightening は見られないという可能性があると考えている。

37

P34

葉脈から見る葉柄の維管束横浜サイエンスフロンティア高等学校
柳井 晃平

植物の葉には、効率的に養分や水を届けるために葉脈として維管束が広がっている。これらの維管束は葉柄を通じて茎の維管束につながっているが、私はグリーン
ドラムという植物の葉を観察しているときに、葉柄の内部の維管束が葉脈の構造に合わせるように分かれていることに気づいた（図１）。葉脈の構造は植物の種によって大きく異なることが知られている。そこで私は、葉脈と葉柄の中の維管束の構造に関連があるかどうかに興味を持ち、研究を始めた。
維管束を可視化できるように茎から赤い色水を吸わせて、いくつかの種の植物を観察したところ、葉柄内の維管束が分かれて見える植物（図２）とまとまって見える植物がある（図３）ことがわかった。その葉脈は放射状に延びる掌状脈と、主脈と側脈で作られる羽状脈になっていた。
放射状に伸びた葉脈に均一に水や養分を送るために、維管束を分けたままにして維管束を放射状に広げやすくしている、中央の主脈にまとめて水や養分を送るために、維管束を葉柄の内部でまとめておくことで養分の均一化をしやすくしている、というように考えられる。そのため、葉柄の維管束の構造はその植物の持つ葉脈の構造をより効率的に働かせる役割を持っている、と考えられる。

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P35
ガクアジサイの装飾花が長期間にわたり反り返って残る謎
浦和実業学園高等学校 生物部

宮本航聖

【目的】
花は、種子植物の生殖器官であり、一般には中心から雌しべ・雄しべ・花弁・がくと規則正しく配列されている。このうち最外部に位置するがくの役割は、その他の花要素の保護である。そのためがくは、自身を目立たたせる必要がない。しかし例外も知られており、ガクアジサイHydrangea macrophyllaは、がくを大きく発達させた装飾花を有することで知られている。ガクアジサイの花は両性花が中心部に集合し、その周囲をがくを発達させた装飾花が取り囲んだ花序によって形成されている。装飾花は、花弁と同様に 昆虫の誘因に関与するために分化したとされている。しかし、ガクアジサイの装飾花は、長期間その形状を維持する。かりに装飾花の役割が昆虫の誘因のみならばチューリップのように繁殖期にのみがくを形成すれば良いのではないか。がくの中には、花弁とは異なり花後もその形状を維持するものがある。例えば、タンポポの冠毛が綿毛へと形を変え、種子の散布に関与するなどである。ガクアジサイも、装飾花のがくを種子散布に活用するために長期間その形状を残す方向に進化したのではないか。そのきっかけとなったのが、ガクアジ
サイと近縁のツルアジサイHydrangea petiolarisの観察であった。秋以降のツルアジサイの有花茎は、乾燥して柔軟性を失っている。そのため、有花茎を折り曲げことで容易に花序を摘み取ることができる。摘み取ったツルアジサイの花序を垂直に落下させると、装飾花がプロペラの役割を果たすように花序が回転しながら落下した。つぎに、ツルアジサイの花序を地面に対して水平方向に投じると、同様に回転しながら移動距離を伸ばすように落下した。この現象に関しては、ツルアジサイが身に付けた種子散布の手段の一つであると予想した。 ガクアジサイは、樹高1~2m程度の低木であることから、がくがツルアジサイと同様の機能を持ち合わせているとは考えにくい。しかし、花後も長期間にわたって残るガクアジサイのがくを時期を追って観察すると、開花期を終えた装飾花はそり返った状態となっている。本研究では、ガクアジサイのそり返っ

たがくは、滑り台のような役割を持ち、蒴果からこぼれ出た種子の散布範囲を広げているという仮説を設定して研究を進めた。

【実験方法】
上記仮説を証明するために、臭気瓶の蓋を中性花、裏返した蒸発皿を装飾花に見立ててガクアジサイの花の模型を作成した。さらに、①ガクアジサイが装飾花を有している場合の模型と、②装飾花を取り除いた場

合の模型を作成し実験に使用した。種子の代用には、直径1mmのガラス製丸小ビーズ ( 以下:ビー ズ ) を選んだ。実験では、ビーズ各2mL(180粒)を模型中心より2cmの高さから落下させて、その広がりを記録した。な
お模型の設置面は、十分に湿らせ、落下したビーズの転がりによる移動距離を調節した。
【結果】①の模型を用いた実験、及び②の模型を用いた実験からは、ビーズが共に放射状に広がる様子を確認できた。次に移動距離を計測したところ、①の模型を用いた実験では、中性花に見立てた臭気瓶の蓋の中心から5-10㎝の範囲内に転がり落ちたビーズが集中した。 しかし、装飾花を取り除いたモデルを用いた場合では、
15-20㎝とその距離を伸ばした。②の模型を用いて実験からは、装飾花に見立てるために用いた裏返した蒸発皿の傾斜が、ビーズをより遠方に移動させる効果があることを確認することができた。
【考察】
今回の実験結果より、ガクアジサイの装飾花は、株元に落下していく種子をより遠方まで移動させるための優れた構造と機能を有しており、発芽能力を有する貴重な種子が、より条件の良い地点に落下する可能性を高めているものと思われる。今後は、ガクアジサイを実際に栽培することで、装飾花の役割についての検証を進めたいと考えている。

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P36
植物の螺旋葉序は環境に合わせて調整される
横浜市立横浜サイエンスフロンティア高等学校
鈴木里佳

植物の葉の生える向きには法則(葉序)があり、お互いに重ならないようにして効率的に日光を集めることができるようになっている。私はキダチアロエが綺麗な星型の
2/5 螺旋葉序になっており(図 1 左)、お互いにあえて葉を重ねるようになっていることに気が付いて興味を持ち、研究を始めた。
観察を続けていると、キダチアロエの中には上の葉が下の葉と重ならずに、綺麗な星型にならないものがあることに気が付いた(図 1 右)。2/5 螺旋葉序は隣り合う葉の角度が 144°になるはずである。どこかで葉序が崩れたと推測して上の葉から下の葉までの角度を計測したところ、茎頂を含む上の葉ほど 144°に近く、途中で大きくズレることが判った(図 2, 3)。
キダチアロエの成長した葉を観察すると、葉の先端が日光の当たりやすい向きとは関係無く同じ方向に曲がっていることに気が付いた(図 4)。これは環境に合わせ向きを変えた痕跡だと考えて現在解析を行っている。

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P37
トゲはどのようにできるのか？
～サボテンとは独立にトゲを獲得したトウダイグサ科植物の解析～

横浜市立横浜サイエンスフロンティア高等学校
田口 実夏
ナデシコ目のサボテンのトゲは葉が変形したものと考えられている。しかし、キント
ラノオ目トウダイグサ科のユーフォルビア•プルビナータは葉とトゲの両方をもつことを不思議に思った（図１）。またナデシコ目とキントラノオ目は遠縁であり、両者は独自にトゲを獲得したと考えられるが、どのような違いと共通性があるかに興味を持
ち、これを調べる研究を始めた。
葉は茎から維管束が接続されているが、葉が変形したトゲについても調べてみると、サボテンとユーフォルビアの両方で、トゲから茎の維管束に伸びる構造が観察された。
これが実際に使用されているかを調べるために茎から色水を吸わせると、どちらもトゲまで輸送されていることが判った。しかしユーフォルビアでは古いトゲになると色水が輸送されなくなる傾向が見られたので、トゲの形成後は機能しなくなると考えられる。
そこでサボテンの刺座とユーフォルビアのトゲの形成初期を観察すると、発生直後のト
ゲは柔らかく緑色をしており（図２）、そこから退色して堅くなっていく様子が観察された。これらの結果からサボテンとユーフォルビアのトゲは、葉を作るメカニズムが途中で修正されて形成される可能性が示唆された。

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P38
サクラ類における巻き葉形成メカニズムの解明
宮城県仙台第三高等学校

自然科学部生物班

志村伊織・佐々木亮輔【目的】：一部の昆虫類は樹木の葉に産卵し，揺籃や虫えい（虫こぶ），巻き葉と呼ばれている種固有の様々な工夫を凝らし利用することが知られている。しかし，揺籃や虫えい（虫こぶ）と異なり，巻き葉形成の具体的なメカニズムについては報告がされていない。そこでサクラ類に寄生し，巻き葉を形成するヒキオコシコブアブ
ラムシに焦点を当て，巻き葉が形成される際の葉の構造の変化を明らかにすることを目的とした。
【実験方法】： 実験１ 正常葉及び巻き葉のパラフィン切片を作成し，光学顕微鏡を用いて植物組織の差異を調べるため，葉の表面㎛当たりにある葉の両面の表皮細胞の長さ・表面表皮細胞の数を計測した。
実験２ また，虫えいを形成する他種のアブラムシが体内にオーキシンなどの植物ホルモンを高濃度に蓄積していることから，植物ホルモンによる細胞伸長成長と細胞分裂の促進・抑制によって巻き葉が形成されていると考え，オーキシン濃度①：
②：
× ー ・
③：
× ー ・
④：
× ー ・
× ー ・
。
操作Ａ：葉の裏面に①～④を塗る，操作Ｂ：葉の裏面に①～③を塗る＋光を遮断，操作Ｃ：葉の両面に①～③を塗る，操作Ｄ：葉に①～③を注射で注入，の操作を行い，葉の変化を目視と光学顕微鏡によって観察した。
【結果・考察】：結果１ 葉の表面㎛当たりの正常葉と巻き葉それぞれの表面の表皮細胞の細胞 つ当たりの水平方向の長さの平均値，及び表面の表皮細胞数について有意な差異を確認できた。裏面の表皮細胞の細胞 つ当たりの水平方向の長さの平均値，両面の表皮細胞の細胞１つ当たりの垂直方向の長さの平均値については有意な差異は確認できなかった。以上のことから，植物ホルモンによる細胞伸長成
長促進は水平方向のみに作用している可能性が示唆された。この現象には，一般的に知られているエチレンなどの植物ホルモンにより，セルロース繊維が縦方向に合成される現象も関与している可能性が推測された。
結果２ 目視での葉の変化は確認できなかったが，葉の表面㎛当たりの正常葉と巻き葉それぞれの両面の表皮細胞の細胞 つ当たりの水平・垂直方向の長さの平均値，表面の表皮細胞の垂直方向の長さの平均値，及び両面の表皮細胞数について有意な差異を確認できた。よって，裏面表皮細胞の垂直方向への伸長のみ有意な差異が確認できなかったことから巻き葉の形成にはオーキシン単一ではなく，他の植物ホルモンも関与している可能性が示唆された。
【展望】：実験１よりエチレンの関与の可能性も推測されたので，細胞壁におけるセルロースの分布を正常葉と巻き葉で比較することも実施していく。

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P39

密閉空間における植物の生命維持が見出す可能性
佐藤 翼 岡山白陵高等学校 科学部実験班 生態科学班【研究概要】
近年宇宙科学分野では宇宙移住計画に向けた技術開発が進んでいる。この計画において植物が大きな可能性を秘めていると考えこの研究を始めた。

年にアメリカでという壮大な実験が行われた。この実験は失敗してしまったが私はこの実験は根本的な失敗はしていないと考える。 年にわたり密閉空間における生命維持を目指して土壌の検討・大気の検討・生態系の密閉空間における植物の生み出す酸素のみ
で卵から孵化しさらに成長しているハエ

検討・環境の検討を行い密閉空間において植物が長期的な生命維持が可能な環境を作成した。

【実験方法】
本研究では自作のⅠ Ⅱという小型密閉容器及びⅠ Ⅱという生態系密封容器を使用した。

まず、地球環境に近い環境での密閉空間における生命維持は可能であるのかを調べるために屋外でⅠ Ⅱを使用した実験を行った。この実験の結果を踏まえて以下の実験・解析を行った。
実験① 次世代シーケンサー
実験②

を使用し

解析を行い微生物の多様性とその可能性を提示する。

生育必須水分量の欠乏を防ぐことで成長速度の低下は見られなくなると考えて貯水槽 地下水層 を備えたⅡを使用して植物の成長記録を取った。
実験②

エチレンガス 植物ホルモン による植物の成長妨害を無くすためにをとを使用することでエチレンガスに還元できること、及びその土壌で問題なく植物は生育できるかを調べた。その結果をもとに多種の植物及び生物が生育できる

Ⅰ Ⅱの完成を目指している。

実験③ 月の模擬土及びリュウグウの模擬土などの惑星土壌及び石炭灰・・これらの混合灰 を利用した密閉空間における植物の生命維持の可能性を提示し、微生物が大きな役割をしていると言うこと示すために滅菌・殺菌した土壌としていない土壌との比較、月・リュウグウの模擬土と石炭灰の土壌を均一化したものとしていないものを使って成長比較を行った。さらに微生物固定による成長促進を証明するために月の模擬土とリュウグウの模擬土と月のレゴリスに近い成分である石炭灰をそれぞれ電気炉を使い焼き固め、水洗い 生じた微量の重金属を希釈するため して多孔質化したものと次世代コン
クリート 酒井雄也研究室 を使用して密閉空間における惑星土壌での長期生命維持の可能性を提示していく。

Ⅱ【これからの展望

現在 】

自作の恒温槽を使用しその中で植物育成ライトを使用した、Ⅰの中でのハエの孵化、成長に成功し、さらにその中でのミミズの生命維持実験を始めた。生態系を長期的に維持するためには大きなものを作成する必要があるが購入する研究費がないので校内に保管されていた忘れ物のビニール傘を使用して正二十面体のⅡを製作し、できる限り密閉できるように工事用のシリコーンを使用して補強した。生態系密封実験を成功させるべく研究に邁進していきたい。

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P40
オジギソウの明暗条件変更による応答
立命館高等学校 2 年― 電位測定による分析 ―豊島 美咲【背景・目的】2021 年度に、私は接触傾性が就眠運動の覚醒時と就眠時に何らかの影響を受けるとする仮説を立て、羽片の反応を中心に表面からの電位測定、観察を行った。結果、仮説を支持しうるものとなり、時間帯による反応の違いも一日のリズムにあると考えられ、生物時計の影響を受けることが推測しうるものとなったことを昨年度の本 Jr.セッションで報告した。この推測を確かめるため、今年度
は、連続明期と連続暗期の環境下に長時間オジギソウを置き、概日リズムがあらわれる状況におくと接触傾性に影響を与えるという仮説を立てた。本研究では自作の実験装置等で電位測定、観察、分析を行いその仮説の真偽を探究した結果を報告する。
【実験方法】
通常の明暗周期（明期 12 時間、暗期 12 時間）で育成したオジギソウを、実験開始に合わせて連
続明期、連続暗期の条件下に置き、それぞれ 5 時間ごとに刺激を与え、70 時間経過まで実施し、環境による違いがあるかを調べた。
対照区（通常の明暗周期）は 1 時間ごとの測定を行った。

茎

副葉枕

刺激

オジギソウに刺激（筆先が 5 mm 曲がる程の強さで、羽片の先端から葉軸に沿って触れる）を与え、表面の電位変化を測定した。刺激を与える羽片と葉柄に電極（図 1：X ）を付け、その葉柄と主葉枕を挟む下側の茎にも電極（図 1：Y ）を付け、それぞれの電位変化を同時測定した。

電極
主葉枕

X

電極

Y
図１ 電極の貼付位置【結果・考察】図 2・3 は、各時間の電位差と開いた葉の反応を開始した時刻（明期：18 時、暗期：6 時）から順に並べたものである。
オジギソウは就眠運動を行うため、概ね 19 時～翌 5 時の間葉を開かないが、連続明期・連続暗期のいずれの条件下においた場
合でも夜間に葉を開いたことが観察された。連続明期条件下では
9 時（15 時間経過（以降＋15 と表記）
）以後その多くが時刻を問わず葉を開き、一方、連続暗期条件下では 22 時（+40）には葉を閉じ、以後時刻に応じた葉の開閉を行った。
電位の変化量は、葉が開く日中は大きく、夜間は小さい。図 2の 4 時（+10）
、図 3 の 7 時（+25）は、過大な反応を多く含み、通常の明暗周期の 9 時～11 時に似た反応がみられた。また、どちらの折れ線グラフも周期性がみられ、体内のリズムは維持されていると考えられる。

図2

電位の変化量と開いた葉の反応(連続明期）

図3

電位の変化量と開いた葉の反応（連続暗期）

図 2・3 の結果から、葉が開く反応とは別に体内の電位変化は生じており、時刻の誤認が生じても暫くすると、本来の時刻に従い反応した。
観察において、いずれも刺激に対し、通常の明暗周期でみられる小葉が連動して倒れる反応は少なく、数枚の小葉が一斉に倒れる反応が多くみられた。葉を日中の形状で広げる一方、羽片を内側に寄せる就眠の形状をとる日中と夜間の反応が混在した状態が多くみられた。また、時間が経過す
るに従い反応が遅い、中断する、反応しない、回復時間が長い、葉柄が元に戻らない等の異常な反応が多くなり、電位の変化量の逓減からも、エネルギーが徐々に不足していると考えられる。
【結論】
オジギソウを連続明期や連続暗期の条件下におくことで、接触傾性にも通常の明暗周期とは異なった反応が観察された。植物は環境に応じ体の状態を積極的に変化させることで生命を維持する。
連続明期、連続暗期におかれることで光の供給量に差が生じ、エネルギー源となる糖の生成に影響が生じ、これに合わせて刺激に対する応答にも変化が生じたと考えられる。

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日本植物生理学会第 64 回年会 高校生生物研究発表会
発行2023 年 3 月 16日

一法人日本植物生 学

64 回年

高校生生物研究発表
北大学

中

本

伊

実行