露特集「高等学校における環境教育」（その２）実験を通して考える生物と水質の関わりを扱った環境教育
一高校生物分野における化学的手法の導入一
橘淳ifi
大阪府敬育センター

PracticeoIEnvironmentalEducationIromtheViewpoinIof
IheRelaIionbetweenWaterandBioticCommunity
JuniiTACHIBANA
OsakaPにtCIu｢ilIEduCilIionCcntc「

１はじめに高等学校においては生物や総合的な学習のIlIFlIUのほか、部活動などで環境関連の実験や観察がjlk

がら池沼などのＩＨＩ鎖系水域においては窒素やリンのj仲加に伴う1;;栄養化が進行しており、水の箙（藻類の異常苑１Gk）に伴う蛾観の悠化や悪臭がＩｌｌ１
Ｒｕになってきている。

視きれてきている。実験や観察敬付を考える場合、水簡分析は化学的な操作が中心で生物とは緑通

地域に密論したものや身近なものを題材に選ぶのいものと思われがちであるが、池沼という場とそが生徒の興味１１１１心をリ|<上でよく、また、文験材

こにｲ｢在する/上物とのllUわりを考え、物質の助き

ﾈ:}や観察の場の利用にＩＩＬIしても望ましい。

をみる－つの「ものさし」としての水質分析（特そこで｢水の都大阪｣の地域教材として､また､Ⅱ品物を中心とした環境教行教材として池沼における顎紫循環とその研究法について、水質分析を'''心とした実験手法を交えて考えたい。に窺紫の分析）を中心に紹介する。

２水圏における窒素とリンについて
2.1栄養塩類と生物について

大阪府内には12,000カ所あまりの池沼がｲＭ：し栄養塩顛とは生物の成腿や増殖にとって欠かせており、その密度は6.5ケ所/Ｍ１で秀川県に次いでない無機塩釧のことである。陸_Mlli物では窒索、御璽１２位である。これらの池沼の多くは近｛1Kの産イオウ、リン、カリウム、カルシウム、マグネシ料Ni造の変化に伴い、１１K業用から地域防災Ⅲためウム、鉄などであるが、水圏では察然やリン（ケ池や親水空IllI提供のMIrとしての公1判の一部に組みイi纐iにとってはケイ腋も）が柚猫することが多入れられるなど、そのII的も大きく変貌してきた。

いので、ｊ山`ｉｉｉは窺素とリンのことを指している。

親水空１１１１の場としての池沼を巡るIMI題も近ｲ１１１，他物プランクトンの炭紫、窒素、リンの原７．の，Ⅱしてきた。例えば水IiiにllLlしては、ilif排やｉ１１ＩⅡ｜

lIill合はレッドフィールド比といわれ、ＣＮ:P＝では法的なlJlljll強化やiり濁防ｌｆ技術の進歩に伴い106:16:ｌである。池沼など水圏の栄錐塩の微唖を爪金属その他の有害物蘭による水{T汚濁はかなl）考える場合、この比がin笈になる。例えば、水ＩＩｊ

改盤されたほか、下水jii轆備や人々の環境に対すの窺紫とリンの比（Ｎ／P比）が16に近いと植物プる怠識のirljまりに伴い窕猴、リンなどの栄従塩ifliランクトンは効率よくこれらの栄養塩顛を利１１Iしの排出は減少Ibilii]を示すようになった。しかしなて期殖していると考えられるが､Ｎ／P比がl6よ'）ＩＭＩい合わせ光〒558-0011ノ〈阪Ili住TIilXﾉⅡⅡll4TI113稀23号

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畷鰭数万ＶＯＬ13-Ｊ

人阪府教行センター

,(鐵を翅してゲえる生物と水fIrのⅣわりを扱った塀擁微かａ３

大きいとリンが制限になる可能性が鵬11Ｉきれる。

リン(PP)と呼ぶMli合もしばしばある。

逆にＮ／P比が16より小きいと窒紫がI1jII限になる

3）窒素の循環と生物

可iiﾋﾞﾔIZが推測きれるので、生物とのIHIわりを考え

Ｉ:l然界における雫飛の循環を考えると、鼓的にた水Ｈ１i分析では窒索とリンの両方をilII定すること

11Aも多いのは大知１１に存在する鑓獺ガス(Ｎ譽)でが多い。

ある。窒素ガスは安定なため普迦の生物が利川することは困碓であるが、空11』放地などで固定され２．２水圏の窒素とリンの存在形態
1）窒素の分類について

寵猴は大きく無機態とｲj｢機態に分類できる。無る池、ラン判11Ｗ（シアノバクテリア)、マメ科植物の根粒菌、そのlLI:壌細菌によってl制定きれた後、利川される。近H1:では工業的な顎紫固定（いわゆ

機態の窺索はアンモニア態窒素（ＮＩＩ４.)、亜HiIi酸

る窺素肥料の111賑）も盛んにな'ハこれが水圏に態究紫（NO2~)、硝酸態窒素（ＮＯ３）であり、こおける高栄養化の大きな原因の-.つになっているｃ

れらの合計を溶存鱗擬態全窒素（ＤＩＮ）という。

また、タンパク髄をはじめとする含窒素有機物

ｲj機態窒素は水に瀞解しているものと懸濁していは微生物の勘きによって分解ざｵL、雌終的にはアるものに分類され、前撒を祷存ｲ『機畿獺（DON)、ンモニア態畿飛になる。水圏のアンモニア態窒獺

後潴を懸濁態有機案紫（ＰＯＭという。この分類は好気条件下ではＭｋＪｍ”mo,jilsなどのアンモニは化学､，に厳密な分馴ではなく、imfiiは､ｲL徒0.45ア酸化細菌（硝化判11W）によってlMiIiii酸態窒索に1ｍのメンプランフィルター（ミリポアーⅡ:ＨＡフィな})、吾らに、MimbiJcf〃などのDllilifi酸酸化細Ｗｉ

ルターなど）または平均孔濫lUmのグラスファイ（liili化細菌）によってIiii酸態窺飛になる。一般にバーフィルター（ワヅトマン社の０F／Ｃフィル

これらの過程をii1i化という。liii酸態寵素は有機物ターなど）で濾過した場合の、臘液を溶ｲ｢有機窒が存在し、蝿気的な条件下におかれると（ヨシな獺、鰹紙上に残る残iiIiiを懸濁態有機飛紫と呼んでどの他物の茎や水'1'の石、底ilfなどの表面に付粉いる。

する微生物脱の付近に逆すると）jmfI蝿気細菌群

沸存ｲ『機窒索はタンパク質、ペプチド、アミノの多くが有機物をiiWlllしてlii1i酸岬吸（いわゆる脱酸、hR紫などが主であるがその詳しい成分や実体窺反応）を行い、水lliiIより窯紫を窯紫ガスとしては未知の部分が多い。懸濁態有機窯紫はjIiIih物プ

大知'１に放lIlして浄化きれる。

ランクトン、バクテリア、デトリタスなどが主で（iii化と脱窯については近年研究が進み、アンモある。

ニア酸化細荊やjlliliii鹸酸化細Wiは光によって硝化

2）リンの分類についてil1i性を失うことが分かり、池沼では光の強い我１Ｍリンも大きく無機態とｲ『擬態に分ifjlできる。無付近では起こりにくく底層付近で起こることがIﾘｌ機態のリンはリン酸態リン(POf）が１２である。有らかになっている。水簡浄化のためにヨシなどの機態のリンは窒素とliijMiに濾過した｣吻合の艫液のhll水ｲ[11物をhhえたIj通水性護岸ﾊﾞﾘをjllいた池沼の部分を祷存ﾉﾄﾞj擬リン（DOP）といい、iIli紙上の残,纏岸改修が盛んになっており、ここでは微生物ＩＭＵiiIliを懸濁態有機リンという。

を発達させ、微/|{物脱ではliii化や脱窯に好都合な

椿存ｲ『機リンの成分は殆ど明らかになっていな

微1k物の住みかをｲＭＬすると共に、微生物膜内部

いが、リン脂質、核酸、ATPのほかアルミニウム、では光があま')仏入せず、またhl舷(lFiと好気１１Wがカルシウム、鉄などと化合したリンも念まれていｲIYI;し､効率良くiii化･脱籠が行なわれていると詞るとザえられている。懸濁態有機リンは11MI植物プわれている。

ランクトン、バクテリア、デトリタスのほか、前１１１１窯に関しても、細IXiの働きによってlllf硝酸態

述の化合した無機態の粒子状のリンも多く含まれ窺紫、jIIi酸化窺紫（ＮごＯ）に遠)Cされた後に窒紫ていると考えられるので、研究者によっては有機ガスになることが分かり、温峯ガスとして注目さ態とII1hぷのがふさわしくないとのFI1IIIから懸濁態れているllu酸化窄紫の生成届が池iHで認められる

灘M3r我かVOL､１３１

総淳掎

副ことが多くなっている。

アンモニア態窒素がフェノールおよび次lIli塩索動械物プランクトンと墾索の1,1きについては、酸ナトリウムと反応してインドフェノールiIj:が生植物プランクトンはアンモニア態寵素と附駿態紫成することを利ＩＩＬて比色定jitする方法で、ネス紫を好んで利川するといわれていたが、１K窺紫ラー法などに比べて感皮がilIliい上に水銀などのｲ『（1＄N）化合物を１Mいた実験によって、アンモニア議な試薬を使わない利点がある。

態霊素に次いで'二漉存有機物である尿素態窒紫が試薬のI渕艦は、５９のフェノールと25mgのニト利用きれることがIﾘlらかになった。また、IiiIi酸態ロプルシドナトリウムに蕪留水を加えて全)(を寵素の利川には光が必要であることも分かってき200,1とする（溶液１）。５，１１の次亜塩索酸ナトリた。このようにＩ:l然界における窒索の循環はJ|:鮒

ウム溶液と2.59の水酸化ナトリウムに蒸繍水をhⅡに複雑である。

えて全litを200m]とする（溶液２)。

植物プランクトンに収I〕込まれた窺素は懸濁態

分りr操作は、試験管または比色箭に25mlの試水窒素（この場ぐずは植物体）になり、動物プランクを入れた後、祷液１を１，１加えて撹枠し、次いでトンやきらに上位の動物に補虻されて懸濁態究紫溶液２を１ｍI』Ⅱえてよく撹枠する。室温にて５～（この場合ilil物体）になるほか、lIi1l植物のlj1illlに24時ｉ１Ｉｊ舷l趾して発色の強さを分光光腰i;1.（波長側逃してアンモニア態窺索や尿索態窒素のほか630mm）でｉｌＩｌ滝するか、後に税IﾘIする標地色列法

極々の溶存ｲ『機窒素になる。mljM1物やそのﾀﾞﾋﾟ骸でで測定する。

あるデトリタスなどは細１Ｍ隣iによって利用され、授業実験など発色のlUF1Il1を蝿論したいMli合は無機態窒索になる。これらは11}ぴ植物プランクト

60℃～70℃に力Ⅱ澱すると５～10分程度で発色する。

ンに利Niされた})、脱窺作Ⅲjによって水圏から除（試水にアミノ酸などが大itに含まれるＭＩＩ行はこ去きれる他、jjlqlGに堆秋して水l闇から失われる。

れらも発色するので加温は避けた方がよいが、ｊ、また、篭飛のWi環の速度（窺紫の１，帰速皮）は常の試水では大丈夫と考えられる｡）比較的速いことが分かっており、琵琶湖ではアン

比色法は試薬やその他の茶I1l:によって発色の強モニア態竃撫では２日程庇、尿紫態竃素では３～きが微妙に変わるので標ilMXを作り、これと比較

４日程腱であ})、これらは常に41§物に再利)Ⅱきれして定jitするのが正しい方法である。標iII1iIXはているため11『栄養化を考えるj賜合は水中の無機態330.35mgの硫酸アンモニウムを正確に秤1,tし、窒素の現存｣itだけで判断してi3lIjを犯すことが多500,1のメスフラスコをⅡlいて蕊１W水で全liをい。動植物プランクトンやバクテリアなどの懸濁500m】にして保存用の溶液を作る。この保存川の態窒素のほか瀞存有機窒素のＪ１ｲPjitやこれらの移溶液は１１m]が10/zg-Hu.Ｎ(10/４ｍｏｌ）なので、使用lIuI速喚をも取り入れて総合的に?'1Ⅱ断する必川があ時にはｌＬのメスフラスコに１ｍIのホールビペットを川いて術釈すると10/`9-m.Ｎ/Ｉ（10/`、Ｃｌ/I）る。

リンについても窒素と同様あるいはそれ以｣足にの溶液ができる。これを蒸制水で５段階瀧庇に希未知の部分が多く、その術環の過穏も複雑である

釈して０，２，４，６，８，１０脚9-,1.Ｎ/lの溶液

ので、樹栄養化を考える鋤合はリン酸態リンほか、を作り、ｉｉＤＣ水とlii１じょうに拭験靜または比色瀞に溶存有機態リンおよび懸濁態リンの現ｲﾄﾞiitやその入れて拭難をＩⅡえて発色させ、分光光度iilでiI1ﾘ定移動迷喚も踏まえて総合的に判断する必j1lがある。

して検lit線を作成するか、標準色列法の対1MＩとし３方法
窒素やリンには色々な柧緬があるが、その１１１でも植物プランクトンの取込みや排11}に直接l)U係のて用いる。

３．２亜硝酸態窒素（BR法）

亜硝酸態窺飛のiI1I定はイオンクロマトグラ

ある蕊擬態のものについての分析法を紹介する。

フィーやイオン電極がⅢいられるが、これらは尚３．１アンモニア態窒素（インドフェノール法）

価な上に感皮が低く池招のjIIilifi酸態窒素の定11tに

鰯翻i教がＶＯＬ｣3-」

実験を逝してザえる牲物と水jirの側わりを扱った堀聴微か5５

はｲ《liOIきである。一般にはスルフアニルアミドとをｌＬとする（溶液７)。３９のスルファニルアミilIiliii鮫態宝素が結合しジアゾ化し、これにＮ－（１ドに100m]の塩酸をhⅡえ、さらに200,1の蒸留水を－ナフチル)エチレンジアミンが反応してピンク色

jjllえる（浴iii(8)。２９のＮ－（ｌ‐ナフチル）エチレに発色するのを利川する比色法が川いらｵしる。

ンジアミンニ｣１１K酸jiKに撚制水を力Ⅱえて余賦をｌＬ

試薬の調整は､５９のスルファニルアミドと50,1の坦酸に蕪fW水を｣Ⅲえて全j,(を500m]とするとする（溶械９)。
分析操作はアンモニア態窒索とliil雛に、試験符（溶液３)。0.59のＮ－（１－ナフチル）エチレンジまたは比色竹に20,1の試水を入れた後、溶液５，アミンニ:塩鹸塩仁蒸(W水を川Iえて全1,tを500,1と勝液６，溶液７をそれぞれ１，１ずつjjUえて樋排し、する（祷液の。

35℃で１時１１１１以1K舷iHLてill〔硝酸態窒素に還元き

分析操作はアンモニア態窺索とliilMtに、試験管せる。その後、溶液８を1,1加えて樋排して２～または比色笹に25,1の拭水を入れた後、滞液３を８分放笹し、次いで溶液９を1,1111lえてよく椀lflE

0.5mⅡⅡ|えて樋排して２～８分放悩し、次いで溶する｡20～120分放Wiして発色の強さを分光光度iil

波`Iを05m】力Ⅲえてよく樋排する。案jhlにて20～(１１k腿543nｍ）でⅢ１１定するか、標iVl色列法で測定す120分放i趾して発色の強さを分光光)蝉１（波侭る。

験l3nn,）で測定するか、標iV1色列法で測定する。

標iV1液は1.029のliW酸カリウムをil4砿に秤最し、標iVL液は345mgのjIliliii鮫ナトリウムを112砿に秤ｌＬのメスフラスコを)Ⅱいて蒸制水で金品を１ＬＩＩＬ、500m]のメスフラスコをⅢjいて雄繍水で全にして保存)Ⅱの沸波を作る。この保存川の溶液はjlltを500m]にして係ｲﾄﾞlilの溶液を作る。この保存1,1が10ﾉﾑｇ－ａｌＬＮ（10/４ｍｏｌ）なので、使川１時に川のi翻11は1,1が10ﾉ(g-nLN(10/`、()1）なので、はｌＬのメスフラスコに1,1のホールピベットを使lljII卜にはｌＬのメスフラスコに１ｕ１１ＩのホールピⅢいて希釈すると10/`g-ut.Ｎ/Ｉ（10/`、｡]/]）の瀞ペットを用いて希釈すると10/2g-HhLN/I(10/2ｍo］11kができる。これを蒸留水で５段1jHf御輿に希釈し/]）の溶液ができる。これを蒸留水で５段階穏度て()、２，４，６，８，１０/zg-KhLN/Iの溶液を作に希釈して０，２，４，６，８，１０/`g-KhLN/Iのり、減水と同じように試験管または比色管に入ｵし滞液を作り、試水と１J1じょうに試鹸締または比色て拭薬を力Ⅱえて発色させ、分光光度iil･でiI1I定して符に入れて試薬を､Ⅱえて発色きせ、分光光l蝉１．で検lit線を作成するか、標準色ﾀﾞﾘ法のkil11MとしてlⅡｉｌ１Ｉ施して検｝it線を作成するか、標iVi色ｸﾘ法のAl11(Ｉいる。

としてⅢ}いる。

天然水をこのﾉﾉ法で分析すると、liiIi醗態窒紫の通)Cによって１１｝られたjⅡi硝酸態窺紫にもともとｲﾄﾞ３．３硝酸態窒素（硫酸ヒドラジニウム法）（iii鹸態窯素の測定は難しく、イオンクロマトグラフィーやイオン1u極のほか、比色法としてプルｲI:するmII5iIi酸態窺紫がijUわったものの値が出るので、別に求めたjlliHii酸態窒素の１Ｍ:}itを差しりIいてIil；酸態窕索のJILｲjIiI:としなければならない。

シンi｣:、iii鹸態窯索をiIHiiY酸態窯索に週)亡してからＢＲ法でil1Ⅲ定する力戦などがある。ここでは、硝酸態窺紫を硫酸ヒドラジニウムをlljいて還元し、３．４リン酸態リン（アスコルピン酸還元法）

ｊｊｆ本的には雌擬態のリン（リン駿態リン）がモilliliili鮫として測定する刀法を紹介する。

リブデンと結合し此色のモリブデン鍬体をつくI）‘式難のi測終は､0.039の硫醸銅に雄{W水を力ⅡえてflrlItをｌＬとしたものと、1.29の硫鹸jIIi鉛に蒸留感度が低く池洲水の分析には使えないため、このこれを比色定1,ｔする方法であるが、このままでは水をﾉjⅡえて今111をｌＬとしたものをilL介して２Ｌ銑(ｲjiをアスコルピン腋を)Ⅱいて翅)Cし紺色の化合の溶波をとする（漉液５)。409の水酸化ナトリウ物にして比色定ﾊﾋできるように改良した方法であムに雄1W水を加えてｲ鷺1,(を１Ｌとする（沸液６)。

る。

2.19の硫酸ヒドラジニウムに蒸留水をjjlIえて全iｌｔ

拭薬の調整は､159のモリブデン酸アンモニウム

月翰!r我がVOL.」3-Ｊ

橘津碕

苑に蒸留水を力Ⅱえて全量を500,1とする(溶液10)。

科とIiiIじ条件で試薬を入れて発色させ、発色した140,1の硫酸に900,1の蒸留水を加えて希硫酸を試料がどの発色に近いかをみて定通する。定城桁つくる(溶液11)。279のアスコルビン酸に蒸倒水

庇を上げるには標準溶液の濃度の段階を10段階以を加えて全1Kを500,1とする(瀞液12)。

上に劇Ⅱかく取るとよい。

0.349の酒澗酸アンチモニルカリウムに蒸馴水

応1Nとして、市販のiiii易illI定キット（例えば共を加えて全fitを250,1とする(濡液13)。発色)11の立理化学研究所のバックテスト）などでも、標準混合溶液として、１０mlの溶液10を、２５mIの溶液１１溶液で段階的に発色させたものを用意して試料をを、10,1の溶液12を、５ｍIの溶液13をそれぞれ力Ⅱ発色きせたものと比べるとより細かな値まで出すえて調整する。

ことが可能である。

分析操作は、試験管または比色符に20,1の拭水４まとめを入れた後、発色jllの混合溶液を２，１加えて抗排光度計（波僅885nm）で測定するか、標準色列法

窒素やリンの分析は池沼の水質調査以外に多くの実験や観察で利用ができる。例えば、魚類や両で測定する。

生類の幼生の排出物がアンモニアであることを調し､室温にて５～120分放世して発色の強さを分光

標準液は680mgのリン酸二水索カリウムを正IIMi

べる実験、ヴイノグラドスキーの硝化細菌の働きに秤量し、500mIのメスフラスコを用いて蕪1W水を調べる爽験、植物体の窯業同化に関する実験、で全fitを500mlにして保存用の溶液を作る。このハムなどの食品添力11物として使われているilli硝酸

保存用の溶液は1,1が10浬8-薊LＰ（１０〆、o]）なの塩などの検１１１実験など色々とある。

で、使用時にはｌＬのメスフラスコに１，１のホー分析の、職は難しいが生徒はそれをすべて理解ルピペットを)1]いて希釈すると10浬9-K'1.P/l(10/４する必Ⅲjはない。酸アルカリの定義や理論は分かｍｏｌ/、の溶液ができる。これを蒸繍水で５段階凝らない小学生でもリトマス試験紙を用いて色々な庇に希釈して０，２，４，６，８，１０〆g-aLP/Ｉ実験をしている。高校の生物分野においても窯素の溶液を作り、試水とlii1じょうに試験篠または比やリンの分析を｢ものさし｣として利用すると色々色管に入れて試薬を力Ⅱえて発色させ、分光光度iil・な実験や'111察のアイデアが浮かぶのではないでで測定して検jit線を作成するか、標準色列法の対しょうか。

照としてH1いる。

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