第 18 回

国際生物学オリンピック（ＩＢＯ）
第二次国内選考試験

実習①「光学顕微鏡によるケイ藻プレパラートの観察」

課題１

８種のケイ藻細胞の大きさの測定と形態観察

課題２

Gyrosigma balticum の研究結果との比較

課題３

電子顕微鏡写真との比較

課題４

生体試料写真との比較

課題５細胞の厚みの測定

東京大学総合文化研究科

光学顕微鏡によるケイ藻プレパラートの観察
実施予定
9:00 - 9:30 実験の概要、および、用いる光学顕微鏡・器具類の説明
9:30 - 11:30 課題１〜５の実施。はじめに課題１を行うが、その後の順番は自由に実施してよい。
11:30 ‒ 12:00 答案用紙の回収・実験の解答方法についての解説。

課題１

８種のケイ藻細胞の大きさの測定と形態観察

ケイ藻は、代表的な植物性プランクトンで、淡水から海水まで広い範囲で生息している。細胞壁には珪酸が多く含まれ、生きた細胞の細胞壁表面は粘液質の物質で覆われている。細胞壁には細かな紋様（縦溝や条線）が見られるが、そのパターンが種によって異なるために、種の決定を行う重要な目安ともなっている。
ここでは８種のケイ藻細胞の標本を観察する。それらの細胞は生きた細胞ではなく、細胞壁だけが残るような化学的な処理をほどこしたもので、特注なプラスチィック樹脂に入れ、スライドガラスとカバーガラスの間にはさみ、永久プレパラートとしたものである。以下の問いに答えよ。
１‐１．細胞のもっとも長い軸を長軸と呼ぶことにする。長軸方向の細胞の大きさを「長さ」、それにほぼ直角な方向への大きさを「幅」とする。プレパラー
トの中の８つのケイ藻種を端から順にａ、ｂ、ｃ・・・（左右どちらからでも良い）と仮に呼ぶことにする。それぞれの細胞の長さと幅とを、光学顕微鏡を使って計測し、表Ⅰの空欄に数字で記入せよ。また、それぞれの測定を行った時の条件（使用した対物レンズの種類、計測の回数、長さなどを計算する上で用いた接眼メイクロメータの目盛りの値など）について、表Ⅰ右側の空欄に正確に記入せよ。必要ならば、表Ⅰの裏面を使って記述しても良い。計算は別の計算用紙を使用する。
１‐２．それぞれの種の細胞の形態で、特に気付いた特長について、表Ⅱの空欄に記入せよ。

課題２

Gyrosigma balticum の研究結果との比較

Gyrosigma balticum は海水・汽水に多くみられるケイ藻である。このケイ藻の細胞は、泥質の海底面（底質）に横たわっているのではなく、細胞の長軸を底質に垂直に立てていると予測される。トルイジンブルーで生きた細胞を染色すると、下側となる細胞端に粘着性の高い管状の構造を突き出しているのが観察される。この粘着性の高い突起構造で底質に付着すると考えられている。また、Gyrosigma balticum が密集して存在する底質近辺は、酸素濃度が高く過飽和になっていることもわかった（図１）。以下の問いに答えよ。
図１．Gyrosigma balticum を飼育した海水槽の底質表面の酸素濃度を測定した結果。適度な光照射条件下で観察した。底質より 800〜1500μm 上側（-800〜-1500μm）
では、空気からの酸素が水流によって常に供給されるので、酸素濃度はほぼ飽和した状態になっている。底質表面に、このケイ藻が縦になって密集している場所があり、その層だけケイ藻の光合成によって酸素濃度が非常に高く、過飽和の状態になっていることがわかる。ジェンソン・Ｂらの研究（ヨーロッパ藻類学会誌、29 巻 11-15 頁、1994年）から。

２‐１． Gyrosigma balticum は、ここで観察している標本の中に含まれる種である。
上の研究結果と対応付けた場合、Gyrosigma balticum は、ａ〜ｈ（表Ⅰ）の中のどの種に相当すると考えられるか。表Ⅲの上右側空欄の中の記号の中から適切なものを選び、○で記せ。
２‐２．上の記述と観察結果をもとに、このケイ藻の細胞は、泥質の底質にどのような状態で密集していると想像されるか。表Ⅲの下側空欄にわかりやすく模式図で示せ。細胞の形態は簡略な表現で良い。

課題３

電子顕微鏡写真との比較

図２は、電子顕微鏡を使って観察した Pleurosigma angulatum 細胞表面の一部である。この種もここで観察している標本の中に含まれる。以下の問いに答えよ。
３‐１．標本の構造を詳細に観察し、ａ〜ｈ（表Ⅰ）の中のどの種に相当すると考えられるか。表Ⅳの上右側空欄の中の記号の中から適切なものを選び、○で記せ。
３‐２．上のように結論した理由は何か。その理由を、表Ⅳの下側空欄にわかりやすく記せ。

ここに以下のアドレスにあるような写真が挿入されていた。
http://www.e-pics.ethz.ch/index/ETHBIB.Bildarchiv/ETHBIB.Bildarchiv_D
ia_249-KRY-010_81032.html

図２．Pleurosigma angulatum の電子顕微鏡写真。黒い線は 10μm の長さを示す。

課題４

生体試料写真との比較

ここに以下のアドレスにあるような写真が挿入されていた。
http://protist.i.hosei.ac.jp/PDB/Images/Heterokontophyta/Raphidineae/Amphipleura/sp_1.html
図３．生きた状態の Amphipleura pellucida 細胞の光学顕微鏡写真

図３は、生きた Amphipleura pellucida 細胞を観察したときの光学顕微鏡写真である。この種もここで観察している標本の中に含まれる。以下の問いに答えよ。
４‐１．標本の構造を詳細に観察し、Amphipleura pellucida は、ａ〜ｈ（表Ⅰ）の中のどの種に相当するが答えよ。表Ⅴの上右側空欄の中の記号の中から適切なものを選び、○で記せ。
４‐２．生体のケイ藻細胞（図３）と、ここで観察する標本を詳細に比較することによって、２つにはどのような違いがあることがわかるか。表Ⅴの下側空欄に記せ。

課題５細胞の厚みの測定

図４は、ここで用いる顕微鏡の側面、および、試料台を上下させる目盛り付
きダイヤルの写真を示す。試料台を上下させる時に何目盛り移動させたかを読み取ることができる。この目盛りをうまく使うことで、観察試料の厚みを測定することができる。まず、標準試料として、正確な厚みのわかっているものを使用する。用意された試料や機器類を使い、以下の手順に従い、ケイ藻 a〜ｈの細胞の厚みを測定せよ。
用意された試料・道具類
・ 厚み一定の金属板
・ カバーガラス・ 直径 20μｍのプラスチック球（マイクロビーズ）
・ 直径 40μｍのプラスチック球（マイクロビーズ）
・ 厚み測定用のマイクロメーター（使用方法は最後の頁参照）

図４.

用いる光学顕微鏡の側面。側面の黒いツマミは、顕微鏡の試料台を上下させる時に用いる。ダイヤルには数字が刻印されており、試料台を何目盛り移動させたかが読み取れるようになっている。

操作の手順・ 正確な厚み（Ｙ）のわかっているものを用意する。
・ それを試料として、光学顕微鏡で観察する。
・ 厚みのわかっている試料の最上部、最下部、ともに光学顕微鏡で観察できるように工夫する。
・ その２つの部分の間を移動する時に、図４で示した目盛りがどれだけ変わるかを調べる（Ｘ）。
・ Ｙ／Ｘの計算から、図４の目盛り１つが何μｍに相当するかがわかる。
・ この値を使って、ケイ藻 a〜ｈのの細胞の厚みを計測する。

５‐１．細胞の厚みを計測し、表Ⅵの空欄に数字で記入せよ。また、それぞれの測定を行った時の条件（使用した対物レンズの種類、計測の回数、長さなどを計算する上で用いた接眼マイクロメータの目盛りの値など）について、表Ⅵ右側の空欄に正確に記入せよ。必要ならば、表Ⅵの裏面を使って記述しても良い。計算は別の計算用紙を使用する。

マイク ロメー タの使い方
マイクロメータ（Ａ）は、一般に外径を計るときに用いる道具である。Ｕ字型のフレームの片側に目盛りをつけた細かなネジ（一般に、これをマイクロメータヘッドと呼ぶ）が配置されており、これを使って正確な厚みを測ることができる。このネジは、一回転 0.5mm の精密なネジになっており、側面には 50 等分の目盛りがあるので、一目盛り 0.01mm に相当することになる。測定する試料を一定に力で押せるようにラチェット式のネジ頭（Ｃ）が付いていて、これをまわして試料に当て、厚みを測る。写真Ｄにあるマイクロメータの読みは、3.13mm となる。目盛りの 1/10 まで読むこともできる。

ＢＡＤＣ

課題１ - 1
表
ケイ藻の種別記号

細胞の大きさ
長さ（μｍ）

1a
幅（μｍ）

長さ（μｍ）2ｂ
幅（μｍ）

長さ（μｍ）3ｃ
幅（μｍ）

長さ（μｍ）

4ｄ
幅（μｍ）

長さ（μｍ）5ｅ
幅（μｍ）

長さ（μｍ）

6ｆ
幅（μｍ）

長さ（μｍ）7ｇ
幅（μｍ）

長さ（μｍ）

8ｈ
幅（μｍ）

氏

名

使用した顕微鏡の番号使用したプレパラートの番号Ⅰ
計測したときの条件など

課題１ - 2
表
ケイ藻の種別記号

1a2ｂ3ｃ4ｄ5ｅ6ｆ7ｇ8ｈ

氏

名Ⅱ
形態上の特長など

課題２ - 1, 2
表
標本中のa～ｈ（表Ⅰ）の中でGyrosigma
balticum と同じと考えられるものに○印をつける。

Ⅲ
ａ・ｂ・ｃ・ｄ・e・ｆ・ｇ・ｈ

上のように判断した理由

図A ケイ藻が底質にどのような状態でいるかを示す模式図

氏

名

課題３ - 1, 2
表
標本中のa～ｈ（表Ⅰ）の中でPleurosigma
angulatum と考えられるものに○印をつける。

上のように判断した理由

氏

名Ⅳａ・ｂ・ｃ・ｄ・e・ｆ・ｇ・ｈ課題４ - 1, 2
表Ⅴ

標本中のa～ｈ（表Ⅰ）の中でAmphipleura
pellucida と同じものに○印をつける。

上のように判断した理由

生きた細胞と、ここで観察した標本細胞との違い

氏

名ａ・ｂ・ｃ・ｄ・e・ｆ・ｇ・ｈ

課題５
表Ⅵ
記入欄

操作手順の番号１）

右側面のツマミを時計回りにまわしたときに、試料台の動く方向５）目盛りの差（目盛り数）

６）

１目盛り当たりの試料台移動距離（μｍ）

厚みを計測したケイ藻の種別記号に○を付ける上のケイ藻細胞の厚み
（μｍ）

７）

上の計測したときの条件など

氏

名

ａ・ｂ・ｃ・ｄ・e・ｆ・ｇ・ｈここには以下のアドレスにある写真が掲載されていた。
http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2002/
pr20021029/fig1.jpg問題の末尾には、「カイ2乗の棄却値」と「t の棄却値」の数表が添付されていた。
「カイ2乗の棄却値」の表は、自由度（df)とアルファ水準に対応する数がしめされ、データから計算したカイ2乗値より大きければ棄却すると説明されていた。
「t の棄却値」の表は、自由度（df)と片側検定の場合のアルファ水準に対応する数がしめされていた。

ここには ＤＮＡの二重らせんの図と、そこでの相補的な核酸塩基対の相互作用の図が掲載されていた