カエル原腸胚切断面観察の実践的研究

155 155

愛媛大学教育学部紀要　第 67巻　155~166　2020

Practical research on the observation of the bisected gastrula of the frog

Yoriko NAKAMURA , Nao YASUHIRA , Heiwa MUKO and

Masahiro HIZUME

2018

1

.

Abstracts The curriculum guidelines for high schools (Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology,

2018) states “In the study unit ‘Development and Gene Expression,’ the main aims are to have students understand the

control of gene expression, and development and gene expression, to acquire the techniques for observations and

experiments, and to foster the abilities of thinking, judging, and explaining through observations and experiments on the

development and gene expression”. As gastrulation is an important morphogenetic movement for the formation of

カエル原腸胚切断面観察の実践的研究

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愛媛大学教育学部紀要　第 67巻　155~166　2020

ectoderm, mesoderm and endoderm which makes the basis of the body structure in the frog development, it is important

to observe the internal structures of real embryos. However, as it takes too much time and the small size of the embryo

makes it difficult for students to do experiments and observations for the embryonic development, it has been

considered that doing experiments within the high school biology class setting is impossible. In this study done with

college students, we developed teaching materials and a method for the observation which could reduce the

experimental time, allowing students to successfully observe the internal structure of the gastrulae of Xenopus laevis for

themselves. First, we investigated whether college-level students could bisect the gastrula with a razor, observe the

bisections, and make sketches. We identified and resolved problems in this preliminary lesson practice, and then

implemented the actual lesson practice. When we gave the students the aligned gastrulae embedded in an agar block

and precise instructions on how to make the bisected gastrula with a model block, all students were able to bisect their

gastrulae. It is possible to observe the bisected embryo at various stages in less time by using the photos of bisected

embryos, even if students could not successfully bisect the embryo. Replies to a questionnaire survey after the lesson

practice suggest that the observation of real embryos is necessary in order to make the class “Frog development” easy to

understand and interesting for students.

Early embryonic development Gastrulation Teaching materials

Xenopus laevis

1)

2)

13)

Xenopus

laevis

20 2 1

400

10

Sive 4)

MMR 0.1 M 2 mM

1 mM 2 mM

5 mM HEPES pH 7.8

5 0.1×MMR 10

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ectoderm, mesoderm and endoderm which makes the basis of the body structure in the frog development, it is important

to observe the internal structures of real embryos. However, as it takes too much time and the small size of the embryo

makes it difficult for students to do experiments and observations for the embryonic development, it has been

considered that doing experiments within the high school biology class setting is impossible. In this study done with

college students, we developed teaching materials and a method for the observation which could reduce the

experimental time, allowing students to successfully observe the internal structure of the gastrulae of Xenopus laevis for

themselves. First, we investigated whether college-level students could bisect the gastrula with a razor, observe the

bisections, and make sketches. We identified and resolved problems in this preliminary lesson practice, and then

implemented the actual lesson practice. When we gave the students the aligned gastrulae embedded in an agar block

and precise instructions on how to make the bisected gastrula with a model block, all students were able to bisect their

gastrulae. It is possible to observe the bisected embryo at various stages in less time by using the photos of bisected

embryos, even if students could not successfully bisect the embryo. Replies to a questionnaire survey after the lesson

practice suggest that the observation of real embryos is necessary in order to make the class “Frog development” easy to

understand and interesting for students.

Early embryonic development Gastrulation Teaching materials

Xenopus laevis

1)

2)

13)

Xenopus

laevis

20 2 1

400

10

Sive 4)

MMR 0.1 M 2 mM

1 mM 2 mM

5 mM HEPES pH 7.8

5 0.1×MMR 10

0.1×MMR

1 5

20 0.1×MMR 50 mL L-

1 g 2.5 N NaOH 200 600 µL

0.1×MMR 5

13 23 1

0.1×MMR 5

23

4

4 g 100 ml

4

6 cm 5.3

cm 1.4 cm 2 mm

4

10

1

30 6 15

16

6 6 3 1

2

15 70

5 90

(1)

(2)

(3) 1

(1) 3

1 2A 2 2B 3

2C

(2) 3

(3) 3

2

1 cm

1 cm 2 mm 1

3

3

SS-LED

(4)

TV

1 3

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1

30 12 6

9 7 2

1

7

6 5 1

2 2

2

15 70

5 90

(1)

(2)

4

(1) 5

6A D

(2)

7 1 10

(3) 30

(4)

3

8

1 1

3

(5)

3

8

(1)

(2)

(3) 9

カエル原腸胚切断面観察の実践的研究

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愛媛大学教育学部紀要　第 67巻　155~166　2020

A

B

C

D

500 µm

A B

C D

　　月　　日　氏名：　　　　　　　　　

発生の順番 卵黄栓の大きさ（μm） 原腸の長さ（μm）

○観察結果　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

○まとめ（1）空欄を埋めよう。　発生が進むにつれ、卵黄栓の大きさが（　　　　　）なると、原腸の長さが（　　　）くなる。　　つまり、卵黄栓の大きさと原腸の長さは（　比例　・　反比例　）する。　また、アフリカツメガエルの原腸陥入は（　植物極側だけで　・　植物極側から動物極側へ　・　　　動物極側から植物極側へ　・　動物極側だけで　）起こる。（2）他に分かったこと、興味を持ったことを記入しよう。

「動物の生殖と発生」　ワークシート

○注意点・剃刀の刃が危ないので、剃刀から手を放す時は必ず剃刀台に　差し込むこと。・剃刀に付いた寒天は素手で取らず、必ず柄つき針を使って　剥がすこと。・トリミング後など胚が見えづらい時は少量の水で切断面を　湿らせてあげると良い。・④で手元を肉眼で見て、胚の中央を通る位置に剃刀を　軽く当てたまま顕微鏡をのぞき込み、卵黄栓の長径を　通る位置に調節し直すこと。

○目的　アフリカツメガエルの原腸胚の縦断面を観察し、原腸形成に ついて考察しよう。 ○使用するもの【1人1つ】　実体顕微鏡、剃刀、剃刀台、柄付き針、透明のシート、　胚が入った寒天、シャーレ1個、タブレット、タコ糸、【2人1つ】　スポイト、水の入ったビーカー○観察方法①寒天をシャーレに入っている向きのまま透明のシートの　上に置き、観察する面にスポイトで水を数滴垂らしてから、　顕微鏡を覗き込み卵黄栓の位置と大きさを確認する（図1）。②①の寒天を向こう側に倒し、胚より上の寒天を、　胚に近い位置で剃刀で切断する（図2）。 　胚より下の寒天は少し厚めに寒天を残すように剃刀で　切断する（図3）。 ③寒天を①の向きになるように戻し（図4）、観察する面に　スポイトで水を数滴垂らして、卵黄栓の向きは長径が　真横になるように置く（図5）。 ④卵黄栓の長径に沿って剃刀で胚を切断する（図6）。　 ⑤余分な寒天を剃刀で切断し（図7）、上の寒天は向こう側に、　下の寒天は手前に、断面が見えるように倒し（図8）、　観察する。⑥タブレット上で卵黄栓と胚の断面の写真を表示し、タコ糸を　使用し長さを測定する。この時、スケールバーを用いて　実際の長さに換算する。

8

1

5

6

7

2

3

4

（スケールバーは500μm）

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愛媛大学教育学部紀要　第 67巻　155~166　2020

A

B

C

D

500 µm

A B

C D

　　月　　日　氏名：　　　　　　　　　

発生の順番 卵黄栓の大きさ（μm） 原腸の長さ（μm）

○観察結果　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

○まとめ（1）空欄を埋めよう。　発生が進むにつれ、卵黄栓の大きさが（　　　　　）なると、原腸の長さが（　　　）くなる。　　つまり、卵黄栓の大きさと原腸の長さは（　比例　・　反比例　）する。　また、アフリカツメガエルの原腸陥入は（　植物極側だけで　・　植物極側から動物極側へ　・　　　動物極側から植物極側へ　・　動物極側だけで　）起こる。（2）他に分かったこと、興味を持ったことを記入しよう。

「動物の生殖と発生」　ワークシート

○注意点・剃刀の刃が危ないので、剃刀から手を放す時は必ず剃刀台に　差し込むこと。・剃刀に付いた寒天は素手で取らず、必ず柄つき針を使って　剥がすこと。・トリミング後など胚が見えづらい時は少量の水で切断面を　湿らせてあげると良い。・④で手元を肉眼で見て、胚の中央を通る位置に剃刀を　軽く当てたまま顕微鏡をのぞき込み、卵黄栓の長径を　通る位置に調節し直すこと。

○目的　アフリカツメガエルの原腸胚の縦断面を観察し、原腸形成に ついて考察しよう。 ○使用するもの【1人1つ】　実体顕微鏡、剃刀、剃刀台、柄付き針、透明のシート、　胚が入った寒天、シャーレ1個、タブレット、タコ糸、【2人1つ】　スポイト、水の入ったビーカー○観察方法①寒天をシャーレに入っている向きのまま透明のシートの　上に置き、観察する面にスポイトで水を数滴垂らしてから、　顕微鏡を覗き込み卵黄栓の位置と大きさを確認する（図1）。②①の寒天を向こう側に倒し、胚より上の寒天を、　胚に近い位置で剃刀で切断する（図2）。 　胚より下の寒天は少し厚めに寒天を残すように剃刀で　切断する（図3）。 ③寒天を①の向きになるように戻し（図4）、観察する面に　スポイトで水を数滴垂らして、卵黄栓の向きは長径が　真横になるように置く（図5）。 ④卵黄栓の長径に沿って剃刀で胚を切断する（図6）。　 ⑤余分な寒天を剃刀で切断し（図7）、上の寒天は向こう側に、　下の寒天は手前に、断面が見えるように倒し（図8）、　観察する。⑥タブレット上で卵黄栓と胚の断面の写真を表示し、タコ糸を　使用し長さを測定する。この時、スケールバーを用いて　実際の長さに換算する。

8

1

5

6

7

2

3

4

（スケールバーは500μm）

A 1

B 2

C 3

D 1

E 2

F 3

500 µm

3

3

5

9 1

2

3

4

4 5

アフリカツメガエルの胚発生を用いた

授業実�ににするする�

この度は��の卒業研究であるアフリカツメガエルの胚発生を用いた授業実�にご協力いただき��に

ありがとうございました。この研究授業に�してのする��査にご協力�ろしく��い�します。この�

査は卒業研究にのみ使用され���的な��を�い�����と��つかない形で��されます。

1�4の当てはまるところに○をつけてください。また�Q3・4ではど�らの実�を�ったか�当てはま

る方に○をつけてください。����のするには��メ���に���か�いていただきます�う��い�

します。

性�� 男性 ・ 女性 ��生�の��の有無� 有 ・ 無

�1�������の�察方����を�て�胚を��する��が��できた。

できなかった 1 2 3 4 できた

改善した方がいいところなどありましたら���を��い�します。

�2���された���アフリカツメガエルの原腸胚の���を�察し�原腸形成について

考察する。」を�成することができた。

できなかった 1 2 3 4 できた

改善した方がいいところなどありましたら���を��い�します。

�3�� ��のみの�察 ・ ����察からの���察 �は�かり�すい授業だった。

����

そう思わない 1 2 3 4 そう思う

具体的にどういうところか���を��い�します。

�4�� ��のみの�察 ・ ����察からの���察 �は��に�の�てる授業だ

った。����

そう思わない 1 2 3 4 そう思う

具体的にどういうところか���を��い�します。

�5���の授業実�で��い�・る��を��てください。����

�い� る��

ご協力ありがとうございました。

A B C

E F D

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1

4 25.00

5 31.25

6 43.75

n 15

1 2 1

2 1 3

3 1 3

4 1 1 2

25.00 31.25 43.75

11 68.75

5 31.25

2

12.50 10

1

5

11

7

カエル原腸胚切断面観察の実践的研究

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1

4 25.00

5 31.25

6 43.75

n 15

1 2 1

2 1 3

3 1 3

4 1 1 2

25.00 31.25 43.75

11 68.75

5 31.25

2

12.50 10

1

5

11

7

11A

11B

11C

11A

11D 1

11E

11F

11G

6

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500 µm

4

9

1

3

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B C A

E F

G

D

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ト内の 3 段階の胚の写真の発生の順序を理解さ

せた。動画を見せることによって、実物を実感し

やすかったのか、驚きの声も上がった。

（2）教育効果の評価・分析

ワークシートの「まとめ（1）」の①「発生が進

むにつれ、卵黄栓の大きさが（小さく）なると、

原腸の長さが（長）くなる。つまり、卵黄栓の大

きさと原腸の長さは（反比例）する。」と②「ま

た、アフリカツメガエルの原腸陥入は（植物極側

だけで）起こる。」について評価を行った（表 2）。

表 2 まとめ（1）の回答

評価 3 は①②とも全部正解、評価 2 は（1）①

全部正解かつ②誤答、（2）①1つでも誤答かつ②

正解、評価 1は①1つでも誤答かつ②誤答の場合

とした。全部正解の評価 3が 2名（22.00％）、評

価 2（②を誤答）が 6名（67.00％）であった。

また、質問紙を評価・分析した（表 3）。質問 1

の「ワークシートの観察方法や模型を見て、胚を

切断する操作が理解できた。」については、でき

たとする評価 4が 9名中 8名であった（表 3）。

表 3 2 つの班の質問紙の評価結果

質問 2 の考察（「設定された目標「アフリカツ

メガエルの原腸胚の縦断面を観察し、原腸形成に

ついて考察する。」を達成することができた。」）

については、達成できたと評価の高い評価 4か 3

のみだった（表 3）。

質問 3の授業の分かりやすさ（「（観察）は分か

りやすい授業だった。」）については、9名中 8名

が分かりやすいとする評価 4 だった（表 3）。自

由記述には、「顕微鏡で自分で切って実験を行っ

たため、自分が今何を観察しているのかというこ

とや、何を計算しているのかということが分かり

やすかったです」 「実際の胚を自分で動かしな

がら観察するので、動物極、植物極、卵黄栓、原

腸などの位置関係を空間的に理解することがで

きた」という記述があった。

質問 4の授業に対する興味・関心度（「（〜観察）

は興味関心の持てる授業だった。」）については、

全員が興味関心の持てるとする評価 4 であった。

改善点の自由記述には、「自分で作業してうまく

観察できると楽しいし、興味を持って印象に残り

やすくなると思います」 という記述があった。

質問 5 の授業の良い点と悪い点についての自

由記述を分析した。「模型があって向きがよく分

かりました」 「説明が丁寧で、観察に手まどわ

ずにできて、良かったです」という記述があった。

4. 考察

4-1． 大学生を対象とした予備実践と授業実践

大学生を対象とした予備実践後のアンケート

では、操作方法について学生の半数以上（68.75％）

が「切りやすい」と回答したが、実際には切断胚

をうまく作製できなかった学生が多かった。この

予備実践の結果を踏まえて観察の指導法を改善

したことにより、大学生の実践では、ほとんどが

1年生の全員が 1回で観察可能な切断胚を作製で

きた。よって、観察の指導法を次のように改善す

れば、固定胚を切断する操作は簡単であり、高校

生でも可能ではないかと予想される。

導入において、実験前に実物の胚の表面と内部

構造の写真を使用して胞胚腔や原腸などの内部

構造について説明が必要であると考えられる。導

入の説明により、授業実践では顕微鏡観察や卵黄

1 2 1

2 1 3

3 1 3

4 1 1 2

25 32.25 43.75

3 2

2

1

6

2 1

0

1 1

1

Q1 Q2 Q3 Q4

1

2

3 1 3 1

4 8 6 8 9

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2 1 6

2 1 0

1 1 1

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2

1

2

3 2 1

2 1

1 1

3 2 22.00

2 6 67.00

3 1

4 9 8 3

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4 3

3

3

9 8

4 3

4

4

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68.75

1 1

1 2 1

2 1 3

3 1 3

4 1 1 2

25 32.25 43.75

3 2

2

1

6

2 1

0

1 1

1

Q1 Q2 Q3 Q4

1

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3 1 3 1

4 8 6 8 9

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2 1 6

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2

1

1 1

1

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1 1

1 1

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4

4

3

iPad

iPad

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1

2018

2)

21

2009

3)

52

4 193-200 2012

4 Sive, H. L., Grainger, R. M., Harland, R. M. Early

Development of Xenopus laevis A Laboratory

Manual. pp. 91-101, 283-297. Cold Spring Harbor

Laboratory Press, New York. (2000)

27 2018 29

.

17 2018 29

22 2018 29

19 2018 29

20 2018 29