| 研究課題/領域番号 |
22K02953
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分09080:科学教育関連
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| 研究機関 | 摂南大学 |
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研究代表者 |
尾山 廣 摂南大学, 理工学部, 教授 (50221700)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | 持続可能な開発のための教育(ESD) / 環境教育 / 種特異的 / 環境保全 / フィールド調査 / リアルタイムPCR / 分子進化 / 遺伝子発現 / 環境DNA / ＰＣR分析 / 生態調査 / ESD |
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| 研究開始時の研究の概要 |
水圏の生態系に生息する生物の調査を目的としたDNA分析技術を教育現場に導入するために、３つの研究課題を設定する。基礎テーマでは、PCR分析などを用いて、淡水魚類の種を特定する。発展テーマでは、環境DNA分析を用いて、水圏の動物相(絶滅危惧種や外来種の淡水魚など)と水質環境との関係および季節変動のパターンを調査する。いずれも、分析ステップごとに改良を加え、実験操作の平易化・簡便化を図り、形態観察とDNA情報に基づく生物種の同定やその個体数から生物多様性の重要性を学ぶ教材として開発する。授業実践では、基礎テーマで開発された教材の有用性と発展テーマであるフィールド調査の教育効果を評価する。
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| 研究実績の概要 |
2023年度は、身近な淡水魚であるメダカを題材に環境ＤＮＡの全体像を理解する基礎テーマの実験教材と、それに続く河川水から生息魚類を検出する発展テーマの実験教材を作成し、高校での授業実践を通じてプログラムの適正化をはかった。「環境ＤＮＡ調査・実験マニュアル」の実験プロトコルを一部改変し、高校現場で実施できる２つの実験教材を作成した。基礎テーマの実験教材では、メダカの飼育水を試料に、種特異的なプライマーとTaqManプローブを用いたマルチプレックスリアルタイムＰＣＲによりメダカ種を同定する実験プロトコルを作成した。発展テーマの実験教材では、淀川のワンドの河川水を試料に、ブルーギルのプライマーとプローブを用いたリアルタイムＰＣＲにより生息の有無を判定する実験プロトコルを作成した。授業実践では、高校生を対象に、各実験を１日２時間の予定で実施した。基礎実験では、メダカの飼育水に含まれる剥がれ落ちた組織片をPVDFフィルターでろ過し、その細胞に含まれるＤＮＡを抽出し、陽性のシグナルが検出できた。授業時間は、実験操作が４０分間、ＰＣＲの分析時間が３０分間、実習講義と実験操作の説明に３０分間、合計２時間程度となり、高校の授業枠内で十分に実施できることが分かった。発展実験プロトコルでは、高校近傍のワンドで生徒たちと一緒に採水した河川水から同様に環境ＤＮＡを抽出し、ＰＣＲ分析を行ったが、シグナルが検出できなかった。当日は気温が低く、降雨という悪条件であり、大学の高感度ＰＣＲ装置でも分析を行ったが同じ結果であった。授業時間は、採水から理科実験室に戻るまでに予想以上に時間がかかり、全体で２時間を超えてしまった。なお、授業前後で実施した授業内容に関する習熟度テストの結果から、生徒たちは環境ＤＮＡに興味を持ったことが分かったが、当初の想定よりも理解度の向上が低いなどの改善点が明らかとなった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
基礎および発展テーマの実験教材は、おおむね完成したが、高校における授業実践は、通常授業の年間予定が過密であること、河川の近傍という立地条件が必要であること、ワンドでの採水が天候に左右されることなどから、年に２～３回となっている。いずれの実験プロトコルもシンプルであり、学校現場で高校教員が授業を実施することは十分に可能であるが、高価な消耗品や試薬、特殊な機器（リアルタイムＰＣＲ装置）を使用すること、ハンディタイプのリアルタイムＰＣＲ装置を貸し出しだせる大学が限定されていること、発展テーマの実験プロトコルにおいて、ハンディタイプの装置の検出感度が低いことなどから、生命科学系の学部・学科に設置されているリアルタイムＰＣＲ装置を借用した高大連携による授業の実施が現実的と考えられる。また、広く普及させるには運用コストの低減が必要であり、予備的ではあるが、安価なろ過システムや低価格のＰＣＲ反応試薬の利用が可能という結果が得られており、再現性を十分に精査し、汎用プロトコルの改良を進める予定である。なお、2023年度は河川水の採水が冬季のみとなったため、年間を通じた生態学的な研究への展開を考えると、春季、夏季、秋季における河川水の分析データの収集も必要である。
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| 今後の研究の推進方策 |
基礎テーマの実験教材については、高校での授業実践を通じて、生徒の理解度の向上につながる授業プリントの見直しや習熟度テストの改良、事前学習の導入などを踏まえた授業計画について検討を加える。一方、発展テーマの実験教材については、採水地の選択と採水時期を含めた授業計画の見直し、さらにハンディタイプのリアルタイムＰＣＲ装置の検出感度の問題を解決するために、採水量を増やすことやＤＮＡ抽出操作の改善を進めるほか、状況に応じて、大学のリアルタイムＰＣＲ装置を使う新たな実験プロトコルの作成など、授業計画の追加、修正を検討する。さらに、教育現場における長期間の生態学的調査に対応できるように、採水地と採水時期に関するデータ収集を進めながら、ワンドの河川水中に生息魚類の組織片が多く含まれる環境要因についても検討する。
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