２００４年科教協全国大会（北海道大会）レポート
高校生物Ⅰ 1学期の授業を行って（細胞・細胞分裂・生殖）
昭和女子大学付属昭和高等学校 鈴木綾子
＜はじめに＞
私は中高一貫校で教えていますが、今まで科教協全国大会では、高校ではなく中学での実践を報告してきました。中学の授業は、課題を出して子どもたちに考えさせ討論させてということができるので、その内容を報告できるのですが、高校の授業はほぼ教科書通りなので、敢えて報告する気にならなかったのです。ところが、今年は高2と高３の生物担当となり中学の授業がありません。「大会でレポートするのはやめようかなー」と思ったのですが、1学期間、何をやってきたのか整理して考えるためにもレポートを書いてみることにました。同僚と1学年を分けて教えているので、「教科書に沿ってやる」が基本です。教科書にはなくてもこれは教えようとか、教える順番を少し変えるということはやっています。
現在の教科書に欠けているのはどんな点か、私が考える問題点を以下にあげてみました。それらを少しでも解消できるように授業を組んだつもりなのですが、まだまだ足りない点だらけですので、ご指摘いただけたら幸いです。
・ 前に学んだことが、他の単元にどのようにつながっているのか、単元どうしのつながりが見えてこない。
・ 生物現象を細胞から見ていく、個体からも見ていく、また個体の行動とも結びつけて考えるといったような行ったり来たりする視点がない。
・ なぜなのか、なぜこのようなことが行われているのか、という視点や説明がない。
・ 多様なものを扱い、進化の視点で見ていく点に欠ける（これに関しては私のやり方も全く不充分です）。
＜１学期の流れ＞
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Ⅰ生物体の構造と機能 （１） 細胞の構造と働き ・ 生物の単位である細胞 ・ 細胞の構造と機能（観察） ・ 原核生物と真核生物 （２）細胞の機能 ・ 細胞膜と水の浸透（観察） ・ 細胞膜の選択的透過性 ・ 細胞と酵素（実験） （３） 細胞の増殖と分化 ・ 体細胞分裂（観察） |
・ ＤＮＡの複製と体細胞分裂 ・ 体細胞分裂と細胞の分化 （４） 生物体の構造 ・ 単細胞生物と多細胞生物 ・ 植物・動物の組織と器官（観察） Ⅱ生殖と発生 （１） 生殖 ・ 減数分裂 ・ 無性生殖と有性生殖 ・ 卵形成と精子形成 |
＜授業の展開＞
Ⅰ．生物体の構造と機能
（１）細胞の構造と働き（５時間）
１時間目 生物の単位である細胞
＜ねらい＞
中学までに学んだことを思い出しながら、「生物体の構造と働きは細胞が単位となっていること。なぜ単位といってよいのか」を学ぶ。
（内容）
・細胞は生物体の構造上の単位である。
多細胞生物体は受精卵という１つの細胞が細胞分裂を繰り返して細胞数を増やしてできていったものであり、体のどんな部分も細胞と細胞から分泌された物質でできている。
・細胞は生物体の機能上の単位でもある。
動物細胞を考えてみると、各細胞は血液（体液）から糖と酸素を取り込んでエネルギーを生産し、その過程でできた二酸化炭素や老廃物を血液に捨てている。生産したエネルギーを使って、筋肉細胞なら収縮、肝臓細胞ならグリコーゲンや尿素の合成、胃の細胞なら胃液の生産などの活動をしている。
このように細胞は外から必要な物質を取り込み、いらなくなった物質を捨て、エネルギーを生産しながら1つ１つが活動している。条件を整えれば、細胞1つ１つを培養液のなかで生かすことも可能である。
⇒細胞1つ１つの中には、それらの機能を可能にする内部構造がある。
２時間目 細胞の構造と機能
＜ねらい＞
細胞1つ１つが働くことができるのは、様々な内部構造があってそれらが核の遺伝子の指令のもとに働くからである。
細胞内でのタンパク質の合成と運搬は大切だと思うので教科書にはなくても、リボソームと小胞体は取り上げたい。ゴルジ体の場合はその構造によって、分泌という現象がいかに進められるのかを説明したい。また、様々な部分の働きを羅列するだけでなく、部分相互の関係が見えてくるようにしたい。どこか特定の細胞（毛根・筋肉・胃・すい臓ランゲルハンス島の細胞など）を取り上げて、その細胞の働きを内部構造と関連づけて説明する。
（内容）
細胞膜…細胞内外への物質の出入りを調節し、細胞外からの情報も受け取る所である。
核…遺伝子を含んだ染色体があり、細胞の活動をコントロールしている。
ミトコンドリア…糖と酸素からエネルギーを生産する所
リボソーム…アミノ酸を並べてタンパク質合成が行なわれる所
小胞体…合成されたタンパク質などの輸送通路
ゴルジ体…合成されたタンパク質などを加工し、細胞外に分泌する仕事を請け負う。
葉緑体…光合成を行う
細胞壁…セルロースからなる構造で、細胞を保護する
（問題点）
・ 糖、アミノ酸、タンパク質などの物質学習をまともにしていない。
・ 遺伝子の命令のもとにアミノ酸が並べられてタンパク合成が行なわれているとやりたかったがやれなかった。
３時間目、４時間目 細胞の観察
材料…オオカナダモの葉、タマネギ鱗葉の表皮、ピーマン果実（普通のピーマンと赤ピーマン）、トマトの果肉、バナナの果肉、ブタの脂身
＜ねらい＞
動物細胞と植物細胞の違いや、細胞内の構造（核、細胞膜、細胞壁、葉緑体、有色体、デンプン粒）、また植物体の色は細胞内の葉緑体や有色体などがもとになっていることなどを見る。（動物細胞の観察が大変お粗末である。）
５時間目 原核生物と真核生物
（内容）
原核生物は細菌やラン色細菌などの単細胞生物、真核生物はゾウリムシやアメーバなどの単細胞生物とすべての多細胞生物である。原核生物の方がより原始的な生物であり、真核生物が誕生したのは今から１５億年前といわれている。原核生物の細胞では、染色体は細胞質中に広がっていて細胞小器官はない。それに対して、真核生物の細胞では、染色体は核膜に包まれており細胞小器官がある。真核生物の細胞小器官の葉緑体とミトコンドリアは、光合成する細菌と酸素呼吸する細菌が大昔に真核生物の祖先の細胞に入り込んできて共生するようになったものだという説がある。（教科書には真核・原核生物を歴史的に見るという視点はない）
（１） 細胞の機能 （８時間）
１時間目から５時間目 細胞膜と水の浸透 選択的透過性 原形質分離の観察
――略――
ここではまず、細胞膜が基本的には半透膜であるとして、動物細胞・植物細胞の浸透現象を扱い、さらに細胞膜には選択的透過性もあるとして、ナトリウムポンプなどの能動輸送の説明を教科書通りにした。動物細胞・植物細胞の浸透現象を学ぶということは、野菜や魚に塩をするとどうなるか、野菜を水にはっておくとどうなるか、植物に濃い肥料をやりすぎるとどうなるか、ヒトが塩分の濃いものを食べ過ぎるとどうなるか等々の日常経験する現象を細胞レベルの現象として考えていくというおもしろさはある。しかし細胞膜は単純な半透膜では決してないので、半透性の説明（その前に拡散・浸透・浸透圧の説明をしなければならない）にこんなに時間をかけることが妥当なのか迷う所である。細胞膜の構造を物質レベルでやってから、タンパク質分子でできたチャンネルがあり必要なものは大きな分子でも通しているとやった方が、よほど正確な細胞膜の働きの理解になるのではないかと思った。
６時間目、７時間目 細胞と酵素
＜ねらいと内容＞
生物Ⅰでは「代謝」がなくなった。しかし、「細胞内では酵素（成分はタンパク質）が作られており、それが細胞内（外）での化学反応を進める触媒として働いている」こと「細胞内での酵素の局在」などは学ぶ。「酵素は細胞で作られ、消化酵素などは細胞外に分泌される」という記述があるのだから、教科書にはなくても、酵素タンパク質は細胞内の構造のリボソームで作られることやゴルジ体の働きで消化酵素の分泌が行われることまで扱いたい。そして、酵素が細胞内で作られ個々の細胞内で反応が進むということは、細胞が機能上の単位であるということの具体例であることを強調したい。
酵素の基質特異性、生体内には数千種類の酵素があること、それらの酵素の欠如による病気、酵素の性質（高温で失活・最適pＨ）なども教科書にはなくても扱いたい。酵素が働かなくなると個体は生命を維持できなくなるので、酵素の性質は重要である。
８時間目 モヤシのカタラーゼで酵素の性質を調べる実験
触媒としての働き、高温で働きを失うこと、酸性・アルカリ性・中性で働き方が変わることを確認する。
（３）細胞の増殖と分化（５時間）
１時間目 ２時間目 体細胞分裂
＜ねらい＞
体細胞分裂では、分裂前に複製された染色体が、等しく娘細胞に分配されている。また、このことを進めているしくみについて学ぶ。
（内容）
・体細胞分裂は、受精卵からのからだ作り（発生）の際や、個体が成長する時、死んでいく細胞を補う時などに起こっている。
・分裂時には核の中身が染色体となるが、染色体数は生物種によりきまっている。染色体は大きさや形の同じ物（相同染色体）が２本ずつあるので、染色体数を表す時は、（２ｎ＝ ）と表す。
・各染色体は間期に複製されるので、前期に表れたときは2本がくっついた形となっている。その1本ずつが娘細胞に入っていくので、母細胞と娘細胞の染色体数は同じである。
・染色体は遺伝子が存在している所であり、その染色体が娘細胞に等しく分けられるということは、遺伝子が等しく分けられるということを意味する。（啓林館の教科書にはこの記述もない）
⇒遺伝子が等しく分けられるとは、具体的にはどういうことか？
３時間目 ＤＮＡの複製と体細胞分裂
＜ねらい＞
「ＤＮＡが遺伝子の本体であること」や「ＤＮＡの構造」の学習は、「遺伝」の学習のあとにでてくる（今改訂から）。「ＤＮＡの複製」の学習はない。しかし私は「遺伝子ＤＮＡは細胞分裂のたびに正確に複製されていて、等しくどの細胞にも分配されており、細胞の働きを指令しているものである」ということを教えたいと思う。そして、教える場所は体細胞分裂の後ではないかと思ってやっている。遺伝子は親から子へ伝わるものである前に、まず体細胞から体細胞へと正確に伝えられているものであるという理解が必要だからだ。また、「正確に複製された同じ遺伝子」の中身がわかるためには、ＤＮＡの半保存的複製のことを初歩的でいいからやりたい。
（内容）
・染色体は遺伝子ＤＮＡが存在している所である。ＤＮＡは４種類の塩基（Ａ・Ｇ・Ｃ・Ｔ）がつながってできた鎖状の長い分子で、2本鎖が合わさった構造をしている。ＡとＴ、ＣとＧの結合が2本鎖を互に結び付けている。ＤＮＡの塩基配列は種によって違う（ヒトとチンパンジーとブタでは違う）。ＤＮＡの塩基配列が細胞内での物質合成（タンパク質合成）を指令する情報となっている。
・染色体の複製に先立って、遺伝子ＤＮＡの複製がおこなわれる。そして複製された染色体のそれぞれには、複製でできた等しいＤＮＡがのっている。このため、染色体の娘細胞への均等な分配により、複製されたDＮＡが娘細胞に均等に分配されていくことになる。
４時間目 体細胞分裂の観察
材料はタマネギ根端の細胞。 分裂の各時期のものを探す。
５時間目 体細胞分裂と細胞の分化
＜ねらい＞
「細胞の分化」という項目は、今回から新たに教科書に加わった。しかし私が使用している啓林館の教科書では説明はたったの４行である。
ここでは、分裂でできた細胞は特定の形と働きを持った細胞となっていき（細胞の分化）使われるということとを説明し、さらに教科書にはないが、細胞分裂や分化は個体の中でうまい具合に制御されていること、各細胞に遺伝子ＤＮＡは等しく分配されているが、ある特定の遺伝子だけが働いて細胞の分化がおこること、にも触れたい。
「細胞の分化」は「植物・動物の組織」や「発生」とも関わる内容であるから、関連付けた教材が作れないかと思う。
（内容）
・分裂でできた細胞が、特定の形や働きを持ったものになっていくことを「細胞が分化する」という（動物の発生や植物の場合で説明）。各細胞には遺伝子は等しく分配されるが、特定の遺伝子だけが働くために細胞の分化がおこる。
・幹細胞、分裂で数を増やすことなく一生の間使われる細胞、細胞死（アポトーシス）、組織の再生、ガン細胞などを例に出し、個体では本来、細胞分裂と細胞の分化がうまく制御されていることを説明する。
（4）生物体の構造（４時間）
１時間目～３時間目 単細胞生物と多細胞生物、植物の組織と器官、動物の組織と器官
４時間目 植物の組織の観察――ツバキの葉の断面の観察――
ほぼ教科書通りに進めた。
Ⅱ．生殖と発生
（１） 生殖（７時間）
＜ねらい＞
教科書の配列は有性生殖→無性生殖→減数分裂となっている。しかし、私は減数分裂→生殖という順番でやった。理由は２つある。まず１つは体細胞分裂のことを忘れる前に減数分裂をやり、比較するためである。もう１つは、「有性生殖では、親の遺伝子の半分ずつが多様に組み合わさった子ができる」ということは、減数分裂の学習をしてからでないと意味もわからず、覚えるだけの学習になってしまうからである。「生物の学習は覚えること中心」と捉えている生徒はとても多い。
有性生殖と無性生殖の扱いは結構むずかしいが、「両方ある」と羅列するだけでなく、それぞれの持つ生物学的意味を紹介する必要があるだろう。無性生殖の方が昔から生物が採用してきた生殖法であり、子を増やすためにはこちらの方が有性生殖より効率は良い。しかし、現存する多くの動物にはオス・メスがいるし、花にはおしべとめしべがあって、生物は有性生殖で子を増やしている。オスとメスが出会って受精がおこって子ができるという過程は結構ややこしい。それにも関わらずこれが行われているのは、２個体同士が遺伝子の半分ずつを提供して子を作った方が遺伝的に多様な個体の集団ができるので、変化のスピードの速い病原菌やウイルスに対抗できるためだろうといわれている。両性花であっても自家受粉を避けているものが多いのも、遺伝的に多様なものを作る仕組みが働いているからだと説明できる。しかし一方では、植物などは栄養生殖（無性生殖）でクローンを作り、どんどん殖えていくから、植物は両方をうまく使っているのだろう。
１時間目 ２時間目 減数分裂
（内容）
・動物なら卵巣や精巣で、卵細胞・精子などの生殖細胞が作られるときにおこる細胞分裂が減数分裂である。体細胞の染色体数を２ｎとすると、卵細胞や精子には２本ずつある相同染色体の一方しか入らないから染色体数は体細胞の半分となり、ｎと表せる。染色体数が半減したもの同士が受精で合体するから、受精卵の染色体数は元の数２ｎにもどる。
・減数分裂によってできる卵細胞や精子の中の染色体の組み合わせは多様である（ｎ対の相同染色体を持つ生物では、２のｎ乗通りの染色体の組み合わせをもつ卵細胞や精子を作る可能性がある）。→同じ個体からできる卵細胞・精子であっても、中に入っている遺伝子の組み合わせはそれぞれで違っている。
・減数分裂では第１分裂、第2分裂と引き続き2回の分裂がおこり1つの母細胞から4つの生殖細胞ができる。
・母細胞のＤＮＡ量を2とすると、ＤＮＡの複製でまず量が倍になって４となり、それが4等分されるから生殖細胞のＤＮＡ量は１となる。
3時間目 4時間目 無性生殖と有性生殖
（内容）
・無性生殖と有性生殖の例
・無性生殖と有性生殖、それぞれの長所・短所
・様々な配偶子（同形配偶子・異形配偶子）
・なぜ大きな配偶子（卵）と小さな配偶子（精子）を作るようになったのか？
5時間目 卵形成と精子形成
（内容）
・卵細胞も精子も、始原生殖細胞が体細胞分裂を繰り返してできた細胞が成長したもの（卵母細胞・精母細胞）からの減数分裂でできる。卵形成では細胞質が不均等に分かれ、母細胞から大きな卵細胞１つと小さな極体３つができ、極体は消滅する。精子形成の際の細胞質分裂は均等におこる。栄養を蓄えている大きな配偶子である卵は精子よりずっと少なくしか作られない。
・大きな配偶子を作るメスと小さな配偶子をつくるオスの性行動は違う。
以後、６時間目は被子植物の生殖、７時間目は受精と続く。