野菜のDNAを取り出す自由研究の方法とまとめ方|ジュースでの実験も紹介

初回公開日:2021年01月04日

更新日:2021年08月04日

記載されている内容は2021年01月04日時点のものです。現在の情報と異なる可能性がありますので、ご了承ください。

また、記事に記載されている情報は自己責任でご活用いただき、本記事の内容に関する事項については、専門家等に相談するようにしてください。

自由研究は夏休み定番の宿題とも言われています。子どもの自由研究のテーマや方法が大きな悩みだという方も多いのではないでしょうか。この記事では野菜のDNAを取り出す自由研究について紹介します。実験方法の詳細やまとめ方を知りたいという方は、ぜひ読んでみてください。

野菜のDNAを取り出す自由研究の方法とまとめ方|ジュースでの実験も紹介

トマトの潰し方

DNAとはどんなもの?

DNAは、「デオキシリボ核酸」を表す英語(deoxyribonucleic acid)の略語です。全ての生物は小さな細胞からできており、その細胞の中に入っている遺伝情報を伝える物質がDNAと呼ばれます。

DNAは生物の細胞核の中にあり、その分子はとても細くて長いもので、太さは0.2nmしかありません。しかし、1つの細胞の中のDNA分子を繋ぎ合わせると、ヒトの場合は約2m、野菜のDNAを取り出す実験で使われることの多いブロッコリーでも約41cmもの長さになります。

この記事で紹介する自由研究では、その「生命の設計図」とも言われるDNAを、目に見える形にして取り出していきます。

DNAを取り出す自由研究に適した野菜

DNAは通常、1つの細胞に1つある細胞核の中に含まれるので、目に見えるほどの量のDNAを取り出すには、十分な数の核が必要です。そのため、細胞核の割合が大きく、細胞が密集しているような野菜が適しています。

特にブロッコリーの花芽は、小さな細胞がたくさんあり、核が多くなるため、よりDNAが抽出しやすくなります。ブロッコリー以外では、玉ねぎからでも抽出しやすいでしょう。できるだけ新鮮な野菜を使ってください。

野菜のDNAを取り出す自由研究の流れを確認

自由研究で野菜のDNAを取り出すというと、なんだか難しく感じる方もいるでしょう。しかし、実験してみれば1日でできてしまうほど簡単です。野菜を用意し、DNA抽出液を加え、そこに無水エタノールを加えるだけという簡単な手順でDNAを取り出せます。

また、自由研究としてまとめる時には、実験の方法や使った道具を説明する必要があります。図解や写真を使うと分かりやすく説明できるため、手順ごとに写真を撮って記録すると良いでしょう。

野菜のDNAを取り出すために必要な材料

野菜のDNAを取り出すには、実験したい野菜、食器用洗剤、食塩、無水エタノールを用意しましょう。消毒用エタノールでもできますが、可能なら無水エタノールを用意してください。無水エタノールは薬局で購入できます。

食器用洗剤は、除菌効果などが付いていない、洗う機能だけのものが良いでしょう。食塩も、塩化ナトリウム以外の物質を含まない、または少ないものを使ってください。

野菜のDNAを取り出すために必要な器具

使用する器具は、すり鉢とすりこぎ、計量カップ、計量スプーン、キッチンばさみや包丁、透明のコップ、割りばし、ガーゼと輪ゴムです。ガーゼと輪ゴムは、潰した野菜をこすのに使うので、茶こしでも代用できるでしょう。

透明のコップは、使い捨てのプラスチックコップでも構いません。何回か実験する場合や、複数の野菜を使って比較したい場合は、小さめのものを必要な数だけ用意しましょう。

野菜のDNAを取り出す実験のポイント

より多く野菜のDNAを取り出すために、押さえておきたいポイントがあります。

実験中、常温で長く置いておくとDNAを分解する酵素が働き、取り出せる量が少なくなってしまうため、無水エタノールやすり鉢はあらかじめ冷蔵庫などで冷やしておき、作業も手早く行いましょう。無水エタノールは冷凍庫に入れても凍らないので、より低温にして作業ができます。

また、エタノールは引火しやすく、揮発性も高いため注意が必要な薬品です。火の近くでは実験しないようにし、直接薬品に触らないようにしましょう。実験後には換気も忘れずに行ってください。

野菜のDNAを取り出す実験5つの手順

ここからは、実際に野菜のDNAを取り出す方法について順を追って紹介します。使用する材料や器具を用意しましょう。冷やしてあるエタノールなどは、使用する直前に取り出します。

自由研究としてまとめるために、実験結果はよく観察して記録しましょう。絵やイラストで表現しにくいものは写真を使うのが便利です。

また、いろいろな角度から多めに撮影しておいて、分かりやすいものを使いましょう。どのような作業をしたか、メモ代わりにすることもできます。

1:野菜のDNAを抽出する液体をつくる

まず、DNAを溶かし出すための抽出液を作りましょう。計量カップに小さじ1ほどの食塩を入れ、水を50mlまで入れて溶かします。そこに中性洗剤を数滴入れてよく混ぜてください。

半透明の溶液になっても構いませんが、あまり泡立てないようにしましょう。これで抽出液は完成です。

2:使用する野菜を潰す

すり鉢とすりこぎを使って、野菜をしっかり潰しましょう。すり潰すのに時間をかけすぎると、DNAが分解されて取り出せる量が少なくなる恐れがあります。長くても10分以内で終わらせてください。

ミキサーを利用して野菜を潰すこともできます。

トマトの潰し方

皮は取り除き、細かく刻んでからすり鉢で潰しましょう。トマトケチャップを使用しても実験できます。

玉ねぎの潰し方

玉ねぎは、外側の茶色の皮を取り除きましょう。おろし金を使って、すりおろすのが簡単です。目の細かいおろし器を使うなら、より多くのDNAを抽出しやすくなるでしょう。

玉ねぎで実験すると、DNAを溶かし出した液は透明になるので、DNAが出てきても見えにくい可能性があります。

ブロッコリーの潰し方

茎部分が少ないほうが潰しやすいため、花芽の部分を使用します。キッチンばさみなどで、およそ30g切り取りましょう。

最初は、すりこぎを押し付けるようにして潰し、その後は全ての花芽が見えなくなるくらいまですり潰します。すり鉢が小さい場合は、力が入りにくいため、少し長めにすり潰しましょう。大きいすり鉢を使用している場合は、潰し終えたら中身を小さなカップなどに移すと次の作業がしやすくなります。

きゅうりの場合の潰し方

おろし金でおろすと良いでしょう。粒が残っていたら、すりこぎを使ってしっかりすり潰してください。

3:抽出液を加える

潰した野菜に、最初に作った抽出液を加えて静かに混ぜます。抽出液は、潰した野菜全てが浸るくらいまで入れてください。

DNAはとてももろいため、強くかき混ぜると切れてしまいます。切れると取り出せるDNAが少なくなってしまうので、注意が必要です。

すりこぎで一度軽く混ぜたら、すり鉢を両手で持ち、回すようにして全体にまんべんなく液が混ざるようにすると良いでしょう。混ぜ終えたら5分程度置いて、DNAを溶かし出します。

4:ろ過して無水エタノールを入れる

茶こしやガーゼを使って、ろ過をし、透明のコップに入ったろ液に無水エタノールを注いでいきます。

ガーゼでろ過する場合は、ガーゼをコップの上に置いて輪ゴムで止めます。すり鉢の中の液を静かに移してろ過しましょう。潰した野菜が多少混入しても構いませんので、少しでも多くのろ液が取れるようにしてください。

割りばしを使って、無水エタノールをコップの壁に伝わせるようにゆっくりと注ぎます。透明のエタノールをろ液の上に乗せるようにし、層を作りましょう。エタノールを勢いよく注ぐと、ろ液と混ざり合い、野菜の繊維とDNAが絡まって分かりにくくなってしまいます。

無水エタノールは、ろ液の同量以上、3倍ほどになるまで入れます。

5:取り出したDNAを観察する

数分待つと、下のろ液の層から、白い糸状のDNAが出てきて、エタノール層に浮き上がってくるでしょう。そこに、割りばしなどを静かに挿して巻き取るようにすると、ねばねばした半透明のDNAを取り出せます。

DNAが沈殿した状態で、エタノールの層ごとスプーンなどで容器に移し替えれば、取り出したDNAを保存できます。DNAの沈殿が出てこないのは、作業の途中でDNAが切れてしまったり、量が少なかったりしたためだと考えられるので、野菜をすり潰すところからやり直してみましょう。

自由研究のまとめ方としては、実験に失敗してもそのまま紹介できます。なぜ失敗してしまったのか、原因を詳しく探ることで新しい発見に繋がるでしょう。

DNAを取り出す自由研究は果物でも可能

バナナなどのすり潰しやすい果物でも、同じように実験ができるでしょう。特にバナナはビニール袋に入れると、手で潰せるので簡単にできます。

ただし、バナナは細胞が大きいため、取り出せるほどのDNAの量にするには、バナナを大量に用意しなくてはなりません。抽出液は少し食塩の分量を増やし、高濃度にすると良いでしょう。

水分量の多い果物も、細胞が大きく液をたっぷりと含んでおり、細胞核の割合が少なくなってしまうため注意が必要です。

ジュースからDNAを取り出す自由研究の方法

ここまで、野菜のDNAを取り出す自由研究について紹介してきましたが、この実験はジュースを使って行うこともできます。野菜を使うよりも、手順や材料が少なく簡単にできるでしょう。ここからは、ジュースを使った実験の方法について詳しく解説します。

ジュースからDNAを取り出す自由研究の準備

コップ、ジュース、無水エタノール、割りばしを用意しましょう。ジュースは、果汁100%のオレンジジュースやグレープフルーツジュースがおすすめです。開封したばかりの新鮮なものを使ってください。

ジュースからDNAを取り出す実験のポイント

実験を成功させるために、気を付けたいポイントがいくつかあります。

DNAはとても切れやすいため、作業中は大切に優しく取り扱うようにしましょう。開封して時間が経ったジュースは、DNAが分解されている可能性があり、DNAの抽出ができない恐れがあるので、できるだけ新しいジュースを使いましょう。

無水エタノールの取り扱いにも注意が必要です。引火しやすいため、火の近くでは使わないでください。直接手で触ったり、子どもが誤って飲んだりしないように注意しましょう。また、エタノールは揮発性が高いので、実験終了後には換気をしてください。

ジュースからDNAを取り出す実験3つの手順

野菜のDNAを取り出す実験とは違い、材料を潰したり、抽出液を用意したりする必要はありません。次の3つの手順で実験を行えます。

1:使用する材料を冷やしておく

ジュースと無水エタノールは、前もってよく冷やしておきましょう。コップはきれいに洗ったものを使ってください。

2:ジュースにエタノールを加える

ジュースを入れたコップに、割りばしを使ってエタノールを加えます。エタノールはジュースと同量程度加えましょう。

2つの液体が混ざらないように、丁寧に作業してください。もし混ざってしまったら、やり直しましょう。

3:様子を見ながら放置

エタノールを加えたら、かき混ぜてはいけません。しばらく放置して、様子を観察しましょう。

しばらくすると、エタノールの層に白っぽい塊が浮き上がってきます。これがDNAです。取り出して触ってみたり、乾燥させたらどうなるか見てみたりしましょう。

観察した結果をまとめる時には、事実のみを書きましょう。その結果に対する自分の考えや、新しく生まれた疑問点は別の項目に書くと、分かりやすくまとめられます。

野菜のDNAを取り出す自由研究について保護者が知っておきたいこと3つ

この自由研究は、題材や手順が少し複雑なので高学年向きの内容でしょう。子ども自身が、野菜からDNAを取り出して、観察できるように準備してください。

また、どうしてその作業をする必要があるのか、手順の意味が理解できるように助けましょう。

1:抽出液に洗剤や塩を使用するのはなぜか

DNAを抽出しやすくするために、洗剤や塩を使います。

DNAは、主に脂質で構成されている細胞膜や核膜の中にあります。その膜を洗剤で壊すことにより、DNAを溶かし出せるのです。食塩も、DNAを溶かしやすくしてくれますし、材料に含まれるタンパク質を沈殿させる働きもあります。

その結果、細胞膜の成分やタンパク質はろ過で取り除かれ、DNAが取り出しやすくなるということです。

2:無水エタノールを入れるのはなぜか

DNAは水には溶けていますが、冷えたエタノールには溶けにくい性質があるので、エタノールを使うことでDNAを取り出せます。無水エタノールは、水よりも比重が軽いため、静かに注ぐことでエタノールと水の2層を作れるのです。

3:DNAが現れる仕組み

抽出液中に溶けているDNAは、比重が小さいため、エタノールを加えることで上に浮き上がります。水には溶けていたDNAも、エタノールには溶けることができず、抽出液とエタノールの接触面からDNAが現れるという仕組みです。

タンパク質は比重が大きいため、浮かび上がりません。そのため、DNAだけを集められます。

DNAが現れる時に気泡が出ることもありますが、エタノールにもともと溶けていた空気が水と混ざったことで溶けきれなくなり、浮かび上がるDNAに付着したものです。

野菜のDNAを取り出す自由研究の方法やまとめ方を知っておこう

難しそうなイメージのあるDNAも、実際に目で見たり、手で触れたりできれば、子どもにとってぐっと身近なものに感じられるでしょう。自分で実験してみることで、DNAや遺伝子について理解する助けにもなります。

また、自由研究は実験するだけではなく、まとめ方も大切です。作業の手順や取り出したDNAの様子を、写真やイラストを使ってしっかりとまとめましょう。どうしたらDNAを取り出しやすくなるのかなどを、さらに考えることもできます。

家庭で簡単にできる実験で、子どもと一緒に自由研究を楽しみましょう。紹介した方法やまとめ方を、ぜひ参考にしてみてください。

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