Studies on the bioreactor mimicking the estuaries for the on-land fish culture

• Project/Area Number: 17H03851
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Aquatic bioproduction science
• Research Institution: Setsunan University (2019-2020); Kyoto University (2017-2018)
• Principal Investigator: 豊原 治彦 摂南大学, 農学部, 教授 (90183079)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西村 文武 京都大学, 工学研究科, 准教授 (60283636) ; 渡邉 哲弘 京都大学, 農学研究科, 准教授 (60456902) ; 石井 健一郎 京都大学, 人間・環境学研究科, 研究員 (60749662)
• Project Period (FY): 2017 – 2020
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000); Fiscal Year 2020: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2019: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2018: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2017: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
• Keywords: バイオリアクター / 干潟リアクター / セルラーゼ / 酵素 / 環境酵素 / 陸上養殖 / アサリ / 消化酵素 / 干潟 / メイオべントス

Outline of Annual Research Achievements

これまでに開発した干潟を模倣したろ過システムの陸上養殖への応用を目的としてアサリの栄養強化実験を行った。その結果、無給時区のデンプン分解酵素活性が12.44±1.43 umol end product/mg protein per h、セルロース分解酵素が6.51±1.68 umol end product/mg protein per hであったのに対し、α-セルロース給餌時のデンプン分解酵素活性が80.51±15.62 umol end product/mg protein per h、セルロース分解酵素活性が23.84±5.29 umol end product/mgprotein per hでありどちらも有意な上昇が見られた(p < 0.05)。同様に、グルコース給餌時のデンプン分解酵素活性は82.25±53.82 umol end product/mgprotein per h、セルロース分解酵素は20.81±8.20 umol end product/mg protein per hであり無給時区に対しどちらも有意な上昇が見られた(p < 0.05)。
一方、米粉給餌時のデンプン分解酵素活性は52.40±29.81 umol end product/mg protein per h、セルロース分解酵素は24.54±1.91 umol end product/mg protein per hであり、無給時に比べデンプン分解酵素活性のみ有意な上昇が見られた(p < 0.05)。これらの結果から、アサリは投与する餌の種類に応じて敏感に分解酵素を調節し、体追いしていることが明らかとなった。
また、基礎的な知見としてヤマトシジミセルラーゼに存在する炭化水素結合ドメイ(CBM)ンに関する機能解析を行った。その結果、ヤマトシジミのCBMは、α-セルロースに高い親和性を有しており、結晶性セルロースとの高い結合性が示された。高塩濃度でも結合能を保持していることから、干潟などの環境中で、このドメインがセルラーゼ触媒ドメインをセルロース結晶につなぎとめる役割を果たしていることが明らかとなった。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Aquatic invertebrate's Carbohydrate-binding module assists environmental cellulase to immobilize in wetland sediments (2021)
  • Author(s): Wen Liu, Hiroshi Kamitakahara, Shingo Maegawa, Haruhiko Toyohara
  • Journal Title: Plankton and Benthos Research Volume: 16 Issue: 3 Pages: 191-199
  • DOI: 10.3800/pbr.16.191
  • NAID: 130008069997
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mineralogical composition of tidal flat sediments in Japan (2020)
  • Author(s): Asakawa Shota、Watanabe Tetsuhiro、Lyu Han、Funakawa Shinya、Toyohara Haruhiko
  • Journal Title: Soil Science and Plant Nutrition Volume: 66 Issue: 4 Pages: 615-623
  • DOI: 10.1080/00380768.2020.1787082
  • NAID: 210000158367
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cellulase activity and stable isotope signature of benthic macroinvertebrates in estuarine habitats: potential assimilation of land-derived organic matter (2019)
  • Author(s): Kanaya Gen、Tanimura Aya、Niiyama Takatoshi、Toyohara Haruhiko
  • Journal Title: Plankton and Benthos Research Volume: 14 Issue: 4 Pages: 315-319
  • DOI: 10.3800/pbr.14.315
  • NAID: 130007751268
  • ISSN: 1880-8247, 1882-627X
  • Year and Date: 2019-11-27
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Wetland environmental bioreactor system contributes to the decomposition of cellulose (2019)
  • Author(s): Liu Wen、Tanimura Aya、Nagara Yumi、Watanabe Tetsuhiro、Maegawa Shingo、Toyohara Haruhiko
  • Journal Title: Ecology and Evolution Volume: 9 Issue: 14 Pages: 8013-8024
  • DOI: 10.1002/ece3.5326
  • NAID: 120006712299
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 短期飼育によるヤマトシジミの高品質化 (2018)
  • Author(s): 野尻侑、橋栞太、豊原治彦
  • Journal Title: 日本水産学会誌 Volume: 84 Pages: 826-834
  • Peer Reviewed
• [Book] 水圏生物タンパク質科学の新展開 (2020)
  • Author(s): 尾島孝男、落合芳博
  • Total Pages: 334
  • Publisher: 恒星社厚生閣
  • ISBN: 9784769916574