| Project/Area Number |
21H03665
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 64050:Sound material-cycle social systems-related
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| Research Institution | Soka University |
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Principal Investigator |
秋月 真一 創価大学, プランクトン工学研究所, 講師 (60772340)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井田 旬一 創価大学, 理工学部, 教授 (20409783)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
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| Keywords | 微小重力環境 / 資源循環 / 尿処理 / 微細藻類 / 硝化 / 低重力環境 / 硝化活性 / 浮力駆動型対流 / グラニュール形成 / 共生系 / 共生系プロセス / 汚水処理 |
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| Outline of Research at the Start |
宇宙は人類に残された最大のフロンティアであり、今後、その開拓競争は激化の一途を辿る。特に次の30年間は、他の惑星探査の足掛かりとして、月開拓に焦点を当てることが共通認識となっている。本研究では、月面という資源が限られた閉鎖系環境で長期有人活動を可能にする技術として、尿中の栄養塩を利用する「月レゴリス浸漬－微細藻類・凝集態硝化菌共存系システム」の開発を目指す。本技術は、尿中に不足するとされるマグネシウムを月の土壌（レゴリス）から得ること、アンモニアによる微細藻類の生育阻害を緩和するために凝集態硝化菌を利用すること、の二つを特徴とする。微小重力環境下で実験を行うことで月面での利用可能性を検証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、異なる低重力環境がアンモニア酸化活性（AOB活性）および亜硝酸酸化活性（NOB活性）に及ぼす影響評価を行った。3-Dクリノスタット装置を用い1/1000G、1/6G、1/3Gの模擬低重力環境を形成し、1Gを対照区とした活性試験を実施した。昨年度の実験結果を踏まえ、（1）気泡が流動環境に与える影響を無くすために反応槽内を培地で満たす、（2）硝化反応に十分な初期溶存酸素量となるように初期アンモニア濃度を低濃度とする対策を取った。実験の結果、全低重力条件において1Gと比較して高いAOB活性およびNOB活性を示した。1GにおけるAOB活性とNOB活性に差が見られなかったため、NOB活性の低下はAOB活性の低下による可能性もあることから、少なくとも低重力環境下でAOB活性が増加する結果が得られた。1Gを基準としたAOB活性の向上度合いは、1/1000G、1/6G、1/3G条件で、それぞれ1.74±0.05倍、1.41±0.10倍、1.22±0.05倍であり、重力加速度の低下に伴い活性がより向上した。低重力環境における細菌活性向上のメカニズムとして、浮力駆動型対流の抑制により、代謝物、酵素、補酵素等の細胞外排泄物を細菌周辺に留まり代謝が促進されるという説明が最も広く受け入れられている。本研究では、細胞周辺と培地間の相対密度差や重力加速度等から算出した理論的な浮力プルーム速度と1Gを基準としたAOB活性の向上度合いの間に有意な負の相関関係が見られ、硝化活性においても浮力駆動型対流の抑制が活性向上に寄与する可能性が示された。また、順養硝化汚泥を1/1000Gと1G条件下で96時間培養した結果、1G条件では汚泥の性状が分散状を維持した一方で、1/1000G条件では時間経過に従い0.8 mm以上の粒径を備える凝集状の汚泥が増加し、低重力環境では造粒化が促進される結果が示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度は、昨年度の実験で明瞭な結果が得られなかった、異なる重力環境が硝化菌と微細藻類の物質代謝に及ぼす影響を明らかにすることを主目的としていた。硝化活性に関して、播種試料濃度や初期アンモニウム濃度等を決定する前実験を繰り返し行うことで、重力環境が硝化活性与える影響に関して定量的な評価を行うことができた。一方で、微細藻類に関しては前実験を進めている段階で、まとまった実験結果が得られていないことから、当初の予定よりも「やや遅れている」とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、昨年度実施予定であった異なる重力環境が微細藻類の物質代謝に与える影響の評価と月レゴリスの尿中浸漬条件の最適化実験を行い、月面重力環境下（1/6G）における人工尿の連続処理実験を実施する予定である。連続処理実験では、尿処理性能評価と微細藻類のバイオマス生産能評価だけではなく経済性評価も行い、提案する「月レゴリス浸漬－微細藻類・凝集態硝化菌共存系システムによる尿処理」の有用性について評価する。
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