| Project/Area Number |
22K05834
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 40040:Aquatic life science-related
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| Research Institution | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
桑野 和可 長崎大学, 水産・環境科学総合研究科(水産), 教授 (60301363)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山口 健一 長崎大学, 水産・環境科学総合研究科(水産), 教授 (90363473)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 近紫外光 / アカモク / スジアオノリ / 海藻 |
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| Outline of Research at the Start |
潮間帯や漸深帯上部には，さまざまな海藻が生育するが，海藻表面で近紫外光による鉄の光還元が起き，それによって生じた二価鉄を海藻が利用しているのなら，近紫外光が豊富に存在する潮間帯や漸深帯上部こそ海藻の生育に好ましい場所ということになる。この仮説の検証を行うため，さまざまな海藻を近紫外光照射下で培養し，成長にどのように影響するか検討する。近紫外光と海藻の関係を生化学的に理解するため，褐藻，紅藻，緑藻それぞれについて，モデルとなる種を選択し，それらが有する近紫外光吸収タンパク質を分離，同定し，比較プロテオミクスによる近紫外光吸収タンパク質の検索，同定を進めるための基盤を整備する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度の褐藻アカモクを用いた研究において、明瞭な比較を行うためには培養法の改善が必要であるとがわかったので、大量の培養液を用いてアカモクを培養することにした。そこで、培養液が90 L入るガラス水槽の下側に中板を設置し、中板下側に設置した水中ポンプにより中板上側に培養液を噴出させ、培養液が水槽内で回転するような培養装置を製作した。初年度の6 Lの連続培養用フラスコを用いた培養では、アカモクの藻体は40 cm程度にしか成長しなかったのに対して、この培養装置を用いると、1 ｍ程度まで成長した。しかし、藻体が大きくなるにつれて、徐々に藻体の形態が不自然になった。特に主枝の先端部では、葉に鋸歯がなく、棒状になり、浮き袋の冠葉にも鋸歯が形成されなかった。その後、成熟させるため藻体を21℃の長日条件に移行したが、２週間以上経過しても生殖器床は全く形成されなかった。これらの問題は、硝酸塩、リン酸塩、硫酸鉄の供給量を増やしても解消されず、また近紫外光を照射しても解消されなかった。そこで、海水供給量を１日当たり2.9 Lから8.6 Lに増やすと、４日後に小さな生殖器床が形成された。生殖器床はほとんど発達せずに小さなままだったが、水槽内の全培養液を交換すると生殖器床が大きく発達し、少数ではあるが卵の放出も認められた。以上の結果から、藻体の成長に伴い、海水成分の何かが不足し、形態異常や成長不良、成熟不良が生じることが示唆された。
2023年度は、緑藻スジアオノリの培養装置の製作にも取り組んだ。２台のコンテナを上下に重ね、下段コンテナの培養液が水中ポンプによって上段コンテナ底面に取り付けたノズルから噴出するようにした。いくつかの改良を行うと、1 cmに満たない藻体が３週間で60 cm以上に成長するようになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
近紫外光の効果を検討するためには、アカモクが良好に成長できる環境を実現する必要があるという初年度の成果を踏まえ、2023年度においては、成長の改善を図るため、大量（90 L）の培養液を用いた培養系をつくり、アカモクを培養した。その結果、１ｍ程度まで育てることができた。一方、初年度と同様に、藻体の成長に伴い、形態異常や成長不良が起き、さらに成熟不良も生じたが、海水供給量の増加や培養液交換によって成熟させることができた。大量の培養液を用いることでフラスコで培養した場合よりもアカモクがより大きく成長したことを合わせて考えれば、栄養塩として添加した窒素やリン酸、鉄以外に不足が生じたと考えられ、この成分を明らかにすることでアカモクの成長を改善できる見込みが立った。近紫外光の効果は、鉄の光還元と関係していると考えているが、実験中に鉄以外の成分で不足が起きると、近紫外光の効果が表れにくくなる。成長改善の見通しがついたことは大きな進歩である。
また、2023年度に開発したスジアオノリの培養装置は、ガラス面を介さずに近紫外光を照射できる。フラスコを用いた培養の場合、近紫外光の約半分がガラスに吸収されてしまうため、効率的に近紫外光を照射することがむずかしい。そのため、ガラス面を介さずに近紫外光を照射できる培養装置は近紫外光の効果を検討する上で欠かせない。この培養装置は、スジアオノリだけでなく、他の種にも応用できることが期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
褐藻アカモクに関しては、不足する成分の特定を急ぐ。海水中の濃度に対して藻体含有量の多い元素、つまり、濃縮率の高い元素に注目する。具体的には、Mn、I、As、Co、Zn について検討する。Mn、Co、Zn については、一般的な培養液にも添加されることが多いが、添加濃度は極めて高い。しかし、微量元素は一般に適正域が狭く、過剰になりやすいので、海水濃度の2.5倍から40倍程度の濃度域で成長や形態の変化を観察する予定である。総量90 Lの培養液に対して１日当たりの供給量を2.9 Lから8.6 Lに増やしただけで、生殖器床が形成されたことを考慮すれば、もし、関係する元素であれば、この濃度域で主枝伸長、葉の形態、生殖器床の形成などに違いが生じるはずである。また、初年度の取り組みで、6 Lの連続培養フラスコで形態異常が起きたので、まず、6 Lの連続培養フラスコを用いて培養実験を行い、ある程度各元素について適正濃度域が明確になってから、大容量（90 L）の培養装置を用いて実験を行う。その際、近紫外光照射区と非照射区を設け、近紫外光の効果について検討する。
また、2023年度に開発したスジアオノリの培養装置を用いて、鉄源としてどのような化学種を用いるか、あるいは添加濃度や添加頻度をどうするかといった点を考慮しながら、スジアオノリに対する近紫外光の効果を検討する。スジアオノリの他にも、潮間帯に生育する海藻、例えば褐藻ヒジキや紅藻スサビノリなどについても実験を進める予定である。
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