Function of nitric oxide as a new growth regulator of red tide algae

• Project/Area Number: 22K19213
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 40:Forestry and forest products science, applied aquatic science, and related fields
• Research Institution: Nagasaki University
• Principal Investigator: 武田 重信 長崎大学, 水産・環境科学総合研究科(水産), 教授 (20334328)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000); Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2022: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: 赤潮 / 一酸化窒素 / 海洋生態系 / 窒素循環 / 植物プランクトン

Outline of Research at the Start

一酸化窒素（NO）は、生体内の多様な生理過程におけるシグナル伝達分子としての重要性が認識されているにも関わらず、海洋生態系における生理機能の解明が未着手である。そこで、NOが赤潮を形成する海洋植物プランクトンの新たな増殖制御因子になり得るかどうかを、海水中のNO濃度を精緻に制御可能な培養実験系を用いて明らかにする。また、海洋表層におけるNOの生成や消失が赤潮藻類のブルームの発達・衰退に及ぼす可能性を評価する。これらの結果に基づき、海洋生態系を一次生産者として支えている植物プランクトンの増殖に及ぼすNOの影響を理解し、赤潮の新規防除技術の開発や、海洋の窒素循環の解明に寄与する。

Outline of Annual Research Achievements

一酸化窒素（NO）は、高等植物など生体内の多様な生理過程におけるシグナル伝達分子としての重要性が認識されているにも関わらず、海洋生態系における生理機能の解明が未着手である。そこで本研究では、NOが海洋植物プランクトンの新規の増殖制御因子になり得るかどうかを検討するために、異なるNO濃度環境における赤潮藻類の培養実験に取り組んだ。
海水中で生成したNOは数秒程度で二次反応を引き起こすため、溶存NOの定常濃度は、海水中でのNOの生成と消失のバランスによって決まると考えられる。そこで、酸素除去した培養液にNO飽和海水を一定量添加したものをポンプで培養容器に連続的に供給しつつNO濃度環境を制御するシステムを新たに構築した。培養系へのNOの供給フラックスを電気化学的NOセンサーでモニタリングした結果、培養液中のNO濃度として、自然の沿岸域の表層海水中と同様なレベルで制御可能であることを確認した。
この培養実験システムを用いて、明期におけるNO供給速度として0、78、300、1600 nmol/L/14hrの条件下における赤潮珪藻Skeletonemaの増殖応答を比較したところ、NO供給量の増加に伴う増殖速度の抑制作用が認められ、その閾値は78～300 nmol/L/14hrの範囲にあることが明らかになった。また、NO供給を止めた後の増殖能について調べたところ、1～2日で増殖が回復することを確認し、NOによる強い増殖抑制を経て回復する時の増殖は、NOの影響を受けていない時よりも速くなることが分かった。
これらの結果から、NOが沿岸域表層における海洋植物プランクトンの増殖抑制因子として作用している可能性が高まった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

NOを培養容器に連続的に供給することでNO濃度環境を制御するシステムを計画通り構築することができ、赤潮藻類である珪藻を使って、増殖を抑制するNO濃度レベルに関する新知見を得ることに成功した。

Strategy for Future Research Activity

本研究で開発したNO濃度環境を制御する培養システムを用いて、珪藻以外の赤潮藻類についても増殖に及ぼすNOの影響評価を進め、海洋表層におけるNOの生成や消失が赤潮藻類のブルームの発達・衰退に及ぼす可能性を評価するという研究目標を達成する。