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2020 Fiscal Year Research-status Report

付着共存微生物由来物質による海藻代謝変動とその水圏環境浄化への利用の研究

Research Project

Project/Area Number 19K12386
Research InstitutionNihon University

Principal Investigator

垣田 浩孝  日本大学, 文理学部, 教授 (40356754)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords海藻 / 水圏環境浄化 / 海洋資源 / 植物
Outline of Annual Research Achievements

すでに提案者らは環境浄化生物として有用な非成熟性オゴノリ科海藻を見出し、微生物由来物質であるインドール-3-酢酸(indole-3-acetic acid: IAA)の添加による海藻成長量と栄養塩吸収量の上昇を見出している。本研究初年度に非成熟性オゴノリ科海藻保存株を他の5種類のオゴノリ科海藻株(2種類のツルシラモ株と3種類のオゴノリ株)と成長量、成熟性、有用物質生産量を比較し、非成熟性オゴノリ科海藻保存株が成長量と有用物質生産量が他の5種より有意に高く、かつ非成熟性(12週間の培養実験)であることを明らかにした。他の5種類の株は培養12週以内に成熟した。この結果は、高成長量、有用物質高生産量、非成熟性はオゴノリ科海藻全般の性質ではなく、非成熟性オゴノリ科海藻保存株に特有の性質であることを明らかにした点で重要である。
本研究2年目までには共存微生物の影響も検討した。IAA未添加培地、IAA0.16 mg/L含有培地、IAA0.16mg/Lと滅菌剤混液を含む培地を用いて、非成熟性オゴノリ科海藻株とオゴノリ科海藻オゴノリ株の成長量とタンパク質含有量を比較した。非成熟性オゴノリ科海藻株では、IAA0.16mg/Lの成長量とタンパク質含有量が最も高く、一方オゴノリ科海藻オゴノリ株では3種類の培地での成長量とタンパク質量は同等であった。このことから非成熟性オゴノリ科海藻株では、IAA及び微生物由来物質が成長促進していることが示唆された。一方、オゴノリ科海藻オゴノリではIAA及び微生物由来物質の効果が低いことが示唆された。高成長条件での海藻株中のアルドラーゼ活性が実験した株の中で最も高いことも明らかになった。以上の結果は、IAAあるいは微生物由来物質が非成熟性オゴノリ科海藻保存株に特異的に影響を与えていることが示唆された点で重要な意味がある。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究全般を通じて環境浄化生物として紅藻類大型海藻である非成熟性オゴノリ科海藻保存株を継続して培養を行い使用する。当該株は瀬戸内海水域(河川域含む)で採取した海藻から単藻培養株作成中に偶然得られた株である。初年度に当該非成熟性オゴノリ科海藻保存株と他の5種類の瀬戸内海水域で採取したオゴノリ科海藻との比較実験を行い、高成長量、有用物質高生産量、非成熟性はオゴノリ科海藻全般に共通の性質ではなく、当該非成熟性オゴノリ科海藻保存株に特有の性質であることを明らかにできた。当該非成熟性オゴノリ科海藻保存株の環境浄化生物としての有用性を支持する結果を得られた点で有意義であった。今年度も当該株の培養を継続でき、当該株由来の海藻切片を実験材料として使用できた。当該非成熟性オゴノリ科海藻保存株は単藻培養株であり、藻類としてたった1種しか含まない状態になった培養株のことであり、実験材料としては個体差が少なく、混入物が少ない点で優れている。さらに非成熟性であるために、成熟や成熟後の枯死が起こらないため水質浄化への活用に利点がある。
初年度の海藻タンパク質へのIAAの影響評価実験により、オゴノリ科海藻オゴノリ株はIAAによる有意な影響は検出されなかったが、非成熟性オゴノリ科海藻保存株ではIAAの有意な影響が検出され、IAAが非成熟性オゴノリ科海藻保存株に特異的に影響を与えていることが示唆された。2年目の結果により、非成熟性オゴノリ科海藻保存株の海藻成長量とタンパク質量にIAAと微生物由来物質が影響していることが示唆された。同科海藻であるオゴノリに関しては未添加培地、IAA添加培地、IAAと滅菌剤添加培地でも成長量が変化しなかったことから、非成熟性オゴノリ科海藻保存株の特性であることが明らかとなった点で非常に興味深い結果である。
以上の成果が得られたことから区分(2)と判断した。

Strategy for Future Research Activity

実施計画の予定にしたがって、研究を以下のように実施予定である。第3年目である令和3年度は引き続き非成熟性オゴノリ科海藻保存株(単藻培養株)を本研究実施期間全般にわたって使用可能にするために、当該海藻保存株の維持培養を継続する。培地交換は約2週間毎とし、維持培養の海藻湿重量の調節は約1か月ごとに実施する。当該非成熟性オゴノリ科海藻保存株のタンパク質含有量等の代謝変動への微生物由来物質等(IAA等)の特異的影響を明らかにするためには他のオゴノリ科海藻培養株との比較実験が必要である。そのため、新規にオゴノリ科海藻オゴノリ株、ツルシラモ株の単藻培養株を人工培養により実験に使用できる量まで培養する。当該非成熟性オゴノリ科海藻保存株と他のオゴノリ科海藻培養株でのタンパク質含有量等の代謝変動への微生物由来物質等(IAA等)の影響を比較する。
第3年目は初年度、第2年度に獲得したIAA添加あるいはIAAと同時添加の影響を再確認するとともに、IAAと他の植物成長因子等の同時添加による活性化される代謝経路と酵素等に関する情報を獲得する。具体的には各種培養条件での培養株の海藻タンパク質変動を調べる。電気泳動(SDS-PAGE等)あるいはLC-MS/MS等を用いて網羅的に解析する。高発現酵素、重要な代謝酵素の一つであるアルドラーゼ、栄養塩吸収の重要な酵素の一つである窒素代謝酵素等の酵素の活性測定も実施する。酵素の基質、生成物、他の代謝物質に関してはLC(HPLC)あるいはGC-MS等での分析を行う。それとともに、増殖海藻湿重量、栄養塩吸収量、有用物質生産量等の各測定を実施する。IAA等の添加により活性化される代謝経路と酵素等(ヘマグルチニン、酵素等)に関する情報(酵素タンパク質の検出情報)をまとめ、高成長量、高栄養塩吸収能を持つ海藻を調製するのに最適な微生物由来物質等を選抜する。

Causes of Carryover

(理由)試薬に関して想定していた金額よりも見積額の方が低かったため当該金額が生じた。
(使用計画)次年度以降の研究において、消耗品の試薬の購入費に充てることにより、有効に使用する予定である。

  • Research Products

    (7 results)

All 2021 2020 Other

All Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Presentation] 栄養塩と生活史がオゴノリ科海藻の赤血球凝集活性に及ぼす影響2021

    • Author(s)
      垣田浩孝、小比賀秀樹
    • Organizer
      日本農芸化学大会2021大会
  • [Presentation] 緑藻類スジアオノリのβ-カロテン含有量と水温によるその変動2021

    • Author(s)
      谷山友規、團昭紀、垣田浩孝
    • Organizer
      日本農芸化学大会2021大会
  • [Presentation] ウロン酸組成、タンパク質含量、アルギン酸関連酵素活性のコンブ部位比較2021

    • Author(s)
      平賀捷悟、川又澄人、四ツ倉典滋、垣田浩孝
    • Organizer
      日本農芸化学大会2021大会
  • [Presentation] Dissolved nitrogen uptake of two red algae, Gracilariopsis chorda and Gracilaria bloegettii2020

    • Author(s)
      Hirotaka Kakita, Tomoki Taniyama, Ryouta Otoizumi, Hideki Obika
    • Organizer
      Water and Environment Technology Conference 2020 (WET2020)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 紅藻類オゴノリ科海藻の栄養塩吸収量及び成長に及ぼす水温とインドール3酢酸の影響2020

    • Author(s)
      垣田浩孝、有本清也、音泉良太、小比賀秀樹
    • Organizer
      第93回日本生化学会大会
  • [Presentation] 緑藻類海藻スジアオノリの成長と成熟に対する水温および光強度の影響2020

    • Author(s)
      谷山友規、神山英行、團昭紀、垣田浩孝
    • Organizer
      第93回日本生化学会大会
  • [Remarks] 日本大学文理学部化学科ホームページ

    • URL

      http://dep.chs.nihon-u.ac.jp/chemistry/

URL: 

Published: 2021-12-27  

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