2020 Fiscal Year Research-status Report
Novel physiology of oceanic diatoms: they incorporate silicate minerals
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20K06226
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
赤木 右 九州大学, 理学研究院, 教授 (80184076)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 珪藻 / ケイ酸殻の安定性 / ケイ酸塩鉱物の溶解 / アルミニウム / 光透過性細胞外ポリマー粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Alを用いてケイ酸塩鉱物からの元素の取り込みを追跡する実験において、培養系にAlのコンタミネーション源が存在することが分かった。そのために計画を変更し、まず最初に、培養瓶、試薬、海水、環境すべてについて、コンタミネーションを調査した。その結果、試料のハンドリングに最も大きな寄与を持つコンタミネーション源が存在することが分かった。次に、それらのコンタミネーションを軽減する方法を検討し、海水については精製海水、太平洋深層水などを検討し、ケイ酸試薬については高純度石英から調製するなど試みたが、研究室雰囲気からの偶発的なコンタミネーションが最後まで低減の困難なコンタミネーション源として残った。一方で、珪藻の個体数変化、TEP濃度、海水中のSiについては経時変化を追跡することができた。
培養条件の差による珪藻ケイ酸殻の溶解性を比較しても有意な差が得られなかった。Alのコンタミネーションの存在のためと考えられる。
マイクロインジェクション法を光透過性細胞外ポリマー粒子(TEP)に適用することにより、TEPと原形質の間にプロトンの濃度勾配があること、物質がTEP内部を移動することができることが分かった。
LysoSensor Y/B蛍光指示薬を用いて顕微鏡下でpH測定を行った。RとGの蛍光強度比はpHとよく関係し、その関係からTEPのpHの測定が可能であった。ところが、この蛍光指示薬は珪藻の原形質細胞自体と強く蛍光活性を持つことが分かり、TEP自体のpH測定は困難であった。珪藻から分離したTEPのpHは3～4であった。
総合的には、珪藻の生理学について、珪藻がケイ酸塩鉱物を直接摂取する新しい可能性を支持しているが、まだ多角的、より直接的な証明が必要である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
米国から大型の海洋珪藻株を購入し、温度、照度を管理しながら、3条件（A:ケイ酸塩鉱物粒子としてアルバイトを含む、B: ケイ酸塩鉱物粒子としてアノーサイトを含む、C: 何もケイ酸塩鉱物を含まない）で培養した。珪藻殻を培養時間の異なる段階で単離し、分析電験により元素マッピングを行ったところ、三つの培養系でわずかに異なるAl濃度が観察された。CでもかなりのAlが検出されたため、説得力のある実験を行うために、計画を変更し、最初にAlコンタミネーションの軽減を目指すことにした。培養実験のAlコンタミネーション源の追跡を行った。培養海水、栄養溶液なども少しずつAlを含んでいることが分かった。中でもケイ酸栄養溶液のコンタミネーションの寄与が大きく、ケイ酸溶液の調整方法を見直した。また、培養雰囲気でのコンタミネーションも強く疑われた。培養庫、培養プロセスを見直し、可能な限りクリーンな設備で培養実験を繰り返し行うことにした。
上記3条件で培養した珪藻ケイ酸殻の溶解性に差があるかどうかを調査した。温度が35℃で溶解するケイ酸の時間変化を調査した。Al/Si比に大きな差が見られていないため、溶解性には優位な差が見られなかった。
マイクロインジェクション法でpH2以下で変色するチモールブルーpH呈色指示薬を珪藻を被覆する光透過性細胞外ポリマー粒子(TEP)の内部に注入し、呈色を調べると、すみやかに珪藻原形質が呈色されることから、TEPと原形質の間にプロトンの濃度勾配があること、物質がTEP内部を移動することができることが分かった。また、蛍光指示薬によりTEP表面のpHの測定を試みた。LysoSensor Yellow/Blue Dyeを用いてpHの測定を試みた。珪藻のケイ酸殻の成長部位が同時に発色することが分かった。このために、異なる指示薬を適用を検討する必要があることが分かった。
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| Strategy for Future Research Activity |
Alのコンタミネーション源で最も重要なものは研究室雰囲気であることが分かったので、珪藻の培養は可能な限り培養庫内から出さないこととする。また、珪藻個体数のカウントも培養液を取り出さず、ボトル外部からの撮影によって行う方法を検討し、培養を再度行う。
珪藻ケイ酸殻の溶解性の変化はAlのコンタミネーションが疑われる段階では行なえない。当面、保留とすることにするが、有意な差の検体が得られた場合には溶解性の差を調査する。
蛍光指示薬として異なる試薬を検討する。まずは、酸解離定数の比較的大きなOregon Green を用いて、pH分布を再調査する。
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| Causes of Carryover |
コロナウィルスパンデミックにより、研究の機会、研究交流や発表の機会が大幅に減少したので、発表のための経費を次年度に確保した。
また実験作業でAlのコンタミネーションが確認されたため、培養実験および電子顕微鏡観察を最初から行う必要がある。
珪藻を取り巻く光透過性細胞外ポリマー粒子の蛍光指示薬と蛍光顕微鏡を用いたpH測定について、新たな蛍光指示薬の購入に伴い、水銀ランプ、ダイクロミックミラー、干渉フィルターなどの新規購入が必要になる見込みである。
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