酒田計画 酒田港湾② －下水処理水と海水で珪藻培養－ 2021.5～2022.5月
今年の5月から下水処理水と海水で珪藻を植え継ぎで培養していますが、珪藻は高温には弱いとも言われていますので、夏でも培養可能か試してみました。
下の写真は8月9日の水温が最高時期の状態です。
直射日光のあたらない北向きの窓際に、藻化ビンを並べてあります。左から植え継ぎ直後→1日目→2日目→3日目→4日目となっています。
水温は日中33度位まで上がりましたが、連続して珪藻が培養できました。しかし、光が当たりすぎると、一番右側のビンのように緑色になってしまい、培養に失敗するものもありました。
珪藻の増殖は、弱光下でも非常に早く、1日目ですでに着色が濃くなっています。培養4日目には藻体が大きくなったせいか、沈みやすくなり沈殿しています。
よって、植え継ぎのサイクルは3日位で行うのが良いと思われます。
ビンの水量が違うのは、植え継ぎ用に分取したためです。
優占培養された珪藻の顕微鏡写真を下に示します。
なんだろ、これ？名前はよくわかりませんが、珪藻です。
これで、5月から8月末まで、植え継ぎ培養を繰り返し、夏の高温下でも珪藻の培養が可能なことを確認できました。
この後、8月から9月に入ると、なぜか一時期培養ができなくなりました。恐らく、季節の変化に伴い藻変りが生じたものと思われます。
その後、再び藻化が再び始まりました。
下は9月20日の状態です。
北向き窓際に並べた藻化ビンを、写真を撮るため、着色の度合いが分かりやすくなるよう、背景に黒色のシートを入れて、上から照明してあります。
この時の植え継ぎのサイクルは3日間で動かしていました。水温は25℃前後まで低下しています。培養は夏よりも安定しているようです。
海水（酒田港の未処理のもの）：800ｍｌ + 下水処理水200ｍｌに、培養3日目の藻化水を200ｍｌ植え継ぐことを繰り返します。
珪藻の種類は変わり、優占種は下の写真のものになっていました。
これは多分スケルトネマ（Skeletonema）でしょうね。
スケルトネマは、下水処理水の放流先の海域でよく発生する珪藻です。
次の論文で、このことが示されています。
三河湾東部に位置する豊川浄化センター放流口直近の海水を用いたSkeletonema spp.の培養：蒲原 聡 他、愛知水試験報,25
19-21(2020)
この論文によると、浄化センター放流口直近の海水を実験室内で培養すると、スケルトネマが優占的に増えるようです。
また、次の論文でも、同様なことが示されています。
内湾性植物プランクトンの増殖に及ぼす下水処理場放流水および湾底泥の影響：小林 邦男 他、九州大学農芸誌 第39巻 第４号 143-151（1985）
ここでは、下水処理水の濃度が高いと、他の植物プランクトンの増殖が阻害されるのに、スケルトネマは旺盛に増えることが示されています。
下水処理水とスケルトネマの相性は抜群に良いようです。
また、次の論文によると、
珪藻Skeletonema属の最近の分類と生理生態特性（総説）：山田 真知子、Bull.Plankton Society of japan 60(1):18-28,2013
「スケルトネマは世界の沿岸海域に出現するコスモポリタン種で、基礎生産者として食物連鎖を支え、時には濃密赤潮を形成することから極めて重要な植物プランクトンの一種とされてきた」
と、あります。
以上をまとめると、
―スケルトネマは、生態系を支える重要な珪藻であり、下水処理水で優占的に増殖する―
と言うことになります。
では、下水処理水を用いて積極的にスケルトネマを増やすことを考えた場合、好適な培養条件はどうなっているのでしょうか？
① 塩分 ： スケルトネマは広塩性種であり、塩分10～35の間で良く増殖することが、上の論文で示されています。
下水処理水による海水の希釈は、あまり影響しないと思われます。
② 照度 ： 2000Ｌux～6000Ｌuxの間では、照度が高いと増殖量の低下が認められたことが下の論文で示されています。
藻類培養試験のためのSkeletonema costatumの増殖特性試験について：岡村 和雄、神奈川県環境科学センター研究報告 第15号(１９９２)
照度は低めの方が良いようですが、強光下でも良く増殖するとの別の報告もありました。
③ 温度 ： スケルトネマには多種があり、東京湾では主に７種が認められおり、この各種は好む温度が異なり、季節に応じて周期的に入れ替わっているようです。
スケルトネマ属珪藻の分類の再検討と時空間分布：石丸 隆、科学研究費助成事業（科学研究費補助金）研究成果報告書 平成24年５月11日
実験では、15、20、25℃では20℃が最も増殖量が多かったことが②の論文で示されていますが、これより高温でも低温でも種が異なれば増殖可能だと思われます。
④ ばっ気攪拌 ： スケルトネマは、培養時に強く攪拌するとフロックを作って沈殿してしまうことが、次の論文で示されています。
海域における赤潮生産能力の評価：広島大学工学部 今岡 務 他
このため、海域のAGP試験でも静置培養を行っています。
藻類の培養試験法によるＡＧＰの測定：須藤 隆一 他、国立公害研究所研究報告 第26号（1981）
ただし、珪藻は成長に伴い沈殿する傾向があるため、静置培養では容器を1日に1、2回ひっくり返す必要があります。
別の方法として、弱めのばっ気を加える弱攪拌でも良いと思われます。
⑤ 窒素栄養とビタミン ： 次の論文で、スケルトネマの栄養要求について調べています。
赤潮珪藻Skeletonema costatumの栄養要求とAGP試験に供試するための調整法：西島 敏隆（高知大学農学部）他、水産汚濁研究 第13巻 第3号 173-179（1990）
この論文によると、スケルトネマは無機体窒素として硝酸を好み、ビタミンBとしてはB12を必須栄養として要求することが示されています。
下水処理場では、水処理の運転方法により放流水の窒素成分をアンモニアにするか硝酸にするか選択することが可能です。
また、汚泥処理によりB12の放流水中の濃度をコントロールすることも可能かもしれません。
このように、下水処理場の運転方法より、放流水中の栄養成分を大きく変えることができるため、意図してスケルトネマの培養に適した放流水を作ることも可能でしょうね。
時には高密度発生し赤潮を形成することもあるようですが、海域の生態系を活性化させるための一次生産の基盤となりえるスケルトネマを、積極的に増やすことを考えてみようと思います。
次回は、酒田港湾において、スケルトネマをはじめとする珪藻を増やすための改良方法についてやります。
酒田港には、珪藻の培養に利用できる火力発電所がありますから…。
珪藻の室内培養実験も引き続き行っていきます。水温が低下した方が珪藻の培養には適するようですが、植え継ぎのサイクルは長くなるでしょうね。
（2021.10）
スケルトネマの室内培養実験の報告の続きです。
下の写真は12月10日時点での状況です。
12月でも培養は問題なくなされておりますが、植え継ぎのサイクルは6日に長くなっています。9月の3日に比べて2倍の長さになっています。
6日にしたのは、写真の右端の8日目とその左隣の6日目の着色がほぼ同じなため、6日で藻化の大部分が完了していると思われたからです。
これで、秋から冬へかけても培養が可能なことが確認できました。
次に、真冬での状態を下の図に示します。1月30日時点で、山形市では連日雪が降りつづき、日照量も少ない天候です。
野外の状態が分かるように、背景に黒シートを入れていません。この時も、かなり積雪があり、曇りの天気です。
水温は5℃まで低下しています。
驚いたことに、こんな低温、低光量でも、培養ができています。植え継ぎのサイクルは12月と変わらず、6日です。
このときの優占種は、下の写真のものでした。
これも、スケルトネマだと思われますが、上の9月のものに比べて、ややねじれている感じです。
水温低下により、種が入れ替わったようですね。
9月から1月にかけて、2回ほど培養が停止する期間あり、藻変わりが生じたものと思われます。
先の論文にもあったように、スケルトネマは水温に応じて周期的に種が入れ替わるようです。
珪藻は、こんな冬場でも増殖できます。陸上の植物が冬になると、ほぼ活動停止してしまうのに・・・。
この理由として、珪藻の光学系に含まれる集光性色素タンパク質の数が非常に多いことがあります。
進化すると色素タンパク質が増える？ 珪藻の光学系Ⅰ-集光性タンパク質複合体の立体構造解明：長尾遼特任講師（岡山大学） 他、PRESS RELEASE令和2年5月18日
これによると、光のエネルギーを吸収して光合成系に供給する集光性タンパク質は、海産珪藻のものは、これまでに報告されているものの中では最大であることが示されています。
このため、珪藻は弱光下でも、光を効率よく吸収して旺盛に増殖できると考えられます。
陸上の植物が活動を停止してしまう冬でも、珪藻は光合成を継続します。
ということは、冬季間における二酸化炭素吸収は、主に珪藻によってなされることになります。
温暖化防止のため、珪藻の果たす役割は大きいと思います。
また、陸上植物を育てる農業の生産可能な期間が限られているのに対し、海では、冬季間でも珪藻による基礎生産が続くため、年間を通じて生態系による生産が続きます。
珪藻って、すごいですね。
これで、春→夏→冬まで、下水処理水によるスケルトネマの優占培養が可能なことが確認できました。
引き続き、冬→春の培養実験をしていきたいと思います。
この期間は、自然界で植物プランクトンのブルームが生じる時期なので、どういうことになるか、期待大ですね。
（2022.1）
以下追加
スケルトネマの室内培養実験の報告の続きです。
今回は、前回から続き、2022年の1月から5月にかけて培養を継続しました。
この時期、植物プランクトンは最も増える…と予想していましたが、なんと、一番期待していた3月後半から4月いっぱいにかけて、藻化が停止してしまい、全く培養できなくなりました。
この約1か月半の停止期間は、これまでの1年間で最長です。
水温も暖かくなり、光量も豊富なこの時期に、なぜ止まってしまったのか、原因不明ですが…昨年もこの時期に藻化が停止しており、どうも大幅な藻変わりが生じているようです。
その後、5月に入ってから、藻化が再開しました。
上の写真は、5/23のものです。例によって、色付きを分かりやすくするために、黒の背景を入れ、LEDで照明しています。藻化は北向きの窓際に置き、無ばっ気で行いました。
藻化は順調で、植え継ぎのサイクルは3日で回していました。
この時の珪藻は、下のものが優占していました。
バラバラになったスケルトネマ？…かどうか分かりませんが、昨年の5月～8月に見られたものと同じ種類のようです。
写真の左下の珪藻も結構多く含まれていました。
以上で、1年間、下水処理水と海水で、珪藻が優占培養できることが確認できました。その間、藻変わりによる藻化停止期間が何回か観測されました。
下水処理水は、年間を通じ、海水で珪藻が優占発生するため、珪藻培養の液肥として大変有効であると考えられます。
また、スケルトネマは培養方法により、発生量とEPAの含有量が大幅に変わることが報告されています。
沿岸海域の植物プランクトン生産におよぼす栄養塩供給間隔の影響
： 東北大学大学院工学研究科 山口 慶，上杉健史郎，西村 修，坂巻 隆司、56回日本水環境学会年会（2022.3） 予稿集 ｐ169
同じ量の栄養塩類を与えた場合、連続的な供給と、パルス的な供給では、発生する量とEPAの含有量が、パルス供給の方が連続供給に比べて大幅に上回ることが示されています。
海水AGP試験で用いた植え継ぎ培養は、パルス供給に当たるため、栄養価も高いものが培養されていた可能性はあります、確かめたわけではありませんが…海水のMGP試験ができればいいのに。
酒田港湾での下水処理水による珪藻培養も、栄養価の高いものができるように、港湾に改良を加えることも可能かもしれませんね。
下水処理水が海水中で希釈される前で、栄養塩が集中しているうちに藻化できるようにすれば、有効だと思われます。
（2022.5）