JP4605559B2 - How to observe bacterial activity - Google Patents
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Description
本発明は、海底の堆積物中などに底生生物と同所的に生息する各種細菌類の生理活性を観察する技術に関する。 The present invention relates to a technique for observing physiological activities of various bacteria living in the same place as benthic organisms in sediments on the seabed.
海底の堆積物中に生息する細菌の増殖状態および活性状態は底生生物(ベントス)の存在によって影響を受ける。特に、底生生物による堆積物の撹拌、改変作用が強い場合は、その影響も大きくなる。このような堆積物中の細菌の増殖、代謝活性を観察したり、定量的に把握したりする場合、従来、堆積物の一部を試料として採取し、これを分析するという手法をとる必要がある。従って、これらの過程においては、操作が煩雑となり、その時間・空間分解能を高めることは困難である。 The growth and activity of bacteria inhabiting marine sediments are affected by the presence of benthic organisms (benthos). In particular, when the agitation and modification action of sediments by benthic organisms is strong, the effect is also great. When observing or quantitatively grasping the growth and metabolic activity of bacteria in such sediments, it has been necessary to take a method of collecting a part of the sediment as a sample and analyzing it. is there. Therefore, in these processes, the operation becomes complicated, and it is difficult to increase the time / spatial resolution.
一方、本願発明に関連する従来技術として、酸化還元指示薬を用いて微生物の検出を行う方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 On the other hand, as a conventional technique related to the present invention, a method for detecting microorganisms using an oxidation-reduction indicator has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1記載の「細菌、酵母、真菌類又は球菌の増殖及び非色検出の改良方法」を用いることにより、細菌や微生物を検出することはできるが、この方法はあくまでも細菌や微生物を純粋培養あるいはそれに近い状態で培養する場合にのみ有効な検出方法である。従って、天然の堆積物環境中に見られるように、細菌と他の高等生物(底生生物)とが共存した状態下における細菌や微生物の存在を検出したり、その活性を観察したりする手段として利用することはできない。
Bacteria and microorganisms can be detected by using the “improved method for the growth and non-color detection of bacteria, yeast, fungi, or cocci” described in
そこで、本発明が解決しようとする課題は、底生生物と共生する従属栄養細菌などの各種細菌類の活性状態を、当該細菌に悪影響を及ぼすことなく、高精度で簡便に把握することのできる、細菌活性の観察技術を提供することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is that the active state of various bacteria such as heterotrophic bacteria symbiotic with benthic organisms can be easily and accurately grasped without adversely affecting the bacteria. It is to provide a technique for observing bacterial activity.
本発明の細菌と底生生物とが共存した状況下における細菌活性の観察方法(以下、「細菌活性の観察方法」と記載する。)は、底生生物が生息可能であって細菌の培地となる透明ゲルまたは当該透明ゲルと共存させた緩衝液に細菌の生理活性によって呈色、発色、変色または発光する指示薬を加えることを特徴とする。このような構成とすれば、底生生物が生息できる環境であると同時に細菌が増殖できる透明ゲルまたは当該透明ゲルと共存させた緩衝液に加えられた指示薬が、当該細菌の生理活性により呈色、発色、変色または発光するため、その呈色、発色、変色または発光の状況を確認することにより、細菌の生理活性状態を高精度で簡便に把握することができる。また、透明ゲルまたは当該透明ゲルと共存させた緩衝液に指示薬を加えるだけで観察することが可能であり、透明ゲルや細菌に手を加える必要がないため、当該細菌に悪影響を及ぼすこともない。 The method for observing bacterial activity in the situation where the bacterium and benthic organism of the present invention coexist (hereinafter referred to as “bacterial activity observing method”) is a method in which a benthic organism can inhabit, An indicator that develops color, develops color, changes color, or emits light due to the physiological activity of bacteria is added to the transparent gel or the buffer coexisting with the transparent gel. With such a configuration, the indicator added to the transparent gel in which the benthic organisms can inhabit and the bacteria can grow at the same time or the buffer coexisting with the transparent gel is colored by the physiological activity of the bacteria. Since color development, color change, or light emission occurs, the state of color development, color change, color change, or light emission can be easily grasped with high accuracy by confirming the state of coloration, color change, color change, or light emission. In addition, it is possible to observe simply by adding an indicator to a transparent gel or a buffer solution coexisting with the transparent gel, and it is not necessary to modify the transparent gel or bacteria, so that the bacteria are not adversely affected. .
ここで、前記指示薬として、細菌細胞膜上の酸化還元酵素活性により呈色、発色若しくは発光する化合物、細菌細胞内のエステラーゼ活性により呈色する化合物、細菌細胞外加水分解酵素活性により呈色若しくは発光する化合物、細菌細胞内の核酸合成活性により呈色する化合物、酸素感受性を有する蛍光物質、のうちの1以上を含有する薬剤を用いることができる。 Here, as the indicator, a compound that develops color, develops or emits light by oxidoreductase activity on bacterial cell membranes, a compound that develops by esterase activity in bacterial cells, or develops or emits light by bacterial extracellular hydrolase activity. A drug containing one or more of a compound, a compound colored by nucleic acid synthesis activity in bacterial cells, and a fluorescent substance having oxygen sensitivity can be used.
このような薬剤を指示薬として用いれば、細菌細胞膜上の酸化還元酵素活性、細菌細胞内のエステラーゼ活性、細菌細胞外加水分解酵素活性、細菌細胞内の核酸合成活性、あるいは細菌細胞による酸素消費活性の程度に応じて、鋭敏な呈色、変色あるいは発光が生じるため、比較的短時間で、細菌の生理活性の検出を行うことができる。 When such a drug is used as an indicator, it exhibits oxidoreductase activity on bacterial cell membranes, esterase activity in bacterial cells, bacterial extracellular hydrolase activity, nucleic acid synthesis activity in bacterial cells, or oxygen consumption activity by bacterial cells. Depending on the degree, sensitive coloration, discoloration or luminescence occurs, so that the physiological activity of bacteria can be detected in a relatively short time.
なお、細菌細胞膜上の酸化還元酵素活性により呈色、発色若しくは発光する化合物は、テトラゾリウム化合物、メナジオン、ルミノールのいずれかを含み、細菌細胞内のエステラーゼ活性により呈色する化合物は6-carboxyfluorescein diacetateまたはリゾルフィン化合物を含み、細菌細胞外加水分解酵素活性により呈色若しくは発光する化合物はメチルウンベリフェリル化合物またはリゾルフィン化合物を含み、細菌細胞内の核酸合成活性により呈色する化合物はブロモデオキシウリジンを含み、酸素感受性を有する蛍光物質はトリス1、7-ジフェニル-1、10フェナトロリン塩化ルテニウム(II)を含む。
The compound that develops color, develops color or emits light by the oxidoreductase activity on the bacterial cell membrane includes any of tetrazolium compound, menadione and luminol, and the compound which develops color by the esterase activity in the bacterial cell is 6-carboxyfluorescein diacetate or A compound containing a lysorphine compound, which is colored or luminescent by bacterial extracellular hydrolase activity, contains a methylumbelliferyl compound or a lysorphine compound, and a compound colored by a nucleic acid synthesis activity in bacterial cells contains bromodeoxyuridine, Fluorescent materials having oxygen sensitivity include
また、このような薬剤としては、例えば、同仁化学研究所の「INT;2-(4-iodophenyl)-3-(4-nitrophenyl)-5-phenyl-2H-tetrazolium chloride」、同仁化学研究所の「Cell Counting Kit-F」あるいはナカライテスク株式会社の4-Methylumbelliferyl-β-D-galactosideなどが好適である。 Examples of such drugs include “INT; 2- (4-iodophenyl) -3- (4-nitrophenyl) -5-phenyl-2H-tetrazolium chloride” from Dojindo Laboratories, “Cell Counting Kit-F” or 4-Methylumbelliferyl-β-D-galactoside from Nacalai Tesque, Inc. is preferred.
一方、前記透明ゲルにおいて前記指示薬によって発色、変色、あるいは発光した部位を撮像した画像データをコンピュータにおいて二値化処理して表示装置に映像として表示することもできる。このような構成とすれば、透明ゲル中に生じている呈色、発色、変色または発光した部位の状況を画像データとして取得し、解析することができる。 On the other hand, image data obtained by imaging a portion that is colored, discolored, or emitted light by the indicator in the transparent gel can be binarized by a computer and displayed on a display device as an image. With such a configuration, it is possible to acquire and analyze the state of the colored, colored, discolored, or light-emitting portion generated in the transparent gel as image data.
この場合、前記画像データと前記指示薬の分光学的データとによって検量線を作成し、前記検量線に基づいて細菌活性を定量することもできる。このような構成とすれば、細菌の活性をさらに正確に分析、定量することが可能となる。 In this case, a calibration curve can be created from the image data and the spectroscopic data of the indicator, and the bacterial activity can be quantified based on the calibration curve. With such a configuration, it becomes possible to more accurately analyze and quantify the activity of bacteria.
さらに、前記緩衝液中へ空気中の酸素を供給するための微細気泡発生手段を用いることもできる。このような構成とすれば、緩衝液中へ空気中の酸素が供給されるため、透明ゲル中の底生生物および好気性細菌の生理活性を損ねることなく観察を行うことが可能となる。 Furthermore, fine bubble generating means for supplying oxygen in the air into the buffer solution can also be used. With such a configuration, since oxygen in the air is supplied into the buffer solution, observation can be performed without impairing the physiological activities of benthic organisms and aerobic bacteria in the transparent gel.
この場合、前記微細気泡発生手段として、筒体形状または回転体形状の流体旋回室へ前記緩衝液と空気とを導入し前記流体旋回室内の軸心周りに発生させた旋回流を前記流体旋回室の一部に開設した吐出口から吐出させることにより微細気泡混じりの緩衝液を前記緩衝液中へ供給する機能を有する微細気泡発生器を用いることができる。 In this case, as the fine bubble generating means, the fluid swirl chamber generates a swirl flow generated around the axial center in the fluid swirl chamber by introducing the buffer solution and air into a cylindrical or rotating fluid swirl chamber. A fine bubble generator having a function of supplying a buffer solution mixed with fine bubbles into the buffer solution by discharging from a discharge port provided in a part of the can be used.
このような微細気泡発生器を用いれば、微細気泡発生器の流体旋回室から緩衝液とともに、透明ゲルと共存する緩衝液中へ供給される微細気泡は、緩衝液の下方に位置する透明ゲルに向かって沈降していく性質があるため、透明ゲル中に存在する底生生物および細菌類に対して、さらに効率良く空気中の酸素を供給することが可能となる。従って、酸素濃度の低下による底生生物および好気性細菌の生理活性の低下を最小限に保った状態で、継続した観察を行うことができる。 If such a microbubble generator is used, the microbubbles supplied from the fluid swirling chamber of the microbubble generator to the buffer solution coexisting with the transparent gel together with the buffer solution are transferred to the transparent gel located below the buffer solution. Since it has the property of settling toward the bottom, it becomes possible to supply oxygen in the air more efficiently to benthic organisms and bacteria existing in the transparent gel. Therefore, continuous observation can be performed in a state in which the decrease in physiological activity of benthic organisms and aerobic bacteria due to the decrease in oxygen concentration is kept to a minimum.
本発明の細菌活性の観察方法により、底生生物と同所的に存在、あるいは共生する従属栄養性好気性細菌などの各種細菌類の活性状態を、当該細菌に悪影響を及ぼすことなく、高精度で簡便に把握することができるようになる。 By the method for observing bacterial activity of the present invention, the activity state of various bacteria such as heterotrophic aerobic bacteria that exist symbiotically or coexist with benthic organisms can be accurately detected without adversely affecting the bacteria. Can be easily grasped.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図1は本発明の実施の形態である細菌活性の観察方法における培地および緩衝液の変化を模式的に示す図であり、図2は図1(b)に示す培地と緩衝液との境界部分を示す一部拡大断面図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing changes in a culture medium and a buffer solution in the method for observing bacterial activity according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a boundary portion between the culture medium and the buffer solution shown in FIG. FIG.
本実施形態においては、図1(a)に示すように、底生生物が生息可能であって細菌の培地となる透明ゲル10として寒天を用い、この透明ゲル10と共存する緩衝液11として海水を用いている。まず、透明ゲル10の調整手順について説明する。海水100mlに対して、0.7gの寒天(Bacto agar,Difco社)を加え、高圧滅菌処理(121℃雰囲気下で15分保持)した後、所定長さの透明パイプ15の底部をシリコンゴム栓12で閉塞することによって形成した培養容器16に流し込み、固化させた。このとき、寒天を溶かした海水は、1つの培養容器16当たり40ml程度流し込んでいる。そして、寒天が固化して形成された透明ゲル10の上に、緩衝液11として、細菌(図示せず)を含む海水を50ml程度重層した後、15尾のイトゴカイ17を入れた。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1A, agar is used as a
この後、指示薬として、テトラゾリウム化合物の一種である薬剤を培養容器16内へ添加する。この薬剤は、同仁化学研究所の2−(p−iodophenyl)−3−(p−nitrophenyl)−5−phenyl tetrazolium chloride(INT)であるが、これに限定するものではない。この場合、指示薬であるINTの添加の仕方として、次の2通りの方法を採用した。
(1)イトゴカイ17が透明ゲル10中に巣穴を掘り進み、定着したことを確認した後、透明ゲル10上に共存する緩衝液(海水)11中に、INTの最終濃度が0.1重量%濃度になるようにINT水溶液を加えた。
(2)寒天を溶かした海水の高圧滅菌処理が終わった後、透明ゲル10の温度が45℃程度になった時点で、INTを加え、INTの最終濃度が0.1重量%になるようにした。
Thereafter, a drug which is a kind of tetrazolium compound is added as an indicator into the
(1) After confirming that the
(2) After the high-pressure sterilization treatment of seawater in which agar is dissolved, when the temperature of the
次に、指示薬INTを加えて所定時間経過した後の状況について説明する。前記(1)に示したように、INTを緩衝液(海水)11に加えた場合、まず、緩衝液(海水)11中の細菌の細胞膜上の脱水素酵素活性によって、INTが還元され赤色のINTフォルマザンとなり、緩衝液(海水)11自体が赤く染まってきた。その赤色が目視によって判別できるようになるまでに要する時間は30分以内であった。このときの赤色部分は図1(b)上の細かい点々で示すような状態となる。 Next, the situation after adding the indicator INT and a predetermined time has elapsed will be described. As shown in the above (1), when INT is added to the buffer solution (seawater) 11, first, INT is reduced by the dehydrogenase activity on the bacterial cell membrane in the buffer solution (seawater) 11, and the red color is reduced. It became INT Formazan, and the buffer solution (seawater) 11 itself was dyed red. The time required for the red color to be discriminated visually was within 30 minutes. The red portion at this time is in a state as shown by fine dots on FIG.
この場合、図2上の細かな点々で示すように、イトゴカイ17の巣穴19もその場にいる細菌の活性によりINTフォルマザンが形成され、赤色を呈した。赤色を目視観察によって判別できるようになるまでに2〜3時間程度を要した。これは、巣穴19にいるイトゴカイ17の移動、灌水活動によって、巣穴19内の緩衝液(海水)11が、透明ゲル10上のINTを含んだ緩衝液(海水)11と交換されるまでに、若干の時間を要するためである。これ以降は、時間経過に伴い、各場所の赤色部位がより鮮明になっていった。
In this case, as indicated by the fine dots on FIG. 2, INT formazan was also formed in the
一方、前記(2)に示したように、INTを加えた場合は、緩衝液(海水)11は前述(1)の場合ほどは赤くならず、イトゴカイ17の巣穴19がINTフォルマザン由来の赤色に染まった.また、巣穴19の赤色の染色度合いは一様ではないことから、巣穴19に存在する細菌の活性は空間的に不均一であると判断された。
On the other hand, as shown in (2) above, when INT is added, the buffer solution (seawater) 11 does not become red as in the case of (1) described above, and the
このように、図1(a)で示したように、底生生物であるイトゴカイ17の生息可能な基質であると同時に細菌の培地として、透明ゲル10を用いることにより、イトゴカイ17の底質撹拌作用を擬似的に再現した環境を培養容器16内に作り出すことができる。また、図1(b)で示したように、培養容器16内で生起する従属栄養菌の活性を指示薬INTの赤色発色によって観察することが可能である。即ち、本実施形態の細菌活性の観察方法により、イトゴカイ17が存在する環境下における細菌の活性を非破壊的に可視化し、簡便に評価することができる。また、後述するように、これらの赤色部位を画像データとして記録して、解析することにより、定量化も可能である。
In this way, as shown in FIG. 1 (a), by using the
本実施形態において透明ゲル10は、試験に供する従属栄養細菌が利用する無機塩類や有機物類を含んでいるが、細菌の代謝活性指示薬INTを予め透明ゲル10に加えておく場合もある。また、透明ゲル10の上部には当該透明ゲル10の乾燥を防ぎ、適切な浸透圧を保つための緩衝液11として海水を満たしている。
In the present embodiment, the
前述したように、培養容器16内の透明ゲル10中において、細菌の活性指示薬INTによって赤色に発色した部位を画像として記録、定量解析することも可能である。この場合、既存のスキャナ、デジタルカメラ、顕微鏡、その他のイメージングデバイスを用いて赤色に発色した部位の画像を撮像し、この画像に対し、コンピュータ上で二値化処理を行い、解析する。
As described above, in the
また、指示薬INTの発色部位の画像データと、指示薬INT自身の分光学的データとによって検量線を作成する。指示薬INT自身の分光学的データは、透明ゲル10中より既知量の指示薬INTの発色部位を抽出し、分光学的に定量する。その結果と画像データの結果とから検量線を作成し、未知試料における指示薬INTの発色(変色)部位の定量を画像データから行えば、細菌の活性を定量的に測定することができる。
In addition, a calibration curve is created from the image data of the color development site of the indicator INT and the spectroscopic data of the indicator INT itself. The spectroscopic data of the indicator INT itself is spectroscopically quantified by extracting a known amount of the colored portion of the indicator INT from the
本実施形態で使用した無色の指示薬INTは細菌の呼吸酵素で還元されることにより、INT−フォルマザンという、水に不溶性の赤色沈殿を生じるため、これによって細菌の生理活性を容易に可視化することができる。従って、INTを緩衝液(海水)11中に添加した場合、図2に示すように、イトゴカイ17の糞粒20からなる棲管21および巣穴19内壁上が他の部分より濃い赤色に発色しており、これによって、呼吸活性の高い細菌が巣穴19や棲管21上に集積することが判明した。
The colorless indicator INT used in the present embodiment is reduced by a bacterial respiratory enzyme, thereby producing a water-insoluble red precipitate called INT-formazan, which makes it possible to easily visualize the physiological activity of the bacteria. it can. Therefore, when INT is added to the buffer solution (seawater) 11, as shown in FIG. As a result, it was found that bacteria having high respiratory activity accumulate on the
そのほか、本実施形態において、透明ゲル(寒天)10の表面に針やナイフなどで微小な穴や切り込みを入れて、僅かな凹凸をつけておくと、イトゴカイ17の巣穴19内部への移動が促進されることが分かった。また、透明ゲル10表面(緩衝液(海水)11と接する界面)付近の海水を撹乱したり、透明ゲル10の入った透明な培養容器16そのものに物理的な動揺(回転、振動など)を与えたりすると、イトゴカイ17は巣穴19内部への移動が促進された。イトゴカイ17は、透明ゲル10の内部に潜ることによって表面における擾乱を避けることができるためと思われる。
In addition, in this embodiment, if the surface of the transparent gel (agar) 10 is made with a minute hole or notch with a needle or a knife to make a slight unevenness, the movement of the
また、透明ゲル10を用いた細菌培地として、円筒形の透明パイプ15のほかに、2枚の透明ガラス平板若しくはアクリル平板の間に、前述した要領で作成した海水と寒天との混合物を流し込んで固化させることによって形成した平板状細菌培地を用いて実験を行った。これらの平板状細菌培地は、至近距離で撮影する際にも広範囲に焦点が合わせやすいので、そのまま実体顕微鏡のステージ上にのせて、より高倍率での観察、撮影も可能である。その際には、ステージ上の平板状細菌培地に対して斜め上から光をあてる斜光照明を採用すると、より鮮明な状態で発色部位の観察および画像取得を行うことができた。
Moreover, as a bacterial culture medium using the
一方、底生生物(イトゴカイ17)が作った巣穴19を含む透明ゲル10部分を培養容器16から取り出せば(例えば、滅菌したメスなどを用いて切り出せば)、特定の場所をより詳細に顕微鏡観察することも可能である。切り出した透明ゲル10部分はホルマリンなどの固定溶液中に浸潤することで、生物活性を停止させ、長期に保存し、必要な時に観察、分析することもできる。さらに、透明ゲル10中の寒天成分を融解後、遠心することにより、底生生物(イトゴカイ17)の巣穴19を構成する壁面の粘性物質や細菌細胞などを、沈殿固形残渣として回収することも可能である。また、これらは顕微鏡観察や成分分析に供することができる。
On the other hand, if a portion of the
さらに、透明ゲル(寒天)10に特定の化合物を含有させて、その化合物が底生生物および細菌に与える影響を評価することも可能である。例えば、透明ゲル10に硫化ナトリウムNa2S・9H2Oを加えて、イトゴカイの巣穴形成活性ならびに周囲の細菌の呼吸活性を評価したところ、10mM未満の濃度でイトゴカイの活性と巣穴周囲の細菌の活性が促進されることが判明した。
Furthermore, it is also possible to include a specific compound in the transparent gel (agar) 10 and evaluate the influence of the compound on benthic organisms and bacteria. For example, sodium sulfide Na 2 S · 9H 2 O was added to the
次に、図3〜図7を参照し、本発明のその他の実施の形態である、緩衝液中へ空気中の酸素を供給するための微細気泡発生器を使用した場合の細菌活性の観察方法について説明する。図3は微細気泡発生器を使用した場合の細菌活性の観察方法を示す概略構成図、図4は図3に示す微細気泡発生器の斜視図、図5は図4におけるA−A線断面図、図6は図5におけるB−B線断面図、図7は図5に示す微細気泡発生器内における微細気泡発生状態を模式的に示す図である。 Next, referring to FIG. 3 to FIG. 7, a method for observing bacterial activity when a microbubble generator for supplying oxygen in the air into a buffer solution, which is another embodiment of the present invention, is used. Will be described. 3 is a schematic diagram showing a method for observing bacterial activity when a microbubble generator is used, FIG. 4 is a perspective view of the microbubble generator shown in FIG. 3, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 5, and FIG. 7 is a diagram schematically showing a state of generation of fine bubbles in the fine bubble generator shown in FIG.
図3に示すように、収容槽22内には緩衝液11が収容され、透明ゲル10を収容した複数の培養容器23が、その内部を緩衝液11で満たすとともに培養容器23全体が完全に緩衝液11中に没する状態で収容槽22内に配置されている。また、収容槽22内の緩衝液11中には、微細気泡発生器13が浸漬されるとともに、電動式のポンプPで緩衝液11を吸い上げるための吸引管24が配管され、吸引管24の先端にはフィルタ24fが取り付けられている。ポンプPと微細気泡発生器13との間には給液管18が配管され、微細気泡発生器13に空気を供給するための給気管14が微細気泡発生器13から収容槽22の外部へ配管され、その先端にはフィルタ14fが取り付けられている。
As shown in FIG. 3, the
このような状態において、ポンプPを作動させると、収容槽22内の緩衝液11がフィルタ24fを通して吸引管24に吸い込まれ、給液管18を経由して、緩衝液11中に浸漬された微細気泡発生器13へ供給される。このとき、微細気泡発生器13内に生じる負圧により、大気中の空気がフィルタ14fを通して給気管14内へ吸い込まれ、給気管14を経由して緩衝液11中の微細気泡発生器13内へ供給される。これにより、図3,図4に示すように、微細気泡発生器13の吐出口28から微細気泡NB混じりの緩衝液11が、収容槽22内の緩衝液11中へ吐出される。なお、微細気泡発生器13によって微細気泡NBが発生する機構および微細気泡発生器13内に負圧が生じる機構などについては後述する。
In such a state, when the pump P is operated, the
図5,図6に示すように、微細気泡発生器13は、仮想中心線25cを包囲するように設けられた円筒状の周壁25dと、周壁25dの仮想中心線25c方向の両端に設けられた隔壁25a,25bとで形成された流体旋回室25と、仮想中心線25cに対してねじれの位置をなす方向に沿って流体旋回室25内へ緩衝液を導入するため流体旋回室25に連通して設けられた給液管18と、流体旋回室25内へ空気を導入するため流体旋回室25の一方の隔壁25aに連結された給気管14と、流体旋回室25の他方の隔壁25bに開設された吐出口28と、を備えている。給液管18は液体導入口27を経て流体旋回室25内に連通し、給気管14は気体導入口26を経て流体旋回室25内に連通している。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
図3に示すように、収容槽22内の緩衝液11中に微細気泡発生器13および吸引管24のフィルタ24fを浸漬した状態で、ポンプPを作動させると、収容槽22内からフィルタ24fおよび吸引管24を経由して吸い込まれた緩衝液11が、給液管18を経由して液体導入口27から流体旋回室25内へ流入し、図5,図7に示すように、流体旋回室25内に旋回流Rが発生する。そして、この旋回流Rのほぼ仮想中心線25cに沿って略円筒状の負圧空洞部Vが出現する。この負圧空洞部Vの一方の端部は、流体旋回室25の隔壁25aに開設された気体導入口26付近に位置するとともに、負圧空洞部Vの他方の端部は流体旋回室25の隔壁25bに開設された吐出口28付近に位置し、吐出口28付近に位置する負圧空洞部Vの端部は括れた状態となる。
As shown in FIG. 3, when the pump P is operated in a state where the
このように流体旋回室25内に出現する負圧空洞部Vの負圧により、気体導入口26付近にも負圧が生じるため、この負圧に起因する吸引力により、給気管14を経由して大気中から吸引された空気が気体導入口26から流体旋回室25内の負圧空洞部V内へ連続的に流入し、流体旋回室25内に導入された緩衝液11とともに旋回流Rを形成する。
Since the negative pressure of the negative pressure cavity V appearing in the
負圧空洞部V内へ流入した空気は、流体旋回室25内に発生している旋回流Rに連行され吐出口28から吐出される。このとき、負圧空洞部Vの吐出口28側の端部において旋回流Rによってねじ切られて微細気泡NBとなり、旋回流Rを形成する緩衝液11とともに、微細気泡NB混じりの緩衝液11となって吐出口28から、収容槽22内の緩衝液11中へ吐出される。
The air that has flowed into the negative pressure cavity V is entrained in the swirl flow R generated in the
このように、吐出口28から緩衝液11中へ微細気泡NB混じりの流体(緩衝液11)を放出することにより、収容槽22内の緩衝液11中へ酸素を供給、溶解させることができる。このため、溶存酸素濃度の高い微細気泡NB混じりの緩衝液11が、収容槽22内をムラなく循環することとなり、緩衝液11中に浸漬された複数の培養容器23内の透明ゲル10に対し、均等に酸素を供給することができる。従って、図3に示すように、複数の培養容器23を用いて実験を行う場合、各々の培養容器23に関する実験条件の均一化を図ることができ、実験精度の向上に有効である。また、収容槽22内の緩衝液11中に複数の培養容器23を浸漬するとともに、微細気泡発生器13を緩衝液11中に投入し、ポンプPを作動させるだけで使用できるため、使い方は極めて簡単である。
In this manner, oxygen can be supplied and dissolved in the
また、微細気泡発生器13は、略円筒形状をした流体旋回室25に液体導入口27、気体導入口26および吐出口28を開設した簡素な構造であるため、取り扱いは容易であり、緩衝液11や空気に伴って流入した異物が詰まりやすい細かな流路もないので、定期的なメンテナンスも不要である。
Further, since the
さらに、図6に示すように、流体旋回室25の隔壁25aに開設された気体導入口26を、流体旋回室25の仮想中心線25cに沿って内側へ突出させて配置するとともに、流体旋回室25の周壁25dと気体導入口26との間に、滑らかに連続した凹曲面29を設けている。このため、図7に示すように、流体旋回室25内に形成される負圧空洞部Vの隔壁25a側の端部から空気が導入され、隔壁25b側の端部の延長方向に向かって微細気泡NB混じりの緩衝液11を吐出する。従って、負圧空洞部Vは流体旋回室25の仮想中心線25c付近に安定的に存在し続け、その両端部も吐出口28付近および気体導入口26付近に安定的に位置する。
Furthermore, as shown in FIG. 6, the
このように、気体導入口26を流体旋回室25の内側へ突出させて配置するとともに凹曲面29を設けているため、負圧空洞部Vの気体導入口26側の端部が不規則に移動することがない。このため、流体旋回室25の隔壁25a,25bにキャビテーション・エロージョンなどが生じることもなくなり、優れた耐久性が得られる。また、図5,図6に示すように、流体旋回室25の隔壁25b寄りの領域には、他の領域より内径の大きい予備旋回部25pを設けている。このため、液体導入口27から導入された緩衝液11を予備旋回部25pにおいて一旦整流した後、流体旋回室25全体へ導入することができる。これによって、液体導入口27から導入される緩衝液11の圧力変動が緩衝され、この圧力変動に起因する負圧空洞部Vの移動を防止することができるため、キャビテーション・エロージョンも発生しない。
As described above, the
また、図6に示すように、微細気泡発生器13においては、液体導入口27の開口面積を吐出口28の開口面積より大としているため、流体旋回室25内へ送給される緩衝液11の入り口よりも微細気泡NB混じりの緩衝液11の出口の方が小さくなっている。従って、ポンプPによって送給される緩衝液11の圧力によって流体旋回室25内の液圧が高まり、吐出口28から放出される微細気泡NB混じりの緩衝液11の流勢が増大するため、収容槽22内の緩衝液11の循環が良好となり、実験条件の均一化に有効である。
As shown in FIG. 6, in the
次に、図8〜図11を参照して、前述した微細気泡発生器13と同様の機能を有するその他の微細気泡発生手段について説明する。図8はその他の実施形態である微細気泡発生装置を示す側面図、図9は図8に示す微細気泡発生装置の一部省略平面図、図10は図8に示す微細気泡発生装置を構成する微細気泡発生器の一部切欠側面図、図11は図10におけるC−C線断面図である。
Next, with reference to FIGS. 8 to 11, other fine bubble generating means having the same function as the
図8,図9に示すように、微細気泡発生装置1は、防液性の液体ポンプ2と、液体ポンプ2を作動させる駆動機である防液性の電動機3と、微細気泡発生器4と、を一体的に連結した構造である。電動機3は、外部に配置された発電機(図示せず)から電源コード5を介して給電され、スイッチ(図示せず)によってON−OFFすることができる。液体ポンプ2は電動機3の回転軸(図示せず)と同軸上に連結され、吸引口2aから吸い込んだ海水などの緩衝液11を、吐液部8を経由して微細気泡発生器4の液導入経路35へ供給する。
As shown in FIGS. 8 and 9, the fine
微細気泡発生器4は、概略形状が円筒形であり、外部に配置された気体ポンプ(図示せず)から送給される大気中の空気を導入するための給気管9の先端部が接続され、給気管9の基端部は気体ポンプに接続されている。給気管9の途中には、緩衝液11が上方へ逆流するのを防ぐための逆止弁33が設けられている。
The
図10,図11に示すように、微細気泡発生器4は、流体(緩衝液および空気)が軸心S周りを旋回可能な流体旋回室34を内蔵する円筒ケーシング4aと、流体旋回室内34内へ緩衝液11を導入して流体旋回流Rを発生させるために流体旋回室34内へ緩衝液11を噴出する液導入経路35と、流体旋回室34内へ空気を導入するため流体旋回室34と連通して形成された空気導入経路36と、流体旋回室34の軸心S方向の端部に形成された吐出経路37とを備えている。吐出経路37は、円筒ケーシング4aの軸心Sと直交する平面状の隔壁37aの中心部分(軸心Sとの交差部分)に形成されている。
As shown in FIGS. 10 and 11, the
液導入経路35は円筒ケーシング4aより外径の小さな円筒形であり、その基端部には液体ポンプ2の吐液部8との連結部35cが設けられ、その先端部は、流体旋回室34の吐出経路37と反対側の端部において流体旋回室34内へ突出して配置され、その先端部分は閉塞板35aで閉塞されている。図10,図11に示すように、流体旋回室34内に位置する液導入経路35の外周には、流体旋回室34の軸心Sとねじりの位置をなす方向に沿って緩衝液11を噴出するための複数の噴出口35bが設けられている。
The
図11に示すように、空気導入経路36は、液導入経路35の側面部を貫通してその内部へ進入し、軸心S方向へ直角に曲がった後、その先端開口部36aが閉塞板35aの表面側(流体旋回室34側)に開口している。液導入経路35の側面に突出した空気導入経路36に給気管9の基端部が着脱可能に連結されている。従って、給気管9から送られる空気は空気導入経路36を経由して、閉塞板35a表面に開口した先端開口部36aから流体旋回室34内に直接供給される。
As shown in FIG. 11, the
図11に示すように、流体旋回室34を内蔵する円筒ケーシング4aの吐出経路37の外側において、この吐出経路37と対向する位置には、軸心Sと交差する平面38aを有する円板状の誘導部材38が配置されている。誘導部材38は、円弧状をした3つの連結部材38b,38cを介して円筒ケーシング4aの先端部分に接合されており、これらの連結部材38b,38cの間に形成された3つの吹出口39から、後述する、微細気泡NB混じりの緩衝液11を吹き出すことができる。なお、これら3つの吹出口39は、平面視状態で、電動機3の配置方向を除く3方向へ90度間隔で配置されている。
As shown in FIG. 11, outside the
図3で示したように、微細気泡発生装置1を収容槽22(図3参照)内の緩衝液11中に投入し、緩衝液11中で起立状態に保持し、電動機3を作動させると、ポンプ2の吸引口2aから吸い込まれた緩衝液11が吐液部8から液導入経路35へ流れ込み、噴出口35bを経由して流体旋回室34内へ噴出される。このとき、緩衝液11の噴出方向は流体旋回室34の軸心Sとねじれの位置をなす方向となっているため、流体旋回室34内には軸心S周りに旋回する液流が発生するとともに、この液流の一部は吐出経路37から緩衝液11中へ排出される。
As shown in FIG. 3, when the fine
このとき、図11に示すように、流体旋回室34内の軸心S付近には負圧空洞部Vが発生し、この負圧空洞部Vの存在によって流体旋回室34内が負圧となるため、流体旋回室34と連通する空気導入経路36および給気管9を経由して大気中の空気が円滑に導入され、空気導入経路36の先端開口部36aから流体旋回室34内へ流入する。これによって、流体旋回室34内には、軸心S付近に位置する負圧空洞部Vと、その周りを回転する空気混じりの緩衝液とからなる旋回流(例えば、旋回二層流とも呼ばれる。)が形成される。
At this time, as shown in FIG. 11, a negative pressure cavity V is generated near the axis S in the
このような旋回流が流体旋回室34内に形成されている状態において、空気導入経路36の先端開口部36aを経由して流体旋回室34内へ導入された空気は前述した旋回流の剪断作用によって微細化され、流体旋回流Rとなって流体旋回室34内を高速旋回する。そして、流体旋回流Rはやがて流体旋回室34の隔壁37a方向へ移動し、この隔壁37aに当接することによって吐出経路37に向かって収束し、流体旋回室34の内径より細い吐出経路37を通過することによって、さらに高速で旋回する微細気泡NB混じりの緩衝液となった後、吐出される。このように、吐出経路37から緩衝液11中へ微細気泡NB混じりの流体(緩衝液11)を放出するため、図3で示した微細気泡発生器13と同様、収容槽22内の緩衝液中へ酸素を供給、溶解させることができる。
In a state where such a swirl flow is formed in the
次に、図12〜図15を参照して、前述した微細気泡発生器13と同様の機能を有するその他の微細気泡発生手段について説明する。図12はその他の実施形態である微細気泡発生器を示す正面図、図13は図12に示す微細気泡発生器の斜視図、図14は図13におけるD−D線断面図、図15は図12に示す微細気泡発生器の稼働状態を示す模式図である。
Next, with reference to FIG. 12 to FIG. 15, other fine bubble generating means having the same function as the
図12〜図15に示す微細気泡発生器40は、略直方体形状のケーシング41内に流体(緩衝液および空気)が旋回可能な円筒状の流体旋回室42が設けられ、流体旋回室42の軸心S方向の中央部分の内周面42aには、その法線方向に、空気を導入するための空気導入経路44が開設され、この空気導入経路44を挟む両端寄り部分には、流体旋回室
42の内周面42aの接線方向に、緩衝液を導入可能な2つの液導入経路43が開設されている。
A
これらの液導入経路43および空気導入経路44は、それぞれケーシング41を貫通して形成され、ケーシング41外面のそれぞれの開口部分に液導入管43a、空気導入管44aが接続されている。2本の液導入管43aは、その上流側で一本化された状態で送液管43bに連結され、空気導入管44aはそのまま送液管43b方向に延長されている。
The
また、流体旋回室42の軸心S方向の両端部には、軸心Sと直交する平面状の隔壁41aが設けられ、これらの隔壁41aの中心部分(軸心Sとの交差部分)には、それぞれ円形の吐出経路45が開設され、2つの吐出経路45にそれぞれ誘導管46が連結されている。誘導管46は、後述するように、吐出経路45から吐出される微細気泡NB混じりの緩衝液の吐出方向に沿って直線状に突出するように連通され、この誘導管46によって、その吐出方向を規制している。
Further, at both ends of the
図3と同様、収容槽22内の緩衝液11中へ微細気泡発生器40を浸漬し、外部に配置した液体ポンプ(図示せず)から送液管43bおよび液導入管43aを経由して緩衝液11を圧送し、液導入経路43から流体旋回室42内へ海水を圧送するとともに、空気導入管44aを経由して空気導入経路44から流体旋回室42内へ空気を流入させると、流体旋回室42内に軸心S周りの流体旋回流Rが発生するとともに、軸心S付近には負圧空洞部Vが形成される。
Similar to FIG. 3, the
空気導入経路44から流体旋回室42内に流入する空気は、流体旋回流Rの剪断作用によって細かく砕かれ、負圧空洞部Vの周りを回転しながら微細気泡NBとなっていき、やがて、吐出経路45から微細気泡NB混じりの海水となって吐出される。吐出経路45から吐出された微細気泡NB混じりの海水は、誘導管46によって誘導されながら収容槽22内の緩衝液11中へ吐出される。これによって、緩衝液11中の溶存酸素量が高まり、微細気泡発生器13を用いた場合と同様の作用効果を得ることができる。
The air flowing into the
本発明は、沿岸堆積物中に底生生物とともに生息する従属栄養細菌などの活性状態を観察する手段として広く利用することができる。 The present invention can be widely used as a means for observing the active state of heterotrophic bacteria that inhabit benthic organisms in coastal sediments.
1 微細気泡発生装置
2 液体ポンプ
2a 吸込口
3 電動機
4a 円筒ケーシング
5 電源コード
8 吐液部
9 給気管
10 透明ゲル
11 緩衝液
12 シリコンゴム栓
4,13,40 微細気泡発生器
14 給気管
14f,24f フィルタ
15 透明パイプ
16,23 培養容器
17 イトゴカイ
18 給液管
19 巣穴
20 糞粒
21 棲管
22 収容槽
24 吸引管
25,34,42 流体旋回室
25a,25b,37a,41a 隔壁
25c 仮想中心線
25d 周壁
25p 予備旋回室
26 気体導入口
27 液体導入口
28 吐出口
29 凹曲面
33 逆止弁
35,43 液導入経路
35a 閉塞板
35b 噴出口
35c 連結部
36,44 空気導入経路
36a 先端開口部
37,45 吐出経路
38 誘導部材
38a 平面
38b,38c 連結部材
39 吹出口
41 ケーシング
42a 内周面
43a 液導入管
44a 空気導入管
43b 送液管
46 誘導管
NB 微細気泡
P ポンプ
R 旋回流
S 軸心
V 負圧空洞部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
細菌細胞膜上の酸化還元酵素活性により呈色、発色若しくは発光する化合物、
細菌細胞内のエステラーゼ活性により呈色する化合物、
細菌細胞外加水分解酵素活性により呈色若しくは発光する化合物、
細菌細胞内の核酸合成活性により呈色する化合物、
酸素感受性を有する蛍光物質、
のうちの1以上を含有する薬剤を用いることを特徴とする請求項1記載の細菌と底生生物とが共存した状況下における細菌活性の観察方法。 As the indicator,
A compound that develops color, develops color or emits light by oxidoreductase activity on the bacterial cell membrane,
Compounds colored by esterase activity in bacterial cells,
A compound that is colored or luminescent by bacterial extracellular hydrolase activity,
Compounds colored by nucleic acid synthesis activity in bacterial cells,
A fluorescent substance having oxygen sensitivity,
A method for observing bacterial activity in a situation in which bacteria and benthic organisms coexist according to claim 1, wherein a drug containing at least one of the above is used.
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