JP4839437B2

JP4839437B2 - イソクリシス藻類の培養方法

Info

Publication number: JP4839437B2
Application number: JP2006062909A
Authority: JP
Inventors: 勤森永; 昂福井
Original assignee: Tokyo University of Marine Science and Technology NUC
Current assignee: Tokyo University of Marine Science and Technology NUC
Priority date: 2006-03-08
Filing date: 2006-03-08
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2026-03-08
Also published as: JP2007236277A

Description

本発明は、イソクリシス藻類の培養方法に関する。

我が国では１９７０年代後半、２００海里経済水域の施行による沿岸、沖合域での漁獲量の増加や、沿岸域での水産資源の生息環境悪化により漁業資源の枯渇を招いた。そこで、資源安定を目指した栽培漁業への取り組みが進められており、養殖漁業の割合も年々増して、２００３年には漁業全体の２４％を占めるに至っている。
これら栽培漁業や養殖漁業の約９０％では、生育の過程において餌料として直接、間接的に微細藻類が与えられているため、人工種苗生産には微細藻類の培養が不可欠となっている。

ところで、ハプト藻（イソクリシスガルバナ：Isochrysis galbana）等のイソクリシス藻類はイコサペンタエン酸（ＥＰＡ）及びドコサヘキサエン酸（ＤＨＡ）を多く含み、貝類幼生等の飼料として一般的に用いられている。
イソクリシス藻類のような微細藻類は、光エネルギーを利用して、二酸化炭素と水から有機化合物を生産する。即ち、光は微細藻類の培養において生産量を左右する重大な要素である。
一方、培養は天候、環境汚染等の外的要因による影響を避けるために恒温室内で行われることが多い。室内培養では人工光照射が必要となり、多大な電気エネルギー消費量が生産コストを押し上げている。
このため、微細藻類培養の現場では、少ない電力消費量で効率的に生産量を上げることができる光環境の確立が求められている。

従来、水槽中の無機液体培地に、イソクリシス藻体を、ＰＣＶ濃度０．９〜１．７ｍｌ／ｌの割合で接種し、水槽の前後面のいずれか片面から照度６０００〜１６０００ｌｘの光を照射して、ＰＣＶ濃度１．８〜４．９ｍｌ／ｌに成るまで培養する第１工程と、当該ＰＣＶ濃度１．８〜４．９ｍｌ／ｌの培養液に、水槽の前後両面から照度１１０００〜２１０００ｌｘの光を照射して、ＰＣＶ濃度５．０〜７．２ｍｌ／ｌに成るまで培養する第２工程と、当該ＰＣＶ濃度５．０〜７．２ｍｌ／ｌの培養液に、水槽の前後両面から照度１００００〜３５０００ｌｘの光を照射して、ＰＣＶ濃度８．０〜８．５ｍｌ／ｌに成るまで培養する第３工程とから成るイソクリシス藻類の培養方法が知られている（特許文献１参照）。
しかし、上記従来の培養方法は、白熱灯或いは蛍光灯を光源とする光を、次第に照度を高めながら長時間連続照射するので、多くの電力を消費し、生産コストが高くつく。

特開平９−２５２７６３号公報

本発明が解決しようとする課題は、イソクリシス藻類を光照射総量に対していっそう高い効率で増殖させ、電気エネルギーの消費量を抑制できるイソクリシス藻類の培養方法を提供することにある。

本発明のイソクリシス藻類の培養方法は、恒温水槽中の培養液にイソクリシス藻類を接種し、白色発光ダイオードを光源として、前記培養液に周波数１０²〜１０⁵Ｈｚ、デューティー比４０〜８０％の断続光を照射する。
イソクリシス藻類としては、上記イソクリシス・ガルバナ（Isochrysis galbana）の外に、カエトセロス・グラシリス（chaetoceros gracilis）等がある。

白色発光ダイオードはパネル上に多数配置し、この白色発光ダイオードパネルをコントローラに接続してある。コントローラは、電源のＯＮ／ＯＦＦ、光強度、照射時間、周波数、及び、デューティー比を制御する。
デューティー比とは、パルスの周期に対する点灯時間の比であり、例えば、デューティー比５０％とは、点灯時間：消灯時間＝１：１で点滅する状態を、デューティー比３０％とは、点灯時間：消灯時間＝３：７で点滅する状態をいう。
白色発光ダイオードを光源とする光は、ピーク点が複数ある連続スペクトルの波長を有するので、光合成における光の利用効率が高い。
また、発光ダイオードは、白熱灯に比べて、波長純度が良く応答性に優れ、電光変換効率が高くて消費電力が小さく、寿命が数倍長い。

光強度が１００μｍｏｌ／ｍ²／ｓｅｃ程度までは、光合成速度は光強度にほぼ比例して増加するが、これ以上光強度を大きくしても、強光阻害と称する現象により、光合成作用は頭打ちになって、光を無駄に照射していることになる。一方、光強度が弱すぎると光合成速度が低下する。
従って照射する光の強度を１００μｍｏｌ／ｍ²／ｓｅｃ程度とし、この光を、周波数１０²〜１０⁵Ｈｚ、デューティー比４０〜８０％の断続光とすることにより、イソクリシス藻類の生育を促すと共に、電力消費を抑制する。

本発明によれば、総照射光量が同じであっても非常に効率良くイソクリシス藻類を生育させることができるので、生産量に対する電気消費量を少なくして生産コストを抑制することが可能である。
また、光源として発光ダイオードを用いたので、消費電力をさらに少なくすることができ、光質の劣化や発熱を抑え、高周波の断続光を安定して照射できる。

恒温水槽中の培養液に、イソクリシス・ガルバナ、カエトセロス・グラシリス等のイソクリシス藻類を接種する。
そして、培養液を攪拌しながら、白色発光ダイオードを光源として、光強度１００μｍｏｌ／ｍ²／ｓｅｃ程度、周波数１０²〜１０⁵Ｈｚ、デューティー比４０〜８０％の断続光を照射して、培養を行う。

イソクリシス藻類の培養に用いる培養装置を図１に示す。培養装置は、光源部１と培養部２とから成る。
光源部１は、白色発光ダイオードパネル３と、白色発光ダイオードパネル３にケーブル４を介して接続されたコントローラ５とを備える。
白色発光ダイオードパネル３の培養部２と対向した面には、多数の白色発光ダイオードが配設されている。
コントローラ５を操作することにより、電源のＯＮ／ＯＦＦ、白色発光ダイオードから照射される光強度、照射時間、周波数、及び、デューティー比の設定が可能である。

培養部２は、恒温水槽６及び水温調整器７を有する。恒温水槽６は、水温調整器７により調温した水が循環するようになっており、その上方に白色発光ダイオードパネル３が設置されている。
また、産業的に培養を行う場合は、恒温水槽６を培養容器とするが、照射光の条件を変えて実験するに当たっては、恒温水槽６内において、白色発光ダイオードパネル３の直下に、５００ｍｌのビーカー８を培養容器として設置し、ビーカー８の下方にマグネティックスターラ９を設置した。
なお、この実験で、白色発光ダイオードから照射される直達光以外の反射光の影響を除くために、ビーカー８の外面を黒色塗装し、外部光による影響を排除するために、培養装置全体を暗幕で覆った。

培養するイソクリシス藻としてハプト藻を用いた。ハプト藻は、形状が球形で単細胞遊泳性のプランクトンであるため、培養液中の濃度が均一になり、粒子数の計測に適している。
準備培養したハプト藻を濃度約２．０×１０⁵ｃｅｌｌｓ/ｍｌになるようＦ／２培地で希釈して、ビーカー８内に５００ｍｌ満たし、このビーカー８を水温２０±０．５℃に制御した恒温水槽６中に設置した。
また、ビーカー８に攪拌子を一つ投入し、この攪拌子をマグネティックスターラ９で動かして、培養液を常時攪拌した。
そして、白色発光ダイオードパネル３から、光強度１０４μｍｏｌ／ｍ²／ｓｅｃ、周波数１０²〜１０⁵Ｈｚ、デューティー比４０〜８０％の断続光を照射して、ハプト藻を培養する。

［実験１］
白色発光ダイオードパネル３から、９個のビーカー８に周波数１０³Ｈｚ、デューティー比５０％の断続光を照射し、比較例として、１０個のビーカー８に定常光を照射した。
光強度は、全て１０４μｍｏｌ／ｍ²／ｓｅｃである。断続光の照射時間は２４Ｈ/日であり、定常光の照射時間は、総照射光量が同じくなるよう１２Ｈ/日とした。
そして、実験開始日、３日目、６日目の細胞数をそれぞれ計測して、増殖率の平均値を表１及び図２に示す。

周波数１０³Ｈｚの断続光を照射したビーカー８の増殖率は、３日目で４．０、６日目で１０．６であり、定常光を照射したビーカー８の増殖率は、３日目で２．９、６日目で８．７であった。
実験開始３日目で両者の増殖率に差異が見られ、３日目で断続光が定常光の１．４倍、６日目で断続光が定常光の１．２倍増殖率が高かった。
なお、計測機器は、孔径１００μｍのアパチャーチューブを装着したコールタカウンターマルチサイザーII（ＢｅｃｋｍａｎＣｏｕｌｔｅｒＩｎｃ．）を使用した。粒径３．０〜６．１μｍの範囲内に存在するイソクリシス・ガルバナの細胞数を計測し、計測を５回繰り返して、その平均を計測値とした。

［実験２］
周波数１Ｈｚ、１０Ｈｚ、１０²Ｈｚ、１０³Ｈｚ、５×１０³Ｈｚ、１０⁴Ｈｚ、１０⁵Ｈｚの断続光をそれぞれ６個のビーカー８に照射した。断続光の光強度は、１０４μｍｏｌ／ｍ²／ｓｅｃ、デューティー比は５０％である。
そして、照射開始から２日目、４日目及び６日目の細胞数を計測し、増殖率の平均値を表２及び図３に示す。

表２及び図３から明らかなように、増殖率は日数の経過に伴って増加し、２日目、４日目及び６日目の増殖率は、１Ｈｚでは２．３，５．７及び１０．４、１０Ｈｚでは２．４，６．６及び１１．７、１０²Ｈｚでは２．５，６．８及び１２．１、１０³Ｈｚでは２．６，６．９及び１２．１、５×１０³Ｈｚでは２．５，６．９及び１２．５、１０⁴Ｈｚでは２．５，６．８及び１２．８、１０⁵Ｈｚでは２．５，６．８及び１２．３であった。
２日目以降は１０Ｈｚより高い周波数を照射したビーカー８の増殖率が高まり、４日目以降は１０²Ｈｚより高い周波数を照射したビーカー８の増殖率が高まった。

また、図４に、照射開始から６日目の増殖率を周波数別に示す。図４において、グラフ上の点は平均値を、縦棒の長さは標準偏差をあらわす。
６日目の増殖率は、周波数が高くなるに従って増殖率も高まり、周波数１０⁴Ｈｚの断続光を照射したものが最も高く、周波数１Ｈｚの断続光を照射したものに比べて１．２倍である。
周波数１０⁵Ｈｚの断続光を照射したものは、周波数１０⁴Ｈｚの断続光を照射したものより増殖率が低下し、このことから周波数が高すぎると増殖率が低くなると推測される。
実験２から、培養効率が高い周波数は１０²〜１０⁵Ｈｚであることがわかった。
なお、細胞数の計測機器、及び、計測方法は、実験１と同様である。

［実験３］
断続光のデューティー比を１１％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％及び１００％に変えて、それぞれ７個のビーカー８に照射し、細胞増殖率の平均値の経日変化をデューティー比別に表３及び図５に示す。断続光の周波数は１０⁴Ｈｚ、照射時間は２４Ｈ／日である。
また、光強度は、１日当たりの総照射光量が同一になるよう、各デューティー比に対応させて、順に、４７０、１７３、１３０、１０４、８７、７４、６５及び５２μｍｏｌ／ｍ²／ｓｅｃとした。

３日目及び６日目の増殖率は、デューティー比１１％では２．８及び７．３、３０％では３．４及び９．４、４０％では３．９及び１１．１、５０％では３．７及び１０．８、６０％では３．８及び１１．１、７０％では３．８及び１０．９、８０％では３．８及び１１．１、１００％では３．７及び１０．２であった。
デューテュー比１１％の断続光を照射したものは、他のデューティー比の断続光を照射したものに比べて、実験開始後３日目で増殖率が低くなり、日数が経過するに従ってその差が増した。また、デューティー比３０％及び１００％では、増殖率がやや低かった。

図６に、実験開始後６日目の増殖率をデューティー比別に示す。グラフ上の点は平均値を、縦棒の長さは標準偏差をあらわす。
６日後の増殖率は、デューティー比１１％で最も低く、デューティー比が高くなるほど増殖率が増大する傾向が見られ、１００％ではやや低くなった。
結局、デューティー比４０％〜８０％で増殖率が高く、最も増殖率が低いデューティー比１１％の１．５倍になることがわかった。

本発明に係る培養装置の斜視図。実験１の結果を示す図。実験２において、増殖率の経日変化を断続光の周波数ごとに示す図。実験２において、６日目の増殖率を断続光の周波数ごとに示す図。実験３において、増殖率の経日変化を断続光のデューティー比ごとに示す図。実験３において、６日目の増殖率を断続光のデューティー比ごとに示す図。

符号の説明

１光源部
２培養部
３白色発光ダイオードパネル
４ケーブル
５コントローラ
６恒温水槽
７水温調整器
８ビーカー
９マグネティックスターラ

Claims

恒温水槽中の培養液にイソクリシス藻類を接種し、白色発光ダイオードを光源として、前記培養液に周波数１０²〜１０⁵Ｈｚ、デューティー比４０〜８０％の断続光を照射するイソクリシス藻類の培養方法。