有 明海 底 質 細胞 外 ポ リマー の性状 と底質 安 定 化 へ の効 果
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(2) 1302. 海. び カ ル バ ゾ ー ル ー硫 酸 法(松 た.更. にEPSを. に 対 し て4倍. 田 編,1989)に. の 後 吸 引 ろ 過 を 行 い,残. 1.24mgに2mol/dm3の. よって行 っ 溶液. で ろ 過 後,希. 動 相 と し て0.5mol/dm3ホ. 酸 カ リ ウ ム 緩 衝 液 を 用 い,中 し,ウ. ロ ン酸 はEx.360nm. 2007年12月5日. 層0.5cmを. カ ッ ト し,凍. 粘 度 計 で30℃ に お け る ず り速 度 とず り応 力 の関 係 を 調 べ た.測. 定 に は(株)BROOKFIELD社. 製,回. 共 軸 二 重 円筒 を 用 い た.ま. EPS水. 転 粘 度 計DV‑II. た,同. 時に調整 した. 溶 液3本 を4℃ で保 存 し,そ れ ぞ れ5,7,10日. 後に. 同 様 の測 定 を 行 っ た. (4) EPS添. 加 による底質 の粘度への影響. 凍 結 乾 燥 し た底 質 に蒸 留 水 を加 え て試 料 と し,こ れ に 粉 末EPSの. 添 加/無 添 加,CaCl2の. 添 加/無 添 加 の 組 み 合. わ せ に よ り,ず り速 度 とず り応 力 の 関係 を(株)BROOKFIE LD社. 製,回. 転 粘 度 計DV‑II+Proと. 共軸二 重 円筒 を用. い て30℃ の 条 件 で 測 定 し た.EPSは10cm3の カ ル シ ウ ム は底 質1gに. た,GPC. 対 して300μgに. 試 料 に4mg, な るよ うに添. 加 し,そ れ ぞ れ の 対 象 系 と ブ ラ ンク も考 慮 した.カ ル シ. お 供試 底 質 は. に お け る 干 出 時 のSt.A(図‑1)か. 第55巻(2008). ウ. Em.430nm. で 一 定 と し た.ま. 分 子 量 を 推 定 し た.な. 集. ス. 性 糖 の 検 出 波 長 はEx.320. ラ ム 温 度 は70℃. に よ っ てEPSの. フ ィル タ ー. ポ ス トカ ラ ムHPLCシ. テ ム に よ っ て 分 析 し た.移. Em.430nmと. 添加. 圧 乾 固 を 行 っ た.. 溶 解 さ せ,0.22μmの. 釈 し,0.05cm3を. 文. +Proと. 渣 を 回 収 し,乾. ト リ フ ル オ ロ 酢 酸0.2cm3を. 残 渣 を 蒸 留 水0.2cm3に. で 採 取 し,表. 論. の操 作 に よ って 得 られ た 試 料. で6時 間 加 水 分 解 し た 後,減. と し た.カ. 学. 量 の 特 級 ア セ ト ン を 添 加 す る こ と で,EPS. 燥 さ せ る 操 作 を 行 っ た.こ. nm. 工. 粉 末 と し て 回 収 す る た め,EPS水. を 沈 殿 さ せ,そ. し,100℃. 岸. らコア. ウ ム の 添 加 は2価 金 属 の 影 響(Brouwer 2002)を. J.F.C.deら,. 調 べ るた め に行 った.. 結 乾 燥 した もの で. 3.. あ る.. 結 果 と考 察. (1) EPSの. 回収 と そ の 性 状. 回 転 撹 拝時 間 に 対 す る全 糖 溶 出 濃 度 の変 化 を図‑2に 示 す.全. 糖 は速 や か に 溶 出 し,1時. 後 濃 度 が 減 少 した.こ EPSが. 底 質 粒 子 に 再 吸 着 した こ とが 示 唆 さ れ る.時 間変. 化 に 対 す るEPS量. 変 化 の 報 告 は見 あ た らず,1時. 溶 出 で 回 収 して い る(Brouwer. 図‑1. 有量. 図‑1に 示 す 有 明 海 の 調 査 測 線 に お い て2007年8月 2008年2月 に か け,表 層1cmの. 〜. 底 質 を 採 取 し,(1)の 操 作. 有 量 を 測 定 し た.ク. 有 量 は 全 糖 量(松. ロ ロ フ ィ ル‑aは90%ア 島 ら,1994;Brouwer. 田 編,1989)と. して,ク. セ ト ンで 抽 出 し,測 定 し た(中 J.F.C.deら,2005).含. 水 比 は土 質. 物 性 測 定 法(農 林 水産 技 術 会 議 事 務局 監 修,1982)に. 従っ. た. (3) EPSの. 図‑2. 底質 か らのEPS成 分 の溶 出 と再 吸着. ロ ロ フ ィル‑aは 凍. 結 した 底 質 を,ま た 含 水 率 は コア 採 取 底 質 を 対 象 に測 定 した.EPS含. 間 での. J.F.C.deら,2005).. 現 地 での採 泥 ポイ ン ト. (2) 現 地 底 質 中 のEPS含. に よ っ てEPS含. 間 で 最 大 濃 度 に 達 した. れ は底 泥 間 隙 水 中 に 含 まれ て い た. 表 層0.5cmの ロ ン酸,タ. 底 質 か ら抽 出 した粉 末EPSの. 1.9%で あ っ た.有 明 海 底 質 中 の 有 機 物 含 有 量 に関 して, 糖 は タ ンパ ク質 に比 べ て 少 な い(松 原 ら,2004)が,今 回 用 い たEPSに. 含 まれ る糖 の 割 合 は そ の約3倍 で あ った.. ま た単 糖 と して は,表‑1に 粘性変化. 底 質 か ら抽 出 したEPS水. 全 糖,ウ. ンパ ク 質 の 含 有 量 は そ れ ぞ れ5 .9%,1.2%,. 示 す よ うに7種 類 の 中性 糖 と2. 種 類 の ウ ロ ン酸 か ら構 成 され て い る こ とが 確 認 さ れ た. 溶 液 を 遠 心 濃 縮 機 で 濃 縮 し,. 多 糖 を構 成 す る単 糖 の 種 類 は 干 潟 域 で の 既 往 の 報 告.
(3) 有 明海 底質細 胞外 ポ リマーの性 状 と底質 安定化 へ の効果 表‑1. EPSを. 構 成 す る 単 糖 お よ び ウ ロ ン酸. 1303. 質 の 保 水 状 態 に 影 響 し て い る こ と が 示 唆 さ れ た. 図‑5は2007年8月. 〜2008年2月. の ク ロ ロ フ ィ ル‑a/フ. オ 色 素 と 全 糖 量 の 関 係 を 示 し て い る.ク と フ ェ オ 色 素 の 比 は,分. 月 別 に ク ロ ロ フ ィ ル‑a/フ. ロ ロ フ ィ ル ーa. 解 し た ク ロ ロ フ ィ ル‑aに. る 分 解 し て い な い ク ロ ロ フ ィ ル‑aの. ェ オ 色 素 と全 糖 量 の 関 係 を見 除 き,R2=. 高 い 相 関 を 示 し た.そ. の た め,底. 藻 類 に よ る 光 合 成 が 増 加 す る こ と でEPSの す る こ と が 示 唆 さ れ た.ま 色 素 の 値 が0.5よ. (Brouwer. J.F.C.deら,2002)と. ほ ぼ 同様 で あ っ た.. そ の 多 くが 干 潟 に お け る表 層1mm以 内 で の 報 告 で あ る た め(Winder. た,ク. 質付着. 生 産 が増加. ロ ロ フ ィ ル‑a/フ. ェオ. り も小 さ な ポ イ ン トに お い て は全 体 的. に 低 い 全 糖 量 を 示 し て い る こ と か ら も 光 合 成 とEPSの. 内 の生 物 マ ッ ト. B.deら,1999),単. 対 す. 割 合 を 表 し て い る.. る と,10月(R2=0.372),1月(R2=0.677)を 0.565〜0.908と. ェ. 純に. 結 果 を 比 較 す る こ と は で きな い と考 え られ る.し か しな. 生 産 が 関 係 し て い る こ と が 示 唆 さ れ る.既 ク ロ ロ フ ィ ル‑aの. 増 加 に よ り,全. が 確 認 さ れ て い る(J.F.C.de. 往 の報告で も. 糖量 が増加 す る こと. Brouwerら,2006).. が ら,生 物 マ ッ トと同 様 の種 類 の 構 成 糖 が低 濃 度 な が ら 有 明 海 底 質 に検 出 され た こ と,お よ び糖 鎖 の マ トリ ッ ク ス を 構 成 す る こ とが 報 告 さ れ て い る(Kristina Mojicaら, 2007)ウ. ロ ン酸 が これ も低 濃 度 な が ら有 明 海 底 質 に存 在. す る こ と か ら,構 成 糖 が マ ト リッ ク ス を形 成 し底 質 を安 定 化 させ る可 能 性 が あ る こと を 示 唆 して い る. 図‑3に 分 子 量 分 布 を 示 す.ポ 103‑107Daの. そ の 多 くが103‑105Daの る.ま. リマ ー と して は分 子 量. 範 囲 に お いて 幅 広 い 分 布 を 示 して い るが,. た,102Daに. 範 囲 に 存 在 して い る と考 え られ. ピークが検 出 され て いる ことか ら. モ ノ マ ー の 存 在 も確 認 さ れ た.既 J.F.C.deら,2002)と こ とか ら,EPSを. 往 の 研 究(Brouwer. は 分 子 量 に大 き な違 い が 見 られ る 回 収 す る対 象 に よ ってEPSの. 性状 も 図‑4. 異 な って くる こ とが 示 唆 され る.. 図‑3 (2) 現 地 で のEPSの. 図‑5. 状況 ー タは 図‑1. 底 質 を 用 い て 得 られ た もの で あ. る.月 別 に全 糖 量 と含 水 率 の 関 係 を 見 る と,9月 てR2=0.677〜0.840と. 糖量 評価)と 含水 率 の関係. EPSの 分 子量 分布. 全 糖 量 と含 水 率 の 関係 を 図‑4に 示 した.デ に示 したSt,A〜St.Gの. EPS(全. を除 い. 高 い相 関 が 取 れ て お り,EPSが. 底. EPS(全 糖 量評 価)と ク ロロ フ ィル‑a/フェオ色素 の関 係. (3) EPSの. レ オ ロ ジー と底 質 安 定 化 へ の 影 響. ず り速 度 とず り応 力 の 関係 よ りEPS水. 溶 液 は非 ニ ュ ー. トン流 体 の 挙 動 を 示 す こ とが 確 認 さ れ た(Wloka 2004).EPS水. M.ら,. 溶 液 の 測 定 結 果 は切 片 を 有 す る直 線 関 係.
(4) 1304. 海. と な って お り(図‑6),切 こ れ はEPS水. 岸. 工. 学. 論. 片 は 降 伏 応 力 と定 義 さ れ る.. 溶 液 が 降 伏 応 力 ま で は 流 動 せ ず,降. 伏応. 力 以 上 で は応 力 とず り速 度 が 比 例 す る こ と を示 して い る. 降 伏 値 はEPS溶. 液 の静 置 時 間 と と も に 増 加 し,静 置 時. 間1週 間 で は約4倍 の 値 と な った.こ. れ はEPSが. 水分 子. 文. 集. 第55巻(2008). が 架 橋 さ れ,粘 (Brouwer 4.. 性 を発 現 す る た め で あ る と 考 え ら れ る. J.F.C.de.ら,2002).. ま とめ. (1)有. 明 海 底 質 よ り抽 出 し たEPSの. 性 状 を検 討 し,水. に よ っ て水 和 され た結 果,安 定 化 した た めで あ る と考 え. に溶 出 しや す く懸 濁 物 質 に 吸 着 さ れ 易 い こ と を 明 ら. られ る(Dade. か に した.. W.B.ら,1996).. 底 質 懸 濁 液 に お い て はEPS単. 独 の場 合 と異 な り非 ビ. ン ガ ム 流 体 の 挙 動 を 示 した(図‑7). .底 質 の み の 場 合 は. ず り速 度 に よ るず り応 力 の 変 化 は小 さ く,わ ず か に増 加 し た.こ. れ に対 し,EPS添. 添 加 系 の 場 合 は,ず. 加 系 お よ びEPSお. り速 度20s‑1ま. て 著 し く応 力 が 増 加 した後,増. よ びCa2+. で速 度 の増 加 に よ っ. 加 の割 合 はや や減 少 して,. 直 線 的 な比 例 関 係 に な った.EPSは. 単 独 で は効 果 を発 現. し な いCa2+と 共 存 す る こ と に よ っ て 底 質 の粘 度 を 増 加. (2)現 地 の底 泥 にお い て,EPSの. 全 糖 濃 度 は ほ ぼ含 水 比. に比 例 し,季 節 や 場 所 に よ って 濃 度 が 変 化 す る こ と を 確 認 した. (3)EPSが. ビ ンガ ム 挙 動 を示 し,降 伏 値 が 時 間 と と もに. 変 化 す る こ とを 明 らか に した. (4)EPSを. 添 加 した 底 質 懸 濁 液 は 非 ビ ンガ ム 流 体 挙 動 を. 示 し,Ca2+の 共 存 系 に お い て著 し く底 質 の粘 度 が 上 昇 す る こ と を確 認 した.. さ せ た. 参. 考. 文. 献. 有 明海 ・八 代 海 総 合 調 査 評 価 委 員 会 報 告 書 (2006), pp.13. 後 藤 健 介 ・後 藤 恵 之 輔 (2001): 有 明 海 異 変 を 衛 星 デ ー タで 読 む, 土 木 学 会 誌, Vol.86, No.8, pp.89‑92. 中 島重 旗 ・加 納 正 道 ・小 島 義 博 ・金 子 好 雄 (1994): 水 環境 工 学 の基 礎, pp.180‑181. 農 林 水 産 技 術 会 議 事 務 局 監 修 (1982): 土 壌 物 性 測 定 法, 養 賢 堂 出版, pp.47‑49. 松 原 英 隆 ・木 村 健 ・浦 野 紘 平 (2004): 有 明 海 と博 多 湾 の干 潟 底 質 中 の 有 機 物 に 関 す る研 究, 水 環 境 学 会 誌, Vol.27, No.5, pp.337‑342. 農 林 水 産 技 術 会 議 事 務 局 監 修 (1982): 土 壌 物 性 測 定 法, 養 賢 堂 出版, pp.47‑49. 松 田和 雄 編 (1989): 生 物 化 学 実 験 法20多 糖 の 分 離 ・精 製 法, 学 会 出 版 セ ン タ ー, pp.49‑52.. 図‑6. 図‑7. EPS水 溶 液 の静置 時間 に対 す る粘 度変 化. 底 質 懸 濁 液 の 粘 度 に 対 す るEPSとCa2+の. こ れ はCa2+に. よ っ てEPS中. 影響. の 負 電 荷 を 持 つ ウ ロ ン酸. Brouwer J. F. C. de, K. Wolfstein, G. K. Ruddy, T. E. R. Jones and L. J. Stal (2005): Biolgenic stabilization of intertidal sediments, Microbial Ecology, pp.501-512. Brouwer J. F. C. de, L. J. Stal (2001): Short-therm dynamics in microphytobenthosdistributionand associates in surface sediments of interdaial mudflats, MARINE ECOLOGY PROGRESS, 218, pp.33-44. Brouwer J. F. C. de, T. R. Neu and L. J. Stal (2006): On the function of secretion of extracellular polymeric substances by benetic diatoms and their role in intertidal mudflats, Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences, pp.45-60. Brouwer J. F. C. de, G. K. Ruddy, T. E. R. Jones and L. J. Stal (2002): Sorption of EPS to sediment and the effect on rheology of sediment slurries, Biogeochemistry, 61, pp.5771. Dade W. B., N. B. Pellerin,A. Moffet, P. A. Jumars and A. R. M. Nowell (1996): The Effects of bactria on the flow behaviorof clay-seawater suspension,Journal of Sediment Research, 66, 1, pp.39-42. KristinaM., D. Elsey,M. J. Cooney (2007): Quantitiveanalysisof biofilm EPSuronic acid content,Journal of Microbiological Methods, 71, pp.61-65. Winder B. de, N. Staales, L. J. Stal, D. M. Paterson (1999): Carbohydrate secretion by phoptotrophic communicaties in tidal sediment,Journal of sea reaserch, pp.131-146. Wloka M., H. Rehage,H. C. Flemming (2004): Rheologicalproperties of viscoelastic biofilm extracellular polymeric substances and comparison to the behavior of calcium alginate gels, Colloidal Polymer Science, 282, pp.1067-1076..
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