滋 賀 大 学 教 育 学 部 紀 要 自 然 科 学, No.33 p.p.51-57,1983 51
ビ ワ ク ン シ ョ ウモ の 増 殖 特 性
皿.窒
素 ・微 量 金 属 ・ビ タ ミ ン 類 と 増 殖
石 上 三 雄 ・北 川 仁 志*
Studies
on the growth
of Pediasti・umわfwae
皿.Growth under various conditions of nitrate, trace metals and vitamins.
MitSUO ISHIGAMI and Hitoshi KITAGAWA
ABSTRACT
Growth characteristics of Pediastrum biwae, which is very famous green alga in Lake Biwa, have been investigated under various conditions of ni. trate, trace metals and vitamins. Adopting the total chlorophyll(chloro. phyll a and b)as an indicator of the alga正mass, the following properties have been revealed:
1)The optimum concentration of nitrogen(NO3-N, expressed by nitrogen weight)is about 41.2 ppm. The excess of nitrogen in the medium is rather inhibitory, reducing both the growth rate and the final yield. The shortage decreases the final yield without making any effect on the growth rate. 2)Vitamins and trace metals, except iron, are not essential to the growth. 3)The deficiency of iron is very influential, lowering both the growth rate and the final yield.
1.は じめ に
世 界 の湖 沼 の多 くで は人 為 的 な栄 養 塩 類 流 入
の た め に その 植 物 プ ラ ン ク トンの 種 類 組 成 あ る
い は季 節 遷 移 の様 態 が 大 き く変 化 しつ つ あ る と
さ れ て い る(McCarthy
1980)。 琵 琶 湖 もそ の
例 外 で は な い(根 来1074、1981)。
これ らの 現
象 を理 解 す る ア プ ロ ー チ の一 つ と して 、種 類 組
成 の 上 で大 き な比 重 を 占 め る種 々 の植 物 プ ラ ン
ク トンを分 離 培 養 し、 そ れ らの増 殖 の性 質 を環
境諸 要 因 と の 関係 に お いて 明 らか に しょ うと す
る努 力 が な されつ つ あ る。
琵 琶湖 に お い て も季 節 ご とに優 占 種 と な る植
物 プ ラ ン ク トンそ れ ぞ れが どの よ う な環 境 条 件
の も とで どの よ うな増 殖 を示 す の か とい う問 題
はそ れ らの遷 移 を考 え る上 で極 めて 興 味 ある 対
象 で あ る。 私 達 は 琵琶 湖 に お い て毎 年 夏 か ら秋
に か け て 優 占 種 と な る ビ ワ ク ン シ ョ ウ モ
1983年9月1日 受 理*近 江 八 幡市 立 桐 原 小 学校52
石上 三雄 ・北川 仁志
Pediastrum biwaeを 分 離 し 、 バ ッ チ 培 養 に お け る 温 度 、 照 度 、pH、 炭 素 濃 度 、 リ ン 濃 度 と 増 殖 の 関 係 に つ い て す で に 幾 つ か の 点 を 明 ら か に し た(小 梶 他1981、 石 上 他1982)。 こ の 藻 の 増 殖 に お け る 至 適pHは8.0付 近 で あ り 、 照 度 は8,000ル ク ス で 飽 和 す る 。 リ ン の 至 適 濃 度 は 0.178-44.5ppmで 、 藻 体 中 へ の 蓄 積 が な い 場 合 ク ロ ロ フ ィル 量(a、bの 合 計 量)に して1 PSの 増 殖 の た め に 最 低 限 必 要 な リ ン は0.15 P9前 後 で あ る こ と な ど が 明 ら か に な っ て い る 。 本 研 究 で は こ の ビ ワ ク ン シ ョ ウ モ の 純 粋 培 養 に お け る 窒 素 ・鉄 ・鉄 以 外 の 微 量 金 属 ・ ビ タ ミ ン と 増 殖 の 関 係 を 明 ら か に す る こ と を 試 み た 。11、
材 料 と方 法
(1)材 料 実 験 は 琵 琶 湖 よ り分 離 さ れ 純 粋 培 養 さ れ て い る ビ ワ ク ン シ ョ ウ モPediastrumろ 加 配 を 用 い て 行 っ た 。 ス ト ッ ク 培 養 はPb培 地(石 上 他 1982、 表1)を 用 い 恒 温 槽 中 で 温 度20℃ 、 照 度 8,000ル ク ス(12時 間/12時 間 明 暗 周 期)で 行 い 、 約2週 間 ご と に う え 継 い だ 。(2>増 殖 実 験 の 方 法
Pb培
地 を基 準 培 地 と して 目 的 とす る栄 養 塩
濃度 を変 化 させ そ の培 地 条 件 と増 殖 の 関係 を調
べ た。100m2三 角 フ ラス コに20m4の 培 養 液 を入
れ 、紙 栓(ニ
ュ ー ス テ リ プ ラ グ社 、 西 ドイ ツ)
を した後120℃ で30分 間 高 温 加 圧 滅 菌 し ク リー
ン ベ ン チ 中 で 一 定 量(通
常 は20me培 地 に 約
10,000群 体 、 ク ロ ロ フ ィ ル 量 に し て 約0.7p9) の ビ ワ ク ン シ ョ ウ モ を 接 種 し、20℃ 、8,000ル ク ス(12時 間/12時 間 明 暗 周 期)の 条 件 下 で 静 置 培 養 し た 。 各 測 定 値 は3本 の フ ラ ス コ 中 の ビ ワ ク ン シ ョ ウ モ に つ い て 求 め た 値 の 平 均 値 で 示 す こ と に し た 。 (3)藻 体 量 の 測 定 ビ ワ ク ン シ ョ ウ モ の よ う に 群 体 を 形 成 す る 植 物 プ ラ ン ク ト ン の 藻 体 量 を 表 現 す る 手 段 と し て 、 細 胞 数 、 群 体 数 、 藻 体 積 、 ク ロ ロ フ ィ ル 量 な ど が 考 え ら れ る 。 ビ ワ ク ン シ ョ ウ モ の 藻 体 量 を こ れ ら の 指 標 を用 い て 表 現 し た 場 合 、 ど の よ う な 関 係 が 成 り 立 つ か と い う こ と に つ い て は 既 に 報 告 し た(小 梶 他1981)。 本 研 究 に お い て は 以 下 に 述 べ る 手 順 に よ っ て 求 め た ク ロ ロ フ ィ ル 量(a、bの 合 計 量)で も っ て 藻 体 量 を示 す こ と に し た 。 ま ず 培 養 液 中 の ビ ワ ク ン シ ョ ウ モ を 遠 心 分 離(1,500g、3分 以 上)で 集 め 、 こ れ に80%ア セ ト ン を 一 定 量 加 え 、 充 分 に 撹 拝 し た 後24時 間 冷 暗 所 で 抽 出 し た 。 そ の 後 、Arnon (1949)の 方 法 に 従 っ て 二 波 長 分 光 光 度 計(日 立 一556型 分 光 光 度 計)を 用 い て ク ロ ロ フ ィ ル aとbの 等 吸 収 点 で あ る 波 長652nmの 吸 光 度 か ら ク ロ ロ フ ィ ルa、bの 合 計 総 量 を 求 め た 。皿. 結
果
(1)窒
素 濃 度 と増 殖
基 準 培 地 、 す な わ ちPb培
地 中 の硝 酸 イオ ン
由来 の 窒 素 は41.2ppmで
あ る。 培 地 中 の硝 酸
イ オ ン由来 の 窒 素 濃 度 と増 殖 の 関 係 をみ る た め
表1. Composition of Pb Medium
Compound η9/liter (mM) Compound μ9/liter (nM)
KNO3 290 (2.9 ) COC12・6H20 12 (50 )
C3H7 Na 206P・5H20 50 (0」6 ) CuSO4・5H20 10 (40 )
CaC】2・2H20 25 (0.17 ) Naa MOO4・2H20 29 (120 )
MgSO4・7H20 74 (0.30 ) MnC12・4H20 1.2 (6.1 )
NaCl 25 (0.43 ) ZnCl 2 0.2 ( 1.5 )
FeC13・6H20 0.58 (0.002) Cyanocobalamin 0.1
(0.074)
Na2EDTA 4.0 (0.012 ) Biotin 0.1 (0.41)
ビ ワ クン シ ョウモ の 増 殖 特 性 53 に 、窒 素 濃 度 が 基 準 培 地 の1/100、1/10、1、10、 100倍 で あ る 培 地 を 用 意 し て ビ ワ ク ン シ ョ ウ モ の 増 殖 を 調 べ た 。 そ の 結 果 を 図1に 示 す が 、 リ 100 10
`
一
≧
O
﹂
O
Φ
﹀
旧括
一
Φ
に
1 一一()一 一〇.412ppm 一 △ 一一412ppm Hコ ー一 41.2ppm 十 412ppm 一 △ 一一4120ppm00 5 10
Time(Days)
図1.窒 素 濃 度 と 増 殖 の 関 係 。 縦 軸 は 藻 の 現 存 量 の 接 種 量 に 対 す る 比 で そ れ ぞ れ の ク ロ ロ フ ィ ル aとbの 合 計 総 量 か ら求 め た 。横 軸 は 培 養 日 数 。 基 準 培 地(41.2ppm)の1/100倍(一 〇 一)、・1 /10倍(一 △ 一)、1倍(一 ロ ー)、10倍(一 ● 一)、 100倍(一 ▲ 一)の5条 件 で 増 殖 を 調 べ た 。ン濃 度 が基 準培 地 の5.1ppmに
固 定 され た 条件
下 で 窒 素 濃 度 の 違 い に よ る増 殖 の 差 が 明 らか に
認 め ら れ た。 基 準 培 地(窒
素41.2ppm)で
の
増 殖 が 増殖 速 度 及 び最 終 増 殖 量 の 両 方 の 観 点 か
らみ て 最 も よい 。 こ の場 合 比 増 殖 速 度(μ)は
0.85day-1、
最終 増 殖 量 は接 種 量 の90倍 で あ っ
た 。窒 素 濃 度 が低 くな る と対 数増 殖 期 の比 増 殖
速 度 は基 準 培 地 の 場 合 と ほ ぼ等 しい が 、 最 終 増
殖 量 は4.12ppmの
場 合 で 約50倍 、0.412 ppm
の 場 合 で25倍 で あ っ た 。 こ れ らの事 実 は窒 素 濃
度 が 低 くな る につ れ て培 地 中の 硝 酸 体 窒 素 が早
く涸 渇 す る よ う にな り、結 果的 に は最 終 増 殖 量
が頭 打 ち に な る こ と を示 唆 して い る 。基 準 培 地
の10倍 濃 度 の 場 合 、増 殖 速 度 、最 終 増 殖 量 と も
に基 準 培 地 よ り悪 く、比 増 殖 速 度 は お よ そ0.35
day-1、 最 終 増 殖 量 は約20倍 で あ っ た 。100倍
濃度 の場 合 は全 く増 殖 を示 さな か っ たが 、 この
条件 下 で は硝 酸 カ リウム濃 度 が0.29Mと
な りイ
オ ン強 度 が生 理 的 限界 を越 え た こ と も阻 害 の 一
因 だ と思 わ れ る 。 以 上 の 結 果 は 窒 素 の 至 適 濃
度 は41.2PP!n前
後 に あ り、 そ れ 以 下 の 濃 度 の
場 合 は不 足 し、 それ 以 上 の 場 合 は 阻害 的 に働 く
こ と を示 して い る。 次 に培 地 中 のHEPES、
EDTA由
来 の 窒 素(48 ppm)が
栄 養 塩 と して
ビ ワ ク ン シ ョウモ の増 殖 に寄 与 しな い こ と と 、
接 種 した"タ ネ"に 窒 素 の 蓄 積 が な い こ と を確
認 す る た め に硝 酸 カ リウ ム を除 去 したPb培
地
での 増殖 を検 討 した。図2に そ の結 果 を示 す が、
対 照 のPb培
地 で は最 終 増 殖 量 が 約100倍 で あ
るの に、硝 酸 カ リウ ム を除 去 した場 合 は ほ とん
ど増 殖 を示 さな い こ と が明 らか に な っ た。 この
￡
き
O
﹂
O
℃
Φ
≧
一
6
一
Φ
α
1 一● ・一Pb Medium -O一 一N0 3
6 9 12
Time(Days)
図2.基 準 培 地 と硝 酸 カ リウ ム を全 く加 え な い培 地 で の 増 殖 の 比 較 。 硝 酸 カ リ ウ ム を 除 い て も HEPESとEDTA由 来 の 窒 素 が48mg〃 の 濃 度 で 含 ま れ て い る。 硝 酸 体 窒 素 濃 度 は41.2 PPM(一 ● 一)、 O ppm(一 〇 一)で あ る。54
石上 三雄 ・北川 仁 志
結 果 は ビ ワク ン シ ョウモ がPb培
地 中 で利 用 で
きる窒 素 源 は硝 酸 体 窒 素 の み で あ り、 か つ"タ
ネ"は 次 の 増 殖 の 際 利 用 す る ため の 窒 素 源 の 蓄
積 を持 って い な い こ とが 明 らか に な っ た。
(2>微 量 金 属 元 素 と ビ タ ミ ン 類 の 増 殖 に 対 す る 影 響 基 準 培 地 で あ るPb培 地 中 に は 、 微 量 金 属 元 素 と し て 鉄(FeCl 3・6H20と し て)、 コ バ ル ト(CoCl 2・6H20と し て)、 モ リ ブ デ ン(Naz MoO 4・2H20と し て)、 マ ン ガ ン(MnCl2・4 H20と し て)、 亜 鉛(ZnC12と し て)が 含 ま れ て い る 。 又 、 ビ タ ミ ン 類 と し て は ビ タ ミ ンB12 (Cyanocobalamin)、 ビ タ ミ ンH(Biotin)、 チ ア ミ ン(Thiamin・HCI)が 含 ま れ て い る 。 培 地 中 の 微 量 金 属 元 素 及 び ビ タ ミ ン 類 と 増 殖 の 関 係 を 調 べ る た め に 、 基 準 培 地 と そ の 他 の 条 件 と し て 、 鉄 以 外 の 微 量 金 属 を 含 ま な い 培 地 、 鉄 だ け を 含 ま な い 培 地 、ビ タ ミ ン類 を 含 ま な い 培 地 、 更 に 鉄 も 微 量 金 属 も ビ タ ミ ン 類 も 含 ま な い 培 地 、 以 上 の 五 条 件 下 で の ビ ワ ク ン シ ョ ウ モ の 増 殖 を 調 べ た 。 そ の 結 果 を 図3に 示 す 。 即 ち 鉄 以 外 の 微 量 金 属 を 含 ま な い 条 件 や ビ タ ミ ン 類 を 含 ま な い 条 件 で の 増 殖 は 基 準 培 地(Pb培 地)で の 増 殖 と ほ ぼ 同 等 で あ っ た 。 こ れ ら 三 条 件 下 で の 比 増 殖 速 度 は 約0.44day-1、 最 終 増 殖 量 は 約30倍 で あ っ た 。 こ れ に 比 して マ ク ロ エ レ メ ン トの み の 場 合 と 鉄 の み 含 ま な いPb培 地 の 場 合 で の 増 殖 は悪 く 比 増 殖 速 度 は ほ ぼQ.32day-1、 最 終 増 殖 量 は 約4.5倍 で あ っ た 。 以 上 の 結 果 は Pb培 地 で 培 養 さ れ た ビ ワ ク ン シ ョ ウ モ を"タ ネ"と す る 限 り に お い て 、 鉄 以 外 の 微 量 金 属 元 素 や ビ タ ミ ン類 は そ の 増 殖 に と っ て 必 須 で は な い こ と と 、 鉄 は そ の 増 殖 に と っ て 必 須 で あ る こ と を 示 し て い る 。 図3の 増 殖 曲 線 に お い て 鉄 が 欠 如 し た 培 地 で の 増 殖 は 極 め て 早 い 時 期 に 頭 打 ち に な る傾 向 が 顕 著 で あ る 。 こ の こ と は"タ ネ" に 蓄 積 さ れ て い た 鉄 が 使 い 尽 さ れ て 増 殖 の 早 い 時 期 に 鉄 制 限 条 件 に な る こ と を 示 唆 して い る と 思 わ れ る 。(3)鉄 濃 度 と増 殖
先 に述 べ た よ うに 、 鉄 は ビ ワ ク ン シ ョウモ の
増 殖 に極 め て重 大 な 影 響 を与 え る こ とが 明 らか
に な っ た。 そ こで 培 地 中 の 鉄 の 濃 度 と増 殖 の関
`
一∋
O
﹂
O
Φ
︾
覇
⑩
一Φ
匡
10
1
・一一(}一一 Standard 述 一一 一(Vitamin ) +一(FeCb) 十 一(PIVmetals) 一 一macro only0 5 10
Time(Days)
図3.微 量 金 属 元 素 及 び ビタ ミ ン類 の欠 如 と増 殖 。 基 準 培 地 で あ るPb培 地(一 〇 一)、そ れ か ら ビ タ ミン類 を 除 い た培 地(一 △ 一)、鉄 の み を 除 い た 培 地(一 ロ ー)、鉄 以 外 の 微 量 金 属 を除 去 し た 培 地(一 ● 一)、す べ て の 微 量 金 属 と ビ タ ミン類 を除 去 した培 地(一 ▲ 一)で の ビ ワ ク ン シ ョウ モ の 増 殖 を調 べ た。 係 に つ い て 調 べ る こ と に し た 。 通 常Pb培 地 に は 塩 化 第 二 鉄 由 来 の 鉄 が0.12 PPM含 ま れ て い る が 、 こ の 濃 度 の1、10、100 倍(そ れ ぞ れ0.12、1.2、12ppm)の 条 件 及 び 塩 化 第 二 鉄 を 全 く加 え な い 条 件 の 四 条 件 を 設 定 し て 鉄 濃 度 と 増 殖 の 関 係 を 調 べ た 。 結 果 を 図4 に 示 す が 、鉄 濃 度 が 高 く な る に つ れ て 増 殖 速 度 、 最 終 増 殖 量 と も に若 干 よ く な る傾 向 が 認 め ら れ た 。 図4の 結 果 か ら 算 出 さ れ る 比 増 殖 速 度 及 び 最 終 増 殖 量 は 基 準 培 地 の1、10、100倍 の 濃 度 条 件 に つ い て そ れ ぞ れ0.34day-1、0.36 day-1、0.38 day-1及 び25倍 、28倍 、30倍 で あ っ た が 、 こ れ ら の 値 は 別 に 行 っ た 実 験 で は"タ ネ" の 状 態 と か サ ン プ リ ン グ の フ ラ ス コ 順 序 な ど を 反 映 して 若 干 の 逆 転 が 生 じ た り し た 。 現 在 こ れ らの 値 の 間 に 有 意 の 差 を 見 る こ と は 出 来 な い と 思 わ れ る 。 こ れ ら の 濃 度 条 件 に 比 し て 鉄 を全 くビ ワ ク ン シ ョウモ の 増 殖 特性 55
10
￡
琴
o
﹂
O
Φ
≧
董
卍
1 一(〉 一 〇ppm 一 ▲ 一 〇12ppm 一一△ 一 1.2ppm 十 12ppm0 5 10
Time(Days)
図4.鉄 濃 度 と 増 殖 の 関 係 。 鉄 濃 度 が 基 準 培 地 (0.12ppm)の0倍(一 〇 一)、1倍(一 ▲ 一)・ 10倍(一 △ 一)、100倍(一 ● 一)の4条 件 の も と で の ビ ワ ク ン シ ョ ウ モ の 増 殖 を 調 べ た 。 O O O -`
紀
5
0
﹂
O
Φ
﹀
一花
一Φ
匡
1 一一〇 一 ・Oppm 一 △ 一12ppm 十12ppm 一'● 一一120ppm 加 え な い 培 地 で の 増 殖 は 悪 く 、 比 増 殖 速 度 は 0.22day-1、 最 終 増 殖 量 は4.3倍 で あ っ た 。 以 上 の 結 果 は 培 地 中 の 鉄 に つ い て 、 培 養 開 始 時 に 0.12ppm以 上 含 ま れ て お れ ば 充 分 な 増 殖 が 可 能 で あ る こ と を 示 唆 し て い る 。 次 に 高 濃 度 域 で の 阻 害 効 果 を み る た め に 、 基 準 濃 度 の10、100、1,000倍(そ れ ぞ れ1.2、12、 120ppm)の 培 地 条 件 にOppmの 条 件 を 加 え た 四 条 件 で の 増 殖 を 調 べ た 。 図5に 示 す 結 果 か ら明 ら か な よ う に 高 濃 度 で の 阻 害 効 果 は み ら れ ず 、1.2、12、120ppmの 三 条 件 で の 増 殖 は ほ ぼ 同 等 で あ っ た(比 増 殖 速 度0.65day-1、 最 終 増 殖 量100倍)。 一 方 、 鉄 濃 度Oppmで の 増 殖 は こ の 場 合 も 極 端 に 悪 く比 増 殖 速 度 は0.46 day-1、 最 終 増 殖 量 は7.8倍 で あ っ た 。 以 上 の 結 果 よ り 鉄 は ビ ワ ク ン シ ョ ウ モ の 増 殖 に と っ て 不 可 欠 な 成 分 で あ り 、 そ の 濃 度 は 実 験 開 始 時 に お い て0.12ppm以 上 、 リ ン や 窒 素 に 比 較 し て 、 極 め て 微 量 含 ま れ て い れ ば 充 分 で あ る こ と が 明 ら か に な っ た 。 そ し て 、 高 濃 度 で の 増 殖 阻 害 が み ら れ な い た め そ の 至 適 濃 度 域 は 極0
5 10
Time(Days)
図5.高 濃 度 の 鉄 と 増 殖 の 関 係 。 高 濃 度 域 で の 阻 害 が み ら れ る か ど う か 検 討 す る た め に 基 準 培 地 の0倍(一 〇 一)、10倍(一 △ 一)、100倍(一 ロ ー)、 1,000倍(一 ● 一)の4条 件 を 設 定 し て 増 殖 を み た 。 め て 広 い こ と が わ か っ た 。N.
考
察
湖 沼 の 人 為 的 富 栄 養 化 は 栄 養 塩 全 体 の 濃 度 上 昇 も さ る こ と な が ら、 そ の な か で の リ ン(P) の 濃 度 の 相 対 的 上 昇 と リ ン に 対 す る 窒 素(N) の 濃 度 比 の 相 対 的 低 下 を 一 つ の 特 徴 と し て い る 。 北 ア メ リ カ の 下 水 のP:Nは1:4∼1: 5で 自 然 河 川 水 が1:15-1:30で あ る の と 大 き く 異 っ て い る と さ れ て い る(Schindler et al. 1973)。 こ の 栄 養 塩 全 体 の 増 加 と リ ン の 相 対 的 増 加 が 従 来 か ら の 植 物 プ ラ ン ク ト ン の 種 類 組 成 を 変 更 し 、 ラ ン 藻 な ど の 異 常 増 殖 を も た ら す と 考 え ら れ て い る(Nalewajko and Lean,1980)。 す な わ ち 天 然 で は リ ン 制 限 状 態 の 湖 水 が 人 為 的 富 栄 養 化 に よ っ て 窒 素 制 限 、 更 に は 微 量 金 属 、 特 に 鉄 に よ る 制 限 状 態 へ 移 行 す る わ け で あ る 。 こ の よ う な 状 況 は 日 本 の 湖 沼 に も あ て は ま り、 琵 琶 湖 も そ の 例 外 だ と は 思 え な い 。 し か し 、 以 上 の よ う な 推 論 は 一 般 論 と して56
石上 三 雄 ・北 川 仁 志
野 外 に お け る 多 量 の 観 測 デ ー タ を 基 礎 と す る 極 め て 蓋 然 性 の 高 い も の で は あ る が 、 個 々 の 湖 に お け る 植 物 プ ラ ン ク トン の 種 類 組 成 の 変 質 を 論 ず る レ ベ ル と は か な りか け 離 れ た も の で あ る 。 も と も と 、 栄 養 塩 の 人 為 的 負 荷 の な い 状 態 で の 湖 沼 に お け る 植 物 プ ラ ン ク ト ン の 種 類 組 成 の 決 定 機 構 、 あ る い は そ の 季 節 遷 移 の メ カ ニ ズ ム が よ く わ か っ て い な い 。琵 琶 湖 に つ い て も 、人 為 的 富 栄 養 化 の 進 行 の 結 果 と 考 え ら れ て い る あ る 種 の 緑 藻(Closterium aciculare var. subpronum, Staurastrum dorsidentiferum var.・rnatum)、 藍 藻(Micro`ッstis aerugin・5α, Anaろ(駕 脚 σ・・5卿)、 黄 色 鞭 毛 藻(Uroglena americana)な ど の 従 来 観 察 さ れ な か っ た 種 の 異 常 増 殖(Negoro 1960、 一 瀬 ・若 林1980a 、 b)を 論 ず る 以 前 の 種 類 組 成 の 決 定 機 構 が 解 明 さ れ て い な い わ け で あ る 。. こ の よ う な 状 況 下 で 必 要 な こ と は 琵 琶 湖 に お け る 植 物 プ ラ ン ク ト ン個 々 の 増 殖 の 性 質 を 明 ら か に し、 水 環 境 の 変 化 に 伴 う種 類 組 成 変 更 の 基 礎 的 デ ー タ を 集 積 す る こ と で は な い か と 考 え ら れ る 。 私 達 は 上 述 の よ う な 観 点 に 立 っ て ビ ワ ク ン シ ョ ウ モ を 分 離 培 養 し 、 バ ッ チ 培 養 に お け る 増 殖 の 性 質 を 明 らか に す る こ と を 企 図 して き た 。 本 研 究 に お い て は 窒 素 、 微 量 金 属 元 素 、 ビ タ ミ ン類 と 増 殖 の 関 係 に つ い て 調 べ た 。 そ の 結 果 、 窒 素 の 至 適 濃 度 は41.2ppm前 後 で あ る こ と 、 鉄 の 至 適 濃 度 は0,12ppm以 上 で あ る こ と 、 鉄 以 外 の 微 量 金 属 と ビ タ ミ ン 類 は 特 に 添 加 しな く て も 良 好 な 増 殖 を 示 す こ と な ど が 明 ら か に な っ た 。 窒 素 は 培 地 中 に 硝 酸 カ リ ウ ム 由 来 の 硝 酸 体 窒 素 と し て41.2ppm存 在 す る が 、 HEPES(C 8 H18N 204S)とNa2EDTA(CloH1408N 2 Na2 2H20)に 由 来 す 窒 素 が48 ppm含 ま れ て い る 。 こ れ ら の 有 機 化 合 物 中 の 窒 素 が ビ ワ ク ン シ ョ ウ モ の 増 殖 に 利 用 さ れ る こ と も 充 分 考 え ら れ た が 、 図2の 結 果 よ り こ れ ら の 窒 素 は 利 用 で き な い こ と が 明 ら か に な っ た 。 し か し 、 こ の こ と が 有 機 態 窒 素 す べ て を 利 用 で き な い こ と を 示 唆 し て い る の で は な い 。 今 後 、 窒 素 源 と し て ア ン モ ニ ア 態 窒 素 、 尿 素 態 窒 素 、 亜 硝 酸 態 窒 素 が 硝 酸 . 体 窒 素 と 等 価 で あ る か ど う か 検 討 す る と 共 に ア ミ ノ酸 を 含 む 有 機 態 窒 素 の 利 用 に つ い て も 調 べ表2.リ
ン ・窒 素 濃 度 の組 み 合 せ と最 終 増 殖 値
P(PPM)
N(PPM)
最 終 増 殖 量 の
接種量 に対 する比
」 51 0,412 11 51 4.12 91 51 41.2 117 51 412 1.7 51 ,4120 0 5.1 41.2 112 る 必 要 が あ る 。 窒 素 の 至 適 濃 度 域 は41.2ppm付 近 に あ っ て そ れ よ り低 い と 不 足 し 、 高 い と 阻 害 的 に 働 く 。 リ ン の 至 適 濃 度 域 が0.178-44.5ppmで 極 め て 広 い の に 比 較 す る と 窒 素 の 至 適 濃 度 域 は 狭 い 。 こ の こ と は 別 途 に 実 験 中 で あ るClosterium aciculareやStaurasケ 襯 ㍑ ゐrsident{舜駕 御 に つ い て も 同 様 の 傾 向 が み ら れ る 。 又 、 リ ン と の 対 比 に お い て 興 味 深 い の は 体 内 蓄 積 さ れ て い る 窒 素 が ほ と ん ど な い と い う こ と で あ る 。 窒 素 濃 度 と 増 殖 の 関 係 を み る 場 合 、 リ ン 濃 度 は5.1ppmに 固 定 し て あ る 。 基 準 培 地 中 の 窒 素 は41.2ppm で あ る た め 、P:Nの 重 量 比 は1:8で リ ン 過 剰 に な っ て い る と 考 え ら れ 、 窒 素 濃 度 を10倍 に あ げ た 場 合 リ ン 制 限 状 態 と し て 増 殖 が 抑 制 さ れ る 可 能 性 が 充 分 に 起 り得 る 。 そ こ で リ ン 濃 度 を 10倍 の51ppmに 上 昇 さ せ て 窒 素 濃 度 に よ る 増 殖 の 違 い を 検 討 し た 。 そ の 時 の 結 果 を 培 養 開 始 15日 目 の 最 終 増 殖 で 示 し た も の が 表2で あ る 。 こ れ よ り 、 リ ン濃 度 を 上 昇 さ せ て も窒 素 の 至 適 濃 度 域 に は ほ と ん ど 変 化 が な い こ と が わ か る 。 一 方、 リ ン の 至 適 濃 度 域 も 窒 素 濃 度 を 上 昇 さ せ て も ほ と ん ど 変 化 し な い 。 こ れ ら の 事 実 は 高 濃 度 域 の 栄 養 塩 に つ い て の 至 適 濃 度 は 他 の 栄 養 塩 濃 度 と の 関 係 で 決 る の で は な く 、 別 途 な 生 理 的 機 構 で 決 定 さ れ る こ と が 考 え ら れ る 。 本 研 究 に お い て 、 鉄 以 外 の 微 量 金 属 や ビ タ ミ ン類 を 特 に 与 え な く て も ビ ワ ク ン シ ョ ウ モ の 増 殖 は低 下 し な い こ と が 明 ら か に な っ た 。 こ の 結 果 は 鉄 と マ ク ロ エ レ メ ン ト か ら な るDavis (1967)の 栄 養 培 地Cで よ く 増 殖 す る と い う 経 験 的 事 実 と よ く 一 致 す る 。 しか し微 量 金 属 を 全 く 加 え な い で 継 代 培 養 を 続 け る と 次 第 に 増 殖 が お か し く な る と い う 経 験 か ら こ れ ら は 体 内 蓄 積ビ ワ ク ンシ ョウモ の 増 殖 特 性 57
に よ っ て ま か な わ れ て い る の で は な い か と 思 わ れ る 。 植 物 プ ラ ン ク トン の ビ タ ミ ン 類 の 要 求 性 に つ い て は 種 ご と で 、 そ し て 株 ご と で 異 る と い う 報 告 が あ る(Gillard 1968, Hargraves and Gillard 1974)。 こ の こ と を 考 え る と こ の 研 究 で 用 い た 株 で ビ タ ミ ン要 求 性 が 認 め ら れ な か っ た と し て も 、 琵 琶 湖 の ビ ワ ク ン シ ョ ウ モ す べ て が ビ タ ミ ン要 求 性 を 持 た な い と 断 言 は で き な い 。 琵 琶 湖 水 中 の 金 鉄 濃 度 は 季 節 及 び 水 域 に よ っ て 異 る が ほ ぼ50-100pg〃 で そ の う ち 濾 過 鉄 は10/ug〃 前 後 で あ る 。 リ ン と 窒 素 の 負 荷 量 の 増 大 に よ る 富 栄 養 化 の 進 行 は や が て 湖 水 を 鉄 制 限 状 態 へ 移 行 さ せ る(Nalewajko and Lean 1980)。 湖 水 中 の 鉄 の ど れ ほ ど の 部 分 が 植 物 プ ラ ン ク ト ン に 利 用 可 能 で あ る か は ほ と ん ど わ か っ て い な い が 、 こ こ で 得 た 至 適 濃 度 の 最 低 値 よ り も か な り 低 い と 考 え ら れ る 。 全 く添 加 し な い 場 合 の 増 殖 を 含 め 鉄 の 低 濃 度 で の ビ ワ ク ン シ ョ ウ モ の 増 殖 に つ い て は 更 に 検 討 す る 必 要 が あ る と 思 わ れ る 。
この 研 究 の 一 部 は文 部 省 特定 研 究 費 「び わ 湖
の 汚 染 機 構 に関 す る総 合 的 研 究」 に よっ た 。
文
献
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