宮城教育大学環境教育研究紀要

第５巻 (2002)

河川水質浄化に関わる原生動物繊毛虫の環境教育への活用：
仙台市内の河川水質調査からAbdurahman ＊・村松隆＊＊・見上一幸＊＊

Application of functional microorganisms in the process of river-water purificationfor environmental education: An investigation on the quality of river-water in Sendai district
ABDURAHMAN*, Takashi MURAMATSU** and Kazuyuki MIKAMI**
Abstract
Role of the microorganisms is indispensable for understanding the mechanism of water purification.
We investigated ciliates at Zaru-river, Umeda-river and Hirose-river in Sendai for 5 months. Valuesof BOD were about 0.5 mg/L at Hirose-river during the period, and were ranged from 0.9 to 2.1 mg/L
at Zaru-river and Umeda-river. These results showed a good correlation ship between BOD values
and the dominant species of microorganisms. Based on these results, we propose a simple example
of laboratory work in school. Here, we can say that the diversity of microorganisms supports thepotential ability of self-purification in the conservation of river-water.
キーワード：河川、水質、BOD, 繊毛虫、環境教材

学的計測と、環境庁水質保全局と旧建設省河川局から

１．はじめに河川に流れ込んだ有機物は、水中の微小生物によっ出されている資料（環境庁水質保全局・建設省河川局 ,て分解され、浄化が進む。微小生物という言葉は一般2000）に基づく指標生物調査である。これらの調査にに用いられるが、その定義は明確ではない。ここでいより生徒たちは、そこに住む水質指標生物が“とてもう微小生物とは、その生物体の観察にルーペや顕微鏡きれいな水”を示せば、自分達の地域の川はきれいだの補助を必要とするような小さな生きものの総称とすと喜び、汚さないような努力をする。“きたない川”

る。したがって、微小生物には、単細胞の生物の他に、と判定されれば、川の清掃活動などを行って改善に努ミジンコやワムシ、あるいは原始ミミズのような生物める。これ自身はたいへん意味のある活動であるが、種も含めるが、バクテリアは微生物として区別するこ

水質浄化がどのように行われているかを理解するといとにする。それは、生徒たちにとってバクテリアは顕う視点からは不十分である。うっかりすると有機物の微鏡でも種類の違いを観察することが容易ではないと多いドブ川の生きものは、汚いところにいる気持ちのいう理由による。

悪い生きものというような誤解すら生じかねない。そ学校で水質の浄化を考えるとき、水の汚れについてのような汚いところに住む生きものこそ、浄化に関わ全体の理解が必要である。
つまりきれいな水とは何か、る大事な生きものであることも理解する必要がある。

きたないとはどういう状態か、それが再び浄化すると原生動物繊毛虫は１個の細胞からできており、細胞はどういうことなのかを考えることが重要である（見単位での機能の分化が進んだ動物である。すなわち、

上・村松・黒川 , 2000）。現在、多くの学校が行って摂食、消化、排泄、運動などに関する細胞器官がある。

いる河川の水質調査は、パックテストを中心とした化原生動物は地球上の多様な環境に分布しており、一説＊

宮城教育大学環境教育実践専修、現在、埼玉大学理工学研究科環境制御工学専攻，＊＊宮城教育大学教育学部附属環境教育実践研究センター－11 －河川水質浄化に関わる原生動物繊毛虫の環境教育への活用によれば「種」として確定されていないものも含め川について調べたいと考えたので、汚れているといわると 10 万種近く、そのうち繊毛虫類（Ciliophora）がれていた梅田川と笊川を選ぶとともに、比較的きれい一万種ともいわれている。繊毛虫類は、汚獨の進んだとされる広瀬川についても調査した。河川の水質に影水中には数多く生息し、環境汚濁指標として知られる響を与える環境要因はさまざまであるが、微小生物とものもある。また、好気性細菌や原生動物からなる汚関わるＢＯＤ値に注目し、pH、水温、気温などの要因泥を有機物水に混ぜ、曝気しながら汚水と微生物を接についても測定した。

触させる活性汚泥処理は、下水処理の目的で昔から使各採水地点では、水温、pH、河川の流速、気温、臭い、われている。これが下水処理場で行われている活性汚溶存酸素量などを測定した後、試料水を研究室に持ち泥法である。最近では、小学校や中学校で下水処理場帰った。研究室ではこの試料水を顕微鏡で観察しながの見学に行くようであるが、微小生物について教師から繊毛虫類の種類を調べ、同定した。また、B O D につら必ずしも十分な説明がなされていなように思う。

いても測定した。

繊毛虫類と河川水質について調べるためには、有機（１）採集地点

質の量に違いのあるいくつかの河川水が必要である。
しかし、仙台市内の河川の水質は近年大きく改善され、調査対象とした三つの河川の特徴は、以下の通りである。

極端に有機汚濁の著しい場所を見つけられなかった。

１）笊川：笊川は仙台市南西部の太白山を源とし、今回は、笊川、梅田川、広瀬川三つの河川を調査場所

市内南部を東方に流れ、名取川に合流している総として選んで調査を行った。これらの場所を選んだ理

延長 3,700 ｍの一級河川である。採集地点として

由は、平成 12 年度調査報告（仙台市環境局）によるは、富谷駅付近の伊古橋を選んだ。河川幅は約３と、笊川と梅田川の BOD 値は比較的に高く、広瀬川でｍ～４ｍで、水の流速は比較的に早く、周囲にはは BOD 値が低いと言われているからである。もう一つ

小さな工場や住宅地があることから河川水質に対の理由は、都市河川として、仙台市街に比較的に近いして、人的影響が強いと考えた。

ことから多くの学校にとって水質調査や学習フィール

２）梅田川：梅田川は、典型的な都市河川で、かつドとしても便利だと考えたからである。そこで、本研て水源地であった山林地区は市街地化し、現在は究では、これらの河川水質の BOD 値を測定し、出現す水量が減少している。近隣の学校が河川浄化に取る種について調べた。ただし、現在なお繊毛虫の分類り組んでいる川でもある。採集地点としては、荒が確立していないことや、技術的に厳密な分類が難し

巻小学付近を選んだ。この川幅は約４ｍ～５ｍで、いこともあって、種の同定において厳密さにやや問題

河川周囲には多くの住宅がある。

を残していることも申し添えねばならない。

３）広瀬川：広瀬川は、奥羽山脈の舟形山系に源をさらに教材開発に関わっては、肉眼では見えない微発し、名取川と合流地点まで主流長約 46k m、流小生物が河川水をどのように浄化するかを説明するた域面積 311k m2 の河川で、仙台市内を流れる清流めに、実験室内で人工的に有機汚濁を浄化する簡単なとして有名である。採集地点には、牛越橋付近を方法を示すことによって、私たちを取り巻く自然環境選んだ。

は、ある程度汚れても復元する能力を持っていること、（２）採集時期そしてその浄化能力は、微小生物の働きに起因することを示すことはできないかと考えた。

５月から 10 月まで、月に１回、晴天の日を選んで水を採取した。採集に出かける日は、数日間晴天が続いた日を選び、午前 10 時頃及び午後２時頃試料水を２．材料と方法
平成 13 年５月から 10 月まで、仙台市の近くにある採集し、分析した。
（３）繊毛虫の採集方法

笊川、梅田川、広瀬川の各１地点、計３地点から試料

採集方法は、以下の方法で行った。必要な用具は、を採集した。本研究の目的としては、有機物が多い河管びん、ポリ瓶など蓋のできる容器、大型のコマゴマ－12 －宮城教育大学環境教育研究紀要

メピペット、プランクトン・ネット、デイプレション・用いて試料水の溶存酸素量を測定した。

スライド、顕微鏡、実体顕微鏡、インスタントカメラ、（６）ＣＯＤ値測定ビデオなどである。

第５巻 (2002)

試料に、硫酸、硝酸銀と過マンガン酸カリウムを加１）ピペットによる採集：河川岸寄りの水のよどん

え、加熱して反応させた後、そのとき消費した過マンだところ、石、水草、藻類、枝などに付いた水垢

ガン酸カリウムの量を酸素の量に計算し、ＣＯＤ値をを吸い取った。

算出した。

２）プランクトンネットによる採集：浮遊性の大型（７）繊毛虫の種の同定

種を採集するには、目の細かいプランクトンネッ

繊毛虫の最大の特徴は大核と小核、繊毛をもっていトに水を汲み入れて濃縮した。

ることであるから、一旦培養して細胞数を増やし、核（４）ＢＯＤ測定を酢酸オルセインで染色して観察した。また、顕微鏡

ＢＯＤは試料中に存在する有機物が、微生物によっによる生体観察および染色後観察で種類を同定できなて好気的な条件で分解される間に消費する酸素量で、い時、後の分析のためにその外部形体と動きをビデオ

一定期間（５日間）に試料水を一定温度（20℃）で密に記録した。

閉容器中に保った場合、溶存酸素の減少量で表示される。試料水中の溶存酸素量以上に酸素を消費する場合

３．水質調査の結果には、試料水を希釈して酸素の量を計算した。

（１）ＢＯＤ値についての検討

試料は 500ml のポリ瓶に採集し、密閉の後、氷冷し河川水質試料の採集は、およそ、４～５日前から晴てできるだけ低温に保ちながら持ち帰り、採集当日に天の続いた比較的安定している日を選んで、2001 年測定を行った。なお必要に応じて、試料の p H を約７４月から 2001 年 11 月中旬にかけて行った。一つの河にすること、曝気の後水温を 20℃にすることなどの川に対しておよそ月に１回、各河川から試料を採集し、前処理を行った。曝気は、硫酸酸性にした過マンガン実験室に持ち帰って、すぐにＢＯＤ初値の測定を行っ酸溶液（5g/L）で洗い、水酸化カリウム溶液（250g/L）

た。この三つの河川水質のＢＯＤ値の測定結果は、図で洗った空気を試料中に通して行った。水中に微生物１とおりである。

が少ない場合は植種液を入れた（0.5ml）。
試料水の溶存酸素量測定は、測定初日の DO 値（D01）（２）繊毛虫類の出現種について検討と 5 日間放置した後の D O 値（D O2）から求めた。B O D

広瀬川の最小値は 0.5mg/L で、最大値は 0.6mg/L で、（mg/L）=（DO1-DO2）

ＢＯＤ値の表示幅はあまり大きくない。汚れていると（５）ＤＯ測定いわれている笊川と梅田川の場合、ＢＯＤ値はやや高ＤＯメータ（CKC 社、ULTRA-DO METER

UD- １）をく、約１mg/L から約２mg/L と変動が見られたが、いBOD（ｍｇ/L）

2.521.510.504/45/146/ 238/29/11

日付
広瀬 川

図１笊川梅田 川

ＢＯＢの経時変化－13 －10 /21

11/ 30河川水質浄化に関わる原生動物繊毛虫の環境教育への活用ずれも高いといえる数値ではなかった。

４．調査結果についての考察

原生動物繊毛虫が、河川水の汚濁状況の指標生物と仙台市環境教育局の調べによると、かつての梅田川して使えるかどうか、またそれが、環境教育の教材とは清流をたたえる豊かな川で、農業用水や生活用水として利用可能かどうかについて興味を持ち、ＢＯＤ値して住民の生活に密接に関わっていたが、昭和 30 年を測定して、繊毛虫の種類を調べた。表１に示すよう

代には生活雑排水の流入やゴミの不法投棄で汚染が著に笊川と梅田川には数多くの繊毛虫類が出現したが、しく進んだ。その後、下水道の普及や地域住民の浄化現段階で出現したすべての繊毛虫を同定することはで運動の結果、現在では魚類の生息が認められるまでにきなかった。３河川の出現繊毛虫種を比較してみたと水質が改善されたといわれる。しかし、下水道の整備

ころ、梅田川と笊川にたくさんの繊毛虫が出現したが、や道路の舗装等の都市化は、一方で川の水量の減少を広瀬川ではあまり多くはなかった。出現した繊毛虫のもたらした。

特徴を比べて、笊川が梅田川の特徴をもっていること

本研究では、河川水質における原生動物繊毛虫相が分かった。また、河川水質のＢＯＤ値の増減によっとＢＯＤ値についての調査を行った。仙台市内の河川て微小生物の優占種が次々と変わってきたのも分かっ

は、市民の努力により水質が著しく改善されているよた。例えば、今回の調査では Stylonychia mytilus はこうで、有機汚濁が強いと思われた笊川、梅田川の二つの三つの河川水で優先種である。つまり、河川の有機の河川でも、そのＢＯＤ値は、１～２mg/L であった。

物量によって、そこに生息している微小生物の種類がこの限られた環境だけから結論を得るにはややまだ無異なることを示している。

理があるが、Urostyla や Vorticella などの繊毛虫は、Ｂ笊川、梅田川、広瀬川の三つの河川のＢＯＤ値と出ＯＤ値２m g / L に近いところでの指標生物と成りうる現した繊毛虫類との関係を確かめるために、Liebman可能性を示したが、これらの属には多くの種があり、の生物学的水質体系の分類にある繊毛虫類と比べた今後詳細な検討が必要である。指標生物としての繊毛ところ、結果は、ほぼ一致していた。また、今回出現虫を検証するためには、ＢＯＤ値のより高い水系でのした繊毛虫類はほとんど付着性原生動物であった。例検討を含め、より多くのデータが必要である。

えば、Spirostomum amgiuum は Liebman の体系表で現在まで原生動物の分類体系そのものがはまだ十分出現した繊毛虫で、ＢＯＤ値が高い笊川と梅田川でたに確立していないこともあって、日本では河川に生息くさん出現した。同じく、ツリガネムシ（Volticella）、している原生動物繊毛虫類とＢＯＤ値についての詳し

ゾウリムシ（Paramecium）、ウロスティラ（Urostyla）

い研究がなされてこなかった。今回の調査でも繊毛虫などの繊毛虫も笊川と梅田川で多く見られた（表１）。

類の同定は難しく、確定できなかった種は多かった。

今回は、繊毛虫類の種類だけに注目して、繊毛虫の個本研究では、種の同定は可能な範囲に留めざるを得な体数については検討しなかったが、今後の検討課題でかったが、原生動物繊毛虫類と河川水質との関係につある。

いての基礎調査から、代表的な種を見つけ、それが環河川水を採集して実験室に持ち帰った直後は、繊毛境教育のための基礎として役立てたいと考えている。

虫の種類と個体数ともに多くはなかった。しかし、そ以上に述べてきたように、本研究では環境教材を検の試料水に少し有機物（レタス葉抽出液；見上・小泉、討するための基礎として、河川水質のＢＯＤ値とそこ1977）を加え、数日後にはたくさんの繊毛虫が見られに住む繊毛虫の関係について調べ、確かにそこに何らた。これは一見、見つからないほど密度が低い状態でかの相関があることが認められた。

あった繊毛虫が、有機物が増えバクテリアが増えると、それを餌にして増殖したことがわかる。これが河川水

５．微小生物の働きを知るための簡単な実験例の水質浄化に関わる潜在能力であると考えられる。

最近、一般の家庭から流される排水や家畜の飼育に以上に述べてきたように、出現する繊毛虫類の種類と BOD 値の間には相関があることが分かった。

よって生じる畜産排水は、下水道や処理槽の普及により改善されつつあるが、一旦河川に有機汚濁が入った－14 －宮城教育大学環境教育研究紀要

表１

第５巻 (2002)

三つの河川に出現した繊毛虫の比較����
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とき、浄化作用が働く。その過程で微小生物の働きがから採ってきた石に付着している微小生物によって浄重要である。そこで、今回の調査結果を基に、教室内化が促進されることを観察し、河川に住む微小生物のでの簡単な確認実験を考えてみた。学校でのＢＯＤ値役割を知るための教材化を試みた。の測定は困難な面があるため、ここではＢＯＤに代えて、ＣＯＤを利用した。

そのために、まず、有機汚濁液を用意した。準備したもの：300m l のビーカーを４個、レタスジュース培

実験室でも簡単な実験によって水を浄化する現象を養液約（1,000m l）、レタスジュース原液約（500m l）、観察するために、通常実験室内でゾウリムシの培養に温度計、河川から取って来た小石（有機物付いたもの、用いるレタスジュース液（見上・小泉、1977）を使っ乾燥しないように注意した）。て有機汚濁液を作った。そしてその培養液が身近な川－15 －河川水質浄化に関わる原生動物繊毛虫の環境教育への活用

表２

培養液の準備

溶液の種類

No.1

No.2

No.3

No.4

塩溶液（ドリル氏液）

２４０

２６０

２８０

３００

レタスジュース原液

６０

４０

２００

培養液＋原液

３００

３００

３００

３００

河川から取った石

１個

１個１個１個

注：単位 ｍｌ 、石の大きさは約（直径）15ｃｍ。

１．生徒に理解して欲しい点の指導で、有機汚濁液の COD 値を定期的に記録す

１）河川には原生動物をはじめ多くの微小生物がいる。このとき、底の沈澱は入れないようにする。

ること。

今回は５日間に一回測定した。ビーカーの底や水

２）これらの微小生物は、水に溶け有機物や塩類を面の縁の水垢を顕微鏡で観察し、どのような微小直接、あるいは、繁殖したバクテリアを食べるこ生物が増えているかを観察した。なお、川から拾っとによっての水をきれにしていること。てきた石には、病原性のあるバクテリアがいない

３）さらに、この浄化作用が機能する自浄作用が河という保障はない。そこで、取扱いは慎重である川にあることが大切であり、単にきれいな川といべきで、実験後、手をよく洗うとか、実験後の容うのではなく、潜在的な浄化能力こそが大切であ器は殺菌するなどの衛生上の注意が必要である。

ること。

実験の様子は、最初、あまり変わらないが、時間が経つにつれて、ビーカーの中にある石の周り４）したがって、“きたない水の中にすんでいるから汚く卑しい生きもの“と考えるのではなく、“そに毛状のものがたくさん出現する。
⑧ 観察の結果から分かるように、培養液を入れたのような生きものこそ、浄化に貢献している大切な生きもの”であること。

ビーカーの液体がだんだん透明になり、培養液のＣＯＤ値も変わってくるのがよく分かる。このこ

２．授業の流れの例とによって、ビーカーの中で何が起こっていたの①学校に近い河川の調査に適した場所を探す。今回かを生徒たちに考えさせる。

は、広瀬川の牛越橋付近を選んだ。
②事前に調査場所を下見し、調査場所への状況や時間などを調べ調査計画を立てる。

河川水から取ってきた有機物を付いた石には、たくさんの微小生物付いている。その微小生物は、１ヶ月③調査場所に行って、微小生物を採集する前に河川間ぐらい室温で放置している間に培養液中で増え、汚のまわりの様子、流れの様子、河川水の流速度や泥をつくる。この汚泥は、バクテリア（細菌類）、原水の匂いなどを記録する。

生動物、後生動物などから構成されている微小生物④河底の石をいくつか静かに取り上げて、水と一緒に瓶に入れ、実験室にもち帰る。

や、微小生物から分泌された物質、細かい砂などの粒子状物質、生物の死骸などの塊である。培養液に住む⑤川から取ってきた小石を１個ずつ用意して、有機バクテリアは水中に溶けている有機物を吸収して増殖

汚濁液 300m l のビーカーの中に静かに入れ、室温する。石とともに運び込まれた微小生物は、そのバク（14℃― 25℃）に静置する。

テリアや粒子状の有機物を食べて増殖し、その結果と⑦セットして置いたビーカーを毎日観察し、記録すして培養液中の有機物や粒子状物質が微小生物の体にる。異なる濃度の液体に入れた石の様子を記録すなって浄化され清澄な水になる。培養して約１ヶ月たるため、できれば写真を撮って置くとよい。教師

つと、河川の石を入れる前の濁った培養液試料（レタ－16 －宮城教育大学環境教育研究紀要

表３第５巻 (2002)

ＣＯＤ値の変化

ビーカー番号５日目

１０日目

１５日目

２０日目

２５日目

No.1の COD

19.8

19.7

18.7

17.6

15.5

No.2の COD

19.4

19.2

17.5

16.6

15.6

No.3の COD

19.1

18.9

16.8

15.6

13.4

No.4の COD

19.0

19.0

19.0

19.0

19.0

スジュース培養液）は、だんだんきれに（透明）なっションの装置は簡単に入手できるので、できればエアてくるのがはっきり分かる。

レーションを行うとより短期間で浄化が進むと考えら

河川に浄化能力以上の有機物が入ると、バクテリアれる。また、あわせて下水道処理場での下水処理の仕の数がどんどん増え、使う酸素の量も多くなって、水組みを学び、汚れた水がきれになる過程を体験すれば、中の酸素が大量に消費され、無酸素状態となる。そう水質浄化機構が一層理解できると考えられる。

なると、水中にいる嫌気性細菌が増え、いろいろな問題が起こる。そこに繊毛虫などの原生動物が存在す謝

辞ると、河川などの水が無酸素状態になる前にバクテリ

本研究は、財団法人河川環境管理財団の平成 13 年

アを食べ、効率的に河川の浄化が進められる。上記の度助成（助成番号 13-1- ⑥ -1 号）を受けたものであり、簡単な実験例では、実験を簡単にするためにエアレー同財団に感謝申し上げる。

ションを行わなかったが、熱帯魚用などでエアレー

文

献

環境庁水質保全局、建設省河川局編

2000

川の生きものを調べよう－水生生物による水質判定－

日本

水環境学会
Liebmann, H.

1962

Handbuch der Frischwasser

und Abwasserbiologie, G.Fischer
仙台市環境局

2000

公害関係資料集（平成１２年版）．
見上一幸、小泉貞明の基礎と応用－

1977

ゾウリムシの研究－そ採集と飼育（教材生物ニュース）

39（7）、331 ｰ 346.
見上一幸・村松隆・黒川浩也
しての微小生物ときれいな水たボルボックスの培養－究紀要 2, 7-14.
図５

ビーカー内での水質浄化過程

Ａ , 実験開始時
Ｂ , ２週間後
Ｃ ,25 日後それぞれの写真について、ビーカーは左から、レタス液の濃度80％、60％、40％の順に並ぶ。Ｃの４番目（一番右）は、レタ
スの濃度 80％で、石を入れなかったもの。

－17 －

2000

環境教育素材と－市販自然水を用い

宮城教育大学環境教育研