下中科学研究助成金取得者研究発表

研究発表⼀覧は下記からご覧いただけます。
https://www.shimonaka.or.jp/3s-grant-contest/異なる光波長のLEDを照射した場合の緑藻海ぶどうの生長
静岡県立駿河総合高等学校
金子 誠
１．はじめにある高齢の方やダイエット効果を期待する

クビレズタ Caulerpa lentillifera は 暖かい海に生育する海藻（緑藻）で、その姿か若い女性などに、これから需要が見込まれている。

ら海ぶどうとも呼ばれている。暖かい海に藻類を養殖するためには、対象種の生長生息する緑藻類の仲間で、グリーンキャビや光合成に最適な水温や栄養塩濃度、光量、アなどとも呼ばれている。以下、本報告で光波長について調べる必要がある。海ぶど

は親しみやすい海ぶどうと表記する。

うについては、最適水温や栄養塩が生長に沖縄では、古くから食用とされてきたが、与える影響について調べられているものの、保存性が低く、低温に弱いため、これまで光環境条件に関する知見はあまりない。宮

都市部では扱われてこなかった。しかし、古島では、温暖な気候を利用し、太陽光に数年前から宮古島で養殖が始まり、流通技より海ぶどうを養殖している。しかしなが術も向上したため、最近では、静岡市内のら、海ぶどうの生長が最も良くなるのは、スーパーマーケットなどでも見かける機会

水温が 24 ℃～ 27 ℃となる夏場のみであが増えてきた。海ぶどうは、蒲萄枝（ほふり、今後の需要拡大に対応するためには、くし）と呼ばれる茎を伸ばし、海底に固着温暖な地域以外でも周年を通じて養殖するするための仮根を持つ（写真１）。匍匐枝か必要がある。この場合には、屋内の温調設

ら水面に向かって、直立した葉状部を生や備の整った施設で養殖することになるため、し、このぶどうのような房の部分が食用と太陽光を用いることは難しい。したがって、なる。低カロリーで食物繊維やビタミンが室内光を使用する必要があり、有力なもの豊富に含まれていることから、健康志向にとして LED が挙げられる。LED は白熱電球と比べて、電力消費量が約 1/5 で、寿命も長い。そしてなにより特定の波長の光を放出することができるため、海ぶどうの生長に最も適した光で養殖することが可能になると考えられる。さらに、異なる光波長条件下で育てた海ぶどうでは、その特定の波長で生長が異なった（申請者実験：未発表）ことから、生体内部の光合成色素の組成にも違いあると考えられる。具体的には、吸収波長がそれぞれ異なるクロロフイル aと b、カロテンやキサントフィルといったものである。これらの色素はヒトに対して、

写真１

海ぶどうの構造さまざまな機能性があることが報告されて−- 3939 −おり、カロテノイド系のものには抗肥満作用などがあるとされている。中でも、緑色光（540nm）を吸収するシフォナキサンチンやシフォネインは緑藻類の一部にみられる光合成色素で、海ぶどうにもその存在が確認されている。シフォナキナサンチンについては脂肪細胞への分化を抑制するような作用や血管新生を阻害することも報告されている。仮に異なる光波長を照射することによって、これらの機能性をもつ光合成色素が増加すれば、肥満を予防する機能性食品や化粧品の開発につながることも考えられる。
本研究は、高校生の理科学的好奇心を引き出すことを大前提に、異なる光波長を照射したときの海ぶどうの生長を調べることとした。
２．方法

写真２

実験装置を組み立てている様子

写真３

完成したLED発光装置

研究に先立ち、静岡県立駿河総合高等学校理科室の奥に、黒色の 60L 容量ポリカーボネート製直方体水槽を４基用意した。４つの水槽を塩ビパイプで連結し、それぞれの水槽に飼育水が循環するように加工した。
温度調節には鑑賞魚用のクーラー（ZC100；レイシー社製）を使用し、水温が 28 ℃になるように調温した。水槽の上面には塩ビパイプで作製した骨組みを設置し、自然光が入らないよう骨組み全体を３重にした黒色ビニール袋で覆った（写真２・３）。各水槽には赤、緑、青、白色の LED を24時間照射した（写真４）。飼育用水には人工海水（マリンソルト；テトラ社製）を規定量溶かして使用した。また、栄養添加剤としてクレワット 21（藻類の増殖に必要な窒素、リン、金属、ビタミン類などを含んだ溶液）を使用した。
平成30年７月31日に静岡県藤枝市にある宮古島アンテナショップより海ぶどうの母−- 4040 −量子量（光の強さ）と水温・塩分・pH を記録し、窒素源を調べるために試水をサンプリングし、パックテスト（水質を簡便に測定するキット；WAKO）で測定した。また、１週間ごとに葉状部の最大長を画像解析装置（Win roof 2018； 三谷商事株式会社製）を用いて測定した（写真５）。
生育した海ぶどうの藻体については静岡市清水区三保の東海大学海洋学部水産学科齋藤寛教授所有の HPLC-Ms（ 液体クロマ
トグラフィー質量分析計；日本電子株式会社製）（写真６）を用いて、クロロフィル（緑色系色素）含量、およびカロテノイド系（黄色）色素について分析した。95 ％エタノー
ルに 24 時間、海ぶどうを浸漬し、抽出液を得た後、上澄み液を 0.45μm のフィルターに通し（写真７・８）、試料とした。試料
写真４ 各色のLEDを海ぶどうへ照射している様子

注入後の分析条件としては、蒸留水 50 ％：メタノール 50 ％の割合から、最終的に藻をいただき、上記水槽内へ 100 ｇずつ収メタノール 100 ％とし、この状態を 20 分容した。海ぶどうは自然界では、砂地など間保持した。しかしながら、分析結果につに仮根で付着している。そこで、水槽内でいては時間的な都合上、本報告に間に合わ海ぶどうが舞わないように、目あい 10mmなかったため、割愛する。の網の下に海ぶどうを収容した。毎日、光写真５

Winroof2018による画像解析−- 4141 −写真６－１

使用したHPLC

高速液体クロ写真６－２

使用したHPLC

マトグラフィー

写真７ マイクロフィルターにて濾過している様子

写真８−
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42 −

海ぶどう抽出試料

質量分析計

３．結果
１回目の実験では、赤色を照射した場合の海ぶどうの葉状部が７日後には、最大15mm 伸長した。同様に、青・緑・白色でも葉状部が最大 14 ～ 15mm 伸長した。14日 後 に は 赤 色 LED を 照 射 し た 場 合 で 、31mm と な り 、 青 ・ 緑 ・ 白 色 で は 28 ～30mm であった。21日後になると、赤色 LED
では 52mm 伸長し、その他３色の LED を照射した場合に比べて、８～ 10mm 多く伸長した。28日後には赤色 LED を照射した
場合の伸長量は 74mm となり、青・緑・白色の LED の伸長量より優れていた（図１）。

図２

実験期間中の水温の平均値は 28.9 ℃、塩異なる光波長での海ぶどうの生長（２回目）

分は 34.5、pH は 8.29 であった。窒素源としてはアンモニア態窒素が、5.2ppm、亜硝酸態窒素が 0.5ppm であった。光量子量では、赤色 LED が 65.4μmol/m2/s、青色 LED が75.0μmol/m2/s、 緑色 LED が 77.9μmol/m2/s、。
白色 LED が 176μmol/m /s であった（表１）2

この傾向は２回目の実験でも同様で、赤色 LED を照射してから14日後には、最大伸長量が 37mm と青・緑・白色を照射した場
合の 28 ～ 30mm よりも優れていた。21日
後には 57mm に伸長していた。３回目の実
図３異なる光波長での海ぶどうの生長（３回目）

験でも、赤色 LED を照射した場合の海ぶどうの伸長量は３週間後で 82mm と最も良好であった（図２・３）。実験期間中の水温の平均値は 29.0 ～ 29.1 ℃、塩分は 34.8 ～35.4、pH は 8.22 ～ 8.34 であった。また、アンモニア態窒素が、5.8 ～ 6.0ppm、亜硝酸態窒素が 0.5ppm であった（表１）。
図１異なる光波長での海ぶどうの生長

４．考察

（１回目）

海藻類の生長と光質との関係については、
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表１

実験期間中の水質データ

これまでに褐藻（海藻）のカジメ Ecklonia

どうを調達し、実験に供さなかった海ぶど

cava やワカメ Undaria pinnatifida に おいうを生徒に試食させると、プチプチとしたて青色蛍光灯を照射した場合の生長が良好

触感が不思議であるといった感想や、なにであったことや、白色 LED 照射下で緑藻も味付けをしていないのに塩味がついていアナアオサの相対成長率が良かったことなるという点に気がついた者もいた。実験期

どが報告されている。今回の実験では、赤間中に、水質や光量子のデータをとるとと色 LED を照射した場合の伸長が最も優れもに、海ぶどうの枝（ほふく枝）が生えてていた。これは海ぶどうが赤色光をよく吸きている様子に、興味深げに観察をしてい収するクロロフィル a を多く含んでいるたた点が印象的であった。また、本報告に載めであると考えられる。クロロフィル a はせられなかったが、液体クロマトグラフィ

基本的にほぼすべての植物体が持っているーを用いた科学的な分析を行ったことで、が、単純に赤色光を当てると、生長が良く研究に興味をもった生徒もいたようだった。

なるというわけではなく、この点について以下、生徒個々の感想となる。

は今後、検討の余地がある。緑藻である海ぶどうにはクロロフィル b も含まれてお＜生徒Ａ感想＞

り、クロロフィル b は青色光を最もよく吸実験を始めるにあたり、静岡県藤枝市に収する。今回の実験結果では、赤色 LEDある株式会社沖友（おきゆう）さんに海ぶには及ばなかったものの、青色 LED も次どうをいただきにいきました。最初、海ぶによく伸長した。

どうは甘いものだと思っていましたが、試

光量子量別にみてみると白色 LED では、３回の実験を通じて、166 ～ 176μmol/m /s
2

食させてもらうと、実際はしょっぱかったです。と他の条件よりも、２倍近い値であった。

光を当てるための骨組みを理科部の仲間

しかしながら、生長速度が単純に２倍になで作り、実験プラントを完成させる道のりるということはなく、この点で興味深い。

が工作をしているようで楽しかった。

本校の理科部には、総勢 30 人の生徒が＜生徒Ｂ感想＞在籍している。当初、海ぶどうについて説

わたしは今回実験に用いた LED につい明したところ、海ぶどうを知っていたのはて調べました。なぜ、LED が光るのか説明１名だけであった。南方系の海藻であるたします。LED の構造は P 型半導体（正孔めに、なじみが少なかったかと思う。海ぶが多い半導体）と N 型半導体（電子が多い−- 44
44 −の暖かい地域で養殖されているのにも関わらず、静岡県藤枝市の企業・沖友さんが海ぶどうを地域に広めていこうと取り組んでおり、私たちにも、なにかできないかと考えました。今後、地域の新たな特産物として、育てた海ぶどうをスーパーマーケットなどで販売していきたいと思いました。
図４

LED発光の原理半導体）が接合した PN 接合で構成されて謝辞います。これらに順方向の電圧をかけると、本研究を進めるにあたり、西光エンジニ

LED チップの中を電子と正孔が移動し、電アリング株式会社代表取締役岡村邦康氏に流が流れます。移動の途中で電子と正孔がは、海ぶどうの調達を含めて便宜を図ってぶつかると結合（この現象を再結合といういただいた。ここに記して厚くお礼申し上そうです）し、再結合された状態では、電げる。また、東海大学海洋学部水産学科齋子と正孔がもともと持っていたエネルギー

藤寛教授には LC/MS を貸与していただくよりも、小さなエネルギーになります。そとともに、ご指導・ご助言をいただいた。の時に生じた余分なエネルギ－が光のエネ深くお礼申し上げる。

ルギーに変換され発光します（図４）。

最後に、この研究を遂行するにあたり、調べていて、驚いたことはエネルギー効助成をいただいた公益財団法人下中記念財率からいうと蛍光灯のほうが LED よりも団および関係者の方々に厚く謝意を表する。

優れているという点です。LED のほうが蛍光灯よりも後に世の中にでてきたので、当然 LED のほうが優れていると思っていま【参考 HP】

した。LED の特徴は低電圧で光ることといパナソニック株式会社うことも知れてよかったです。

「LED の発光原理について」＜生徒Ｃ感想＞

http:/www2.panasonic.biz/es/lighting/led/led/prin

わたしは研究の前から海ぶどうについて

ciple/知っていました。しかし、詳しくは知らなかったため、はじめに海ぶどうで実験をす【参考文献】

ると聞き、興味を持ち、さらに深く調べ始（１）Yokohama et al.(1992)Jpn.J.Phycol.

めました。そして、調べていく内に、植物の生長には光が必要だが、どのような色の40:25-31（２）倉島ら（2003）「藻類学会誌」51:167

光が最も生長に適しているのか、あるいは生長に適した塩分や、栄養塩の量などがま-172（３）Enomoto and Ohba（1987）Jpn.J.Phy

だ分かっていなかったです。もう一つは南−
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45 −

col.35:167-177

＜研究論文＞
2016年

金子誠・前田節子・小鹿祥子・

高橋咲・前田玄「廃棄されるコンブをマダイ飼料へ配合したときのマダイの成長と飼料費の削減効果」（英文）（掲載誌『Aquaculture Sci』）

金子 誠先生（かねこ まこと）＜勤務校＞
静岡県立駿河総合高等学校〒422-8032 静岡県静岡市駿河区有東3-4-17
電話 054-260-6688

＜経歴＞
1985年

神奈川県生まれ2014年

静岡県立焼津水産高等学校勤務

2016年

東海大学大学院地球環境科学研究科卒業

2018年現在
静岡県立駿河総合高等学校勤務

＜研究歴＞
2015年

出し殻昆布を添加した水産用マ
ダイ飼料の開発とその飼料を与えたときのマダイ体内のグルタミン酸量の変化（山崎自然科学教育振興基金）

2016年

海ぶどうに必要な光の特定と栄養塩類に関する研究(東京海上日動教育研究助成金）

2016年

茶殻粉末を与えたときのマダイの成長と身質の変化（はごろも教育研究助成賞）

2016年

焼津市小川港で水揚げされた未利用魚の有効利用法－魚油からせっけんをつくる－（山崎自然科学
教育振興基金）−- 46
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