藻類 Jpn. J. Phycol. (Sôrui) 65: 153-158, November 10, 2017153

培養株確立によって明らかとなってきた未知の藻類：パルマ藻一宮

睦雄 1*・桑田晃2

はじめにパルマ藻の培養に至るまで

トで構成されており，細胞サイズ 2–5 µm の海洋ピコ真核植物

しょろ丸に乗船して親潮域の航海に参加した。乗船の目的はパプランクトンである（図 1）。プランクトン観察に走査型電子顕微

ルマ藻の培養ではなく，PDMPO という蛍光試薬を用いて，珪鏡（scanning electron microscope, SEM）が用いられるように藻の増殖特性を調べるためであった。PDMPO はケイ素と同様なり，その存在が 1976 年に初めて報告されて以来（岩井・西田，分布や現存量が調査され，汎世界的に分布することが1976）に珪藻に取り込まれ，被殻の中に沈着される（Shimizu et al.
2001）。PDMPO を現場海水に添加して培養を行い，UV 励起

明らかとなっている。一方，これまでパルマ藻は培養が成功して光下で観察すると新たに形成された被殻が緑色の蛍光を発する。

いなかったことから，分類学的な位置は不明であり，一時的に黄通常，時化る冬の親潮域へ蛍光顕微鏡を持ち込むことはしない

パルマ藻は細胞外被が複数の二酸化ケイ素（シリカ）のプレー

パルマ藻分離に先立つ 2006 年 1 月に，筆者は北海道大学お金色藻綱とされてきた。珪藻と同様にシリカの外被を持つことかが，石巻専修大学の太田尚志講師（現教授）が蛍光顕微鏡を積ら珪藻との関係も指摘されてきたが，類縁関係が不明であること

み込んでおり，荒天で調査が中断している合間に培養した海水から，大きく注目されることはなかった。さらに，パルマ藻がピを観察することができた。珪藻の他に蛍光を発する 2 µm 程度

コ真核植物プランクトン現存量に占める割合は数 % 程度であるの細胞が多く観察され，それらがパルマ藻であることに気が付いことから，海洋生態学の分野においてもほとんど注目されてこな

た。PDMPO はケイ素と同様の挙動をするため，パルマ藻にもかった。

取り込まれて，プレートに沈着されていたのである（Ichinomiya

筆者らは親潮域に分布するパルマ藻の 1 分類群，次いで 3 分類群の培養株確立に世界で初めて成功した（Ichinomiya et al.

et al. 2010）。このことは，これまで電子顕微鏡でしか観察できなかったパルマ藻を，「生きたまま」観察できたことを意味して2011, 2016）。系統解析の結果，これらのパルマ藻が珪藻と近縁いる。下船後，日本産海洋プランクトン検索図説で確認すると，であることが明らかとなり，珪藻の起源を考える上で重要な生物

パルマ藻は「培養がされていない」や「分類学的位置が不明確」

群であることが明らかとなってきた。現在，確立された培養株をなどと記述されていたが（河地 1997），実は意外と培養は難しく用いた多くの研究が進行している。そこで，本稿ではこれまでのないのではないかというアイデアを得た。もし，この親潮域の航パルマ藻に関する知見を整理するとともに，培養株確立によって海に蛍光顕微鏡が積み込まれていなければ，上述のようなアイ

明らかとなってきたパルマ藻の分類学的な位置に関する最新のデアは得られなかっただろう。

知見を紹介する。

その後，2008 年 7 月，水産総合研究センター（現水産研究・教育機構）東北区水産研究所在籍時に我々は親潮域でパルマ

図 1. パルマ藻 3 属とプレートの模式図と展開図。a: Pentalamina corona, b: Tetraparma catinifera, c: Triparma laevis f. longispina. 模式図は Booth & Marchant (1987) を展開図は Konno & Jordan (2007) をもとに作図。スケールバー = 1 µm

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藻の分離を試みた。水深 30 m から採集した海水を持ち帰り，え，水産総合研究センターの定期調査で蓄積されていた植物プ

PDMPO を添加した濾過海水を用いて作製した希釈段階を培養

ランクトン現存量データを利用することができ，コンタミを少な

プレートに分注した。夏季の表層にはパルマ藻以外の植物プラン

くできる測点や水深を選択できたことが功を奏したといえる。

クトンが多く分布しているため，混入（コンタミ）が少ないと思われた亜表層の海水を用いている。数日間培養した後，蛍光顕微鏡下で観察すると，いくつかのウェルで PDMPO の蛍光を発形態および分類

培養株を用いた系統解析の結果を述べる前に，パルマ藻がどしている細胞が見つかった。それらのウェルから希釈培養を繰りのように扱われてきたのかそれまでの経緯を簡単に整理する。筆返すことによって，パルマ藻の単種培養株を得た。SEM 観察の者の知る限り，パルマ藻と認識できる SEM 写真が掲載された

結果，その培養株は Triparma laevis（後に Triparma laevis f.
inornata と同定）であることが判明した。我々は共同研究を行っる分類群不明（Sp. indet. A − G）なナノプランクトンとして報ていた福井県立大学の大城香教授（現名誉教授）と吉川伸哉講

告されている。従属栄養性鞭毛虫である襟鞭毛虫がシリカの殻師（現准教授）にパルマ藻の系統解析を依頼した。パルマ藻は（ロリカ）を形成することから，パルマ藻は当初その休眠シスト

珪藻と近縁であるという解析結果を聞いた時，これは大きな発見ではないかと考えられてきた（Booth et al. 1980，Silver et al.
1980）。しかし，Marchant & McEldowney（1986）は南極海をしたと直感した。
よく，「なぜパルマ藻の培養に成功したのか？」と尋ねられる。

最初の文献は岩井・西田（1976）である。北太平洋に出現すのパルマ藻自然群集の細胞内微細構造から，パルマ藻は不等毛

既述のように，培地に蛍光色素を添加した以外は，特別に変わっ植物門に属する真核藻類であることを明らかにした。蛍光顕微

た操作はしていない。2006 年の航海でアイデアを得たことに加鏡下でクロロフィルの自家蛍光を見出すとともに，透過型電子顕

表 1. ボリド藻綱の分類体系および記載文献
綱，目，科，属，種，亜種，品種（= シノニム，バシオニム）
Class Bolidophyceae Guillou et Chrétiennot-Dinet emend. Ichinomiya et Lopes dos Santos
Order Parmales Booth et Marchant emend. Konno et Jordan emend. Ichinomiya et Lopes dos Santos
Family Pentalaminaceae Marchant emend. Konno et Jordan
Genus Pentalamina MarchantPentalamina corona Marchant
Family Triparmaceae Booth et Marchant emend. Konno et Jordan emend. Ichinomiya et Lopes dos Santos (=“Octolaminaceae”Booth et Marchant)
Genus Tetraparma Booth emend. Konno et Jordan

文献a, bb, c, dc, dccb, c, d, ec, dTetraparma catinifera Konno et al.

f

Tetraparma gracilis Konno et al.

f

Tetraparma insecta Bravo-Sierra et Hernández-Becerril emend. Fujita et Jordang, hTetraparma pelagica Booth et MarchantcTetraparma silverae Fujita et JordanhTetraparma trullifera Fujita et JordanhGenus Triparma Booth et Marchant emend. Konno et Jordan emend. Ichinomiya et Lopes dos Santos (= Bolidomonas Guillou et Chrétiennot-Dinet)
Triparma columacea Bootha, b, c, dcTriparma columacea f. convexa Konno et al.

f

Triparma columacea f. fimbriata Konno et al.

f

Triparma columacea f. longiseta Fujita et JordanhTriparma columacea subsp. alata MarchantcTriparma eleuthera Ichinomiya et Lopes dos Santos (=“Bolidomonas pacifica var. eleuthera”)bTriparma laevis Boothc

Triparma laevis f. fusiformins Fujita et JordanhTriparma laevis f. inornata Konno et al.

f

Triparma laevis f. longispina Konno et al.

f

Triparma laevis f. mexicana (Kosman) Bravo-Sierra et Hernández-Becerril (= Triparma laevis subsp. mexicana Kosman)g, iTriparma laevis subsp. pinnatilobata MarchantcTriparma laevis subsp. ramispina MarchantcTriparma mediterranea (Guillou et Chrétiennot-Dinet) Ichinomiya et Lopes dos Santos (= Bolidomonas mediterranea Guillou et Chrétiennot-Dinet)a, bTriparma pacifica (Guillou et Chrétiennot-Dinet) Ichinomiya et Lopes dos Santos (= Bolidomonas pacifica Guillou et Chrétiennot-Dinet)a, bTriparma retinervis Boothc

Triparma retinervis f. tortispina Fujita et Jordan
Triparma retinervis subsp. crenata Boothhc

Triparma strigata Boothc

Triparma verrucosa Boothca: Guillou et al. (1999a), b: Ichinomiya et al. (2016), c: Booth & Marchant (1987), d: Konno & Jordan (2007), e: Booth & Marchant (1988), f: Konno et al.
(2007), g: Bravo-Sierra & Hernández-Becerril (2003), h: Fujita & Jordan (2017), i: Kosman et al. (1993)

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微鏡（transparent electron microscope, TEM）観察によって葉緑体が 4 枚の包膜で囲まれており，ガードルラメラおよび三いる。Konno & Jordan（2007）は Tetraparma 属と Triparma
属はプレートの構成は同じであり，3 枚の shield plate と 3 枚の重チラコイドラメラを持つことを見出した。これらの発見に加え

girdle plate に加え，サイズの異なる円形の ventral plate とそのて，休眠シストに見られる細胞内貯蔵物質が少ないことから，パ対にある三放射型の dorsal plate で構成されているとした。これ

ルマ藻は休眠シストではなく植物プランクトンの栄養細胞である

ら 2 属は dorsal plate と girdle plate の形態および ventral plateと結論付けた。さらに黄金色藻綱に属する多くの藻類がシリカののサイズが異なるとしている。

鱗片を持ち，シリカの細胞壁を持つ休眠シストを形成することか

種の同定はプレート表面の形態および装飾によって行わ

ら，Booth & Marchant（1987）は，不等毛植物門黄金色藻綱

れ， 現 在 で は Pentalamina 属 1 種，Tetraparma 属 6 種，にパルマ目を設立し，小さな円形の盾を意味するパルマ藻と命名した。

Booth & Marchant（1987）はパルマ目に 5 枚のプレートを持つ Pentalaminaceae 科および 8 枚の “Octolaminaceae” 科（Booth & Marchant（1988）で Triparmaceae 科 に 改 名 ）を創設し，前者には Pentalamina 属，後者には Tetraparma 属
および Triparma 属が所属するとした（図 1）。Pentalamina 属
は 3 枚の円形の shield plate，2 枚の三放射型の triradiate plateで構成されている。Tetraparma 属は同サイズの 4 枚の shield

Triparma 属 8 種 4 亜種 8 品種が報告されている（表 1）。種，
亜種，品種の詳細な形態的特徴は表 1 の文献を参照されたい。
ボリド藻綱パルマ目

筆 者らは確立された T. laevis f. inornata 株を用いて 18S
rDNA および rbcL 遺伝子配列の解析を行った（Ichinomiya et
al. 2011）。その結果，パルマ藻は黄金色藻綱ではなく，ボリド藻綱に位置することが明らかとなった（図 2）。ボリド藻は Guillou
et al.（1999a）によって報告された細胞サイズが 1 − 1.7 µm,
長さの異なる 2 本の鞭毛を持つ無殻鞭毛藻であり，珪藻やパル

plate および 4 枚の triradiate plate で，Triparma 属は同サイズの 3 枚の shield plate，よりサイズが大きい 1 枚の shield plate，

マ藻とは全く異なる外部形態をしている。当初，ボリド藻はシリ

1 枚の triradiate plate および 3 枚の girdle plate で構成されてカの外被を形成しないにもかからず珪藻と姉妹群を形成すること

図 2. 18SrRNA によるボリド藻綱の系統樹と分離株の形態。最尤法によるブートストラップ値は 50% 以上，SH test 0.7 以上の値のみを示し，太線はベイズ法による事後確率 0.95 以上で支持されたノードを示している。Ichinomiya et al.（2016）をもとに作図。

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から，珪藻の祖先的な形質を持つ藻類であると考えられてきた。
ボリド藻は葉緑体が 4 枚の包膜，三重チラコイドラメラ，ガード
ルラメラおよびリング状の葉緑体ゲノムを持つ不等毛植物である。光合成色素としてクロロフィル a ＋ c，フコキサンチンおよびディアディノキサンチンを持つ点で珪藻と共通であるが，シリカの細胞外被を形成しないことや鞭毛移行帯の微細構造が珪藻とは異なる。遊泳様式や速度が異なる Bolidomonas pacifica
および Bolidomonas mediterranea の 2 種が報告されていた。

T. laevis f. inornata がボリド藻綱に位置したことから，実は「パルマ藻とボリド藻は同一生物群であり，世代交代をしているのではないか？」という可能性が生じた。2010 年当時，福
井県立大学の大学院生であった山田和正氏（現学振研究員）は

T. laevis f. inornata 株を培養していたところ，その培養株から無殻の鞭毛藻が出現することを見出した。これにより，T. laevis
f. inornata は有殻と無殻の両方の形態を持つことが明らかとなった。T. laevis f. inornata に次いで，親潮域から Triparma
laevis f. longispina，Triparma strigata お よ び Triparmaaff. verrucosa（Triparma verrucosa と類 似 するものの，プレート表面の小突起が同定基準よりも少ないことから Triparmaaff. verrucosa としている）が分離された。これら 3 分類群の18SrDNA 配列は T. laevis f. inornata と 100% 一致し，パルマ
藻がボリド藻綱に含まれることが決定的となった（Ichinomiya
et al. 2016）。このとき，Roscoff Culture Collection に保存されていた Bolidomonas 属数株も用いて系統解析を行っている。
興味深いことに，北海で分離された Bolidomonas sp. RCC1657
株の 18SrDNA は上述の Triparma 属 4 分類群と一致した。さらに，Triparma 属 4 分 類群と Bolidomonas sp. RCC1657 を含むクレードは “Bolidomonas pacifica var. eleuthera” と姉妹群を形成した。Triparma 属と Bolidomonas 属はそれぞれ異なった系統となるのではなく，入れ子状となっていたのである。

T. laevis f. inornata から出現した鞭毛細胞が独自に増殖しているのか，再び有殻の細胞となるのかはわかっていない。また，無殻の B. pacifica および B. mediterranea が有殻の細胞を持つのか，二次的にプレートの形成能を喪失してしまっているのかは明らかではない。しかしながら，パルマ藻はボリド藻綱に含めるのが妥当であり，ボリド藻綱パルマ目とした（Ichinomiya

et al. 2016）。 ま た，Bolidomonas 属 と Triparma 属 と は 単系統群を形成することから，Bolidomonas 属を Triparma 属に統合した。したがって，B. pacifica は Triparma pacifica，B. mediterranea は Triparma mediterranea の シノニムとなり，これまで正式に記載されていなかった “B. pacifica var.
eleuthera” は Triparma eleuthera と種を命名した（表 1）。これにより，Triparma 属の記載には有殻の Triparma 属に，無殻の鞭毛細胞である Bolidomonas 属の特徴も加わることになる。
このような状況から，従来のパルマ藻は ʻ有殻のボリド藻ʼ，ボリ

ド藻は ʻ無殻のボリド藻ʼ などと表現されるべきである。ただし，混乱を避けるため本稿中ではこれ以降，有殻の細胞を「パルマ型」，無殻の鞭毛細胞を「ボリド型」と表記する。
ボリド藻 綱にはまだ多くの未同定のクレードが 存 在して

図 3. Mann & Marchant (1989) による前珪藻の進化における仮想的な生活環の模式図。
（太い矢印は複相世代，細い矢印は単相世代における形態の変化と分裂を示す。M = 減数分裂；m ＝ 体細胞分裂；F ＝ 融合）（a）前珪藻期 I．単相単世代型の生活環．単相の栄養細胞が接合をして，シリカのプレートを持つシストが形成される。（b）前珪藻期 II．単複世
代交代型の生活環．シストは円形プレートを通って発芽し，その後シストを再形成する。（c）移行期．単複世代交代型の生活環．プレートが母細胞から娘細胞へそれらの半分を受け渡すよう分化している。（d）原始珪藻 . 複相単世代型の生活環．母細胞内で新たな細胞壁が形成される。卵生殖が進化する。模式図は Mann & Marchant(1989) をもとに作図。

おり（ 図 2）
，こ れ ら の 一 部 は 未 分 離 の Pentalamina 属 やTetraparma 属に相当すると予想される。これまでパルマ型の出現報告やボリド型が分離されたのは海水域に限られているが，淡水域においてもボリド藻綱に位置する環境 DNA 配列が見出。ボリド藻綱は有殻・無殻おされている（Richards et al. 2005）
よび海水・淡水種を含む多様な生物群であるといえる。

珪藻の起源仮説

最後に，珪藻の起源やパルマ型と珪藻との関係について言及した説を紹介したい。Round & Crawford（1981）は現生の中心珪藻の増大胞子がシリカの鱗片でおおわれていることから，珪藻の祖先として多数の鱗片でおおわれた仮想上の前珪藻（Pre-diatom）を考え，その鱗片が殻（valve）や殻帯（girdle）を構成する帯片（band）となって原始珪藻（Ur-diatom）へと進化したと仮説を立てた。Mann & Marchant（1989）はその説を発展させるとともに，
パルマ型様シストの円形プレートが両極となって原始珪藻の殻となり，残りのプレートが殻帯となったと主張している（図 3）。

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前珪藻 I 期（Pre-diatom stage I）（図 3a）. 単相単世代型の生活環を持っており，単相の鞭毛細胞が増殖を行う。鞭毛細胞の接合によって複相の接合子を形成した後，接合シスト（zygoticcyst）を形成する。このシストは同型・同サイズの複数のシリカのプレートでおおわれている。
前珪藻 II 期（Pre-diatom stage II）（図 3b）. 単複世代交代型の生活環を持っており，I 期と同様に単相の鞭毛細胞が増殖を行い，接合によってシストを形成する。発芽後に細胞分裂を行い，脱シストした娘細胞が再度シストを形成することで，複相のまま細胞分裂を行う。このとき，発芽孔となる母細胞のプレートが失われるが，新たにプレートを形成することによって補完される。
移行期（Transitional stage）（図 3c）. 単複世代交代型の生活環を持っており，単相の鞭毛細胞が増殖を行い，接合によってプレートでおおわれた細胞を形成するが，この複相の細胞も細胞分裂を行う。円形プレートが両極となって複相細胞が 2 極化
し，他のプレートは失われることなく娘細胞に半分が受け渡される。
原始珪藻（図 3d）. 現生の珪藻と同様に複相単世代型の生活環を持っており，母細胞内に新たな細胞壁が形成されることに
よって分裂する。卵生殖が進化して，鞭毛細胞は雄性配偶子として機能する。

Mann & Marchant（1989）ではさらに，パルマ型と原 始的な中心珪藻のいくつかの種の外部形態が類似することを指摘している。パル マ 型 の Triparma columacea や Triparma

retinervis の shield plate 表面には中心から放射状に発達した網目状の模様がみられ，これらが珪藻の Melosira 属の増大胞子をおおう鱗片や Thalassiosira 属の殻にみられる中心環から放射状に配列した模様と類似するとしている。また，Triparma 属の girdle plate 上にみられる肋状の間隙（medial rib）や中央線上の竜骨（keel）が，珪藻の帯片中脈（帯片の長軸方向に走る
中央線の肋，pars media）に類似することなどから，珪藻の帯片はパルマ型の girdle plate に由来するのではないかと推察している。

パルマ型が報告される約 30 年も前にこのような仮説が提唱されていたことは驚きである。

今後の展望

現在，パルマ型の培養株を用いたゲノミクス，細胞生理，生態に関する様々な研究が進行中であり，いくつかはすでに公表されている。
ゲノム解析や細胞内微細構造の観察により，パルマ型が珪藻よりも祖先型の形質を保持していることが明らかとなっている。Tajima et al.（2016）はパルマ型の T. laevis f. inornata
株の葉緑体とミトコンドリアのゲノム解読を行った。T. laevis f.

inornata のミトコンドリアゲノムにコードされたタンパク質遺伝

子の種類は，珪藻や他の不等毛植物門の藻類でほぼ共通していた。一方，葉緑体ゲノムにコードされたタンパク質遺伝子の種類はいくつか異なっており，珪藻とボリド藻綱の共通祖先種が他の不等毛植物と分岐した後および珪藻の祖先種とボリド藻綱の祖
先種が分岐した後に，いくつかの遺伝子が失われたと推定している。今後，核ゲノムの解読が進めば，より詳細な珪藻進化の道筋が解明されると期待される。また，Yamada et al.（2017）
は TEM 観察によって，細胞分裂時におけるパルマ型の細胞内微細構造には，珪藻や珪藻以外の真核藻類との共通点や相違点がみられることを報告している。パルマ型の細胞周期の間期において，珪藻以外の真核藻類と同様に分裂極には中心小体がみられ，珪藻に特異的な極板は観察されなかった。一方，珪藻に特異的と考えられていた中軸紡錘体が，パルマ型にも見出されている。すなわち，パルマ型は祖先型と珪藻の両方の形質を持ち合わせているといえる。
パルマ型に関して解明が望まれるのが，核相，細胞分裂様式
およびプレート形成過程であろう。パルマ型の栄養細胞は複相であるのか，細胞分裂時には母細胞のプレートの一部を娘細胞に渡すのか，知りたいところである。プレート形成過程については，Yamada et al.（2014）が驚くべき研究を展開している。彼

Mann & Marchant（1989）の仮説は珪藻が複相世代で増殖

らはケイ素欠乏人工海水培地に T. laevis f. inornata 株を移すと，プレートを作らずに無殻で増殖することを発見した。さらに，することをうまく説明している。一方で，珪藻とパルマ型の類縁ケイ素欠乏下で無殻の細胞のみとなった株にケイ素を添加する性を示す証拠が，パルマ型のプレートと珪藻の被殻や鱗片の形と，無殻の細胞がプレートを再度形成したのである。Yamada et

態が類似するということだけであり，根拠に乏しかった。また，複相で栄養増殖する不等毛植物には，珪藻以外にも褐藻，黄緑
色藻，ラフィド藻などの生物群があることから，彼らの仮説に対する肯定的な意見は少なかった。しかし，パルマ型培養株の確立によって，パルマ型が珪藻と共通祖先を持つことが明らかとなったことから，今後詳細に検討すべき仮説である。原始珪藻に関する仮説の中では，パルマ型との関係について直接言及はしていないものの，前珪藻 II 期には現生のパルマ型に類似したal.（2014, 2016）では，これら特性を生かしてプレートの形成過程を詳細に報告している。
海洋生態学の分野においても，培養株確立のインパクトは大きい。これまで主に SEM 観察によってパルマ型の分布や現存量が報告されてきたが（分布，現存量および季節変動につい て は Guillou 2011, Konno & Jordan 2012，Ichinomiya &，この方法では有殻のパルマ型のKuwata 2015 などを参照）
情報しか得られない。培養株の確立によってボリド型は特異的。近年，ボリド型の T. pacifica
シストが描かれている（図 3b）はゲノムの一塩基多型解析により単相であることが示唆されな蛍光プローブによる FISH 法により検出が可能となり，更に，もしパルマ型が複相であれば，前珪（Kessenich et al. 2014）

ングの解析により，有殻・無殻を含めたボリド藻綱が様々な海

藻 II 期に類似した生活環となろう。いずれにしても，ボリド型やTara 海洋探査プロジェクトの全球スケールのメタバーコーディ
域に分布していることが明らかになりつつある（Guillou et al.

158

1999b，Ichinomiya et al. 2016）。多くの場合，ボリド藻綱がピ
コ真核植物プランクトンに占める割合は数 % であり，全体としてはマイナーな存在であるのかもしれない。一方で，南シナ海北部やバルト海ではボリド藻綱が優占したという報告もあることか，これらの海ら（Moustaka-Gouni et al. 2016, Wu et al. 2017）
域では一次生産者として主要な役割を果たしていると考えられる。ボリド藻綱が海洋生態系に果たす役割の解明にはさらなる調査が必要である。
本稿では主に，培養株を用いた研究によってボリド藻綱パルマ目を設立した背景と現状について紹介した。
「生きたまま」パ
ルマ型を観察できるようになって以来，本稿で紹介した種以外にも分離が進んできた。しかし，分離されて性状が明らかになった
パルマ目藻類はまだ数種である。より多くの培養株を確立することによって，ボリド藻綱パルマ目の全容解明を目指したい。

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（ 1 熊本県立大学・２水産研究・教育機構

東北区水産研究所）