藻類 Jpn.J.Phycol.40:397‑400，December10，1992

両坤山・有賀祐勝・浅田浩二・石原利章・赤野徹・清原正高:流水条件下における紅藻スサビノりの CO2 固定の促進効果
KunshanGao，YushoAruga，KoziAsada，ToshiakiIshihara，ToruAkanoand
MasatakaKiyohara: EnhancementofphotosyntheticCO
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2・KeylndexWords: CO俳， sionboundar
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Rhodophyta‑Rubisco‑2‑ d2ー Pseawatercu"ent
KunshanGao，KansaiEnvironmentalEngineeringCente.
ιNaμzaki‑
削減 i2‑3‑39，Kita‑ku，Osaka，530
Japan(presentaddress:Universityq
fHa即 'aii，HawaiiNaturalEnergyl
nstitute，2540DoleStreet，Holmes，Honolulu，H196822，U.S.A.)
246】'ushoAruga，TokyoUniversiりofFisheries，Konan‑4，Minato‑ku，Tokyo，108Japan
KoziAsada，ResearchlnstituteforFoodScience，母otoUniversity，Uji，Kyoto，611Jaμn
Toshiakilshihara，ToruAkanoandMasatakaKiyohara，TechnicalResearchCenter，TheKansaiElectric
ψ，A問 <gasaki，均 ogo・ken，661Japan
PowerCo.lnc.，Nakを用いた COPor‑2の有効利用を検討し，スサピノリ (ステム (Fig.1)を用いて，水温 150C，光強度(陽光ランプ， Toshiba400W) 600μmolephotonsm‑2s‑1 (光phyrayezoensisUeda)の光合成と生長が CO2の添加によ合成飽和光強度)の下で行った。スサピノリの葉状体

著者らは，最近の地球温暖化に関連して有用海藻類って促進されることを明らかにしてきた (Gaoetal.

(12~18個体)を同化パイプ(長さ 40cm ，内径 2 また1991)。高濃度の CO2を利用したスサビノリの生産シは 3cm) 内に維持して海水を循環させ，透過膜(システムでは，流水方式を用いて NとPの供給や個体群リコン， 125μm) を隔ててマススベクトロメーター

落内の CO2と O2の拡散による影響を減らした方が高，CO2，N2など)がに直結した海水中のガス成分 (02い生産力が期待できるものと考えられる。それ故，海マススベクトロメーターの高真空によって透過膜を通水の流速がスサピノリの光合成に及ぼす影響について過したものを，マススベクトロメーターによって連続の知見が必要とされる。海藻類の光合成に及ぼす流れ的に測定し， 3~10秒おきにコンビューターに記録しの影響に関しては Wheeler(1980)が M町 ocystispyriferaた(Fig.
2)
。透過膜プロープを挿入した海水チャンパーについて，高(1991) が Sargassumt
hunbergiiについてには撹搾子が入れてあり，測定時にスターラによって光合成による酸素発生が流速の増加に伴い増加するこ援持し，透過膜を通過したガスの量が海水の流速によとを報告しているが，スサビノリについてはそのようる影響を受けないようにした。一旗u
定は 5分以内で行な基礎的データはなし、。そこで，著者らはスサビノリ

μmole02cm もりは以下のわれた。光合成速度 (Pn，の光合成が海水の流れによる影響をどの程度受けるも式に基づき算出した。のかについて検討した。
材料のスサピノリ (ZGRW株)は殻胞子から得られた葉状体を 150C，300μmolep
hotonsm‑2s‑1の条件

Pn=LlPRxK xV/Sx60

ここにLlPRは酸素分圧変化と時間との直線関係から下で通気培養したものを用い，培養液 (PES添加滅求めた酸素分圧変化速度 (torrmin つであり， K は酸菌海水)は 1日おきに交換した。光合成の測定は透過素分圧変化量LlP02(torr)に対する酸素濃度変化量

膜ーマススベクトロメーターによる光合成流水測定シμmole)の比 (Ll02/LlP0)，V は閉鎖系の容積 (l)，SLl02(2398

Gao，K.，Aruga，Y.，Asada，K.，Ishih訂 a，T.，Akano，T.andKiyohara，M.

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Fig.1
spectrometer(AmetekM200).

はスサピノリの葉面積 (cm2)である。また，流速 0のスサピノリの葉状体に近づくにつれて炭酸濃度が低く場合には，同化パイプ内の海水を静止させた一定時間なり酸素濃度が高くなるような拡散境界層(浪度勾配)(5分)の聞に光合成を行わせた後に光源を消して海が光合成速度を制限するものと考えられる。スサピノりの葉状体を囲む CO2境界層と O2境界層の存在で薬水を循環させ，閉鎖系内の酸素増加量を測定した。
業齢の異なるスサピノリの葉状体を用いて 3回測定

状体近辺における CO/C0202)が2に対する O2の比 (した結果，光合成による酸素発生速度は海水の流速の/C0大きくなり，細胞内の 022比も大きくなりうる。

増加に伴って増加し，流速 3cms‑1以上で飽和に達2比が高まれば， Rubisco (リ細胞内において 02/C0することが明らかになった (Fig.
3)
。また，流水中のプロース 1，5ーニリン酸カルポキシラーゼ・オキシゲ

スサピノりの最大光合成酸素発生速度 (1.8‑2.0μmolナーゼ)のオキシゲナーゼとしての活性が高まり，カ02cm‑2h‑1)は止水の場合より約 2倍速かった。光合ルボキシラーゼとしての活性が低下して光合成効率が成を制限する流速条件下では，光合成の進行に伴い，悪くなる。それ故，流水の流速が遅い場合には光合成Light onO2..
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ゆ勿m2f2者では業と葉の聞に乱流が生じやすいが，薄い葉状体xである後者では葉状体の上に層流が生じやすいものと••考えられる。流速が海藻の光合成に及ぼす効果は乱流
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か層流によって異なるものとされている(Wh1980)。また，海藻の群溶の光合成生産に及ぼす海水︒
一ュ.
εoNO εca工﹄N・xx399の流れの影響は藻体の形態以外に群落の構造，その周囲の海底の地形及び波の強さによって異なるものと考えられる。
2sCO0‑1cm‑ヘ2 と O2の拡散係数は空気中では約 12S‑1 である (水中では1.7と 2.
4X 10‑5cme.
g.Wheeler1980)。これは生物体の内部と外部とのガス交換に及ぼす CO2と O2の境界層の影響は，水生生物の場合のO方が陸生生物より遥かに大きいことを意味する。このo24

ような CO2と O2の境界層の厚さは水の流速の増加に6したがって薄くなるから .CO2と O2のガス交換を伴C
urrent Speed (cm 5・1)

arpenterう水生生物の代謝は水流の影響を受け易い。 CFig.3. Relationshipoflight‑
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peed. Measurementswerec
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速度が低いものと考えられる。海水の流速が速くなる

etal.(
1991)は珊瑚礁内の藻類の一次生産力が流速の増加とともに (16cmS‑1 まで)増加したと報告している。流れは藻類の光合成に影響する以外に，その呼吸と栄養塩の吸収にも影響する。 SchumacherandWit‑
Oedogoniumkurzi
ふ， 珪藻
ford(1965)は，淡水産の緑藻 (ιtinali・ふ貧藻 (Tri伽 emamonochlorum.陥 町 伽a(Eunotiat̲ornithocethala)及 び 紅 藻 (Batrachostermummacrostorum)につれてスサピノり葉状体を囲む CO2境界層と O2境の暗呼吸及びリンの吸収は流水 (18cmS‑I)の方が止界層が薄くなり，葉状体表面における 02/C02比が海水より著しく速いと報告している。 RiberandWetzel

水のそれに近づき，流速 Oの場合に比べて小さくなり，(1987)は付着珪藻群落の代謝が水の流速によって影響細胞内の Rubiscoのカルポキシラーゼとしての活性がされることを報告している。また，藻類以外に珊瑚虫高まる。光合成速度が飽和する流速の下では禁状体表類の呼吸速度も流速によって影響されることが報告さ/C02比は海水のものと同様であり，拡面における 02Patterson叩 dSebens1989)。
れている (散境界層による影響を受けなくなるものと考えられる。

海藻類はほとんどの波や潮流による機械的なドラッ

Wheeler(1980)は.Macrocystis紗 riferaの光合成速度グ(drag)に耐えられ，藻体に形態的なダメージを与が閉鎖系内の海水の流速の増加に伴って増加し，流水える海水の流速は 80cmS‑1 以上だとされている中の最大光合成速度は止水での 4倍以上になることを(She
拍 andHambrook1988). POψhyra伽 eraKjellmの報告している。紅藻 Coelothrixi"egularisの光合成速度

成長は富栄養下では流速 5cms‑1で貧栄養下では 30は流速の増加に伴って増加し. 4cαms‑1で飽和に達しcms‑1で最大に達したと報告されている(松本 1959)。

たと報告されている (ρC訂ar戸pe
町n阻te町町retal.
1991).
。これは本Sargassummuttcumの生産力は栄養塩無添加の海水では実験で得たスサピノりの光合成飽和流速 3cms‑

流れが十分速ければ栄養塩を添加した静止の海水での近い。高(1991)は開放系(f1ow‑through)でウミトラGellenbechandChapman
場合と同程度であった (ノオの光合成酸素発生速度と流速との関係を調べ，流1986)。これは流速が十分速い場合に栄養塩濃度が低叶‑速が 2倍 (0.
5‑1.0cms‑うになると酸素発生速度はくても海藻が十分な栄養塩を獲得できることを示唆し40%ほど増加すると報告している。スサピノリに関すている。海藻が固着することによって得る利点としる今回の測定は閉鎖系で行われたが，開放系でも類似て，海水の流速が十分速ければその成長が低栄養塩濃した結果が得られると考えられる。ウミトラノオとス度によって制限されにくいことと，光合成に伴うガス

サピノリを比較してみれば，海水が藻体を流れるとき交換が水の動きによって促進されることが挙げられに，線形の棄を主枝また側枝にいっぱい付けている前る。また. Wheeler(1980)は，海水の流速が速い場合

400

Gao，K.，Aruga，Y.，Asada，K.，Ishihara，T.，Akano，T.andKiyohara，M.には M
acrocystispyrijもm の光合成速度を最大に逮させるのに高い炭酸濃度が要求されることを明らかにした。
高濃度の CO2を添加してスサピノリの生産力を高めるため，速い流速が要求されるものであろう。ノリの養殖場ではノリ養殖筏の下方で CO2を通気すれば，深所の海水の upwellingをもたらすので深所の栄養塩の利用と群落内の流れが促進されるから，生産量を高めることは可能であるし，養殖場を外洋へ広げることも可能と考えられる。
地球温暖化に対する関心が高まっている中，光合成生物のパイオマスを生物燃料に変換する研究開発が行われている(例えば，米国のハワイ自然エネルギー研究所では深海の低温海水を汲み上げ温度差発電を行いながら，深海の海水の豊富な栄養塩を利用して大量生産した海藻のバイオマスを燃料に変換するプロジェク
トが進められている)。光合成生物(例えば，ノリ)のバイオマスが食物または燃料として利用された時に生じた CO2はそのパイオマスに固定されていたものであるので ，CO2 の収支は Oであるから，大気のCO2濃度に影響しない。化石燃料が有限であることと，その使用に伴い地域と地球環境問題が深刻化しつつあることから，環境的にも経済的にも適した新エネ
ルギーを鑑定し開発しなければならない。

謝 辞
著者らはスサビノリのフリー糸状体 (ZGRW)を提供して下さった東京水産大学名誉教授の三浦昭雄先生に感謝の意を表する。

文 献Carpenter，R.C.，Hackney，J.M. andAdey，W.H.
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[高坤山， 530大阪市北区中崎西 2‑3‑39 関西総合環境センター (presentaddress:Universit
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nstitute，2540 Dole Street，
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Honolulu，HI96822，
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関西電力総合技術研究所]