Journal of Fisheries Technology，4（2），51–55 ，2012

水産技術，4（2），51–55 ，2012

原著論文

白色発光ダイオード（LED）を用いた餌料用微細藻類の培養
石川1,2

卓 * ・磯和1

潔*Cultivation of Microalgae for Live Food under White Light–emitting Diodes (LEDs)
Takashi ISHIKAWA and Kiyoshi ISOWA
We grew Pavlova lutheri and Chaetoceros neogracile under white light-emitting diodes (LEDs) or fluorescent lamps as artificial light sources. Cell density and size were measured with a particle counter following
culture in a 3-L flask or a 30-L water tank. There were no significant differences in cell density, maximum
specific growth rate, or cell size between the cultures under the LEDs and those under the fluorescent lamps.
However, the LED lasted longer and consumed less electricity than the fluorescent lamp. Because their low
power consumption saves on electricity costs, LEDs are useful as sources of artificial light for cultivation ofmarine microalgae.

2011 年 7 月 15 日受付，2012 年 1 月 24 日受理
アコヤガイやカキなどの二枚貝の餌料には，浮遊珪藻用できる商品も市販されるようになった。また発光ダイやハプト藻などの海産微細藻類が幼生飼育や成貝の成熟

オードは蛍光灯に比べて低い電圧でも点灯し，赤外光を促進に利用されてきた 1）, 2）。これらの微細藻類は一般に含まないため発光面からの輻射熱が少ないことなど，餌室内で培養され，培養時間の短縮や省エネルギー化のた料に用いられる微細藻類の培養光源として発光ダイオー

めに蛍光灯や高圧ナトリウムランプなどの人工光源によドを導入することによって照明装置の使用電力を抑える

3）や光が効率よく照射される培養容器の形だけでなく，培養液の水温上昇の軽減効果も期待され状が検討されてきた 4）。また，これら餌料に用いられるる 9）, 10）。野菜の栽培では発光ダイオードを使用した研究

微細藻類の至適培養水温は 20 〜 25℃が多く，培養液の例は多く 11）, 12），農業分野ではサラダナや四季成り性イ5）, 6），チゴの栽培など，実用化も進められている 13）, 14）。しかし高水温耐性株の選抜育種も行われてきた 2）。一方，大量ながら，餌料として使われる微細藻類（以下，餌料用微培養には十分な光量が必要なため高圧ナトリウムランプ細藻類）への利用には，波長域や光量に関しての研究例と太陽光の併用などが行われている。しかし，十分な光があるものの 7），実用化に関する報告は少ない。発光ダ量を照射することによって培養液の水温が上昇し増殖をイオードを用いた餌料用微細藻類の培養を実用化するに抑制する要因となっている 7）。近年，従来の人工照明には，価格が高く，専用の照明器具を必要とする植物培養替わる新たな光源として発光ダイオード（light emitting

用の発光ダイオーではなく，低価格で導入できる一般照diode）の利用による微細藻類の増殖が検討されるよう明用の直管型発光ダイオード照明の利用が期待される。

る照射方法

水温が 30℃を超えると増殖阻害や枯死が起こるため

7）, 8）。特に白色発光ダイオードは近年の目

本研究では一般照明用の直管型発光ダイオードを光源と覚ましい普及に伴い低価格化が顕著であり，従来の直管して，三重県栽培漁業センターで実際に行っているアコ型蛍光灯に用いる照明装置を簡単な配線の変更だけで使ヤガイの餌料生産方法 1）に即して微細藻類の培養を行い，になってきた*1 財団法人三重県水産振興事業団 三重県栽培漁業センター〒 517-0404 三重県志摩市浜島町浜島 3564-1
Mie Prefectural Fish Farming Center, 3564-1 Hamajima, Shima, Mie 517-0404, Japan.
t-ishikawa0518@gmail.com*2

三重大学大学院生物資源学研究科— 51 —

細胞数，比増殖速度，細胞粒径について知見を得た。まlutheri（以下パブロバとする）と Chaetoceros neogracile（以た蛍光灯を光源にして培養した従来法と比較することで，下キートセロスとする）である。試験は 2010 年 10 月 8

発光ダイオードを用いた微細藻類培養の実用化の可能性

日から 2011 年 1 月 6 日にかけて，フラスコ，パンライトについて考察した。

水槽ともに LED と FL を対にして 2 水槽ずつを 3 回，合計 6 水槽の繰り返し試験を行った。LED，FL の各 6 水槽の最大比増殖速度および測定最終日の細胞数を 2 標本

材料と方法

t 検定により比較した。また F 検定により 2 群が等分散光源光源として白色発光ダイオード（20.1 W，40 形 LX-とみなせない場合は Welch 法を用いて検定を行った。

372RS-6400 株式会社 ESL 製 , 発光ダイオード 372 個：株式会社豊田合成製，以下 LED とする）およびこれまでフラスコによる培養試験 1ℓフラスコで前培養した株

三重県栽培漁業センターで餌料用微細藻類の培養に利用を 2 分し，LED もしくは FL を光源にして，パブロバでしてきた一般照明用の白色蛍光灯（40 形 3 波長形昼白は 3.5 〜 4.2 × 105 cells･mℓ-1，キートセロスでは 4 〜 6

色 FLR-40S-EX-N/M/36-H 36W 株式会社東芝ライテック

× 105 cells･mℓ-1 となるように，3ℓフラスコにそれぞれ製，以下 FL とする）を用い，両者の比較を行った。用接種した。培地には，ろ過海水をオートクレーブ高圧滅いた LED は蛍光灯とほぼ同じ形状（長さ 1198 mm，直菌（121 ℃，20 min）した後に，栄養塩として KW-21（終径 30 mm，370 g）であり，簡単な配線の変更のみで従来

濃度 1mℓ･ℓ-1：株式会社第一製網製）を加えた。キーの照明装置を利用できること，照射する光はほとんどがトセロスには，さらにゲルカルチャー（終濃度 2g･ℓ-1：700nm 以下の可視光であり，赤外線輻射がほとんどない株式会社富士シリシア化学製）を加えて，総量を 3ℓとため培養液の温度上昇を抑える効果が期待されることかした。1mℓあたりの細胞数と細胞径は培養開始日より 24

ら本製品を試験に用いた。培養は室温を 20℃に設定し，時間おきにコールターカウンター（マルチサイザー 3，24 時間連続照明し，光源から培養容器までの距離を一定

株式会社ベックマン・コールター製）で測定し，最大比にして，通気により培養液の攪拌を行った。ファイバマ

増殖速度（day-1）を求めた。測定した粒径範囲は，パブルチチャンネル分光器 USB4000（Ocean photonics Inc. 製）

ロバでは粒径 3.4 〜 7.0 µm，キートセロスでは粒径 4.0にコサインコレクタ（CC-3）を接続し，OPwave+（ver. 1.48,〜 8.0 µm とした。測定期間はパブロバで 7 日間，キーOcean photonics Inc. 製）を用いて，ポリカーボネート水トセロスで 5 日間とした。

槽を設置した（図 1 B）棚で LED，FL それぞれの照明装置の中央部の，高さ 25 cm，側面から 20 cm 離した

ポリカーボネート水槽による培養試験

LED もしくは位置で 400 〜 700 nm の波長範囲の放射照度と光量子束FL を用いて 3ℓフラスコで前培養した株を 2 分し，LED密度を測定した。フラスコ（容量 3ℓ直径 200 mm，高もしくは FL を光源にした円形ポリカーボネート水槽（容さ 370 mm）を用いた培養試験では 2 本の LED もしくは量 30ℓ）による培養試験を行った。また，前培養に用FL を側面から照射した。ポリカーボネート水槽（容量いた光源別に増殖を記録し，前培養に用いた光源の影響

30ℓ，直径 360 mm，高さ 307 mm）を用いた培養では側も調べた。試験は，円形ポリカーボネート水槽にパブロ

面から 4 本，上面から 2 本，合計 6 本の LED もしくはバでは 2 × 106 cells･mℓ-1，キートセロスでは 2 〜 3 ×

FL の光を照射した（図 1）。消費電力計（ワットチェッカー

106 cells・mℓ-1 となるように接種した。培地には，ろ過

Plus TAP-TST7 株式会社サンワサプライ）で LED，FL海水に KW-21（終濃度 0.4 mℓ･ℓ-1）を加えた。また，キーそれぞれ 16 本の，30 日間の消費電力量を測定した。供試

トセロスにはこれにゲルカルチャー（終濃度 1.0 g･ℓ-1）

藻類は三重県栽培漁業センターで単種培養中の Pavlovaを加え，総量を 20ℓとした。試験開始より 24 時間おきにパブロバでは 8 日間，キートセロスでは 7 日間，コーA

B

ルターカウンターで 1 mℓあたりの細胞数および細胞経㪊㪐㩷㪺㫄を測定し，最大比増殖速度（day-1）を求めた。測定した
粒径範囲は，パブロバ，キートセロス共に 3ℓフラスコ㪊㪍㩷㪺㫄㪊㪐㩷㪺㫄㪉㪇㩷㪺㫄㪉㪋㩷㪺㫄結㪈㪋㩷㪺㫄࿑

での培養試験と同様とした。

果䋱㪌㩷㪺㫄

㪉㩷㪺㫄

光 源 LED および FL の波長 400 〜 700 nm の相対分光㪉㪌㩷㪺㫄㪉㪇㩷㪺㫄

エネルギー比を図 2 に示した。照明装置の正面 20cm に

図 1．白色 LED および FL の配置
A：3ℓフラスコ，B：30ℓポリカーボネート水槽
٤○：光源

おける波長 400 〜 700nm の光量子束密度は，LED で 86.5µmol･m-2･s-1，FL で 76.4 µmol･m-2･s-1 であった。LED お
よび FL の 30 日間に使用した電力量は，LED で約 180— 52 —

また粒径の最頻値は，パブロバでは 1 日目に最大となり，⋧ኻಽశ䉣䊈䊦䉩䊷Ყ 䋨 䋩⋧ኻಽశ䉣䊈䊦䉩䊷Ყ 䋨%䋩

A

2 日目以降は小さくなる傾向が見られた。一方，キートセロスでは試験期間中の細胞粒径の最頻値に明確な変化はなかった。パブロバ，
キートセロス共に LED と FL では，増殖に対する差はなかった（図 3C, D）。最大比増殖速度の平均値は，パブロバでは LED で 0.90 ± 0.06 day-1，
FL で 0.85 ± 0.04 day-1，キートセロスでは LED で 1.30

B± 0.07 day-1，FL で 1.25 ± 0.12 day-1 であった。パブロバ（p = 0.14），キートセロス（p = 0.20）であり，共に最大比増殖速度に有意差はなかった。
ポリカーボネート水槽による培養ᵄ㐳 (nm)ᵄ㐳 ( )࿑࿑

パブロバの平均細胞密度は，8 日目において LED で 16.1 × 106 ± 2.0 × 106

図 2．白色 LED および FL の波長特性
LED：A, FL：B

cells･mℓ-1，FL で 15.7 × 106 ± 1.7 × 106 cells･mℓ-1 であり，有意差はなかった（p = 0.34）。7 日目のキートセ

kWh，蛍光灯で 386 kWh であった。1 日の平均使用電力ロスの平均細胞密度は，LED で 12.7 × 106 ± 2.1 × 106

は LED で 6.0 kWh，FL では 12.9 kWh と，LED と FL でcells･mℓ-1，FL で 14.3 × 106 ± 2.9 × 106 cells･mℓ-1 と有は 6.9 kWh の差があった。照明装置の表面温度は，LED意差はなかった（p = 0.15）。ポリカーボネート水槽によで 24 〜 25℃，FL で 30 〜 40℃であった。

る培養においても，フラスコによる培養と同様に，パブロバ，キートセロス共に光源の違いによる細胞密度の差

パブロバの平均細胞密度は，7 日はなかった（図 4A, B）。また，それぞれの粒径もパブロバ，目 に お い て LED で 15.8 × 106 ± 5.3 × 106 cells･mℓ-1，キートセロス共に LED と FL との間に差はなかった（図フラスコによる培養
66-1

FL で 16.1 × 10 ± 12.4 × 10 cells･mℓ となり，有意4C, D）。最大比増殖速度は，パブロバでは，LED で 0.66差はなかった（p = 0.26）。キートセロスの 5 日目の平均± 0.15 day-1，FL で 0.67 ± 0.07 day-1 であった。一方，キー細 胞 密 度 は LED で 17.6 × 106 ± 3.5 × 106 cells･mℓ-1，トセロスでは，LED で 0.52 ± 0.07 day-1，FL で 0.60 ± 0.14

FL では 17.4 × 10 ± 3.4 × 10 cells･mℓ で，有意差はday-1 であった。ポリカーボネート水槽による培養でも，認められなかった（p = 0.46）。増殖率もパブロバ，キー最大比増殖速度はパブロバ（p = 0.37），キートセロス (pトセロス共に LED と FL 間で差はなかった（図 3A, B）。

= 0.13）であり，共に有意差はなかった。

⚦⢩ኒᐲ (105 ⚦⢩䊶ml-1)

66-1ABᤨ㑆 䋨ᣣ䋩ᤨ㑆 䋨ᣣ䋩ᤨ㑆 䋨ᣣ䋩ᤨ㑆 䋨ᣣ䋩D⚦⢩⋥ᓘ (㱘m)Cᤨ㑆 䋨ᣣ䋩࿑࿑ᤨ㑆 䋨ᣣ䋩

図 3．3ℓフラスコで培養したパブロバ（A）とキートセロス（B）の細胞密度およびパブロバ（C）とキートセロス（D）の細胞粒径LEDFL— 53 —⚦⢩ኒᐲ (106 ⚦⢩䊶ml-1)

ABᤨ㑆 䋨ᣣ䋩ᤨ㑆 䋨ᣣ䋩

D⚦⢩⋥ᓘ (㱘m)Cᤨ㑆 䋨ᣣ䋩ᤨ㑆 䋨ᣣ䋩

図 4．30ℓパンライト水槽で培養したパブロバ（A）とキートセロス（B）の細胞密度およびパブロバ（C）とキートセロス（D）の細胞粒径LED
FL

࿑

考

培養の光源として白色発光ダイオードの実用性が高いと察考える。

プランクトンや藻類の育成用の照明として発光ダイ

パブロバでは照度と細胞の増加量は比例することが知オードと蛍光灯を光源とした際の，植物体の成長比較やられている 6）, 19）。餌料用微細藻類の培養に発光ダイオー

目的に応じて光質の異なる発光ダイオードを組み合わせドを使用するにあたっては，効率的に光が培養容器に照15-17）。試射される形状の培養器や配置にすること，および照明器

験に用いたパブロバやキートセロスは緑藻とは異なり青具の改良でより少数の発光ダイオードでも十分な光量をること，および照射方法の改良も図られている

色側の 400 〜 450nm の波長帯と赤色側の 600 〜 650nm の確保する技術の確立が望まれる。発光ダイオードは蛍光波長帯で吸収効率が高いとされている 7）,18）。これに対灯に比べて光が拡散しないため，光源と水槽の位置を最して今回使用した発光ダイオードは植物育成用に開発さも効率的に光が照射できる位置に配置することなど，それたものではなく，一般的な照明用の光源である。分光の配光特性を理解しておく必要がある。一般に種苗生産分布は 490nm 付近で分光放射照度が小さくなるが，従の現場ではプランクトン培養に用いる蛍光灯の管理は厳来使用していた蛍光灯に比べて，増殖速度や細胞の粒径密に行われていないことが多く，点灯しなくなるまで使において差がなかったことから，蛍光灯に代わる光源と用される場合もある。発光ダイオードを用いた照明器具して実用化の可能性が示された。植物では，対象となには設計寿命が表示されている。これは全光束が初期全る植物の成長に適した分光分布の照明が用いられる 14）。

光束の 70%，または光度が初期光度の 70％に低下する

しかし，赤色の発光ダイオードを照明に用いると付着珪までの時間である。この後も蛍光灯のように完全に点灯藻の増殖が抑制されることが示されていること 17）から，しなくなるのではなく，点灯し続けるが光量は穏やかに

微細藻類の種によっては培養に適さない波長帯もある。

減少する。このため，発光ダイオードを植物プランクト二枚貝や仔稚魚の初期餌料を目的とした中小規模で餌料ン培養に利用する場合は，光量や点灯時間，プランクト用微細藻類の培養を行う施設では，同じ施設で様々な種ンの増殖率などを指標にして，現場に応じた交換基準を類を培養することが多く，特定の波長に特化した植物用設けておくことが必要であると考える。また，同じ青色の照明よりも低価格であり，広範囲の波長を持つ白色発でも蛍光灯と発光ダイオードでは分光分布が異なるため，光ダイオードは汎用性が高い。また，一般的な照明としキクの茎伸長に与える影響が異なることが報告されていての普及により今後の価格低下が期待できることなどをる 20）。微細藻類は，種によってクロロフィルが異なるた

考慮すると，種苗生産施設における餌料用プランクトン

め，光吸収スペクトルも異なる 18）。白色発光ダイオード— 54 —

は，蛍光灯との違いだけでなく，発光ダイオードのメー

6） CARVALHO A. P. and MALCATA F. X.（2003）Kinetic modeling

カーや機種間でも分光分布が異なるため，発光ダイオーof the autotrophic growth of Pavlova lutheri: Sutudy of the com-

ドを餌料用微細藻類の培養の光源として利用するには分

bined influence of light and temperature. Biotechnol. Prog., 19,

光分布を十分に理解した上で利用することが重要である。

1128-1135.

さらに実際の二枚貝飼育における餌料価値の評価を通し

7） 奥村裕弥（2008）水産種苗生産過程での餌料用海産性微細て，発光ダイオードで培養したプランクトンの栄養価に藻類の培養効率化に関する研究 . 北水試験報 , 73, 9-29.

ついても評価を行う必要がある。課題はまだ残されてい8） LEE C. G., PALSSON B. O.（1994）High-density algal photobio-

るものの，発光ダイオードは長寿命であること，今回のreactors using Light Emitting Diodes. Biotechnol. Bioengner, 44,

試験では使用した電力量が約 50％であったこと，さら1161-1167.に照射面への放熱が少なく，培養液の温度上昇を抑えら

9） 後藤英司（2005）LED の植物育成分野への応用 . 照明学会
誌 , 89, 142-144.

れることなど，省エネルギー化を進めるには有効な光源

10）許雷・早坂拓之（2010）LED 照明の発熱量に関する実測研究 .

であり，今後の活用が期待される。

日本建築学会大会学術講演梗概集 , 1159-1160.

謝11）菊川祥吉・森光尚廣・横山正春・河村友喜・光本真一（2008）

辞

カイワレダイコンの成長に及ぼす LED とオゾンの影響 . 照
明学会誌 , 92, 262-265.

本研究は国の緊急雇用創出事業に基づき（財）三重県水産振興事業団が実施した栽培・養殖業技術開発試験事

12）松本拓也・伊藤博道・白居祐希・白石斉聖・宇野雄一（2010）

業によって行われました。また，本論文をとりまとめる

光質がレタス成長と野菜中硝酸イオン濃度に及ぼす影響 .
植物光学 , 22, 140-147.

にあたり多大なるご指導，ご教授をいただきました，水産総合研究センター増養殖研究所，岡内正典博士に深く

13）箕田充志・福島志斗・恒次秀起・栗原勇次（2007）植物育成用 LED 光源の制御法 . 電気学会論文誌 , 127, 1249-1250.

感謝いたします。

14）渡辺博之（1994）LED で育てる野菜 . 照明学会誌 , 85, 222-文

224.

献15）村瀬昇・銭志亮・水口昭弘・水口千津雄（2008）白色 LED
1） 林政博・瀬古慶子（1986）アコヤガイの種苗生産について .

照射によるアマモ，ウミヒルモおよび不稔性アナアオサの三重県水産技研報 , 1, 39-69.

成長 . 海苔と海藻 , 74, 19-33.

2） 岡内正典（2002）海産魚介類の初期餌料用微細藻類の大量

16）村瀬昇・水口昭弘・水口千津雄（2008）LED 照明付き水槽によるアマモの成長 . 海苔と海藻 , 74, 34-37.

培養技術の開発 . 日水誌 , 68, 625-626.
3） 向阪信一・加藤元一・増田篤稔・洞口公俊・村上克介（2005）17）團昭紀（2003）発光ダイオードを使った藻類の培養 . 徳島

餌料用微細藻類培養のための光放射法 . 松下電工技報 , 53,20-25.

県水産研究所事業報告 , 77.
18）海洋生物学 2（1996）粒状物質の一次生成 , 東海大学出版会 ,89-97.

4） 中島幹二・奥村裕弥（2000）人工光利用による餌料用微小藻類 Pavlova lutheri の培養器大型化に関する考察 . 照明学

19）瀬古慶子（1985）Pavlova lutheri の培養における照度の影響

会誌 , 84, 502-506.

について . 三重県栽培漁業センター事業報告書 , 89-93.

5） UKELES R.（1961）The effect of temperature on the growth and20）清水浩・馬稚昱・田澤信二（2008）青色蛍光灯と青色 LED

survival of several marine algal species. Biol. Bull, 120, 255-

ではキクの茎伸長に与える影響が異なる . 植物環境工学 ,264.

20, 98-101.

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