裕基
渡邊
アマノリ類は，紅藻ウシケノリ科アマノリ属（Pyropia）に属する藻類で，内湾の汽水域から外界に面した沿岸まで,広く分布している。また，食用として天然物が採取されるとともに，日本，韓国，中国などでは大規模な養殖が行われ，主に板海苔などに加工がされている（菊地2012)。アマノリ類の生理生態に関する研究は1950年代から60年代にかけて多く報告されており，そこで得られた至適な生育条件等の知見は養殖技術の確立に大きく貢献してきた(Iwasaki 1961,右田1964, 1966, Dring 1967, Satomi et al. 1968, Miura 1988,菊地2012)。しかし、このような資殖技術の確立後の研究はほとんど報告されていない。そこで筆者らは，海藻類に対する光合成測定の手法として，新たに導入が試みられているパルス変調クロロフィル蛍光測定法（pulse- amplitude-modulated fluorometry,  PAM) という手法を用いて，ストレス応答のモニタリング指標の確立を目的とした研究を行ってきた。大型海藻を対象とした光合成研究では,プロダクトメーターや酸茶電極，Dissolved Oxygen (DO)メーターなどを用いて，光合成による酸茶発生量や呼吸消費量を測定した研究が多く報告され(横浜・前川1988,村瀬ら1993,芹澤ら2001),これらの知見は,至適な生育環境の把握のみならず，一次生産量の推定や，養殖技術の発展など、様々な分野で貢献してきた。一方、PAMはクロロフィル蛍光を利用する測定法であり，漢体を非破壊的かつ迅速に測定が可能なだけでなく，陸上・水中などのフィールドにおいても測定が可能であることから，陸上植物の他，藻類と共生したサンゴや海産種子植物など，様々な光合成生物を対象とした研究で活用されている（Winters et al. 2003, Campbell et al . 2006,  Watanabe et al . 2014b)。PAMを利用した測定では，光合成の最大量子収率を示すF /F mというパラメータが比較的頻繁に使用されている。詳しい原理については，本稿では省略するが，この測定は，光化学系IIに光エネルギーを与えた際に，光化学反応に利用されないエネルギーが熱ならびに蛍光エネルギーとして放出されることを利用したものである。このパラメータは測定が簡便なため広く使用されており，光化学系IIの機能低下の指標として，主にストレス応答の研究などにおいて使用されている（園池2009)。本稿では，この手法を用いた筆者らによる研究と，その他の研究例を紹介したい。
アマノリの異型世代交代と光合成特性の変化
大型藻類の多くはその生活史において,染色体数が単相(n)となる配偶体世代と複相（2n）となる胞子体世代を持つ。この世代交代には大きく分けて２種類あり，配偶体・胞子体の両世代がほとんど同型同大になる同型世代交代型と，一方の世代が大型，もう一方の世代が微小な形態になる異型世代交代型の生活史が知られている。アマノリ類は異型世代交代型の生活史を持っており，その形態は季節に応じて，大きく変化する。具体的に，秋季から冬季にかけては，巨視的な配偶体（葉状体）として岩場や貝殻上に生育し，春季から夏季にかけては微小な胞子体（コンコセリス）として、貝殻内等に穿孔生育する。そのため，一般的なアマノリ装殖では，カキ송上に付着させた胞子体を陸上施設にて育成し，その後の養殖網への種付けを経て配偶体の海面養殖を行っている。筆者らは，各世代の光合成特性の違いを最新の手法を用いて明らかにするため，アマノリ発殖で使用される，アサクサ/リPyropia tenera (Kjellman) Kikuchi, Miyata, Hwang et ChoiとナラワスサビノリPyropia yezoensis f. narawaensis Kikuchi, Niwa et Nakadaについて，水温に対するF JF mの応答を測定した（Watanabe et al. 2014a,  2016)。この測定では，アマノリ資殖にも使用されている株を佐賀県の研究機関から提供していただき、配偶体と胞子体それぞれの光合成活性を測定した。アマノリ類の光合成活性については，筆者らは以前にもアサクサノリの天然個体について，光合成に関する報告を行っていたが（渡邉ら2013)，Watanabe et al. (2014a, 2016)では，海面養殖を行っている配偶体に加え，カキ殻上に生育させた胞子体についても新たに測定を試みた。また，ナラワスサビノリについては，ＦJF，だけでなく，DOメーターによる光合成速度についても，世代間での違いを比較した。この測定により，配偶体のF,/F,は，アサクサノリとナラワスサビノリの２種とも８～ 20℃までの低水温に光合成の最大収率のピークを持つ右肩下がりの応答を示した。一方、胞子体では、アサクサノリは26°Cにピークを持つ緩やかな曲線の応答を示し，ナラワスサビノリ（図1)は明瞭なピークを持たずほぼ横ばいの応答を示した。また, DOメーターを利用した光合成速度の測定についても，この応答と概ね似た傾向を示していた。異型世代交代型の生活史を持つ海藻が，配偶体世代と胞子体世代で異なる温度特性を持つことはこれまでも報告されてきており(Bolton & Lüning 1983, tom Dieck 1992, Gevaert et al . 2002),筆者らの扱ったアマノリ類については,微小な世代が高いストレス耐性を持つことで，夏季の高水温を生存していると推察される。この測定による結果は，過去の培養・成長試験によっても裏付けられており、FJF」によ8月る光合成特性の評価という点で，有用な知見を供することができた。
乾燥、凍結環境下でのF/F 。とその回復について
次に，筆者らは実際の海苔養殖の工程中の光合成活性の変化についても研究を行った（Watanabe et al. 2017)。前述のように，日本の海苔養殖の基礎技術は既に確立されており，それを基に各地で広く発殖が行われている。地域によっても異なるが、海苔養殖は図２のようなスケジュールによって行われる。そして，その資殖中には，資殖網の冷凍保存や，潮汐を利用した干出処理，疫病対策の酸処理など，様々な工程が存在している。Watanabe et al . (2017)では、その冷凍保存に着目し，その工程中の光合成活性の長期的な変化について明らかにしたので，その内容を紹介する。まず，この粪殖網の冷凍保存が，具体的にどのようなものか説明をしたい。海苔の資殖期には，秋季に採苗から育苗，摘採まで一連の資殖を連続して行う秋芽（あきめ）網期と，冷凍保存をした網を冬季に解凍して行う冷凍網期がある。この冷凍網期に使用する養殖網は、秋季にまとめて育苗したものを、予備乾燥ののち冷凍保存したものが用いられる。そして，必要に応じて解凍して養殖網の交換が行われ３～４月まで葉状体の養殖が行われる。この冷凍保存方法の確立により，天候や病気の蔓延等による不漁のリスクを軽減することができる。 Watanabe et al. (2017)では，この間の光合成活性の変化に注目し，予備乾燥中，冷凍保存中，そして解凍後の光合成の最大収率の変化を，実際の養殖工程に準じてそれぞれ測定した。その結果，乾燥中のF √ F √は網干し開始時から急速に低下し，乾燥終了時には0.1前後と非常に低い値を示すことが明らかになった。その後，冷凍中および解凍後のFJ F mをおよそ２週間毎に測定した(図３)。冷凍中のF /F mは,乾燥終了時の約0.1からほとんど変化しなかった。一方，10分間および３時間の解凍後のＦ/Ｆにおいては急速な回復がみられた。これは，乾燥により脱水されることで，細胞内に水晶が形成されにくくなり，光合成機能が維持された結果によるものだと推察される。しかし，冷凍期間の長期化に伴い，時間あたりの回復量は徐々に低下していくことから，長期間の冷凍はその後の生長に影響を及ぼすことが示唆された。これらの結果は，生残率や培養試験などによる過去の報告とも概ね一致していた（右田1966)。また，ここには示していないが，一般的な冷凍期間である１～２ヶ月間の冷凍を経たのち，海面にて通常通り資殖を行った冷凍網のFJF 。は，秋芽網とほとんど違いは見られず，冷凍によるFJFmへの長期的な影響は確認できなかった（Watanabe et al . 2017)。このため，解凍直後のF ⁄ F nの回復は低下するものの，適切な冷凍期間であれば，時間の経過で十分に回復することが明らかとなった。このように，実際の養殖工程中の光合成の最大収率の変化を，具体的な数値で示すことができたことは，養殖藻体の品質の統一や，冷凍保存中の品質管理など，養殖技術の高度化に繋がる可能性がある。しかし，アマノリ養殖には他にも様々な工程が存在することに加え，天候等により毎年の状況は変化する。筆者らの研究で扱ったのは，そのごく一部のみであることから、今後もさらなる知見の集積が求められることは言うまでもない。
海外におけるPAMを利用したアマノリ類の研究
ここまで，筆者らが行ってきた研究を中心に紹介をしてきたが，最後に，国外での研究事例についても簡単に紹介したい。ここまで紹介してきたナラワスサビノリは，日本と同様に，中国や韓国においても養殖されているため，関連した研究も度々報告されている(Wang et al . 2011, Xu et al . 2012)。その他にも，中国で主に食用・養殖されるPyropia haitanensis (Chang & Zheng) Kikuchi & Miyataに関しても関連した研究が報告されている（Gao et al. 2013,  Jia et al. 2013)。例えば，Wang et al. (2011)は室内実験に基づき，乾燥耐性と凍結耐性について報告している。この研究では，中国の一部資殖場が直面する冬季の海水面の凍結による影響に焦点を当て，水分量や凍結温度，凍結期間，解凍後の回復などについて，光合成の最大収率の変化を測定している。測定の結果，藻体を− 2℃で24時間冷凍した場合，水分量が少ないほど，F JF ,は低下したが， – 20℃では，水分量にかかわらずFJF ,は大きく低下している。その一方で，1週間の冷凍保存後に解凍した場合は，水分量の少ない藻体のほうがF JF 。に顕著な回復が見られた。さらに，− 2℃と比べ， – 20℃のほうがより長期間の冷凍後も高いF¸/F nを示すことも報告されている。そして，これらの測定で得られた結果に基づき，海水面が凍結する前に，養殖網を乾燥させ– 20℃で冷凍保存し，海水が溶けた後に再開する方法を提案していえ。またその他にも，北大西洋沿岸の潮間帯に生育するPorphyra umbilicalis Kützingについても報告例がある(Green & Neefus 2014, 2016)。Po.umbilicalisは，食用として利用もされるため，北西大西洋沿岸などで養殖への導入が試みられている（Blouin 2007)。Green & Neefus (2016)では，生育に至適な環境を明らかにするため，温度や光条件などの複合的な環境要因による様々な影響について報告している。報告では, Po. umbilicalisの配偶体を対象に水温,光量,光周期を変化させ，その36通りの組み合わせについて，成長速度，F JF , 色素と蛋白含有量について測定を行っている。彼女らの測定の結果，FJF nについては光周期が12L： 12Dもしくは16L：8Dの場合，照射される光量の増加に伴い，その値が低下することが明らかとされた。また，培養期間が長くなるにつれ，F,/F,は低下する傾向があることも報告されている。そして，このような光合成収率の低下は，光による損傷を防ぐための防御反応を反映したものではないかと推察し，今後のさらなる研究の必要性について言及している。このように，産業が抱える問題の解決や，藻類の光合成を理解するための一つの手法として，PAMを利用した蛍光測定が，様々な種類，地域において試みられている。本稿では，アマノリ類への応用例に限定して紹介を行ったが，他の藻類に関しても様々な報告が行われている。今後の研究の進展にも期待したい。