Topic outline

  • 海洋生態学実習 1: 海洋環境と植物プランクトン

  • 【到達目標】

    • 　海洋生態系における物質循環（食物連鎖（網））の出発点は植物プランクトンである。そのため、植物プランクトンの分布や光合成を制御する因子を調べる事は、海洋生態系の更なる理解および地球温暖化を含めた気候変動を予測する上で大変重要である。植物プランクトンの光合成において光や栄養塩（窒素、リン、ケイ素）は必要不可欠な要素である。特に、水中に入った光は、水分子、 懸濁物質、 有色溶存有機物など様々な物質によって吸収されるため、 水深が深くなるにつれどんどん減衰していく。そのため、陸上と比べて、水中内の光環境は暗い。

      　植物プランクトンは効率良く光を吸収するため、また強光の際には自身を保護するために、クロロフィル類、カロテノイド類、フィコビリンなど様々な色素を有している。植物プランクトン種の違いによって有する色素は異なるが、全ての植物プランクトン（例外1種あり）は「クロロフィルa」という色素を必ず持っている。そのため、この色素は植物プランクトンの現存量を表す指標として、世界中で測定されている。

      　今回の海洋生態学実習では、基本的な海洋観測の手法と採水方法、蛍光光度計を使ったクロロフィルa濃度の測定を会得する。また、簡単に顕微鏡観察を行う。 班毎に異なる地点で観測、その後測定をおこない、 後ほど班毎のデータを付き合わせることで、海洋環境とそこに生息する植物プランクトンとの関係を考察し、理解を深めることを目標とする。

  • 1. 海洋環境の測定，海水の採取，植物プランクトン採集（船上での作業）

    • ・準備するもの（実習スタッフで用意します）

      観測野帳とクリップボード、鉛筆、透明度板、CTDセンサー、ひもつきバケツ、クロロフィル測定用採水ボトル、プランクトンネット（目合い20 µm）、プランクトンネット用採水ボトル

    • ・船上での作業手順

      1.       調査地点で船が停止したら, 以下の項目を観測野帳に記録する.

      ◎日時, 到着時間, 観測点の名前
      ◎緯度と経度（船のGPSで確認）
      ◎水深（船の魚群探知機で確認）

      2.       透明度板（Secchi disk）を使った透明度の測定

      透明度板を使った、透明度深度測定の動画


       

      透明度の測定が終わったら、観測野帳に記録する．

    • 3.      CTDセンサーによる水温・塩分・クロロフィル蛍光の鉛直分布の測定

      海の成層化と混合について理解を深める（原理についての動画）

       

       

      CTDを使った海の水温・塩分の鉛直プロファイルの測定（動画）


    • 4.       表面採水用バケツを使った表層水の採水

      採水ボトルは3回共洗いしたのち，満水にする．採水後はボトルをクーラーボックスへ．

       

      5.       ニスキンX採水器を使った底層もしくは亜表層クロロフィル極大（SCM）付近の採水

      採水ボトルは3回共洗いしたのち，満水にする．採水後はボトルをクーラーボックスへ．

    • 6.  　プランクトンネットを使った植物プランクトンの採集

      採水後はボトルをクーラーボックスへ．

  • 2. 植物プランクトンの現存量〜クロロフィルa濃度の測定

    • 船上にて採取した海水を実験室に持ち帰り分析を行う. 今回は, ターナー蛍光光度計（Model 10-AU, Turner designs）を用いた定量法により定量を行う（Welschmeyer, 1994）. 植物プランクトンの色素抽出には有機溶媒であるヂメチルホルムアミド（DMF）を用いる（Suzuki and Ishimaru, 1990）.  

      クロロフィル蛍光の原理（動画）

    • 用意するもの

      　船で採取した海水、 メスシリンダー、 ろ過機、吸引ポンプ、 真空ゲージ、 ガラス繊維フィルター（GF/F、口径ca. 0.7 µm、 直径25 mm）、 ピンセット、 ザルスタットチューブ、 ガラスチューブ（10 ml）、 ラベル用シール、 DMF、 Turner蛍光光度計、 実験用手袋

    • ろ過の手順

      1. ピンセットを使い、フィルター（ガラス繊維）をろ過器にセットする。
      2. 採水ボトルの海水をそれぞれのろ過器に全て注ぎ入れ、海水を減圧濾過する（0.013 MPa以下）。
      3. ろ過が終わったら、直ちにろ過海水をろ過器の縁に注ぎ、壁面に残っている粒子もろ過する。
      4. ろ過が終わったフィルターを、ピンセットを使って折りたたみ、ろ紙で軽く挟み水分を取り除く。
      5. フィルターをDMF6 mlが入っているザルスタットチューブに入れ、やさしく良く撹拌する（注：DMFは、有害なので皮膚等につけないように必ず手袋をする。手に付いたらすぐに洗い流す）。

      測定の手順

      1. Turner蛍光光度計の電源を入れる（分光装置はランプ光源を安定させるために、 試料測定30分から1時間前までに必ず立ち上げる。上記のろ過作業の前に電源を入れておくと良い）。
      2. Turner蛍光光度計にてセカンダリーソリッドスタンダードのHighレンジとLowレンジの蛍光値を測定し、装置のコンディションを確認する（これは最初の班のみ行う）。問題なければ次に進む。
      3. ザルスタットチューブ内の溶液をガラスチューブへと移し変える。
      4. ブランクとして、DMFのみをガラスチューブに入れ、ターナー蛍光光度計にそのガラスチューブをいれ蛍光値を読み取る（BLANK）（これも最初の班のみ）。
      5. ガラスチューブをターナー蛍光光度計に入れ、 その時の蛍光値を読み取る（F）。

    • 計算方法

      ◎クロロフィルa濃度（mg/m3）

      Chlorophyll a (mg/m3) = 0.164 × (F – BLANK) × v ÷ V                                                   (1)

      　　0.164: 既知のクロロフィルa濃度とその時の蛍光値との間の傾き（いくつかの希釈系列を作って求める.。それぞれの装置この値は少し違うので注意。ここでは2020年3月に行なった校正値を用いる）。

      　　v: クロロフィルa抽出に用いた有機溶媒量（6 ml）
      　　V:       濾過した水の量（138.5 ml）


  • 3. 植物プランクトンの観察と同定

    自分たちの班で採取した検鏡用サンプルに、どのような植物プランクトンが出現するかを顕微鏡で観察する（1時間くらい）. サンプルに含まれる植物プランクトンを出来るだけ多く同定する。プランクトン図鑑などを用いて、種名までわかるものは種名まで、属名までわかるものは属名まで、それより上位の分類群までしか同定できないものはそこまでを同定し、その結果を採集地点毎に黒板に記入する。

    データをもとに、 以下に示すJaccard係数にて計算することで各観測点の類似度を計算し、さらに、その類似度からクラスター解析を実施してデンドログラムを作成してみよう。

    •                                                                                                                  (2)

  • 4. 結果のまとめ，レポートについて

    • 調査地点の違いによる環境要因および植物プランクトンの現存量を比較できるように、 自分たちのデータを黒板に記入しよう。

      1. 緯度・経度
      2. 水深
      3. 透明度（m）
      4. 水温
      5. 塩分
      6. クロロフィルa濃度

      　レポートでは、まず黒板に記入された情報を、論文の様に地図、表、図などにして、取りまとめてみよう。どれを図にするか表にするかなどは、レポートの文章と合わせて、どの様に書くのが一番読者に伝わるのか、を意識して作成してみよう。得られたデータの相関などを調べて、それも加えて結果で示したり、考察しても良いでしょう。最終的には、クラスター解析の結果も踏まえて、クラスター解析の結果が何によって反映されているのかなどを、水温・塩分などの物理データから総合的に捉え、考えられることを思い切って考察してみましょう。

  • 参考図書

  • 【関連するまとめコース】

     厚岸臨海実験所