京都大学ELCAS(エルキャス)

実施レポート

[基盤コース後期]地球環境科学II(微生物と環境)

2018年1月20日

  • 実施場所

    吉田キャンパス 本部構内総合研究5号館

  • 当日の講師

    宮下 英明 教授(人間・環境学研究科 相関環境学専攻 宮下研究室)
    舟川 晋也 教授(農学研究科 舟川研究室)

  • チューター

    宮地 新、西堀 洋平、今城 葉月

  • 実習の内容

    発表会に向けて実験データの整理とまとめを行い、発表資料の作成に着手した。

  • 今後のスケジュール確認
  • 実験データのまとめ
  • スライド作成法を学ぶ

活動を通して学んだこと

  • プレゼンテーションにおける効果的なスライドの作成について多く学ぶことができた。自分の知らないような方法を初めて知ることができた。また、今までの講座で学んだことを再び履修して再確認することができた。
  • 土壌の方では、今までの実験の結果から、土1kg当たりの窒素や炭素の量を計算したが、ブランクの値を引いたり、土壌中に含まれる水分や加えた水分を考慮しつつ、色々な単位に変換するのが複雑で、式を立てるのも大変だった。また、エクセルで多くの数値を入力して、上手に計算することを、あまりうまくできなかったが、先生が作ったシートを見ると、こうすればいいのかと、少し分かったので、今後、できるようになりたいと思う。吸光度は、ある波長の光が一つのセルをどのぐらい通過するかというもので、吸光度1の時、90%が通過し、10%が通過しない。Logだから、2だと、1%が通過しない。一般に藻類を培養する時には、レースウェイと呼ばれる池や円形ポンドが使われ、レースウェイは端にパドルが付いていて、水に流れを与え、円形ポンドは、直径10~20mで、支点からアームが伸びて、アームの先にはモーターとタイヤが、また、アームの下にはパドルがあり、全体を撹拌する。藻を培養する池は、水深15~20cm(=光が届く範囲)であるが、液体の濃度が高いと、表面の数mmしか、光が届かない。土は先にアンモニアを生成して、硝酸に変わるが、畑は、アンモニアが出てもすぐに硝酸化成が起こる。それは、畑の土では、窒素が余っていて、生物の体を作る炭素の方が足りないぐらいなので、窒素を呼吸に使い始めるからである。一方、森など、自然な状態で歯、硝酸化成が遅れ、アンモニアに追いつかない。それは、生物にとって、窒素は貴重なものであり、体のために使うものであるため、普通の営みである。これらの違いは、土の中の微生物の違いによる。藻から燃料を作ることが下火になっている理由の一つに、化石燃料が安すぎるということがある。藻から燃料は1,000円/Lで、灯油が100円/L程であるため、誰も買うはずがない。藻を初め、バイオ燃料が世界でブームになったのは、米国の海軍が、2020年までに基地や戦闘などの全エネルギーの50%を代替エネルギーにするという法律を作ったことがきっかけである。50%というのは、アメリカが輸入に頼っている資源の割合で、中東の情勢により化石燃料の輸入が止まると戦えなくなり困るからである。特に、ディーゼル燃料が必要なジェット機は、すでにあるエンジンのまま、原料を変更することになった。その候補に、ダイズ、コーン、ココナッツの種子や石炭もあったが、計画当初から藻を第一候補としてすることを意図していた。海軍がもから燃料を作ることを決めたのは、ある研究者が2007年に、コーンやダイズなど他の食物に比べ、藻は面積当たりにとれる油脂量が多く、海軍の目標を達成するのに必要な土地面積が現実的だと発表したからである。藻類以外の食物は、実用化され、商業的使用されているのだが、この藻に関するデータは、当時、藻類から油を作っている会社もなく、机上の計算に得られたものに過ぎなかった。このデータを示す数値を実際に得ようとする時、見合うだけの効果が得られないのであるが、海軍は、だまされてしまった。このように、政治好きな科学者は、社会を間違った方向を導き、操るような論文を書く。そのような例として、オスプレイ等に藻類燃料を使ったとの報告書があるが、この場合も、普通のエンジンに、少し、藻類燃料を加えて動作させただけで、発表されている。海軍の政策により、お金持ちの需要のために、ベンチャー企業は1000円/Lの燃料を作り始めた。海軍は、法律を作ってしまったので、高価でも買うしかなかった。日本にも基地があるので、日本政府にも燃料作りを要請したそうだ多、企業にとって、メリットがないので、作る企業はなく、米軍はわざわざ、藻類から作った燃料を運んできている。アメリカのベンチャー企業が撤退を始めたのは、大統領がオバマからトランプに代わったからでもある。オバマは、グリーンディール政策の他、環境保護にも主体的に取り組んでいたが、トランプは協定を離脱し、100円/Lで得られる燃料に1,000円をかけることもしない。よって、それを見込んで、世界の企業は、藻類の油をシャンプー他、化粧品、医薬品、医薬部外品などに使う方向に転換した。マスコミは、新しい科学技術で様々ことができるかもしれないと、夢のようなことを言う。しかし、実際に世の役に立つようになるには、ほど遠い。そのような理想と現実の乖離を埋めるための研究やどこにギャップがあるのかを探すことが、始まっているに過ぎない。例えば、藻から燃料を作ることは、光をあてて、培養して、燃料化するだけなので、容易であるとは言える。しかし、実用化するとなると、車1台走らせるのに、テニスコート1面分の池で1か月培養することになり、非常に効率が悪いだけでなく、手間とコストも膨大である。そこで、様々な面から研究のアプローチをすることになるが、環境面では、より多くの油脂を産生する生物を探したり、経済面では、化石燃料を値上げして、現在の藻燃料の値である300~500円/Lにして値上げ分を藻の燃料の値下げに使ったりすることができる。このように、マスコミの報道を批判的に見ることや、それを元に何ができるかを考えることをするのが重要だ。植物のiPS細胞は発見・開発されているのだろうか?というのも、藻の油が細胞壁から得られるのであれば、そのような植物の多能性細胞が得られたら、植物も分化するわけで、細胞壁ばかり作ることもできるようになるのではないか、と思うからである。ところで、プレゼン資料の作り方の講義では、とにかく聴いて頂く人への思いやりが大切で、その思いやりの心から、フォントを大きくしたり、色づかいを工夫したり、見やすい強調をしたりするということを学んだ。このことは、また、自分伝えたいことにできるだけ興味を持ってもらい、理解してもらうために、聴衆の脳に余計な負担をかけさせないということでもあった。相性のよいフォントの組合せを使うことや、スライドに番号を付けること、必要最低限の内容にすることなど、自分ができていなかったことは、とくにこれから意識したい。
  • 今までに実習してきた内容から考察を行なったり、疑問点について質問をしたりしました。藻類の油を抽出するとき、1Lからほんの少量しか取り出すことができないということを実際に身を以て体験したが、その測定値から実際に実用的な量を獲得するには莫大な量の藻類および培養する土地が必要であることを知りました。僕の藻類は1Lの培養液から0.028gの油を取り出すことができましたが、その効率で仮に50Lの油が必要となると培地を約143*10^4L用意しなければならず、また深さ20 cmのプールであると仮定すると面積は約7150m^2とサッカーコート1面分に相当する事がわかり、エコであるとしても実用化にはかなり程遠いという事を、計算上でも強く実感しました。また、土壌から発生した窒素をみる方では、実際に測定されたデータから、耕地よりも森林の方が落葉などの理由から土壌の中に易分解性有機物が多く、その為硝酸汚染が起こりにくいということがわかりました。このことから、森林のような土地では窒素固定が起こりやすいという事を理解することができました。最後にパワーポイントを作成する際の工夫するべき点や、その他気をつけるべきことをついてレクチャーしていただきました。高校で何回かパワーポイントを作成してプレゼンを行なったことがありますが、今回習ったことは知らなかったことが多かったので、次回までの宿題の作成を含め参考にしたいと思いました。合宿での発表の際に、パワーポイントを通して他コースの多くの人に自分たちが実習して学んだことをよりわかりやすく伝えたいと思いました。
  • 同じようにアンモニア態窒素の量が多かったとしても少なかったとしても二酸化炭素の量で土壌の様子の違いがわかる。
     藻類からバイオ燃料を作るとしたら、広大な土地が必要となり、コストパフォーマンスも悪く、よく売れる燃料を作ることができない。
    →技術的な面だけでなく、経済的な面から売れるようにする方法があるらしい。
     バイオ燃料が世界中でブームになった背景には、2010年の米国海軍のエネルギー戦略がある。
    →藻類からは従来の作物より多くの油が手に入るとする論文の影響を受けている。
    →お金のある機関がはじめたので、多くのベンチャー企業が生まれたが、その企業は大統領が代わったことをきっかけに撤退していっている。
  • プレゼンのポイントが今回の得られたものとして大きかったと思う。プレゼンをする機会は高校は勿論、進学先、就職先でもあるので今回の経験は有意義だと思う。実験のデータを処理することで実験全体の筋道が見えたので発表に繋げていきたい。
  • 実験の復習と計算、プレゼンの準備を行いました。藻類の実験結果からの試算では50リットルのバイオディーゼル燃料を作るには275862リットルの培養液が必要であり、それは深さ20センチメートルの培養地ではテニスコート5.3枚くらいの体積がいることが分かりました。とても非効率的なので今後もしこの燃料を使わなければならないとすれば、改良が不可欠であると思いました。後半に行った発表の仕方の講義では聴衆に分かりやすく伝える極意を教えてもらいました。せっかくたくさんの時間をかけてした実験なので聞いてくださるすべての人が納得できるような発表をしたいです。
  • 2つのグループに分かれて今までの実験の考察と質問等をした。私は藻類を担当した。自分が抽出した油をディーゼル燃料50ℓ分用意するには、どれほどの面積が必要か計算した。335m2だった。テニスコートに換算すると、約1.3枚だった。しかし、実験で得た値と実用化した際の値が近似するとは限らない。自然下で藻を培養するとなると不要な生物の混入や、天候不順など、成長を妨げる要因が多くある。単純計算通りの生産量にはならないだろう。また、藻の培養に長い時間を要し、その後の過程も複雑であるので大変効率が悪い。コストもかかる。実験室で藻類から燃料を作り出すことは可能だ。しかし、実用化され環境問題や、エネルギー問題を解決できるようになるには多くの課題が今もなお残っている。土壌では森林と耕地の土を扱い、呼吸量や硝化作用の活発さの比較を行った。やはり炭素同化では、土壌内の微生物の数の差によって値に差が生じた。森林は落葉するので微生物のエサが豊富だ。一方、耕地は作物がどんどん収穫されていくので微生物が少ない。そのため森林の呼吸量は大きな値となった。今まで、「土」という大きなくくりの中で考えており、それぞれの違いなどは意識しなかった。しかし、今回の実験結果を受けて、土の性質は環境によって変わる。微生物の量によって変わることを知った。田んぼやアフリカの赤土などはどうなっているのか、気になった。硝化作用を抑制することはできない。硝化作用によって作られる無機化窒素が、窒素に戻らず、土壌内に残ると、地下水等に流れ込水質汚濁に繋がる。今まで、肥料の与え過ぎは、なぜ環境に悪影響を及ぼのか疑問だったが謎が解けた。

2018年1月6日

  • 実施場所

    吉田キャンパス 吉田南2号館生物実習室2

  • 当日の講師

    宮下 英明 教授(人間・環境学研究科 相関環境学専攻 宮下研究室)

  • チューター

    佐藤 翼、西堀 洋平、今城 葉月

  • 実習の内容

    凍結乾燥した細胞の燃料化を試みた。凍結乾燥した細胞をヘキサン中で破砕し、藻体からTAGを抽出した。そのTAGをアルカリ分解し、燃料化して燃焼実験を行った。

  • 地球環境科学II(微生物と環境)_実習風景抽出作業①
  • 地球環境科学II(微生物と環境)_実習風景抽出作業②
  • 地球環境科学II(微生物と環境)_実習風景燃焼実験

活動を通して学んだこと

  • 今日がおそらく最後の実験だったので、自分が観察してきた藻から抽出した油を使って日を燃やすのをとても楽しみにしていたが、実際は期待していたほどではなく、残念だった。先生もおっしゃっていたが、藻から油を作ることは非常に効率が悪く、企業もやめているそうだ。もっと他の生物を探して実験して成果が得られたら、きっとジェットエンジンの燃料に活用できるのではないかとおもった。
  • 藻類はほとんどが水で、凍結乾燥すると重量が1/10ぐらいになってしまう。ヘキサンは油を溶かし出す有機溶媒で、他のエタノールなどの有機溶媒では、細胞膜成分も溶かし出してしまう。普通のバイオ燃料では、細胞質成分も含めて燃料に使う。トリアシルグリセロールは、そのままだと食用油で、燃料にならないが、KOH-メタノールで切断すると燃料になる。クロロホルムメタノールは、タンパク質も溶かし出してしまう。油は細胞壁にあるから、細胞壁がある細胞は、細胞壁を壊さないと、いくらヘキサンを入れても油脂を抽出できない。細胞壁を壊すには、圧力なべを使ったり、電子レンジに入れたり、超音波を当てたりする方法があるが、今回は物理的破砕でジルコニアビーズという硬い結晶を混ぜて撹拌した。油が赤くなる藻もあるが、それはサケの色素と同じ成分。油脂にKOH-メタノールを加えると、油脂が燃えやすい部分と燃えにくい部分に分かれるので、燃えやすい部分を燃料にすると油脂をそのまま燃料にするより、よく燃える。これは、オリーブ油にKOH-エタノールを加えて遠心分離した上澄みの燃え方を元のオリーブ油の燃え方と比べたことで分かった。藻から燃料が得られるのは、1リットルから数mg未満で、効率が悪く、アメリカの藻を燃料にするベンチャー企業はほとんど撤退した。日本でもブームは下り坂で投資はなくなりつつある。ブームの時、農林水産省、経済産業省、文部科学省がプロジェクトを立ち上げ、京大は農林水産省とやっていたが、農林水産省はもう撤退し、プロジェクトは経済産業省と一つにまとまり、文部科学省は筑波大学とやっている。しかし、筑波大学の人は余り幸せそうに研究していないとのことで、つまりは、藻類で燃料を作るのは難しい。ジェット機以外の燃料は電化できるが、ジェット機の燃料は電化できないので、バイオ燃料を作るのが大切になってきている。そういるわけで、ジェット機の会社は藻類で燃料開発することに投資している。藻を燃料にする際の効率を上げることが研究課題だが、その方法には、よく膩を作る生き物を探すことや、藻に咬合性させて、それを食べるカビに油を作らせることや、10倍速で藻が育つ培養法など、方法を探ることや、下水道を流れている有機物など、不要な有機物を再利用すること等がある。培養中にバブリングをして水が減るが、その際、滅菌した水を足していかないと、光を受ける面積が減るので、藻が作る油が少なくなってしまう。
  • 藻類から燃料を作るというのは夢のような話だが、現実的にはとても効率が悪く、実用にはまだほど遠いということ。藻類は緑色で、取り出した油も緑っぽい色をしているが、燃料にするとオレンジや橙っぽくなるのは、カロテロイドという色素が関係している。培養する際には、蒸発などして減った分だけ無菌の水を加える。 効率をよくしようと思ったら、有機物なども培養時に与えたらよいのではないかということだった。
  • 前々回に凍結乾燥した珪藻から実際に油脂を抽出して火をつけるところまでおこないました。凍結乾燥したものにヘキサンを加えてジルコニアビーズを使って攪拌して液状にし、遠心分離することで珪藻から油脂を分離させるという作業がかなり大変だした。パスツールピペットで上澄みを取るのはかなり難しかったです。1Lの培養液で珪藻を育てて、最終的に油を取り出せて火がついたときは嬉しかったし、微生物というとても小さな生き物から実用できる油が取り出せるのは驚きでした。ただ、1Lから取り出せた油はたったの0.3gほどでかなり効率が悪いということも実感しました。珪藻に関しての実習は今回で最後だったので、今回習ったことから効率化を目指した実験を行なっていくことが大切であると思いました。前々回の授業を欠席してしまったために凍結乾燥の作業を行うことができなかったのはとても残念でした。
  • 一ヶ月間培養した藻類を油にして燃やすという過程までを行いました。最初は1リットルもあったらペットボトル半分くらいの油ができるのではないかと思っていたのですがそんな甘い考えは虚しく、やくさじの表面に数滴乗るほどの油にしかなりませんでした。最近教科書に載るほど期待されているのに実用化がうまく進んでいない原因なのだと分かりました。また、私が培養したakita14という藻類は油を抽出した際赤茶色だったけど、他の人は黄色みがかっていたり燃やしたときの匂いが違ったりと藻のときは同じに見えるけど貯める油は全く別物なんだと不思議に思いました。藻はあまり油をたくさんためているわけではなかったけど最初に観察したときと比べて回りに透明なものがついていて油がたまっているのが目に見えて分かりました。昔はずっと”藻類って油貯めるからこれからの地球のエネルギーのためにもどんどん応用していったら地球温暖化はバッチリ防げるのかな?”と随分楽観的な考えをしていたのですが、この実験を通して簡単にはうまくいかないことがよくわかりました。これからのエネルギーのあり方についてはもっとみんなが関心を持って考えていかなければならないしもっと知ってほしいと思いました。
  • 今までの実習の結果が目に見える形で出てきた。自分が耳にする範囲での藻類燃料のイメージは効率がよく環境問題解決の糸口にもなる素晴らしいものというイメージしかなかったが、実際に1Lの培養液から燃料を取り出してみると全然燃料として取り出せず生物を使った燃料の難しさを実感した。ただ、課題があるということは決して悪いことではなくそのポイントをどう解決していくか、どんなアイデアがあるかを考えることが重要でまさに科学が進歩している実感があった。
  • 学校では習わないような実験器具等が出てきた。ナスフラスコは底がとても丸く面白い形だと思った。油を抽出しやすくするため細胞壁を壊すこと。壊し方は様々だが、今回はジルコニアビーズを用いて物理的に破壊した。ヘキサンを混ぜることで細胞内の油と混合する。そしてロータリーエバポレーターで沸点の低いヘキサンだけを除く。油脂だけを残す。算出された油脂量は約0.33gで、大変少ない子 ことがよくわかった。さらにその油脂からCO基を分離させる液体を加え遠心分離にかけた。すると上部だけが赤褐色になった。元は緑色の藻類だったので不思議だと思った。また、始め、凍結乾燥後の重量を測って見たとき、乾燥前よりを藻体が約3g軽くなっていた。水分量の多さを感じた。燃焼不可能な部分も吸収してしまったので少し重量は大きくなったが、最終的に採集できた燃料は0.1mlにも満たない量だった。燃やしてみるとすぐに消えてしまった。初めは一リットルほどあったので大変効率が悪いことがよくわかった。

2017年12月16日

  • 実施場所

    吉田キャンパス 農学部総合館 S-575

  • 当日の講師

    渡邉 哲弘 助教(地球環境学堂 陸域生態系管理論分野)

  • チューター

    宮地 新、武田 華生、今城 葉月

  • 実習の内容

    培養後の土壌から無機態の窒素を抽出し、吸光光度法により定量した。

  • 培養器
  • 分光光度計
  • 流れ分析装置

活動を通して学んだこと

  • 土壌の窒素がどのように変化したかを見る方法を学び、実際に測定等を行いどのようであるかについての実験を行いました。土壌はプラス或いはマイナスに帯電していて、そこにアンモニウムイオンや硝酸イオンという形で窒素は存在しています。それを塩化カリウムに溶かすことで、アンモニウムイオンと硝酸イオンを土壌から引き離すことができ、それによって土壌内にどれほどの窒素がどのような形で存在しているのかということを見ることができます。今回行った実験の中で最も驚いた事は、土壌の溶けた塩化カリウムを濾過したものにインドフェノールを溶かしその色の変化でどれほどアンモニア態窒素の量が測定できるというものです。吸光度で量を見るというのは今まで見たことのなかった方法だったので、とても刺激的で新たな知識を得ることができました。
  • 土の種類によって滴定に必要な塩酸の量が大きく異なっていたことから、含まれているH2CO3の量も大きく異なることがわかった。
  • ・NO3—は、カドミウムに触れると少し還元し、カップリング反応が起きて、N-ナフチルとスルファニルアミドができて溶液が赤色になる。・赤色の濃さで、亜硝酸態窒素の多さが分かる。赤色は補色の緑を吸収しているということだから、緑の吸光度で測定する。0-5 ppmのスタンダードの吸光度と比べれば、濃度を測定できる。・このジアゾ化カップリング反応を起こして濃度を調べる機械を使うと、1試料を測定するのに、10分、洗浄に90分と長い時間がかかる。この機械からの排水は、カドミウムを含むものがあり、分けて集められる。
    ・土は、プラスやマイナスに、様々に帯電していてNH4+やNO3—がくっつくが、KClで満たすことで、交換反応が起きて、NH4+やNO3—が溶液の液体中にでてくる。・ろ紙を蛇腹に折ると、ろ過が早くできる。・NH4+は、発色試薬であるインドフェノールA液、B液を使って定量することができ、溶液は青に変わる。この時、青色の補色である橙色の吸光度を調べればよい。・スタンダードで吸光度のグラフをかくと、y=ax(+b)のグラフになるが、濃度が濃いほど傾きは緩やかになる。・サンプルが濃いと、0-5 ppmに収まらず、レンジオーバーしてしまう。・直線の傾きは、一定とは限らないので、レンジオーバーすると測定できないので、サンプルを希釈して測定することもある。
  • 自分が担当した3と4の土(畑、黒ボク)は、インドフェノール法ではあまり青くならなかった。しかしお隣の1と2の土(両方ともに森林)は、とても青くなっていて驚いた。人の手が加わっていないからだろうか。 今回は作業の時間が長かったけっこう手際よくやれた。ひとつひとつの作業をすべての試験管に行ってから次の作業に移る、という方法は、使えると思う。 前回は滴定がうまくできなかったが、今回はうまくできた。コツはつかんだので、またやるとなってもできると思う。 フルオートで機械でやっても、六時間以上かかると聞いて、やはり研究とは時間と手間がかかるものなのだな、と思った。
  • 今回はまた今までに使ったことのない器具をつかったまだまだ使いなれていない器具があるなぁと思った。やっと、これまでの実習の結果が出てきていて、おもしろくなってきたなと感じた。
  • 前回設置した土壌の中にどれくらいNH4+やNO3-が含まれているのかを実験しました。比色法という方法で測ったのですがまさか物質の割合を光で求めるとは思っていなくてこういう結果へのアプローチの仕方もあるんだなぁと思いました。ppmという割合の単位も初めて聞きました。比色定量する前にインドフェノール法で色を出しました。その際森林土壌の試料だけ五倍に希釈したのでどういうわけでこの作業をしているのか考えると実験の結果より森林のデータは他のデータより明らかにNの割合が多く、希釈しないとデータが取れないことがわかりました。このような事も考えながら実験しないと行けないんだと学びました。

2017年12月2日

  • 実施場所

    吉田キャンパス 農学部総合館・吉田南2号館生物実習室2

  • 当日の講師

    渡邉 哲弘 助教(農学研究科/地球環境学堂 舟川研究室)
    宮下 英明 教授(人間・環境学研究科 相関環境学専攻 宮下研究室)

  • チューター

    宮地 新、西堀 洋平、今城 葉月

  • 実習の内容

    前回と同様に測定用のサンプルの準備をした。そのあと2週間後の炭素放出量を滴定によって算出した。また、1か月培養した藻類を回収し、遠心分離して湿重量を測定し、凍結乾燥機にかけて減圧吸引乾燥した。

  • 地球環境学Ⅱ(微生物と環境)_実習風景次回測定用のサンプル準備
  • 地球環境学Ⅱ(微生物と環境)_実習風景滴定の様子
  • 地球環境学Ⅱ(微生物と環境)_実習風景遠心分離の様子

活動を通して学んだこと

  • 中和滴定やモル数計算による有機炭素排出量の算出方法を学ぶことができた。また、種類によっては藻の変化が著しく、観察や遠心分離により、各々の特徴を知ることができた。
  • ・1mol/LのHClは、高価である・滴定の正しい所作は、左手で滴下の調節をして、右手でビーカーを振り、混ぜ続ける。・遠心分離機は危ない機会なので、中の回転する部分は、とても高価である(特に1つの金属から削って作り出されたものが高価である。)・遠心分離は、圧力を上げると時間を短縮できる。・油や糖等が多く産出されていると、遠心分離機にかけても分離されない。・便中の微生物は空気に触れると死ぬものがほとんどである。・カエルやサンショウウオの卵のジェル状のものの中に生息する藻類がいて、固有だと考えられていたが、どちらに生息する藻類も新種として発見された。日本のサンショウウオの卵にいる藻類がアメリカでも発見されたので、藻類も両生類と共に進化していると考えられる。・5℃で生きられる藻類や赤外線で生きられる藻類もいる。これらは、トヨタやデンソーで冬に油を作れないと効率が悪いと言われて、札幌で見つけた。
  • 土壌分野と藻類分野、2つの実験をした。土壌分野では呼吸量を調べるため中和滴定を行った。二酸化炭素が、水酸化ナトリウム水溶液に溶けると炭酸イオンになる。その炭酸イオンが溶けている量を調べると二酸化炭素量もわかるので中和滴定を行った。まず、濃度の高い塩酸を加えていき、細かい調節は薄い塩酸を加えることで行う。最終的に、HCO3、H2CO3にする。溶けたイオン量を検出するために中和滴定で、酸を結びつけていく方法は面白いと思った。藻類の分野では、遠心分離機を用いて培養した藻類を沈殿させ、それらを凍結乾燥機に入れた。藻類の中には遠心分離をしても中々沈殿しないものがあった。呼吸の時に糖を出しているのではないかという先生の話を聞いてそんな反応を起こすものがあるのだと、大変驚いた。
  • 土壌の計測と、滴定、細胞の遠心分離をした。滴定では二種類の指示薬を使った。フェノールフタレインは学校などでもよく扱うものだが、ブロムクレゾールグリーンは初めて使った。青から黄への変わり目が微妙で、感覚的だなと思った。細胞の遠心分離では、私の培養液は粘性があり、それは培養していたクロレラ・ソロキニアナが多糖類を放出していたからであるということを知った。さらに普通は窒素がなくなると藻類は緑色が抜けて黄色っぽくなるということも知った。そうならないのは、何かの機能があるからか、もしくはないからということらしい。そして、植物が光合成をして得たものはほとんどその植物に残らないと知って、驚いた。得たものはそのほとんどが何らかの形で植物の体外に放出され、それは陸上よりも海中のほうが顕著であるという。サンゴの減少が問題にされているが、それは単に魚の住処がなくなるといことでなく、海中の生態系におおきな影響を及ぼすためということらしい。サンゴの減少は、それまでに大きな問題であるということを知った。
  • 滴定という操作を初めて行った。高校に入ってから化学に関する実験をあまり行えていないと思った。1か月まえに培養を始めた藻類の濃度が高くなっていて、1か月という期間の長さを感じた。
  • 前半は土壌からどれくらいのCO2が放出されたのかを測定する実験をしました。前回どうして培養容器の中にNAOHを入れて置くのかよく分からなかったのですがNAOHに潮解性があり空気中のCO2を吸収してしまう事を知って一つ一つの実験の過程に意味があってそれをきちんと全部理解したいと思いました。藻類から油脂を取り出す実験では一ヶ月前に培養室に入れておいた藻を取り出して遠心分離機にかけて回収しました。私の藻にはどれくらい油脂が溜まっているのかとても気になりました。その後この藻を凍結乾燥する前に液体窒素に入れて浸したのですがどうして凍結乾燥する前に細胞を凍結させる必要があるのか疑問に思いました。また、研究室の中でサンショウオとカエルの卵の中に入り込む藻類や赤外線を浴びても生育可能な藻類を見せてもらいました。このようなマイノリティーな生物を見ると地球にはまだ私達の知らない世界があるんだと思いワクワクします。

2017年11月18日

  • 実施場所

    吉田キャンパス 農学部総合館 S575, S584

  • 当日の講師

    舟川 晋也 教授(地球環境学堂 陸域生態系管理論分野)

  • チューター

    今城 葉月、水島 洸、宮地 新

  • 実習の内容

    講義1時間、その後、土壌有機炭素・窒素の無機化課程を測定するためのインキュベーション実験の準備・開始。

  • 事前講義
  • 地球環境学Ⅱ(微生物と環境)_実習風景土壌試料の秤量
  • 地球環境学Ⅱ(微生物と環境)_実習風景土壌試料の分取

活動を通して学んだこと

  • 実験の準備の方法とそれに伴う土壌についてのレクチャーを受け、また実験準備を行った。今回の内容には化学が大きく関係しているが、僕は高校でまだ化学を習っておらず、かなり不安があった。しかし、実際に話を聞いてみるととても面白く、土壌についても全てとは言わずともかなり理解することができた。授業の内容では、森林等の光合成と土壌について学び、そこには酸素と二酸化炭素以外に窒素が大きく関係しているということを知った。また、その窒素は温室効果ガスとして大気に放出されることもあり、非常に危険であることも知った。そこには微生物が関わった複雑な無機物とうの流れがあるというのは驚きであり、いままでの光合成に対しての考えを大きく変えられるくらいのインパクトがあった。土壌が地球の今後に大きく関わっているというかとで、今回から授業で実験をやっていくことがとても楽しみであり、またそれを学んでいくことはとても大切なことであると感じた。
  • 土壌の中の微生物の多さは土によって大きく異なることがわかった。様々な場所から土壌のサンプルを取り出して、実験するのがとても楽しかった。結果が早く見て見たい。
  • ・Cは共有結合して、とても多くの物質を作るが、その中で、CO2は、エネルギー順位が低く、C6H12O6などは、エネルギー準に牙高いため、CO2からC6H12O6になるには、光エネルギーが用いられる。・CH4はよく燃えるので、とてもエネルギー順位が高い。・高等植物の必須元素は、C, H, P, K, Mg, Ca等で、Naは高等植物だけに存在する。・Pは酸化物としてしか存在しない。・マメ科の植物の根には、根粒菌がいて、窒素を放出するので、その後の土は、食物が育ちやすい土となる。よって、輪作する時に利用されていた。・一部の微生物は、窒素固定ができ、NH4+とO2でエネルギーを産生できる。・NO3は、余った分が川などに流れ出て、途中で還元されることがなければ、湖などに溜まってしまう。・温室効果ガスとは、赤外線を吸収するような物質であり、3大温室効果ガスは、CO2、N2O、OH4である。・土壌で、どんどん酸化剤がなくなってSO42-を使いだすことがある。これは、越後平野などの広い水田のように水を抜いても抜けきらないような水田で起こることで、SO42-を酸化剤にすると、H2Sが出て、臭い。・陸上生態系における窒素固定量の変遷には、新しい技術の開発など、社会的側面からの影響が大きく出ている。特に、化学肥料の使用増加と、Haber-Bosch processにより、窒素を自由に使えるようになったことが、WWIの被害拡大にもつながった。・マイクロピペットは、吸っている間に、先端部分が液面から離れると壊れる。・手や服に強酸、強アルカリが付いたときは、それぞれ、重曹などの弱アルカリ、ホウ酸等の弱酸で洗う。
  • 今日、食糧生産量を増やすための化学肥料の使用や工業化によって窒素を量は増加し続けており、自然の窒素量を超過している。そしてその余った分は地下水に流れ込み水質汚染の原因となっている。そのことを十分に理解するため、土壌における窒素循環について学んだ。植物はタンパク質を作るため窒素を取り込む必要がある。しかし、大気中のN2をそのまま取り込むことはできないのでマメ科の根粒菌などを通してアンモニウムイオンに変えられる。そしてアンモニウムイオンは酸素を酸化剤として硝酸イオンに変わる。硝酸イオンは土壌に吸着されにくい性質を持つため脱窒されないと地下水に流れ込み水質汚染に繋がる。一方脱窒された硝酸イオンは窒素に変わるが、共に亜酸化窒素も発生する。この亜酸化窒素は赤外吸収する温室効果が高いガスである。農業は自然の力を活かして又は利用して行うものなので、環境への影響はさほど大きくないと思っていた。しかし今回の活動を通して、その考えは誤りであること、実際の農業は環境撹乱を引き起こす要素を含んでおりそれらをどのように対処するかが課題であることが分かった。
  • ここ数十年で劇的に陸上生態系における窒素固定量は増加している。→人間が関与している窒素量は自然量の約2倍。→始まりは約100年前の第一次世界大戦。C、H、Nは人体に必要不可欠な元素である。現在の農業はあまり環境にいいとはいえない。→科学肥料や開拓など。
    酸よりもアルカリが怖い。→失明などの危険があるので、白衣や安全眼鏡などで対策。→もし触れてしまった時は酸の場合は重曹で、アルカリの場合はホウ酸で洗い流す。土は場所によって色や質感が変わり、同じ黒ボクでも質感が違う。
  • 自分が認知している環境問題以外にも環境問題があることを知った。よく言われる二酸化炭素による温暖化はあくまでも可能性を考慮した予防的な対策が求められているのに対して人類の自然への窒素供給の問題は明らかに人類が引き起こした問題である。この事実に衝撃を受けた。
    この問題を認知していないことで自分の視野の狭さを感じた。もっと広い視点、問題を見抜く、感じることが大切だと感じさせられた。
  • どうして大気中にはおよそ78%の窒素が存在するのに生物は代々窒素を応用してこなかったのだろう。という疑問の答えを講義内で理解できました。昔から使われなかった物や物質は何か絶対に使えないような理由がある事に気づきました。このような視点をまた何か問題があったときに使おうと思います。

2017年11月4日

  • 実施場所

    吉田キャンパス 吉田南2号館生物実習室2

  • 当日の講師

    宮下 英明 教授(人間・環境学研究科 相関環境学専攻)

  • チューター

    佐藤 翼、西堀 洋平、今城 葉月

  • 実習の内容

    培養瓶を組み立てオートクレーブ滅菌をした後、事前に作成しておいたAF6培地に微細藻類を植藻して培養する。また、微細藻類の顕微鏡観察を行いスケッチで記録する。

  • 地球環境科学II_実習風景オートクレーブ滅菌
  • 地球環境科学II_実習風景顕微鏡観察
  • 地球環境科学II_実習風景植藻

活動を通して学んだこと

  • 今回配属された地球環境学Ⅱでは、1つの実習内容として藻類から油脂を取り出すというものだった。そのため今回はそれを行うための実験準備と担当の藻類の観察及び、藻類から油脂を取り出す方法についての学習をした。まず、油脂を取り出す方法としてカーボンニュートラルというものを知ったまた、栄養塩というものも初めて知り、それにリンと窒素が不可欠であるということを学習した。今回行う方法は凍結乾燥を行うための、実用的は方法ではなく、かなりお金がかかるためちゃんとあるものの多い充実したものにしようと思った。その後実際に担当する藻類を観察した。そこではスケッチを行い、経験はあったのでさらに確かなものにできたと思う。実験準備はあまり難しくもなく、特に問題なく進められた。実験準備に使う器具は扱ったことのないもので、初めて見るものも多く刺激的だった。全体を通して、初めてのことが多かったが、とても面白く刺激的で、楽しんで授業を受けることができた。
  • 細菌が私たちの身の回りにどれほどいるのか知り、とても驚きました。また、微生物を使ったエネルギーの抽出や課題点など、今まで知っているようで知らなかったことも教えていただきました。今まで使って来た中で新しい双眼顕微鏡を使うことができて楽しかったです。培養後が楽しみです。
  • ・ヒトは微生物だらけで、細胞60兆個に対し微生物は100~120兆個存在している。・空気1立方メートル中に約5,000個もの微生物がいる。・リンは、(バイオマス発電の途中にも必要だが)軍事的にも重要。・写真でなくスケッチの良いところは、透明なものも書けるところ。・顕微鏡での油浸レンズの使い方。・プールで藻類を培養する時は水深を15cm程度にする。・藻類からエネルギーを作る利点は、藻類が主な食糧でないこと、1年中生産できること、油がそのままガソリンとして使いること。・ハイオマスは、その大半が水分なため、乾燥させるエネルギーが生み出すエネルギーより大きくなってしまう。また、抽出・改質にとてもお金がかかる(研究課題)。・濁度は目に見えない光の透過と散乱の程度を検出器で測定することで判断する。・色素の場合、散乱や透過ではなく、吸収の程度、つまり、吸光度で測定する
  • 化石燃料に代わるエネルギー源の研究がなされているのは知っており、特にバイオエネルギーは今後利用されるようになれば地球温暖化防止などに繋がる効果をもたらすのではないかと思っていた。しかし、バイオ燃料は主に藻類を利用しているので水分を抜いたり油の抽出にコスト、時間がかかり実用化には至っていないことがわかった。 バイオ燃料はカーボンニュートラルという仕組みを利用しており、発生したCO2を回収できるというメリットがある。それを活かした技術を実用化するにはにコスト面や効率面の課題を解決しなければならず、研究の余地がある分野だと感じた。 また藻類は植物に比べて二酸化炭素固定能力が高いことを知った。この性質を持っていることがバイオ燃料への利用に繋がっているのだという。 藻類は学校ではほとんど習わないので新たな知識を手にすることができてよかった。
  • 自分が担当することになった藻類の名前は、chlorella sorokiniana(クロレラ・ソロキニアナ)という名前で、丸い、2.5時間で2倍に分裂するものである。
    →観察しているときに分裂して、感動した。 普通なら約2週間で油をためることができる。 藻類での燃料生産は、その過程ごとで、たくさんの課題が残っている。 濁度は、光を通して、その先に行き着いた光の量で見る。 試料が色素を持っている場合、光の吸収具合である、吸光度を見る。
  • 簡単には地球温暖化の原因を二酸化炭素と決めつけていたが、そうではないとわかった。地球周期では氷河期に向かっているなんて思いもしなかった。また、藻類から作るエネルギーの意義、デメリットなどが理解できた。かならず、物事には裏と表があることを頭にいれ色んなことにすぐに肯定的にならずに批判的な態度を取っていく必要を感じた。
  • 現在の藻の活用法についてどのようにしてオイルが出てくるのかなどを学んだ後、藻の観察をしました。実験、観察をしている中で調べて見たい事が出てきました。藻に鞭毛が付いている種類についてです。残念ながら私の観察した藻には付いていなかったのですが、鞭毛が付いている事によってどんないい事があるのか気になりました。まず生物において鞭毛の役割とは遊泳するための推進力であり運動器官であるそうです。よって鞭毛のある藻は他の藻と違って運動器官があるので光合成しやすい場所に移動できます。だからたくさんの栄養素を蓄えられるので鞭毛が付いている種類のほうがオイルをたくさん製造できるのではないかと予想しました。今度結果が分かるので楽しみです。

平成29年度 実施レポート

年度別の実施レポート