ROSE - Ibaraki University Academic Repository

西川, 邦夫

Nishikawa, Kunio

Japanese

Structure and Challenge of Advanced Paddy Field Utilization: Focusing on Multiple Cropping and Yield Level

加納, 光樹

Kanou, Kouki

Habitat management techniques for saltmarsh fish and invertebrates in a large-scale creek: a case study for contribution to conservation of biodiversity and fisheries resources in Tokyo Bay

上杉, 薫

Uesugi, Kaoru

茨城大学・応用理工学野・助教
科学研究費助成事業　　研究成果報告書
様　式　Ｃ－１９、Ｆ－１９－１、Ｚ－１９ （共通）
機関番号：
研究種目：
課題番号：
研究課題名（和文）
研究代表者
研究課題名（英文）
交付決定額（研究期間全体）：（直接経費）
１２１０１
基盤研究(C)（一般）
2024～2022
生物表面に存在する微細構造の変形と接着/摩擦機能を同時に評価できるシステムの開発
A system for simultaneously evaluating the deformation and adhesion/friction 
functions of microstructures on biological surfaces
２０７３７０２７研究者番号：
上杉　薫（Uesugi, Kaoru）
研究期間：
２２Ｋ０３８０５
年 月 日現在  ７   ６ ３０
円     3,200,000
研究成果の概要（和文）：本研究は、生物表面に存在する微細構造が発揮する接着・摩擦・撥水といった表面機
能の力学的原理を明らかにすることを目的とし，アメンボやハムシ，ホヤ，セミなど微細構造を有する小型生物
を対象とし，サブミリニュートンレベルの力を高感度に測定可能な独自の実験システムを用いて，摩擦力や脚
力，接着力などを直接定量した．更に，その微細構造の表面観察も行い，直接力測定と観察に基づき，生物表面
機能の解明を試みた．
研究成果の概要（英文）：This study aims to elucidate the mechanical principles underlying surface 
functions --such as adhesion, friction, and water repellency-- generated by microstructures on 
biological surfaces. Small organisms with such microstructures, including water striders, leaf 
beetles, tunicates, and cicadas, were selected as research subjects. A custom-built experimental 
system capable of high-sensitivity force measurements at the sub-millinewton scale was employed to 
directly quantify forces such as friction, leg-generated propulsion, and adhesion. In addition, 
detailed surface observations of the microstructures were conducted. By integrating direct force 
measurements with morphological analysis, the study seeks to reveal the functional mechanisms of 
biological surface structures.
研究分野： 生物微細構造表面物性
キーワード： 撥水特性　摩擦特性　接着特性　生物微細構造　バイオミメティクス
  １版
令和
研究成果の学術的意義や社会的意義
生物の持つ表面微細構造は，撥水性や接着力・摩擦力低減，光反射の抑制など，その生物が生息する環境に合わ
せて様々な機能を持つ．生物はこれらの機能を進化によって獲得し，生存戦略に活かしていると考えられてお
り，その機能や原理を明らかにすることは生物学的に重要な課題である．また，工学的にこれらの機能を取り入
れて利用する場合もあり（バイオミメティクス），工学的な設計に生物の機能を落とし込むためにも，詳細な原
理解明が必要となる．そこで本研究では，生物の表面微細構造によって発揮される接着・摩擦抑制機能，撥水機
能などに着目し，力学的特性を実測的に定量化することで機能解明を目指す．
※科研費による研究は、研究者の自覚と責任において実施するものです。そのため、研究の実施や研究成果の公表等に
ついては、国の要請等に基づくものではなく、その研究成果に関する見解や責任は、研究者個人に帰属します。
様 式 Ｃ－１９、Ｆ－１９－１（共通） 
１．研究開始当初の背景 
 生物の持つ表面微細構造は，撥水性や接着力・摩擦力低減，光反射の抑制など，その生物が生
息する環境に合わせて様々な機能を持つ．生物はこれらの機能を進化によって獲得し，生存戦略
に活かしていると考えられており，その機能や原理を明らかにすることは生物学的に重要な課
題である．また，工学的にこれらの機能を取り入れて利用する場合もあり（バイオミメティクス），
工学的な設計に生物の機能を落とし込むためにも，詳細な原理解明が必要となる．そこで本研究
では，生物の表面微細構造によって発揮される接着・摩擦抑制機能，撥水機能などに着目し，力
学的特性を実測的に定量化することで機能解明を目指す． 
 
２．研究の目的 
本研究の目的は，生物が有する表面微細構造に起因する撥水機能や接着機能，摩擦特性などの
表面物性を，直接的かつ高精度に定量評価するための計測システムを開発し，生物表面の機能の
力学的原理を解明することである．併せて，表面微細構造を電子顕微鏡や光学顕微鏡を用いて詳
細に観察することで，幾何的な特徴と合わせて議論する．本研究ではサブミリニュートンレベル
の高感度な力センシング技術を用いた専用の測定システムを開発することで，様々な生物の表
面物性に対して定量的な力学特性の取得を目的とする． 
 
３．研究の方法 
本研究では、生物表面に存在する微細構造が示す摩擦・接着・撥水といった機能を，直接的な
力学的測定を通じて定量評価し，機能発現の力学的原理を明らかにする．表面に微細構造を持つ
小型生物（アメンボ，ハムシ，ホヤ，セミなど）を対象とし，専用の力測定システム（サブミリ
ニュートンからマイクロニュートンレベル）を開発し，摩擦力や接着力を測定する．また，付属
肢などの発生力測定や表面微細構造の幾何学的観察を通して，対象の動作と関連してより詳細
に議論する． 
 
４．研究成果 
 研究代表者は様々な生物の様々な発生力や摩擦力，撥水機能を評価できるシステムの開発を
行ってきた．直接的な力測定を行うことで，画像測定やシミュレーションでは実現できない正確
な情報取得を実現し，その情報をもとに，生物表面に存在する微細構造によって発揮される摩擦
性能や撥水性能に関して研究を進めてきた．具体的には，アメンボや一部のホヤ，セミのような
表面微細構造を有する小動物を対象としてきた． 
 例えば，アメンボは表面に無数に存在するマイクロメートルスケールの微細毛によって撥水
機能を得ているが，その撥水機能を議論するためには，アメンボが発揮する脚力に関する情報が
必要である．なぜなら，アメンボが脚で水面をたたいた際に大きな水圧が発生した場合，水が微
細毛間に侵入し撥水機能を失ってしまう可能性があるからだ．従来研究ではアメンボの脚一本
の脚力を直接測定している報告は無く，シミュレーションや計算，直接推進力測定からの算出な
どが存在したが，直接脚力を測定する研究は存在しなかった．直接脚力測定が行われなかった理
由として，測定の特性上，力測定プローブが液面に近づき，アメンボが動いた際に波立った水面
がプローブに接触し，結果，プローブと水面との間にメニスカスを形成してしまうことにより，
正確な力測定ができないという問題があった．これに対して研究代表者はアメンボそのものの
撥水機能を利用した Bio-Appropriate Probe（BAP）を開発することで問題を解決した．BAP はア
メンボの脚をそのまま流用することで，一般的な人工的撥水材料からは得難い高い撥水性を実
現しているため，水面がプローブに接触してもメニスカスが形成されにくい．実際に，アメンボ
脚力測定システムを構築し，ナミアメンボ（Aquarius pludum pludum）の脚力を測定した結果
（図 1），その脚力は約 1 mN 程度で
あった[1]．脚力によって脚表面に
発生する圧力は，アメンボ微細毛の
幾何学的情報から算出されるラプ
ラス圧より十分に小さく，アメンボ
が脚を漕いだ程度では水が微細毛
間に侵入することもなくその撥水
機能を失わない可能性が示された
[2]． 
 また，アメンボ脚表面と水面の間
に発生する摩擦力を測定するため
に，専用の水面摩擦力測定システム
を開発した．このシステムは，力セ
ンサに接続した小型水槽の水面上
を，アメンボ脚がバネの力で高速に
撫でることでその際の摩擦力を測
定する．実際にオオアメンボ
 
図 1 アメンボの脚力測定[1] 
（Aquarius elongatus）の
脚の摩擦力測定を試みた
が，力センサプローブに水
槽を接続することで力伝
達効率が低下してしまう
問題が見られた．力センサ
を駆動させると機械的ノ
イズが乗ってしまうため，
水面側を動かす方式とし
たが，今後は脚そのものに
力センサプローブを接続
した方式を検討する． 
 加えて，ハムシ（Sagra 
femorata）の足先に存在す
る微細毛によって発生する接着力測定も行った[3]．ハムシの足先端に存在する微細毛は接着機
能を発揮するが，毛の構造は雌雄で異なる．毛の構造によって接着力に差が表れるか測定システ
ムを構築して評価した結果，ハムシの体重による重力程度の押し付け力では大きな接着力の違
いが表れないことが分かった． 
 更に，荷重，摩擦力共にサブミリニュートンレベルで測定できる生物試料用摩擦力測定システ
ムを開発した（図 2）．市販の摩擦力測定システムは工業材料を対象としているため小さな力を
測定できないが，本システムではミリニュートンレベルの力測定が可能であるため，小型生物の
より詳細な摩擦特性評価が可能である．さらに，大気中，液中両方に対応できるシステムとする
ことで，大気中と水中での摩擦力を比較することが可能であり，同一の微細構造表面が大気中・
液中でその機能をどのように変化させるかを詳細に調べることが可能である．このシステムを
用いて，生物表面微細構造（Nipple array）を模倣した人口微細構造（ANS：artificial nano-
structure）の摩擦力評価を行った．評価にあたっては，プローブの球直径や荷重，摺動速度を
変化させ，摩擦特性がどのように変化するかを確認した．また，ANS と同様な材料によって表面
を形成する平滑材料（Flat）の摩擦力特性評価も行った．更に，いずれの材料に対しても，大気
中・液中での摩擦特性評価を試みた．結果，大気中と液中では大気中のほうが基本的には大きな
摩擦力を示すことが分かった[4]．これは，研究代表者が生物微細構造の接着力評価を行った際
にも同様な傾向がみられた[5]．また，液中においては摺動速度によって単純に摩擦力が増加す
るわけではないことも示し，大気中で Nipple array を持つ生物と水中で Nipple array を持つ
動物とでは，その表面微細構造の機能が同一でないことを示した．また，Nipple array 構造以
外にも，ホヤ表面を模倣した微小ヒダ構造や，セミ翅表面（Nipple array 構造を持つ）の摩擦
力評価も行い，更に摩擦試験後の微細構造の損傷観察なども行った．加えて，柔らかい生体資料
を摩擦測定システムに固定するための専用治具の特許も出願した[6]．本システムでは，サンプ
ルの傾きや，勾配が小さいが平面方向に大きい凹凸が存在する場合，摩擦力が大きく影響を受け
てしまう．荷重によって摩擦係数を算出することで一般化可能であるが，必ずしも線形に変化す
るわけではない．このため，今後は荷重からプローブの垂直方向位置をフィードバック制御でき
るシステムの開発を目指す． 
 
1) K. Uesugi, H. Mayama, K. Morishima, “Analysis of Rowing Force of the Water Strider 
Middle Leg by Direct Measurement Using a Bio-Appropriating Probe and by Indirect 
Measurement Using Image Analysis”, Cyborg and Bionic Systems, Vol. 4, Article ID: 
0061 (2023.11). DOI: 10.34133/cbsystems.0061 
2) 上杉薫，“第 3 章 第 5 節 アメンボの脚力測定，および撥水機構と撥水機能のモデル化”，
“非フッ素系撥水・撥油技術の開発動向と性能評価”技術情報協会，pp. 246-258（2025.4）
ISBN 978-4-86798-069-9 
3) M. Katsuki, K. Uesugi, T. Yokoi, T. Ozawa, D.M. O'Brien, D. Emlen, K. Okada, Y. 
Okada, “Morphological and functional analyses for investigation of sexually 
selected legs in the frog legged beetle Sagra femorata (Coleoptera: 
Chrysomelidae)”, Arthropod Structure & Development, Vol. 80, 101360 (2024.5). 
DOI: 10.1016/j.asd.2024.101360 
4) 大内椋太，広瀬裕一，長山和亮， 上杉薫 “ホヤ表面ナノ構造の防汚機能メカニズム解明に
向けた摩擦力測定システムの構築”，日本機械学会 2024 年茨城講演会，日立，76（2024.8） 
5) K. Uesugi, K. Nagayama, E. Hirose, “Keeping a clean surface under water: Nanoscale 
nipple array decreases surface adsorption and adhesion forces”, Journal of Marine 
Science and Engineering, Vol. 10, No. 1, 81 (2022.1). DOI: 10.3390/jmse10010081 
6) 上杉薫，大内椋太，“試料固定治具”出願番号：2024-229928，2024 年 12 月 26 日． 
 
図 2 生物表面摩擦力測定システム 
５．主な発表論文等
〔雑誌論文〕　計2件（うち査読付論文　2件／うち国際共著　1件／うちオープンアクセス　0件）
2023年
2024年
〔学会発表〕　計5件（うち招待講演　0件／うち国際学会　0件）
2023年
2023年
生物の持つ表面ナノ構造による防汚機能の解明を目的とした摩擦力評価
2 軸微小力センサ搭載摩擦力測定システムによる 生物体表を模倣したナノ構造の摩擦力評価
関東学生会第 63 回学生員卒業研究発表講演会
第34回バイオフロンティア講演会
 ４．発表年
 ４．発表年
大内椋太，広瀬裕一，長山和亮，上杉薫
 ３．学会等名
 ３．学会等名
 ２．発表標題
 １．発表者名
 １．発表者名
大内椋太，広瀬裕一，長山和亮，上杉薫
 査読の有無
10.1016/j.asd.2024.101360
 ３．雑誌名  ６．最初と最後の頁
有
 ２．発表標題
 ２．論文標題  ５．発行年
Morphological and functional analyses for investigation of sexually selected legs in the frog
legged beetle Sagra femorata (Coleoptera: Chrysomelidae)
 オープンアクセス  国際共著
オープンアクセスではない、又はオープンアクセスが困難 該当する
Arthropod Structure & Development 101360
 掲載論文のDOI（デジタルオブジェクト識別子）
 ３．雑誌名  ６．最初と最後の頁
有
 ４．巻
M. Katsuki, K. Uesugi, T. Yokoi, T. Ozawa, D.M. O'Brien, D. Emlen, K. Okada, Y. Okada 80
 １．著者名
Analysis of Rowing Force of the Water Strider Middle Leg by Direct Measurement Using a Bio-
Appropriating Probe and by Indirect Measurement Using Image Analysis
 オープンアクセス  国際共著
オープンアクセスではない、又はオープンアクセスが困難 －
Cyborg and Bionic Systems 61
 掲載論文のDOI（デジタルオブジェクト識別子）  査読の有無
10.34133/cbsystems.0061
 ４．巻
K. Uesugi, H. Mayama, K. Morishima 4
 １．著者名
 ２．論文標題  ５．発行年
2024年
2022年
2024年
〔図書〕　計1件
2025年
〔出願〕　計1件
 国内・外国の別
2024年 国内
 産業財産権の名称
 ３．書名
非フッ素系撥水・撥油技術の開発動向と性能評価
特許、2024-229928
 出願年
上杉薫，大内涼太
 権利者
茨城大学資料固定治具
 産業財産権の種類、番号
 発明者
 ４．発行年
平山中　島野紘一　佐藤研吾　岡部晃博　永井直　前田高輔　白木慶彦　福井俊巳　天神林瑞樹　堀田芳
生　中村挙子　若原章博　緒明佑哉　鷺坂将伸　土屋雄作　守田仁哉　佐藤正　穂積篤　山原基裕　高井
治　佐々木徹　大久保雅章　安原主馬　辻本貴光　高橋紳矢　竹下覚　石井大佑　山岸里緒　竹井敏　眞
山博幸　伊藤純一　上杉薫
 ２．出版社
技術情報協会 378
 ５．総ページ数
 １．著者名
 ４．発表年
生物表面のナノ構造による液中での防汚機能メカニズム解明を目的とした摩擦力評価
アメンボの微細毛の3次元撥水モデルの提案
ホヤ表面ナノ構造の防汚機能メカニズム解明に向けた摩擦力測定システムの構築
 ３．学会等名
第36回バイオエンジニアリング講演会
ロボティクス・メカトロニクス講演会2022
日本機械学会 2024年茨城講演会
 ４．発表年
 ４．発表年
大内椋太，広瀬裕一，長山和亮，上杉薫
上杉薫
大内椋太，広瀬裕一，長山和亮， 上杉薫
 ３．学会等名
 ３．学会等名
 ２．発表標題
 ２．発表標題
 ２．発表標題
 １．発表者名
 １．発表者名
 １．発表者名
〔取得〕　計0件
〔その他〕
－
６．研究組織
７．科研費を使用して開催した国際研究集会
〔国際研究集会〕　計0件
８．本研究に関連して実施した国際共同研究の実施状況
(10359763)
共同研究相手国 相手方研究機関
氏名
（ローマ字氏名）
（研究者番号）
備考
所属研究機関・部局・職
（機関番号）
茨城大学・応用理工学野・教授
(12101)
研
究
分
担
者
長山　和亮
(Nagayama Kazuaki)


A system for simultaneously evaluating the deformation and adhesion/friction functions of microstructures on biological surfaces

小貫, 哲平

Onuki, Teppei

Super-resolution Raman tomography for understanding the mechanism of crystallographic failure occurrence and applying to advanced precision machining technology.

井澤, 耕一

「経学史」の成立とその歴史的展開に関する研究―湖南経学と日本中国思想研究の邂逅

野口, 愛

茨城大学・農学部・研究員
科学研究費助成事業　　研究成果報告書
様　式　Ｃ－１９、Ｆ－１９－１、Ｚ－１９ （共通）
機関番号：
研究種目：
課題番号：
研究課題名（和文）
研究代表者
研究課題名（英文）
交付決定額（研究期間全体）：（直接経費）
１２１０１
若手研究(B)
2022～2017
微細藻類を用いた廃糖蜜蒸留廃水中の天然色素処理機構の解明
Analysis on decolorization of molasses distillery wastewater treatment using 
microalgae
３０７２４２０７研究者番号：
野口　愛（Noguchi, Mana）
研究期間：
１７Ｋ１２８３２
年 月 日現在  ５   ６ ２５
円     3,400,000
研究成果の概要（和文）：畜産廃水処理施設・食品工場等の排水や酸性温泉水より採取した環境水より，計82試
料において微細藻類の増殖を認めた．そのうち16試料は無希釈の消化脱離液中で増殖可能であった．既に分離培
養されている微細藻類株を用い，模擬廃糖蜜蒸留廃水を用いた培養試験も行った．10倍希釈した模擬廃水におい
て微細藻類によるTOC, CODの除去が可能となり，Parachlorella kessleriにおける除去率が最も高かった．着色
除去率は最高で11.2%であった．この結果より，微細藻類が都市下水処理水だけでなく廃糖蜜蒸留廃水の処理に
利用できる可能性が示された．
研究成果の概要（英文）：From samples collected from environmental water (e.g. discharge water from 
food processing plant, acidic hot spring), microalgae growth were observed in 82 samples. Within 
those samples, microalgae in 16 samples showed the tolerance to the digestive supernatant from a 
domestic wastewater treatment plant in Ishikawa prefecture.
Three isolated microalgae (Chlorella vulgaris, Chlorella emersonii, Parachlorella kessleri) were 
incubated in 10-times diluted simulated distillery wastewater (pH adjusted). Within three strains, 
Parachlorella kessleri showed the highest TOC and COD removal rate. In the second test, Chlorella 
vulgaris, Parachlorella kessleri, and Chlamydomonas eustigma were incubated in 10-times diluted 
simulated distillery wastewater (pH 3.0). Colorant (evaluated by Abs260) were 0.2-11.2%. The 
findings of this study showed the possibility of the microalgae application to the molasses 
distillery wastewater treatment.
研究分野： 環境微生物工学
キーワード： 好酸性微細藻類　高有機物負荷耐性　微細藻類バイオマス　廃糖蜜蒸留廃液　排水処理
  ２版
令和
研究成果の学術的意義や社会的意義
バイオエタノールの排水処理において排水基準を満たすためには嫌気的処理と何らかの二次処理を組み合わせる
必要があるが，とくに後段の処理を導入することでエネルギー・コストが高まる．本研究で獲得した複数の新た
な高有機物負荷・低pHに耐性のある微細藻類を利用することで，将来的には生物処理で最もエネルギー・コスト
のかかる曝気を省略または削減できる可能性を示している．今後獲得した微細藻類に対しより詳しい解析を進め
ていくことでバイオエタノール廃水のより効率的な排水処理プロセスの実現が期待される．
※科研費による研究は、研究者の自覚と責任において実施するものです。そのため、研究の実施や研究成果の公表等に
ついては、国の要請等に基づくものではなく、その研究成果に関する見解や責任は、研究者個人に帰属します。
様 式 Ｃ－１９，Ｆ－１９－１，Ｚ－１９（共通） 
 
 
１．研究開始当初の背景 
バイオエタノール生産の際に大量に排出される廃棄物（蒸留廃液）は有機物負荷量が非常に高
く，加えて高濃度の窒素，リン，カリウム等の栄養塩や黒褐色の天然色素（メラノイジン，ポリ
フェノール等）が含まれている．廃糖蜜蒸留廃水は多くの場合嫌気性処理（特に上向流嫌気性汚
泥床法, UASB）を施されるが，処理水質は不十分であり，特に天然色素はほとんど除去されない
ため二次処理が必要とされる．その処理には細菌や藻類を組み合わせた生物処理を適用した報
告がされているが，生物処理の多くの場合は曝気が必要なため処理エネルギー・コストが高くな
りやすい．一方，微細藻類は光合成で増殖することができるためエネルギー効率の点で有利であ
り，処理に用いた微細藻類はバイオマスとしても利用が可能である．しかしながら，廃糖蜜蒸留
廃水中の成分が微細藻類に与える影響は十分に評価されていない．また，廃糖蜜蒸留廃水は pH
が低く（およそ 3~4），処理の上で pH 調整も労力となっている．微細藻類の中には酸性条件を好
む種もいるが，多くは温泉地など有機物負荷が高くない箇所に生息しており，増殖速度が十分で
ない． 
 
２．研究の目的 
本研究では，廃糖蜜蒸留廃水中（高有機物負荷・低 pH）で増殖可能な微細藻類の獲得と，廃
糖蜜蒸留廃液中で微細藻類が耐性を示す機構の解明を行う．獲得した微細藻類の有用性評価も
併せて行うこととする． 
 
３．研究の方法 
（１）廃糖蜜蒸留廃水中で培養可能な微細藻類の獲得 
環境試料からの微細藻類の分離・確立：環境試料（水，底質など）より微細藻類の分離を行っ
た．藻類以外の微生物汚染を除外するため，微細藻類用培地（MBM 培地，M-Allen 培地等）を
用いた． 
消化脱離液を用いた微細藻類の選抜：獲得した微細藻類を，無希釈，2 倍希釈，5 倍希釈，10
倍希釈した滅菌消化脱離液を培地として，有機物負荷に耐性のある微細藻類の選抜を行った． 
分離した微細藻類種の同定：得られた微細藻類種の同定はリボソームの小サブユニットの 18S 
rRNA 遺伝子の塩基配列に基づき行った． 
分離した微細藻類の共存微生物の同定：採取した微細藻類試料中に含まれる微生物をアンプ
リコンシーケンス解析により同定した． 
 
（２）微細藻類を用いた廃糖蜜蒸留廃水の処理 
 十分なバイオマス量が得られた微細藻類に対し，300 mL バッチスケールでの廃糖蜜蒸留廃水
を用いた排水処理試験を行った．また，比較として，都市下水処理への有効性が報告されている
（Noguchi et al. 2017; 2021）Chlorella vulgaris（NIES-2170），Chlorella emersonii（NIES-2151），
Parachlorella kessleri（NIES-2159）の 3 株に加え，好酸性藻類である Chlamydomonas eustigma（NIES-
2499）の 4 株（NIES コレクション）を用いた試験も行った．廃糖蜜蒸留廃水は，サトウキビ生
産国であり実際に廃水の処理が問題となっているミャンマーのものを参考として調整した模擬
廃糖蜜蒸留廃水とした．色素除去効果は，紫外可視分光法を用いて評価した．予備試験にて模擬
廃水と各微細藻類懸濁液の紫外吸光スペクトルを測定し，模擬廃水中の着色を 260 nm の吸光度
を用いて評価した． 
 
４．研究成果 
（１）廃糖蜜蒸留廃水中で培養可能な微細藻類の獲得 
廃糖蜜蒸留廃水の水質でも増殖可能な藻類の獲得を目的とするため，畜産廃水処理施設・食品
工場等の排水や酸性温泉水より環境水を獲得し，計 82 試料より微細藻類の増殖を認めた，その
うち無希釈の消化脱離液中で増殖可能であった 16 試料が選抜された． 
また，酸性温泉より集積した 3 つの試料より計 136 株の微細藻類を単離し，18S rRNA 遺伝子
V4 領域配列により同定を行った．解析した 57 株すべて（環境試料 TH05，TH06 由来）が好酸
性の微細藻類である Chlamydomonas eustigma NIES-2499 株と最も相同性が高かった．これらの株
は重金属汚染されている酸性河川から報告されたものとも近縁であり (Amaral-Zettler et al. 
2011) ，バイオエタノール廃水処理のみならず重金属を含む廃液処理にも応用できる可能性が示
された．また，一部の株をより長い配列（1,116-1,119 bp）により同定したところ，TH05 と TH06
から分離された clone TH05-26 と clone TH06-60 は Chlamydomonas acidophila CCAP 11/133 株によ
り近縁であった．一方，TH01 から分離された clone TH01-10 は Chloroidium angustoellipsoideum 
CCAP 211/108 株に近縁であり，他の 2 試料から分離された株とは系統的位置が異なった．その
ため，clone TH05-26 や clone TH06-60 とは異なる廃水処理特性を示す可能性が示された． 
同様に酸性温泉より集積した 10 試料中の共存微生物を 16S および 18S rRNA 遺伝子を標的と
したアンプリコンシーケンス解析を行った．18S rRNA 遺伝子の解析の結果，10 試料中 5 試料で
Cyanidiales，3 試料中で Chrysophyceae，2 試料中で Chlorophyceae，そして 1 試料中で
Trebouxiophyceae と Galderia に属す OTU が検出された（重複あり）．10 試料中 7 試料では配列の
80%以上が 1 つの OTU で占められていた．16S rRNA 遺伝子の解析の結果，9 試料でシアノバク
テリアの共存が認められたが，TH01 でのみシアノバクテリアが検出されず特異的な微生物試料
であることが示された． 
 
（２）微細藻類を用いた廃糖蜜蒸留廃水の処理 
既に分離培養されている微細藻類株を用い，模擬廃水を用いた培養試験も行った．調製した模
擬廃水の pH を 3-8 に調製し，各藻類株（C. vulgaris，C. emersonii，P. kessleri）を 10 mL スケー
ルにて培養した．C. vulgaris が最も増殖が高く，中性付近の条件で増殖が最も高かった．C. 
emersonii はいずれの pH においても他の 2 株より増殖が低かった．P. kessleri は pH4-5 の条件で
増殖が可能であり，中性条件よりも短時間で増殖した．C. vulgaris では pH 7，P. kessleri では pH 
4 の条件において，300 mL にスケールアップして模擬廃水中で培養を行った．無希釈の廃水中
でも藻類の増殖が見られたが，TOC, COD, TN の除去には効果的ではなかった．模擬廃水を 5 倍
希釈した条件でも同様の結果となったが，模擬廃水を 10 倍希釈すると TOC, COD の除去が可能
となり，P. kessleri の方が除去率が高い傾向となった．P. kessleri の方が除去率が高く，TOC で P. 
kessleri 36%> C. vulgaris 10%, COD P. kessleri 37%> C. vulgaris 14%, TN P. kessleri 6%> C. vulgaris 
5%を示した． 
また，pH3 に調製した模擬廃水を蒸留水で 10 倍に希釈したもの（pH 2.98）を培地として C. 
vulgaris，P. kessleri，C. eustigma を用いた 300 mL スケールでのバッチ試験を行った．微細藻類の
細胞数をカウントしたところ，3 株とも 2-5 日目にピークを迎えたが，株間の有意差はなかった．
また，P.kessleri と C. eustigma に関しては培養後期に細胞の大きさ（最長部）が最大で 50-70%増
加していた．これは，微細藻類が増殖よりも細胞内多糖の蓄積を優先させたことが考えられる．
この結果は過去の知見と同傾向であり（Noguchi et al. 2021），微細藻類が都市下水処理水だけで
なく廃糖蜜蒸留廃水の処理に利用できる可能性を示した．培養期間中の着色除去率はC. vulgaris，
P.kessleri，C. eustigma でそれぞれ 0.6-9.7%，0.2-7.5%，0.2-11.2%であり，微細藻類間の有意差は
認められなかった． 
 
（３）総括 
本研究では微細藻類の獲得に想定よりも長期間を要し，天然色素の除去機構の解明までは至
らなかったが，新たに 16 の高有機物負荷耐性のある微細藻類試料を獲得できた．獲得した複数
の新たな高有機物負荷・低 pH に耐性のある微細藻類を利用することで，将来的には生物処理で
最もエネルギー・コストのかかる曝気を省略または削減できる可能性を示している．また，すで
に確立された株を用いた模擬廃糖蜜蒸留廃水処理試験を行い，有機物や色素が除去可能である
ことを示した．今後微細藻類に対しより詳しい解析を進めていくことでバイオエタノール廃水
のより効率的な排水処理プロセスの実現が期待される． 
５．主な発表論文等
〔雑誌論文〕　計1件（うち査読付論文　1件／うち国際共著　1件／うちオープンアクセス　0件）
2021年
〔学会発表〕　計3件（うち招待講演　0件／うち国際学会　2件）
2019年
2020年
2022年
 ３．学会等名
 ３．学会等名
8th IWA Microbial Ecology and Water Engineering Specialist Conference（国際学会）
第54回日本水環境学会年会
Wastetwater, Water, and Resource Recovery Conference 2022（国際学会）
 ２．発表標題
 ２．発表標題
 ２．発表標題
Regulation of microbial contamination under starch production by microalgae using domestic treated wastewater
 ４．発表年
 ４．発表年
 ４．発表年
 １．発表者名
 １．発表者名
 １．発表者名
M. Noguchi, Y. Furuhashi, A.N.N. Htet, R. Honda
野口　愛, 古橋　康弘, Htet April N. N., 本多　了
M. Noguchi, R. Aizawa, D. Nakazawa, Y. Hakumura, Y. Furuhashi, S. Yang, K. Ninomiya, K. Takahashi, R. Honda
 オープンアクセス  国際共著
オープンアクセスではない、又はオープンアクセスが困難 該当する
Treatment of synthetic distillery wastewater using acidophilic microalgae strains
微細藻類を用いたバイオエタノール廃水処理の検討
 ３．学会等名
Application of real treated wastewater to starch production by microalgae: potential effect of
nutrients and microbial contamination
Biochemical Engineering Journal 107973
 掲載論文のDOI（デジタルオブジェクト識別子）  査読の有無
10.1016/j.bej.2021.107973
 ３．雑誌名  ６．最初と最後の頁
有
 ４．巻
Mana Noguchi, Ryo Aizawa, Daisuke Nakazawa, Yoshiki Hakumura, Yasuhiro Furuhashi, Sen Yang,
Kazuaki Ninomiya, Kenji Takahashi, Ryo Honda
169
 １．著者名
 ２．論文標題  ５．発行年
〔図書〕　計0件
〔産業財産権〕
〔その他〕
－
６．研究組織
７．科研費を使用して開催した国際研究集会
〔国際研究集会〕　計0件
８．本研究に関連して実施した国際共同研究の実施状況
共同研究相手国 相手方研究機関
研
究
協
力
者
古橋　康弘
(Furuhashi Yasuhiro)
(60912748)
公益財団法人かずさＤＮＡ研究所・特任研究員
(82508)
所属研究機関・部局・職
（機関番号）
氏名
（ローマ字氏名）
（研究者番号）
備考
研
究
協
力
者
本多　了
(Honda Ryo)
(40422456)
金沢大学・地球社会基盤学系・教授
(13301)


微細藻類を用いた廃糖蜜蒸留廃水中の天然色素処理機構の解明

秋葉, 桃子

「初等音楽科教育法」に関する実践的検討 ―「音楽を形づくっている要素」の設定を中心に―

大津, 展子

小学校高学年における表現運動の授業に関する研究 ― 初めて教育実習に臨む大学生を対象にして ―

弓野, 秀太

臼坂, 高司

中学校教育実習が技術選修学生の進路に与える影響

真家, 蓮

川路, 智治

技術科の授業における学習意欲の向上を意図した学習目標の在り方

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