特許 7007225 特定種の植物プランクトンの存在量の算出方法及び算出装置、及び特定種の植物プランクトンによる赤潮発生の予兆検知方法及び予兆検知装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-11

(45)【発行日】2022-01-24

(54)【発明の名称】特定種の植物プランクトンの存在量の算出方法及び算出装置、及び特定種の植物プランクトンによる赤潮発生の予兆検知方法及び予兆検知装置

(51)【国際特許分類】

   C12Q 1/06 20060101AFI20220117BHJP

   C12M 1/34 20060101ALI20220117BHJP

【ＦＩ】

C12Q1/06

C12M1/34 B

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2018056485

(22)【出願日】2018-03-23

(65)【公開番号】P2019165687

(43)【公開日】2019-10-03

【審査請求日】2020-10-07

(73)【特許権者】

【識別番号】390000011

【氏名又は名称】ＪＦＥアドバンテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106518

【弁理士】

【氏名又は名称】松谷 道子

(74)【代理人】

【識別番号】100111039

【弁理士】

【氏名又は名称】前堀 義之

(74)【代理人】

【識別番号】100184343

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 茂雄

(72)【発明者】

【氏名】加藤 宏晴

(72)【発明者】

【氏名】吉田 光男

(72)【発明者】

【氏名】小田 将広

(72)【発明者】

【氏名】岡村 勇

【審査官】宮岡 真衣

(56)【参考文献】

【文献】特開平０８－２６１９３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０８３０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０６６５４４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】島崎 洋平 他，水中観測型蛍光分光器を用いた有害渦鞭毛藻Karenia mikimotoiの現場モニタリングの検討，平成29年度日本水産学会春季大会講演要旨集，2017年，p.81，709

【文献】MILLIE D. et al.，European Journal of Phycology，2002年，37:3，p.313-322

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ１２Ｑ １／００－１／７０

Ｃ１２Ｍ １／００－３／１０

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＣＡｐｌｕｓ／ＭＥＤＬＩＮＥ／ＥＭＢＡＳＥ／ＢＩＯＳＩＳ（ＳＴＮ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

特定種の植物プランクトンとその他の種の植物プランクトンである他種の植物プランクトンとが含まれる可能性がある植物プランクトン群における、前記特定種の植物プランクトンの存在量の算出方法であって、
ここで、前記特定種の植物プランクトンの単一種からなる試料に所定の励起波長を有する励起光を照射したときに単位数量当たりの当該特定種の植物プランクトンから生じる蛍光の強度が所定の複数の波長帯域それぞれにおいて事前に求められており、
さらに、前記他種の植物プランクトンからなる試料に前記所定の励起波長を有する励起光を照射したときに単位数量当たりの当該他種の植物プランクトンから生じる蛍光の強度が前記所定の複数の波長帯域それぞれにおいて事前に求められており、
前記特定種の植物プランクトン及び前記他種の植物プランクトンは、前記複数の所定の波長帯域でそれぞれ求められた複数の前記蛍光の強度のうち２つの比が互いに異なっており、
前記植物プランクトン群に前記励起光を照射し、
前記植物プランクトン群から生じる蛍光の強度を前記所定の複数の波長帯域それぞれにおいて測定し、
前記特定種の植物プランクトン及び前記他種の植物プランクトンのそれぞれの存在量を第１変数及び第２変数として、前記所定の複数の波長帯域それぞれにおいて測定された複数の前記蛍光の強度を、前記第１変数と、前記第２変数と、前記所定の複数の波長帯域においてそれぞれ求められた、単位数量当たりの前記特定種の植物プランクトンから生じる前記蛍光の強度および単位数量当たりの前記他種の植物プランクトンから生じる前記蛍光の強度と、を用いて関係式に表し、
前記関係式に基づいて、前記第１変数を求め、
前記求められた第１変数を、前記特定種の植物プランクトンの存在量とする、特定種の植物プランクトンの存在量の算出方法。

【請求項2】

前記特定種の植物プランクトンは、カレニア ミキモトイ又はシャトネラ アンティーカである、
請求項１に記載の特定種の植物プランクトンの存在量の算出方法。

【請求項3】

２つの前記波長帯域それぞれにおいて、前記蛍光の強度を測定する、
請求項１又は２に記載の特定種の植物プランクトンの存在量の算出方法。

【請求項4】

２つの前記波長帯域それぞれにおいて測定された２つの前記蛍光の強度の比率に基づいて、前記植物プランクトン群における前記特定種の植物プランクトンの存在比を算出し、
前記植物プランクトン群の全体の前記蛍光の全体強度を測定し、ここで、前記全体強度は、２つの前記波長帯域よりも広い波長帯域での対象色素の蛍光強度であり、
前記存在比と前記全体強度とに基づいて、前記特定種の前記植物プランクトンの存在量を算出する、
請求項１～３のいずれか１つに記載の特定種の植物プランクトンの存在量の算出方法。

【請求項5】

前記励起光による散乱光の強度を散乱光検出波長帯域にて測定し、ここで、前記散乱光検出波長帯域は、前記複数の波長帯域とは異なっており、
前記複数の波長帯域それぞれにおいて測定された前記蛍光の強度に占める前記散乱光の寄与分を推定し、
前記蛍光の強度から、前記推定された寄与分を除去する、
請求項１～４のいずれか１つに記載の特定種の植物プランクトンの存在量の算出方法。

【請求項6】

特定種の植物プランクトンは、赤潮発生の原因になり得るものであって、
請求項１～５のいずれか１つに記載の特定種の植物プランクトンの存在量の算出方法により算出された特定種の植物プランクトンの存在量に基づいて、前記赤潮発生の予兆を検知する、特定種の植物プランクトンによる赤潮発生の予兆検知方法。

【請求項7】

特定種の植物プランクトンとその他の種の植物プランクトンである他種の植物プランクトンとが含まれる可能性がある植物プランクトン群に、所定の励起波長を有する励起光を照射する励起光発生部であって、
ここで、前記特定種の植物プランクトンの単一種からなる試料に所定の励起波長を有する励起光を照射したときに単位数量当たりの当該特定種の植物プランクトンから生じる蛍光の強度が所定の複数の波長帯域それぞれにおいて事前に求められており、
さらに、前記他種の植物プランクトンからなる試料に前記所定の励起波長を有する励起光を照射したときに単位数量当たりの当該他種の植物プランクトンから生じる蛍光の強度が前記所定の複数の波長帯域それぞれにおいて事前に求められており、
前記特定種の植物プランクトン及び前記他種の植物プランクトンは、前記複数の所定の波長帯域でそれぞれ求められた複数の前記蛍光の強度のうち２つの比が互いに異なる、
励起光発生部と、
前記植物プランクトン群から生じる蛍光の強度を前記所定の複数の波長帯域それぞれにおいて測定する、蛍光強度測定部と、
前記特定種の植物プランクトン及び前記他種の植物プランクトンのそれぞれの存在量を第１変数及び第２変数として、前記所定の複数の波長帯域それぞれにおいて測定された複数の前記蛍光の強度を、前記第１変数と、前記第２変数と、前記所定の複数の波長帯域においてそれぞれ求められた、単位数量当たりの前記特定種の植物プランクトンから生じる前記蛍光の強度および単位数量当たりの前記他種の植物プランクトンから生じる前記蛍光の強度と、を用いて表された関係式に基づいて前記第１変数を求め、該第１変数を前記特定種の植物プランクトンの存在量とする、演算部と
を備えた特定種の植物プランクトンの存在量の算出装置。

【請求項8】

前記励起光発生部は、ＬＥＤ光源と励起光の波長帯域を制限する光学フィルタとを有しており、
前記蛍光強度測定部は、フォトダイオードと蛍光の波長帯域を制限する光学フィルタとを有する、
請求項７に記載の特定種の植物プランクトンの存在量の算出装置。

【請求項9】

前記蛍光強度測定部は、２つの前記波長帯域それぞれにおける前記蛍光の強度と前記蛍光の全体の強度とを測定可能に構成されており、
前記演算部は、２つの前記波長帯域それぞれにおいて測定された２つの前記蛍光の強度の比率に基づいて前記植物プランクトン群における前記特定種の植物プランクトンの存在比を算出し、当該存在比と前記蛍光の全体の強度とに基づいて前記特定種の前記植物プランクトンの存在量を算出する、
請求項７又は８に記載の特定種の植物プランクトンの存在量の算出装置。

【請求項10】

請求項７～９のいずれか１つに記載の特定種の植物プランクトンの存在量の算出装置により算出された特定種の植物プランクトンの前記存在量に基づいて、前記特定種の植物プランクトンによる赤潮発生の予兆を検知する予兆検知部を備えている、特定種の植物プランクトンによる赤潮発生の予兆検知装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、特定種の植物プランクトンの存在量の算出方法及び算出装置、及び特定種の植物プランクトンによる赤潮発生の予兆検知方法及び予兆検知装置に関する。

【背景技術】

【0002】

カレニア ミキモトイ（Karenia mikimotoi）及び／又はシャトネラ アンティーカ（Chattonella antiqua）等の特定種の植物プランクトンが増殖することにより所謂赤潮が発生し、養殖場において、生け簀中に混入する場合がある。この種の植物プランクトンが増殖すると、養殖魚類を大量斃死させるなどの漁業産業に大きなダメージを与えることがある。このため、従来、赤潮発生の予兆を検知する様々な取り組みがなされている。

【0003】

例えば、現場にて採水された試料を顕微鏡で観察することにより、試料に含まれる植物プランクトンの種類を同定しつつ数を数え存在量を測定することが知られている。

【0004】

また別の方法として、光学式クロロフィル計（例えばＪＦＥアドバンテック株式会社の製品Infinity-CLW）を用いて、励起光を照射した際に、植物プランクトンが有する蛍光色素（例えばクロロフィル）から生じる蛍光の強度を測定することにより植物プランクトンの存在量を簡易的に測定することが知られている。

【0005】

また別の方法として、多波長励起蛍光光度計（例えばＪＦＥアドバンテック株式会社の製品Multi-Exciter）を用いて、複数の励起波長で励起光を照射した際に、植物プランクトンの蛍光色素から生じる蛍光の強度パターン（励起スペクトル）を測定することにより植物プランクトンの種類を「綱」レベルで粗く分別することが知られている。

【0006】

また別の方法として、特定種の植物プランクトンとしてカレニア ミキモトイを遺伝子分析により検出することが知られている。例えば、株式会社ニッポンジーンが販売する「赤潮原因プランクトン検出キット１－カレニア ミキモトイ」を用いて、現場にて採取された試料中にカレニア ミキモトイが存在するか否か、ＬＡＭＰ法により遺伝子の違いを調べて「種」レベルで分析することが知られている。

【0007】

また別の方法として、非特許文献１～３には、４３５ｎｍ付近の励起光を照射した際の植物プランクトンの蛍光スペクトルに関して、特定種の植物プランクトン（例えばカレニア ミキモトイ、シャトネラ アンティーカ）の蛍光スペクトルのピークの波長が、他の藻類に比して長波長側に位置していることが開示されている。さらに、上記特定種の植物プランクトンの蛍光スペクトルの波長６７０ｎｍにおける蛍光強度に対する波長６８５ｎｍにおける蛍光強度の比（ｆ６８５／６７０）が、他の藻類に比して高く、該蛍光強度の比（ｆ６８５／６７０）に基づいて特定種の植物プランクトンの存在量のモニタリングの可能性が示唆されている。

【0008】

また別の方法として、非特許文献４には、試料中の植物プランクトン１つずつに、励起光を照射した際の、波長６５５ｎｍ及び波長６８５ｎｍそれぞれにおける蛍光強度を測定し、波長６５５ｎｍにおける蛍光強度が大きい場合は藍藻、波長６８５ｎｍにおける蛍光強度が大きい場合には他の植物プランクトンというように植物プランクトンを「門」レベルで極粗く分別することが示唆されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0009】

【文献】島崎洋平著（他７名）、「数種植物プランクトン培養株における励起蛍光スペクトルの比較解析」、平成２６年度公益社団法人日本水産学会春季大会講演要旨集、平成２６年度公益社団法人日本水産学会春季大会、平成２６年３月２７日発行、ｐ．１４３

【文献】島崎洋平著（他６名）、「励起蛍光スペクトルを利用した渦鞭毛藻Karenia mikimotoi赤潮動態モニタリング法の検討」、平成２８年度公益社団法人日本水産学会春季大会講演要旨集、平成２８年度公益社団法人日本水産学会春季大会、平成２８年３月２６日発行、ｐ．８６

【文献】島崎洋平著（他７名）、「水中観測型蛍光分光器を用いた有害渦鞭毛藻Karenia mikimotoiの現場モニタリングの検討」、平成２９年度公益社団法人日本水産学会春季大会講演要旨集、平成２９年度公益社団法人日本水産学会春季大会、平成２９年３月２６日発行、ｐ．８１

【文献】斎藤俊幸著（他２名）、「２波長の蛍光成分同時検出による藍藻のin situ粒径解析計測法の開発」、レーザー研究 第２４巻 第４号、一般社団法人レーザー学会、平成８年４月発行、ｐ．４９９－５０６

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

顕微鏡による観察の場合、採水、種の同定及び個数を数えるのに非常に手間を要するので、測定頻度、場所が限られてしまう。

【0011】

光学式クロロフィル計によれば、植物プランクトンの総量的な情報しか得られないので、特定種の植物プランクトンの存在量を知ることができない。

【0012】

多波長励起蛍光光度計及び非特許文献４の方法によれば、植物プランクトンの粗いレベルでの分別にとどまり、赤潮発生の要因になり得る特定種の植物プランクトン（例えばカレニア ミキモトイ、シャトネラ アンティーカ）を弁別するのに必要な「種」レベルでの分別ができない。

【0013】

遺伝子分析によれば、「種」レベルでの植物プランクトンの分別はでき、特定種の植物プランクトンが存在するかどうかはわかるものの、遺伝子数がコントロールされずに高倍率で増幅されるため存在量を知ることはできない。また、シリンジ、加熱保湿器具などを用意し、注意深く使用する必要がある点、試薬を低温で温度管理する必要があり、扱いに手間を要する点、人が作業、判定に関与する必要があるため自動的に測定し判定できない点があり、実用上の制約もある。

【0014】

非特許文献１～３によれば、特定種の植物プランクトンの蛍光スペクトルのピークがシフトする現象のメカニズムが提示されておらず、どのような条件で測定し、どのようなパラメータを用いてどのような演算をすれば有用な情報が得られるのかわかっておらず、その適用の大きな制約になっていた。

【0015】

すなわち、従来の方法では、複数の種類が混在する植物プランクトン群のうち特定種の植物プランクトンの存在量を簡便に得ることができない。このことはいつ、どの場所で発生するかわからない赤潮の予兆を検知するためには、大きな制約となる。

【0016】

本発明は、複数の種類が混在する植物プランクトン群のうち特定種の植物プランクトンの存在量を簡便に算出することができる、特定種の植物プランクトンの存在量の算出方法及び算出装置、及び特定種の植物プランクトンによる赤潮発生の予兆検知方法及び予兆検知装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0017】

本願発明者は、特定種の植物プランクトンの蛍光スペクトルに見られる上記ピークシフトの現象のメカニズムについて以下の知見を得た。すなわち、植物プランクトンに含まれる蛍光色素は励起光を吸収して蛍光を発生する。この蛍光の一部が蛍光色素に再吸収されると共に蛍光を再発生する。

【0018】

この再吸収は、吸収が大きな波長の蛍光では起こりやすく、吸収が小さな波長の蛍光では起こり難い。例えば、吸収スペクトルの長波長側限界（吸収端と呼ぶ）の近傍（波長が長くなるにつれて吸収が減少する波長領域）では、その範囲内で波長が短くなると吸収が起こりやすく、その分だけ植物プランクトン個体内に吸収されずに透過して検出される蛍光は弱くなる。一方、波長が長くなり吸収端に近づくにつれて吸収され難く、植物プランクトン個体外部で検出される蛍光は弱くなり難い。蛍光スペクトルのピーク近傍に関して考えると、蛍光の吸収され易さは長波長になるほど低下するため、波長の短い方は長い方に比して、蛍光は再吸収により弱められ、そのため蛍光スペクトルのピークが長波長側にシフトする。

【0019】

再吸収の起こりやすさは、最初に蛍光が生じた蛍光色素の周りに近接してどれだけ多くの蛍光色素があるかに依存する。特定種の植物プランクトンとして、カレニア ミキモトイ及びシャトネラ アンティーカは、顕微鏡で確認すると、蛍光色素（葉緑体）が互いに近接して体積的に密集しており、このため他の植物プランクトンに比して再吸収が起こりやすい。本発明は、上記知見に基づく。

【0020】

本発明の一側面は、
特定種の植物プランクトンとその他の種の植物プランクトンである他種の植物プランクトンとが含まれる可能性がある植物プランクトン群における、前記特定種の植物プランクトンの存在量の算出方法であって、
ここで、前記特定種の植物プランクトンの単一種からなる試料に所定の励起波長を有する励起光を照射したときに単位数量当たりの当該特定種の植物プランクトンから生じる蛍光の強度が所定の複数の波長帯域それぞれにおいて事前に求められており、
さらに、前記他種の植物プランクトンからなる試料に前記所定の励起波長を有する励起光を照射したときに単位数量当たりの当該他種の植物プランクトンから生じる蛍光の強度が前記所定の複数の波長帯域それぞれにおいて事前に求められており、
前記特定種の植物プランクトン及び前記他種の植物プランクトンは、前記複数の所定の波長帯域でそれぞれ求められた複数の前記蛍光の強度のうち２つの比が互いに異なっており、
前記植物プランクトン群に前記励起光を照射し、
前記植物プランクトン群から生じる蛍光の強度を前記所定の複数の波長帯域それぞれにおいて測定し、
前記特定種の植物プランクトン及び前記他種の植物プランクトンのそれぞれの存在量を第１変数及び第２変数として、前記所定の複数の波長帯域それぞれにおいて測定された複数の前記蛍光の強度を、前記第１変数と、前記第２変数と、前記所定の複数の波長帯域においてそれぞれ求められた、単位数量当たりの前記特定種の植物プランクトンから生じる前記蛍光の強度および単位数量当たりの前記他種の植物プランクトンから生じる前記蛍光の強度と、を用いて関係式に表し、
前記関係式に基づいて、前記第１変数を求め、
前記求められた第１変数を、前記特定種の植物プランクトンの存在量とする、特定種の植物プランクトンの存在量の算出方法を提供する。

【0021】

本発明によれば、再吸収の生じやすさが異なる複数の波長帯域において測定された蛍光の強度に基づいて、再吸収が相対的に大きな特定種の植物プランクトンの存在量と、再吸収が相対的に小さな他の植物プランクトンの存在量とをそれぞれ算出することができる。しかも、蛍光の強度を測定波長に関しピンポイントではなく、広がりのある波長帯域において測定することにより、測定バラツキ及び測定ノイズが低減するので、ロバスト性の高い測定結果が容易に得られる。

【0022】

ここで、本明細書において、存在量とは、セル数及び比率を含む包括的な意味を有している。例えば、特定種の植物プランクトンの存在量とは、特定種の植物プランクトンの、セル数、密度（セル数／ｍｌ）、他の植物プランクトンに対する存在比、及び植物プランクトン群全体のセル数に対する特定種の植物プランクトンのセル数のいずれかを意味するものとする。

【0025】

好ましくは、前記特定種の植物プランクトンは、カレニア ミキモトイ又はシャトネラ アンティーカである。

【0026】

本構成によれば、赤潮発生の原因になり得る特定種の植物プランクトンの存在量を算出することができる。

【0027】

好ましくは、２つの前記波長帯域それぞれにおいて、前記蛍光の強度を測定する。

【0028】

本構成によれば、２つの波長帯域において測定された２つの蛍光強度それぞれに基づいて、それぞれの蛍光の強度に関連した方程式を２つ立てることができ、この連立方程式を解くことにより、特定種の植物プランクトンの存在量と他の植物プランクトンの存在量との２つの未知数を算出することができる。

【0029】

好ましくは、２つの前記波長帯域それぞれにおいて測定された２つの前記蛍光の強度の比率に基づいて、前記植物プランクトン群における前記特定種の植物プランクトンの存在比を算出し、
前記植物プランクトン群の全体の前記蛍光の全体強度を測定し、ここで、前記全体強度は、２つの前記波長帯域よりも広い波長帯域での対象色素の蛍光強度であり、
前記存在比と前記全体強度とに基づいて、前記特定種の前記植物プランクトンの存在量を算出する。

【0030】

本構成によれば、特定種の植物プランクトンの存在量を容易に算出することができる。なお、２つの波長帯域における蛍光強度ではなく、これらの強度比に基づいて算出することにより、励起光自体の強度変動による影響を受け難くい。

【0031】

好ましくは、前記励起光よる散乱光の強度を散乱光検出波長帯域にて測定し、ここで、前記散乱光検出波長帯域は、前記複数の波長帯域とは異なっており、
前記複数の波長帯域それぞれにおいて測定された前記蛍光の強度に占める前記散乱光の寄与分を推定し、
前記蛍光の強度から、前記推定された寄与分を除去する。

【0032】

本構成によれば、測定された蛍光の強度から、散乱光の影響が除外される。これにより、特定種の植物プランクトンの存在量の算出精度が向上する。

【0033】

また、本発明の他の側面は、
特定種の植物プランクトンは、赤潮発生の原因になり得るものであって、
上記特定種の植物プランクトンの存在量の算出方法により算出された特定種の植物プランクトンの存在量に基づいて、前記赤潮発生の予兆を検知する、特定種の植物プランクトンによる赤潮発生の予兆検知方法を提供する。

【0034】

本発明によれば、特定種の植物プランクトンの存在量に基づいて、赤潮発生の予兆を検知できる。

【0035】

また、本発明の更なる他の側面は、
特定種の植物プランクトンとその他の種の植物プランクトンである他種の植物プランクトンとが含まれる可能性がある植物プランクトン群に、所定の励起波長を有する励起光を照射する励起光発生部であって、
ここで、前記特定種の植物プランクトンの単一種からなる試料に所定の励起波長を有する励起光を照射したときに単位数量当たりの当該特定種の植物プランクトンから生じる蛍光の強度が所定の複数の波長帯域それぞれにおいて事前に求められており、
さらに、前記他種の植物プランクトンからなる試料に前記所定の励起波長を有する励起光を照射したときに単位数量当たりの当該他種の植物プランクトンから生じる蛍光の強度が前記所定の複数の波長帯域それぞれにおいて事前に求められており、
前記特定種の植物プランクトン及び前記他種の植物プランクトンは、前記複数の所定の波長帯域でそれぞれ求められた複数の前記蛍光の強度のうち２つの比が互いに異なる、
励起光発生部と、
前記植物プランクトン群から生じる蛍光の強度を前記所定の複数の波長帯域それぞれにおいて測定する、蛍光強度測定部と、
前記特定種の植物プランクトン及び前記他種の植物プランクトンのそれぞれの存在量を第１変数及び第２変数として、前記所定の複数の波長帯域それぞれにおいて測定された複数の前記蛍光の強度を、前記第１変数と、前記第２変数と、前記所定の複数の波長帯域においてそれぞれ求められた、単位数量当たりの前記特定種の植物プランクトンから生じる前記蛍光の強度および単位数量当たりの前記他種の植物プランクトンから生じる前記蛍光の強度と、を用いて表された関係式に基づいて前記第１変数を求め、該第１変数を前記特定種の植物プランクトンの存在量とする、演算部と
を備えた特定種の植物プランクトンの存在量の算出装置を提供する。

【0036】

好ましくは、前記励起光発生部は、ＬＥＤ光源と励起光の波長帯域を制限する光学フィルタとを有しており、
前記蛍光強度測定部は、フォトダイオードと蛍光の波長帯域を制限する光学フィルタとを有する。

【0037】

本構成によれば、励起光発生部及び蛍光強度測定部を簡易な構成により実現できる。特に、蛍光強度測定部に分光器を必要としないので、装置をコンパクト且つ安価に構成できる。

【0038】

好ましくは、前記蛍光強度測定部は、２つの前記波長帯域それぞれにおける前記蛍光の強度と前記蛍光の全体の強度とを測定可能に構成されており、
前記演算部は、２つの前記波長帯域それぞれにおいて測定された２つの前記蛍光の強度の比率に基づいて前記植物プランクトン群における前記特定種の植物プランクトンの存在比を算出し、当該存在比と前記蛍光の全体の強度とに基づいて前記特定種の前記植物プランクトンの存在量を算出する。

【0039】

また、本発明の更なる他の側面は、上記特定種の植物プランクトンの存在量の算出装置により算出された特定種の植物プランクトンの前記存在量に基づいて、前記特定種の植物プランクトンによる赤潮発生の予兆を検知する予兆検知部を備えている、特定種の植物プランクトンによる赤潮発生の予兆検知装置を提供する。

【発明の効果】

【0040】

本発明によれば、複数の種類が混在する植物プランクトン群においても、特定種の植物プランクトンの存在量を簡便に算出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0041】

【図1】本発明の第１実施形態に係る特定種の植物プランクトンの存在量の算出装置の概略構成を示す図。

【図2】クロロフィルａ及びクロロフィルｂの吸収スペクトルを示すグラフ。

【図3】植物プランクトンの蛍光スペクトルを示すグラフ。

【図4】特定種の植物プランクトンにおいて蛍光スペクトルのピークシフトが起こるメカニズムを説明する図。

【図5】波長帯域の中心波長及び幅の決め方を説明するグラフ。

【図6】変形例に係る、波長帯域の中心波長及び幅の決め方を説明するグラフ。

【図7】特定種の植物プランクトンの密度と蛍光強度との関係を示すグラフ。

【図8】他の植物プランクトンの密度と蛍光強度との関係を示すグラフ。

【図9】植物プランクトンの密度と蛍光比との関係を示すグラフ。

【図10】特定種の植物プランクトンの存在量の算出結果と顕微鏡で観察した同存在量との関係を示すグラフ。

【図11】現場における実測結果と特定種の植物プランクトンの蛍光強度比との関係を示すグラフ。

【図12】他の現場における実測結果と特定種の植物プランクトンの蛍光強度比との関係を示すグラフ。

【図13】第６実施形態に係る特定種の植物プランクトンの存在量の算出装置の概略構成を示す図。

【図14】蛍光スペクトルに含まれる励起光の散乱光成分を概念的に示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0042】

以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは相違している。

【0043】

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る特定種の植物プランクトンの存在量の算出装置１の概略構成を示している。図１に示されるように、算出装置１は、植物プランクトンを含む測定対象の試料に励起光を照射する励起光発生部１０と、励起光により試料から生じた蛍光を測定する蛍光強度測定部２０と、これらの駆動を制御すると共に測定結果を解析する制御装置３０とを備えている。

【0044】

励起光発生部１０は、発光素子１１と送光用光学フィルタユニット１２とを有している。発光素子１１は、試料に向かう送光軸を有し試料に向かって励起光を照射するように構成されている。本実施形態では、発光素子１１としてＬＥＤ（発光ダイオード）が採用されている。

【0045】

送光用光学フィルタユニット１２は、発光素子１１の送光軸に対向するように発光素子１１と測定対象の試料との間に配設されており、発光素子１１により照射された励起光のうち特定の波長帯域の励起光を通過させ、他の波長の励起光をカットするように構成されている。本実施形態では、送光用光学フィルタユニット１２は、例えば薄膜フィルタ又はガラスフィルタにより構成されている。

【0046】

なお、本実施形態では、植物プランクトンに含まれる蛍光色素の１つであるクロロフィルａを効率的に励起できるように、送光用光学フィルタユニット１２による波長帯域が設定されている。具体的には、クロロフィルａ及びクロロフィルｂの吸収スペクトルを示す図２（Sven Beer、Mats Bjork（「o」はウムラウト記号付き）、及びJohn Beardall著による”Photosynthesis in the Marine Environment, First Edition”に開示された図４．２）を参照して、クロロフィルａは、波長が約４２０ｎｍ～約４５０ｎｍの波長帯域において吸収が大きくなっている。本実施形態では、クロロフィルａが効率よく励起されるように、励起光としてクロロフィルａへの吸収が大きい中心波長が４３５ｎｍ、半価幅が約１２０ｎｍである波長帯域の励起光が用いられている。

【0047】

蛍光強度測定部２０は、受光素子２１と受光用光学フィルタユニット２２とを有している。受光素子２１は、試料に対向するように配設され、励起光により試料から生じた蛍光を測定するように構成されている。本実施形態では、受光素子２１としてフォトダイオードＰＤが採用されている。

【0048】

受光用光学フィルタユニット２２は、受光素子２１の受光軸に対向するように受光素子２１と測定対象の試料との間に配設されており、試料から生じた蛍光のうち特定の波長帯域の蛍光を通過させ、他をカットするように構成されている。本実施形態では、互いに異なる波長帯域Ａ，Ｂそれぞれに対応した２種類の受光用光学フィルタユニット２２Ａ及び２２Ｂが設けられている。

【0049】

波長帯域Ａは、中心波長が６７０ｎｍ、半価幅が１２ｎｍである。波長帯域Ｂは、中心波長が６９０ｎｍ、半価幅が１２ｎｍである。すなわち、受光用光学フィルタユニット２２Ａは、波長がおおよそ６６４ｎｍ以上６７６ｎｍ以下である蛍光を通過させ、その他の波長成分をカットする。受光用光学フィルタユニット２２Ｂは、波長がおおよそ６８４ｎｍ以上６９６ｎｍ以下である蛍光を通過させ、その他の波長成分をカットする。

【0050】

制御装置３０は、ＣＰＵ、メモリ、記憶装置、および入出力装置を備えた周知のコンピュータと、コンピュータに実装されたソフトウエアとにより構成されている。制御装置３０は、駆動部３１と、演算部３２と、予兆検知部３３とを有している。

【0051】

駆動部３１は、励起光発生部１０の発光素子１１に電力を供給することにより発光素子１１からの励起光の照射を制御する。演算部３２は、蛍光強度測定部２０の受光素子２１により測定された蛍光の強度を数学的に解析して、試料に含まれる特定種の植物プランクトンの存在量を算出して推定する。予兆検知部３３は、演算部３２により算出された特定種の植物プランクトンの存在量に基づいて、赤潮発生の予兆を検知する。

【0052】

以下、演算部３２における特定種の植物プランクトンの存在量の算出アルゴリズムと、予兆検知部３３による赤潮発生の予兆検知について説明する。

【0053】

本願発明者は、特定種の植物プランクトンとして、赤潮発生の原因となり得る有害種の植物プランクトン、より具体的にはカレニア ミキモトイ及びシャトネラ アンティーカ等の特定の有害種の植物プランクトンに注目し、これらの蛍光スペクトルのピークが、他の植物プランクトン（主に赤潮の原因になり難い無害種の植物プランクトンであるが、カレニア ミキモトイ及びシャトネラ アンティーカ以外の有害種の植物プランクトンも含まれる。以下説明を簡単にするため、まとめて無害種の植物プランクトンと称する）の蛍光スペクトルに比して長波長側にシフト（以下、ピークシフトと称する）する現象を発見した。本願発明者は、この現象のメカニズムを明らかにすることにより、この現象を利用して特定の有害種の植物プランクトンの存在量を算出する方法を見出した。

【0054】

図３には、２種類の植物プランクトンに励起光を照射した際の蛍光スペクトルが示されている。ここで、本実施形態における蛍光スペクトルは、測定された波長帯域における強度最大値で他のすべての強度値を割って正規化した正規化スペクトルを意味している。

【0055】

図３には、特定の有害種の植物プランクトンの一例としてカレニア ミキモトイの蛍光スペクトルが太線により示されており、無害種の植物プランクトンの一例として珪藻の蛍光スペクトルが細線により示されている。また、それぞれの蛍光スペクトルは、単一種の植物プランクトンが含まれる試料に対して励起光を照射した際に得られる蛍光の強度を、分解能の高い検出器（例えば分光器）により測定することにより得られる。

【0056】

図３に示されるように、珪藻の蛍光スペクトルはピークが約６８１ｎｍに位置しているのに対して、カレニア ミキモトイの蛍光スペクトルはピークが約６８３ｎｍに位置している。すなわち、カレニア ミキモトイは、蛍光スペクトルのピークが珪藻に比して約２ｎｍ長波長側に位置している。本願発明者は鋭意検討の結果、このシフトピークが、植物プランクトンが有する蛍光色素（クロロフィルａ）による蛍光の再吸収により生じていることを突き止めた。

【0057】

図２を併せて参照して、クロロフィルａは、６７０ｎｍ周辺にも吸収スペクトルのピークが存在している。このピークの長波長側限界（吸収端と呼ぶ）の近傍（波長が長くなるにつれて吸収が減少する波長領域）では、波長が短くなるにつれて吸収が起こりやすくなるのに対して、波長が長くなり吸収端に近づくにつれて吸収され難くなる。すなわち、ピークが位置する約６７０ｎｍ周辺の波長帯域においては、クロロフィルａによる吸収が起こり易いのに対して、約６９０ｎｍ周辺の吸収端においてはクロロフィルａによる吸収が起こり難い。

【0058】

すなわち、励起光により生じた蛍光のうち、約６７０ｎｍ周辺の波長帯域の蛍光は、同一個体内の他のクロロフィルａにより再吸収されやすい一方で、約６９０ｎｍ周辺の波長帯域の蛍光は他のクロロフィルａにより再吸収され難く外部へ放射される。この再吸収の起こりやすさは、最初に蛍光が生じたクロロフィルａの周りに近接してどれだけ多くのクロロフィルａがあるかに依存している。カレニア ミキモトイ、シャトネラ アンティーカ等の特定の有害種の植物プランクトンは、互いに近接したクロロフィルａを体積的に多く含んでいるので、これにより無害種の植物プランクトンに比して再吸収が起こりやすいと考えられる。

【0059】

図４には、励起光による生じる蛍光が概念的に示されており、図４（ａ）に特定の有害種の植物プランクトンの場合が示されており、図４（ｂ）に無害種の植物プランクトンの場合が示されている。図４（ａ）を参照して、特定の有害種の植物プランクトンに含まれる蛍光色素としてのクロロフィルａは、中心波長が４３５ｎｍである短波長の励起光Ｘを吸収して、励起光Ｘよりも波長が長い蛍光Ｚを生じる。この蛍光Ｚには、波長が約６７０ｎｍであり相対的に波長が短い蛍光Ｚ１と、波長が約６９０ｎｍであり相対的に波長が長い蛍光Ｚ２とが含まれている。

【0060】

図４（ａ）に示すように、蛍光Ｚ２は同一個体内のクロロフィルａに再吸収され難いのに対し、蛍光Ｚ１は同一個体内のクロロフィルａに再吸収されて、Ｚ１の強度はその分小さくなる。なお再吸収された結果、そのエネルギの一部により更に蛍光Ｚ３を生じる。上述したように、特定の有害種の植物プランクトン、すなわちカレニア ミキモトイ、シャトネラ アンティーカ等は、同一個体内においてクロロフィルａが体積的に多く含まれているので、励起光が一つのクロロフィルａに吸収されて、ここから生じた蛍光が同一個体内のクロロフィルａに再吸収されやすいためと考えられる。

【0061】

これに対して、図４（ｂ）に示すように、無害種の植物プランクトンでは、特定の有害種の植物プランクトンのようにクロロフィルａを体積的に多く含んでおらず、一つのクロロフィルから生じた蛍光が、同一個体内のクロロフィルａを通過しにくいため、再吸収され難いと考えられる。

【0062】

すなわち、特定の有害種の植物プランクトンは、６７０ｎｍ付近において再吸収により蛍光の強度が弱められるため、外部の検出器で測定した蛍光スペクトルのピークが長波長側へシフトするように見えるピークシフトが生じると考えられる。

【0063】

この現象を利用して、本願の発明者は、特定の有害種の植物プランクトンの存在量を算出するに際して、以下の知見を得た。

【0064】

第１に、着目する蛍光色素としては、再吸収が起こり得るものである必要がある。励起光により蛍光を発生する蛍光色素と、再吸収する蛍光色素とが同じ種類である必要はないが、一般的に量の多い、再吸収が十分に起こり得るものとして、例えばクロロフィルａが適当である。

【0065】

第２に、励起光としては、再吸収がおこり得る蛍光を発生させることができるエネルギを持つものを含むことが必要である。吸収スペクトルの波長上限を超えるような蛍光しか生じないような低いエネルギの励起光では不適当である。

【0066】

第３に、区別したい植物プランクトンの種類間で、再吸収の程度が異なる必要がある。例として上述したように、カレニア ミキモトイ、シャトネラ アンティーカは、他種と比べ、蛍光色素が蛍光を再吸収しやすい空間分布になっている。

【0067】

第４に、再吸収の程度が異なる複数の波長帯域における蛍光の強度を用いることにより、再吸収が相対的に大きなプランクトン種類の存在量と、再吸収が相対的に小さなプランクトン種類の存在量という２つの未知量をこのメカニズムに基づいて算出できる。

【0068】

すなわち、本実施形態では、励起光発生部１０が、測定対象の試料に励起光を照射する。試料には、複数の種類の植物プランクトンが混在しており、赤潮の原因になり得る特定の有害種の植物プランクトンが含まれている可能性がある植物プランクトン群が含まれている。次いで、蛍光強度測定部２０が、励起光により試料から生じた蛍光について、受光用光学フィルタユニット２２Ａ，２２Ｂを介して波長帯域Ａ，Ｂそれぞれにおける蛍光強度を測定する。その後、演算部３２が、波長帯域Ａ，Ｂそれぞれにおいて測定された蛍光強度を数学的に解析することにより、特定種（有害種）の植物プランクトンの存在量とその他（無害種）の植物プランクトンの存在量とを算出する。

【0069】

演算部３２における数学的解析では、波長帯域Ａ，Ｂそれぞれについて測定された蛍光強度についての以下の式（１）及び式（２）を立て、これらの２つ式からなる連立方程式を解くことにより、特定の有害種の植物プランクトンの存在量Ｋ（セル数）と、その他の植物プランクトンの存在量Ｄ（セル数）とを算出する。なお、セル数とは植物プランクトンの個体数、個数を意味している。

【0070】

【数1】

Ｉ６７０：波長帯域Ａにおける試料の蛍光強度
Ｉｋ６７０：波長帯域Ａにおける特定の有害種の植物プランクトン１セルあたりの蛍光強度
Ｉｄ６７０：波長帯域Ａにおける無害種の植物プランクトン１セルあたりの蛍光強度

【0071】

【数2】

Ｉ６９０：波長帯域Ｂにおける試料の蛍光強度
Ｉｋ６９０：波長帯域Ｂにおける特定の有害種の植物プランクトン１セルあたりの蛍光強度
Ｉｄ６９０：波長帯域Ｂにおける無害種の植物プランクトン１セルあたりの蛍光強度

【0072】

式（１）及び式（２）において、試料には特定の有害種の植物プランクトン１種類及び無害種の植物プランクトン１種類のうち少なくとも一方が含まれることを前提とし、それぞれの波長帯域Ａ，Ｂで測定された蛍光強度Ｉ６７０及びＩ６９０が、それぞれの波長帯域における特定の有害種の植物プランクトンより生じる蛍光強度と無害種の植物プランクトンより生じる蛍光強度とを合計することにより表されている。また、無害種の植物プランクトンに関しては、複数種の植物プランクトンが混在する場合には、Ｉｄ６７０等は、複数の無害種の植物プランクトンの存在比に応じた平均的な値を意味する。

【0073】

それぞれの波長帯域における特定の有害種の植物プランクトンから生じる蛍光強度は、それぞれの波長帯域において、特定の有害種の植物プランクトン１つ（セル）から生じる蛍光強度に、その存在量Ｋ（セル数）を乗じた値として表されている。同様に、それぞれの波長帯域における無害種の植物プランクトンから生じる蛍光強度は、それぞれの波長帯域において、無害種の植物プランクトン１つ（セル）から生じる蛍光強度に、その存在量Ｄ（セル数）を乗じた値として表されている。

【0074】

上記式（１）及び式（２）のＩ６７０及びＩ６９０は、試料毎に算出装置１において測定するものであり、Ｉｋ６７０，Ｉｄ６７０，Ｉｋ６９０及びＩｄ６９０は、単一の種類の植物プランクトン１セルあたりの蛍光強度を、波長帯域Ａ，Ｂそれぞれにおいて事前に測定しておくものである。

【0075】

上記式（１）及び（２）を連立方程式として数学的に解くことにより、未知数である特定の有害種の植物プランクトンの存在量Ｋ及びその他の植物プランクトンの存在量Ｄがそれぞれ算出される。以下に、特定の有害種の植物プランクトンの存在量Ｋの算出式を式（３）により示す。その他の植物プランクトンの存在量Ｄについては省略する。

【0076】

【数3】

【0077】

すなわち、再吸収の生じやすさが異なる２つの波長帯域Ａ，Ｂにおいて測定された蛍光強度に基づいて、再吸収が相対的に大きな特定の有害種の植物プランクトンの存在量Ｋと、再吸収が相対的に小さなその他の植物プランクトンの存在量Ｄとをそれぞれ算出することができる。ここで、蛍光の強度を波長帯域に関しピンポイントではなく広がりのある波長帯域Ａ，Ｂにおいて測定することにより、測定バラツキ及び測定ノイズが低減するので、ロバスト性の高い測定結果が容易に得られる。

【0078】

また、励起光発生部１０は、発光素子１１及び送光用光学フィルタユニット１２により構成されており、蛍光強度測定部２０は、受光素子２１及び受光用光学フィルタユニット２２により構成されている。すなわち、大型且つ高額になりやすい分光器を必要としないので、算出装置１をコンパクト且つ廉価に構成しやすい。

【0079】

予兆検知部３３は、算出された特定の有害種の植物プランクトンの存在量Ｋに基づいて、赤潮発生の予兆を検知する。例えば、特定の有害種の植物プランクトンとしてカレニア ミキモトイに注目する場合に試料１ｍｌあたりの存在量Ｋが５０セル以上算出されたとき、今後赤潮レベルにまで発展する可能性が高いとみなし、予兆検知部３３は赤潮発生の予兆を検知する。また、特定の有害種の植物プランクトンとしてシャトネラ アンティーカに注目する場合に試料１ｍｌあたりの存在量Ｋが１０セル以上であるとき、予兆検知部３３は赤潮発生の予兆を検知する。

【0080】

すなわち、特定の有害種の植物プランクトンの存在量Ｋに基づいて、赤潮発生の予兆を検知できる。この他、例えば、特定の有害種の植物プランクトンの存在量Ｋを定期的に算出することにより、特定の有害種の植物プランクトンの存在量Ｋの変化（例えば増殖速度）を算出して、それがある閾値を超えた場合に、赤潮発生の予兆を検知するようにしてもよい。

【0081】

次に、波長帯域Ａ，Ｂの設定方法について説明する。

【0082】

まず、他の一般的な種の植物プランクトンと区別して存在量を算出したい、再吸収の大きな種（例えば特定の有害種の植物プランクトンの１つであるカレニア ミキモトイ）、単一種に対して、所定の励起光を照射し、波長分解能の高い検出器で蛍光スペクトルを測定する。次いで、測定された蛍光スペクトルを、その蛍光スペクトルの強度最大値で、全ての強度値を割り（正規化）、正規化スペクトルを求める（スペクトルＫと称する）。スペクトルＫは、波長λの関数Ｋ（λ）として表される。

【0083】

同様に、他の一般的な種の植物プランクトン、すなわち再吸収の小さな種、単一種に対して、蛍光スペクトルを測定すると共に、正規化スペクトルを求める（スペクトルＤと称する）。スペクトルＤは、波長λの関数Ｄ（λ）として表される。

【0084】

次に、式（４）に示すように、スペクトルＤ（λ）とスペクトルＫ（λ）との差分である差分スペクトルＦ（λ）を求める。

【0085】

【数4】

【0086】

蛍光強度測定部２０の仕様、すなわち受光用光学フィルタユニット２２の仕様に基づいて波長帯域の幅ｗを決定する。次に、式（５）に示すように、差分スペクトルＦ（λ）を、波長帯域の幅ｗで積分してＧ（λ）を求める。

【0087】

【数5】

【0088】

図５に、特定の有害種の植物プランクトンの一例としてカレニア ミキモトイのスペクトルＫ（λ）と、無害種の植物プランクトンの一例として珪藻のスペクトルＤ（λ）と、差分スペクトルＦ（λ）と、幅ｗを１２ｎｍとした場合のＧ（λ）とを示している。

【0089】

Ｇ（λ）を参照して、相互に最も大きな部分と最も小さな部分とを選択する。すなわち、Ｇ（λ）は、中心波長６７０ｎｍ周辺において最小値となり、中心波長６９０ｎｍ周辺において最大値となる。したがって、中心波長６７０ｎｍ、幅ｗが１２ｎｍの帯域を波長帯域Ａと、中心波長６９０ｎｍ、幅ｗが１２ｎｍの帯域を波長帯域Ｂとして設定する。

【0090】

なお、上記波長帯域の設定方法では、波長帯域の幅ｗを、蛍光強度測定部２０において採用する受光用光学フィルタユニット２２に基づいて決定しているが、上記設定方法により設定された波長帯域Ａ，Ｂの差が大きくならない場合には、幅ｗを見直してもよい。

【0091】

また、波長帯域Ａ，Ｂを設定する他の設定方法として、２つ選ぶ波長帯域は両者の差が大きくなるように、一方はＧが正の値を取り、もう一方のＧが負の値を取るように、且つ、上記求めたＧ（λ）の形から考えて正負の切り替わる波長からそれぞれ１０ｎｍ程度離れた位置に波長を選択してもよい。より具体的には、Ｇ（λ）の正負が切り替わる波長（λｇ）付近ではＧ（λ）の変化が急峻であり、たとえばフィルターの中心波長、半価幅の製造上のばらつきによる、測定強度値の変動が大きくなるため、その悪影響をできるだけ抑えるため、ある程度λｇから離れた波長に、各フィルターの中心波長を設定することも有効である。この場合、正負の切り替わる波長が６８２ｎｍであるので、波長帯域Ａの中心波長を６７２ｎｍに設定し、波長帯域Ｂの中心波長を６９２ｎｍに設定してもよい。大まかには、Ｆ（λ）のゼロ点である波長より一方の波長帯域の中心波長を小さくし、他方の波長帯域の中心波長を大きくしてもよい。

【0092】

また、波長帯域Ａ，Ｂを設定する更なる他の設定方法として、まず、式（６）及び式（７）に示すように、スペクトルＫ（λ）及びスペクトルＤ（λ）をそれぞれ、中心波長λにおいて波長帯域の幅ｗにより積分すると共に、例えばその１０％の値をそれぞれＫ強度（λ）、Ｄ強度（λ）とする。次いで、Ｇ（λ）の絶対値が、Ｋ強度（λ）及びＤ強度（λ）よりも大きい波長範囲に中心波長を設定すればよい。これは、測定誤差の影響を考えた場合に、測定したい差異変化分、Ｇ（λ）が、Ｋ（λ）及びＤ（λ）に対して、ある程度大きいことが望ましいという考えによる条件である。

【0093】

【数6】

【0094】

【数7】

【0095】

図６に、Ｋ強度（λ）とＤ強度（λ）とＧ（λ）の絶対値とが示されている。すなわち、Ｇ（λ）の絶対値が、Ｋ強度（λ）及びＤ強度（λ）よりも大きい波長帯域として、６４５ｎｍ以上６７８ｎｍ以下の波長帯域と、６８８ｎｍ以上６９５ｎｍ以下の波長帯域とを選択できる。

【0096】

さらに、Ｋ強度（λ）及びＤ強度（λ）が、大きい範囲に中心波長を選択するのが望ましい。例えば、Ｋ強度（λ）及びＤ強度（λ）それぞれの最大強度に対して３０％以上の波長帯域から中心波長を設定するのが望ましい。したがって、図６を参照して６６５ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長帯域から中心波長を設定するのが望ましい。

【0097】

したがって、波長帯域Ａを中心波長が６６５ｎｍ以上６７８ｎｍ以下から選択し、波長帯域Ｂを中心波長が６８８ｎｍ以上６９５ｎｍ以下から選択することができる。この場合、例えば、波長帯域Ａの中心波長を６７０ｎｍに設定し、波長帯域Ｂの中心波長を６９０ｎｍに設定できる。

【0098】

なお、演算部３２における上記算出アルゴリズムは、蛍光及び再吸収という現象が植物プランクトンの存在量及び密度に依存しないことを前提としている。すなわち、存在量及び／又は密度が増大若しくは減少するにつれて再吸収の発生に差異が生じるとすれば、植物プランクトン１つあたりの蛍光強度を、植物プランクトンの存在量及び／又は密度の関数として考慮する必要がある。

【0099】

しかしながら、本願の発明者は、蛍光強度は、赤潮の予兆を検知するという目的から考えた場合の実用的な個数範囲において植物プランクトンの存在量及び密度に依存していないことを確認した。図７～図９を参照して具体的に説明する。図７は、特定の有害種の植物プランクトンの一例としてのカレニア ミキモトイの密度（１ｍｌあたりのセル数）に対する６７０ｎｍ及び６９０ｎｍにおける蛍光強度を示している。同様に図８は、無害種の植物プランクトンの一例としての珪藻の密度（１ｍｌあたりのセル数）に対する６７０ｎｍ及び６９０ｎｍにおける蛍光強度を示している。また、図９は、特定の有害種の植物プランクトンとしてのカレニア ミキモトイ及びシャトネラ アンティーカと、無害種の植物プランクトンとしての珪藻の、蛍光比（６７０ｎｍにおける蛍光強度に対する６９０ｎｍにおける蛍光強度の比）を示している。

【0100】

図７及び図８に示すように、植物プランクトンの蛍光強度は、密度が増大するにつれて比例して増大しており、一定値に飽和（サチュレート）する傾向がない。また、図９に示すように、植物プランクトンの蛍光比は、密度によらず略一定である。したがって、植物プランクトンの蛍光強度は、植物プランクトンの個体数及び密度に依存しないことが確認され、上記算出アルゴリズムが成立する。

【0101】

図１０は、演算部３２により算出された特定の有害種の植物プランクトンの算出密度と、同じ試料を顕微鏡により観察した際の実測密度との関係を示している。具体的には、図１０において植物プランクトンとしてカレニア ミキモトイのみが存在する場合を丸で示し、カレニア ミキモトイに加えて珪藻が存在する場合を菱形で示している。

【0102】

図１０に示すように、算出密度と実測密度とは概ね一致しており、本算出アルゴリズムによる高い算出精度が確認された。

【0103】

また、図１１及び図１２に現場水域における調査結果が示されている。なお、図１１及び図１２では、３つのグラフが横に並列するように示されており、それぞれ縦軸に水深を取っている。左端のグラフには、所定の水深で採取された試料の顕微鏡観察結果であって、当該水深に存在する植物プランクトンの種類及び密度が示されている。中央のグラフには、クロロフィルセンサを用いて測定された各水深におけるクロロフィルａの蛍光強度（任意単位）が示されている。右端のグラフには、各水深において測定された蛍光の、６７０ｎｍの波長における蛍光強度に対する６８５ｎｍの波長における蛍光強度の比が示されている。

【0104】

図１１には、無害種の植物プランクトンとして、プロロセントラム デンタータム（Prorocentrum dentatum）Ｐｄが多く存在する場合が示されており、図１２にはカレニア ミキモトイＫｍとヘテロシグマ アカシオ（Heterosigma akashiwo）Ｈａとの両方が存在する場合が示されている。

【0105】

図１１を参照して、水深２ｍにおいて、顕微鏡観察結果からプロロセントラム デンタータムＰｄが多く見られており、さらにクロロフィルセンサでもクロロフィルａが多く検出されている。しかしながら、蛍光強度比は高くない。

【0106】

一方、図１２を参照して、水深０ｍでは、顕微鏡観察結果からヘテロシグマ アカシオＨａが多く見られているものの、蛍光強度比は高くない。水深６ｍにおいて、顕微鏡観察結果からカレニア ミキモトイが多く見られ、クロロフィルセンサにおいてもクロロフィルａが多く検出されている。さらに、蛍光強度比も高くなっている。

【0107】

すなわち、クロロフィルセンサによりクロロフィルａを検出するのみでは、単に何らかの種類の植物プランクトンが存在することは検出できるものの、他の種の植物プランクトンと区別して、有害種（この場合カレニア ミキモトイ）の植物プランクトンを検出することはできない。これに対して、蛍光強度比を算出することにより、例えば６７０ｎｍの波長における蛍光強度に対する６８５ｎｍの波長における蛍光強度の比である蛍光強度比を算出し、この蛍光強度比が１．５を超える場合に特定の有害種の植物プランクトンが存在していることを検出することができる。したがって、蛍光強度比を用いることにより、植物プランクトンの種の弁別をすることができる。

【0108】

（第２実施形態）
第２実施形態に係る算出装置１は、演算部３２による算出アルゴリズムのみ異なり他は同一である。第２実施形態における算出アルゴリズムでは、全体の蛍光強度Ｉと、２つの波長帯域Ａ，Ｂそれぞれにおける蛍光強度Ｉ６７０及びＩ６９０の強度比ｒとに基づいて、特定の有害種の植物プランクトンの存在量Ｋを算出する。なお、全体の蛍光強度Ｉとは、波長帯域Ａ，Ｂのように特定の波長帯域に限定しておらず、測定対象とする色素が発生する波長域全体の蛍光を測定するものであり、厳密には、波長域全体を測定しなくても、それが推定できるだけの広い波長範囲での測定ができればよい。

【0109】

具体的には、全波長帯域における蛍光強度Ｉについての式（８）と、波長帯域Ａの蛍光強度Ｉ６７０に対する波長帯域Ｂの蛍光強度Ｉ６９０の比である強度比ｒについての式（９）を立て、これらの２つの式からなる連立方程式を解くことにより、特定の有害種の植物プランクトンの存在量Ｋ（セル数）と、その他の植物プランクトンの存在量Ｄ（セル数）とを算出する。

【0110】

【数8】

Ｉ：全波長帯域における試料の蛍光強度
Ｉｋ：全波長帯域における特定の有害種の植物プランクトン１セルあたりの蛍光強度
Ｉｄ：全波長帯域における無害種の植物プランクトン１セルあたりの蛍光強度

【0111】

【数9】

【0112】

なお、式（９）において、中心波長６７０ｎｍにおける蛍光強度Ｉ６７０、及び中心波長６９０ｎｍにおける蛍光強度Ｉ６９０は、式（１）及び式（２）の右辺を代入する。

【0113】

上記式（８）において、試料には特定の有害種の植物プランクトン１種類及び無害種の植物プランクトン１種類のうち少なくとも一方が含まれることを前提とし、全波長帯域における蛍光強度Ｉは、全波長帯域における特定の有害種の植物プランクトンより生じる蛍光強度と無害種の植物プランクトンより生じる蛍光強度とを合計することにより表されている。

【0114】

全波長帯域における特定の有害種の植物プランクトンから生じる蛍光強度は、全波長帯域において、特定の有害種の植物プランクトン１つ（セル）から生じる蛍光強度Ｉｋに、その存在量Ｋ（セル数）を乗じた値として表されている。同様に、全波長帯域における無害種の植物プランクトンから生じる蛍光強度は、全波長帯域において、無害種の植物プランクトン１つ（セル）から生じる蛍光強度Ｉｄに、その存在量Ｄ（セル数）を乗じた値として表されている。

【0115】

上記式（８）における蛍光強度Ｉ、及び式（９）における強度比ｒ（すなわちＩ６７０及びＩ６９０）は、試料毎に算出装置１において測定するものであり、Ｉｋ及びＩｄは、単一の種類の植物プランクトン１セルあたりの蛍光強度を全波長帯域において事前に測定しておくものである。

【0116】

上記式（８）及び（９）を連立方程式として数学的に解くことにより、未知数である特定の有害種の植物プランクトンの存在量Ｋ及びその他の植物プランクトンの存在量Ｄがそれぞれ算出される。以下に、特定の有害種の植物プランクトンの存在量Ｋの算出式を式（１０）により示す。その他の植物プランクトンの存在量Ｄについては省略する。

【0117】

【数10】

【0118】

したがって、第２実施形態に係る算出方法によれば、全体の蛍光強度Ｉと、２つの波長帯域Ａ，Ｂそれぞれにおける蛍光強度Ｉ６７０及びＩ６９０の強度比ｒとに基づいて、再吸収が相対的に大きな特定の有害種の植物プランクトンの存在量Ｋと、再吸収が相対的に小さなその他の植物プランクトンの存在量Ｄとをそれぞれ算出することができる。

【0119】

また、２つの波長帯域Ａ，Ｂにおける強度ではなく、これらの強度比ｒに基づいて算出することにより、励起光発生部１０から照射される励起光自体の強度変動による影響を受け難い。

【0120】

（第３実施形態）
第３実施形態に係る算出装置１は、演算部３２による算出アルゴリズムのみ異なり他は同一である。第３実施形態における算出アルゴリズムでは、全体の蛍光強度Ｉと、２つの波長帯域Ａ，Ｂそれぞれにおける蛍光強度Ｉ６７０及びＩ６９０の強度差Ｇとに基づいて、特定の有害種の植物プランクトンの存在量Ｋを算出する。

【0121】

具体的には、全波長帯域における蛍光強度Ｉについての式（８）と、波長帯域Ａの蛍光強度Ｉ６７０と波長帯域Ｂの蛍光強度Ｉ６９０との差である強度差Ｇについての式（１１）を立て、これらの２つの式からなる連立方程式を解くことにより、特定の有害種の植物プランクトンの存在量Ｋ（セル数）と、その他の植物プランクトンの存在量Ｄ（セル数）とを算出する。

【0122】

【数11】

【0123】

式（１１）における強度差Ｇは、試料毎に算出装置１において測定したＩ６９０及びＩ６７０から算出する。式（１１）の右辺の蛍光強度Ｉ６７０及びＩ６９０には、式（１）及び式（２）の右辺を代入する。

【0124】

上記式（８）及び（１１）を連立方程式として数学的に解くことにより、未知数である特定の有害種の植物プランクトンの存在量Ｋ及びその他の植物プランクトンの存在量Ｄがそれぞれ算出される。以下に、特定の有害種の植物プランクトンの存在量Ｋの算出式を式（１２）により示す。その他の植物プランクトンの存在量Ｄについては省略する。

【0125】

【数12】

【0126】

ここで、式（１３）及び（１４）によりＧｋ及びＧｄを設定すると、式（１２）は式（１５）に整理される。

【0127】

【数13】

【0128】

【数14】

【0129】

【数15】

【0130】

したがって、第３実施形態に係る算出方法によれば、全体の蛍光強度Ｉと、２つの波長帯域Ａ，Ｂそれぞれにおける蛍光強度の強度差Ｇとに基づいて、再吸収が相対的に大きな特定の有害種の植物プランクトンの存在量Ｋと、再吸収が相対的に小さなその他の植物プランクトンの存在量Ｄとをそれぞれ算出することができる。

【0131】

（第４実施形態）
第４実施形態に係る算出装置１は、上記実施形態に対して、蛍光強度測定部２０を３つの波長帯域Ａ１，Ｂ１，Ｃ１において蛍光強度を検出するように変更すると共に、演算部３２による算出アルゴリズムが異なり他は同一である。第４実施形態における算出アルゴリズムでは、３つの波長帯域Ａ１，Ｂ１，Ｃ１それぞれにおける蛍光強度Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３についての以下の式（１６）～式（１８）を立て、これらの３つの式からなる連立方程式を解くことにより、特定の有害種の植物プランクトンの存在量Ｋを算出する。

【0132】

【数16】

Ｉｋ１：波長帯域Ａ１における特定の有害種の植物プランクトン１セルあたりの蛍光強度
Ｉｄ１：波長帯域Ａ１における無害種の植物プランクトン１セルあたりの蛍光強度

【0133】

【数17】

Ｉｋ２：波長帯域Ｂ１における特定の有害種の植物プランクトン１セルあたりの蛍光強度
Ｉｄ２：波長帯域Ｂ１における無害種の植物プランクトン１セルあたりの蛍光強度

【0134】

【数18】

Ｉｋ３：波長帯域Ｃ１における特定の有害種の植物プランクトン１セルあたりの蛍光強度
Ｉｄ３：波長帯域Ｃ１における無害種の植物プランクトン１セルあたりの蛍光強度

【0135】

式（１６）～式（１８）において、試料には特定の有害種の植物プランクトン１種類及び無害種の植物プランクトン１種類のうち少なくとも一方が含まれることを前提とし、それぞれの波長帯域Ａ１，Ｂ１，Ｃ１で測定された蛍光強度Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３が、それぞれの波長帯域における特定の有害種の植物プランクトンより生じる蛍光強度と無害種の植物プランクトンより生じる蛍光強度とを合計することにより表されている。

【0136】

それぞれの波長帯域における特定の有害種の植物プランクトンから生じる蛍光強度は、それぞれの波長帯域において、特定の有害種の植物プランクトン１つ（セル）から生じる蛍光強度に、その存在量Ｋ（セル数）を乗じた値として表されている。同様に、それぞれの波長帯域における無害種の植物プランクトンから生じる蛍光強度は、それぞれの波長帯域において、無害種の植物プランクトン１つ（セル）から生じる蛍光強度に、その存在量Ｄ（セル数）を乗じた値として表されている。

【0137】

上記式（１６）～式（１８）のＩ１，Ｉ２，Ｉ３は、試料毎に算出装置１において測定するものであり、Ｉｋ１，Ｉｋ２，Ｉｋ３，Ｉｄ１，Ｉｄ２，Ｉｄ３は、単一の種類の植物プランクトン１セルあたりの蛍光強度を、波長帯域Ａ１，Ｂ１，Ｃ１それぞれにおいて事前に測定しておくものである。

【0138】

なお、未知量が特定の有害種の植物プランクトンの存在量Ｋとその他の植物プランクトンの存在量Ｄの２つであるのに対して、連立方程式が３つであるので、このうちの２つの連立方程式を解くというアルゴリズムは不適当である。したがって、本実施形態では、３つの連立方程式に対して最適な未知量Ｋ及びＤを最小２乗法により算出する。すなわち、以下の式（１９）におけるＳを最小化するように、式（２０）及び式（２１）により未知量Ｋ及びＤを算出する。

【0139】

【数19】

【0140】

【数20】

【0141】

【数21】

【0142】

式（２０）及び式（２１）から未知数である特定の有害種の植物プランクトンの存在量Ｋ及びその他の植物プランクトンの存在量Ｄがそれぞれ算出される。以下に、特定の有害種の植物プランクトンの存在量Ｋの算出式を式（２２）により示す。その他の植物プランクトンの存在量Ｄについては省略する。

【0143】

【数22】

【0144】

したがって、第４実施形態に係る算出方法によれば、３つの波長帯域Ａ１，Ｂ１，Ｃ１それぞれにおける蛍光強度Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３に基づいて、再吸収が相対的に大きな特定の有害種の植物プランクトンの存在量Ｋと、再吸収が相対的に小さなその他の植物プランクトンの存在量Ｄとをそれぞれ算出することができる。

【0145】

なお、本実施形態では、未知量が２つで、波長帯域がそれより数が多い場合の例について説明したが、未知量は３つ以上であってもよい。例えば、再吸収の程度の異なる３つの異なる種の植物プランクトンそれぞれの存在量が未知量であるとき、蛍光強度を測定する波長帯域として、再吸収のされやすさの異なる３つ以上を選択し、それぞれにおいて蛍光強度を測定することにより、上述した算出方法により未知量を算出することができる。

【0146】

すなわち、未知量の数と測定する波長帯域の数とが等しい場合、連立方程式を解くことにより算出することができる。また、未知量の数よりも測定する波長帯域の数が多い場合、例えば最小２乗法により最適値を求めることができる。これにより、未知量が３以上であっても、上述した算出方法により未知量を算出することができる。

【0147】

また、測定する波長帯域として、再吸収のされやすさが異なるものだけでなく、別の蛍光色素からの蛍光を測定するためのものも含んでもよい。

【0148】

（第５実施形態）
第５実施形態に係る算出装置１は、演算部３２による算出アルゴリズムのみ異なり他は同一である。第５実施形態における算出アルゴリズムでは、全体の蛍光強度Ｉと、２つの波長帯域Ａ，Ｂそれぞれにおける蛍光強度Ｉ６７０及びＩ６９０の強度比ｒとに基づいて、無害種の植物プランクトンの存在量Ｄに対する特定の有害種の植物プランクトンの存在量Ｋの存在比Ｋ／Ｄを算出する。

【0149】

具体的には、全波長帯域における蛍光強度Ｉについての式（８）と、波長帯域Ａの蛍光強度Ｉ６７０に対する波長帯域Ｂの蛍光強度Ｉ６９０の比である強度比ｒについての式（９）とからなる連立方程式を解くことにより、無害種の植物プランクトンの存在量Ｄに対する特定の有害種の植物プランクトンの存在量Ｋの存在比（Ｋ／Ｄ）を算出する。以下に、存在比（Ｋ／Ｄ）を式（２３）により示す。

【0150】

【数23】

【0151】

ここで、強度比ｒは、特定の有害種の植物プランクトンが１００％であるときＩｋ６９０／Ｉｄ６７０になり、特定の有害種の植物プランクトンが減少するにつれて、無害種の植物プランクトンが１００％であるときのＩｄ６９０／Ｉｄ６７０に近づく。

【0152】

また、存在比Ｋ／ＤをＰとすれば、植物プランクトンの全存在量（Ｄ＋Ｋ）に対する特定の有害種の植物プランクトンの存在量Ｋの比率（Ｋ／（Ｄ＋Ｋ））を、式（２４）のように表現できる。

【0153】

【数24】

【0154】

式（２４）によれば、植物プランクトンの全存在量（Ｄ＋Ｋ）に対する特定種の植物プランクトンの存在量Ｋの比率（Ｋ／（Ｄ＋Ｋ））は、無害種の植物プランクトンが１００％のときＰがゼロになるのでゼロとなり、特定種の植物プランクトンが１００％のときＰが無限大になるので１となる。一方、式（２３）によれば、特定の有害種の植物プランクトンが１００％であるとき、存在比（Ｋ／Ｄ）は無限大になってしまう。

【0155】

したがって、式（２４）のように、特定の有害種の植物プランクトンの存在量Ｋの比率は、無害種の植物プランクトンの存在量Ｄに対する比率により表すよりも、全体（Ｄ＋Ｋ）に対する比率で表すほうが好ましい。

【0156】

したがって、第５実施形態に係る算出方法によれば、全体の蛍光強度Ｉと、２つの波長帯域Ａ，Ｂそれぞれにおける蛍光強度Ｉ６７０及びＩ６９０の強度比ｒとに基づいて、再吸収が相対的に小さなその他の植物プランクトンの存在量Ｄに対する、再吸収が相対的に大きな特定の有害種の植物プランクトンの存在量Ｋの比率（Ｋ／Ｄ）を算出することができる。

【0157】

（第６実施形態）
第６実施形態は、上記第１～第５実施形態に対して、測定される蛍光強度から散乱光の影響を除外する構成が追加されている点で異なっている。ここで、散乱光とは、励起光発生部１０から照射された励起光のうち、励起光に含まれる蛍光と同じ波長帯域成分が、例えば、海水、植物プランクトンを含む懸濁物、装置自身、及び他の障害物により散乱された光である。

【0158】

図１３は、第６実施形態に係る算出装置１００の概略構成を示す図である。図６に示すように、算出装置１００は、算出装置１に対して蛍光強度測定部２０が異なっている。具体的には、蛍光強度測定部２０に、散乱光を測定するため波長帯域Ｃ（散乱光検出波長帯域）に対応した、受光用光学フィルタユニット２２Ｃと該フィルタを通過した蛍光を検出する受光素子２１を更に備えている。波長帯域Ｃは、中心波長が６２０ｎｍ、半価幅が１２ｎｍである。

【0159】

図１４は、蛍光スペクトルに含まれる励起光の散乱光成分を概念的に示すグラフである。図１４においてハッチングを付して示すように、蛍光スペクトルには散乱光成分が含まれている。また、散乱光成分は、波長が６２０ｎｍ周辺において、蛍光スペクトルの大半を占める一方で、波長が６２０ｎｍより大きくなるにつれて減少する。

【0160】

すなわち、演算部３２は、予め測定した散乱光のスペクトル形状と波長帯域Ｃにおいて測定された強度とに基づいて、波長帯域Ａ，Ｂにおいて測定された蛍光強度に占める散乱光の強度（寄与分）を例えば相似により推定すると共に、これらを波長帯域Ａ，Ｂそれぞれにおいて測定された蛍光強度からそれぞれ除く。

【0161】

これによって、測定された蛍光強度から、散乱光の影響が除外されるので、特定の有害種の植物プランクトンの存在量の算出精度が向上する。

【0162】

なお、本発明は、上記実施形態に記載された構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

【符号の説明】

【0163】

１ 特定の有害種の植物プランクトンの存在量の算出装置
１０ 励起光発生部
１１ 発光素子
１２ 送光用光学フィルタユニット
２０ 蛍光強度測定部
２１ 受光素子
２２ 受光用光学フィルタユニット
３０ 制御装置
３１ 駆動部
３２ 演算部
３３ 予兆検知部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】