第1章 光合成の基礎

1 光合成微生物の系統・多様性とその反応系
1.1 光合成生物の系統・多様性
1.1.1 分子系統解析
1.1.2 原核光合成生物の系統・多様性
1.1.3 葉緑体の起源(一次共生)
1.1.4 真核光合成生物の系統・多様性と二次共生
1.1.5 日本で発見された光合成生物
1.1.6 光合成微生物の分譲
1.2 光合成反応系の特徴
1.2.1 光合成反応系の構成
1.2.2 色素
1.2.3 光合成色素系
1.2.4 光化学反応中心複合体(RC)
1.2.5 電子移動成分
1.2.6 光合成膜系
1.2.7 二酸化炭素固定回路
1.3 まとめ

2 光合成の初期過程の最新の描像
2.1 はじめに
2.2 光合成系の分子構築・機能
2.3 人工色素タンパク超分子複合体の創成
2.4 光合成膜内における色素タンパク複合体の二次元配列
2.5 アンテナ色素タンパク複合体におけるカロテノイドからバクテリオクロロフィルへの励起エネルギー移動とカロテノイドの中間励起状態
2.6 サブ20フェムト秒分光によるカロテノイドの中間励起状態の直接観測
2.7 光合成反応のコヒーレント制御
2.8 おわりに

3 光合成微生物の色素—クロロフィル
3.1 クロロフィル小史
3.2 酸素発生型光合成(藍藻・藻類)で機能するクロロフィル
3.2.1 クロロフィルaおよびb
3.2.2 クロロフィルcはポルフィリン
3.3 非酸素発生型光合成(光合成細菌)で機能するクロロフィル
3.3.1 紅色光合成細菌:バクテリオクロロフィルaおよびb
3.3.2 緑色糸状性細菌
3.3.3 緑色イオウ細菌
3.3.4 ヘリオバクテリア
3.4 マグネシウムが外れたクロロフィル:フェオフィチン
3.4.1 酸素発生PS II:Phe a
3.4.2 非酸素発生PS II型RC:BPhe a and b
3.5 数奇な運命を辿ったクロロフィル
3.5.1 クロロフィルd
3.5.2 クロロフィルの立体異性体(エピマー)
3.5.3 Zn-バクテリオクロロフィルa

4 光合成微生物の色素—カロテノイド(分布と生合成)
4.1 はじめに
4.2 フィトエン生合成と不飽和化
4.3 リコペン・シクラーゼの共通性と多様性
4.4 紅色細菌のスピリロキサンチン経路
4.4.1 標準型スピリロキサンチン経路
4.4.2 変化型スピリロキサンチン経路
4.4.3 スフェロイデン経路
4.4.4 カロテナール経路
4.4.5 紅色細菌のオケノン経路
4.5 緑色硫黄細菌のクロロバクテン経路とイソレニエラテン経路
4.6 緑色糸状細菌のγ-カロテン経路とβ-カロテン経路
4.7 ヘリオバクテリアのジアポカロテン経路
4.8 好気性光合成細菌
4.9 シアノバクテリア
4.10 微細藻類の生合成経路とその遺伝子

5 光合成細菌の色素調節による光適応
5.1 はじめに
5.2 緑色硫黄光合成細菌の集光器官クロロゾームの構造と機能
5.3 集光器官クロロゾームの色素による光適応
5.4 おわりに

6 地球生態系における光合成微生物群集の役割
6.1 はじめに
6.2 地球史における生態系の形成過程
6.3 地球環境に分布する光合成微生物群集
6.4 おわりに

第2章 光合成微生物の基礎

1 紅色細菌
1.1 はじめに
1.2 紅色細菌はプロテオバクテリアに属する
1.3 紅色細菌の光合成電子伝達系
1.4 紅色細菌の光合成関連遺伝子
1.5 好気性光合成細菌
1.6 おわりに

2 緑色イオウ細菌とヘリオバクテリア
2.1 はじめに
2.2 緑色イオウ細菌
2.2.1 分類
2.2.2 分子生物学的研究
2.2.3 バクテリオクロロフィル色素BChl cの生合成経路
2.2.4 イオウ代謝
2.3 ヘリオバクテリア
2.3.1 分類
2.3.2 窒素固定とその進化

3 シアノバクテリア
3.1 シアノバクテリアはバクテリア?
3.2 シアノバクテリアの生き方:独立栄養と従属栄養
3.3 シアノバクテリアは隙間生物:適応と順応
3.4 シアノバクテリアとウィルス
3.5 シアノバクテリアの利用

4 藻類
4.1 はじめに
4.2 酸素発生光合成システムの継承者
4.3 水中の光環境に適応した藻類
4.4 無脊椎動物との共生生活による繁栄
4.5 光シグナルとシグナル物質による調節
4.6 藻類研究の展望

5 原生動物ユーグレナ
5.1 はじめに
5.2 分類
5.3 培養法
5.4 変異株
5.5 細胞の構造
5.5.1 細胞外膜
5.5.2 鞭毛
5.5.3 核
5.5.4 葉緑体
5.5.5 ミトコンドリア
5.6 代謝系
5.6.1 糖代謝
5.6.2 TCAサイクル
5.6.3 光合成と活性酸素代謝
5.7 おわりに

6 高度好塩菌の光エネルギー変換系
6.1 はじめに
6.2 BR型プロトンポンプの2次構造
6.3 バクテリオロドプシンの立体構造
6.4 バクテリオロドプシンの光化学反応
6.5 プロトン輸送サイクルにおける水分子の役割
6.6 タンパク質内の空隙の形態変化

第3章 光合成微生物の農業・漁業への応用

1 有効土壌微生物・水生微生物としての光合成微生物
1.1 はじめに
1.2 土圏環境
1.2.1 淡水
1.2.2 水田
1.2.3 汽水域・干潟
1.2.4 養殖水域
1.3 特許に見る原核光合成微生物の農業・漁業への応用

2 光合成細菌の農業・畜産・水産への応用
2.1 農業生産への利用
2.1.1 栄養成分が作物の品質向上に貢献
2.1.2 菌体成分が拮抗微生物を増やし土壌病害抑制に貢献
2.1.3 根腐れ防止で安定多収穫の稲作
2.1.4 ペオン液肥製造システムへの光合成細菌Rhodobactor capsulatusの利用
2.2 畜産への利用
2.3 水産養殖への利用

3 光合成微生物による窒素固定と有機栄養細菌の共存効果
3.1 光合成微生物の窒素固定
3.2 光合成細菌の窒素固定遺伝子の情報と分子進化
3.3 Rhodobacter capsulatusの窒素固定遺伝子
3.4 光合成細菌のアンモニアによる窒素固定の調節
3.5 光合成細菌の窒素固定能と農業

4 根粒菌と光合成細菌による土壌の肥沃化
4.1 はじめに
4.2 緑肥における根粒菌の役割と土壌細菌としての光合成細菌
4.3 根粒菌と紅色非硫黄細菌(光合成細菌)との類似性と相違
4.4 根粒菌共生アイランドの水平伝搬による共生窒素固定能の伝搬
4.5 おわりに

5 新しい不耕起・冬季湛水型生物資源農法における光合成細菌の可能性
5.1 はじめに
5.2 有害物質の利用と吸収による土壌環境の改善効果
5.3 窒素源の供給効果
5.4 培養した光合成細菌の農地への添加
5.5 効果の好例
5.6 定量化の未来

6 光合成細菌の養鶏への利用
6.1 はじめに
6.2 光合成細菌による卵の高品質化と産卵量の増加
6.3 光合成細菌の投与方法
6.4 農場の概要
6.5 飼料の成分
6.6 堆肥化プラントと光合成細菌
6.7 鶏の健康管理・鶏病予防について
6.8 おわりに

第4章 光合成微生物の食品・有用物質生産への応用

1 栄養補助食品クロレラ

2 ユーグレナの食品への応用
2.1 はじめに
2.2 ユーグレナの栄養価
2.3 ユーグレナの機能性
2.4 DHA強化ユーグレナの機能性
2.5 今後の展望

3 光合成細菌による酢酸からの有用物質生産
3.1 はじめに
3.2 有用物質生産への光合成細菌の利用
3.3 光合成細菌による生分解性界面活性物質生産
3.4 光合成細菌による酢酸からの生分解性界面活性物質生産
3.5 おわりに

第5章 光合成微生物の環境浄化への応用

1 糸状藻類繁殖系利用による水質浄化
1.1 河川と湖沼の藻類繁殖の違い
1.2 緩速ろ過池での糸状藻類の連続繁殖系
1.3 藻類繁殖による栄養塩の取り込みの日変化
1.4 藻類繁殖系の利用による水質浄化

2 下廃水の浄化と光合成細菌
2.1 はじめに
2.2 微細藻類を利用した廃水処理
2.3 紅色非硫黄細菌による有機性廃水の処理
2.3.1 紅色非硫黄細菌による廃水処理の特徴
2.3.2 実廃水処理の研究例,適用例
2.4 紅色硫黄細菌・緑色硫黄細菌による硫化物処理
2.5 まとめ

3 光メタン発酵による廃水浄化と有用物質生産
3.1 はじめに
3.2 光メタン発酵による廃水浄化
3.3 光メタン発酵による生分解性プラスチック原料の生産
3.4 高温光メタン発酵
3.5 まとめ

4 光合成微生物による環境修復
4.1 はじめに
4.2 藻類による環境修復
4.3 光合成細菌による環境浄化
4.4 光合成細菌によるヘドロの浄化と重金属除去
4.5 ヘドロの嫌気消化
4.6 ヘドロ嫌気消化脱離液の光合成細菌による浄化
4.7 多孔質セラミック固定化光合成細菌によるヘドロの浄化
4.8 今後の課題

5 ユーグレナの生理と機能を利用した環境浄化への応用
5.1 はじめに
5.2 高濃度炭酸ガス固定能とバイオマス生産による環境浄化
5.3 環境浄化と機能性バイオマス生産
5.4 将来展望
5.5 おわりに

6 光合成硫黄細菌による硫化水素の酸化処理
6.1 はじめに
6.2 自然界における硫化水素の酸化
6.3 緑色硫黄細菌による硫化水素の酸化反応の速度論,量論
6.4 微生物脱硫プロセス

第6章 光合成微生物の水素エネルギーへの応用

1 光合成微生物による光水素製造技術
1.1 はじめに
1.2 光合成微生物・光合成細菌による光水素製造
1.2.1 光合成微生物・光合成細菌を用いた光水素製造
1.2.2 光合成微生物機能(無細胞系)による光水素製造
1.3 光水素製造のためのシステム
1.3.1 光源
1.3.2 光エネルギーの計測方法
1.3.3 フォトバイオリアクター(PBR)
1.4 国際的な取り組み
1.5 おわりに

2 シアノバクテリアによる光生物的水素生産
2.1 はじめに
2.2 光生物的水素生産の研究開発を必要とする社会的背景ならびに経済性確保の重要性
2.3 シアノバクテリアによる光生物的水素生産の特徴
2.4 シアノバクテリアのニトロゲナーゼを利用した光生物的水素生産系の概略
2.5 ヒドロゲナーゼを利用した光生物的水素生産の概略
2.6 ニトロゲナーゼに基づく水素生産性向上のための遺伝子工学的改良
2.7 シアノバクテリアによる光生物的水素生産の研究推進の提案

3 光合成細菌による水素生産の可能性をめざして
3.1 はじめに
3.2 微生物等生物による水素生産
3.3 水素生産を行うには光合成細菌が有利
3.4 光合成細菌による基本的水素生産の仕組みと応用
3.5 光合成細菌による水素生産の実用化を目指しての様々な取り組み
3.5.1 高温型光合成細菌の取得
3.5.2 水素生産能の遺伝的改変等
3.5.3 各種水素生産リアクターの開発
3.5.4 付加産物の同時生産

第7章 光合成微生物の光電変換への応用

1 ラン藻(シアノバクテリア)の太陽電池への応用
1.1 はじめに
1.2 葉緑体と葉緑体電極
1.3 生きている葉緑体:シアノバクテリア(ラン藻)
1.4 シアノバクテリア電極の作成
1.4.1 増殖する電極:living electrode
1.4.2 乾燥処理の効果:躍進的発見
1.4.3 電解液
1.4.4 Cyclic Voltammograms
1.4.5 Action Spectrum
1.4.6 電子運搬体,電子伝達阻害剤,熱処理の効果
1.5 ヒドロゲナーゼとのカップリングによる水素発生

2 光合成微生物を用いるバイオ太陽電池
2.1 はじめに
2.2 光合成-呼吸電池
2.3 シアノバクテリアを用いる光アノード反応
2.4 シアノバクテリアとビリルビンオキシダーゼ(BOD)を用いるバイオ太陽電池
2.5 おわりに

3 光合成微生物のつくるタンパク質を用いる受光素子
3.1 光合成反応中心とは
3.2 光合成反応中心蛋白質を用いた光電変換系
3.3 光合成反応中心蛋白質の配向固定化技法の研究
3.4 光電圧と光電流の増強
3.5 用途と実用化の可能性
3.6 光合成反応中心の利用の意味

4 光合成細菌の反応中心タンパク質色素複合体を用いた光電変換素子
4.1 はじめに
4.2 LH1のAFMによる観察
4.3 RCのC-AFMによる導電特性の測定
4.4 LH1-RCの光電流応答
4.5 おわりに

5 高度好塩菌紫膜の光電変換素子への応用
5.1 はじめに
5.2 bRの光駆動プロトンポンプ機能
5.3 紫膜の電極基板上への配向電着
5.4 紫膜素子の光電応答とセンサーへの応用
5.5 含水ポリビニルアルコールフィルム上への紫膜の配向泳動電着とデバイスへの応用
5.6 bRの光機能応用のさらなる展開

6 高度好塩菌紫膜の人工網膜への応用
6.1 はじめに
6.2 バクテリオロドプシン(BR)とは
6.3 生物素子としてのBR
6.4 BR二次元センサの視覚特性
6.4.1 視細胞の視覚特性
6.4.2 ピクセル化したBRセンサによる視覚機能の模倣

第8章 光合成微生物の宇宙・放射線への応用

1 バクテリアの放射線耐性
1.1 はじめに
1.2 Deinococcus属の放射線抵抗性細菌
1.3 その他の放射線抵抗性細菌
1.4 放射線耐性獲得の起源
1.5 おわりに

2 ユーグレナの放射線耐性と宇宙空間での活用の可能性
2.1 はじめに
2.2 E. gracilis Z株の各種LET放射線による照射効果
2.3 E. gracilisの放射線耐性に対する光の影響
2.4 ユーグレナの宇宙空間での活用の可能性

3 放射線障害へのクロレラの応用