リーフタンクにおけるカリウムの役割

海水水槽においては、硝酸塩やリン酸塩といった栄養塩が過剰になることによる悪影響がよく知られています。それに比べると、カリウムはややマイナーな存在と感じられるかもしれません。

しかし、サンゴを中心としたリーフタンクでは、カリウムもまた、サンゴの健やかな成長に欠かせない重要な栄養塩のひとつです。

硝酸塩やリン酸塩のように過剰になりにくく、それによる悪影響も出にくいため、普段はあまり意識されることが少ないかもしれませんが、生物にとって不可欠な栄養塩であり、サンゴと共生する褐虫藻にとっても重要な役割を担っている元素です。

今回は、そんな少し目立たないけれども大切な栄養塩「カリウム」について、詳しく見ていきましょう。

カリウムとはどんな物質なのか

カリウム（英名：Potassium）は、元素番号19のアルカリ金属に分類される元素です。

地球上では非常に豊富に存在しており、特に岩石や土壌中に多く含まれています。
自然界では単体で存在することはなく、常に他の元素と化合した鉱物として存在しています。
代表的な鉱物には、カリ長石（KAlSi₃O₈）やカリ岩塩（KCl）などがあります。

海水中にもカルシウムに次ぐ割合で含まれており、海洋生物の体内でも重要な役割を果たしています。

そしてカリウムは、陸上・海洋を問わず、あらゆる生物にとって欠かすことのできない必須元素です。

カリウムは細胞内において、浸透圧の調整、神経伝達、筋肉の収縮、酵素の活性化など、生命活動に関わる多くの重要な機能を支えています。

とりわけ重要なのは、細胞内液に含まれるカリウムがナトリウムとのバランスを保つことで、体内の電解質環境の維持に深く関与している点です。このバランスは、細胞内の浸透圧調整や神経伝達、筋肉の収縮といった生理機能の安定に不可欠な要素となっています。

もちろんサンゴにとっても、カリウムは重要な元素のひとつです。
特に、骨格形成に関わるカルシウムの代謝や、細胞内のイオンバランスの維持に関与しており、健全な成長や色彩の維持にも寄与しています。

さらに、植物や藻類においてもカリウム（K）は窒素（N）、リン（P）と並ぶ「三大栄養素」のひとつとして欠かせません。光合成や細胞活動を支える重要な役割を担っています。

サンゴと共生する褐虫藻にとっても、カリウムは光合成に大きな影響を与えます。
藻類の栄養塩というと硝酸塩やリン酸塩が注目されがちですが、カリウムも同様に重要な栄養塩なのです。

サンゴを中心としたリーフタンクでは、海水に含まれる基準量「約 380～420 mg/L（ppm）」を目安に数値を調整していくことになります。

リーフタンクにおけるカリウムの役割

リーフタンクにおけるカリウムの役割は主に4つが挙げられます。
以下の4つの観点から、リーフタンクにおけるカリウムの役割を見ていきましょう。

• 褐虫藻による光合成の促進（栄養塩としての働き）
• 色素タンパク質（クロモプロテイン）の合成促進
• サンゴの骨格形成と細胞機能の維持
• バイオフィルムと酵素反応の活性化

褐虫藻による光合成の促進（栄養塩としての働き）

サンゴと共生する褐虫藻は、光合成によってサンゴに必要な有機栄養を供給する重要な存在です。
この光合成の過程において、カリウムは栄養塩として極めて重要な役割を果たしています。

窒素やリンはアミノ酸やリン脂質といった細胞を構成する材料になりますが、カリウムは浸透圧を調整したり酵素活性など生理的な機能面での働きが主となります。

そして植物や藻類、サンゴにとっては光合成の機能を支える重要な役割を持っています。

サンゴに栄養を供給する褐虫藻の細胞内では、カリウムが葉緑体のチラコイドの構造を安定化させ、光吸収効率を高めることで光合成活性を促進します。さらに、ATP合成酵素やRubiscoなどの光合成関連酵素の活性化にも関与し、効率的なエネルギー生産を支えています。

カリウムには光合成の要となる葉緑体の内部にあるチラコイド膜の構造を安定化させる作用があります。
加えて、カリウムは細胞内の浸透圧調整やイオンバランスの維持にも関与しており、褐虫藻の酸化ストレス耐性を向上させ代謝安定性を支える役割も担っています。

これらの作用により褐虫藻は光合成が活発化しても活性酸素種ROSの悪影響を受けにくくなり、ATPやNADPHの合成量も促進され、安定した光合成を行いやすくなります。

光合成が安定することで、褐虫藻はサンゴに対してより多くの炭水化物を含む有機炭素（グルコースやグリセロールなど）を供給できるようになり、タンパク質の合成量も増えることになります。

その結果として、サンゴの代謝や環境ストレスへの耐性が向上し、全体的な健康状態が改善されることで、美しい色彩の維持にも繋がっていくのです。

色素タンパク質（CP：クロモプロテイン）の合成促進

カリウムには褐虫藻の光合成効率を高める作用があり、その結果、サンゴに供給されるグルコースなどのエネルギー源となる栄養分が増加します。

エネルギー源となる栄養が豊富になることでサンゴの代謝は活発になり、粘液やタンパク質といったサンゴに必要な有機物の合成が促進されます。

この影響は、タンパク質の一種であるサンゴの色素にも及びます。
色素を含むさまざまな酵素やタンパク質の合成が進み、さらに活性酸素種（ROS）による色素の破壊が抑えられることで、サンゴの発色がより鮮やかになることに繋がるのです。

同じ栄養塩という括りでも、硝酸塩（窒素）やリン酸塩（リン）はサンゴなどの生物の細胞を直接構成する原料になりますが、カリウムは細胞の代謝を促進させる「潤滑油」のような存在といえます。

カリウムは代謝の調整役として機能し、サンゴの色彩や成長に間接的ながらも重要な影響を与えているのです。

環境条件が良いはずなのにサンゴの発色がいまいちな場合、水質検査をしてカリウムの濃度を確認してみるのもよいかもしれません。

サンゴの骨格形成と細胞機能の維持

サンゴの骨格形成は、骨形成細胞による炭酸カルシウム（CaCO₃）の沈着によって進行します。
このプロセスの中核を担うのが、カルシウムポンプ（Ca²⁺-ATPase）です。

カルシウムポンプは、ATPの加水分解によって得られるエネルギーを利用して開閉し、細胞内から骨格形成部位へとカルシウムイオン（Ca²⁺）を輸送します。

カルシウムポンプが駆動するためのエネルギー供給源であるATPは、褐虫藻の光合成によって生成されるほか、サンゴが捕食したエサに含まれる栄養素からも供給されます。

ここで重要な役割を果たすのが、カリウムです。

カリウムは褐虫藻の光合成を活性化させ、ATPの合成量を増加させる働きがあります。
さらに、カルシウムポンプの開閉を安定化させることで、細胞内のCa²⁺濃度を精密に調整し、骨格形成を円滑に進める環境を整えます。

カリウムは、サンゴの骨格形成や細胞機能において直接的な構成要素ではありません。
しかし、代謝を安定して機能させるためには欠かせない元素であり、サンゴの健全な成長や色彩の維持に重要な役割を果たしています。

カリウムによるサンゴへの影響

次はカリウムを添加することで得られるメリット、そして過剰や欠乏による影響について詳しく見ていきましょう。

カリウム添加のメリット

カリウムを適切に添加することで、下記のような効果が期待されます。

• 光合成効率の向上
• サンゴの成長促進（特にSPS）
• 鮮やかな色彩の維持
• サンゴの退色予防
• ソフトコーラルや海藻の成長促進

カリウムにはサンゴの細胞代謝を安定化させる作用があるため、特に成長の早いSPSや、共肉が多いLPSでその影響が顕著に表れやすくなります。特にSPSにおいてはその影響は大きく、強光障害をやわらげ、光合成効率を上げることで成長を促進させる作用があります。

また、タンパク質や酵素の生産を安定させる作用から、サンゴの色彩を豊かにする手助けをし、退色を予防する働きもあります。

このような作用はサンゴに限定されず、海藻の成長も促進させる効果もあります。
海藻を利用したリフジウムやアルジーリアクターを設置している水槽では、カリウムの消費量も増えるため、適度に添加を行うことが推奨されます。

欠乏による影響

カリウムは細胞の代謝を助ける元素であるため、不足すると様々な悪影響が出ることになります。
不足した場合に起こる悪影響は下記のようなものがあります。

• 水槽全体のイオンバランス悪化
• 褐虫藻の光合成効率低下
• サンゴの代謝が滞ることによる成長停滞
• 色彩の退色（褐色化・白化）
• 共肉の壊死、ポリプの離脱が起きやすくなる

カリウムはカルシウムに次いで海水中に多く含まれる元素です。
そのため、完全に枯渇するリスクはほとんどありません。しかし、カリウム濃度が極端に低下すると、海水のイオンバランスが崩れ、サンゴの成長に悪影響を及ぼす可能性があります。

カリウムが不足すると、サンゴの代謝が滞り、成長の停滞や色彩の退色といった症状が現れやすくなります。さらに、慢性的なカリウム不足の状態が進行すると、共肉の壊死やポリプの離脱（ポリプベイルアウト）が発生することも報告されています。

自然の海水では、カリウム濃度は平均で 380～420 ppm 程度です。
そのため、380 ppmを下回らないように管理することが推奨されています。

また、淡水藻類では「外部濃度に依存してカリウムの吸収量が変化する」種類が多く確認されています。
実験では外部のK⁺濃度が中程度（約400 ppm）のときに最も吸収効率が高く、濃度がさらに上がると飽和によって吸収率が低下することが示されています。

Iyer, R., Dutta, S., & Dutta, A. (2015). Potassium uptake and its effect on growth and biochemical composition of two green microalgae. Journal of Applied Phycology. Springer Link

褐虫藻やサンゴについては実証データが不足しているものの、海水に含まれる平均的なK⁺量とも符合することから、同様に400 ppm付近で吸収効率が高くなる可能性が示唆されています。

カリウムは人工海水にも充分に含まれているため、定期的な換水を行っていれば推奨値を極端に下回ってしまうことはほとんどありません。しかし、状態の良いサンゴが多く収容されている水槽や、海藻を多く入れたリフジウムと接続している水槽などでは、水換えの期間を延ばしてしまうとカリウムの消費が進んでしまうことがあります。

添加剤の使用は、換水の頻度や、サンゴの収容数に応じて調整するようにしましょう。

過剰による影響

カリウムは生物にとってなくてはならない大切な元素ですが、一方で他の元素同様に過剰症も報告されています。
過剰になってしまった場合に起こる悪影響は下記のようなものがあります。

• 水槽全体のイオンバランス悪化
• サンゴの浸透圧バランスが崩れることによる代謝異常
• ポリプの部分的壊死やポリプ離脱（ポリプベイルアウト）の発生、色素の異常
• 藻類の異常繁殖
• エビ類の死亡（500ppm以上で危険レベル）

カリウムが過剰になってしまうと海水のイオンバランスが崩れてしまい、サンゴをはじめとした生物にさまざまな悪影響が出ることに繋がります。

具体的な目安として500ppmを超える濃度では、サンゴや甲殻類などの無脊椎動物に深刻な影響が現れることが報告されています。

生物が過剰なカリウムを取り込むと、細胞内の浸透圧が乱れ、代謝の異常が起こりやすくなります。
サンゴの場合、ポリプの部分的な壊死（STN＝Slow Tissue Necrosis）や、ポリプが骨格から剥がれるポリプベイルアウトといった症状が確認されています。

特にトゲキクメイシ（Cyphastrea）や近縁種のキクメイシ類では、カリウム濃度が500ppmを超えるとポリプベイルアウトの発生率が高まるという報告もあります。

さらに、サンゴだけでなくエビなどの甲殻類も影響を受け、カリウム値が急激に上昇した場合には突然死が起こるケースも報告されています。

また、カリウムも栄養塩の一種であるため、硝酸塩値やリン酸塩値が高い状況で、カリウムの過剰添加を行うと藻類の大発生を招いてしまうリスクもあります。

カリウムは生物の代謝を支える大切な存在である一方で、過剰になると浸透圧調整など細胞の代謝に悪影響を与えてしまうこともあります。カリウム添加剤を使用するときは、これらの点に注意し、添加量が過剰になってしまわないように注意を払う必要があります。

カリウムを含む添加剤

カリウムの添加剤にも、複数の元素が配合された複合添加剤と、カリウム化合物のみの添加剤が販売されています。
水槽の環境や、既に使用している添加剤に合わせて使い分けましょう。

使用にあたっての注意点は、他にカリウムを含む添加剤を併用した場合にカリウム過剰になってしまう可能性がある点です。他の添加剤を併用するときはカリウム過剰にならないように注意しましょう。

カリウムを含む複合元素添加剤

複合タイプの添加剤はビギナーでも使いやすい構成になっている製品が多く見られます。
このタイプを使ううえでの注意点としては、なるべく同じメーカーの製品シリーズで揃えることです。

これはメーカー側で組み合わせて使うことを前提に成分設計がされているためです。
異なるメーカーの製品を組み合わせてしまった場合、一部の元素が過剰になってしまうリスクが上がるため、添加剤を使い慣れていないビギナーの方にはあまりおすすめができません。

メーカーが違う製品の併用は、ある程度添加剤を使い慣れた中級者以上の方向けの使い方になります。

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カリウム化合物のみの添加剤

カリウム化合物のみの添加剤は、ある程度添加剤を使い慣れた中級者以上の方向けの製品といえます。
それは、サンゴの状態を見極め、水質を測定して、どの元素が不足しているかを把握してから使用する必要があるためです。

また、サンゴの状態が良い水槽ではカリウムの消費量も上がるため、複合添加剤では不足してしまう場合もあります。そういったときにピンポイントでカリウムのみを補給したい用途に向いた製品となります。

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ヨウ化カリウムを主体とした添加剤

ヨウ素添加剤の中にはヨウ化カリウムを主体としたものがあり、これらもカリウム補給に使用することができます。
ただし、あくまでヨウ素が主体となっているため、カリウムの割合はヨウ素と比べると少なめの配合となります。

他の添加剤と併用する際はヨウ素とカリウム過剰にならない組み合わせを選びましょう。

▼ヨウ素の働きについてはこちらをご覧ください。

リーフタンクにおけるヨウ素の役割

リーフタンクにおけるカリウムの役割　まとめ

カリウムはリーフタンクにおける重要な栄養塩のひとつであり、褐虫藻や海藻の光合成促進のほか、色素タンパク質の合成、骨格形成、細胞機能の維持などサンゴの代謝にも欠かせない大切な元素です。

しかし、海水中のカリウムは多すぎても少なすぎても好ましくありません。
適正濃度（約380～420 ppm）を保つことで、、サンゴの健全な成長と美しい色彩を保つことができます。

淡水藻類においては、外部のカリウムイオン濃度が400ppm付近で吸収率が高くなることが確認されており、一般的な海水のカリウム含有量もほぼ同じ程度であるため、この数値を目安に管理することが推奨されています。

カリウムもまた適切な濃度を維持することが重要な元素であるため、定期的な水質測定と慎重な添加管理を心がけましょう。