Effects of water cycle and phosphorus load on coral calcification mechanisms in subtropical islands

• Project/Area Number: 19K12310
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 63010:Environmental dynamic analysis-related
• Research Institution: University of the Ryukyus
• Principal Investigator: Yasumoto Jun 琉球大学, 農学部, 助教 (70432870)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 安元 剛 北里大学, 海洋生命科学部, 講師 (00448200)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2019: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 島嶼特有の水循環 / リン酸塩負荷 / サンゴの石灰化機構 / 蓄積リン / 地下水 / サンゴの石灰化 / 島嶼地域 / 水循環 / リン酸塩 / 蓄積型リン酸塩 / 石灰岩地域 / 島嶼

Outline of Research at the Start

本研究では，「島嶼特有の水循環とリン酸塩負荷がサンゴの石灰化機構に及ぼす影響」を把握することを目的として，1）サンゴ稚ポリプ石灰化機構の分子レベルでの検証，2）土壌・地下水及びサンゴ礁池内のリン酸塩の動態解析と蓄積型リン酸塩の実態把握，3）実環境を想定したリン酸塩のサンゴ稚ポリプの石灰化阻害機構の解明の3項目を主に実施する。

Outline of Final Research Achievements

The objectives of this research are to estimate the acceptable daily phosphorus load (LD) for coral growth based on the correspondence between the total daily phosphate load (TDPL) and accumulated phosphorus in sea sediments. TDPL was estimated in conjunction with the results of field observations and integrated three-dimensional water cycle model.
Based on the relationship between accumulated phosphorus and the number of juvenile corals in the study site, the threshold value of accumulated phosphorus was estimated to be 3.0 uM. A high positive correlation was observed between accumulated phosphorus and the total daily phosphorus load in the study site. The acceptable total daily phosphorus load for coral growth was estimated to be about 100 g-P/m3/day. These results confirm our hypothesis that terrestrial-derived phosphate is transported to the ocean through the water cycle and adsorbed on calcareous sediments, inhibiting coral growth.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまで過度の栄養塩が海に流れ込むと，その海域のサンゴが減少することは知られていたが，科学的なメカニズムはわかっておらず，具体的な対策も取られていなかった。本研究の成果は，世界規模で減少するサンゴ礁の保全に大きく貢献できると期待できる。また，CO2の固定化技術の開発は国内外での重要な課題と位置付けられており，サンゴの石灰化を模したCO2固定化技術の開発に繋げる予定である。

Research Products

• [Journal Article] Visualisation of Phosphate in Subcalicoblastic Extracellular Calcifying Medium and on a Skeleton of Coral by Using a Novel Probe, Fluorescein-4-Isothiocyanate-Labelled Alendronic Acid (2022)
  • Author(s): Iijima Mariko、Yasumoto Jun、Mori-Yasumoto Kanami、Yasumoto-Hirose Mina、Iguchi Akira、Suzuki Atsushi、Mizusawa Nanami、Jimbo Mitsuru、Watabe Shugo、Yasumoto Ko
  • Journal Title: Marine Biotechnology Volume: - Issue: 3 Pages: 524-530
  • DOI: 10.1007/s10126-022-10115-1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Phosphate bound to calcareous sediments hampers skeletal development of juvenile coral (2021)
  • Author(s): Iijima Mariko、Yasumoto Jun、Iguchi Akira、Koiso Kiyomi、Ushigome Sayaka、Nakajima Natsuki、Kunieda Yuko、Nakamura Takashi、Sakai Kazuhiko、Yasumoto-Hirose Mina、Mori-Yasumoto Kanami、Mizusawa Nanami、Amano Haruna、Suzuki Atsushi、Jimbo Mitsuru、Watabe Shugo、Yasumoto Ko
  • Journal Title: Royal Society Open Science Volume: 8 Issue: 3 Pages: 201214-201214
  • DOI: 10.1098/rsos.201214
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 縄本島南部地域における三次元水循環モデリングの適用 (2022)
  • Author(s): 澤野陽介, 田原康博, 村井敦子, 坂内正和, 辻本卓郎, 野﨑真司, 新城竜一, Bam H.N. Razafindrabe, 安元 純
  • Organizer: 日本地下水学会2021年秋季講演会
• [Presentation] 琉球石灰岩地域における陸水のメタゲノム解析 (2022)
  • Author(s): 丸山莉織, 安元 剛, 水澤奈々美, 天野春菜, 神保 充, 渡部終五, 高田遼吾, 廣瀬(安元)美奈, 新城竜一, 細野高啓, 飯島真理子, 井口 亮, 安元 純
  • Organizer: 日本地下水学会2021年秋季講演会
• [Presentation] 蓄積型栄養塩が稚サンゴの骨格形成と生育に及ぼす影響 (2021)
  • Author(s): 飯島真理子, 安元剛, 安元純, 井口亮, 中村崇, 酒井一彦, 廣瀬美奈, 水澤奈々美, 神保充, 渡部終五
  • Organizer: 日本水産学会大会講演要旨集(CD-ROM) 2021
• [Presentation] 蓄積型栄養塩の地域間比較と稚サンゴの骨格形成への影響 (2021)
  • Author(s): 飯島真理子, 安元剛, 安元純, 井口亮, 中村崇, 酒井一彦, 廣瀬美奈, 水澤奈々美, 鈴木淳, 神保充, 渡部終五
  • Organizer: マリンバイオテクノロジー学会大会講演要旨集 21st 2021年
• [Presentation] 亜熱帯島嶼の持続可能な水資源利用に向けた参画・合意に基づく流域ガバナンス - SDGsの達成への貢献- (2021)
  • Author(s): 安元 純, 新城 竜一, Razafindrabe Bam, 土岐 知弘, 澤田 和子, 細野 高啓, Hermawan Oktanius, 中屋 眞司, 高田 遼吾, 中川 啓, 利部 慎, 田原 康博, 村井 敦子, 安元 剛, 水澤 奈々美, 丸山 莉緒, 廣瀬 美奈, 井口 亮, 飯島 真理子, 宋 科翰, 相澤 正隆
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2021年大会 JpGU-AGU joint session
• [Presentation] 蓄積型栄養塩が稚サンゴの骨格形成と生育に及ぼす影響 (2021)
  • Author(s): 飯島真理子、安元 剛、安元 純、井口 亮、中村 崇、酒井一彦、廣瀬美奈、水澤奈々美、神保 充、渡部終五
  • Organizer: 令和3年度日本水産学会春季大会
• [Presentation] 蓄積型栄養塩の地域間比較と稚サンゴの骨格形成への影響 (2021)
  • Author(s): 飯島真理子、安元剛、安元純、井口亮、中村崇、酒井一彦、廣瀬美奈、水澤奈々美、鈴木淳、神保充、渡部終五
  • Organizer: 第21回マリンバイオテクノロジー学会大会
• [Presentation] Phosphate bound to calcareous sediments in coastal area inhibit skeletal formation of juvenile coral (2021)
  • Author(s): Mariko Iijima, Jun Yasumoto, Akira Iguchi, Takashi Nakamura, Kazuhiko Sakai, Mina Yasumoto-Hirose, Kanami Mori-Yasumoto, Nanami Mizusawa, Atsushi Suzuki, Haruna Amano, Mitsuru Jimbo, Shugo Watabe, Ko Yasumoto
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2021年大会（国際学会）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 亜熱帯島嶼の持続可能な水資源利用に向けた参画・合意に基づく流域ガバナンス - SDGsの達成への貢献- (2021)
  • Author(s): 安元 純、新城 竜一、Razafindrabe Bam、土岐 知弘、澤田 和子、細野 高啓、Hermawan Oktanius、中屋 眞司、高田 遼吾、中川 啓、利部 慎、田原 康博、村井 敦子、安元 剛、水澤 奈々美、丸山 莉緒、廣瀬 美奈、井口 亮、飯島 真理子、宋 科翰、相澤 正隆
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2021年大会（国際学会）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 蓄積型栄養塩のサンコ骨格阻害メカニズムと影響評価法の構築 (2020)
  • Author(s): 飯島真理子，安元 剛，井口 亮，水澤奈々美 ，安元 純，酒井一彦， 鈴木 淳 ，岩崎晋弥，木元克典 ，廣瀬美奈，神保 充 ，渡部終五
  • Organizer: 第23回日本サンゴ礁学会
• [Presentation] Effect of polyamine transporter inhibitor on the pH increase in calcifying fluids of juvenile coral polyps possibly involved in calcification processes (2019)
  • Author(s): Yasumoto K , Kubota A , Yasumoto J , Mori-Yasumoto K , Iijima M , Hirose Yasumoto M , Iguchi A , Jimbo M , Watabe S
  • Organizer: AGU Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Phosphorus enrichment hampers the development of juvenile coral by directly inhibiting biomineral skeleton elongation (2019)
  • Author(s): Iijima M, Yasumoto K, Yasumoto J, Hirose Yasumoto M, Iguchi A, Jimbo M, Watabe S
  • Organizer: AGU Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Dynamics of phosphate species in soil and groundwater in coastal limestone area, Okinawa, Japan (2019)
  • Author(s): Jun Yasumoto, Masashi Nozaki, Ko Yasumoto, Mina Hirose Yasumoto, Ryuichi Shinjo, Akira Iguchi, Mariko Iijima, Shinji Nakaya
  • Organizer: AGU Fall Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Relationship between quality of calcareous sediments and juvenile corals growth (2019)
  • Author(s): Kunieda Y, Ushigome S, Koiso K, Nakajima N, Mizusawa N, Yasumoto K, Yasumoto J, Iijima M, Yasumoto-Hirose M, Jimbo M, Watabe S
  • Organizer: International Symposium on Aquatic Metagenomics 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 琉球石灰岩地域における土壌・地下水中の各種リン酸塩の動態に関する研究 (2019)
  • Author(s): 野崎真司, 安元純, 安元剛, 廣瀬美奈, 飯島真理子, 新城竜一, RAZAFINDRABE Bam H.N
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合大会