Stable carbon and nitrogen isotope discriminations in aquatic ecosystems

• Project/Area Number: 20J00607
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 40030:Aquatic bioproduction science-related
• Research Institution: Research Institute for Humanity and Nature (2022); Kyoto University (2020-2021)
• Principal Investigator: 大西 雄二 総合地球環境学研究所, 研究基盤国際センター, 特任助教
• Project Period (FY): 2020-04-24 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 安定同位体比 / 琵琶湖 / アンモニウム / 遡上魚 / 生態化学量論 / 安定同位体 / 核酸 / リン

Outline of Research at the Start

生物体の炭素・窒素安定同位体比測定を用いた食物網構造解析は古くから様々な生態系へ適用されてきた。しかし近年、餌と動物の同位体比の差（濃縮係数）は生物種や系によって異なることが明らかとなってきた。そこで本研究では、この濃縮係数変動の要因を解明することを目的として、餌と生物の炭素・窒素・リン元素比の関係に注目した。異なる炭素・窒素・リン元素比を持つ餌で水生動物を飼育し、それぞれの濃縮係数との関係を明らかにする。また、それぞれの飼育系で動物体内の代謝がどのように変化しているかを明らかにするために代謝物質の濃度や同位体比も測定する。

Outline of Annual Research Achievements

最終年度であった2022年度には、魚類遡上時期に増加する河川水中のアンモニウムの起源を定量的に推定する手法を開発することを目的として、2020、2021年度に滋賀県内の知内川・安曇川・姉川・大川・鵜川にて採取した試料の分析を進めた。まず、知内川をモデル河川として、琵琶湖に生息する魚類が大規模に遡上してくる夏季に、多地点で採取した試料の河川水中アンモニウムの濃度と窒素同位体比を測定した。その結果、遡上魚の密度が増加するにつれてアンモニウムの濃度・窒素同位体比が上昇していた。これらの結果から、河川水中の増加したアンモニウムの起源が魚類による排泄効果によると推定された。さらに、その手法を適用することによって、遡上魚の排泄によって供給されたアンモニウム窒素が底生藻類へ取り込まれ、さらにその藻類を摂食した藻類食昆虫にまで伝播していく様子を定量的に捉えることに成功した。この成果により１件の学会発表を行い、共同研究者と共に国際誌投稿へ向けて論文を２件執筆中である。
次に、複数河川で同様の手法を適用し、河川水中のアンモニウムの起源として、これまで知られていた遡上魚による排泄や死骸分解だけでなく、おそらく魚類の産卵行動に伴う河床撹乱による河床堆積物からの溶出も重要である可能性が示された。しかし、本研究課題の期間内にこの仮説を検証するには至らなかった。引き続き、この仮説を検証するために同河川での調査を継続し、論文を執筆する予定である。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Multipath ecological influences of an iteroparous fish migration from Lake Biwa to a moderate sized alluvial river (2023)
  • Author(s): Kurasawa A., Onishi Y., Fukushima K., Koba K., Uno H.
  • Journal Title: Freshwater Biology Volume: －
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Digestion Efficiency during Alkaline Persulfate Oxidation for Determination of Total Phosphorus Content of Biological Samples (2021)
  • Author(s): ONISHI Yuji
  • Journal Title: Analytical Sciences Volume: 37 Issue: 12 Pages: 1771-1774
  • DOI: 10.2116/analsci.21P116
  • NAID: 130008127635
  • ISSN: 0910-6340, 1348-2246
  • Year and Date: 2021-12-10
• [Journal Article] 元素分析計連結型安定同位体比質量分析計による炭素窒素安定同位体比測定の簡易高感度化について (2021)
  • Author(s): 木庭啓介、木下桂、大西雄二、福島慶太郎、尾坂兼一、松尾奈緒子、舟川一穂、瀬古祐吾、目戸綾乃、平澤理世、小川奈々子、兵藤不二夫
  • Journal Title: Radioisotopes Volume: -
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 遡上魚が排泄するアンモニウムと河川生物の窒素同位体比 (2023)
  • Author(s): 大西雄二、倉澤央、宇野裕美、福島慶太郎、木庭啓介
  • Organizer: 日本生態学会第70回年会
• [Presentation] 成層期における琵琶湖堆積物中硫化物の濃度と同位体比の鉛直分布 (2022)
  • Author(s): 大西雄二、山中寿郎、木庭啓介
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2022
• [Presentation] Biogeochemical sulfur cycle and contribution of the sulfide to benthic animals in freshwater lake (2022)
  • Author(s): Onishi Y., Yamanaka T., Koba K.
  • Organizer: 12th International Conference on the Applications of Stable Isotope Techniques to Ecological Studies (IsoEcol 2022)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effects of migratory fish on particulate organic matter and filter-feeding insects in a river flowing into Lake Biwa (2021)
  • Author(s): Onishi Y., Kurasawa A., Koba K., Uno H.
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2021
• [Presentation] Effect of migratory fishes from Lake Biwa on stream communities (2021)
  • Author(s): Kurasawa A., Onishi Y., Fukushima K., Koba K., Uno H.
  • Organizer: 日本生態学会第69回年会
• [Presentation] Stable nitrogen isotopic signatures of ammonium in fish excretion and stream waters (2021)
  • Author(s): Onishi Y., Uno H., Kurasawa A., Fukushima K., Koba K.
  • Organizer: 日本生態学会第69回年会
• [Presentation] バクテリアからの核酸抽出と安定同位体比測定 (2021)
  • Author(s): 大西雄二・後藤（桜井）晶子・福島慶太郎・木庭啓介
  • Organizer: 日本生態学会第68回全国大会
• [Presentation] 琵琶湖流入河川における遡上魚排泄物の河川水中栄養塩濃度への影響 (2020)
  • Author(s): 大西雄二・倉澤央・木庭啓介・福島慶太郎・山口保彦・宇野裕美
  • Organizer: 2020年度日本地球化学会第 67回年会
• [Presentation] バクテリア核酸の炭素窒素安定同位体比測定 (2020)
  • Author(s): 大西雄二・福島慶太郎・木庭啓介
  • Organizer: JpGU-AGU Joint Meeting 2020