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河川の生物多様性をはぐくむキーハビタット・河床間隙域を環境DNAで評価する

Research Project

Project/Area Number 22K12461
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 64040:Social-ecological systems-related
Research InstitutionNara Women's University

Principal Investigator

片野 泉  奈良女子大学, 自然科学系, 教授 (90414995)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 土居 秀幸  兵庫県立大学, 情報科学研究科, 准教授 (80608505)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
KeywordsDNAメタバーコーディング / ハイポレックゾーン / 環境DNA / 河床間隙
Outline of Research at the Start

河川生態系の保全のため,目には見えない「河床間隙域」が育む生物多様性の多寡を知り, その価値を正しく評価することは急務である。本研究は,阻害要因も加味した環境DNA法とDNAメタバーコーディング法とを併用することで,既往の採捕手法では叶わなかった「底生動物のどの分類群が,いつ,どこの河床間隙を利用しているか」という疑問に答え,どのような河床間隙域を優先して保全すべきかを示す。自然河川での瀬頭・洲頭・巨礫裏など多様な河床間隙域における生物群集の違いを比較する。さらにダム上下流で環境改変の有無による違いも比較する。

Outline of Annual Research Achievements

河川生態系の保全のため,目には見えない「河床間隙域」が育む生物多様性の多寡を知り, その価値を正しく評価することは急務である。本研究では,DNAメタバーコーディングを用いて「底生動物のどの分類群が,いつ,どこの河床間隙を利用 しているか」という疑問に答えようとするものである。2023年は,河川(砂河川中流域,礫河川上流域,砂河川上流域,ダム河川下流域)での野外調査を通し,本研究の目的に最も合致した調査地の選定,間隙水調査を有効に行うための条件設定の最終整備,野外でのデータ採取の3点に注力した。2023年の成果は,以下の通りである。(1)間隙水からのDNA抽出方法の最終的な選定,(2)砂州上のどの位置での採水が適当かを明らかにした。また(3)論文を投稿し,国際誌に受理された。具体的には,調査対象河川を絞り込み(4河川・4地点),条件設定の整理とデータ分析,複数の学会発表を行っている。また,1報の論文が受理された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

河川生態系の保全のため,目には見えない「河床間隙域」が育む生物多様性の多寡を知り, その価値を正しく評価することは急務である。本研究では,DNAメタバーコーディングを用いて「底生動物のどの分類群が,いつ,どこの河床間隙を利用しているか」という疑問に答えようとするものである。2023年は,自然河川(砂河川中流域,礫河川上流域,砂河川上流域),およびダム河川下流域での野外調査を通し,(1)間隙水からのDNA抽出方法の最終的な選定,(2)砂州上のどの位置での採水が適当かを明らかにした。また(3)論文を投稿し,国際誌に受理された。(1)間隙水は有機物無機物を多く含んだ濁水として得られる。サンプルは実験室で攪拌・沈殿させ,泥水をPowerSoil で抽出したサンプルのDNA収量が最も多いことが明らかとなったため,これを複数の河川で適用した。その結果,4調査地点全てにおいて同条件でのDNA収量が最大であり,分析に十分量が得られることがわかった。(2)調査地点を,木津川(京都府木津川市),四郷川・平野川(奈良県東吉野村),比奈知ダム下流(三重県名張市)に設定した。これらの河川において砂州上の砂州頭・砂州尻にあたる位置に井戸を設定・採水し,間隙物理化学環境を測定した後,DNA収量と出現分類群を比較したところ,透水係数や電気伝導度・溶存酸素をはじめとする環境特性は地点により大きく異なり,DNA収量は砂州頭で多いこと,出現分類群は砂州頭と砂州尻で大きく異なり,砂州頭ではユスリカ科やミズミミズ科,砂州尻ではケンミジンコやヌカカ科が優占することが示された。(3)論文では,間隙域における生物群集の把握方法として直接採捕とeDNAメタバーコーディングとを比較し,その一致率は62%-78%であり季節的な変動があること,eDNAは直接サンプリングと比較してより多くの生物分類群を捉えられることを明らかにした。

Strategy for Future Research Activity

当初の予定通り2024年度は,ダム下流域での調査を継続し,自然河川との比較を行う。ダム下流において環境緩和策(土砂還元)が試行されている比奈知ダムにおいて,土砂還元前後での調査も行い,既存の対策が河床間隙域に与える影響についても検証する。データをとりまとめ,複数の学会発表を行う。また,さらなる論文を発表できるよう努める。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (41 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (9 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 5 results) Presentation (32 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results)

  • [Journal Article] Offset discontinuities in dammed rivers due to tributary: which macroinvertebrates taxa respond?2023

    • Author(s)
      Katano I, Doi H, Hara N, Negishi JN, Minagawa T, Kayaba Y.
    • Journal Title

      Proceedings of the 40th IAHR World Congress (Vienna, 2023)

      Volume: 1 Pages: 1317-1322

    • DOI

      10.3850/978-90-833476-1-5_iahr40wc-p1709-cd

    • Related Report
      2023 Research-status Report
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  • [Journal Article] Tributary mitigates river discontinuity by dam depending on the distance from dam to the tributary confluence2023

    • Author(s)
      Katano Izumi、Doi Hideyuki、Negishi Junjiro N.、Minagawa Tomoko、Kayaba Yuichi
    • Journal Title

      River Research and Applications

      Volume: 40 Issue: 2 Pages: 163-176

    • DOI

      10.1002/rra.4221

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  • [Journal Article] Applicability of environmental DNA metabarcoding for the hyporheic zone of a stream bed2023

    • Author(s)
      Tanaka Aki、Katano Izumi、Doi Hideyuki、Iguchi Mami、Koike Shohei
    • Journal Title

      Environmental DNA

      Volume: 5 Issue: 6 Pages: 1667-1678

    • DOI

      10.1002/edn3.484

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Isotopic diet analysis of the Japanese water shrew Chimarrogale platycephala to estimate their feeding habits and the usefulness of body hair samples2023

    • Author(s)
      Shiozuka N, Katano I, Kanzaki T, Kikuchi R, Sato N, Nakashita R, Kudo S, Ikeda H, Azuma N.
    • Journal Title

      Mammal study

      Volume: 48 Issue: 1 Pages: 19-29

    • DOI

      10.3106/ms2022-0021

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  • [Journal Article] Diurnal detection of environmental DNA of the semi-aquatic water shrew Chimarrogale platycephala using 25-h water sampling in streams.2023

    • Author(s)
      Shiozuka N, Katano I, Doi H, Nakamura M, Shirako T, Ichiyanagi H.
    • Journal Title

      Landscape and ecological engineering

      Volume: 19 Issue: 1 Pages: 69-77

    • DOI

      10.1007/s11355-022-00526-6

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  • [Journal Article] Comparing environmental DNA with whole pond survey to estimate the total biomass of fish species in ponds2023

    • Author(s)
      Souma Rio、Katano Izumi、Doi Hideyuki、Takahara Teruhiko、Minamoto Toshifumi
    • Journal Title

      Freshwater Biology

      Volume: 68 Issue: 5 Pages: 727-736

    • DOI

      10.1111/fwb.14059

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  • [Journal Article] Reconciling biodiversity conservation and flood risk reduction: the new strategy for freshwater protected areas.2022

    • Author(s)
      Akasaka T, Mori T, Ishiyama N, Takekawa Y, Kawamoto T, Inoue M, Mitsuhashi H, Kawaguchi Y, Ichiyanagi H, Onikura N, Miyake Y, Katano I, Akasaka M, Nakamura F.
    • Journal Title

      Diversity and distributions

      Volume: - Issue: 6 Pages: 1191-1201

    • DOI

      10.1111/ddi.13517

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Terrigenous subsidies in lakes support zooplankton production mainly via a green food chain and not the brown food chain.2022

    • Author(s)
      Hirama F, Urabe J, Doi H, Kazama T, Noguchi T, Tappenbeck TH, Katano I, Yamamichi M, Yoshida T and Elser JJ.
    • Journal Title

      Front. Ecol. Evol.

      Volume: 10 Pages: 956819-956819

    • DOI

      10.3389/fevo.2022.956819

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      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 同所に生息する濾過食者シマトビケラ属2種の体内脂質割合2022

    • Author(s)
      輪地紗良,片野泉
    • Journal Title

      陸水研究

      Volume: 8 Pages: 15-19

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  • [Presentation] 河床間隙水域における環境 DNA 法の可能性:手法の検討と複数河川環境での生物群集の違い2024

    • Author(s)
      大川 晴菜,中村 萌,田中 亜季,土居 秀幸,片野 泉.
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      日本陸水学会近畿支部会第 35 回研究発表会
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      山中 千穂,中村 萌,田中 亜季,竹門 康弘,片野 泉.
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      日本陸水学会近畿支部会第 35 回研究発表会
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  • [Presentation] 濾過食者シマトビケラ科の餌資源:消化管内容物と流下プランクトン相との比較2024

    • Author(s)
      上田 満優季,原 直子,土居 秀幸,片野 泉.
    • Organizer
      日本陸水学会近畿支部会第 35 回研究発表会
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  • [Presentation] 河川上流域の河床間隙生物群集:地質の違いと砂州上の位置に着目して2024

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      島 彩乃,大川 晴菜,中村 萌,田中 亜季,片野 泉.
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      日本陸水学会近畿支部会第 35 回研究発表会
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  • [Presentation] Applicability of environmental DNA metabarcoding for the hyporheic zone of a stream bed.2023

    • Author(s)
      Izumi Katano, Aki Tanaka, Hideyuki Doi, Mami Iguchi, Shohei Koike.
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      The eDNA Society International Meeting 2023
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      Izumi Katano, Hideyuki Doi, Junjiro N. Negishi, Tomoko Minagawa, Yuichi Kayaba.
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      The 10th EAFES International Congress
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    • Author(s)
      Naoko Hara, Takashi Tashiro, Hideyuki Doi, Yasuhiro Takemon, Izumi Katano.
    • Organizer
      The 10th EAFES International Congress
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  • [Presentation] Seasonal changes of environments and macroinvertebrate communities in the temporary ponds on sand bar created by Seigyu, Japanese traditional river works.2023

    • Author(s)
      Moe Nakamura, Aki Tanaka, Yuko Ishida, Yasuhiro Takemon, Hideyuki Doi, Izumi Katano.
    • Organizer
      The 10th EAFES International Congress
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Offset discontinuities in dammed rivers due to tributary: Which macroinvertebrates taxa respond?2023

    • Author(s)
      Izumi Katano, Hideyuki Doi, Naoko Hara, Junjiro N Negishi, Tomoko Minagawa, and Yuichi Kayaba.
    • Organizer
      The 40th IAHR World Congress
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ム下流における流下プランクトン量減衰への濾過食者の寄与:造網型に着目して2023

    • Author(s)
      原 直子,土居 秀幸,片野 泉.
    • Organizer
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  • [Presentation] 伝統的河川工法・聖牛により創出された一時的水域の環境と生物群集2023

    • Author(s)
      中村 萌,田中 亜季,石田 裕子,竹門 康弘,土居 秀幸,片野 泉.
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      応用生態工学会第26回大会
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    • Author(s)
      原 直子,土居 秀幸,片野 泉.
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      辻恵実,土居秀幸,片野泉.
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      日本陸水学会第87回大分大会
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      大川晴菜,中村萌,田中亜季,土居秀幸,片野泉
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      日本陸水学会第87回大分大会
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      宇留賀 千佳・中村 萌・Kwang-Hyeon Chang・石田 裕子・土居 秀幸・片野 泉
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      日本陸水学会近畿支部会第34回大会
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      大川 晴菜・中村 萌・田中 亜季・土居 秀幸・片野 泉
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      藤田 杏優・小山 暁・内井 喜美子・土居 秀幸・片野 泉
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      Naoko Hara, Izumi Katano, Hideyuki Doi, Junjiro N. Negishi, Tomoko Minagawa, Yuichi Kayaba.
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  • [Presentation] Sediment replenishment mitigates riverbed environments and benthic macroinvertebrates communities downstream of a dam.2022

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      Izumi Katano, Junjiro N. Negishi, Tomoko Minagawa, Hideyuki Doi, Yoichi Kawaguchi, Yuichi Kayaba.
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      36th Congress of the International Society of Limnology
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      原直子・坂本菜々子・田代喬・土居 秀幸・竹門康弘・片野泉.
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      片野泉・原直子・土居秀幸・根岸淳二郎・皆川朋子・萱場祐一.
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      中村 萌・田中 亜季・石田 裕子・竹門 康弘・土居 秀幸・片野 泉
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      日本陸水学会第86回大会
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      牛尾菜花・土居秀幸・窪田敏・片野泉
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      原直子・坂本菜々子・田代喬・土居 秀幸・竹門康弘・片野泉
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      中村 萌・田中 亜季・石田 裕子・竹門 康弘・土居 秀幸・片野 泉
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      牛尾菜花・土居秀幸・窪田敏・片野泉
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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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