2017 Fiscal Year Research-status Report
温暖化に伴うシベリアの樹木分布北上に寄与する菌根菌の解明
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17K15281
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
宮本 裕美子 北海道大学, 北極域研究センター, 博士研究員 (50770632)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 気候変動 / 菌根共生 / 北東シベリア / 埋土胞子 / タイガ林 / ツンドラ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高緯度は地球上でも特に気温上昇が著しい地域である。シベリアには広大なタイガ－ツンドラ（疎林～灌木帯）が広がっているが、気温の上昇に伴い、森林分布がこうした地域に拡大すると予想されている。樹木はその成長に必要な養分の大部分を根で共生する「菌根菌」から吸収しており、非森林帯に樹木が侵入するためには菌根菌との共生が不可欠である。本研究では、温暖化に伴う森林の北上プロセスの解明を念頭に、シベリアの森林北限（タイガ－ツンドラ境界）で実生の定着に寄与する菌根菌の感染源を明らかにすることを目的とする。成熟した森林と異なり、樹木密度の低い土地では、主要な菌根菌の感染源は土壌中に休眠状態で存在する胞子と考えられる。よって本研究では、どのような菌根菌種が休眠胞子として存在し、実生の成長を促進しているのか明らかにする。
本研究は、北東シベリアの森林北限に生育するダフリアカラマツ（Larix gmelinii）を対象として行う。菌根菌の感染源としての埋土胞子を特定するため、野外で採取した土壌中の胞子をいったん実生に感染させて菌根を形成させる。そして形成された菌根から菌種をDNA解析によって特定する。菌種はCTAB法によってDNAを抽出し、一般的に菌種の特定に用いられる菌特異的プライマーによってrDNAのITS領域をPCR増幅し、増幅産物の塩基配列を解読する。実生の成長量（韓重量、CN含有量）を測定し、どの菌種が樹木の成長促進に寄与しているのかを特定する。またカラマツの成木の根にすでに形成された菌群集を明らかにし、埋土胞子バンクと比較することで、胞子バンク特有の菌種を明らかにする。森林北限における菌根菌感染源と樹木成長促進機能が明らかになれば、カラマツ分布域拡大の潜在性の評価につながり、温暖化に伴う森林面積の変化予測など、応用的価値が高い。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
夏期に北東シベリアにおいて現地調査を実施した。調査は①チョクルダ（タイガ－ツンドラ境界、北緯70度、東経138度）および②ヤクーツク（タイガ、北緯62度、東経129度）の2地点で行った。チョクルダでは、北限カラマツ林と、隣接するカラマツ分布域外のツンドラ帯の2プロット、またヤクーツクではカラマツ林の1プロットの計3プロット（各１haのサイズ）から土壌コアを採取した。カラマツ林では、まばらに生育する樹木個体周辺において土壌コア（５cm四方）を採取した。すべてのプロットで土壌コアを5-10m間隔で30ヵ所以上採取し、有機層と鉱質層が明確な場合はそれぞれ分けて採取した。バイオアッセイ試験用の土壌は採取後風乾し、国内に輸入した。
カラマツ根端の根にすでに形成された菌種を特定するため、採取した土壌に含まれる樹木根を顕微鏡で観察し、菌根を形態によって分類した。作業は現地の研究施設で行い、各菌根の形態タイプからDNA解析用サンプルを選別し、約1000サンプルを国内に輸入した。DNA解析によって得られた菌種の塩基配列について、塩基配列データベースに登録されている既知種から菌の分類群を特定した。これまでに約840根端から130種程度を特定し、結果、タイガ－ツンドラ境界では撹乱依存種であるショウロ属が優占しているのに対し、タイガ林では遷移後期種のフウセンタケ属が優占するなど、菌組成が異なる傾向が示唆された。
また胞子特定のためのバイオアッセイ試験を設置した。6か月風乾した土壌を容器（排水溝を開けた50ml遠沈管）に入れ、そこにダフリアカラマツの種子を播種した。種子の発芽しなかったサンプルには追加で播種し、現在3地点の計130サンプルで順調に生育している。外部からの菌の感染を防ぐため、恒温室で室温、日射量をコントロールし、定期的に水やりをすることで、実生を管理し菌根形成を促す。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き計画通り研究を遂行する。現地のカラマツ林にはカバノキ、ハンノキ、ヤナギなどの外生菌根性樹種も混生するため、現地成木の菌根サンプルのうち菌種が特定できたものについて宿主がカラマツであるかどうか、分子解析を用いて明らかにする。DNAを抽出した菌根サンプルについて、植物を特定するtrnL領域をPCR増幅し、宿主を特定する。得られた菌種と宿主のデータを取りまとめ、カラマツ成木の菌根群集（種多様性、種組成など）を明らかにし、調査地間で比較する。また土壌の炭素・窒素含有量を計測し、その他の環境データ（気温、降水量、樹木の胸高直径）と菌群集の関連を多変量解析によって明らかにし、調査地間の違いの要因を特定する。成果をとりまとめ、森林学会または生態学会において発表する。
埋土胞子群集の特定については、5～6か月育てたカラマツ苗の根を実体顕微鏡で観察し、各苗について菌根の形成率を記録し、菌根を形態で分類する。菌根を採取し、成木の菌種特定と同様のDNA解析手法によって、菌種を特定する。また菌種ごとの実生の成長促進効果を明らかにするため、バイオアッセイ苗の樹高、乾燥重量、炭素・窒素の含量、同位体比を測定する。測定は地上部と地下部で分けてそれぞれ行う。また胞子休眠可能期間の解明のため、土壌採取から１２ヵ月風乾した土壌について同様のバイオアッセイ試験を実施する。
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| Causes of Carryover |
使用する薬品類をキャンペーン中に予定より低価格で購入できたため、多少の次年度繰り越しが生じた。繰り越し額は実験に係る薬品類の購入に使用する。
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