生物生産調節メカニズムの解明

2014 年度 実績報告書

• 研究領域: 新海洋像：その機能と持続的利用
• 研究課題/領域番号: 24121006
• 研究機関: 長崎大学
• 研究代表者: 武田 重信 長崎大学, 水産・環境科学総合研究科(水産), 教授 (20334328)
• 研究分担者: 佐藤 光秀 東京大学, 農学生命科学研究科, 助教 (60466810)
• 研究期間 (年度): 2012-06-28 – 2017-03-31
• キーワード: 海洋生態 / 物質循環 / 植物プランクトン / 栄養塩 / 微量金属

研究実績の概要

１．栄養供給に対する表層と亜表層植物プランクトン群集の増殖応答の違い
太平洋の各海洋区系において、有光層以深からの栄養塩や鉄供給が生じた場合に、植物プランクトン群集はどのような増殖応答を示すのか？また、その応答に関して表層と亜表層の植物プランクトン群集の間に違いがあるのか？といった疑問を明らかにするため、白鳳丸KH-14-3次航海において、2014年6～7月に中部太平洋西経170度線上の北緯10、20、35、50度の4測点で、表層10mと亜表層クロロフィル極大層の植物プランクトン群集を対象に船上培養実験を実施した。その結果、中部北太平洋では、亜寒帯の高栄養塩・低クロロフィル海域だけでなく、北緯35度付近においても、表層植物プランクトン群集の増殖に関して鉄が不足する傾向にあることが明らかになった。また、亜表層クロロフィル極大層付近の植物プランクトン群集では、亜熱帯の北緯20度付近まで、下層から供給される栄養塩に対して鉄が相対的に不足し易い環境となっていた。有光層下部における鉄の相対的な消費が大きいことは、表層群集の鉄制限を強化する要因の一つになっている可能性があると考えられる。
２．北太平洋におけるC-Pリアーゼ活性の測定
前年に合成したC-Pリアーゼ蛍光基質を用い、白鳳丸KH-14-3次航海における北太平洋南北測線において活性を測定した。表層における有意な活性は北緯20度付近の数測点に限られ、リン制限により現場の群集がC-Pリアーゼを発現させている可能性がある。また、測定されたC-P化合物分解速度は、これまでに測定されたリン酸エステルの分解速度の100分の1以下であり、C-P化合物は外洋において生物地球化学的に極めて反応性に乏しい有機態リン化合物であることが明らかになった。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

北太平洋を広汎に調査した白鳳丸KH-12-3次航海（平成24年7月～8月）とKH-12-4次航海（平成24年8月～10月）、太平洋の中央部を南極海から北極海までカバーする西経170度の南北縦断測線に沿って観測した白鳳丸KH-13-7次航海（平成25年12月～平成26年2月）・KH-14-3次航海（平成26年6月～8月）・KH-14-6次航海（平成26年12月～平成27年1月）に乗船して、海洋現場における変動状況を把握するための栄養塩・溶存微量金属測定用海水試料や大気降下物質試料を採取するとともに、複数の海洋区系をカバーする形で海洋表層の現場植物プランクトン群集を対象とした船上での添加培養実験を予定通り実施することができた。
有機態リンの現場における利用に関してほとんど知見のなかったC-P化合物について、外洋における分解速度を測定することができた。また、この原因となっている生物を明らかにするために必要な遺伝子サンプルも採取しており、測定への準備を進めている。関連する外洋性の窒素固定生物の培養株も研究室において継続的に維持培養している。

今後の研究の推進方策

白鳳丸KH-13-7次およびKH-14-3次航海において実施した数日スケールの船上添加培養実験の結果について、植物プランクトン群集の組成変化などのデータ解析を進め、各海洋区における微量金属および栄養塩濃度と植物プランクトン応答の関連性を明らかにする。また、現場海域の鉄有機配位子の濃度および錯形成能に関する測定データに基づき、溶存無機鉄と有機錯体鉄による増殖促進作用の違いなど、化学種の影響についても検討を行う。
現場環境における特定の植物プランクトンの制限状態を診断するため、過去に採取した遺伝子サンプルの分析を試みる。また、現在維持している培養株を用いて測定条件を検討するとともに、各種遺伝子が発現する条件を明らかにする。必要に応じて、日本近海における研究航海に参加し、培養株ストックの充実を図るとともに現場遺伝子サンプルのライブラリーも増強する。

研究成果

• [雑誌論文] Interpretation of complexometric titration data: An intercomparison of methods for estimating models of trace metal complexation by natural organic ligands (2015)
  • 著者名/発表者名: I. Pizeta, S.G. Sander, R.J.M. Hudson, D. Omanovic, O. Baars, K.A. Barbeau, K.N. Buck, R.M. Bundy, G. Carrasco, P.L. Croot, C. Garnier, L.J.A. Gerringa, M. Gledhill, K. Hirose, Y. Kondo, L.M. Laglera, J. Nuester, M.J.A. Rijkenberg, S. Takeda, B.S. Twining, M. Wells
  • 雑誌名: Marine Chemistry 巻: 173 ページ: 3-24
  • DOI: 10.1016/j.marchem.2015.03.006
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The effect of diel cycles and temperature on size distributions of pico- and nanophyotplankton in the subtropical and tropical Pacific Ocean (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Sato, T. Kodama, F. Hashihama, K. Furuya
  • 雑誌名: Plankton and Benthos Research 巻: 10 ページ: 26-33
  • DOI: http://doi.org/10.3800/pbr.10.26
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Heterotrophic bacteria as major nitrogen fixers in the euphotic zone of the Indian Ocean (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Shiozaki, M. Ijichi, T. Kodama, S. Takeda, K. Furuya
  • 雑誌名: Global Biogeochemical Cycles 巻: 28 ページ: 1096-1110
  • DOI: doi:10.1002/2014GB004886
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 冬春季黒潮続流域における珪藻類生産動態 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西部悠太・佐藤光秀・高橋一生・齊藤宏明・古谷研
  • 学会等名: 日本海洋学会2015年度春季大会
  • 発表場所: 東京海洋大学（東京都港区）
  • 年月日: 2015-03-22
• [学会発表] 太平洋熱帯亜熱帯域における窒素固定生物の分布と環境要因 (2015)
  • 著者名/発表者名: 谷田巖・塩崎拓平・児玉武稔・佐藤光秀・古谷研
  • 学会等名: 日本海洋学会2015年度春季大会
  • 発表場所: 東京海洋大学（東京都港区）
  • 年月日: 2015-03-22
• [学会発表] 北太平洋南北測線における混合栄養性プランクトンの分布 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤光秀
  • 学会等名: 日本海洋学会2015年度春季大会
  • 発表場所: 東京海洋大学（東京都港区）
  • 年月日: 2015-03-22
• [学会発表] 中部北太平洋における植物プランクトン群集の亜表層水添加に対する増殖応答 (2015)
  • 著者名/発表者名: 武田重信，涌田陽平，佐藤光秀
  • 学会等名: 日本海洋学会2015年度春季大会
  • 発表場所: 東京海洋大学（東京都港区）
  • 年月日: 2015-03-22
• [学会発表] Why does Trichodesmium become abundant in the Kuroshio? (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Shiozaki, S. Takeda, S. Itoh, T. Kodama, X. Liu, F. Hashihama, K. Furuya
  • 学会等名: 2015 Aquatic Sciences Meeting
  • 発表場所: Granada （スペイン）
  • 年月日: 2015-02-27
• [学会発表] Carbon-phosphorus lyase activities in the surface waters of the North Pacific Ocean as determined using a synthesized fluorescent substrate (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Sato, F. Hashihama
  • 学会等名: 2015 Aquatic Sciences Meeting
  • 発表場所: Granada （スペイン）
  • 年月日: 2015-02-25
• [学会発表] 東部東シナ海の男女群島周辺海域における表層栄養塩濃度の局所的変動 (2014)
  • 著者名/発表者名: 江藤祐輔, 武田重信
  • 学会等名: 日本海洋学会2014年度秋季大会
  • 発表場所: 長崎大学（長崎県長崎市）
  • 年月日: 2014-09-14 – 2014-09-16
• [学会発表] 北太平洋表層におけるC-Pライアーゼ活性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐藤光秀・橋濱史典
  • 学会等名: 日本海洋学会2014年度秋季大会
  • 発表場所: 長崎大学（長崎県長崎市）
  • 年月日: 2014-09-14 – 2014-09-16
• [学会発表] 長崎沿岸における窒素及びリン沈着量の季節変動 (2014)
  • 著者名/発表者名: 直江瑠美, 武田重信, 田村圭
  • 学会等名: 日本海洋学会2014年度秋季大会
  • 発表場所: 長崎大学（長崎県長崎市）
  • 年月日: 2014-09-14 – 2014-09-16
• [学会発表] 鉄とリンからみた海洋区系 生物生産調節メカニズムの解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐藤光秀・武田重信
  • 学会等名: 日本海洋学会2014年度秋季大会
  • 発表場所: 長崎大学（長崎県長崎市）
  • 年月日: 2014-09-13
• [学会発表] 東シナ海におけるアルカリフォスファターゼ活性と溶存態リンの分布特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山口聖, 梅澤有, 武田重信, 江藤祐輔, 石坂丞二, 松岡敷充
  • 学会等名: 2014年日本プランクトン学会・日本ベントス学会
  • 発表場所: 広島大学（広島県東広島市）
  • 年月日: 2014-09-04 – 2014-09-07
• [学会発表] Horizontal and vertical heterogeneity of nutrient distribution on the continental shelf of the East China Sea during summer (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Takeda, Y. Eto, Y. Umezawa, M. Wada
  • 学会等名: 9th WESTPAC International Scientific Symposium
  • 発表場所: Nha Trang （ベトナム）
  • 年月日: 2014-04-22 – 2014-04-25
• [学会発表] Distribution of Mn, Fe, Co, Ni, Cu, and Zn in the surface water of the East China Sea during summer (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Wakuta, Y. Eto ,S. Takeda
  • 学会等名: 9th WESTPAC International Scientific Symposium
  • 発表場所: Nha Trang （ベトナム）
  • 年月日: 2014-04-22 – 2014-04-25