ミズゴケと共生する窒素固定微生物相と光合成活性との関連

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K07784
• 研究機関: 北九州市立大学
• 研究代表者: 原口 昭 北九州市立大学, 国際環境工学部, 教授 (50271630)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: ミズゴケ / シアノバクテリア / 安定同位体比 / ユーグレナ / 群落光合成

研究実績の概要

１．ミズゴケ植物体からの窒素固定細菌の単離：タデ原湿原および坊ガツル湿原より得たオオミズゴケ、ヒメミズゴケ植物体から、無窒素平板培地を用いて窒素固定細菌の単離を行った。2種のミズゴケ試料を計35地点から採取し、懸濁液中から5種の形態的に異なるコロニーを得た。
２．安定同位体比を用いたミズゴケ植物体の窒素固定機能の評価：大分県タデ原湿原および坊ガツル湿原、長野県大阿原湿原、前山湿原および田ノ原湿原、北海道東落石湿原、インドネシア・中央カリマンタンラヘイ地域、フィンランド・キルピスヤルビ、オウルおよびヨエンスー地域、スウエーデン・アビスコ地域の各泥炭地から得たミズゴケ試料（約120個体）について、窒素安定同位体比を分析した。種間、産地間、気候帯間、生育環境との関連について検討したが、一貫した傾向は認められなかった。
３．ミズゴケ植物体に生息するユーグレナ属種の分布：上記項目２と並行し、ミズゴケ植物体中に生息する底生ユーグレナの分布状況を調べた。その結果、長野県大阿原湿原およびフィンランド・キルピスヤルビ周辺のペーラ泥炭地から得たスギバミズゴケより底生ユーグレナを得ることができた。
４．ミズゴケ群集の光合成機能の評価：ミズゴケ植物体の光合成機能は、従来、個体レベルで計測されてきたが、これは群集レベルでの計測と乖離した結果を与えるため、群集レベルでの計測を正確に行う手法を検討する必要がある。ミズゴケ個体群を用いた二酸化炭素収支の計測から、ミズゴケ群集での非光合成器官としてのリター部分は、ミズゴケ群集の炭素収支の計測値に影響を及ぼすことがわかった。さらに、群落光合成速度と水位環境との関連を明らかにするため、光合成速度計測時の群集内の水位を変化させ、同様な計測を行い、同じ光条件下でも高水位条件下では二酸化炭素収支の計測値が低く見積られることがわかった。

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

１．ミズゴケ植物体からの窒素固定細菌の単離：ミズゴケ植物体から、5種の形態的に異なるコロニーを得たが、これに引き続き、各コロニーを構成する種の単離、培養、遺伝子解析を行う必要がある。さらに今後は、異なる産地や種について同様な解析を行う必要がある。当初は、本年度中に単離まで行う予定であったが、コロニーの形成に1か月以上要したため、進捗がやや遅れたものの、複数のコロニーを得ることができたため、本項目についてはほぼ見通しが立ったと思われる。
２．安定同位体比を用いたミズゴケ植物体の窒素固定機能の評価：安定同位体比の計測値を約120の試料について得ることができたが、この中から法則性を見出すには至らなかった。さらに試料数を増やす必要があるが、計測試料数に関しては本年度当初の予定数を確保できたので、概ね目標は達成できたものと思われる。
３．ミズゴケ植物体に生息するユーグレナ属種の分布：ミズゴケと共生する微生物として、当初はユーグレナ属種を想定していなかったが、研究を進めて行く中で、ユーグレナ属種も解析に加える必要があるとの認識に達し、新たな研究項目として加えた。
４．ミズゴケ群集の光合成機能の評価：植物体の光合成機能は、当初個体レベルでの計測を予定していたが、群集レベルでの計測と乖離が著しいため、より現実的な計測値として群集レベルでの光合成計測による値を採用することとした。そのため、手法が確立されていない群集レベルでの計測の手法の確立から研究を行うこととなり、この点では、やや進捗状況は遅れていると判断される。

今後の研究の推進方策

１．ミズゴケ植物体からの窒素固定細菌の単離：確認された5種のコロニーについて、それぞれ培養を行い、それらの株の保存と遺伝子解析を行う。また、共生種のフロラを生育地間で比較し、生育環境との関連を解析する。さらに、他の産地のミズゴケ試料を順次使用して窒素固定細菌の単離を試みる。本項目に関しては、現在確認されているコロニーの解析と試料数の拡充を今後行う予定であるが、当面は現在確認されている微生物の遺伝的特性の解析から進める予定である。
２．安定同位体比を用いたミズゴケ植物体の窒素固定機能の評価：分析試料を増やすとともに、一生育地内での各ミズゴケ種の分布とその環境、成分、安定同位体比の関連を解析し、安定同位体比の決定要因を明らかにする。また、安定同位体比と窒素固定機能との関連性についても検討する。両者の関連を解析するためには、窒素固定機能の直接計測や窒素固定に関係する遺伝子の解析を必要とするが、これに関しては今後検討する。
３．ミズゴケ植物体に生息するユーグレナ属種の分布：ミズゴケ類と共生するユーグレナ属種を単離し、それが窒素固定と関連を有するか否かについて検討する。ここでは、ユーグレナ属種の直接的な窒素固定機能とは別に、ミズゴケと窒素固定細菌との共生関係を介在する位置づけでユーグレナ属種の共生種としての機能を解明する。当初はユーグレナ属種を共生種として想定していなかったため、両者の共生関係の一般性や機能に関する基礎的な解析も必要である。
４．ミズゴケ群集の光合成機能の評価：群集レベルでの計測手法を確立するため、今後は、ミズゴケ群落光合成の水位、温度、光強度などの環境とその変動に対する応答について、現場での炭素収支をより正確に反映するような計測値を得るための計測方法を検討する必要がある。その後、共生微生物群集や窒素固定機能との関連についての検討を行う。

次年度使用額が生じた理由

今年度内に、ミズゴケ類と共生する窒素固定細菌およびユーグレナ属種の遺伝子解析を行う予定であったが、全試料についての単離が完了しなかったため、遺伝子解析を次年度に実施することにした。したがって、遺伝子解析に必要な物品の購入および委託経費を次年度に繰り越すこととなった。

次年度使用額の使用計画

微生物試料の単離が一部難航しているため、単離が完了次第遺伝子解析に必要な物品を購入し、解析の作業を委託する。この際に、繰り越した予算額に次年度配当額を加えて作業を実施する。

研究成果

• [国際共同研究] 東フィンランド大学(フィンランド)
  • 国名: フィンランド
  • 外国機関名: 東フィンランド大学
• [雑誌論文] New Discussion on Boysen-Jensen's Photosynthetic Response Curves Under Plant Canopy and Proposal of Practical Equations for Monitoring and Management of Canopy Photosynthesis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuta OKAMOTO, Akira HARAGUCHI, Takuya SUZUKI, Tomonori KAWANO
  • 雑誌名: Environ. Control Biol. 巻: 54 ページ: 7-16
  • DOI: 10.2525/ecb.54.7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Denial of long-term issues with agriculture on tropical peatlands will have devastating consequences. (2016)
  • 著者名/発表者名: Lahiru S. Wijedasa, Jyrki Jauhiainen, Mari Könönen, Maija Lampela, Harri Vasander, Marie-Claire LeBlanc, Stephanie Evers, Thomas E.L. Smith, Catherine M. Yule, Helena Varkkey, Massimo Lupascu, Faizal Parish, Ian Singleton, Gopalasamy R. Clements, Sheema Abdul Aziz, Mark E. Harrison, ..., Haraguchi A. et al.
  • 雑誌名: Global Change Biology 巻: 23 ページ: 977-982
  • DOI: 10.1111/gcb.13516
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 陸水圏の硫酸汚染問題に関する国際連携研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 原口昭
  • 雑誌名: 環境創 巻: 5 ページ: 18-19
• [学会発表] Exact measurement of photosynthetic carbon accumulation rate in Sphagnum community. (2016)
  • 著者名/発表者名: Akira Haraguchi
  • 学会等名: The 14th International Peat Congress
  • 発表場所: Kuching, Sarawak, Malaysia
  • 年月日: 2016-08-15 – 2016-08-19
  • 国際学会