2018 Fiscal Year Annual Research Report
Eco-evolutionary dymamics in plant-insect interactions
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16H04842
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
大串 隆之 京都大学, 生態学研究センター, 名誉教授 (10203746)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
内海 俊介 北海道大学, 北方生物圏フィールド科学センター, 准教授 (10642019)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 侵入生物 / 生物群集 / 形質進化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
セイタカアワダチソウ（セイタカと略）の成長の季節動態が、日米両国の個体群間で大きく異なることがわかった。日本の圃場では滋賀、佐賀、フロリダ由来の「南方個体群」のサイズ（茎長と茎直径）が北海道、ミネソタ、カンサス由来の「北方個体群」のセイタカよりも有意に大きく、また葉数も有意に多かった。この傾向はフロリダの圃場でも確認された。一方、北海道の圃場では北海道由来のセイタカは南方個体群と同様に良い成長を示した。
セイタカヒゲナガアブラムシついて、北海道での密度は滋賀や佐賀に比べて10倍以上も高かった。さらに、アメリカの圃場では日本に比べて密度が有意に低かった。それに加えて、北海道では季節動態の年次間の違いが見られた。アブラムシのピークは、前年は9月下旬から10月上旬であったが、2018年は２ヶ月も早い７月下旬であった。これに対し、滋賀と佐賀の圃場ではこのような大きな違いは見られなかった。
アワダチソウグンバイは佐賀と滋賀では高い密度で出現したが、北海道では前年同様に全く見られなかった。滋賀では9月上旬にかけて密度のピークが見られたが、佐賀では6月下旬から10月上旬にかけて同程度の密度で推移した。グンバイによる食害は、滋賀では6月から7月下旬にかけて急速に増加し80％に達した。一方、佐賀では6月下旬に早くも食害率は100％に達した。
グンバイ以外の葉食者の食害は、滋賀では6月上旬から増加し、10月中旬にはピークに達したが、その時点でも食害率は12％程度であった。これに対して北海道では6月上旬と9月下旬に40-50％と高く、その間の8月から9月には15％と低いものであった。
植食性昆虫の分類的な多様度と均等度はアメリカの圃場では日本に比べて高かったが、捕食者の種数は日本と大きな違いは見られなかった。一方、植食性昆虫の密度は、逆に日本の圃場の方が米国の圃場に比べて、10倍以上も高かった。
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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
圃場実験の結果から研究目的に関して重要な知見が得られた。日米の圃場でのデータから、セイタカの成長パタンが緯度傾度による気候と地域環境の両方に適応している可能性が示唆された。
植食性昆虫の種多様性と均等度、密度、季節動態について日米や日本の圃場間で大きな違いがあることや、アブラムシのフェノロジーの年間の違いもわかってきた。植食性昆虫の群集動態は植物の成長や繁殖に大きな影響を与えると言われている。これらの事実は、侵入植物の地域適応を考える上で、植物だけでなく、それを利用する植食者の種数や個体数の違いに注目することの重要性を強く示している。
アメリカの植食性昆虫の個体数に比べて日本国内のそれが著しく高いこと、この理由は近年日本に侵入したアブラムシとグンバイが高密度で維持されていることによる。この両種はアメリカでも見られたが、日本に比べてはるかに密度が低かった。これらの事実から、セイタカが日本に定着した後にアメリカから侵入したアブラムシとグンバイが、帰化植物上の空白ニッチを利用することで原産地に比べ高い密度を維持することができ、その結果、侵入地での群集構造を大きく変えた可能性が高い。
これらの結果は、帰化植物は侵入地では原産地における大きな植食圧から解放されるという、従来の「天敵解放仮説」の予測とは大きく異なっている。また、アメリカでは低密度の昆虫でも侵入地では高い個体群密度を維持することができる可能性を示唆している。セイタカの場合と同様に、帰化植物の定着後に原産地の植食性昆虫や病気がそれを追って侵入することは一般的なので、これまでの仮説を再検討する必要性が示唆された。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、セイタカの成長の季節動態と昆虫群集構造の年次変化および地域間の変異に焦点を当てる。特に、圃場実験に用いている遺伝子型を採取した各地域の環境要因と植物の遺伝子型が日本でのセイタカの成長パタンと主要な植食者の季節動態に果たす役割を解明する。日本でグンバイが定着している滋賀と佐賀、まだ侵入していない北海道の遺伝子型に注目して、滋賀と佐賀の圃場でグンバイのセイタカの成長に対する影響の強さを明らかにする。逆に、アブラムシが植食性昆虫の個体数の98％近くを占める北海道の圃場において、アブラムシのセイタカの成長に対する影響の強さを明らかにする。これによって、日本でのセイタカと両種との相互作用の変化を予測する。
セイタカを利用する植食性昆虫の群集構造を共分散分析によって解析し、日米間と両国内の地域間で比較する。これによって、植食者群集の生物地理的な多様化の程度を推定し、帰化植物の遺伝子型が植食者ネットワークの成立に果たす役割を評価する。
野外での圃場実験とは別に、ビニールハウス内に設置した袋がけのポットにセイタカを植え、食害を与えない環境下での各遺伝子型の成長および繁殖形質のバイオマスを測定する。これと比較することにより、実験圃場で育成する遺伝子型に対する野外での植食圧の強さを推定する。
研究遂行上の問題点とその対応策
日米の圃場間でセイタカの生存率に大きなばらつきがある。特にアメリカの圃場ではセイタカのシーズンを通しての生存率が50％を切っている。今後は少なくとも75％以上の生存率を確保したい。このために、ポット植えにしたセイタカの定着までに十分な水分供給を行い、実験株の生存率の向上に努める。さらに、昆虫種の同定の精度を高めて、圃場間での植食性昆虫と捕食性昆虫の種多様性のより正確な比較を可能にする。
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[Journal Article] Defensive chemicals of neiboring plants limit visits of herbivorous insects: associational resistance within a plant population.2018
Author(s)
Ida, T.Y., Takanashi, K., Tamura, M., Ozawa, R., Nakashima, Y. & Ohgushi, T.
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Journal Title
Ecology and Evolution
Volume: 8
Pages: 12981-12990
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Evolutionary and environmental effects on the geographical adaptation of herbivory resistance in native and introduced Solidago altissima populations.2018
Author(s)
Sakata, Y., Craig,T., Itami, J., Ikemoto, M., Utsumi, S. & Ohgushi, T
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Journal Title
Evolutionary Ecology
Volume: 32
Pages: 547-559
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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