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経常研究

８．生物圏環境部

研究課題 １） 富栄養湖沼における藻類毒の挙動に関する研究
〔担当者〕 渡邉　信・広木幹也・彼谷邦光＊１・佐野友春＊１・稲森悠平＊２
（＊１化学環境部，＊２地域環境研究グループ）
〔期　間〕 平成７〜１１年度（１９９５〜１９９９年度）
〔目　的〕 本研究は，有毒藻類及びそれが産生する毒素の同定を行うとともに，環境水中に最も高濃度に存在する毒素ミクロシスチンの自然界での挙動を有毒藻類の分解・捕食過程を踏まえて明らかにすることを目的とする。
〔内　容〕 本年度はオーストラリアのパルム島の水源池で大発生したシアノバクテリアであるCylindrospermopsis raciborskiiが上野忍ヶ池及びタイより分離培養することができた。毒素生産の有無を調べた結果，強烈な肝臓毒であるシリンドロスパーモプシンを産生していることがわかった。我が国を含めアジアでは初めての有毒Cylindrospermopsisの発見である。
〔発　表〕 D-９，１０，H-１５，１７，１８，h-２０〜２３
研究課題 ２） 微生物の多様性に関する研究
〔担当者〕 渡邉　信・笠井文絵・広木幹也・河地正伸
〔期　間〕 平成６〜１１年度（１９９４〜１９９９年度）
〔目　的〕 本研究は，微細藻類及び土壌微生物における種レベル及び遺伝子レベルでの多様性を明らかにする手法を開発するとともに，その長期的保存方を確立することを目的とする。
〔内　容〕 本年度は水の華を形成するシアノバクテリアであるOscillatoriaの多様性について１６S rDNA塩基配列，全ゲノムDNAホモロジー，DNA塩基GC含量，色素組成，脂肪酸組成，形態特性を調べた結果，表現形質及び遺伝形質において異なる７種が確認され，新属１，新種１が記載された。またミカヅキモの一種Closteriumehrenbergiiの交配群CとHが熱帯にも分布していることが判明した。
〔発　表〕 H-１６〜２１，２４，２５，h-１９〜２６
研究課題 ３） 緊急に保護を必要とする車軸藻類の分布と培養の研究
〔担当者〕 渡邉　信・野原精一
〔期　間〕 平成６〜１１年度（１９９４〜１９９９年度）
〔目　的〕 本研究は，車軸藻類の現段階での分布を明らかにし，過去のデータと比較して車軸藻類の客観的な現状を明らかにするとともに，絶滅の危機に瀕する車軸藻類を分離培養し，培養下での保全を行うことを目的とする。
〔内　容〕 ４０湖沼での調査の結果，過去３０年間で車軸藻は３１種類からわずか６種類に激減していたことがわかった。わずかに生残していた６種類のうち，シャジクモ，カタシャジクモ，ヒメフラスコモ，キヌフラスコモの培養に成功し，継代的に保存することができるようになった。
〔発　表〕 h-２３
研究課題 ４） バイオモニタリングに効果的な水生生物の開発に関する研究
〔担当者〕 畠山成久
〔期　間〕 平成７〜１１年度（１９９５〜１９９９年度）
〔目　的〕 バイオモニタリングに用いる試験生物としては，室内で繁殖が可能なこと，生態系での機能がわかっていること，環境水（あるいは，底質）に連続暴露できることが重要である。これまで，数種の水草，ヌカエビ，魚（２種）などを，バイオモニタリング施設内で河川水に連続暴露し，その生物反応をモニターしてきた。水生生物実験棟において短期間で繁殖への影響が評価できる試験生物をさらに開発・検索することとした。
〔内　容〕 捕食者としてのイトトンボ，底質汚染の影響をモニタリングするためのユスリカに関し，繁殖影響を試験する手法を検討した。両種とも適当な質と量の餌を与えた条件で，繁殖影響に関するデータが収集できた。イトトンボ（雌雄１対），セスジユスリカ（１卵塊；３００〜５００の卵からなる）とも，ケージ（３０×１８×２２cm）内で，卵から暴露し，ふ化，幼虫を経て繁殖（羽化・交尾・産卵）まで全世代にわたる影響評価が可能であった。
研究課題 ５） 藻類群集に及ぼす紫外線の影響
〔担当者〕 笠井文絵
〔期　間〕 平成１０〜１３年度（１９９８〜２００１年度）
〔目　的〕 オゾン層の減少による有害な紫外線の増加は温帯域でも無視できない問題となっている。紫外線は，例え現在のレベルでも植物プランクトン群集に対して，生産量の抑制，種組成の変化，生化学的構成成分の変化を起こし，食物網の初期段階に大きな影響を及ぼすと考えられている。本研究では，実際に自然環境で藻類群集が暴露されている紫外線量を推定するため，紫外線の水中での減衰率と湖沼の溶存有機物量の関係を求めた。
〔内　容〕 水中での紫外線の減衰率（Kd）を，DOC濃度が４．１〜１５６．２mg/lである４４湖沼（カナダ・サスカチュワン州）について，走査型スペクトロラジオメーターを用いて測定した。淡水湖沼のUV-AおよびUV-Bについては；Kd（UV-B）＝０．６０４DOC１．２８７，Kd(UV-A)＝０．４２８DOC１．１３６，また塩水湖沼のUV-AおよびUV-Bについては；Kd(UV-B)＝２．２０７DOC０．７３２，Kd(UV-A)＝１．４３６DOC０．６００という関係式が求められた。
研究課題 ６） 植物の光をめぐる競争関係および群落の動態の解析
〔担当者〕 竹中明夫
〔期　間〕 平成１０〜１２年度（１９９８〜２０００年度）
〔目　的〕 植物にとって光は生存・成長する上で必須のエネルギー源である。植物群落のなかでの個々の植物の生活を理解するためにも，また，個体間の相互作用の結果として現れる群落の動態を理解するためにも，光をめぐる個体間の競争関係を理解することが必要となる。本課題の目的は，個体間の地上部の相互作用を光の奪い合いのプロセスに注目して解析するとと，個体間の相互作用にもとづいて群落の動態を再構成するシミュレーションモデルを構築することの２点である。
〔内　容〕 森林内の光不足の環境に置かれた植物の生活のしかたを，簡単な炭素収支モデルを使って考察した。このモデルでは，植物の成長を光合成生産と維持コストの差としてとらえる。このモデルを用いた解析により，光不足の環境に置かれた植物が取り得る戦略として，可能な限り成長して林冠に到達することを目指す生き方のほか，光合成生産とコストの差が最大になるサイズで成長を停止し，余剰生産物を繁殖に使う生き方があり得ることを示した。
〔発　表〕 H-５，６，h-６，７
研究課題 ７） 高山域に分布する植物の環境適応性に関する研究
〔担当者〕 名取俊樹
〔期　間〕 平成７〜１１年度（１９９５〜１９９９年度）
〔目　的〕 高山域（本研究では，森林限界以上の地域とする）は自然環境が厳しいため，そこに生育している植物は特徴的なものが多く，様々な環境変化の影響を受けやすいと考えられている。近年，種々の人間活動の影響が高山域に広がってきており，高山域に生育する植物に様々な影響が現れ始めている。本研究では，高山域に生育する植物について基礎的知見を得る目的で，高山域に生育する植物の環境適応性について検討した。
〔内　容〕 本テーマ５年間の結果をまとめると，まず形態的特徴を明らかにするため低地から高山域まで分布するイタドリの生育高度に伴う葉形変化を調べ，高度の上昇に伴い葉が丸くなることを定量的に示すことができた。次に生理的特徴を明らかにするため活性酸素に対する抵抗性を調べ活性酸素に対するイタドリの抵抗性が高いことがわかった。さらに従来栽培等が困難なため実験的検討が難しかった高山植物種の実験植物化を開始した。
〔発　表〕 H-９，１０，ｈ-８
研究課題 ８） 植物の生理生態機能の画像診断法に関する研究
〔担当者〕 戸部和夫
〔期　間〕 平成７〜１１年度（１９９５〜１９９９年度）
〔目　的〕 植物の生理生態機能（光合成，蒸散，含有成分，生物季節等）を非破壊で画像計測し，診断する手法の開発を行う。さらに，開発した手法を用いて，植物の生産過程や環境変化に対する影響を調べる。
〔内　容〕 画像計測装置で植物葉の形状変化（しおれ）を経時的に追跡することによって，植物の受けている水ストレスの程度を評価するための手法の開発を行った。給水停止後の植物の葉の形状変化を各種の葉齢の葉につき観察した結果，葉齢の高い葉では軽度の水ストレスで葉に顕著な形状変化が生じることがわかり，高葉齢の葉の形状を画像計測することによって植物の水ストレスの進行や回復の過程の追跡が可能であることが明らかとなった。
〔発　表〕 H-８
研究課題 ９） 中国の半乾燥地域に生育する植物の生理生態機能に関する研究
〔担当者〕 戸部和夫
〔期　間〕 平成７〜１１年度（１９９５〜１９９９年度）
〔目　的〕 中国の半乾燥地域に生育している植物の生命維持機構や砂漠化による植生の破壊を回復させるための基礎的知見を得るために，植物実験施設を用いて，これらの植物の種子発芽や耐乾性，耐塩性などの生理生態機能を明らかにする。また，現地で採取した植物の系統保存や実験植物化の技術についても検討する。
〔内　容〕 光条件が４種類の砂漠植物の種子の発芽に及ぼす影響を調べた。その結果，砂の移動が少なく種子が砂に埋もれにくい半固定砂地を主たる分布域とする３植物種では，光照射による若干の発芽抑制効果が見られたものの，光照射の有無は発芽を決定づける要因とはならないことがわかった。一方，砂が移動しやすく種子が砂に埋もれやすい流動砂地に分布する１植物種では，光照射は種子発芽をほぼ完全に抑制することが明らかとなった。
研究課題 １０） 植物の環境ストレス耐性に関与する遺伝子の探索と機能解析
〔担当者〕 佐治　光・久保明弘・青野光子
〔期　間〕 平成１０〜１４年度（１９９８〜２００２年度）
〔目　的〕 植物は環境保全に必須であり，大気汚染や紫外線などのストレス要因が植物に及ぼす影響やそれらに対する植物の耐性機構を明らかにすることは，基礎・応用の両面において重要である。特に環境ストレス耐性機構については植物の様々な遺伝子が関与していると考えられるため，それらの遺伝子の同定と機能の解明を目指す。
〔内　容〕 シロイヌナズナに様々なストレス処理を施し，ストレス耐性に関与すると思われる活性酸素消去系酵素の活性に及ぼす影響を調べた。その結果，ストレス原は，その種類により，デヒドロアスコルビン酸レダクターゼ活性の増加を誘導するもの（高温，強光，乾燥）とアスコルビン酸ペルオキシダーゼ活性の増加を誘導するもの（オゾン，二酸化硫黄，低温，紫外線）に大きくグループ分けできることがわかった。
〔発　表〕 H-３，４，h-４，５
研究課題 １１） 撹乱された移行帯生態系の修復過程に関する研究
〔担当者〕 野原精一・矢部　徹・佐竹　潔・上野隆平
〔期　間〕 平成９〜１２年度（１９９７〜２０００年度）
〔目　的〕 人為的栄養塩負荷の解消のために行われた浚渫事業によっていかに自然が損なわれ再び回復し，もとの生態系に回復するかという生態系影響の事後評価が十分ではない。尾瀬沼では帰化植物コカナダモが，１９８０年代に繁茂していたが近年忽然と大部分の純群落が消え，移行帯の砂漠化が見いだされた。そこで，撹乱された湖沼移行帯に今後シャジクモ等がいかに回復し，もとの生態系に復元するかモニターを行い，シャジクモ等の回復に必要な条件を見いだすことを目的とする。
〔内　容〕 デファレンシャルGPSを用いて尾瀬沼の水生植物の分布調査を実施した。１９９６年にカタシャジクモの存在を再確認し，１９９９年にはヒメフラスコモを再確認した。その他の水草はセキショウモ，マツバイ，ヨシ，ミズドクサ，スギナモ，オオフトイ，ヒロハノエビモ，フトヒルムシロ，ヒツジグサ，ジュンサイ，エゾヒルムシロ，ホザキノフサモ，ミクリ，イヌタヌキモ，センニンモが確認された。合計１８種の在来の水生植物が認められ，これまでにコカナダモ侵入後絶滅した在来種はなかった。
〔発　表〕 H-１４，h-１２，１７
研究課題 １２） 環境指標生物としてのホタルの現況とその保全に関する研究
〔担当者〕 宮下　衛
〔期　間〕 平成８〜１１年度（１９９６〜１９９９年度）
〔目　的〕 豊かな自然環境，うるおいのある自然環境の指標として親しまれているホタルおよびホタルを含めた絶滅のおそれのある生物の生息する自然環境の保全と再生について調査研究することを目的とする。
〔内　容〕 「ホタルを考慮した水辺環境整備計画」に基づき工事中の筑波山麓の砂防河川・中沢において，絶滅危惧種の藻類カワモズクが新たに発見されたことから，その分布調査を行った。本種の糸状の群体形成は晩秋〜晩春にoligo/β−中腐水性の中流域でのみ確認された。糸状の藻体になる前の微少な胞子体は夏季に下流域のβ−中腐水性でも確認されたことから，糸状の群体の形成は生息地の水質の汚濁度が関与すると推測された。
研究課題 １３） 河川に生息する底生動物の分類及び生態に関する基礎的研究
〔担当者〕 佐竹　潔
〔期　間〕 平成１０〜１３年度（１９９８〜２００１年度）
〔目　的〕 河川生物群集の主要な構成種であるカゲロウ，カワゲラ，トビケラ，淡水エビなどの底生動物については，種名が決定されていなかったり，その生息環境との関係が十分に解明されていない場合が多い。このような状況は，種々の影響評価を曖昧なものにし，より高度な実験的解析を困難にしている。そこで，本研究では底生動物に関する基礎的な知見を蓄積・整理することを目的としている。
〔内　容〕 本年度は，底生動物の調査が行き届いてない島嶼地域の河川において底生動物群集の調査を行った。また，生活史が明らかになっていない淡水エビの数種について，飼育実験を行い，特にヌマエビ属の１種について，従来知られている種と卵サイズが異なること，生活史の初期から底生生活を行い淡水で生活史を完結するが，その一方，ふ化したての幼生の塩分耐性が高いことなどその種の特徴について明らかにした。
研究課題 １４） 湖沼沿岸帯に生息する底生生物の生息環境に関する研究
〔担当者〕 上野隆平・高村典子＊１
（＊１地域環境研究グループ）
〔期　間〕 平成７〜１１年度（１９９５年度〜１９９９年度）
〔目　的〕 水草帯などの湖沼沿岸帯の保全のためには，種間関係などの生物学的な環境構造を把握することが不可欠である。しかし，無脊椎動物など小型の生物，特に底生生物の生態については不明な部分が多い。本研究では，湖沼沿岸帯の底生生物の生息環境の基礎的なデータを蓄積することを目的とする。
〔内　容〕 南北大東島で池沼沿岸帯の底生動物を調査した。種数・個体数ともに多かったのは抽水植物または車軸藻などが繁茂する池だった。餌・生息場所としての抽水植物の重要性は昨年までの研究所内実験池の調査でも示されていた。フサカを除く水生昆虫の優占種は，大東島の水草が多い池と研究所内実験池で科または属のレベルで概ね共通していた。すなわち，類似の植生の環境において類似の水生昆虫相が見られた。
〔発　表〕 h-３
研究課題 １５） 浅水域に生育する大型植物の個体群動態評価手法に関する研究
〔担当者〕 矢部　徹
〔期　間〕 平成９〜１２年度（１９９７〜２０００年度）
〔目　的〕 埋め立て，護岸工事や油の流出事故は浅水域の生物相に重大な影響を及ぼす。生物影響をバイオマスなど量的指標をもちいて評価する際に，それら量的指標は通常期においても変動が大きく非定常的にみえることが多い。そのため工事や事故の影響かどうかが識別しにくい。本研究では潮間帯や干潟をはじめ浅水域の様々な大型植物の個体群動態から定常的な量的指標の抽出と非定常的にみえる変動を把握することを試みる。
〔内　容〕 干潟生態系に点在する海草および海藻の分布様式を解析するために，大潮の干出時に東京湾富津干潟の航空写真を撮影した。航空写真から判別できる大型海産植物は海草アマモ・コアマモ，海藻アオサ・オゴノリであった。アマモは澪筋や完全に干出しきらない地域に多かった。コアマモ・オゴノリは干潟中央部から岸よりの干出頻度のやや高い地域に多かった。アオサは流入小河川の河口を中心とした岸側に分布していた。岸側の河口から遠い地域や水の流動が大きいと予測される海側の汀線付近と砂れんの明瞭な地域には大型植物はまったく出現しなかった。干潟の底質の物理・化学環境が大型植物の分布に大きく影響していることが明らかになった。
研究課題 １６） 微細藻類の集団解析に必要な遺伝的マーカーの検索（奨励研究Ａ）
〔担当者〕 笠井文絵
〔期　間〕 平成１１年度（１９９９年度）
〔目　的〕 藻類は非常に多様でこれからの進化の基盤となる多くの生物群を含んでいるため，生物多様性を考える場合に重要な生物群といえる。その中で，緑藻ミカヅキモは最近脚光を浴びている里山と呼ばれる二次的自然の一部をなす水田を主たる生息場とし，一次生産者として里山の豊かな生態系の底辺をなす存在として重要である。ミカヅキモをはじめとする微細藻類がどのように維持されているかを知るためには集団間の遺伝子交流の程度など集団の遺伝的変異を調べる必要がある。最近の分子分類学的技術の進歩・普及により，微細藻類においても系統進化学的な側面から遺伝的マーカーが検索され利用されてきたが，種以下の遺伝的変異を調べるマーカーは確立されていないため集団解析のためのマーカーを検索しなければならない。この遺伝的マーカーの検索を，緑藻ミカヅキモ（Closterium ehrenbergii）を用いて，アロザイム変異の検索と遺伝解析，及びマイクロサテライト変異の解析法の検索という２つの方法で行い，集団の遺伝的変異を調べる方法の確立をめざした。
〔内　容〕 アロザイムのバンドパターンから変異のあることがわかっているホスホグルコムターゼ（PGM），ホスホグルコースイソメラーゼ（PGI），アスパラギン酸アミノ基転移酵素（AAT）について，遺伝解析を行ったところ，AATのみが明瞭なメンデル遺伝を示し，他の酵素の遺伝解析はできなかった。また，従来アロザイムには変異が少ないことがわかっていたため，より多くの変異を検出する方法としてマイクロサテライト配列に着目した。ミカヅキモのゲノムDNAを抽出し，制限酵素（Tsp ５０９Iと Sau ３A）で断片化し（平均２５６bp），アダプターの付加を行い，PCRで増幅した。植物（ミカヅキモは藻類であるが系統的には高等植物に近い）は脊椎動物に比べてマイクロサテライトの数が少ないという報告があるため，PCRで増幅したDNA断片をナイロン膜に固定したマイクロサテライト配列（１１種の想定した配列）に交雑させ，マイクサテライト配列を含んだDNA断片の割合を特異的に増した（エンリッチメント）。このDNA断片をpUC１１８ベクターにつなぎ，エレクトロポーレーション法で大腸菌に入れトランスフォーメーションを行った。DNA断片が入ったベクターをもった大腸菌のコロニーが多数見られたため，これをゲノムライブラリーとした。ゲノムライブラリーからベクターのDNAを抽出・精製し，ベクター中の配列および想定したマイクロサテライト配列をプライマーにしてPCRを行った。その結果，（TCC）７，（CAA）７，（GAA）７などで特異的に増幅されたバンドが得られ，これらの繰り返しを含むマイクロサテライト配列が存在することが確認された。
研究課題 １７） 環境依存種の生息要因解析（奨励研究Ａ）
〔担当者〕 宮下　衛
〔期　間〕 平成１１年度（１９９９年度）
〔目　的〕 絶滅危惧種に指定された生物には水温や水質，餌や産卵環境などの環境に依存して限られた環境でしか生息できない種が多い。また，氷河期の遺存種として常に水温の低い湧水などのある環境でしか生きられない生き物もいる。しかし，これらの生物種の生息条件についての知見は不十分であり，生物多様性保護のためにも解明が急がれる。本研究は希少種の生息に必要な水温や水質，周辺環境等を調べ，その維持機構を明らかにすることを目的とする。
〔内　容〕 山形県米沢市において絶滅危惧種ハナカジカの生息地の森林が山形県農林部の治山ダム工事により伐採されたことから現地調査を行った。本種の繁殖地は治山ダム建設地に限られ，個体数も１００以下と推定された。伐採後の底生動物の種数は伐採前の１/２に減少しており，餌の水生昆虫相に著しい影響が認められた。土砂崩壊地帯にあるため，河岸浸食も伐採直後から始まった。なお，治山ダム建設によるハナカジカの絶滅が避けられないことから工事は中止された。また，筑波山麓において絶滅危惧種ホトケドジョウの分布と河川形態との関係について調べた。ホトケドジョウは数十年前に水田が放棄されて雑木林になった谷戸の細流と農業用水路に分布していた。普通ホトケドジョウは遡上して水田や湿地などで産卵するとされているが，調査地の流れには数十mおきに堰堤や落差が多数あるため一度流下した個体は遡上できない河川形態であった。したがって，枝沢や水路に分布する個体は，最上流部の長さ数十mの細流でふ化した個体が流下したものであり，細流が開発等で消滅すれば調査地の水系のホトケドジョウは絶滅すると考えられた。
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