本研究は，日本農芸化学会 2020 年度大会（福岡）における「ジュニア農芸化学会」（発表は新型コロナウイルス感染症対策のため中止）に応募された研究のうち，本誌編集委員会が優れた研究として選定した６題の発表のうちの一つです．

日本農芸化学会

寒天培地上のバクテリアの様々な対外戦略
洛星中学校高等学校生物部
秋山裕紀，阿部奏羽（指導教員：北澤太郎）

同じ環境に生育するバクテリアは，競合，協力，中立，共生
な ど の 相 互 作 用 を し て い る． わ れ わ れ は， 貧 栄 養 土 壌 か らの ス ク リ ー ニ ン グ に よ り， 数 多 く の コ ロ ニ ー が 得 ら れ た●とおよび青紫色を呈するバクテリア（アメジスト菌と命名）の3 種 類 に 注 目 し， そ れ ら の 相 互 作 用 を 一 つ の 寒 天 培 地 に 2 種類 の バ ク テ リ ア を 接 種 し 培 養 す る こ と に よ り 観 察 し た．

化学と生物との相互作用は，培地の組成や 寒 天 濃 度， お よ び 植 菌 時 の コ ロ ニ ー 間 距 離 に よ り 異 な り，前者が後者のコロニーの接近を阻む場合と，前者が後者のコロ ニ ー を 囲 み， 内 部 に 侵 食 す る 場 合 の 2 種 類 の 対 応 が 認 め られ た． ま た， ア メ ジ ス ト 菌 とを同じ寒天培地上に植菌すると，互いに接する様子が観察され，アメジスト菌とを 同 じ 寒 天 培 地 上 に 植 菌 す る と， 両者のコロニーが接触する前に，のコロニーの縁が青紫色に変化した．このように，バクテリアの組み合39 μS/cmと非常に低い値を示した．栄養状態の良い土壌の導電率は高く，一般的な河川の上流で 50〜100 μS/cmの値を示すことが知られている (1)．そこでわれわれはバクテリア間の相互作用の観察対象の菌株を得るために，この地を流れる沢の水際の真砂土に生息するバクテリアのスクリーニングを行った．その結果，コロニー数の多かった【はじめに】，および鮮や（アメジスト菌と命名）の 3 種類に注目した．これらのうち 2 種類ずつを同じ寒天培地に接種・培養し，形成されるコロニー同士の相互作用の様子の観察を行った．
【材料と方法】
1.

寒天培地の作製
今回用いた 6 種類の培地組成を表 1 に記す．

せによって異なる相互作用をすることが明らかとなった．

本研究の背景，材料および方法，結果と考察とかな青紫色のコロニーを形成する未同定のバクテリア

表 1 に記載した No. 1〜6 の組成の培地を入れたプレートを作製し，バクテリアを接種したプレートを 30 C の恒温器で培養した．
2.

バクテリアのスクリーニング

バクテリアは同一の生育環境に存在する他種のバクテ

湖南アルプスを流れる沢の水および水際の真砂土をプリアと競合，協力，中立，共生などさまざまな形態の相ラスチック遠沈管に採取し，その上澄み 50 µL を No. 1互作用を示している．われわれはその様相に興味をも培地を入れたプレートに播種した．得られたコロニーのち，寒天培地上で観察しようと考えた．その際，もともいくつかを別の No. 1 培地プレートに移して 4 C で保存と生育する菌種の少ない環境に由来するバクテリアであした．

れば，その相互作用の様子が観察しやすいと考え，観察対象の取得を貧栄養の環境から試みた．
滋賀県南部に広がる田上丘陵は，通称「湖南アルプス」と呼ばれる低山で，風化花崗岩の真砂土からなる土壌環境にある．真砂土は貧栄養の土壌であり，実際にこの地を流れる沢の水の導電率を測定したところ 23〜50

表 1 ■ 用いた培地の組成
培地番号

No. 1

No. 2

No. 3

No. 4

No. 5

No. 6

ペプトン濃度（％）
1.0
寒天濃度（％）
2.0
グルコース濃度（％） 0

1.0
2.0
1.0

1.0
1.50

1.0
1.5
1.0

1.0
1.00

1.0
1.0
1.0

化学と生物 Vol. 59, No. 1, 2021

3.

バクテリアの接種またはその近縁種である可能性が高いと考えられた (2)．

無菌爪楊枝の先に各バクテリアの菌体をつけ，No. 1〜6 の 6 種類の寒天培地に植菌した．接種のタイミングやコロニー間の距離についての条件は結果と考察に示した．との同時接種 :2 種類の菌体を5 および 10 mm 離れた 2 つのポイントに接るコロニーの形状種し，14日間培養した．と＜グルコース無添加条件（図 1）＞色）とであることが明らかになった．また鮮やかな青紫色のコロニーを日本農芸化学会取得した 3 種類のバクテリアについて，以下の 3 つのスクリーニングしたバクテリアの寒天培地上におけ3 種類のバクテリアを取得し，うち 2 種類は

●

様子

①

湖南アルプスを流れる沢の水および水際の真砂土から形成する未同定のバクテリアをアメジスト菌と命名し（橙（白 色） の コ ロ ニ ー の 様 子 は，培地の寒天濃度により変化が認められた．寒天濃度
2.0％ の 培 地 上 で は， 植 菌 距 離 10 mm と し た 場 合 にのコロニーがのコロニーた．それぞれの寒天培地上でのコロニー形状を以下に示との間に間隙を作って広がった（図 （1 a）：忌避対応）．一す．

方，寒天濃度 1.5％の培地上では，: 橙色のコロニーを形成した．培地がのコロニーを囲んで侵食した結果，白色ののコロニーに混ざりあうように侵食すによる形状の違いは認められなかった．
: No. 1, 3, 5 の培地上ではレース状る様子が観察された（図 1（b），侵食対応）．寒天濃度の白色コロニーを形成し，コロニーの直径は 1 日で約1.0％の培地上では，双方の菌株を植菌した距離によっ1 cm 広がった．一方で No. 2, 4, 6 の培地上では，1 日でて対応が異なっていた．すなわち両者を 5 mm 離して植直径が 1〜2 mm 広がる白色コロニーを形成した．

菌した場合は，

アメジスト菌：鮮やかな青紫のコロニーを形成した．
培地による形状の違いは認められなかった．このアメジ

化学と生物異なる接種条件によるバクテリアのコロニー形成の条件で接種を行い，コロニーの様子を観察した．

【結果と考察】1.

2.

スト菌は，コロニーの色から

図 1 ■ グルコース無添加培地におけるによる侵食対応が認められたが，両者を10 mm 離して植菌した場合はのコロニーに忌避対応が認められた（図1（c））．このようないずれかの対応を決定する要因の一つは，との同時接種および時間差接種試験

プレート中の D および R はそれぞれおよびを接種したポイントを示している．（a）No. 1 培地に同時接種し，10 日間培養した．（b）No. 3 培地に同時接種し，7 日間培養した．（c）No. 5 培地に同時接種し，7 日間培養した．（d）No. 1 培地に時間差接種した．
をあらかじめ 8 日間培養してからを 5 mm（上）または 10 mm（下）離して接種し，さらに7 日間培養した．
を植え付けた時点でのコロニーの大きさを黒い実線で示した．

図 2 ■ グルコース添加培地におけるとの同時接種試験
プレート中の D および R はそれぞれおよびを 接 種 し た ポ イ ン ト を 示 す．
（a）No. 2 培 地 に 同 時 接 種 し，10 日 間 培 養 し た．（b）
No. 4 培地に同時接種し，7 日間培養した．
（c）No. 6 培地に同時接種し，7 日間培養した．

化学と生物 Vol. 59, No. 1, 202151

●

日本農芸化学会

図3 ■ アメジスト菌との同時接種試験

プレートに記載されている C はアメジスト菌，R は，D はを示す．
（a）No. 1培地にアメジスト菌とを同時接種し，10 日間培養した．（b）アメジスト菌とを（a） と 同 様 の 条 件 で 同 時 接 種 し た．（c）（b）のコロニーの 1 組を拡大した．
コロ
ニーの左側の縁が薄い青紫色を呈している．のコロニーの大きさの違いと考えられ，コロニーの直径が大きい場合はによる忌避（図 （1 d））．この結果と同時接種の実験結果（図 （1 a））と比べると，時間差接種の方がより顕著なコロニー間の距離の開きが認められた．また，対応がとられるものと推察された．
＜グルコース添加条件（図 2）＞寒天濃度 2.0％の場合，化学と生物およびのコロニーの大きさが同時接種よりも小さい場合にものコロニーと接触したは忌避対応を示したことから，のコロニーが僅かに橙色に変色している様子が見られたの 2 種類の対応のうちどちらが選ばれるかは，相手（図 2（a））．寒天濃度 1.5 および 1.0％の培地の場合，橙色コロニーの大きさより培地の寒天濃度の影響の方が大きのい可能性が考えられた．のコロニーがのコロニーを取り囲み侵食する様子が認められた（図 2（b），（c））．寒天濃度 2.0％に対する 1.5 および 1.0％の結果の相違は，以上のようにコロニーが忌避するかあるいは侵食するかという異なった対応の原因は，とのコロニー成長の速度の違いのコロニーの成長速度が寒天濃度やグルと推察された．また，植菌した距離の違いによる差は認コースの有無によって変化すること，また，異なる寒天められなかった．したがって，の相手濃度上で形成されるコロニー表面の物理的性質に違いがコロニーへの対応を決定する要因として，培地内のグル生じることにあることが推察される (3)．特に忌避対応にコースの有無が培地の寒天濃度より優先されるものと考ついては，前者のコロニーから，後者に対する何らかのえられた．

忌避物質が出ているのかもしれない．こうした物質を介②と種:の時間差接したやり取り（＝相互作用）についても明らかにできれを No. 1 の寒天培地に植菌し，10ば，よりバクテリア同士の対外戦略を理解することにつ日後，コロニー径が 8 mm になった時点で，その縁から5 および 10 mm 離れたポイントにを植菌し，さらに 10 日間培養した．

をグルコースを含まない寒天濃度 2.0％の No.1 培地に植菌し，コロニー径が 8 mm になった時点でコロニーの縁から 5 および 10 mm 離してずれの距離においてもを植菌したところ，いのコロニーはコロニーと間隙をおいた状態で広がった

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ながる．このように，環境の違いに応じてとが異なる相互作用を示しそれぞれの勢力の均衡を保ってきたものと推察される．
③アメジスト菌とあるいはの 同 時 接 種 : No. 1 の 寒 天 培 地 上 に 両 者 を10 mm 離れた 2 つのポイントに植菌し，14 日後のコロニーの様子を観察した．その結果，のコロニーはアメジスト菌のコロニーを避けず，かつアメジ化学と生物 Vol. 59, No. 1, 2021

スト菌のコロニー内部に侵入せずに広がった（図 （3 a））．

養条件のみならず，培地の寒天濃度のような極めて単純

これは，な物理的条件でも変わることが明らかとなった．このよに対する対応と異なった．しと同うな知見は，目的とした特性に深く関与するバクテリアだとすれば，同じ環境に生息する同の存在比や形態を保持した土壌の調整に物理的諸条件を属異種のバクテリアに対して異なる相互作用を示すこと考慮することの重要性を示唆している．また，異なるバになり，たいへん興味深い．また同様の条件でアメジスクテリア間の相互作用を明らかにすることでその対外戦

ト菌とを接種したところ，両者のコロ略を理解することは，土壌環境にとどまらず，動物腸内ニ ー が 接 触 せ ず に， 両 者 の コ ロ ニ ー 径 が 約 10 mm になど多様なバクテリアが高密度に生息する環境で生じるなった時点でのコロニーの縁が薄い青現象を理解し，たとえば有害なバクテリアを退治し，有紫色を呈した（図 3（b），（c））．本結果は，現状では推用なバクテリアを積極的に生残させるなど，医療・衛生たがって，もしもアメジスト菌が属の ．

測の域を出ないが，アメジスト菌が日本農芸化学会染色した可能性や，をが本来青紫色素を合成する機構をもっていて，アメジスト菌が遠距離からその機構を活性化した可能性などが考えられる．
本研究の意義と展望
自然界では単一のバクテリアのみが生息する環境は非常にまれであり，他種のバクテリアとの相互作用は個々●のバクテリアの生存戦略の重要な要素である．バクテリ
ア同士の相互作用の理解は，微生物環境の理解とともに土壌改良などの応用につながることが期待される．今回面への応用にもつながることが期待される．
謝辞：
を同定をしていただきました京都大学農学部の田中千尋教授ならびにを同定をしていただきました京都工芸繊維大学大学院応用生物学専攻の鈴木秀之教授に感謝申し上げます．

文献1) 美しい多摩川フォーラム：多摩川一斉水質調査．http://www.tama-river.jp/main/kannkyou/suishitsucyousa/dendouritsuH25.html
2) 中山大樹： 環境調査のための微生物学 ，講談社，1975．
3) 浅水俊平，尾仲宏康：生物工学，96，457（2018）．
Copyright © 2021 公益社団法人日本農芸化学会
DOI: 10.1271/kagakutoseibutsu.59.50

化学と生物の実験から異種のバクテリア同士の相互作用の様式が栄化学と生物 Vol. 59, No. 1, 2021

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