地球環境研究,Vol.12(2010)♯釧路湿原赤沼の溶存有機物質の分解に対する微生物と紫外線の影響 (予報)千賀有希子＊

野原精一＊＊＊

照井滋晴＊＊

渡辺泰

徳＊キーワード：溶存態有機物 (DOC)､ 微生物分解､ 紫外線､ 有機物分解､ 腐植物質

１. はじめにする上で不可欠である｡ 本研究では､ 釧路湿原に位置する腐植湖沼である赤沼を対象として､ DOM に対する微

従来､ 水中における食物連鎖は､ 植物プランクトン→生物および紫外線の分解性の関係を予察的に調べた｡ 実

動物プランクトン→魚と連結する生食連鎖が重要視され験  においては､ 微生物の呼吸による赤沼湖水中のていたが､ 現在では溶存有機物→細菌→原生動物を経てDOM 分解の程度を知るために湖水を培養し､ DO の減動物プランクトンにつながる微生物食物連鎖が重要であ少を追った｡ DO の減少量から､ 微生物によって分解さるとの認識が一般的となっている (Watanabe 1975；れた炭素量を見積もった｡ 実験では､ 紫外線による分Azam et al. 1983；渡辺1990)｡ さらに近年､ 植物プラ解の程度を知るために湖水を人工ランプによって UVBンクトンに寄生するツボカビ (鏡味 2008) や感染する照射し､ 溶存有機炭素 (DOC) 濃度の経時変化を測定

ウィルス (Fuhrman 1999；Thingstad 2000) が食物連した｡ UVB は太陽紫外線の一部で生物的および化学的鎖に重要な役割を果たしていることも知られてきている｡

影響が高い短波長域 (280〜320 nm) である｡ 実験で水中に浮遊する細菌の大部分は従属栄養性で､ 成長のは､ 光条件による分解の程度および細菌への影響を知る基質として溶存有機物 (DOM) を利用しており､ DOMために､ 湖水を UVB 照射､ 太陽光露光および暗条件にを分解することによって成長する｡ 海洋や湖沼の溶存有曝し､ DOC 濃度と生菌数､ 全菌数の経時変化を測定し機物は一般に低濃度で､ また有機汚染を受けていない場た｡ さらに､ 光条件によって分解する腐植物質の質を明

合は従属栄養微生物による分解性が高くないとされ､ 基らかにするために､ それぞれの光条件に曝した後の湖水質として好適なのは､ 植物プランクトンの細胞外排出物の３次元蛍光スペクトルの測定を行った｡や動物プランクトンの摂食・消化過程に関係する比較的易分解性の有機物が想定されていおり (渡辺 1990)､ その分解過程についても明らかになりつつある｡ しかしながら､ DOM 濃度が常に高い湿原の腐植湖沼中では､ 細２. 方法
２−１. サンプリング

菌の生産が DOM に依存していると推察はされている

釧路湿原内に位置する赤沼 (図１) の表層水を水試料ものの､ その分解過程の研究は多くない｡ 一方､ 水中のとして用いた｡ 赤沼は､ 主にミズゴケからなる高層湿原

腐植物質は太陽光の紫外線によって光分解することが知内にあり､ 面積約10ha､ 平均水深1.9m の浅い腐植湖沼られている (Wetzel et al. 1995；山田 2000)｡ この過である｡ 表層水の DOC 濃度は､ 年間通して約15mgC l-1程が､ 難分解性の溶存有機物を細菌に利用可能な基質にと非常に高い｡ 湖水は湖岸から手でポリビンに採水した｡

変換している可能性も指摘されているが､ まだ充分な解採取後は､ 冷蔵して実験室に運び各種の実験に供した｡

析が行われていない｡

２−２. 実験条件

腐植の微生物分解の過程に細菌が大きく関わっている

２−２−１. 実験とすると､ 細菌の増殖を決定する DOM の量および質６月に採水した赤沼の湖水を､ DO が飽和となるようを明らかにすることは腐植湖沼の微生物食物連鎖を解明にエアレーションし､ 100ml の酸素ビンに分取した｡ 密＊

立正大学地球環境科学部環境システム学科
NPO 法人環境把握推進ネットワーク PEG＊＊＊
国立環境研究所アジア自然共生研究グループ♯
2009年度立正大学大学院地球環境科学研究科オープンリサーチセンター業績＊＊133

釧路湿原赤沼の溶存有機物質の分解に対する微生物と紫外線の影響 (予報) (千賀・照井・野原・渡辺)

図１. 釧路湿原における赤沼閉後､ 暗条件下､ 20℃で培養し､ ０日目､ ５日目および全菌数の測定を０日目 (実験開始時) と５日目に行った｡

25日目に DO の測定を行った｡ 消費された DO から微２−２−４. 実験

生物によって分解される炭素量を算出した｡
２−２−２. 実験

DOC 濃度の濃い湖水をつくるために､ ７月に採水した赤沼の湖水を真空エバポレータによって35℃下で濃縮

５月に採水した赤沼の湖水を50ml の石英ガラス管にを行った｡ 濃縮水を50ml の石英ガラス管に分取し､分取し､ 蛍光管方式の UVB ランプ (Toshiba, FL20S・UVB 照射､ 太陽光露光､ UV カットおよび暗条件と４BLB.) の照射を15日間行った｡ 時間を追って DOC 濃つのサンプルを調製した｡ UVB 照射､ 太陽光露光およ度の減少を測定した｡ 繰り返しは､ ２回とした｡

び暗条件の調整は前述した通りに行った｡ UV カットは､２−２−３. 実験

＜400nm の UV をカットする透明シートを石英ガラス

５月に採水した赤沼の湖水を50ml の石英ガラス管に管に巻き､ 野外で半分水に浸しながら静置して行った｡

分取し､ UVB 照射､ 太陽光露光および暗条件と３つの４つのサンプルの繰り返しは､ ２回とした｡ これらのササンプルを調製した｡ UVB 照射は､ UVB ランプを用ンプル中の DOC 濃度､ 生菌数および腐植物質の蛍光強いて行った｡ 太陽光露光は､ 野外にて静置し自然太陽光度の測定を０日目 (実験開始時) と11日目に行った｡

を当てた｡ 暗条件は､ アルミホイルで石英ガラス管を巻２−３. 測定

き､ 野外に放置した｡ 太陽光露光と暗条件は､ 野外で高BOD は､ 容積が正確に分かっている DO ビンにサン温にならないように､ 石英ガラス管半分が水に浸かるよプルを入れ､ 20℃下で５日間培養し消費された DO 値

うにし､ 水を常時流した｡ それぞれ繰り返しは､ ２回ととした｡ DO は､ 蛍光式酸素計 (HQ3d, HACH) で測した｡ これらのサンプル中の DOC 濃度､ 生菌数および定した｡

134

DOC 濃 度 は ､TOC 計(TOC-5000A,

地球環境研究,Vol.12(2010)

Shimadzu) で測定した｡ 腐植物質の蛍光強度は､ 蛍光表１. O２の消費量および推定される DOC 減少量

分光光度 (FP-6200､ 日本分光株式会社) を用いて測定

時間 (日)ΔO２ (mgO２l-1)

ΔDOC (mgCl-1)*

した｡ 生菌数は､ 標準寒天培地 (日水製薬株式会社) を５1.20.5用い､ 25℃､ 暗条件下で２週間培養し､ 出現したコロニー

252.91.1を観察後､ 計数した｡ 全菌数は､ グルタルアルデヒドを＊但し､ RQ (呼吸商) ＝1.0とした時２％添加し生物を固定した後､ DAPI (4' 6-diamidino2-phenylindole) で染色し蛍光顕微鏡下で観察し計数した｡ それぞれの測定値は､ ２回のサンプルの繰り返しの表２. DOC 濃度､ 生菌数および全菌数の変化
DOC

生菌数

全菌数

(mgC l-1)(cfu ml-1)(cells ml-1)

14.9

4.2 x 10４

0.9 x 10６

13.5

7.3 x 10３

1.3 x 10６

太陽光露光

14.1

9.0 x 10４1.7 x 10６

暗条件

14.8

4.9 x 10５

2.3 x 10６

サンプル平均値を示したものである｡
０日目
５日目

３. 結果および考察
赤沼の表層水中の DOC の濃度は常に高く､ どの月もUVB 照射-1約15mgC l 存在していた (data not shown)｡ 以下の実験に用いた DOC 濃度はほとんど同じで､ 質的にも変化がないものと仮定した｡
３−１. 実験
DO は時間とともにゆっくり減少していき､ ５日目には約14％､ 25日目には約35％が消費された (図１､ 表１)｡
呼吸商が1.0と仮定して､ 酸素消費量から呼吸で無機化された炭素量を見積もった (表１)｡ ０日目の時の DOCが15.0mgC l-1であったので､ ５日目の DOC は約３％､25日目は約７％が微生物の呼吸で消費されたことが解った｡
３−２. 実験
UVB 照射によって､ 赤沼湖水中の DOC 濃度は時間とともに減少した (図３)｡ ０日目の DOC 濃度の約30

図２. DO の経時変化％が15日間で減少した｡ この値は実験における微生物の呼吸による DOC 分解量よりも高く､ UVB の照射はDOC の分解を促進することが解った｡ しかし､ この分解には UVB による直接的な光化学的分解と微生物による分解の両過程が含まれることが考えられ､ それらの相対的寄与は本実験では明らかにできない｡
３−３. 実験
UVB 照射､ 太陽光露光および暗条件の３つのサンプル中の DOC 濃度は５日目に減少し､ UVB 照射のサンプルの減少が最も大きかった (表２)｡ 生菌数は､ ０日目と比べると UVB 照射は減少し､ 太陽光露光は約２倍増加し､ 暗条件は約12倍と大きく増加した｡ 全菌数は､
UVB 照射で僅かに増加し､ 太陽光露光および暗条件で

図３. DOC 濃度の経時変化約２倍に増加していた｡ これらの結果は､ 微生物がUVB 照射により増殖が抑制されることを示している｡
したがって､ UVB 照射による DOC 濃度の減少は､ ほとんどが紫外線による光分解である可能性が高い｡

135

釧路湿原赤沼の溶存有機物質の分解に対する微生物と紫外線の影響 (予報) (千賀・照井・野原・渡辺)

３−４. 実験

は減少していたが､ UVB 照射と太陽光露光では大きな濃縮湖水を用いた実験において､ UVB 照射と太陽光減少が観られた (表３)｡ 特に太陽光露光の蛍光強度は露光の DOC 濃度は､ UV カットと暗条件と比べると大著しく減少しており､ 腐植物質の分解には､ 紫外線以外きく減少した (表３)｡ この結果から､ DOC の消費は微の光の分解作用も重要であると推察された｡ しかしなが生物のみによる場合より光を照射したものの方が大きいら､ 紫外線以外の光条件である UV カットの蛍光強度と考えられた｡ ４つのサンプル中の生菌数は､ 11日目での減少は､ UVB 照射および太陽光露光に比べると小さ増加した｡ 11日目の暗条件のコロニーは､ 白いコロニーかった｡ 太陽光には紫外線､ 可視光および赤外線が含まが優占していた (図４)｡ 太陽光露光､ UV カットにおれる｡ それらの光の相乗効果によって腐植物質の分解がいても白いコロニーが優先していたが､ 黄色いコロニー促進された可能性がある｡ また､ 太陽光露光では生菌数の出現も確認された｡ 一方､ UVB 照射のコロニーは､の増加がみられていることから､ 光と微生物の両方の分白いコロニーの他に赤いコロニーが多く出現した｡ 光条解が進んだとも考えられた｡ 今後､ 詳細に DOM の光件によって出現するコロニーは違っていた｡ 分子生物学分解過程について検討していく予定である｡ 暗条件にお的手法を用いた解析では､白いコロニーはける蛍光強度の減少は､ 最も低かった｡ これは､ 腐植物

Acinetobacter sp. や Pseudomonas sp. など一般的な土質の微生物による分解が､ 光分解よりも小さいことを示壌で見られるような属が多く､ 黄色いコロニーは鉄還元している｡ 一般的に細菌は高分子で構成される腐植物質細菌である Sphingomonas sp. が同定された (data notの 分 解 は 苦 手 と さ れ る (Bridgham and Richardsonshown)｡ また UVB 照射で観られた赤いコロニーは紫2003)｡ DOM 濃度が常に高い湿原の腐植湖沼では､外線やγ線照射に強い抵抗性を示す Deinococcus sp. のDOM 分解に対する微生物の寄与はそれほど大きくない可能性が示唆された (data not shown)｡ 分解に寄与す可能性が示唆された｡

る細菌群の同定は今後さらに研究する必要がある｡
励起波長375nm および蛍光波長483nm 付近に検出された腐植物質の蛍光強度は､ 全てのサンプルで11日目に４. まとめ
本研究では､ 腐植湖沼赤沼の DOM の分解に対する表３. DOC 濃度､ 生菌数および腐植様物質の蛍光強度の変化
サンプル
０日目

微生物によっても､ 光によっても分解し得ることが解っ

DOC

生菌数

腐植様物質

(mgC l-1)(cfu ml-1)

蛍光強度＊1522.8 x 10４38.2127

3.8 x 10４31.1

寄与していた｡ また､ 光の条件によって優占する細菌が４た｡ DOC の減少量から､ 紫外線の照射が最も DOM 分解を促進することが解った｡ しかしながら､ 腐植物質の分解には､ 紫外線のみの照射よりも太陽光の方が大きく11日目
UVB 照射微生物および光の影響を検証した｡ 赤沼の DOM は､太陽光露光

128

5.5 x 1026.9異なることが解った｡ 今後はこれらのデータをもとに､UV カット134

3.6 x 10４34.7

より詳細に DOM の分解に対する微生物および光の影

暗条件

134

4.8 x 10４35.3

響を明らかにしていく予定である｡ DOM は細菌の増殖＊：励起波長/蛍光波長＝375/483nm 付近を決定し､ 結果として水域の微生物食物連鎖過程を左右図４. 標準寒天培地上の好気性細菌のコロニー

136

地球環境研究,Vol.12(2010)する重要なファクターである｡ 近年､ オゾン層の破壊により地上に到達する紫外線が増える中で､ 湖沼の DOMの量と質の研究は湖沼生態系を保全する意味から重要でexogenous nutrient control over decomposition in North
Carolina peatlands. Biogeochemistry 65:151-178
FuhrmanJA(1999)

Marineviruses

andtheirbiogeochemical and ecological effects. Nature 399: 541-548あると考えられる｡

鏡味麻衣子 (2008) ツボカビを考慮に入れた湖沼食物網の解析.
日本生態学会誌, 58, 71−80pp

謝辞

Thingstad TF (2000) Elements of a theory for the mecha-

本研究は､ 文部科学省私立大学学術研究高度化推進事業オープンリサーチセンター整備事業 (研究代表者：村
環境省地球環境保全等試験研究費弘毅)､｢湿原流域の変容の監視手

nisms

controllingabundance,diversity,andbiogeochemical role of lytic bacterial viruses in aquaticsystems. Limnol Oceanogr 45: 1320-1328.

法の確立と生態系修復のための調和的管理手法の開発｣ (研究Watanabe Y (1975) Effects of partial sterilization on和則)､ 文部科学省科学研究費若手研究 ｢沿Epibenthic microbial community of river bed. Jap J Ecol

代表者：神山岸域における異化型硝酸還元過程の解明に関する研究｣ (研究課題番号：20710011､ 研究代表者：千賀有希子) による研究成果の一部です｡ また､ コロニーの同定には､ 国立環境研究所の渡邊圭司博士に協力いただきました｡ 心より感謝の意を表します｡

25: 53-60
渡辺泰徳 (1990) 水界食物連鎖の新しいイメージ. −見えてきた微小プランクトン−. 遺伝, 44, 23−26pp
Wetzel RG, Hatcher PG, Bianchi TS (1995) Natural
photolysis by ultraviolet irradiance of recalcitrant dissolved organic matter to simple substrates for rapid bacte-

参考文献

rial metabolism. Limnol Oceanogr 40: 1369-1380

Azam F, Fenchel T, Field JG, Gray JS, Meyer-Reil LA,

山田悦 (2000) 第４章 環境中でのフミン物質 (腐植物質) のThingstad F (1983) The ecological role of water-column

働きを探る. 河合潤, 樋上照男編 ｢はかってなんぼ｣. 丸善

microbial in the sea. Mar Ecol Prog Ser 10: 257-263

株式会社, 35−46pp

Bridgham SD, Richardson CJ (2003) Endogenous versus

The Effects of Microbe and UV Radiation on the Decomposition ofDissolved Organic Matter in Lake Akanuma, Kushiro Mire (Preliminary)
SENGA Yukiko＊, TERUI Shigeharu＊＊, NOHARA Seiichi＊＊＊, WATANABE Yasunori＊＊

Faculty of Geo-Environmental Science, Rissho University＊＊
Environment grasp promotion network-PEG, NPO＊＊＊
Asian Environment Research Group, National Institute of Environmental Studies

Keywords: Dissolved organic matter(DOC), Microbial decomposition, UV radiation,
Humic substance137