関東森林研究論 文68-1(2017)

人工林群状伐採地に植栽された広葉樹の地下部微生物群集
Belowground microbial community of planted broad-leaved saplings after patchy clearcutting cypress
plantation
田中 恵＊1
Megumi TANAKA＊1＊１ 東京農業大学地域環境科学部
Faculty of Regional Environment Science, Tokyo University of Agriculture
要旨：ヒノキ人工林を群状伐採後に植栽した広葉樹について，近傍成木からの感染がない状況下での菌根菌感染状態及び根圏バクテリア相を調べた。調査は静岡県富士宮市の東京農業大学富士農場試験林で行った。植栽木のうち，クマシデ全木及びミズナラの一部から細根を採取し，あわせて地上部の成長量を測定した。微生物のうち，外生菌根菌は細根から抽出した DNA を用いて ITS 領域から種を推定した。根圏バクテリアについては希釈平板法によりコロニーを釣り上げた後，16S rRNA 領域から種推定を行った。その結果，クマシデ，ミズナラとも共生する菌根菌群集は，樹種ごと，植栽位置ごとに異なり，ほぼ独立している傾向がみられた。また，風による胞子散布を行わない地下生菌による感染が散発的にみられたことから，植栽地においては動物による菌根菌の胞子散布の可能性が考えられた。菌根形成と地上部成長の関係をみたところ，地上部成長の極端に小さい個体は菌根形成がみられず，菌根菌感染が植栽木においても重要な成長因子となっていることが考えられた。また，菌根と非菌根では根圏バクテリア相が異なっていることが明らかになった。
キーワード：クマシデ・ミズナラ・外生菌根菌・根圏バクテリア・針広混交林
Abstract: I researched broad-leaved saplings planted after patchy clearcutting, and their ectomycorrhizal (ECM) fungal andrhizosphere bacterial communities under no infected ECM mycelia nearby mature trees were examined. The study was conductedin cypress plantation at Tokyo University of Agriculture Fuji farm, Fujinomiya, Shizuoka Prefecture. One root system from all ofCarpinus japonica, and selected Quercus crispula were collected, and measured aboveground growth of each individuals. ECM
fungi were identified species using ITS regions sequencing from extracted mycorrhizal root tip DNA. Rhizosphere bacteria werepicked up colonies by dilution plate methods and identified using 16S rRNA regions sequencing. Both of species had different ECM
fungal communities for each planted positions, respectively. In addition, ECM infection by truffles was observed sporadically, itwas considered the possibility of ECM fungal spore contribution by animal dispersal. Saplings of hornbeam which have no
mycorrhizal formation were extremely poor aboveground growth. Results showed that ECM fungal infection has become an
important growth factor also in planted deciduous saplings. Further, rhizosphere bacterial communities of mycorrhizal roots weredifferently from non-mycorrhizal roots.
Key-word: Carpinus japonica, Quercus crispula, ectomycorrhizal fungi, rhizosphere bacteria, mixed coniferous-deciduous forest

Ⅰ はじめに栽する際に，問題となるのが菌根菌の種類の違いであ

針葉樹人工林の針広混交林化や広葉樹林化は，森林のる。

多様で健全な発達のための手段であり，機能面では森林

菌根とは，樹木を宿主とする共生系の一形態であり，の公益的機能を発揮させるものとして期待されている

樹木は菌根菌と共生することにより環境適応性を高めて（７，11）。その手法は針葉樹一斉人工林を帯状・群状いる。スギやヒノキにはアーバスキュラー菌根菌が共生に伐採し，跡地に広葉樹を天然更新させるものが一般的しているのに対して，ブナ科やカバノキ科などの主要広である。しかしながら，スギやヒノキといった樹種で構葉樹は普遍的に外生菌根菌と共生関係を結んでいる。野成されている人工林伐採跡地に広葉樹を更新あるいは植外環境においては樹体に含まれる窒素やリンのほぼ－

5 －（受理日 2017 年 3 月 24 日）

100%が菌根菌によって吸収されたものである（８）。こ関係 試験区の植栽位置の異なる３ヶ所からクマシデのように，外生菌根性の樹種にとって外生菌根菌の存在７本を選び，土壌ごと細根を採取した。実体顕微鏡下では非常に重要であり，菌根共生ができない個体は生き残土壌粒子を取り除き，同所に存在する根端を８根端採取ることが難しい。

し，滅菌水１mL を入れたマイクロチューブ内でボルテスギやヒノキが長期間生育している林地に，感染可能ックスし洗浄した。洗浄を５回繰り返した後，３根端はな外生菌根菌が十分に存在しているか調べた研究例は多DNA 抽出に用い ITS 領域のシークエンスにより菌根菌くない。ヒノキ林分に自生するブナ科実生を調べた例で種を決定した。残り５根端は根圏バクテリアの分離培養は，外生菌根菌は潜在するが，種多様性が低下しているに用いた。根端を滅菌水１mL 中で磨砕したものを１次可能性がある（４）とされている。また，林内における希釈とし，10%ずつ希釈し得られる分散液を４次希釈ま

外生菌根性実生の菌根菌感染源は根外菌糸による影響がで作成し，YG 培地にシャーレ１枚あたり 100μL ずつ塗大きく，近傍成木から離れたところでの発芽は菌根形成布し暗黒下 26℃で培養した。出現したバクテリアはサに不利であるとされている（２）。そこで，本研究はヒノンプルごとに 10 コロニーをランダムに選び 16S rRNA

キ人工林を群状伐採後に植栽された広葉樹について，そののシークエンス（平均 954 bp）を行い，種あるいは属レ地下部微生物群集を調べた。まず，植栽地全体について，ベルの推定を行った。調査は 2016 年８月 16 日に行っ外生菌根性樹種の菌根菌相を調べ，近傍成木からの感染た。

がない状態でどのような菌根菌種が存在するかを調べた。
次に，菌根形成と地上部成長との関係を調べるとともに，樹木に影響を及ぼす他の地下部微生物として根圏バクテリアの影響も考えられる（１，９）ことから，菌根形成と根圏バクテリア相との関係についてもあわせて調べた。
Ⅱ 調査方法１．植栽地全体の菌根菌群集 調査は静岡県富士宮市の東京農業大学富士農場試験林（N 35°39’27’’、E138°57’15’’）で行った。試験区は 45 年生ヒノキ人工林を 30m×30m に群状伐採した後，広葉樹を１m 間隔でモザイク状に植栽し７年以上が経過している（図－１）。植栽木は定期的に除伐が行われ，試験区外周は鹿柵で囲われている。また，周囲は約 50 年生のヒノキ人工林に広く囲まれており，近傍に外生菌根性成木はなく

図－１. 試験区の外生菌根性樹種植栽配置（30×30m）

根外菌糸による感染はないとみられる。植栽樹種はクマ

１マス１m 左上が入口 灰：クマシデ 黒：ミズナラ
Fig. 1 Position diagram of the planted ectomycorrhizal

シデ（Carpinus japonica），ミズナラ（Quercuscrispula），フサザクラ（Euptelea polyandra），イタヤカ

saplings (30×30 m) grey : C. japonica black : Q. crispula

エデ（Acer pictum），チドリノキ（A. carpinifolium），コ
ハウチワカエデ（A. sieboldianum），ウツギ（DeutziaⅢ 結果と考察crenata），ガマズミ（Viburnum dilatatum）の８種で，う１．植栽地全体の菌根菌群集 クマシデ，ミズナラのちクマシデ，ミズナラが外生菌根性樹種である。クマシ各樹種について検出された菌根菌の属数を表－１に示

デは植栽された全木（27 個体），ミズナラはクマシデす。クマシデは 14 属，ミズナラは 11 属検出された。こと隣接して植栽された個体を中心に 14 個体を選び，土のうちクマシデではキツネタケ属（Laccaria）が 27 個壌ごと細根を採取した。採取した細根は実体顕微鏡下で体中８個体，ラシャタケ属（Tomentella）が 11 個体と優形態的分類を行ったのち，ITS 領域（ITS1+5.8S+ITS2）

占していた。また，入口（図－１左上）近辺のクマシデのシークエンスを行い，NCBI の BLAST 検索を用いてにはキツネタケ属やアセタケ属（Inocybe），奥に位置す種あるいは属レベルの推定を行った。調査は 2015 年９るものにはベニタケ属（Russula）が見られるなど，植月 23 日に行った。

栽位置によって異なる菌根菌群集が存在することがわか

２．菌根形成と地上部成長・根圏バクテリア相との－った。外生菌根菌種は共生する樹種の植生遷移の進行に

6 －関東森林研究

よって変化する傾向がある（５，10）が，本試験区にお68-1(2017)伺えた。

いては，植栽された位置により菌根菌相が異なることがわかった。また，ミズナラにおいても同様の傾向が見られたが，隣接するクマシデと同じ菌根菌を共有することはなかった。混交林における研究例では，セイヨウシデ（C. betulus）の成木は同所に存在する他樹種と同じ菌根菌種を共有することが多い（３）とされているが，植栽10 年未満の稚樹が隣接する本試験区ではそのような傾向は見られず，菌根菌群集は，樹種ごと，植栽位置ごとにほぼ独立している傾向がみられた。
表－１. 外生菌根性樹種の胸高直径及び推定菌根菌種
Table 1 DBH ranges of ectomycorrhizal tree species, andidentified ECM fungal species
Host species

C. japonica

Q. crispula

2714

Range of DBH (cm)1.0-4.2

1.1-5.0

Number of morphotypes

6838

BLAST 結果から得られたクマシデ根圏バクテリア群

Number of Genera

1411集について，主成分分析による対応関係を図－３に示

Number of trees examined

Genus name

Cortinarius
InocybeLaccaria
Lactarius
Melanogaster
Naucoria
Paxillus
RussulaSebacina
Sebacinaceae
Thelephora
Thelephoraceae
Tomentella
Xerocomus

図－２. 菌根形成別のクマシデ胸高直径成長量（6 ヶ月）
Fig. 2 DBH growth of C. japonica (6 months)

Clavulina
InocybeLaccaria
Lactarius
Melanogaster
RussulaScleroderma
Sebacina
Thelephoraceae
Tomentella
Xerocomus

す。菌根菌の種類に関わらず，菌根から分離した根圏バクテリアはまとまったグループを形成し，古い菌根あるいは菌根を形成しない根圏バクテリアとは異なる群集構造を持つことがわかった。このバクテリア組成について，菌根と古い菌根/菌根なしにグループ分けしたもの
を図－４に示す。いずれのグループも Burkholderia 属が優占していたが，古い菌根/菌根なしでは Bacillus 属が占める比率が多くなり，このことが群集構造の違いに影響していると考えられた。マツ類の外生菌根圏にBurkholderia 属が存在することは知られている（６）が，本研究においてクマシデの外生菌根圏にも存在する

また，両樹種共に胞子散布を動物によって行う地下生ことがはじめて明らかになった。さらに，菌根の新鮮さ菌（アカダマタケ属 Melanogaster）による感染が入口付によってバクテリア相が異なっていることから，古い菌近を中心に散発的にみられた。クマシデでは４個体，ミ根に多く見られる Bacillus 属バクテリアは菌根の分解過ズナラでは２個体において検出され，そのうち５個体は程に関わっている可能性が示唆された。

入口近くに見られた。この付近の林床にはウサギの糞が多く確認されている他，周辺林内でもタヌキやアナグマⅣ まとめなどの動物がしばしば観察されていることから，本調査植栽されたクマシデ，ミズナラの菌根菌群集は，植栽地のアカダマタケ属菌根菌感染は入口近辺から侵入した位置ごとにほぼ独立している傾向がみられた。植栽木同動物による胞子散布が影響していることが考えられる。

士の根外菌糸による地下部共生ネットワークは未発達，

２．菌根形成と地上部成長・根圏バクテリア相とのもしくは発達途上にあることが考えられる。また，地下関係 菌根形成別のクマシデ胸高直径成長量を図－２に生菌による感染が散発的にみられることから，植栽地に示す。地上部成長の極端に小さい個体は菌根がみられおいては動物による菌根菌の胞子散布の可能性が考えらず，感染する菌根菌の種類に関わらず，菌根形成が野外れた。また，地上部成長の小さい個体は菌根がみられの植栽木においても重要な成長因子となっていることがず，菌根形成が植栽木においても重要な成長因子となっ－7 －ていることが考えられた。さらに菌根と非菌根では根圏

dwarf willow in a primary successional volcanic desert. 8th

バクテリア相が異なっていることが明らかになった。

International Conference on Mycorrhiza. PS1-61（11）田内裕之 (2010) 人工林を広葉樹林にする―誘導する意義とその可能性―. 森林科学 56 : 2

謝辞
地上部成長量の測定は東京農業大学地域環境科学部森林総合科学科学生の芦立光さん，芳井明子さんにご協力いただいた。本研究は JSPS 科研費 15K07486 の助成を受けて行われた。
引用文献（１）FREY-KLETT, P., GARBAYE, J. and TARKKA, M.
(2007) The mycorrhiza helper bacteria revisited. New Phytol.
176: 22-36（２）ISHIDA, T.A., NARA, K. and HOGETSU, T. (2007)
Host effects on ectomycorrhizal fungal communities: insightfrom eight host species in mixed conifer-broadleaf forests.
New Phytol. 174: 430-440（３）LANG, C., SEVEN, J. and POLLE, A. (2011) Hostpreferences and differential contributions of deciduous tree

図－３. PCA（主成分分析）を用いたクマシデ根圏バクspecies shape mycorrhizal species richness in a mixed Central

テリアの対応関係
Fig. 3 PCA plot for rhizosphere bacterial communities isolated

European forest. Mycorrhiza 21: 297-308

from C. japonica（ ４ ） MATSUDA, Y., TAKANO, Y., SHIMADA, M.,
YAMANAKA, T., and ITO, S. (2013) Distribution ofectomycorrhizal fungi in a Chamaecyparis obtusa stand atdifferent distances from a mature Quercus serrata tree.
Mycoscience 54(4): 260-264（５）NARA, K. (2015) The role of ectomycorrhizal networks
in seedling establishment and primary succession. Mycorrhizal
Networks (HORTON, T.R., ed.) pp.177-201. Springer,
Dordrecht, the Netherlands（ ６ ） NGUYEN, N.H. and BRUNS, T.D. (2015) The
microbiome of Pinus muricata ectomycorrhizae: community
assemblages, fungal species effects, and Burkholderia as
important bacteria in multipartnered symbioses. Microb. Ecol.
69: 914-921（７）清和研二 (2013) スギ人工林における種多様性回復の階梯―境界効果と間伐効果の組み合わせから効果的な施業方法を考える―. 日本生態学会誌 63 : 251-260

図－４. クマシデ根圏バクテリアの組成（８）SMITH, S. E. and READ, D.J. (2008) Mycorrhizal

Fig. 4 Rhizosphere bacterial frequency isolated from C.

Symbiosis, 3rd edn. Academic Press, London, UK

japonica（９）TANAKA, M. and NARA, K. (2009) Phylogenetic
diversity of non-nodulating Rhizobium associated with pine
ectomycorrhizae. FEMS Microbiol. Ecol. 69: 329-343（ 10 ） TANAKA, M. and NARA, K. (2015) Bacterial
communities associated with ectomycorrhizal root of pioneer－8 －