博 士（ 地球 環 境科 学） 荒 木悟

学位論文題 名Variation in isozyme and sterility between tow forms
and among populations of Utricularza australis in Japan.
（日本産夕 ヌキモの酵素多型分析による区分と不稔性の集団間変異）

学位論文内容の要旨
種 子によ る有性 繁殖に加 えて何 らかの 栄養繁 殖をお こなう種が多いことは水域で生育する被予 植物の大 きな特 徴であ る。し かし実 際にそ れらニ つの繁 殖方法が個体の繁殖や長期的に見た場 合の系統 の維持 におい てそれ ぞれど の程度 貢献し ている かは多くの場合わかっていない。水生 植物群落 の安定 性、そ してな ぜ多く の種で 栄養繁 殖が進 化したのかという問題を考える上でこ れらの情 報は必 須であ る。ま た、一 部の種 は不稔 性のた め栄養繁殖だけで存続しているが、不 稔の原因 や、栄 養繁殖 系列で の突然 変異の 蓄積が 有性繁 殖機能の崩壊にっながっていく過程
は 具付珀勺 には理 解され ていな い。
本 研究は 、池沼 の水生植 物であ るイヌ タヌキ モの有 性繁殖と栄養繁殖の相対的寄与、夕ヌキモ （狭義） が主に 分布す る北海 道の、 各地の 集団の 稔性状 態とその変異を明らかにすることを目 的とした 。国内 のタヌ キモ（ 広義） にはタ ヌキモ （狭義 ）とイヌタヌキモが知られていて、そ 抑ぞれ独 立種、 または イヌタ ヌキモはタヌキモO玄義）の一品種として扱われている。従来、
イ ヌタヌキ モでは ふっう に結実 がみら れるの に対し タヌキ モ（狭義）は不稔とされていた。これ らを対象 に、野 外観察 、栽培 下の交 配実験 、花粉 培養、 酵素多型分析などの調査を行ない以下 の知見を 得た。
O栽 培下の 交配で得 られた イヌタ ヌキモ の実生 に対す る酵素 多型分 析では、 兄弟間 で対立遺伝
子 の分離に よる酵 素泳動 パ夕一 ンの相 違が見 られた 。しか し野外集団の場合は、ほとんどの池沼 について は同じ 池から 採集し た個体 は同じ パ夕一 ンを示 した。このことから、自然集団の個体 は 直 接に は 栄養 繁殖に 由来し 、かつ 個々の集 団は多 くの場 合単一 のクD‑ン からな ると考 えら れた。一 方、集 団間に はパ夕 一ンの 差異が あり、 長期的 には種子が新しいクローンの成立に寄 与する可 能性を 示唆し た。栽 培下の 交配実 験では 、自家 受粉、及び酵素泳動パ夕一ンから同じ クローン に属す ると考 えられ る個体 間で交 配した 場合の 結実率はいずれも低く、両者で有意差 はなかっ た。し かレ異 なるク 口一ン に属す る個体 間で交 配すると高い結実率を示した。これは 同一クロ ーン内 の交配 では自 家不和 合性が 働くた めか、 あるいは種子形成に異常をきたすよう なホモ接 合が生じるためと考えられた。自然集団で観察された結実率は栽培下での自家受粉、同 一ク口一 ン内の 交配の 場合と 同程度 の低い 値を示 したが 、これは各集団が単一のクローンと考 えられた ことと 合致し た。
9こ れまで 単に不稔 とされ ていた タヌキ モ（狭 義）の 北海道 各地の 集団を対 象に、 野外での果実 形成、結 実の有 無の観 察、栽 培下での交配実験、花粉培養をおこなった結果、（1）道東（釧路 湿原、霧 多布湿 原など ）に正 常な稔性を持つ個体からなる集団が分布すること、（2）勇払地‑1135―

域 に種子 形成能を 持ち、 正常な 花粉も ある程 度作ら れてい るが、自家不和合性もしくは近交弱性 のため に集団内 の交配 では結 実しない集団があること、（3）道央に、他系統から正常な花粉を 与えら れれば結実するが、自身は正常な花粉を形成レなレゝために集団内の交配では結実しな
い 雄性不 稔の集団 が分布 するこ と、（4）道南と勇払地域に雌性器官、雄性器官ともに機能しな
い 両性不 稔の集団 が分布 するこ と、が 示され た。酵 素多型 分析では個々の集団、および近隣の集 団は殆 どの場合 同型で 、酵素 泳動パ 夕一ン の違い は主に 地域間に見られたことから、北海道の タヌキ モを幾つ かの地 域系統 に分け ること ができ た。稔 性状態の違いはこの地域系統の違いに 対応し た。両性 不稔と 雄性不 稔の両 系統は 酵素の パ夕一 ンが良く似ていたことから近縁である と考え られたが 、この ことは 剛生不 瞼め測 生不稔 を経て 進化し た可能I生を示唆 している。
O夕 ヌキモ （狭義 ）とイヌ タヌキ モは花 茎、ま たは栄 養繁殖 器官で ある殖 芽がない 時季は識別
困 難であ るが、国 内各地 から採 集され た植物 体を対 象とし た酵素多型分析の結果、少なくとも2酵 素(alcohodehydmgenaSe、phosphoglucoi蚰n℃― ）が両者 の間で明瞭なパターンの違いを示し た。こ れらは両 者の識 別に利 用でき る可能 性があ る。ま た両者の間の遺伝的交流は（人為的に はイヌ タヌキモ と稔性 のある タヌキ モとの 間の交 配は可 能だが）長く起こっていなかったこと を荊変 した。

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学 位 論 文 審 査 の 要旨

主査 教 授岩 熊 敏
夫
副査 教 授東剛正副査 教 授甲 山 隆志 司彦
副査 教 授原登副査 教 授木人村 正

学位論文題名Variation in isozyme and ster
ility between towf
ormSandamongpopu
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カ竹ZぬinJapan・（日本産夕ヌキモの酵素多型分析による区分と不稔性の集団間変異）

水生植物の多くは有性繁殖に加え何らかの栄養繁殖を行なう。一部の種は不稔性で栄養繁殖だけで存続している。有性繁殖が重要な役割を持っなら、なぜ不稔性の系統が存続できるかは大きな問題であり、本来有性繁殖がどのような役割を持っていたかが課題となる。また不稔性の仕組みや、有性繁殖機能の崩壊の過程で栄養繁殖系列での突然変異の蓄積が及ばす影響は具体的には理解されていない。これらの問題を調べるには互いに近縁な不稔性、稔性の両方の系統を対象に稔性系統での有性繁殖と栄養繁殖の役割、不稔性の各集団における不稔の仕組みを比較することが必要である。日本産のタヌキモ（タヌキモ科）はイヌタヌキモとタヌキモ（狭義）に分けられ、従来前者は種子生産があり、後者は不稔とされていた。本研究は日本産タヌキモを対象に、野外観察、交配実験、花粉培養、酵素多型分析により有性繁殖と栄養繁殖の役割および不稔の機構を検討したものである。得られた結果は以下の通りである。
1．イヌタヌキモの実生では対立遺伝子の分離による兄弟問の酵素泳動パターンの相違が見られたが、各自然集団はほとんどの場合同型を示した。集団内でニ型を示した集団では、その泳動パターンから、どちらかが他方の交配に由来するのではないと結論され、また両者の問の交配に由来すると考えられるパターンを持つ個体は見っからなかった。これらから、個々の集団は単一かごく少数のクローンからなり、各個体は種子ではなく殖芽に由来すると考えられた。自家受粉、および複数の酵素で同じ泳動パターンを示した個体間で交配した場合の結実率はいずれも低く、両者

の 間 で有 意差はな かったが 、異なる パターン を持つ個 体間で交配 すると高 い結実率を 示しその 差は有意で あった。 これは同一クローン内の交配で種子形成を妨げ―る近交 弱 性か 自家不和 合性があ るためと 考えられ た。この ことは自然 集団にお ける低い
結 実 率、 および 各集団は単一 のクローンと 考えられたこと と合致した。
2.こ れま で 単に 不 稔 性と 考 えら れ て きた タ ヌキ モ （ 狭義 ） の 北海 道各地の 集団を対 象とした 交配実験と 花粉培養 の結果、 （1）道東 に種子形 成能を持つ集団が分布する こ と（ 2） 勇 払 に種 子 形成 能 を 持ち 、正常 な花粉も ある程度作 られてい るが近交
弱 性か自家 不和合性の ために集 団内の交 配では種 子ができ ない集団があること（3）
道 央 と勇 払 地 域に 雄 性 不稔 の 集団 が あるこ と（4）道 南と勇払地 域に両性 不稔の集団 が ある こと、が 示された 。酵素多 型分析で は各集団 または近隣 の集団で はほとん
ど の場合同 l型で、違い は主に地 域間に見 られたこ とから、 北海道内の集団は各地域系 統 に分 けること ができた 。交配実 験と花粉 培養で示 された稔性 状態の違 いはこれら 地 域系 統の違い と対応し た。稔性 を持っも のも含め て異なる稔 性状態を 示す系統が 北 海道 内に見ら れたこと 、また雄 性不稔と 両性不稔 のニつの系 統は酵素 泳動パター ン が良 く似てい たことか ら、不稔 性の進化 が北海道 内で起こっ たこと、 及び両性不 稔が雄性 不稔を経て 進化した 可能性が 考えられ た。
3.ア ルコ ー ル脱 水 素 酵素 と グル コ ー スリ ン 酸イ ソ メ ラー ゼ に つい てタヌキ モ（狭義 ） とイ ヌタヌキ モの間で の明瞭な 泳動パタ ーンの相 違があった 。このこ とは両者の 間 の遺 伝的交流 が長く起 こってい なかった ことを示 唆していた 。実際に 野外でこの 2品種は同 所的には分 布してい ない。
4.種 子生 産 のあ る イ ヌタ ヌ キモ 集 団 でも 実 際に は 栄 養繁 殖 だ けが 有効なの で不稔性 系 統の 存続も可 能と考え られたが 、酵素泳 動パター ンはタヌキ モ（狭義 ）よりもイ ヌ タヌ キモでよ り多くの 組み合わ せが見ら れたこと から、長い 時間スケ ールで見る と 種子 に由来す る新しい クローン が定着し ていると 考えられた 。パター ンの相違は 集 団内 ではなく 集団間で 見られた ので種子 の方が他 の器官より も未定住 の池沼への 移住が起 こりやすい という可 能性が考 えられた 。
本 研究 は 水生 植 物 にお け る栄 養 繁 殖と有性 繁殖とい う2つの繁殖 様式の意 義を明ら か にし 、不稔性 が比較的 狭い地域 で独立し て定着す ることやそ の不稔性 の進化過程 を 解明 したもの である。 生物多様 性研究上 の新しい 成果である とともに 、保全生
物 学上も重 要な知見を 提供して いる。
審 査員一 同は、こ れらの成 果を高く 評価し、 また大学 院における 研鑽や取 得単位な ど も併 せ、申請 者が研究 者として 誠実かつ 熱心であ り、博士（ 地球環境 科学）の学 位を受け るのに十分 な資格を 有するも のと判断 した。