修士論文内容の要旨
ふりがな

みやしたようへい氏名

宮下洋平

専攻名

海洋生物資源科学専攻

入学年度

平成 25 年 4 月

指導教員名

論文題目

主査 今井 一郎 教授

副査 澤辺 智雄 教授
副査 山口 篤 准教授

北海道渡島大沼における水草ヒシのアオコ防除能に関する研究

21 世紀は「水の世紀」と称されている。水資源の確保は極めて重要な課題であるが, 世界中の湖沼で特に富栄養化が問題となっている。湖沼の富栄養化は Microcystis aeruginosa をはじめとする有毒藍藻類
ブルーム (アオコ) を引き起こし, 上水確保の障害のみならず生態系の破壊等, 様々な問題を引き起こしている。北海道渡島大沼においても湖水の富栄養化により, 毎年夏季にアオコが発生することから早急な対策が必要である。近年, アオコの防除法として, 殺藻細菌の活用が環境に優しい生物学的防除手法 と し て 提 案 さ れ て い る 。 そ し て 水 生 植 物 の 表 面 か ら M. aeruginosa に 対 す る 殺 藻 細 菌(Algicidal-bacteria: AB) や増殖阻害細菌 (Growth-inhibiting bacteria: GIB) が発見され, その応用が期待されているが, 水草の AB や GIB に関する知見は圧倒的に不足している。そこで本研究では, ヒシに注目し, 表面バイオフィルムに生息するアオコの AB や GIB について研究を行い, ヒシの持つ潜在的なアオコ防除能を評価することを目的とした。
2012 年及び 2013 年の 6 月から 9 月に毎月 1 回, 大沼国定公園湖沼群内の山水温泉前と蓴菜沼の 2 定点でヒシを採取した。また, 2013 年 9 月 9 日から 5 日間, ヒシの群生する流山温泉調整池に炭素繊維基質及び不織布を設置し, これら人工基質への AB や GIB の付着を調べた。さらに 2014 年の 5 月から 10月, 七飯町の造成した苅間川浄化池に播種して生長したヒシ及び湖水試料を採取した。ヒシ試料に滅菌蒸留水を加え, 600 回強振して表面バイオフィルムを剥離し, 適宜希釈後 ST10-1 寒天培地に塗沫して細菌コロニーを形成させ分離した。湖水試料は段階希釈後に孔径 3.0 µm のヌクレポアフィルターで濾過し,フィルター上の細菌を粒子付着性細菌 (Particle-associated bacteria: PAB), 濾液中の細菌を浮遊性細菌(Free-living bacteria: FLB) として培養, 分離した。CT 培地で培養した無菌の M. aeruginosa (Ma17 株) を
密度約 1.0 x 105 cells mL-1 で 48 ウェルプレートの各ウェルに 0.8 mL ずつ分注し, 細菌コロニーを滅菌爪楊枝で各ウェルの M. aeruginosa に添加した。温度 25℃, 光強度 100 µmol m-2 sec-1, 明暗周期 14 hL : 10hD の条件下で 2 週間培養し, 殺藻の有無を確認し, M. aeruginosa に対する殺藻細菌を検出・計数した。
山水温泉のヒシの AB 密度は, 葉では 2012 年 6－8 月に 1.5 x 105－3.5CFU x 106 g-1 wet weight のオーダーで, 2013 年は 7 月と 9 月に 5.9 x 106 及び 1.6 x 106 CFU g-1 wet weight の密度でそれぞれ検出された。
GIB は, 2012 年は 6 月, 7 月及び 9 月にそれぞれ 2.2 x 105, 2.5 x 106, 及び 1.6 x 106 CFU g-1 wet weight の密度で検出されたのに対し, 2013 年は 6 月, 7 月及び 9 月に検出された (2.2 x 105, 2.4 x 106, 1.2 x 107 CFU g-1wet weight)。
水中根では 2012 年に AB が 6 月及び 8 月に検出され各々1.5 x 105, 7.8 x 107CFU g-1 wet weightであり, GIB は調査期間中毎月検出された (2.2 x 105, 5.8 x 106, 5.8 x 107, 9.0 x 106 CFU g-1 wet weight)。一方 2013 年の AB は 6 月に 2.5 x 106 CFU g-1 wet weight の密度で, GIB は 9 月に 7.7 x 106 CFU g-1 wet weightの密度で検出された。
蓴菜沼では, 葉由来の AB は, 2012 年の 6 月から 9 月まで 3.2 x 105 － 3.2 x 106 CFU
g-1 wet weight の密度で検出された。GIB も毎月検出され, それぞれ 8.9 x 105, 6.4 x 105, 5.2 x 106, 6.3 x 106
CFU g-1 wet weight の密度であった。
一方 2013 年の AB は検出限界以下であり, GIB は 9 月に 6.3 x 106 CFUg-1 wet weight の密度で検出された。水中根については, 2012 年 6－8 月に AB は 6.3 x 105, 1.5 x 106, 4.1 x
106 CFU g-1 wet weight の密度で, GIB は, 8.9 x 105, 4.6 x 106, 1.2 x 107 CFU g-1 wet weight でそれぞれ検出されたが, 2013 年は AB が検出されず, 6 月に GIB が 4.0 x 106 CFU g-1 wet weight で検出された。
流山温泉調整池では, 炭素繊維基質から AB は, 実験開始から一貫して検出されなかったが, GIB については実験開始 3 日目以降に 9.0 x 103, 2.2 x 104, 7.5 x 104 CFU cm-2 の密度で検出された。不織布では ABが 2 日目, 及び 5 日目にそれぞれ 3.2 x 104, 6.9 x 104 CFU cm-2 のオーダーで検出され, GIB は実験開始 2日目以降毎日検出された (1.6 x 104, 2.3 x 104, 7.0 x 104, 1.4 x 105 CFU cm-2)。
苅間川浄化池から採集した湖水の AB 及び GIB の結果をみると, 粒子付着性細菌 (PAB) の AB は, 10月に 5.2 x 102 CFU mL-1 の値で検出され,GIB は, 8 月に 3.2 x 102 CFU mL-1 の密度で見出された。浮遊性細菌 (FLB) の AB は, 7 月－9 月の間に毎月 4.0 x 103, 4.5 x 102, 及び 2.3 x 102 CFU mL-1 の値で検出された。GIB は 7 月に 4.0 x 103 CFU mL-1 の値で検出された。
苅間川浄化池のヒシの葉からは AB 及び GIB が 7 月と 8 月に検出された。ヒシの水中根の AB については, 7 月に 4.9 x 106 CFU g-1 wet weight で検出された。GIB については 7 月及び 8 月にそれぞれ検出された。
山水においてヒシの葉と水中根から検出された AB 及び GIB の密度の変動には, 特定の傾向は認められなかった。ヒシの高密度群生地に設置した炭素繊維基質及び不織布に形成されたバイオフィルムから,AB 及び GIB が低密度で検出されたが, ヒシとの基質の性質の相違が影響した可能性がある。人工池に播種したヒシの葉及び水中根から M. aeruginosa に対する AB 及び GIB は, 7 月から 9 月に集中的に検出されたが, 渡島大沼でのアオコの発生時期と一致していた。したがって, ヒシ由来の殺藻細菌によるアオコ防除の可能性が示唆された。
本研究によりヒシは栄養塩の吸収能だけでなく, 植物体表面のバイオフィルム由来の殺藻細菌によってアオコ防除にも大変有用である可能性が高く, 理想的な環境配慮型のアオコの防除技法として提唱することができる。しかし秋にはヒシの枯死の際に大量の栄養塩が湖水中に放出されるので, 枯死前にヒシを刈り取る等, 総合的かつ計画的な湖沼の管理が必要である。現在, 里山・里海といった人間の管理で良好な状態を創出, 維持するという概念が提案されており, 湖沼においては里湖構想という総合的な湖沼管理の一環として水草の活用がアオコの防除が提案できる。今後の検討すべき大きな課題であろう。