Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
## （２）開花フェノロジーと雑種由来種子の育成

2009年3月から5月までの期間中、ショレア属3種複数個体の開花状況を2-5日おきに記録した。その結果、S. curtisiiとS. leprosulaには開花時期の違いが見られないことがわかった（図(1)-2）。Shorea parvifoliaは他の2種よりも早く開花したが、その開花期間は互いに重複していた。以上のことから、これら3種間では開花時期の違いによる交配前隔離の発達が不完全であることが示唆された。また、2009年に開花した雑種1個体の母樹周辺から種子を43個採集し、ポット苗として温室内で育成した。これらの多くが発芽し、2012年3月現在でもそれらの多くが生存していることから、雑種成木は稔性を持っており、生育可能な種子を作ることができることがわかった。

図(1)-2 ショレア属3種と種間雑種の開花時期(2009年3月－5月、シンガポール)。括弧内の数字は観察個体数を示す。

## （３）マイクロサテライトマーカーを用いた遺伝子移入の解析

## 1 ）プログラムSTRUCTURE $ ^{9)} $ を用いたクラスター解析

ブキティマ調査地に生育する成木のサンプルから決定したマイクロサテライト遺伝子型を用いてクラスター分析を行った結果、3種は異なるクラスターに属しており、互いに明確に区別することができた。そして、全ての雑種個体は異なる二つのクラスターを持つキメラであると推定された（図（1）-3A）。しかし、薬形態からS. curtisiiと同定された2個体がS. parvifoliaの遺伝子を含む雑種であると推定された。また、薬形態および核DNA配列によってS. leprosula × S. parvifolia 雑種であると特定された1個体（BT2989）は、クラスター解析によってS. parvifoliaであると推定された。さらに、薬緑体DNA配列および薬形態からS. leprosulaと判定された3個体が、S. parvifoliaの遺伝子を10％以上保有していると推定された。

プロット 1 の稚樹（99個体）からは、葉形態によって13個体の雑種が見つかったが、これらの個体はクラスター解析の結果からも S. curtisii と S. leprosula の種間雑種であることが明確に示された（図（1）-3B）。また、葉緑体DNA配列から、プロット 1 で見つかった雑種13個体の種子親は全て S. curtisii であることがわかった。プロット 1 に出現する S. curtisii 稚樹の個体数（54
個体）に対する雑種個体の割合は19.4%であり、成木個体から推定された割合（1%）よりも高かった。

プロット2では合計355個体の稚樹サンプルのDNA分析を行った。これらの稚樹の一部はサイズが小さく、葉形態による種同定が困難であった。そこで、まず葉緑体DNA配列データから稚樹の種子親を区別し、種子親グループごとに雑種個体をマイクロサテライト解析によって推定した。この結果、種子親がS. curtisii、S. leprosula、S. parvifoliaである稚樹の個体数は、それぞれ110、199、46であった。クラスター解析の結果、S. curtisiiを母親に持つ稚樹の多くは同一のクラスターに属したが、S. leprosulaとS. parvifolia由来の稚樹の一部が同一のクラスターに属していると判定された（図（1）-3C）。特に、S. leprosulaを種子親に持つ個体の半分近くがS. parvifolia個体と同一のクラスターに属すると判別された。しかし、種特異的なマイクロサテライト対立遺伝子の有無によって、S. curtisii、S. leprosula、S. parvifoliaを種子親に持つ稚樹個体のうち、それぞれ97、52、38個体が雑種であると推定された。親種の個体数に対する雑種個体の割合はS. leprosulaで26%、S. curtisiiとS. parvifoliaでは80%以上と非常に高かった。この理由として、S. curtisiiしか見られないプロット1とは異なり、S. curtisii、S. leprosulaと共に雑種の成木が複数個体混生しているプロット2では、雑種の形成機会が大きく増加していることが考えられた。

(A) 親木集団（クラスター数 K = 3）

S. curtisii

(B) プロット1 稚樹集団（クラスター数 K=2）

S. curtisii

S. leprosula

(C) プロット2 稚樹集団（クラスター数 K = 3）

S. curtisii

S. leprosula

S. parvifolia

図(1)-3 シンガポール・ブキティマに生育するショレア属3種の成木および稚樹個体のクラスター解析の結果。種のカテゴリーは薬緑体ハプロタイプに基づく。1本のバーが1個体を示しており、遺伝的に異なるクラスターが違う色で示されている。2色のバーで表された個体は雑種であり、これは雑種個体が遺伝子組成の異なる2親種に由来することを示している。点線で囲
まれた個体は、葉形態および核DNA配列パターンから雑種であると推定されたものである。

ランビル52ha調査区に出現するショレア属3種の空間分布（図(1)-4）からS. curtisiiは尾根の砂質土壌のハビタットに多く出現する傾向が見られた $ ^{11)} $ 。S. leprosulaについては、胸高直径30cm以上の成木は分布していなかったが、調査対象個体（胸高直径30cm以下）の分布は、谷部の粘土質土壌のハビタットに偏る傾向が見られた。S. parvifoliaの成木の分布は、特定のハビタットに偏る傾向は見られなかった $ ^{11)} $ 。

図(1)-4 ランビル国立公園52haプロット内に出現する成木個体の空間分布

2009年9月から11月にかけて、S. curtisiiとS. parvifoliaの成木の開花結実状況を1か月おきに計3回、記録した。開花結実状況の調査の際、双眼鏡で各個体の樹冠を観察し、開花量と結実量を以下の基準で評価した。

レベル0：開花・結実が見られない。

レベル1：樹冠表面積の25%未満の箇所に開花または結実が見られる。

レベル2：樹冠表面積の25%以上50%未満の箇所に開花または結実が見られる。

レベル3：樹冠表面積の50％以上の箇所に開花または結実が見られる。

レベル4：樹冠表面積の50％以上の箇所に開花または結実が見られ、その量が大変多い。

S. curtisiiについては、成木の80.8%が開花した（図(1)-5）。開花率は、大きいサイズクラスほど高かった。一方、S. parvifoliaについては、成木の76.1%が開花した。開花率は、最も小さい胸高直径30 cm－60 cmのサイズクラスでも、79.3%に達した。

図(1)-5 ランビル国立公園52haプロット内におけるショレア属2種のサイズクラスごとの開花状況（2009年9月－11月）。
開花個体の多くは、1回の調査でのみ開花が確認されたが、2回以上確認された個体も見られた（図(1)-6）。S. curtsiiでは4個体、S. parvifoliaでは1個体は、9-11月の3回の調査すべてで開

図(1)-6 ランビル国立公園52haプロット内におけるショレア属2種の個体レベルの開花回数。2009年9月－11月にかけて、1か月に1回、計3回の調査を行った。開花が観察された調査の回数を開花回数とした。

花が確認され、長い期間にわたって繁殖を続けていた。繁殖回数と個体サイズとの間には、相関は見られなかったが、S. parvifolialに関しては、開花が複数回確認された個体は胸高直径が70cm以下と、成木集団の中では、比較的サイズの小さい個体であった。

S. curtisiiの開花は、調査期間である9月－11月を通じて観察されたが、開花個体の比率は9月に最も高かった（図(1)-7）。また、開花量が最も多い、レベル4の個体も観察期間中を通じて見つかった。S. parvifoliaについてもこれらと類似した傾向が見られた。両種の開花フェノロジーは重なっており、時間的な生殖隔離は起きていないと考えられた。結実個体の比率は、9月には低く、10月から11月にかけて増加した（図(1)-8）。

図(1)-7 ランビル国立公園52haプロット内におけるショレア属2種の個体レベルの開花量。2009年9月－11月にかけての、開花量0－4の個体の相対頻度を示す。
図(1)-8 ランビル国立公園52haプロット内におけるショレア属2種の個体レベルの結実量。2009年9月－11月にかけての、開花量0－4の個体の相対頻度を示す。

ランビル52ha調査区に出現するS. curtisii、S. leprosula、S. parvifoliaの成木（図(1)-4）のマイクロサテライト解析からは雑種であると推定された個体は見つからず、種ごとにほぼ異なるグループに分類された（図(1)-9）。しかし、薬の形態からS. parvifoliaと同定された個体の中の7個体とS. curtisiiと同定された個体の中の1個体はS. leprosula型の遺伝子を持っていた。これらの個体に関しては、同定のミスの可能性が考えられるので、形態を再度確認する必要がある。

稚樹プロット（図(1)-10）から採集されたS. curtisii（118個体）、S. parvifolia（91個体）の解析からも雑種形成の証拠は見つからなかった（図（1）-11）。また、葉形態から両種の雑種であると推測された4個体の遺伝子は全てS. parvifolia型であると推定された。以上の結果から、シンガポール・ブキティマで得られた結果とは対照的に、ランビル調査区内での雑種形成はほとんど起こっていないと考えられた。

## 成木集団(クラスター数 K = 3)

S. curtisii

S. parvifolia

S. Iprosula

図(1)-9 マレーシア・ランビル国立公園に生育するショレア属3種の成木のクラスター解析の結果。1本のバーが1個体を示しており、遺伝的に異なるクラスターが違う色で示されている。
図(1)-10 ランビル国立公園内に作成した50×50m方形区に出現したS. curtisiiおよびS. parvifolia稚樹の分布と親木個体の位置

稚樹集団(クラスター数 K = 2)

S. curtisii

葉の形態から雑種と判断された個体

図(1)-11 マレーシア・ランビル国立公園に生育するショレア属3種の稚樹のクラスター解析の結果。1本のバーが1個体を示しており、遺伝的に異なるクラスターが違う色で示されている。
## 2 ）フタバガキ科稚樹の親子解析

DNA配列およびマイクロサテライト解析によって、雑種個体が明確に判別できることがわかった。また、雑種個体は稔性を持ち、両親種と交配可能であることが示唆されたが、クラスター解析によって雑種F2や戻し交配個体を特定することは困難であった。そこで、ブキティマ・プロット2の稚樹を対象にマイクロサテライトデータを用いたプログラムCERVUSによる親子判定を行った。まず、稚樹の対立遺伝子と母樹の対立遺伝子との比較から各稚樹個体の種子親を特定した結果、355個体中、201個体の母樹候補が特定できた。これら201個体について花粉親を推定した結果、172個体の花粉親が特定できた（表(1)-3）。S. leprosula × S. parvifolia 雑種（BT2698）を種子親に持つ個体の内、32個体が自殖由来であったが、残りの10個体はS. leprosula、S. parvifolia のいずれかとの戻し交配由来であった。また、S. curtisii、S. leprosulaのいずれかを種子親に持つ個体の内、54個体が雑種成木を花粉親に持つ稚樹であった。以上のことから、プロット2では、稔性のある雑種成木が自殖や親種との交配を行っており、その結果、雑種F2や戻し交配に由来する個体が高い割合で生じていることが明らかになった。

表(1)-3 フタバガキ科稚樹個体の親子解析の結果（ブキティマ・プロット2）。太字は雑種F2または戻し交配由来の個体数を示す。

母樹
個体番号	種	稚樹の
個体数	花粉親
S. curtisii	S. leprosula	S. parvifolia	Hybrid	Selfed	Unassigned
BT2527	S. curtisii	9	2 (0.222)	0 (0.000)	0 (0.000)	5 (0.556)	0 (0.000)	2 (0.222)
BT2707	S. curtisii	5	0 (0.000)	0 (0.000)	0 (0.000)	1 (0.200)	0 (0.000)	4 (0.800)
BT2705	S. curtisii × S. leprosula	3	0 (0.000)	0 (0.000)	0 (0.000)	1 (0.333)	0 (0.000)	2 (0.667)
BT2539	S. leprosula	65	0 (0.000)	21 (0.323)	0 (0.000)	42 (0.646)	0 (0.000)	2 (0.031)
BT2714	S. leprosula	61	0 (0.000)	42 (0.689)	0 (0.000)	3 (0.049)	5 (0.082)	11 (0.180)
BT2725	S. leprosula	5	0 (0.000)	2 (0.400)	0 (0.000)	0 (0.000)	0 (0.000)	3 (0.600)
BT2733	S. leprosula	10	0 (0.000)	3 (0.300)	0 (0.000)	3 (0.300)	0 (0.000)	4 (0.400)
BT2698	S. leprosula × S. parvifolia	43	0 (0.000)	6 (0.140)	4 (0.093)	0 (0.000)	32 (0.744)	1 (0.023)

## （４）雑種形成と森林断片化の関係

森林面積と雑種個体の割合との関連を調べるために、ブキティマとランビル調査区に加え、マレー半島内6カ所の森林保護区で調査を行った。それぞれの保護区から対象種28-62個体を無作為に採集し、各個体の核DNA塩基配列データを用いて雑種個体を特定した。雑種個体が見つかったのはブキティマの他、森林面積が500ha以下のTanjung TuanとUlu Gombakの2カ所のみで、ランビルを含む1000ha以上の面積を持つ森林からは見つからなかった（図(1)-12）。Tanjung Tuanはマラッカ海峡に面した岬の先端に位置する隔離された森林で、Ulu Gombakはクアラルンプール近郊に位置する高速道路建設などによって分断化が進んだ森林である。これらの結果から、雑種化促進によるリスクは小面積かつ分断化の進行した森林で特に高いことが示唆された。
森林面積 (ha)

図(1)-12 森林面積と雑種個体の割合

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

これまで形態観察に頼っていた雑種個体の同定に対し、DNA解析を取り入れることにより、信頼性の高い判断が可能になった。その結果、雑種個体の割合は、森林面積が小さいほど高いことが明らかになった。また、雑種個体の割合は、一つの森林の中でも、局所的な種組成の違いによってばらつくことが示された。雑種個体は、実生から成木のさまざまな生育段階で見つかり、雑種は更新可能であることが明らかになった。さらに、マイクロサテライトデータの解析によって、雑種は交配可能であり、雑種と親個体の間で戻し交配が起きていることが示された。また、葉緑体DNAの配列情報から、雑種個体の両親種のどちらが種子親でどちらが花粉親かが判定できた。以上の結果から、熱帯林の分断化は、樹木の雑種化を促進することにより、森林の種組成や遺伝子組成、更新動態に影響を与える可能性が示された。

## （２）環境政策への貢献

森林ごとの雑種個体の割合や雑種が見られない森林面積についての具体的な数値データや、複数種が混生の程度により雑種形成の機会が変わる可能性を示したことは、森林の開発・保護・再生に関する政策や植林方法の立案に貢献できる。

## 6 ．国際共同研究等の状況

本研究は、以下の研究・教育機関との共同研究により実施された。

サラワク州森林公社 Lucy Chong、Bibian Diway

シンガポール国立教育研究所 Shawn Lum、Kang Min Ngo、Nik Faizu

熱帯森林科学センター（CTFS） Stuart Davies

### 7. 研究成果の発表状況

## （1） 誌上発表

<論文（査読あり）>

1) K. KAMIYA, Y. Y. GAN, S. LUM, M. S. KHOO, S. C. CHUA AND N. FAIZU: Tree Genetics &
Genome 7: 297-306 (2011)

“ Morphological and molecular evidence of natural hybridization in Shorea (Dipterocarpaceae)”

## く査読付論文に準ずる成果発表＞（「持続可能な社会・政策研究分野」の課題のみ記載可。）

特に記載すべき事項はない。

## くその他誌上発表（査読なし）>

1）上谷浩一：森林科学、第60号、p.39（2010）

森林樹木の進化プロセスをはかるー遺伝子系統樹からわかること—，シリーズ「森をはかる」

2）上谷浩一：森林科学、第62号、pp.3-7（2011）

「特集遺伝子から読み解く森林-熱帯アジア産樹木の進化と生物多様性に関するDNA研究」

## （2） 口頭発表（学会等）

1) K. KAMIYA, S. LUM, K. HARADA: The 2010 annual international meeting of the Association for Tropical Biology and Conservation (ATBC), Bali Indonesia (2010)

[Hybridization in Shorea species and its consequences]

2）名波哲、原田剛、松山周平、伊東明、SYLVESTER TAN、BIBIAN DIWAY、LUCY CHONG、山倉拓夫：日本生態学会第58回全国大会（2011）

「サラワク州ランビルヒルズ国立公園におけるShorea属樹種の遺伝構造と遺伝子流」

3) 上谷浩一、HENTI HENDALASTUTI、原田光、名波哲、田中憲蔵、米田令仁、BIBIAN DIWAY、LUCY CHONG、MOHAMAD AZANI ALIAS、NIK MUHAMAD MAJID、SHAWN LUM、WONG KHOON MENG：第21回日本熱帶生態学会（2011）

「セラヤ（Shorea curtisii）地域集団の核DNA配列多型」

## （3） 出願特許

特に記載すべき事項はない。

（４）シンポジウム、セミナーの開催（主催のもの）

特に記載すべき事項はない。

（５）マスコミ等への公表・報道等

特に記載すべき事項はない。

## (6) その他
特に記載すべき事項はない。

### 8 \. 引用文献

1) LIESEBERG LH, CARNEY SE: Plant hybridization. New Phytologist 140, 599–624 (1998)

2) LEVIN DA, FRANCISCO-ORTEGA J, JANSEN RK: Hybridization and the extinction of rare species. Conservation Biology 10, 10–16 (1996)

3) MURRAY MG, THOMPSON WF: Rapid isolation of high molecular weight plant DNA. Nucleic Acids Research 8, 4321–4325 (1980)

4) SAMBROOK J, RUSSELL DW: Molecular Cloning: a Laboratory Manual, 3rd edn. Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York (2001)

5) YAMAKURA T, ITOH A, OHKUBO T, OGINO K, CHAI EOK, LEE HS, ASHTON PS: Forest structure of a tropical rain forest at Lambir, Sarawak with special reference to the dependency of its physiognomic dimensions of topography. Tropics 6, 1–18 (1995)

6) LEE HS, ASHTON PS, YAMAKURA T, TAN S, DAVIES SJ, ITOH A, CHAI EOK, OHKUBO T, LAFRANKIE JV: The 52-Hectare Forest Research Plot at Lambir Hills, Sarawak, Malaysia: Tree Distribution Maps, Diameter Tables and Species Documentation. Forest Department Sarawak & The Arnold Arboretum-CTFS Asia Program (2002)

7) UJINO T, KAWAHARA T, TSUMURA Y, NAGAMITSU T, YOSHIMARU H, RATNAM W: Development and polymorphism of simple sequence repeat DNA markers for Shorea curtisii and other Dipterocarpaceae species. Heredity 81, 422–428 (1998).

8) LEE SL, TANI N, NG KKS, TSUMURA Y: Isolation and characterization of 20 microsatellite loci for an important tropical tree Shorea leprosula (Dipterocarpaceae) and their applicability to S. parvifolia. Molecular Ecology Notes, 4: 222–225 (2004)

9) PRITCHARD JK, STEPHENS M, DONNELLY P: Inference of population structure using multilocus genotype data. Genetics 155, 945–959 (2000)

10) MARSHALL TC, SLATE J, KRUUK LEB, PEMBERTON JM: Statistical confidence for likelihood-based paternity inference in natural populations. Molecular Ecology 7, 639–655 (1998)

11) ITOH A, OHKUBO T, NANAMI S, TAN S, YAMAKURA T: Comparison of statistical tests for habitat associations in tropical forests: A case study of sympatric dipterocarp trees in a Bornean forest. Forest Ecology and Management 259, 323–332 (2010)
(2) 熱帯林断片化がフタバガキ科実生の定着過程に与える影響と雑種稚樹の生理生態特性の評価

高知大学教育研究部自然科学系 市榮 智明

<研究協力者>

高知大学農学部 則近 由貴

平成22～23年度累計予算額：13,352千円

（うち、平成23年度予算額：7,035千円）

予算額は、間接経費を含む。

[要旨] シンガポールの長期間断片化された熱帯雨林において、優占種であるフタバガキ科樹種の中に多くの雑種個体が近年確認された。このサブテーマでは、雑種や親種稚樹の生理生態特性を調べ、それぞれの成長戦略や今後予想される環境変動に対する応答の違いを明らかにすることを目的とした。まず、シンガポールブキティマ自然保護区で採取し、DNA解析により確認したShorea leprosulaとS. curtisii、そして両種間の雑種(F1)のポット苗を用い、親種と雑種間での葉の形態や光合成・蒸散等の生理生態的特性の違いを調べた。その結果、S. curtisiiは、S. leprosulaに比べて厚く硬い葉を持ち、葉内窒素濃度や飽和光合成速度は低く、水利用効率は高い傾向を示した。逆に、S. leprosulaはS. curtisiiよりも柔らかく乾燥に弱い葉を持ち、葉内窒素濃度や光合成能力は高いが、低い水利用効率を示した。両親種の生態特性として、S. leprosulaは、谷筋など斜面下部に分布し成長速度が速いが、S. curtisiiは尾根部を中心に分布し、比較的成長速度が遅いことが知られている。本研究で得られた上記の形態的・生理的な特徴は、両種の生育地や成長速度などの生態的特性を明確に反映していた。一方、両種の雑種稚樹は、全ての測定項目で、両親種の中間的な形態的・生理的特性を示した。戻し交配による形態的な影響についても調査したところ、雑種F1世代の個体に比べて反復親の形質・機能が反映されることがわかった。また、灌水を止めて人工的に土壌を乾燥させる操作実験を行ったところ、S. curtisiiや雑種は乾燥処理によって耐乾性を高め、光合成能力の低下の抑えていたのに対し、S. leprosulaは他の種に比べて耐乾性が低く、乾燥処理によって光合成能力の低下が見られた。つまり、今後熱帯雨林の乾燥化や降水パターンが変化すれば、耐乾性の低いS. leprosulaは生存確率が低下する恐れがあり、逆に耐乾性の高いS. curtisiiや雑種はS. leprosulaに置き換わる可能性があることが示唆された。

[キーワード] フタバガキ、雑種、飽和光合成速度、水利用効率、耐乾性

### 1. はじめに

東南アジア熱帯雨林ではフタバガキ科樹木が林冠構成種として優占している。中でも、Shorea 属は種の多様性が高く、同所的に近縁種が多数生育するが、これまで近縁種間での雑種形成は稀
であると考えられてきた¹）。しかし近年、Shorea属のF1雑種がシンガポールの長期間断片化された林分で多数確認された。特に、個体群密度の低いShorea leprosulaやS. parvifoliaでは、成木の20%以上が雑種化していることが明らかになった²）。一般に、自然交雑による雑種個体は、多くの場合生育不良や低い環境適応能力を示し、さらに雑種第2代（F2）は不稔や死亡する確率が非常に高いため³）、雑種化はその種の絶滅を促進させる可能性もある。雑種個体を含めたフタバガキ科樹木の生理生態的特性やストレス耐性能力を評価し、熱帯雨林生態系の林分動態や炭素収支予測につなげていくことが求められている。

### 2. 研究開発目的

このサブテーマでは、フタバガキ科樹木の雑種や親種稚樹の特性、特に葉の形態や光合成・蒸散・水利用効率・耐乾性といった生理生態的特性の違いを明らかにし、それぞれの成長戦略や今後予想される環境変動に対する応答の違いを明らかにすることを目的とする。

### 3. 研究開発方法

## （１）フタバガキ科雑種と両親種稚樹の形態的・生理的特性の評価

測定には、DNA 解析により確認した Shorea leprosula と S. curtisii と、その両種間の雑種(F1)を用いた。全ての測定個体はシンガポールブキティマ自然保護区で採取し、シンガポール国立教育研究所内の温室で育苗したポット苗である。2009年8月および2010年10月に雑種及び両親種それぞれ6～15個体程度を選び、成熟葉の光-光合成曲線と A/Ci 曲線を携帯式光合成蒸散測定装置(Licor, LI-6400)で測定した。光合成の日中低下を防ぐために、測定は午前中に行った $ ^{4} $ 。また、測定に用いた葉を採取し、葉面積当りの葉重(LMA)や窒素濃度、葉厚、柵状組織厚、葉の硬度といった形態的特性についても計測を行った。窒素濃度の分析には NC アナライザー(Sumigraph, NC-900)を、葉硬度の測定にはデジタルゲージ(Aikoh, RX-1)を用いた。

また、DNA 解析により雑種と両親種との戻し交配であると確認された個体についても、2010年10月に成熟葉を採取し、葉面積当りの葉重（LMA）や葉厚、柵状組織厚、海綿状組織厚といった形態的特定について計測を行った。

（２）フタバガキ科雑種と両親種稚樹の耐乾性評価

DNA 解析により確認した Shorea curtisii、S. leprosula、及びその雑種稚樹を用いて、灌水を遮断して人工的に土壌を乾燥させた状態を作り出し、各樹種の乾燥耐性能力に関する評価を行った。全ての測定個体は、ブキティマ自然保護区で採取し、シンガポール国立教育研究所内の温室で育苗したポット苗である。2011年9月に、十分灌水した状態の雑種及び両親種それぞれ4～10個体程度を選び、成熟葉の最大光合成・蒸散速度、気孔コンダクタンス、水利用効率、光化学系Ⅱの最大光量子収率（Fv/Fm）、P-V曲線法による葉の水分特性を調べた。その後、ポット苗の土壌水分

図(2)-1 実験開始後の土壌含水率の変化
含量が15%程度になるまで灌水を中止し（図(2)-1）、その後に同様の測定を行った。

## 4 ．結果及び考察

## （１）フタバガキ科雑種と親種稚樹の葉の形態的特性

葉厚や葉面積あたりの葉重(LMA)、葉の硬さは、いずれもS. curtisiiで最も高い値を示し、雑種が中間程度、S. leprosulaで最も低かった（図(2)-2-A, B, C）。柵状組織厚は両親種と雑種で有意な違いは見られないものの、海綿状組織厚はS. curtisiiで有意に高い値を示し、雑種が中間程度、S. leprosulaで最も低かった（図(2)-2-D, E）。その結果、葉厚に占める柵状組織の割合は、S. leprosulaで有意に高く、雑種が中間、S. curtisiiが最も低かった（図(2)-2-F）。

E

F

G

H

図(2)-2 雑種、S. leprosula、S. curtisiiの葉の形態的特性：(A) 葉厚、(B) LMA、(C) 葉の硬さ、

(D) 栅状組織厚、(E) 海綿状組織厚、(F) 葉厚に占める柵状組織厚、(G) クチクラ厚、(H) 葉の表皮厚

また、葉のクチクラ層や葉の表皮の厚さは、いずれもS. curtisiiで有意に高く、雑種が中間、S. leprosulaで最も低かった（図(2)-2-G,H）。これらの結果から、S. leprosulaは光合成を行う中心組織となる柵状組織の割合が高く、光合成を行うのに有利な葉の形態を持っているものの、クチクラや表皮の厚さはS. curtisiiに比べて半分以下と、柔らかくて耐乾性に乏しい形態を持つと考えられた。逆に、S. curtisiiは厚く硬い葉を持ち、クチクラ層や表皮が厚いことから、耐乾性に優れた葉を持つものの、柵状組織の割合が少ないことから、光合成には不利な葉の形態を持つと思われた。雑種は調査した葉の形態に関する全ての項目において、S. leprosulaとS. curtisiiの両親種の中間的な性質を示し、形態的には耐乾性や光合成能力とも、両親種の中間的な特性を持つと考えられた。これまでの生態学的研究により、S. curtisiiは斜面上部の尾根筋に多く、S. leprosulaは斜面下部の谷部に分布する傾向が報告されている $ ^{5)(6)} $ 。またS. leprosulaは成長が早く、逆にS. curtisiiは比較的成長が遅いことが知られている。今回得られた葉の形態的特性は、これら両親種の生育地や成長速度など、それぞれの生態的特性を明確に反映していたと言える。

## （２）フタバガキ科雑種と親種稚樹の葉の生理的特性

飽和光合成速度はS. leprosulaで最も高く、最も低かったS. curtisiiに比べ約2倍高い値を示
した(図3-A)。雑種個体は両種の中間程度の値であった。最大カルボキシレーション効率、最大電子伝達速度、気孔コンダクタンス、蒸散速度、薬内窒素量、光合成窒素利用効率も同様で、S. leprosula > 雑種 > S. curtisiiの順で高い値を示した(図(2)-3-B, C, D, E, G, H)。一方、薬の水利用効率だけはS. curtisiiで最も高く、最も低いS. leprosulaに比べて約2倍高い値を示し、ここでも

雑種は両親種の中間程度の値を示した(図(2)-3-F)。前述の通り、両親種の生態特性として、S. leprosulaは谷筋など斜面下部に分布し成長速度が速く、逆にS. curtisiiは尾根部を中心に分布し、比較的成長速度が遅いことが知られている $ ^{5)(6)} $ 。生理的な観点からも、本研究で得られた結果は、両種の生育地や成長速度などの生態的特性を明確に反映していると思われる。つまり、S. leprosulaは高い窒素濃度により、高い光合成速度を実現し、これが高い成長速度の一因になっていることが考えられる。その一方で、S. leprosulaは谷筋や斜面下部の湿った環境に分布するために、柔らかく乾燥に弱い葉を持ち、水利用効率も低い値を示すのだと思われる。逆に、S. curtisiiは、S. leprosulaや雑種個体に比べ、葉の水利用効率が高く、厚く硬い葉を持つため、尾根部の乾燥した環境に有利であると考えられた。しかし、窒素濃度や光合成濃度がS. leprosulaに比べると低いために、比較的成長速度は低いと思われる。雑種個体の光合成能力や水利用効率などの特性は、両親種とほぼ中間的な特徴を持っていたことから、生育適地や生態特性も両親種とほぼ中間的な位置にあると考えられた。

A

B

C

D

F

H

図(2)-3 雑種、S. leprosula、S. curtisiiの葉の生理的特性：(A)飽和光合成速度、(B)最大カルボキシレーション効率、(C)最大電子伝達速度、(D)気孔コンダクタンス、(E)蒸散速度、(F)水利用効率、(G)葉内窒素量、(H)光合成窒素利用効率

## （３）フタバガキ科雑種と両親種の戻し交配個体の形態的特性

雑種個体と両親種との戻し交配個体の葉の形態は、反復親の形質・機能が反映される傾向にあった（図(2)-4）。反復親がS. curtisiiである個体は、F1雑種に比べて葉や海綿状組織が厚くなるなど、葉の水分保持能力に関係する形質の向上が見られた。一方、反復親がS. leprosulaである個体はF1雑種に比べて葉厚は変化しないが、栅状組織厚が若干増加し、海綿状組織厚は逆に低下するなど、光合成機能に関係する形質が向上する傾向を示した。ブキティマ保護林においては、
個体密度の低いS. leprosulaに比べ、森林の優占種であるS. curtisiiの個体密度が圧倒的に高いため、雑種個体は今後S. curtisiiと戻し交配を行う可能性が高い。そのため、繰返し戻し交配が行われれば、雑種個体は形態的にもS. curtisiiに近づいていくことが考えられた。

図(2)-4 雑種、S. leprosula、S. curtisiiの葉の形態的特性

（４）フタバガキ科雑種と両親種稚樹の耐乾性

灌水を止めて人工的に土壌を乾燥させる操作実験を行ったところ、薬の耐乾性の指標となるしおれ点での菓の水ポテンシャル（$\phi_{\mathrm{w}t\mathrm{lp}}$）は、実験前に比べいずれの樹種でも有意に低下し、乾燥に対して耐乾性を向上させていた（図(2)-5）。特にS. curtisiiは実験前に比べてしおれ点での菓の水ポテンシャルの低下の度合いが大きく、高い耐乾性を持つことがわかった。また、しおれ点の水ポテンシャル（$\phi_{\mathrm{w}t\mathrm{lp}}$）は、浸透ポテンシャル（$\phi_{\mathrm{ssat}}$）と有意な正の相関関係を示した（図(2)-6）。

図(2)-5 しおれ点での葉の水ポテンシャル

図(2)-6 しおれ点の水ポテンシャル（φwtlp）と浸透ポテンシャル（φssat）の関係

このことは、葉内の浸透ポテンシャルの低下、つまり溶液の濃度増加による吸水能力の増大が、葉の耐乾性の向上に直接的に影響していることを示している。そして、耐乾性はS. leprosula<
雑種＜S. curtisiiの順で高くなることがわかった。

光合成能力の指標となる、最大光合成速度や光化学系Ⅱの最大光量子収率（Fv/Fm）は、実験前後でいずれの樹種でも低下が見られたが、その度合いは樹種間で異なっていた。S. leprosulaでは、最大光合成速度は乾燥試験前後で個体間のばらつきが大きく、有意差が見られなかったものの、Fv/Fmでは有意な低下が見られた（図(2)-7）。つまり、乾燥に対してS. leprosulaは光合成

図(2)-7 最大光合成速度 $ (P_{\text{max}}) $ と光化学系Ⅱの最大光量子収率 $ (\mathrm{Fv}/\mathrm{Fm}) $

機能が明瞭に低下することがわかった。一方、S. curtisiiは、乾燥実験前後で最大光合成速度やFv/Fmの値はほとんど変化せず、乾燥に対して光合成機能を低下させずに維持できていることが考えられた。雑種個体は、S. leprosulaとS. curtisiiの中間程度の機能低下を示した。

水利用特性の指標となる、気孔コンダクタンスや蒸散速度、水利用効率も、乾燥実験前後で同種での有意な変化は認められなかったものの、樹種間で応答に違いが見られた（図(2)-8）。S. leprosulaは乾燥に対して水利用効率を変えずに高い蒸散速度を維持していたのに対し、S. curtisiiや雑種は乾燥に対して水利用効率を高めて対応している傾向が見られた。雑種やS. curtisiiに比べて耐乾性が低いと考えられるS. leprosulaが乾燥試験終了時にも最も高い気孔コンダクタンスや蒸散速度を示したことから、この樹種は水ストレスの増大に対して鈍感な反応を示し、通水不全ぎりぎりまで気孔を開くような、anisohydric種と呼ばれるタイプの水利用を行っていることが予想される $ ^{7} $ 。一方、形態的・生理的にも高い耐乾性を持つと思われるS. curtisiiは、乾燥に対して敏感に反応し、気孔を閉じ気味にして蒸散能力が低くし、水利用効率を高めるisohydric種と呼ばれるタイプの水利用を行っていると考えられた。雑種個体は、S. curtisiiに近い水利用を示し、乾燥に対しても水利用効率を高めて応答することが可能であると予想される。anisohydric種は、これまで一年中湿润多雨であった東南アジア熱帯雨林の環境に適応した水利用を行っていると考えられるが、今後熱帯雨林地域の降水量変動やエルニーニョ現象の頻度・強度が増加した場合、これらの樹種は大量枯死する可能性があることが指摘されている $ ^{7} $ 。
図(2)-8 乾燥時の水利用特性の変化：気孔コンダクタンス（gs）、蒸散速度（Tr）、水利用効率（WUE）

## (5) まとめ

本研究で得られた全ての結果は、各樹種の森林内での分布特性を明確に反映していると思われる。つまり、谷部に生育し、成長速度の速いS. leprosulaは、耐乾性が低く、乾燥時に光合成系の機能が低下するものの、高い光合成・蒸散速度を維持し、水利用効率も低いままであり、強度乾燥時には死亡確率が増大する恐れがある。一方、尾根に分布し、成長速度が遅いS. curtisiiや、両親種の中間的な環境に分布し、成長速度も中間程度の雑種は、乾燥時に耐乾性や水利用効率を高め、光合成や蒸散能力の低下の度合いも低く、乾燥に対する適応能力も高いと考えられる。この結果から、今後熱帯雨林の乾燥化や降水パターンが変化すれば、耐乾性の低いS. leprosulaは生存確率が低下する恐れがあり、逆に耐乾性の高いS. curtisiiや雑種はS. leprosulaと置き換わって分布を拡大させる可能性があることが示唆された。

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

本研究は、詳細な測定調査によってフタバガキ科雑種の生理生態特性を明らかにした初めての実証研究である。熱帯の木本雑種の形態や生理能力を評価した研究事態が極端に少なく、学術的に重要な意義が高い。東南アジアの熱帯林で優占するフタバガキ科樹種について、その雑種や親種の光合成や蒸散能力、耐乾性を明らかにすることは、熱帯林の炭素・水循環を評価するための基礎データとしての貢献も期待できる。

## （２）環境政策への貢献

本研究から得られた成果や情報については、プレスリリース等で社会一般に広く情報発信す
ることに努める。フタバガキ科の雑種稚樹が両親種の中間的な形態的・生理的特性を示した点や、フタバガキ科の雑種や親種間で乾燥に対する応答が明確に異なってことを明らかにした点、さらに戻し交配個体が反復親の形態的・生理的特性を示すことを明らかにした点は、雑種個体の分布特性や環境適応能力を評価する上で重要な知見であり今後の東南アジア熱帯雨林の雑種化の進行を予測し、適切な森林管理を行うための重要な基礎データとなる。今後は、これらの成果を国際学術誌（Tree Physiology, Journal of Tropical Ecology, Ecology等）、国内・国際学会（日本生態学会、日本森林学会、日本熱帯生態学会、Association of Tropical Biology and Conservation）などを通し、専門的な科学コミュニティーへの広報普及にも努め、最終的にREDD政策や生物多様性保全技術への反映、またIPCC報告書への貢献等を目指していく。

## 6 ．国際共同研究等の状況

カウンターパート Shawn K. Y. Lum・シンガポール国立教育研究所・シンガポール

参加・連携状況：カウンターパートを通じ、シンガポール公園庁へのブキティマ自然保護区での調査許可の申請、現地調査の際の研究協力、実験・調査施設の提供、研究打ち合わせ等を行った。

### 7. 研究成果の発表状況

## （1） 誌上発表

<論文（査読あり）>

1) T. ICHIE and M. NAKAGAWA: Ecological Research (in press)

“Dynamics of mineral nutrient storage for mast reproduction in the tropical emergent tree Dryobalanops aromatica.”

2) T. HIROMI, T. ICHIE, T. KENZO and I. NINOMIYA: Journal of Forest Research (in press) "Interspecific variation in leaf water use associated with drought tolerance in four emergent dipterocarp species of a tropical rain forest in Borneo"

## くその他誌上発表（査読なし）>

1）依光良三、鈴木堯士編：森の物語－持続可能な森づくり、高知新聞社，35-53.(2010)「第2章 熱帯雨林から見た地球環境（執筆担当：市栄智明）」

## （2） 口頭発表（学会等）

1）田中憲蔵、市栄智明、上谷浩一、Shawn Lum：第20回日本熱帯生態学会大会（2010）「シンガポール断片化林におけるフタバガキ科雑種苗の光合成特性」

2) T. ICHIE and M. NAKAGAWA: The 2010 International meeting of the Association for Tropical Biology and Conservation, Bali. Indonesia, 2010.

“Resource allocation to reproduction in a tropical emergent tree species, Dryobalanops aromatica”

3) Y. INOUE, T. KENZO and T. ICHIE: The 2010 International meeting of the Association for Tropical Biology and Conservation, Bali. Indonesia, 2010.
“Water use characteristics of homobaric and heterobaric leaf species”

4) A. YONEYAMA and T. ICHIE: The 2010 International meeting of the Association for Tropical Biology and Conservation, Bali. Indonesia, 2010.

“Relationship between leaf flushing phenology and defensive traits in canopy trees of five dipterocarp species in a tropical rain forest”

5) T. KENZO and T. ICHIE: XXIII IUFRO World Congress, Seoul, Korea, 2010.

“Comparison of allometric relationships for accurate estimation of forest biomass in tropical secondary forest in Malaysia” The International Forestry Review 12:76

6) 田中憲蔵、米田令仁、佐野真琴、上谷浩一、名波哲、Shawn Lum、則近由貴、市栄智明：第122回日本森林学会（2011）

「シンガポールの断片化された熱帯林におけるフタバガキ雑種稚樹の分布」

7) 田中憲蔵、米田令仁、佐野真琴、上谷浩一、名波哲、Shawn Lum、則近由貴、市栄智明：第21回日本熱帯生態学会（2011）

「シンガポールの断片化熱帯林におけるフタバガキ科雑種稚樹の生育環境」

8）市栄智明、宮本幸、井上裕太：第21回日本熱帯生体学会

「フタバガキ科林冠構成種の葉の形態に及ぼす光環境や生育段階の影響」

9) Y. INOUE, T. KENZO and T. ICHIE: Tropical Tree Response to Climate Change. FRIM, Malaysia, 2012.

“Leaf water use and xylem characteristics of canopy trees of Dipterocarpaceae in a tropical rain forest”

## （3） 出願特許

特に記載すべき事項はない

（４）シンポジウム、セミナーの開催（主催のもの）

特に記載すべき事項はない

## （５）マスコミ等への公表・報道等

特に記載すべき事項はない

（６）その他

特に記載すべき事項はない

### 8 \. 引用文献

1) P. S. Ashton: Dipterocarpaceae. Flora Malesiana 9:237–552 (1982)

2) K. Kamiya, Y. Y. Gan, S. K. Y. Lum, M. S. Khoo, S. C. Chua and N. N. H. Faizu: Morphological and molecular evidence of natural hybridization in Shorea (Dipterocarpaceae). Tree Genetics & Genomes 7:297-306 (2011)

3) K. M. Hufford and S. J. Mazer: Plant ecotypes: genetic differentiation in the age of
ecological restoration. Trends in Ecology & Evolution 18:147–155 (2003)

4)広見徹・二宮生夫・小池孝良・荻野和彦：サラワク熱帯雨林におけるフタバガキ科林冠構成種の不均一な気孔開閉による蒸散速度の調節．日本生態学会誌49:83-90（1999）

5) C. F. Symington: Malayan Forest Records 16, Foresters' manual of dipterocarps. (Second edition, revised by P. S. Ashton and S. Appanah). 519 pp (2004)

6) I. M. Turner: The seedling survivorship and growth of three Shorea species in a Malaysian tropical rain-forest. Journal of Tropical Ecology 6:469–478 (1990)

7) T. Kumagai and A. Porporato: Strategies of a Bornean tropical rainforest water use as a function of rainfall regime: isohydric or anisohydric? Plant, Cell and Environment, 35:61-71 (2012)
(3) 熱帯林断片化による林分動態予測と炭素収支の評価

（独）森林総合研究所

国際連携推進拠点 国際森林情報推進室 田中憲蔵

平成22～23年度累計予算額：4,501千円

（うち、平成23年度予算額：1,901千円）

予算額は、間接経費を含む。

[要旨] 東南アジアでは熱帯林断片化により、優占種であるフタバガキ科樹木の雑種化が危惧されているが、雑種化による炭素蓄積や森林動態への影響についてこれまで科学的知見は無く、その影響評価が急務である。このサブテーマでは、長期間断片化されたブキティマ保護林における雑種と親種の稚樹の定着環境、雑種個体群の現状と将来予測を行うことを目的に以下の調査を行った。まず、稚樹の定着環境を調べるため、保護林内の尾根、斜面、谷の3ヶ所に50m×50mのプロットを作成し、出現稚樹のサイズや、光・土壌水分・土性等の環境因子についてモニタリングを行った。その結果、雑種稚樹は斜面上部に分布するS. curtisiiと下部に分布するS. leprosulaの中間的な斜面に多く出現した。雑種の稚樹は、乾燥した場所に出現するS. curtisiiと湿った環境に出現するS. leprosulaの中間的な土壌水分環境に多かった。光環境では、雑種の稚樹は暗い環境に多いS. curtisiiに比べ、S. leprosulaと同等程度の比較的明るい環境に多く出現した。次にブキティマ保護区全域(164ha)での胸高直径30cm以上の成木データと2haの長期モニタリング調査区のデータから、雑種成木の成長量はS. leprosulaと同等程度でS. curtisiiより大きいことが分かった。また、保護区内の最も発達した林分に設置されている2haの毎木調査区の、過去15年間の胸高直径1cm以上の地上部バイオマス量の変化を解析したところ、1993年に地上部バイオマスが500t/haあったものが、2008年には500t/ha弱に約30t/ha減少していた。樹種別に見ると、S. curtisiiではバイオマス量が40t/ha増加したが、S. leprosulaは20t/ha減少した。雑種に関してはほぼ横ばいであった。最後に、マトリックスモデルを用いて雑種化と乾燥化による影響が林分動態に与える影響を100年後まで予測したところ、特にS. leprosulaの個体群が減少する危険性が明らかになった。

[キーワード] 炭素貯蔵、熱帯林、断片化、雑種化、フタバガキ

### 1. はじめに

熱帯林は巨大なバイオマスを持つために、地球上の森林生態系の中でも重要な炭素貯蔵機能を持つと考えられている $ ^{1} $ 。特に、東南アジアの熱帯林は世界の熱帯林の中でも樹高が高く、単位面積当たりの炭素貯留量も大きいことが知られている。東南アジア熱帯林では、フタバガキ科樹木が林冠構成種として優占し、炭素貯蔵機能の大部分を担っている。また、このグループの樹木は、主要な合板材として国際的に取引され、重要な木材資源となっている $ ^{1} $ 。フタバガキ科樹木の種多様性も高く、主要グループであるShorea属だけでも200種近くが半島マレーシアやボルネオ島を中