共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 淡水湖沼の深底部における低酸素化と硫黄関連細菌の動態に関する研究
新規・継続の別 継続（平成21年度から）
研究代表者／所属 滋賀県琵琶湖環境科学研究センター
研究代表者／職名 総合解析部門長
研究代表者／氏名 西野麻知子

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 石川可奈子 滋賀県琵琶湖環境科学研究センター 主任研究員

2

 中島拓男 滋賀県琵琶湖環境科学研究センター 元琵琶湖研究部門長

3

 福井学 北大低温研 教授

4

 小島久弥 北大低温研 助教

5

 根本富美子 北大低温研 博士課程

研究目的 1980年代までの富栄養化と1990年代以降の地球温暖化の急速な進行に伴い、比較的深い湖の深水層の低酸素化が問題となっている。そして、1991年琵琶湖で初めて硫黄酸化細菌チオプローカが大量に発見された。チオプローカは微好気性の大型糸状細菌であり、湖底の低酸素化に伴う環境変化を示す指標となり得るのか注目されている。
　そこで、本研究では、湖沼の温暖化および深水層の低酸素化に伴う淡水産硫黄関連細菌群の生態特性と環境変化への応答機構を解明することを目的とし、大量のチオプローカ群集が発見された琵琶湖をケーススタディーとして、硫黄関連細菌群集の動態調査を行う。
表1 サンプリング地点、湖底-1mにおける水温および溶存酸素濃度　図1 PCR-DGGEによる琵琶湖底泥0-2cmにおけるバクテリア群集組成　図2 dsr B遺伝子をターゲットしたPCR-DGGE
研究内容・成果 本研究は、平成21年度からの継続研究であり、1年目は琵琶湖17地点におけるチオプローカの分布調査を行った。2年目にあたる平成22年度は、平成21年度の6月および12月に琵琶湖17地点で採取した底泥の細菌群集をPCR-DGGE (Denaturing Gradient Gel Electrophoresis：変性剤濃度勾配ゲル電気泳動) 法を用いて解析した。
17地点の水深、湖底上1m における水温および溶存酸素濃度を表1に示した。全細菌群集をターゲットとするユニバーサルプライマー(341F-GC， 907R)を用いたPCR-DGGEを石井ほか (2000)の方法に従って行った結果を図1に示した。バンドパターンの地点による違いは明確でなかった。このことから、湖底の細菌群集の地点による違いは少ないことが推察された。次に、酸素濃度に反応しやすいと思われる硫酸還元菌を対象とした解析を行った。異化的亜硫酸還元酵素をコードする遺伝子 (dsr B)をターゲットとするPCR-DGGEをFoti et al. (2007)の方法に準じて行った。FP Quest (Bio-rad社製) 画像解析ソフトウエアを用いてバンドパターンから類似度を計算し、デンドログラムを作成した結果を図2に示した。6月(図2-上)と11月(図2-下)でバンドパターンが異なり、また酸素濃度が低くなりやすいエリアとそれ以外の地点で違いが見られた。
　当初の予測では、湖水中でも酸素が欠乏する地点もあるため、バクテリア群集の地点による違いが観察されると考えていたが、実際に調査を行ってみると明確な違いは認められなかった。例年、全循環前の11月〜12月に最も酸素濃度が低下しやすいが、平成21(2009)年度は9月に台風が上陸し、11月の調査時には、湖底付近で酸素濃度がすでに3 mg/L程度まで回復していた。平成20(2007)年、平成21(2008)年のように、湖底直上1mにおいても溶存酸素が0.5 mg/L未満になる年と比べて比較的酸素濃度が高かったことが関係しているのかもしれない。一方で、対象を硫酸還元菌に絞った解析では、酸素濃度の相違をある程度反映していると思われる結果が得られた。低酸素下が底泥微生物群集に及ぼす影響を調べるためには、特定の機能群に焦点を当てた解析がより有効である可能性が示された。
琵琶湖底泥におけるバクテリア群集組成を広域的に調べた研究は初めてであり、基礎となるデータを取得することができたのは有意義であった。湖底付近の酸素の低下の深刻さは気象の影響を大きく受けやすいことから、今後も数年以上に渡って経過を見ていく必要がある。次年度の研究では、特に酸素が低下しやすい地点を中心として季節変化および年変化を調査する予定である。
表1 サンプリング地点、湖底-1mにおける水温および溶存酸素濃度　図1 PCR-DGGEによる琵琶湖底泥0-2cmにおけるバクテリア群集組成　図2 dsr B遺伝子をターゲットしたPCR-DGGE
成果となる論文・学会発表等 Ishikawa K， T. Nakajima， O. Mitamura， S. Tsujimura， M. Fukui， M. Nishino Progressive oxygen depletion at the bottom of Lake Biwa and changes in distribution of sulfate-oxidizing bacteria Thiploca sp. ISME-13 2010， Seattle (USA)

Ishikawa， K.， T. Nakajima， T. Ishikawa Climate impacts at the sediment-water interface: Oxygen depletion and benthic bacterial community structure in Lake Biwa， Japan. ASLO 2011， San juan (Puerto Rico)