東北大学遺伝生態研究センター年報 1990

東北大学遺伝生態研究センター年報 1990

著者

東北大学遺伝生態研究センター

発行年

1990-03

挨   拶

東北大学遺伝生態研究センターの全国共同利用施設としての機能の一つに,

情報交換が重要な位置を占める.そのため,我々は当センターの短期的目標と

して,これら情報交換機能を軌道にのせることを,考えて活動してきた｡セン

ター通信やNews Letter,更にワーク･ショップの内容を印刷したIGE シリ

ーズの刊行などは,その目標に治ってなされているものである｡

さらに,センターの経常的研究を含めた年間の活動を集約したものとして毎

年年報を発行することとし,昨年度はその第一号を印刷した｡ここに年報第二

号として, 1989年の研究活動を集約し,印刷に付することとした｡

全国共同利用施設としての機能をふまえた,共同利用研究を含めて1989年の

研究活動を年報として発行するにあたり,関係各位の一層の御支援をお願いし

て挨拶に代える次第である｡

1990年 3 月

東北大学遺伝生態研究センター長

菅     洋

目     次

第-部 各部門の研究

生態生理研究部門 適応生態研究部門 遺伝子生態研究部門

環境情報研究部門

生態システム研究部門(客員部門)

第二部 共同利用研究

T7-クショ ップ

共同利用研究

I GEシ))-ズの紹介 遺伝生態研究センターニュースへの寄稿

第三部 その他の研究活動

外国人訪問者による特別講義および特別研究会

セ{タ-の大学院学生,研究生等の名簿 センター スタッフ 1 5 9 1 5 20 7   6   1  2 2   3   4  4 5  ゝ 6  6 4 .4   4

第一部

∼-∼生態生理研究部門･

本研究部rll廿は, fl明勿のそれぞれの純に特異的な遺伝子情報の発現に必要な生態因子に関する 研究を主として行う.すなわち,菌相や藻私権含む下等椀物から高等植物に至るまで.すべての 柄物が有する特定の形態や行動(能力)などは,その柵物体に組み込まれている遺伝子に甚礎を 月つが,その発現は光や盛九 さらにiLL度などその植物を取り巻いている生態因子によって大き な形響を受ける｡本研究部門では,これら柵物の形態形成や行動の発現に及ぼす生態因子の影響 とその作用機作を.遺伝学的また生理学的方法を用いて解明するo ヒゲカビ(Phycomyces)における青色光発現遺伝子のdifferential hybridization法によるスク リ-ニング,ヒケカどの胞子を利用したベクター導入法の開発とそれに必要な突然変異株の単離, 胞子嚢柄欠損変異株の単離とその光形態形成の解析,ヒゲカビ胞子嚢柄中に含まれる弱蛍光発光 件の蛮r'l'f′f結Lt"7.休の解れ および共Iulfu剛汗究として,レタス桂j･発芽性に関する突然変異体の 作tlJ.,ヒゲカどの光屈性寂終角度決定に及ぼす重力屈性の作用の解析,そしてヒゲカビおよびミ ズタマカビなど多核細胞体の核移植およびその形質発現の解析を行った(大瀧保,宮等厚)｡ 生体情報の発現する光反応機構の解れ 特に,青色光と近紫外光による可逆的光反応系(myco-chrome)による菌芙fiの胞子形成の光調節機構の解析共同利用研究としてシロイヌナズナの長陸 相(hy)突然変興体の花芽形成における光同性反応の解析,光による菌類の胞子形成制御の解析 をイJ-･っている.今年度は,近紫外光による階7-形成誘導に有効な光刺激物質,青色光による胞子 什賊誘導に抑叩JJ,iL光刺激物質の生成に影響する温度反応の解机その光反応を蛋白合成レベル で解析する序のUとして,液体培養での菌糸の生育条件を検討し,放射性アミノ酸の取り込みに J女はす近紫外光と青色光の影響,新たに単離したトマト輪紋病菌の胞子形成はmycochrome系 による光反応によって調節されること,その作用スペクトルを解析した(熊谷忠)0 植物の生活環における形質発現とその環境による制御機構の解明を通して,植物種のもつ遺伝 的な形'f'fと適応的な形質の相_r1-_関連性を明らかにする｡特に形質発現の可酬生の幅が種の分化, 分布領域の範囲などを規定することに注目し,これらを実験生態的な手法によって明らかにして いるo長日植物としてタネツケバナ,知日柄物のミゾソバ,生活環と光同性の関連が少か､カタ バミなどが対象となっている(17J栗義雄)｡ 黄緑色藻ケノサイト,オカ7シナシミドロ(Vauchen'a ieryleStn'S)の強光による正から負への光 一 1

-屈性反応の逆転に先端成長域における青色光依存性のCa2十 流入が屯要な役割を果たしているこ とを兄いだしつつある｡強い単色の青色光光源として低礎生物学研究所のアルゴンレーザーを用 い,青色背景光の助けなしにCa依存性の負屈曲を起こすことに成功したo また, Ca以外に高 濃度のNa+ (>2OmM)でも負光届件が起こることを発見し,その機構をこの藻の高い耐塩件と の関連を含め解析中である(片岡悼rli'日L)

1988年12月∼1989年72月に印刷発行された本研究センター職員の論文,

著書の抄銀

Ousumi, T*., A. Miyazaki, H. Uchimiya*, F. Kikuchi** and M. Yokoo*** (*筑波大･生､**筑 波大･農林､***農水省･農セ) : Analysis of glucose phosphate isomerase in.near-isogenic lines, and cultivars of rice (Oryza satiua L.). Botanical magazine lO2･ 283-289. 1989･

Using the near-isogenic lines, the possible locatlOn Of glucose phosphate isomerase-2 (phosphoglucose isomerase-2) locus (Pgil2) in relat10n tO Photoper10d sensitivity locus (Sell) and blast resistance locus (Pl'-I) was investigated, The recombination frequency data indicate that Pgi121ocus locates between Sell and Pi-I loci. Furthermore, 15 Indica cultlVarS POSSeSSed two

types of glucose phosphate isomerase-2 (GPト2) isozyme, whereas only one type of GP1-2 1SOZyme

was f()und in 30 Japonica cultivars.

Kataoka, H∴ Phototropic inversion as regulated by external caconcentration.

Proceed-ings of the Yamada Conference XXII on Plant Water Relations and Growth under Stress.

pp. 392-394. 1989.

Negative phototropism of the tip一growing algal coenocyte, Vaucheria ter71eStris, was

caused by a short unllateral blue light (BL) pulse when the algal apex was slmultaneously irradi-ated wlth strong background BL (<536 nm). BL-induced Ca2+ influx at the apex was suggested to be involved in the inverslOn from positive to negative phototropism (Kataoka 1988).

The negative bending was Inhibited by Ca2十一channel blockers (La3+, verapamil, nlfedipine and

nitrendiplne) and promoted by A23187. A23187 partially mimicked the effect of background BL

A BL一mediated opening of the Ca2+ channel is hypothesized,

JH胡[酎占'): 藻芙flの光ftti性.･JAL的方向はどうして決まるか 海洋 21:335-340. 1989 猫;相の生りT.-にとって紋も重要な生態要凶は光てあるo光作成を常むに光が必要なのはいうまで もか､か,それ以外にも光は接でナ√･からの発芽誘導とその極性の決定, --一次)亡的から二次ノ亡的成 L主への転換,板札iや生殖綜1J･;の形成のように生活環の椎々の相で極めて重要な役割を損じているo 中てi,不通Itl'itJ:環境に刀生えT=幼植物か生鮒二適した光環矧二向かおうとする反瓜ま光屈性と呼 ばれ, ill:一色光の起こす反応として,滋机 幽実員から種子植物まで広く知られている｡しかし,穣 柑ての研究例はまた-乏しい｡黄緑色滋に属する糸状ケノサイトであるフシナシミドロは光が弱い

時は光にil'.Jかう止仙札 光か強くなると光から逃れるflF出曲を示すo これは合理的で当然全ての 植物で起こっているように妃えるが,実は,菌賀rtや帥｢植物では起こらず.藻柏でもまた7シナ シミトロてしか見つかっていろ:い｡光I州′i▲では光の強さと九のJjH'Tjか,乏芥されなければならない か,光Jill'･1.-LJ.識と､光線度による(.Ll州))lt･J転換のrlIり方に,細胞先端の成上主城でCa2十が流入する ことがFTf要tJI役'.1irは果たしていることを発比LT=0 本論文では藻桃の光Id作研究を概説し,カル シウム‖妃を提Utl.しているo

Kumagai,T∴ Temperature and mycochrome system in near-UV light illducible and blue

light reversible photoinduction of conidiation in Alternarhl tomato. Photochemistry and

Photobiology. 50. 793-798. 1989.

When dark一grown colonies were exposed to near-UV llght, conidiophore

form-atlOn Was Induced, and conldia developed during a subsequent dark period. Simultaneous exposure to near-UV and blue light inhiblted induction of conidlation. The inductive effect of

neaトUV light irradiation was greatly enhanced by treating colonies with low temperatures for

4 h during the 2nd-6th hour of incubation in the dark following inductive irradiation : the

enhancement was greatest at 21℃. The extent of inhlbitlOn by blue llght Increased with the temperature between 10 and 28℃. ThlS diminution by low temperature was greatest when

colonies previously kept at a low temperature were exposed to inductlVe irradiation : the longer the duration between Inductive lrradlation and temperature treatment, the lower the diminution. Higher fluences of blue llght were required to suppress conldial inductlOn at lower temperature,

Thus, it lS evident that the lnductive effect of near-UV light irradiation on conidi-ation and the suppresslVe effect of blue llght irradiconidi-ation are each responsive to different temperatures applled at different times.

その他の記事

大瀧  保:青色光吸収色素による遺伝一発硯調節機構o文部省科学研究費補助金,垂.吊頁域 研究,光受谷の分子機構研究成果報告書 pp. 51-52 (1989) 大瀧  保: ヒゲカどの光反応と遺伝学的解析｡ Luminis, *'..郎穴城研究,光受容の分子機構 ニュースレター, Nn4, 17-21, 1989 人瀧  保: 1両Ffj,生活環,藻状菌の札徴生物学辞典,日本微生物学協会絶 技報堂, 1989

学会等での口頭発表,展示発表

人瀧  保,津留 俊介,仙巻 博幸, LtIiJ'i 杏織: ヒゲカビ御ycomyces)の光l由性の動的

- 3 -解析o t]本柄物学会第54LE]1大会(1989年9 J]27-29Li,仙否)

Jl.岡 榊■.'J:光屈性のイオン流による制御,日本f榊勿生理学会第2伸.lシンポジウム(19脚年4

H5-7H,名古屋)

Jl,･l.Y.･]仙tl,,) :減光による7シナシミドロf与光屈性と細胞先端へのCa2+の流入｡日本柚物学会 第54人垣1 (1989年9日27-29日.仙否)

Kumagai, T. : Mycochrome system in near二UV light inducible and blue light reversible

photoinduction of conidiation･ Third Congress of European Society for Photobiology･

∼--適応生態研究部門 ･

当部門では,生態系における種の遺伝性と変異性に関する研究を行っている｡生物の形質には 個体関で差が認められ,それらの変異の程度は環境ストレス因子によりt著しく拡大される.椎々 の環境ストレス下において,特定環境-の適応に有用な遺伝的変異を研究するのも当部門の目的 であるo 本年度は以下に述べるような研究に取り組んだo 環境ストレスに対する植物の適応に関する研究:東南アジアの浮稲の有する水に浸漬した時に 示す急激な節間伸長能の機作について,ジベレリン生合成阻害剤を用いた実験と浮稲と非浮稲 の雑抑節2代集団の内生ジベレリンの分析実験とを併用して解析を進めた｡その結果,節間伸長 にはジベレリンが重要な役割を演じているが,活性なジベレリンあるいはその局fl:/性などについ ての研究が必要であることが示唆された(菅  洋)｡ 水稲の梓基部温度と分げっの出現伸長:環境温度を一定として生育させた水稲の梓基部温度を 8葉期に切替えた処理による分げっの出現様相を調査したo高温下では主梓葉の展開が早まる が,分げっ発生はそiLに同調せず,低温下では主杵築展開は遅れるが,分げっ発生の同調性は乱 れなかった(柿崎洋生)0 湛水生態系実験圃-の融雪剤(CaC12)の流入と水稲生育の問題:水田用水の3, 6, 10%の cac12を水稲活着1週間後に水臥二撒布し,水稲の生育収量におよほす影響を調査した｡分げっ 数は3>1()>6roで,収量は6>3>10%であったo無投入の528kg/10aに対し, 3%は516 kg, 6%は546kg. 10%は504kgとなった(f榊奇洋生)0 資源椀物の保全と生産機構に関する研究:柿床に分布するササ相中,仙台近郊に生育し,開花 結実した二,三のササ類種子を採集し,異なる光条件下における芽生えの初期生育を検討した｡ 勘Uま弱光Fで大きいが,分岐茎数,集散は強光下が大であった｡アズマネザサの挿子は非休眠 性と思われる｡また,各地で採取した資源植物椎について,基本データの収集と,保存,増殖を ひきつづき行っている(圧Hl舜-)｡ 水稲品椎の感in性に関する研究:感iLLI.L件の作動し始める, iLl度が異なる環矧こ適応した品椎で 異なるかどうかを検討した結果,北海道の品柿は低iLTL-中温の方が,中iLIL一高iLLの時よりも出穂 差が人きいのに対し,西南LJL地Jtl.柿は,中hE.llL一顧L'Lの時の万が,低iLIL-恥Liの時よりも出穂差が

- 5 -人きい,感混性の働く温度には品種によりそれが適応している地方により異っていることが示唆 された(西沢武明)∫, 水稲の生長と発育に対する温度履歴効果:履歴効果発現の原因解析を,主として加分速度を中 心にこれまで得られている結果をもとに検討した(西沢武明)｡ 宇宙環境と植物の生抜に関する研究:宇宙環境における植物生育の問題′L･7.を解決するため,也 ｣て研究の可能な実験等の相立を臼ぎし,かつそれを朴､て柄物の串'_力加古を研究する{=め,頚.:一 力反応に異常のある突然変興系統の探索をおこない,オオムギなどについて検討を始めた(骨 荏,高橋秀幸)､､

1988年12月∼1989年12月に印刷発行された本研究センター職員の論文,

著書の抄銀

Takahashi N., T. Sat0., -Y. Kakizaki and I. Abe: Specific patterns of plant vegetation in copper polluted areas in Japan. Plants and Pollutants in Developed and Developing

countries. (Ed. by M. A. Oztiirk). pp. 607-615. 1989.

1.In copper polluted sites of Futaezaka mine, the specleS diversity of plant community was reduced, In the polluted mountainside･ Q･serrata-Athynum

community was recorded and in the semi-natural grassland MISCanthus･Athyn'um

community was observed･ The plant vegetat10n On dry mountainside remaining slag showed the specific pattern which Q.serraia, Q. mongolica and Pinus densljloyla were associated in the same site.

2. 1n severely deteriorated reglOnS Such as slag accumulation sites and depositing ponds whlCh had low ph(3.0-4,5) and high Cu contents (300-500ppm), Pinus densiflora was adaptive to establish and may be pioneer plant to develop a new plant communlty.

3, The plants growing on solュs with low heavy metal contents (less than 300ppm) have

a tolerance to another factors such as soil pH and water contents rather than the metals.

4. Significantly negative correlation between copper content and pH was observed under the soil condition with high moisture contents･ The correlation between water and carbon contents was significantly positlVe, irrespective of water con-tent and experimental reglOn･ The patterns of correlation among edaphic factors differed between mountain and grassland･ These relationships among edaphic factors may indicate a suitable condition for plant growth ln COpper polluted areas･

圧司 舜-:シバ(Zoysia japonica)草地の動態一その初旬茎(根茎)群構造について-芝草 研究, 17, 191-198, 1989 わがLl,lに存/ける[']然草地,柑二放牧下で形成糸糾寺されるシバ草地の優Ji糾草で,かつ地表被 馴什物であるシバ個体群動態について,その構造的基盤である初旬茎(根茎)群の年令組成を地 上部諸属性との関連で検討したoその結果,多様な令組成をもつ本構造が,本個体群の永続性と _,LT8.-を抑う姓礎構造であることかHJlらかにされた｡また,本構造の同上保全や資源植物学的保全 の屯要性について論じた｡

Suge. H∴ Physiological genetics of internode elongation in submerged deepwater rice･

Proceeding of the 1987 International Deepwater Rice Workshop (International Rice

Research Institute, Manila). pp. 275-285. 1988.

The stimulative effects of ethylene and submergence on intemodal growth in lntaCt

deepwater rice (DWR) plants were vlrtually absent when the plants were pretreated with

lnhibitors of gibberellln (GA) biosynthesis. Submergence of intact plants increased the endogenous GA level･ Nodal root development was also enhanced by either ethylene or GA3, and their comblnation exerted a synergistic effect. The inheritance of elongation ability under

submergence in DWR was studled in the cross Tan-glnbozu/Aswina･ Tan一ginbozu is a mutant

deficient in GA, and Aswina lS a DWR from Bangladesh･ htemode elongation of Fl plants under submergence showed incomplete dominance･ Internode elongation abillty Can be explained in terms of complementary genes, One controlling GA production and the other responsiveness to ethylene.

その他の記事

柿崎 洋生:先進諸ll:lおよび発展途上【土忙おける作物と汚攻物質に関する国際シンポジウム｡ 農業及閲1-ミ 64. 41-42. 1989 柿崎 洋生:分げっの機能と生乳分げっ茎の発育とその生理的制御o農業技術大系作物縮追 録10号(農山漁村文化協会) 246の90-246の103･ 1988

学会等での口許発表,展示発表

菅  洋,高橋 秀幸,榊奇 洋生,山下 淳:異常な重力反応を示すオオムギJ)突然変 異: Surpentina 第3Ld日本宇宙生物科学会(1989年10月,東京) 高橋 秀幸,菅  洋:植物の成長に対する重力と振動の作用 第3回日本宇宙生物科学会 (1989年1()冒,束京)

- 7 -高橋 秀幸,菅   洋,斎藤  隆: カブの花芽形成に対する温度と日長の相亙作用[萄芸 学会平成元年度秋季大会(1989年10月,岐阜)

Takahashi H. : Root hydrotropism. FASEB Conference on -tBiological and

Biophysical Mechanisms of Gravity Responses" (1989年6月, Copper mountain･ Colorado, USA)

Takahashi. H., H. Suge, and M. ∫. Jaffe :ノRoles for light and auxin in the induction of

shoot gravitropism of a pea mutant, ageotroPum. (5th Annual Meeting of American

Society for Gravitational and Space Biology. ｢1989年10月｣ Cocoa Beach, Florida,

∼∼∼∼∼遺伝子生態研究部門∼-∼

当部門では, ｢人為的に遺伝子を改変した生物の生態系における動態に関する研究｣というテ ーマのもとに,刷物および微生物を対象に研究を進めている｡本年度は,以下のような研究を行 った｡ バイオテクノロジーおよび環境ストレスによる遺伝変異と遺伝子発覗 組織上..I,;義,細胞培養,細胞融合,外米遺伝了一導入などの手法の開発と,それらの手法によって 作と11された植物の神々の環境下における遺伝子発現について研究したo (1)プロトプラスト培養,細胞融合:ラン科柄物;培地条件について検討したo 高濃度のサイトカ イニンは細胞の伸上主に競う響したが分裂には至らなかった｡また窒素濃度を減じた培地で細胞分裂 が確認されたo ウコギ科fl明勿;エゾウコギ,オタネニンジン,タラノキ及びウドを供試し,エゾ ウコギ以外の3種においてコロニー形成が観察されたo エゾウコギとタラノキのデキストラン融 合処理区ではカルスが形成されたo ワサビ;ホ-スラデッシュ,キャベツとの融合,突然変異株 および苗条原基の誘導法,アグロバクテリウムによる形質転換について検討した(小林俊イ∴ 松 原重厚,羽根浩,亀谷寿昭)0 (2)イネの薬剤耐性株の作出と細胞融合:突然変異誘発剤(EMS, EI)で処理したイネの後代から アミノ酸アナローグ拙生株を選抜した｡ 1987年品種紫大男のカルスから選抜した5MT耐性株の 安定性を確認し,さらに分化能力のあるイネとの細胞融合を試みたo耐塩性のイネの遺伝子源を 得るために,大月別封から8% NaCl においても増殖する耐性株を選抜した(李孝淵,亀谷寿 tlL'ト (3)細胞質雄性不稔遺伝子の柱間相関性:トウモロコシTIT_J_#MFd質雄性不稔遺伝子と相同性の見ら れたニンジンの遺伝子について, (1)再クローニングと制限酵素地図作成, (2)他のミトコンドリア 遺伝十との柑同性, (3)塩基配列における相同性,糾gus遺伝子とのbinaryベクターの作成,に ついて検討した｡また,他椎の雄性不稔株の収集とアブロバクテリウムを用いた形質転換の基堰 実験をおこなった(神崎洋之,亀谷寿昭)｡ (4)植物組織の長期貯蔵法の開発:乾燥ニンジン不定随の長期保存,人工種子開発の基礎的研究と して,不定肺の乾燥貯蔵をおこなった｡その結果,アブサインン酸が効果的であること,また,

- 9 -乾燥カルスを直接液体窒素に入れても, 100%のカルスが生存し,柑物体を再分化することが確 認された(it守昇,亀谷寿昭)｡ (5)アトラジンによるアイパラガス実生の花芽誘導:アトラジンによる花芽誘導は,処卿寺にオー キシンを併用すると阻害されることが判明した｡一方,オーキシンはエチレンを誘導することが 知られているのでエチレンとの関連を検討したところ. (1)オーキシン処理時にエチレンの生合成 阻害剤を供与しても花芽誘導に影響がない, (2)外生エチレンの増加が認められか､,ことがわか った｡したがって,この阻害作剛まエチレンを介するものではなく,オーキシン対日′lの作用であ ると思われる(阿部知子,高橋秀幸,亀谷寿昭)o (6)トランスジェニック植物作出法の開発:受粉から陣発生過fLl!Cこおいて,カナマイシンlhLJJI･#･遺I訂一 を花に処理したところ,受精直前か直後の花から得られた和子に形質転換体が出現した｡このこ とは,柚物の生活環の時定のステ-ジにコンビータンスの状態が存/-Jすることを示唆する(亀谷 寿昭)｡ イネ幼植物における根の伸長方向の生態_別間差異:畔年までに,イン門りイネに属する生態里 には冠根が様方r''りに.ジャワ醐こ鵜する生態'f門には上ノ)-r;･]に, u本fTJに属する品柿には下jJ-IL'.H= 伸長する品椎の多いことを兄いだしている｡今年度は,この伸長万両の差異の要因を検討した結 莱,根における光依存の重力感受作が一つの要因であることがuJJLl)かとなった.さらに,起根が 下方仙二伸長する品柿でもメソコテールの仲立を誘導すると'Jif根が様方Tl.‖二伸i主することがIJl;〕 かとなった｡ I,ti根が光依存の重力感受性を′JけnrlH種の仲子根に関してもTu-1様の性'f'fがあることが 兄いだされた｡

Dactylis glomeraiaの地理的分布と件数件に関して. PI Jacqurd教授(France･ CNRS)とJI;A

同研究を進めている｡ ブータン,タイ(10F124日-11月5日)およびバングラチッシュ,タイ(12f】14Eト29日)に, イネ生育地の植生,生態条件の調如,.よび採集を目的として調棚f. (遺I云研･森高教採)に同行 した(佐藤雅志)∩ 軟腐病菌の宿主および土壌中における動態: -クサイ枚腐病の発病には寄主の曜病性の差異が 大きく影響すると考えられることから,耐病性の異なる-クサイ品種を用いて感独初期の病原菌 の動rLJ｣について走木型電顕による観察をすすめてきた｡今年度は弱病原性の軟腐病菌と非病原菌 を接種原として,病原性の菌の動向と比較観察をおこなった｡弱毒性の菌は寄主組織内での増殖 が斉しく劣ることかみとめられた(大松滞日くけ)｡ 5年間休閑した畑に-クサイを栽培して,軟腐病の発生と病棟菌の同定を行った｡軟腐病菌は

休閑畑の土壌中で腐生的に5年間生存することが明らかになった｡病原性の弱い軟腐病繭のバク テリオンン産生休を利用し,軟腐病に対する生物防除試験を実施した｡異常気象で軟腐病の発生 が少く,防除効果の判定ができなかった｡つぎに,組換え微生物の生態系におけるモニタリング 法の確立をめざし,軟腐病菌のpectate lyase遺伝子の一部を利用したPCR法の応用について 検討を進めている(菊本敏雄,及川栄作)0

1988年12月∼1989年12月に印刷発行された本研究センター職員の論文,

著書の抄録

大笠一美,亀谷寿昭: キク科植物のキク,レタス,シュンギクのプロトプラストからのカルス 形成と柿物体の再分化について 園学雑(J. Japan. Soc. Hort. S°i.) 57.620-625･ 1989･

Callus formation and plant regeneration from leaf mesophyll protoplasts were

examinedwith 3 vareties of Ch叩thanthemum monforium, 1 variety of C. coronan'um and 3

varieties of Lactuca saliva.

The protoplasts were isolated by incubating leaf slices in an enzyme solution con-taining 1 Cellulase Onozuka R-1U, 0.2% Macerozyme R-10, 10% mannltOl and 0.1% CaC12･

2H20 (pH5.5) for 16 hours at 250C without shaking, and cultured in modified Murashige and Skoog's medium. During a cultureperiod, Cultures were diluted with an equal volume of fresh medium once a week. This treatment was essential for sustaining cell division and colony formation.

Callus formation was found in C. moy7jTorium and I,. saliva, but in C. cwonaTium, cell division could not be induced. Callus fomation of the former two species was influenced by nitrogen sources. Callus formation of C monfoyuim was inhibited by NH4NO3and stimu･ lated by Ca (NO3)2 ･4H20. 0n the other hand, the contrary tendency was found in i satizM.

Shoot buds were induced by transferring callus of i saliva onto regeneration medi-um containing 0.5ppm NAA and 1.Oppm BA. The frequency of shoot regeneration was diffe-rent among 3 varieties of i. saliva. In one varlety, Akachirimenchisha, shoot buds were regenerated from all calluses.

Kameya. T., H. Kanzaki, S. Toki, and T. Abe : Transfer of radish (RaPhanw sativus L･) chloroplasts into cabbage (Brassica oleylaCea L.) by protoplast fusion. Jpn. J. Genet･ 44. 27-341 1989･

Intergeneric hybrid plants were obtained throughprc･toplast fusion between red

cabbage (By.assica oleracea L ) and radish (RaL'hanus sativus L･)･Protoplast fusion was carried out by the dextran method using protoplasts from hytx)cotyls and cotyledons of both cabbage and radish. The selection of somatic hybrids utilized the inactivation of cabbage protoplasts with iodoacetamide and the low cell-division ability of radish protoplasts. Ten plants were regenerated from selected colonies･ Two of them developed to the flowering stage and formed male sterile flowers, which showed cytoplasmic inheritance. The plant and leaf morphology, chromosome number, acid phosphatase andperoxidase isozyme patterns, sexual compatibi-lity, and SmaI cleavage patterns of chloroplast DNA indicated that these plants were intergeneric hybrids having the nucleus of cabbage and chloroplasts of radish･

- ‖il -Kameya. T∴ The complementary restoration of plant regenedration and flower

initiation-ability through somatic cell fusion. Cytologia 54. 385-388. 1989.

Protoplasts from Tx4 (Nicotiana tabacum), a p-fluorophenyl alanine (PFP) resIStant ce11 line that has lost the ability to regenerate whole plants, were fused using dextran with leaf protoplasts of DR (N tabacum), a 2, 4-dichlorophenoxyacetic acid resistant and plant regenerable llne that has lost flower initiation ability. Somatic hybrlds were selected initially by culture ln PFP levels which inhibit the growth of DR and then for plant regeneration･ The plants suspected to be somatic hybrids w/ere regenerated from two colonies (Hll, H-2) and formed flower buds within six months, whlle DR plants never formed even if grafted on normal plants. Callus lnduced from H-1 and H-2 showed resistance to both PFP and 2.4-D with the resistance being expressed as semidominant characters. The results lndicate drug resistance to PFP and 2,4-D and morphogenic ability for plant regeneration and flower initiation were restored complementally through somatic hybridization.

Lee, H., and T. Kameya : Utilization of resistant cell lines to 5-methyltrytltophan for cell fusion in･rice (Oyyza saliva L.). Japan. J. Breed. 39. 3191325. 1989.

5-methyltryptophan (5MT) resistant cell lines. SAR-I, SAR12 and SARIS Were selected from anther derived calli of rice ( Owza saliva L var SasanlShiki). Among these selected cell llneS, two (SAR-1 and SAR-3) were stable in 5MT resistance and accumulated free tryprophan at least 50 tlmeS higher than that of the unselected cells. The resistant cell lines, however, Were not able to produce plants on regeneration medium. Protoplasts from SAR-3 suspension culture cells were fused using dextran method with protoplasts of 5MT sensitive cells (Oyyza saliva L. var. Hanahikari) which had the ability to regenerate plants･ Prospective somatic hybrids were selected by culture on selection medium contianing 5MT and then on regeneration medium for plant formation. Three albino plants suspected to be somatic hybrids were regenerated from selected colonies. Calli, initlated from the plants, showed resistance to 5MT intermediate between that of the two parents. These results indicate that the combinaion of 5MT resistance and plant regeneration ability can be used as a complementary marker for selectlOn and identification of somatic hybrids in rice plants.

Ueno. K., and T. Sato : Root growing directions of rice ecotypes. Breeding research : The Key to the Survuval of the Earth. Proceedings I (Ed. byJyama, Stand G･ Takeda)･

pp. 381-384. 1989.

We have been examining about the characteristics of rice ecoypes. This is a report

regarding a characteristic of roots. The ecotypes used were aus, aman, boro in India and bulu, tJereh in Indonesia. Also, Japanese lowland and upland cultivars were used. Germinated seed was put on agar. Then, it cultivated under darkness condition. After 5 days, direction of roots were checked wlth arprotractor. Seminal roots of all cultivars grew downward. Crown roots of Indian ecotypes grew horizontally. In case of Japanese rice, crown roots grew downward. Many cultivars of Indonesian ecotypes have the crown roots which grew upward. The cultivars which crown roots grew upward formed the aerial roots in the field. Bulu does not belong to typical lndica or typical JaponlCa. On the other hand, the cultivars of tjereh are mainly typical lndlCa. Also, bulu and tJereh have been reported that many physiological and morphological characteristics differs each other. However, the growlng direction of roots is agreed in both

ecotypes. The relation between the formation of aerlal roots and environment of Indonesia is

discussed.

Ueno･ K･, and T･ Sato ‥ Aerial root formation in rice ecotype bulu. Japanese Journal of

Tropical Agriculture. 33. 173･175. 1989.

Aerial roots of rice, i･e. roots above the soil surface, are considered to be an adaptive characteristic of hypoxic condltions. Varietal difference of the formation df aerial roots was associated wlth root growing directions. The varieties with aerial roots obviously had upward-growing roots･ Ecotype bulu was conspicuous in being the only ecotype to produce

aerial roots.

その他の記事

亀谷 毎日li: 細胞融合,特集によせて｡組織培養, 15,343 (1989) 卜岐 精一-,亀谷 寿昭: ユニバーサル-イブ))ディザーをもちいた細胞融合o 組織ill.一養, 15, 363-365 (1989) 菊本 敏雄: ′壬-'_態の研究と防除のあいだo 土と微生物, 33, 1-2. 1989 佐藤 雅志: イネ(Oryza satiua L.)の根の形態にみられる生態型分化と環境ストレス｡ U桐口61-63年度科学研究費(総合研究A)研究成果報告書(森島啓子縮) pp. 1 -8, 1989 高橋 成人,佐藤 椎志: 重金属汚梁地域における植物動態と土壌因子との関係｡昭和61-63 年度科学研究'iY (総合研究A)研究成果報告書(森島啓子編) pp. 39-45, 1989

学会等での口層発表,展示発表

Abe, T" T. Kameya and H. Iwamura : Flower induction by triazines, ureas and

carbamates in seddlings of asparagus.第7回国際アスパラガスシンポジウム(1989年6月 ポロ一二ヤ,イタリア) 阿部 知丁,高橋 秀幸,亀谷 寿昭: アトラジンによるアスパラガスの花芽誘導に対するオ ーキシンの阻害作用D 植物学会(1989年9月,仙≠i) 亀'H 存昭,土岐 精一,李  孝淵:受粉から円卓発生過程における遺伝子導入o 日本育種学 会(1989年10H.岐阜) 神崎 洋之,竹凹 兵敏,亀谷 寿昭: ニンジン細胞質雄性不稔のオルガネラDNAの分析｡ 日本育抑学会(1989年4月,上JIl) 人松滞照ィ.:寄主体内における野菜軟腐病歯の動向-走鹿里電子顕微鏡による観察｡日本植物 -

13 -病理学会(1989年6月8日,札幌)

菊本 敏雄: 5年間休閑した畑土壌中における野菜類軟腐病細菌の生存についてo H本fE冊ip･JI'Jj

坪学会(1989年9H.秋Ef]市)

Ueno, K., and T. Sato : Why does Indonesian rice form aerial roots? 4th lnternatlOnal

Symposium of Plant Biosystmatics. (July 10-14, Kyoto)

Ueno, K･, and T･ Sato : Root growingJdirections of rice ecotypes･ The 6th lnterna-tional Congress of the Society for the Advancement of Breeding Researches in Asia and Oceania. (August 21-25. Tsukuba)

_卜埜 tl,,J一八,佐藤 瓶と:イネにおける冠根の伸長方向の生態吋雄司差乱 し1本育種学会第73回

∼-環境情報研究部門

本研究部門が土壌環境を中心に微生物的および無生物的環境因子の性格とその動態の解明をめ

ざしている｡今年度行った研究の主なものは,下記のようである｡ 土壌細府フロラ中におけるプラスミドの分布とその動態:微生物間を移動できる遺伝子,プラ スミドか,土壌中の細菌7ロラ中にどのように分布するかを検討した｡草地土壌の場合,約16パ ーセントの細菌がプラスミドを保有していた｡その多くは20kb以上の大型で,現在その遺伝情報 について解析中であるo コロニー形成曲線による土壌細菌フロラの動態の解明:土壌中には多様な細菌群が活動してい るか,コロニー形成曲線を利用してフロラの解析をすすめた｡この方法により,細菌群は増殖速 度の異なる細tiiグルー70に分轍され,土壌細菌フロラのグループ構成はかなり安定していること か兄いだされた｡ また,土壌中で主要グループとなっている低栄養細菌グループの集積条件として,原生動物ま たはantagonistic な細菌の役割が想定された(服部 勉)｡ 生態系での細蔚細胞と界面との相互作用:草地土壌から単離した各種細菌の表面張力を測定し, 表面張力と増殖速度の異なるグループとの間に興味ある関係が兄いだされている(笠原康裕,森 崎久雄,服部 勉)0 また,上記単離菌の活性に注目しながら,細菌表面の荷電特性を電気泳動法により測定してい る(森崎久雄)｡ B. licheniformisの細胞表面から単離したポリマーの分析を行い,基本単位のテトラサッカラ イド構造を明らかにすると同時に,分子量が約19,000であることを明らかにした(森崎久雄と英 国ブリストル大との共Iul研究)L, 土壌中の物質変化とミクロフロラの変動:土壌でのセルロースの分解に伴うセルロース分解菌 数,一般細歯数,炭酸放出速度を測定し,これらの測定値がC/N比の値と逆の関係にあること を認めた｡セルロース分解菌を単離し,その性格の検討を行っている(佐藤 匡)0 火山灰土壌の′ト麦根圏での微生物フロラと施肥条件との関係を検討している(佐藤 巨,妾紅 英)｡

15 -土壌生態系の化学的因子の検討:湛水下の土壌における酸化還元電位と系の化学的閃子C7)関連 について検討している(佐藤和夫)0 北海道サロマ湖畔の砂質土壌で異なる捕物群落の土壌の化学成分を分析し,塩素含量なとに大 きな違いを認めた(佐藤和夫,客員部門との共同研究)｡

火山灰土壌黒色席的層の生成機構:腐植層に奄在する紫色複合体と炭化植物片の示差熱分析を

行った結果,両者とも300度以下の反応を欠くことが兄いだされた(佐藤 孜)｡

1988年12月∼1989年12月に印刷発行された本研究センター職員の論文,

著書の抄録

Kasahara. Y., and T. Hattori : Effects of the agar concentration on colony formation of a

soil bacterium. Bull. Jap. Soc. Microb. Ecol., 4. 49151. 1989.

Using a soil bacterium effects of agar concentration on parameter values of the FOR model were studied. A marked effect was observed with the value of a parameter tr; the value increased linearly with the concentration,

Effects of agar concentration on a second parameter lambda were non-linear although the relation was not deflned. A third parameter N was not affected remarkably･

Hashimoto.T., and T. Hattori : Grouping of soil bacteria by analysis of colony formation

on agar plates. Biol. Fertil. Soils, 7. 198-201. 1989.

The colony formation of soil bacteria was studled in relation to incubation time･ The process was simulated by a colony-forming curve (CFC) whlCh was a superposition of several component curves (CCFC) given theoretlCally by the first-order reactlOn (FOR) model･ This model had been previously proposed to define the colony formation of cells of a slngle culture. Soil bacteria were divided lntO Several groups by these CCFC, as different types of bacteria produced thelr OWn colonies. Bacteria belonging to a slngle group grew at a similar rate on the platlng medium and each group was characterized by a different growth rate･ Most copiotrophic bacteria were fast growers and most oligotrophic bacteria slow growers･

Hattori. T., Y. Ishida, Y. Maruyama, R. Morita,and A. Uchida (editors)I : Recent Advances in Microbial Ecology. Japan Scientific Societies Press, Tokyo, 1989.

1. Preface 2. Keynote lecture

3. Microbial processes in deep sea communities 4. Microbiology of extreme environments

5. 01igotrophic environments : Strategies for growth and/or survival 6. Microhabitat

7. Microbial attachment and biofoulding 8. Degradation of organic matter in soil 9. Nitrogen fixation in rhizosphere

lO. Nitrification and denitrification in nitrogen cycling ll. Vesicular-arbuscular mycorrhizae

12. Succession of fungi 13. Mangrove microbiology

14. Ecology of algal succession and blooming 15. Microbiology of sediments

16. Microbial foodweb in aquatic ecosystem

17. Microbiology of water pollution and wastewater treatment 18. Microbiology of anaerobic digestion

19. Medical microbial ecology

20. Microbiology of gastrointestinal systems 21. Biodegradation of agrochemicals 22. Microbial interractions in femented food

23. Distribution of plasmids and viruses infectious for animals in aquatic environments

24. Gene adaptation to xenobiotics

25. Fate of engineered microorganisms in the environment 26. Identification of microorganisms at the molecular level 27. New methods and their applicaton in microbial ecology

Morisaki, HリY. Kasahara, & T. Hattori : The role of interfaces in microhabitats. In

Recent Advances in Microbial Ecolcgy. (Ed. by Hattori. T, Y. Ishida, Y. Maruyama, Y･ Morita, and A. Uchida. Japan Scientific Sncieties Press. pp. 123-127. 1989･

The paper "The role of interfaces inmicrohabitats" was presented in the 5th

lnternational Symposium of Microbial Ecology (Åug. 1989 Kyoto) as an invited paper･ In the

paper, surface characteristics (surface tension and electrostatic charge of the cell surface) of the microorganisms isolated from grass-land soil was discussed in connection with their adhesion Ion various substratum surfaces. The effect of hydrophobic interfaces, formed by

hydrophobic solid and liquid in liquid media, on the respiratory activity of瓜chen'ch由coli was

introduced. The electric current from microbes to interface was also mentioned as it might be an important factor affecting the microbial activity in microhabitats･

森崎 久雄: 微生物細胞からの電子移動過程｡電気化学協会誌, 57. 1051-1054. 1989. 雑誌｢電気化学｣の電子移動過程に関する特集号(第57巻第11号)において微生物細胞からの

電子格動過fLi_について概説したo微生物細胞からの電子精勤,すなわち微生物電流について, 1910 年のM. C. Potter (Univ. of Durham)の白金電極を用いた研究まで  1960年代のNASAを 中心とした微生物燃料電池に関する研究,また酸化還元色素をメデイエータ-として用いる近年 の微生物電極に至るまでの研究の流れを紹介した｡微生物電流の発生メカニズムについて,大腸 菌を用いた従来の研究(微生物電流と呼吸活性との関連,微生物電流の蓄電池モデル)を紹介し,

サイクリ､ノクポルタンメト1)-を用いた最近の研究の進展についても触れた｡

17 -Sato. K∴ Effect of the herbicide, benthiocarb (thiobencarb) on seasonal changes in

micro-bialpopulations in paddy soil and yield of rice plants. In Interrelationships between

Microorganisms and Plants in Soil (ed. Vancura V., and F. Kunc), Developments in Soil

Science 18, (EIsevier), pp. 335-342. 1989.

Benthiocarb (S-p-chlorobenzyl diethylthiocarbamate) affected microblOlogical processes and growth of rice plant as follows : The herbicide enhanced the increase in numbers

of heterotrophic bacteria by eight times, but soJTletlmeS in highdoses caused a decline in numbers

of autotrophs･ Numbers of nitrifying bacteria increased after water-drainage. Large amounts (10 x recommended rate) of the herbicide stimulated the initial decrease in the amount of ammonium-N. The herbicide dissipated after water･logglng and its decrease was most marked in july followed by the accumulation of dechlorinated benthiocarb in the soil applied with large amount of the herblCide. Yield components of rlCe plant differed markedly between the soll applied with a large amount of and that with the recommended rate of the herbicide.

その他の記事

服部  勉: 界面における微生物の挙動｡電気化学協会海生生物汚損対策懇談会セミナー 服部  勉:微生物の生活と界面｡日本家政学会被服整理学部会夏期セミナー

Morisaki, H. : Characterization of teichuronic acid isolated from &cillus lichemformis

NCIB 6346. (Project Report to Waren Spring Laboratory, England, 1989). H. Morisaki, R. C_ W. Berkeley, T. Cosgrove, P. Langford, and B. Vincent.

学会等での口頭発表,展示発表

笠原 康裕,服部  勉:草地土壌細菌のプラスミド｡第5回日本微生物生態学会(1989年11 月26日,東京) 服部  勉:細菌細胞集団のコロニー形成モデル｡日本生物物理学会東北支部例会(1989年5 月20日,仙台) 服部  勉:平板クロマト法による土壌細菌フロラの解析(1) 1989年度日本土壌肥料学会 (1989年4月3日,広島) 服部  勉: 水副氏栄養細菌の集積機構.第5回日本微生物生態学会 (1989年11月26日,東 京) 森崎 久雄:界面における微生物の挙動(自然環境における微生物と界面との関わり) 電気 化学協会海生生物汚損対策懇談会(1989年1月,仙台)

森崎 久雄:草地土壌より単離した微生物の細胞表面荷電特性｡第5回微生物生態学会

(1989年11月,東京)

Sato, K. : Behavior of pesticide-tolerant microbial cells in soil upon addition of

pesticide. 5th International Symposium on Microbial Ecology (27th Åug. lst

Sep. 1989, Kyoto)

19 -∼-生態システム研究部門

生態システム研究部門では,前年度に引続き次の2つにプロジェクトを重点研究課題として研 究を進めている｡

雑草における局所的分化:塵耕地(水札 畑,果樹園など)並びに隣接した空間にまたがって

分布･生育する雑草,人里柏物の中で一年草のスズメノカタビラ(Poaannua L.),タネツケバ ナ(Cbrdamine jlexuosa With. S. lat.)の2種と,多年草のカタバミ(Oulis comiculats L.)の

合計3種の植物について,各地の野外集団におけるフェノロジー,集団の動態をまず明らかにす ると共に,その遺伝的構造の解析を進めているo併せて,遺生研のファイトトロンを用い,日銭 ･温度･光要因などに対する反応性と形質発現機構の実験的解析を行っているo 植物の繁殖体生産の制御機構の解明:植物の繁殖体生産とresource allocationの機構の解明 は, 1970年代の前半よりさまざまな植物の種を対象として進められてきたが,自然集[乳 人口集 団の研究において,個体当りの繁殖器官への総エネルギー投資量(RA),繁殖体数(RN),繁殖 体のサイズ(PW), 1個の繁殖体生産のエネルギーコスト(RA), position効果を含む,あらゆ るパラメータ-に関してその変化率や可塑性を総合的に解析した研究は必ずしも十分になされて いない｡ 本プロジェクトでは,すでにヒマワリ,ダイズ,イネ(品種アキヒカリ), -トムギの4種を用 い,異なる密度,施肥レベルを組み合わせた実験区において詳細な解析を進めてきたが,さらに ナタネを用いた実験結果をも含めたより総合的解析が現在進められているo この一連の実験的並

びに理論的研究を通して,土壌要因と密度を含む生物的要因の変化が,集団構成個体の生長,栄

殖器官並びに繁殖体形成へのエネルギー分配,繁殖体のサイズやviabilityなどのfitness coml ponentにいかなる影響を及ぼしているかを明らかにすると共に,植物のreproductive effort (繁殖投資)の制御機構の解明をめざしているo

1988年12月∼1989年12月に印刷発行された本研究センター職員の論文,

著書の抄銀

Katoh, T., M. Kasuya, S. Kagamimori, S. Kawano, and H. Kozuka : An assessment of effects

of air pollution on the ring width of Japanese Cedars (Cywhzmerhl japonica D.Don) ( Ⅰ )

-Relationships between the operation of thermoelectric power stations and the fluctuations of standardized ring index- J. Japan Soc. Air Pollut. 23. 311･319. 1988.

A method for assessing the influences of air pollution on tree ring growth was presented. The annual increment growth of 270 Japanese Cedars, growing at 51 sites in a rural area of Fukui Prefecture, was determined from the soft X-ray films of increment cores (5mm diameter). Ring indices were calculated to normalize the trends in ring widths with tree age, by fitting each measured series of ring widths to an exponential curve･ stepwise multlple regression technique was used to analyze the relationships between ring indices and seasonal climatic conditions. During the period with no significant air pollution, combined meteorological elements accounted for about 70% of the variance in ring-width chronology. Further normalization, i,e., calculation of standardized ring index (sRl), was carried out by multiple regression analysis to minimize the fluctuations in ring indices due to climatic variations.

From 1931 to 1971 the mean value of SRIfluctuated in a narrow range i.e., about o.8-1.2, but once a thermoelectric power station has station has started the operation in

September 1972, rapid decrease of SRIhas been observed and theminimum value (0･54) was

recorded in 1976. Emission fo SO2 gas from the power station was reduced since July, 1975 when a scrubber system was installed to the power station. The partial recovery of SKI

obseⅣed since 1976 suggested the subsequent improvement of ambient air quality･ A close

association was confirmed between the significance of growth inhibition, evaluated by SKI, and the distance from the power stations.

Katoh, T., M. Kasuya, S. Kagamimori, S･ Kawano, and HI Kozuka : An assessment of effects

of air pollution on the ring width of Japanese Cedars (Cゆtomer由jaPonica D･ Don) ttI ) -Relationship岳between the standardized ring index and the pollution levels of SO2 and

NO2 in the ambient air at the surrounding area of thermoelectric power stations- J･ Japan Soc. Air Pollut. 23. 320-328. 1988.

The effects of air pollution on the increment growth of the Japanese Cedars were studied in a surrounding area of thermoelectric power stations, located in Fukui Prefecture, Japan. The growth inhibition was estimated by nomalizing the tree age and and meteorologicalConditions, i.e., standardized ring index (SKI).

A conspicuous growth inhibition wars Observed in the area within about 8km radius from the power stations. This agreed approximately with the calculated results based on the diffusion equation.

Conspicuous co汀elations were indicated between the standardized ring index and

annual mean values of SO2 and NO2. When applying the multiple logistic regression

analysis, about 70% of variation of the standardized ring index was accounted for by annual mean levels of SO2and NO2. A possibility to estimate the levels of some alr pOllutants in the past years was also discussed, in relation to the dendrochronological method･

-Takahashi, M., and S. Kawano : Pollen morphology of the melanthiaceae and its systematic implications. Ann. Missouri Bot. Card, 76. 863-876. 1989.

Pollen grains of several selected genera of Melanthiaceae were observed with scanning and transmission electron microscopes. Helonias and Ypsilandra have the dlStlnCtive feature of the exine composed of an amorphous layer and splnules, which agrees well with Heloniopsis. Chionographis and Chamaelin'um both have distinctive four-porate

pollen grainswith clavate exines. JaPonolin'on, endemic to Japan, has monosulcate grains

with gemヮate exines, clearly different fror岩Tojieldia･ which is characterized by disulcate

grainswith reticulate exines. Aletris shows awide range of infrageneric variation in exine

sculpture, perforate-foveolate, reticulate, and gemmate. XeylOPhyllum and Narthecium have

monosulcate grains with reticulate exiれes; the two genera are distinguished by the size of

the muri. Pollen of Metanarthecium has distlnCtive reticulate exine sculpture characterized

by verrucate protrusions within lumina. The palynological data indicate that the

Melanthiaceae consist of at least three heterogenous groups, among which Helonias, Heloniobsis, and Ybsihmdra represent one group, and Chamaeliyium and ChionogyaPhis another dlStinct group.

Kawano, Sワs. Hayashi, H. Arai, M. Yamamoto, H. Takasu, and T. Oritani : Regulatory

mechanisms of reproductive effort in plants IIL Plasticity in reproductive energy allocation and propagule output of two grass species, 01yZa Saliva cv. Akihikari and Coir ma･yuen cultivated at varying densities and nitrogen levels, and the evolutionary･ecological implications. Plant SpeciesBilol. 4. 75199. 1989.

Plasticity in growth, reproductive energy allocation (RA), reproductive output (PN), prOpagule weight (Pw), fecundity, and relative cost of producing single propagules (RA) and their interlinked properties were critically investigated in two grass species, 07ya Saliva L cv. Akihikan'and Coir ma-yuen Roman., grown under varying densities and soil nitrogen

levels.

h these two sp∝ies, exceedingly marked plastic but parallel responses were

detected in all signiflCant yield and reproductive traits under changing growing conditions. The results obtained also corresponded very well with those for Coir ma-yuen, Helianthus annuus and Glycine yw reported in our previous works in this series (Kawano and Hayashi, 1977; Kawano and Nagai, 1986; Nagai and Kawano, 1986).

In OlyZa a Stiva, plants cultivated at higher densities exhibited proportionately

lower individual biomasses, lower seed outputs, and smaller grain size in response to increasing density, although RA remained more or less constant throughout all five different densities, and fecundity showed an abrupt decrease in the overcrowded cohort beyond 400 plants/mz. In thlS experiment, Coir ma-pen was grown only under conditions of

extraordinarily overcrowded density (over ca. 4,500 plants/ml) With extremely broad

nitrogen fertilizer letels from 20N (20kg ammonium sulfate/10ARE) to IOON(100kg/10ARE).

This species likewise demonstrated a remarkably sharp responsive plasticity in sipificant

reproductive parameters with increasing N･levels, Just aS Was found with changing density (Kawano and Hayashi, 1977).

One common significant conclusion obtained from the present series of studies was that sexual propagule production under limited resource availability -for example, a sharp decline in solar radiation and soil nutrients, due to strong interference in higher

density plots- is exceedingly costly, implylng that there occurs a significant change and variance ln this important fitness component under changing environmental condltions. This was most conspicuously demonstrated by a very sharp increase in relative energy partitioning to a single propagule in response to increased density and decreasing nitrogen levels, the relative energy cost to a single seed (RA) increasing from 1.00 to 31.02, and from l･00 to lO131 in both paddy field and pot populations of OnJZa Saliva cv･ Akihikari, respectively･ and from ll00 to 4123 in field populations of Coir Myuen. The adaptive significance of induced changes in several reproductive traits under changing environmental conditions was also discussed in the light of all the evidence available today.

Yonezawa, N･, and S･ Kawano : Variations in Japanese GenthZna Sect. Ekumonanthe

(Gentianaceae) with special reference to their taxonomic status. Acta Phytotax. Geobot. 40. 13-30. 1989.

Variations in gross morphology of five Japanese Gentibn species (Section Pneumo-nanihe ), including a newly described taxon from Mt. Kitadake, Central Honshu, Gentiana kiiadakensis, Were critically studied based upon herbarium specimens deposited in KYO.

The multivariate analysis (Principal Component Analysis) was conducted based upon the measurements of the following 13 quantitative characters : flower length, legth of the calyx tube, length and width of the largest calyx lobe, length and width of the largest leaf･ length from the base to the broadest point of the largest point of the largest loaf, node number which bears the largest leaf(counted from the stem base), number of stem nodes, stem length, flower number, maximum intemode length, and stem diameter. Additional eight characters, Le･, flower disposition on the inflorescence, shapes of the plicae, shapes of the capsules and seeds･ morphology of the stems, color of the leaves beneath, pollen

morphology･ and somatic chromosome numbers, werealso examined and incorporated in

the delimination of each taxon.

As a result, each species possesses its respective unlque Variation pattems, characterized by the abovementioned reproductive and vegetative traits; i.e., the three species･ Gentiana sz'kokibna, GI SCabra, and G･ kihzdakensis, possess sharply leaningwith 1-2

trlangular.lobes and more or less undulate leaves at the margin,with pale訂een under

surface. In G. sikokhma, calyx lobes are ovate and stems have 5-ll nodes. Its leaves are

ovate or rhombic-elliptlC･ Short petiolate, and lacking denticulate proce岱eS at the margin.

G･ scabyla is characterized by having linear to lanceolate calyx lobes. The stems of this species are tall･ attainlng Ca･ 130 cm, With numerous nodes ranglng from ll to 37. Its leaves are ovate-lanceolate to narrowly lanceolate, sessile, andwith denticulate and scabrous

margins･ Among these three species, G･ kitadakensis po岱eSSeS the largest calyx lobes, which

are broadlly lanceolate, conspicuously unequal in size, and furthermore erect. Its rhizomes are also characteristic, thick tuberous and with･numerous contracted nodes. On the other hand, the two species, GI Enjlora and G. makinoi, are characterized by possessing gently leaning plicae･ with ll2 minute･ inconspicuous triangular lobes･ The leaves of both species

are lackmg undulate margins･ butwith glaucous undersurface･ The flower size, length of the calyx tubes, and types of the corolla lobes are major characters of diagmostic value,

discriminating both taxa; i.e･, in G. tnJtora flowers and calyx tubes are larger, 34154 mm

long and 9-20 mm long･ respectively･ Corolla lobes are ascending or spreading, while C, maklmOi has small flowers･ ranglng 19133 mm long, and calyx tubes, 6112 mm long. Its

- 23 -corolla lobes are erect.

All these five species proved to possess the same somatic chromozome numbers of 2n-26. Pollen grains examined by SEM were slmilar in all four species･ possessing 31COrPOrate 6Bbwith striate or reticulate (only in G. inj7ora) surface ornamentation･

Katoh,リT M. Kasuya, S･ Kagamimori, H･ Kozuka･ and S･ Kawano : Effects of air

pollution on tannin biosynthesis and predation damage in C779tomeyia Japonica.

phytochemistry･ 28. 439･445･ 1989･

Decreased levels ｡f foliar tannin was observed with Japanese Cedars growing in the surroundings of a steam power station･ Tannin content of the leaves was negatlVely comelated with the levels of foliar soluble sulphate, and a causal association was suggested between air pollution and inhibition of the shikimate pathway･ Preliminary observation on predation damage of the Japanese Cedars indicates that increased feeding rate by larvae of a herbivorous moth, asychiya abietis argentala. was associated with low foliar tannin

c｡ntent and the vicinity of the sampling sites to the power station･ Considering the physiological function of tannins, e･g･ as a defensive factor against insect predation and fungal degradation, it seems that decrease offoliar tannin levels of Japanese Cedars in the polluted areas has relevance to their high susceptibility to air pollution in field conditions･

Katoh, TリM. Kasuya, S･ Kagamimori, H･ Kozuka･ and S･ Kawano : Inhibition of the

shikimate pathway in the leaves of vascular plants exposed to air pollution･ New Phytol･

112. 363･367. 1989.

1ntermediate products of tannin biosynthesis, i･e･, glucose, shikimic acid and phenolics, Were determined in order to estimate the sites of inhibition of tannin synthesis･

which had previously been observed in leaves of Japanese Cedar (Cり少tomeria japonica D･ Don.) collected from the su汀Oundings of a steam power station･ The effects of SO2 0n

tannin biosynthesis were also investigated in experimental fumigations of C･ japonica saplings･ The results of these studies indicated that inhibition of aromatic ring fo-ation,

i,C., process converting shikimic acid to phenylalanine and tyrosine (the later shikimate

pathway), was caused by slight air pollution･

河野 昭一(監修･編) :植物の世界 第4号 教育社(1989) 目次:ブナの生活史,クロモジの生活史,ショウジョウバカマの生活史 植物の権の生活史特性に関して,イラスト,フィールトでの生活史のあらゆる発育札季節札 の変化を網確して解説しているo

その他の記事

河野 昭一:精巧な花の仕組み NHK地球ファミリー 生きもの大紀行 第1巻 日本放送 出版協会 pp. 100-127 (1989)

河野 昭一･: -シンポジウムいま求められるナチュラルヒストリー 経済人[乳 日本の現状-こんなに大切な棉物標本 採集と飼育12:544-546 (1989)

学会等での口頭発表,展示発表

河野 昭一:植物の椎一生活史特性と進化- 第20回種生物シンポジウム(1989年2月,宮城 県蔵王温泉) 河野 昭一: 柏物における生活史戦略の進化 第14回個体群生態学会シンポジウム(1989年4 月,大分県湯布院)

Shoichi Kawano : Developmant of biosystematics. 36th Annual Sysematics Symposium

(1989. October, Missouri Botanical Garden, St. Louis, U. S. A.)

Shoichi Kawano : Concluding remarks. 4th International Symposium of Plant

Biosystematics (1989. July, Kyoto Municipal Hall)

工藤  洋,イ]J栗 義雄,河野 昭一: タネツケバナ属植物の種生物学的研究 Ⅰ.タネツケ バナ水田里,山地巧■!の生活史特性とその比較 第36回日本生態学会(1989年8月,釧路公立大 学) 新井 博仁 河野 昭一, --i:江 文男: オウレンの窒素経済 第36回日本生態学会(1989年8 月,釧路公立大学) 新井 博仁,河野 昭一,吉江 文男: カタクリの窒素経済 第36回日本生態学会(1989年8 月,釧路公立大学) 石乗 義雄,工藤  洋,河野 昭一: タネツケバナ属植物の種生物学的研究ⅠⅠ.タネツケ バ十の発育様式一繁殖器官形成に及ぼす温度･日長の影響 第54回日本植物学会(1989年9月, 東北大学) - 25

第二部

共同利用研究

ワークショップ

∼--ワークショップ

遺伝子組換え微生物の野外実験のための微生物アセスメント(整理番号 891001)

目的:微生物のおける遺伝子組換え技術の発展に伴い,組換え微生物の野外への利用の試みが 具体化されつつある｡こうした利用に先立ち,これら組換え微生物が野外において,どのように 行動し,他生物にどのような影響を及ぼすかの検討が必要である｡ところで野汁,とくに土壌中 の各種微生物の検出･定量については,従来よりさまざまな困難があり,これらの諸問題は当然 組換え微生物にも関連するものと思われる｡ 今回取り上げようとした問題の中には, (1)土壌中における微生物分布の不均一性がどのような 困難をもたらすかをできるだけりアールに描きだすこと, (2)特定微生物の検出が,どの程度の苦 労で行われているのか, (3)定量にさいして使用される培地材料,培養法の問題点などが含まれて いる｡話題の分野としては,ヒトや家畜関係では破傷風蘭(クロストリヂウム･テタニ)とポッ リヌス博の土壌内生存･分布を,土壌伝染性植物病原菌としては白菜軟席病菌(エルウイニア･ カルトヴォラ)の団粒内分布とその動態,セルロース分解菌の土壌内分布マップ,土壌細菌の平 板定量法の甚礎などであった｡ ワークショップ(1989年11月7-9日にわたって開催された)の結果は,現在本センターのI GEシ･)-ズとしてまとめて発刊すべく準備中であるが,今回取り上げた各種微生物の検出･定 量には,それぞれ特殊な困難や問題点がふくまれていることが注目され,一律の簡便な方法によ るアセスメントの確立は現段階においては難しいと考えられる｡ 土射こおける破傷風菌の分布-その定量的試み一 海老沢 功(元東邦大･医) 1-数個の細胞の感淡によってもヒト･動物に致死的効果をもたらしうるこの細菌の検出定量 には,マウスのような生物を利用したバイオアセイが必要である.報告者は,この方法によ.)土 壌など生活環境中での本細菌の分布の検討を行なったが,報告ではその貴重な成果をまとめられ, 検出･定量の問題点をまとめられた｡ 土額などにおけるボツリヌス菌の分布 坂口玄二(大阪肝大･農) 微量の毒素によってヒト動物をしばしば死にいたらせるボツリヌス菌は,その毒素の特異構 造によってA-F_W1.日こ分類されるが,各TJ.には異椎の細菌が含まれうるo Lたがって本菌には選 択培地がない｡検出･定量はマウスを利用したバイオアセイでおこなわれるが,型の鑑別はその 生産する毒素に依存することになり,煩雑で規格化が難しいことが述べられた｡

ファージによるエルウイ二ア菌の検出･定量  冨僅二郎(山形大･農) 土壌に生存し白菜などの野菜に軟腐病を起こすェルウイニア菌は,そのファージ特異性により いくつかの系統に分けられる｡こうしたファージ特異性を利用して,土壌中における本歯の優勢 系統を調査し,優勢系統の年次変動がみられることが報告され,その機構についての討論がなさ れた｡ 野菜類軟禽病菌の土壌内分布と動態  菊本敏雄(東北大･遺生研) 野菜軟腐病を起こすェルウイニア菌の土壌内,とくに各種植物の根圏や土壌団粒内における分 布とその動態について,長年の研究結果がまとめられ,本菌の生存機構について興味あるモデル が提出された｡ 土壌中におけるセルロース分解菌の分布マップ  山本広基(島根大･農) 土壌中では各種微生物が不均一に分布しているo報告者は,ろ紙にポリエチレンを裏打ちした シートを土にうめ.分解菌によるろ紙の消失部分したセルロース部分より本菌の分布マップを作 成したo このマップによると,セルロース分解菌の分布は,ランダムではなく,塊状分布である と考えられる｡ 平板法による土壌細菌の定量と類別  服部 勉(東北大･遺生研) 平板法は土壌細菌の検出･定量において,重要な意味をもっている｡報告では,土壌試料の採 取法,分散法,培地の栄養成分濃度,および培養時間とコロニー形成との関係についての研究結 果がまとめられた｡ ワークショップ｢エチレンの生態的役割｣ (整理番号 891002) ワークショップ｢エチレンの生態的役割｣は, 1989年5月30日∼6月1日に当センターにおい て開催されたo このワークショップは,当センターの共同利用課題のうち, ｢植物の環境適応の遺伝生態的研 究｣に関連するものとして開催された｡植物は,種々の環境に遭遇したときに,自らその環境変 化を測定し,それに応じていろいろの形態変化などを引き起こし,それによって環境に適応して いる｡ 植物ホルモンの中でエチレンは唯一ガス体として存在し,種々の環境ストレスによって容易に その生成が増減し,さらに微量で植物に様々の形態的,生理的変化を引き起こす｡したがって, 生態系内の種々の環境変化で植物の示す適応現象の機構の中で,エチレンがどのような役割を演

- 28 -じているかを明らかにすることは,興味ある課題である｡ また自動車排気ガスに含まれ,藁の焼却や工場プラントの事故などにより放出されるエチレン が,現在地球上でどのような動態をもって変動しているかを知ることもきわめて緊急な課題であ る｡ そのような観点から,特にエチレンの生態的役割を解明する上での諸問題について, 9名の方 より話題提供が行われたoそれぞれの課題について,簡略に述べれば次のようである(発表JJ剛｡ ェチレンの生合成と作用:その展望  S. F. Yang (が)フォルニア大･名古屋大) ェチレンの生合成と作剛こついて,現在の研究の到達点について将来の展望や研究の必要な分 野を含めて概説された｡ ACC合成酵素の不活性化機構  佐藤 茂(東北大･教養) ェチレン生合成経路の中で,最も重要な前駆物質である1-アミノシクロプロパンー1-カル ポン酸(ACC)の合成にかかわる酵素が不活性化される機構について,最新の情報が述べられ た｡ 生態系におけるエチレンの動態  沢田信一(弘前大･理) グローバルな観点から,生態系内でエチレン濃度がどのような動態を示すかについて,貴重な データが整理して提供され,今後の問題点などが述べられた｡ 種子発芽とエチレン  江刺洋司(東北大･教養) 種子の発芽においてエチレンのはたす役割が,主として話題提供者のグループによりなされた 研究の成果にL,とずいて述べられ,生態系内での種子発芽におけるエチレンのような物賓の持つ 意義について展望された｡ 水生植物の生長とエチレン  菅  洋(東北大･遺生析) 水生植物の特に初期生長は陸上植物と違って,エチレンにより縦方向の伸長が促進される｡そ の適応生態的意義を含めて論じられた｡ 重力刺激形態形成とエチレン  高橋秀幸(東北大.遺生研) 地球上の植物は, 1 Gという重力のもとで適応し進化してきた｡この重力刺激による形態形成 におけるエチレンの役割について,最新のデータが紹介された｡