光と温度の影響を受ける絶滅危惧水生植物ガガブタ Nymphoides-香川大学学術情報リポジトリ

光と温度の影響を受ける絶滅危倶水生植物ガガブ、夕Nymphoides

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α(L.) Kuntze (Menyanthaceae)

の種子発芽特性

柴 山 弓 季

〒76ト0122香川県高松市牟礼町大町828-12

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Yuki Shibayama， 828-12， Ohmachi， MlIre-cho， TakamatslICity， Kagm叩 Prefectllre，Japan.

Abstract : It is critical for us to understand the seed germination traits of endangered plants to regener -ate populations while maintaining a genetic diver -sity. 1 examined seed germination characteristics of an endangered aquatic plant 11タmphoides indicα (L，) Kuntze in relation to the moist-chilling peri -ods

，

temperature

，

light and oxygen conditions. Three of the above four conditions except oxygen significantly influenced to the cumulativ巴seedger・ mination percentage in two populations ofN. indica. However， moist-chilling treatment was not always required for releasing an innate dormancy. Cumula -tive seed germination percentage was observed to be always higher under the alternating temperature regime than under the constant temperature regime. Though seeds ofN. indica could also germinate in the dark

，

the cumulative seed germination percent -age was significantly lower in the dark than in the ligh.tCumulative germination percentage under light-alternating temperature regime was the high -est.These results are consist巴ntwith the fact that seedlings of this species are observed in expos巴d mudflats. Based on the above data

，

1 concluded that the exposed mudflat as a safe site is essential forN. indica populations to regenerate while maintaining their genetic diversity. は じ め に 水生植物の種子発芽を制御する要因に水位 変動があり，種子発芽に必要な光，温度や酸 素条件といった環境要因に影響を与えること が知られている (Baskin& Baskin， 1998)。種子 発芽実験で確認された植物134種のうち67穣の 種子が光条件を必要とすることが示された (Baskin

&

Baskin， 1998)。また，湿生植物であ るヒデリコ Fimbristylislittoralis，イヌホタル イ Scirpllsjllncoides(Pons& Schrod巴r，1986)， 水 生 植 物 で あ る ア サ ザ Nymphoides pel

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(Marui& Washitani， 1993)およびガマ Typha lat伸肋 (Lombardiet a ， 1.1997)は，種子発芽 に土壌表面温度の日較差を示す変温条件が必 要であることが報告されている。さらにアサ ザ Nymphoidespeltataを含むほとんどの種で 種子発芽に好気条件が必要であることも知ら れている (Smitset a，1. 1990)。このような発芽 環境は，水位変動によってもたらされる裸地 や水際の湿地帯であり，実際に水生植物の種 子発芽は水位変動が頻繁に起こるハビタット F 内 υ n L

で 観 察 さ れ て い る (Moore& Keddy， 1988 ; Smits et a.，l 1990;西虞ほか， 2001， Nishihiro et al.， 2004ab)。 浮葉植物であるガガブタは，国のレッド デ ー タ ブ ッ ク で は 絶 滅 危 倶E類(環境庁， 2000)，香川県では準絶滅危慎種(香川県， 2004)として位置づけられており，主に中 富栄養化した湖沼に生育している(角野， 1994)。西南臼本ではとくに兵庫県や香川県の ため池群でそれぞれにつき20以上の集団が確 認されているが，近年，集団数の減少が著し い(石井&角野2003; Shibayama et a ， .l2006)。 ガガブタは，完全自家不和合性を伴った異型 花柱性植物(雌蕊が雄蕊よりも長い長花柱花 と雄蕊が雌蕊よりも長い短花柱花という花の 形 態 を も っ ; 浜 島 ， 1979; Barrett， 1980; Shibayama& Kadono， 2003 a)であり，種子に よる有性繁殖と殖芽と根茎による栄養繁殖と いう

2

つの繁殖手段を保持している。種子を 生産するためには集団内に異なる2花型の個 体を必要とする(浜島， 1979; Shibayama& Kadono， 2003b 永原， 2004)。分子マーカー であるアロザイムやマイクロサテライトで評 価されたため池群に属するガガブタの遺伝的 多様性は，集団内に長花柱花と短花柱花の

2

花型が存在し，種子生産から実生の定着まで の種子繁殖のプロセスが成功する集団および その近傍に位置する集団で高く維持されてい る(Shibayama& Kadono， 2007 a 柴山，未発 表)。さらに，生態学的調査や圃場での栽培実 験の結果，種子発芽から実生の定着までの初 期の生活史段階を完結するには，水際の湿地 帯や水位変動によってもたらされる裸地が必 要とされることも明らかになった (Shibayama & Kadono， 2007b)

。

しかし，コンク1)ート護岸を代表とする水 域の人為的改変によって多くのガガブタ集団 で種子繁殖の一連のプロセスが妨げられてい る現状があり，今後集匝内・開の遺伝的多様 性の低下が懸念される。遺伝的多様性を保持 しながら絶滅の可能性を帯びたガガブタ集団 を再生するにあたって，ガガブタの種子発芽 に必要な水際の湿地帯や裸地が含有するセー フサイト(発芽適地:Harper， 1977)を特定す ることは急務である。そこで本研究では，人 工気象器(バイオトロン)を用いて水生植物 の種子発芽に影響する光，温度，酸素条件に 焦点を当ててガガブタの種子発芽特性を明ら かにすることを目的にした。 材料と方法 人工気象器における種子発芽実験および土壌 表面温度の日較差の計測 光，温度および酸素がガガブタの種子発芽 に必要な環境条件かどうか検討するために， 以下2種類の種子発芽実験を実施した。実験 に用いられた成熟種子は， 2001年9月に集団 H G (兵庫県加古川市平荘町， 340 47' 39"N， 1340 51' 34"E)と集団 H1 (兵庫県小野市 王子町， 340 51' 5"N， 1340 56' 19"E)で採集 された。 (1)種子発芽実験 (1) - 1好気条件下で冷湿処理および光と温度 の効果を調べるために以下の

4

処理(1)恒温 を伴った明条件(明:14時間;照度:120問。l m-2 sー1，暗:10時間) (2)変温を伴った明 条 件 (3)恒 温 を 伴 っ た 暗 条 件 (4)変 温 を 伴った暗条件を施した。恒温条件は人工気象 器を24時間連続200

C

に設定し，変温条件は14 時間連続250

C

および10時間連続120

C

になるよ うに設定した。同時に内生休眠解除に冬季の 低温が必要かどうか検討するために，冷湿処 理期間を

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(contro，J) 4， 8週間と設定し，前 述した4処理につき実施した。 φ55mmのペトリ皿のなかに蒸留水で湿らせた 癒 紙 (Advantec，Toyo Roshi Kaisha， Ltd.)を敷 き，液紙上に集団H GおよびHIそれぞれに つき50種子 (3反復)を播種した。暗処理を 施すためにペトリ皿は，光透過を妨げる箱の

率 に 有 意 に 効 果 が あ る か ど う か2元ANOVA (Sokal

&

Rohlf， 1995)によって確認され， Post hoc testとして Tukey'sHSD testが用いられ た。 2つの実験の統計解析はJMP4.0 (SAS) で実施された。 結果と考察 冷湿処理，温度と光条件は，集団H GとH Iから採集された種子の累積発芽率に統計的 に有意に影響を与えることが明らかになった (Pig.，1 Table 1 ; pく0.05)。温度と光条件の 交互作用は，集団日Gと日 Iともに統計的に 有意だ、った(Pig.，1 Table 1 ; pく0.05)。 冷湿処理を施さなくとも，集団H Gでは累 積発芽率が16%~58% ，集団 H 1 では 4%~ 70%が確認され，必ずしもガガブタの種子の 内生休眠解除に冷湿処理は必要ではなかった (Pig.1)。 (a) Population HG I

∞

90 80 70 ω 50 40 30 20 10 0 (b)PopulationHI 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 ω 国 S 霞包﹄ ω 品目︽岩国回目自﹄ ω 国 司 ω 詰主吉品目何回目ハ) なかに設置し，暗処理の種子発芽の有無は休 眠解除に影響を与えることが知られている赤 外光および近赤外光を抑制するために暗室の なかに設定された緑色光のもとで観察された (Downs & Cavers， 2000)

。

(1) -2種子発芽への光と酸素の効果を調べ るために，

8

週間の冷湿処理ののち， 24時間 連続200 C恒温条件下で次の4処理(1)好気を 伴 っ た 明 条 件 ( 明 :14時 間 ; 照 度 :120同 01 m-2 S-I 暗 :10時間)(2)嫌気を伴った明 条 件

(

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)

好 気 を 伴 っ た 暗 条 件

(

4

)

嫌 気 を 伴った暗条件を施した。嫌気条件を設定する た め に ， 酸 素 吸 収 剤 で あ る A naerokeep (Mitsubishi Gas Chemical Company， Inc.， Japan) が使用された。Anaerokeepは酸素濃度を0.1% 未満に維持することが可能である。 ペトリ皿内で発芽した種子は取り除かれ， 湿潤状態を維持するために残りの未発芽種子 には2日おきに蒸留水を加えた。発芽は，種 皮からの幼根の出現によって判定し，発芽観 察期間は，累積発芽率のプラトーが

1

ヶ月以 内 に 確 認 さ れ た た め そ れ ぞ れ の 処 理 に つ き 1ヶ月とした。 (2) 土壌表面温度の計測 2002年

5

月から2004年

8

月まで，ガガブタ の種子発芽が毎年確認される集団H V(兵庫 県姫路市林田町， 340 54' 18"N， 1340 35' 52"E)内の

2

サイトにおいて土壌表面温度の 日較差と種子発芽パターンとの関連性を知る ためにデータロガー(OpticStowAway Tempera-ture， Onset Computer Corporation)が設置され た。 0 4 8 Weeks ofmoist幽chi11ingtreatment Pig.1.Cumulative germination p巴rcentageof seeds from populations HG and HIunder different light (¥ight or dark) and temperature (constant or a1temating) treatments a食er moist-chi1ling treatment for 0

，

4

，

and 8 weeks. Error bars show standard deviations. - 27 -(3) 統計解析 集 団H Gお よ びH 1につき 3元ANOVA (Sokal

&

Rohlf， 1995)を用いて，冷湿処理期 間，温度，光条件が逆正弦 (arcsine)変換を施 した累積発芽率に統計的に有意に影響がある かどうか調べた。さらに光と酸素が累積発芽

Table

1

.

The effects ofmoist-chilling period， light， temperature and their interaction on cumulative germination percentage in populations HG and田，as analyzed by three-way ANOV A. Source ofvariation df SS F P Population H G Moist-chilling period 2 0.50 72.27 く.0001 Temperature 0.39 112.17 く.0001 Light 0.93 267.91 く.0001 Moist-chilling periodX Temperature 2 0.16 22.91 く.0001 TemperatureX Light 0.02 5.39 0.029 Moist-chilling periodX Light 2 0.17 24.41 く.0001 Moist-chilling periodX Tempera制reX Light 2 0.00 0.33 0.722 PopulationHI Moist-chilling period 2 0.65 44.52 <.0001 Temperature 0.5 68.44 く.0001 Light

1

.

05 143.32 <.0001 Moist-chilling periodX Temperature 2 0.09 6.08 0.007 TemperatureX Light 0.05 6.91 0.014 Moist.・0・chillingperiodX Light 2 0.2 13.82 <.0001 Moist-chilling periodX Tempera知reX Light 2 0.01 0.78 0.469 変温条件(14時間連続250 C/I0時間連続12

O

C

)

における累積発芽率は，恒温条件 (24時間 連続200 C)よりも常に高かった (Fig.1， Table 1 ;集団HG， H 1 ; Tukey's HSD test: pく 0.05)。ガガブタの種子は，暗条件でも発芽が 観察されたが，累積発芽率は，集団H Gおよ びHIともに暗条件よりも明条件で有意に高 かった (Fig.1， Table 1;集団H G，H 1 Tukey's HSD test: pく0.05)。また，光を伴っ た変温条件における累積発芽率は，

4

処理の なかで最も高く (Fig.1， Table 1 ;集団H G， H 1 ; Tukey' s HSD test: pく0.05)，集団H G では冷湿処理4，8週間で集団HIでは，冷 温処理8週間で累積発芽率がほぼ100%に到達 した。 酸素および光と酸素の交互作用は，集団

H

GとHIともに累積発芽率に有意な効果を与 えなかったが (Fig.2;集団HG;酸素:p > 0.05;光と酸素の交互作用:p >0. 05;集団 H 1 酸素:p >0.05 ;光と酸素の交互作 用:p >0.05)，光は，両者の累積発芽率に有 意 に 効 果 を 与 え た (Fig.2;集団HG;pく 0.05;集団日 1: p <0.05)

。

土壌表面温度の日較差は水位低下によって もたらされた裸地の出現によって顕著になっ た(Fig.3)。実際に，フィールドにおけるガガ ブタの種子発芽は，裸地が出現したときに始 まり (Shibayama

&

Kadono， 2007 b) ，前述し

1

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50

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，~ 20 宮 u 固PopulationHG DPopulationill Light and出robic Light前 叫 回 目 問bic Dark血d由 時bic condition condition condition Treatment D:uk皿danaerobic condition Fig. 2. Cumulative germination percentage of seeds from populations HG and HI under different light (light or dark) and oxygen (aerobic or anaerobic) treatments after moist-chilling treatment for 8 weeks. Error bars show stan -dard deviations.

:

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-

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_101Mav L V_{1 May 1 Jul 1 Sep} たように人工気象器でのガガブタの種子発芽 は，光を伴った変温条件で促進された。つま り，水位低下によって生じる被陰されていな い地表面がガガブタの種子発芽に必要な光と 変温条件を備えたセーフサイト(発芽適地; Harper， 1977)であることがいえよう。 冷混処理は，ガガブタの種子の内生休眠の 解除に有意な効果をもたらしたが，必ずしも 冷湿処理は休眠解除に必要ではなかった。こ の事実は，ガガブタが亜熱帯に起源する水生 植 物 で あ る こ と に 関 連 す る か も し れ な い (Reddy& Bahadur. 1976; Ba町巴抗， 1980)0

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昆 帯に起源をもっ水生植物の種子の内生休眠解 除には冬季の低温が必要とされることが報告 されている一方 (Baskin& Baskin. 1998).亜熱 Wate1'level up 1 Noy 1 Mar 2002 1 Jan 同潟国﹄居間 2003 1 Jan 1 Jan

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ISeedg団nninationconfinned 固10 lJan 1 Jan 2002 2003

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2004 Fig. 3. Diurnal t巴mperaturechange on the g1'ound surfac巴atthe water ma1'gin ofpopulation HV. Diurnal tem -perature change was measured for 1 yea1'at site A and 2 years at site B. The timing of seed ge1'mina -tion is indicated. The times when the monitoring point was eme1'ged above wate1'levelorsubme1'ged due to the wate1'level changes are also shown. The detai!ed data of wate1'depth and the timing of seed germination in the fie1d ar巴quoted合omShibayama & Kadono (2007b). No data fo1'wate1'depth and seed germination timing fo1'site B in 2004.

-帯に起源する水生植物の種子は，冷湿処理を 必要とするかどうか未だ十分に判明していな い(Baskin& Baskin， 1998)。今後の研究の展開 によって水生植物の起源地と種子休眠解除の 低温要求性の関連について解明されることと 思われる。 さらに，ガガブタの種子発芽には，酸素条 件が統計的に有意に影響しなかった。酸素条 件が種子発芽に影響しない生理的特性は水生 植物のなかでは例外的であったが (Smitset a，l. 1990; Baskin& Baskin， 1998)，ガガブタ の種子発芽は，変温条件と光これらの交互作 用によって促進されることが明確になった。 このような種子発芽特性は，湖岸に生育する 湿生植物だけではなく (Nishihiroet a， 2l. 004 b)，同じアサザ属の近縁種でもあるアサザと も極めて類似している (Marui& Washitani， 1993)。これらの植物種と同様に水位低下に よってもたらされる裸地や湖岸植生帯内部に 形成されるギャップを発芽のセーフサイトす るガガブタは，撹乱依存種として位置づけら れる (Grime，1979;Araki

&

Washitani， 2000 ; Ikeda& Itoh， 2001; Nishihiro et a.，l 2004b ; Shibayama& Kadono， 2007b)。 今後，ガガブタの遺伝的多様性を維持しな がら絶滅の可能性を帯びた集団の再生に着手 するにあたって，種子発芽に必要な光と変温 を兼ね備えた被陰されていない地表面を含有 する裸地や水際の湿地帯の創出は必要不可欠 である。 謝

E

宇 本研究は，筆者が神戸大学大学院自然科学 研究科に在籍していた当時に実施したもので ある。研究の機会を与えてくださった神戸大 学大学院理学研究科角野康郎教授，統計解析 を指導してくださった東京大学大学院農学生 命科学研究科石井潤博士，英文校聞に協力し てくださった石井奈都子氏には深謝の意を表 する. 参 考 文 献 Araki

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