博 士 （ 農 学 ） 山 路 恵 子
学 位 論 文 題 名
アカエゾマツの着生菌の代謝産物と 機能に関する生態化学的研究
学位論文内容の要旨
1． 実 験 目 的
一 般 に 針 葉 樹 苗 木 は 、 発 芽 後 外 生 菌 根 菌 と 共 生 体 を つ く る こ と に よ っ て 病 原 菌 へ の 抵 抗 性 を 増 す と さ れ て い る 。 し か し ア カ エ ゾ マ ツ の 菌 根 形 成 に は 長 時 間 を 要 す る こ と か ら 、 本 研 究 で は ア カ エ ゾ マ ツ 苗 木 に お い て 外 生 菌 根 菌 に よ る 苗 立 ち 枯 れ 病 に 対 す る 防 御 機 構 が 成 立 す る 以 前 に 、 苗 木 が 他 の 微 生 物 に よ っ て 土 壌 中 に 存 在 す る 病 原 菌 か ら 保 護 さ れ て い る こ と を 予 想 し 一 連 の 研 究 を 行 っ た 。 微 生 物 の ス ク リ ー ニ ン グ に 際 し 、 化 学 的 防 御 に よ っ て 苗 木 の 病 原 菌 感 染 を 抑 制 で き る 微 生 物 、 即 ち 抗 菌 物 質 産 生 微 生 物 を 夕 一 ゲ ッ ト に し 、 こ れ に よ っ て 得 ら れ た 分 離 微 生 物 に よ る 病 原 菌 感 染 防 御 機 構 の 解 明 を 試 み た 。
2．実験内 容と結果及び考察
A． ア カ エ ゾ マ ツ 種 子 付 着 微 生 物 に よ る ア カ エ ゾ マ ツ 苗 木 の 病 原 感 染 防 御 機 構 Oア カ エ ゾ マ ツ 苗 立 ち 枯 れ 病 菌Pythium vexansに 対 し て 抗 菌 物 質 を 産 生 す る 種 子 付 着 Penicillium属糸状菌
3種4株 のPenicillium属 糸 状 菌 が ア カ エ ゾ マ ツ 種 子 よ り 分 離 さ れ た。 各菌 株は 構 造の 異な る 抗 菌 物 質 を 産 生 し そ れ ぞ れ がPy. vexansに 対 し て 強 い 生 育 阻 害 効 果 を 示 し た 。Pe．cyaneum PGS―T5株 はpatulin (1)、Pe. damascenum PGS‑07株はcitrinin (2)、Pe. implicatum PGS‑S4株は palitantin (3)、frequentin (4)及びarthrographol (5)、Pe. implicatum PGSーS16株は化合物3及び4を 産生した。
＠ 種 子 付 着Penicillium属 糸 状 菌 が 産 生 す る 抗 菌 物 質 の ア カ エ ゾ マ ツ 苗 木 に 対 す る 効 果 各 抗 菌 物 質 の500 ppm溶 液 で 苗 木 を 液 耕 さ せ た 場 合 、 苗 木 に 対 す る 生 物 毒 性 は 確 認 さ れ な か っ た 。 苗 木 根 部 で 各Penicillium属 糸 状 菌 が 抗 菌 物 質 を 産 生 し た 場合 に、 根に は 生物 毒性 を 示 す こ と な く 苗 木 に 対 す る 病 原 菌 感 染 防 御 機 構 が 発 現 す る と 予 想 さ れ た 。
◎Pe. damascenum PGS‑07株による苗木 の病原菌感染枯死の抑制
ア カ エ ゾ マ ツ 苗 木 に 各Penicillium属 糸 状 菌 と 病 原 菌Py. vexansを混 合接 種し た 結果 、Pe． damascenum PGS‑07株 に よ り 苗 木 の 病 原 菌 感 染 枯 死 の 抑 制 が 確 認 さ れ た 。 こ の 現 象 に は 、 抗 菌 物 質citrinin (2)の 産 生 に よ る 化 学 的 防御 効 果と 根部 へ菌 が定 着 する こと によ る ニッ チの 占 有（物理的 防御）効果とが互いに関与 していると結論した。
B． ア カ エ ゾ マ ツ 苗 木 定 着 微 生 物 に よ る ア カ エ ゾ マ ツ 苗 木 の 病 原 感 染 防 御 機 構 苗 木 根 部 で 種 子 付 着 菌 に よ る 防 御 機 構 が 働 い た 後 、 根 部 の 菌 遷 移 が ど の よ う に 進 行 し 、 ど の よ う な 新 た な 防 御 シ ス テ ム が 発 動 す る の か を 検 討 し た 。
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＠苗立ち枯れ病菌Py．vexansに対する抗菌物質産生能を有する苗木根圏定着性Penicillium属 菌の存在
アカエゾマツ林 床土で生育させたアカエゾマツ苗木根部から、Py. vexansに対する抗菌物 質penicillic acid (6)産 生 能 を 有 す るPe. frequenrans NSlA、NS4A株 を 分 離 し た 。
＠ Pe. frequentans NSlA株 に よ る 苗 木 の 病 原 菌 感 染 に よ る 枯 死 の 抑 制 苗木にPe. frequentans NSlA株と病原菌Py. vexansとを混合接種した場合、Py. vexansの単 独接種区と比較し て、混合接種区における苗木生存数の平均値が上昇した 。また本糸状菌の 根部での生育が活 発な程、苗木の生存数が上昇すると推定された。アカエ ゾマツ苗木根から の分泌物を利用し かつ定着選好性があると推測される微生物相から抗菌物 質産生糸状菌が分 離されたとぃう事 実は、種子付着菌が防御機能を果たした後の苗木根部に おける新たな病原 菌感染防御機構の 存在を示唆するものである。
C．アカエゾマツの病原菌感染防御機構 ゜
アカエゾマツ苗木の病原 菌感染防御に機能する種子付着菌(Pe. damascenum PGS‑07株）、
およぴ外生菌根菌(Paxillus sp. 60/92)を苗木根部に混合接種し、苗木定着菌（Pピ，freq entans NSIA株 ）が 生息 する アカエゾマツ林床 土で1ケ月苗木を生育させた 。その苗木根部の菌相を 調 査し3種 の糸 状菌 がア カ エゾ マツ 根部 に共 存し た場 合の 病原 菌感 染防 御の 実体を検討し た。
Pe. damascenum PGS‑07株によるアカエゾマツ苗木の病原菌防御機構
Pe. damascenum PGS‑07株を接種し1ケ月生育させた苗木根部から本糸状菌が再分 離され、
実際の環境下で本菌が苗木 芽生え根部に定着し病原菌感染を抑制する可能性が示唆 された。
＠Pe. frequerttansによるアカエゾマツ苗木の病原菌防御
処理条件に拘わらず全て の区の苗木根部からPe. frequentansが分離され、さらに外生菌根 形成が発達している43年生 アカエゾマツ細根部からもん． frequentansが分離され た。ん．
frequentansは種子が発芽後苗木へと成長する過程にお いて、苗木根部の菌相の変化に影響を 受けずに、根部の菌根形成 終了までの期間さらには終了後にも苗木根部に定着する と考えら れた。このことからん． frequentansは、種子付着菌から外生菌根菌へと菌相の遷移が起こる 際にその仲立ちをしながら アカエゾマツの病原菌感染防御に関与し、外生菌根菌と 共生した ア カ エ ゾ マ ツ 根 圏 で 長 期 に 渡 っ て 共 存 で き る よ う な 糸 状 菌 で あ る と 考 え ら れ た 。
3．総合考察
本 研 究 結 果か ら、 アカ エゾ マツ 苗木 の 各生 育段 階に おい て種 子付 着菌Pe. damascenum PGS‑07株からPe. frequentans.最終的に共生する外生菌根菌による病原菌感染防御機構が苗 木根圏の菌遷移に伴って展開 していると考えられた。森林土壌の糸状菌フローラは農耕地土 壌に比べてPenicillium属糸状菌が優勢すると言われており、そのような環境下でPenicillium 属糸状菌による病原菌感染防 御機構が苗木根部で発動することはアカエゾマソにとって合理 的な状況であり、病原菌に侵 されやすい苗木が獲得した機能ではないかと思われる。細部に 渡る詰めは残されているが、 本研究で得られた結果は、苗木生育初期段階における外生菌根 菌以外の微生物による新たな 病原菌感染防御の仕組みが、苗木根部での菌遷移に伴って機能 している可能性を示唆してい る点で意義深いものであると思われる。本研究が他の植物と種 子付着菌、苗木定着菌そして 共生菌との生態学的相互作用を考える手掛かりになり、新しい 植物防疫へのアプローチとな ることが期待される。
―945−
O HOOC
O H
HO HO
1: patulin 2: citrinin 3: palitantin
HO HO
つ C OOH
− ， ク 丶 ク 丶 ＝ ゴ H3CO
4: frequentin 5:arthrographol 6:penicillic acid
‑ 946
学位論文審査の要旨 主査
副査 副査 副査
教 授 田 教 授 高 教 授 吉 助教授 橋
原 哲士 橋 邦秀 原 照彦 床 泰之
学 位 論 文 題 名
アカエゾマツの着生菌の代謝産物と 機 能 に 関 す る 生 態 化 学 的 研 究
本 論 文 は 、 和 文343頁 、 図157、 表49、5章 か ら な り 、 ほ か に 参 考 論 文1編 が 付 さ れ ている。
一 般 に 針 葉 樹 苗 木 は 、 発 芽 後 外 生 菌 根 菌 と 共 生 体 を っ く り 土 壌 病 原 菌 に 対 す る 抵 抗 性 を 増 す と さ れ て い る 。 し か し ア カ エ ゾ マ ツ の 菌 根 形 成 に は 長 時 間 を 要 す る こ と か ら 、 本 研 究 で は ア カ ェ ゾ マ ツ 苗 木 に お い て 外 生 菌 根 菌 に よ る 防 御 シ ス テ ム が 成 立 す る 以 前 に 、 苗 木 が 他 の 微 生 物 に よ っ て 土 壌 病 原 菌 か ら 保 護 さ れ て い る こ と を 想 定 し 、 一 連 の 実 験 を 行 っ た 。 微 生 物 の ス ク リ ー ニ ン グ に 際 し 、 化 学 的 要 因 に よ り 苗 木 の 病 原 菌 感 染 を 抑 制 で き る 微 生 物 、 即 ち 抗 菌 物 質 産 生 微 生 物 を タ ー ゲ ッ 卜 に し 、 得 ら れ た 微 生 物 に よ る ア カ ェ ゾマツの病原菌感染防御の可 能性を追究し以下の結果を得ている。
1． ア カ エ ゾ マ ツ 種 子 付 着 菌 の 抗 菌 物 質 産 生 と ア カ ェ ゾ マ ツ 苗 立 枯 れ 病 菌 の 抑 制 ア カ ェ ゾ マ ツ 苗 立 枯 れ 病 菌Pythium vexansに 対 し て 抗 菌 物 質 を 産 生 す る3種4株 の Penicillium属 糸 状 菌 が 、 産 地 を 異 に す る ア カ エ ゾ マ ツ 種 子 よ り 分 離 され た。 各菌 株は 対 峙 培養 でり ′．vexansの 生育 を強 く抑 制し 、純 粋培 養し たPe. cyaneum PGS−T5よ りpatulin (1)、Pe. damascenum PGS−07よりcitrinin (2)、Pe. implicatum PGS‑S4株よりpalitantin (3)、 frequentin (4)及CBarthrographol (5)、Pe. imp瓜沼ん脚PGS―S16株より化合物3及び4を抗菌活
O HOOC U OH OH
Lニ patulin 2: ciLrinin
O HO CH20H
HO ン ク ャ 入 / 丶 3 ： paljCannn
o Hoぬルケ塒COOH ::tr:̲ OH H3CO
4: frequentin 5:arthrographol 6:penicillic acid
性 本体 と し て単 離 同定 し た 。こ れ らの抗菌性 代謝産物 は、カッ プ法では25 ppm程度で め′．、′exansの生育を阻害したが、アカエゾマツ苗木を高濃度(500 ppm)の溶液中で液耕 しても 生物毒性 は発現せ ず：苗木 根部で各Peniallium属糸状菌が抗菌物質を産生した場 合 に、 根 に は毒 性 を示 す こ とな く 苗木の病原 菌感染を 抑制でき ることが 予想され た。
アカェゾマツ苗木に各PeniciJllium属糸状菌と病原菌Py. vexansを混合接種した結果、
citrinin (2)産生菌であるPe. dam．笛cenumPGSー07により苗木の病原菌感染枯死が有意に抑 制 され 、その効 果は、抗 菌物質2の 産生による 化学的防 御と根部 へ菌が定 着するこ とに よるニッチの占有によると結論された。
2． ア カ エ ゾ マ ツ 苗 木 定 着 微 生 物 に よ る ア カ ェ ゾ マ ツ 苗 木 の 病 原 菌 感 染 防 御 苗 木根 部 で 種子 付 着菌 に よ る苗 立 枯れ病菌の 抑制機構 が働いた 後の根部 の菌遷移 、新 た に発 動する防 御システ ムを検討 するため、 病原菌fレ 兜船恥に 対する抗 菌物質産 生能 を有す る苗木根 圏定着菌 をスクリ ーニング し、アカエ ゾマツ林床土で生育させたアカエ ゾマツ苗木根部から、B′，ヽ′e．船nsに対する抗菌物質pemcnncacidく6）産生能を有するPe． mquen觚NSlA、NS4A株 を 分離 し た 。NSlA株 と め′ ． 他xamと を アカ エ ゾ マツ 苗 木に 混 合接種 した場合 、苗木生 存数が上 昇した。 生存苗木の 根部では本糸状菌の活発な増殖が 観察さ れた。ア カエゾマ ツ苗木根 からの分 泌物を利用 しかつ定着選好性があると推測さ れる根 圏微生物 相から抗 菌物質産 生糸状菌 が分離され た事実は、種子付着菌が防御機能 を 果 た し た 後 に 新 た な 病 原 菌 感 染 防 御 機 能 が 働 く こ と を 示 唆 し て い る 。 3．アカエゾマツの根圏で展開している多様な病原菌感染防御機構
アカェ ゾマツ苗 木根部に 種子付着 菌Pe．da触i鉛 印脚PGS―07および外生菌根菌Paxmus sp．60／92を単独あるいは混合接種し、苗木定着菌Pe，frequ印伽帖NSlA株が生息するアカ エゾマ ツ林床土 で1ケ月間 苗木を生 育させ、 根部の菌相 を調査し3種の糸状菌がアカエゾ マ ツ 根 部 に 共 存 し た 場 合 の 病 原 菌 感 染 防 御 の 実 態 を 検 討 し た 。 そ の 結 果 、 ん ． dam．asc印脚PGS．07を接種 した苗木根部から本糸状菌が再分離され、本菌が苗木芽生え 根部に 定着し病 原菌感染 を抑制で きること が示唆され た。また、処理条件に拘わらず全 ての区の苗木根部からPe．轟．equen臼田sが分離された。
外生菌根形成が発達している43年生アカエゾマツ細根部からも尸e．加quen細sが分離さ れたこ とから、 同菌はア カエゾマ ツ根圏で 種子付着菌 から外生菌根菌への菌相の遷移期 に介在 し、アカ エゾマツ の病原菌 感染防御 に機能しつ つ、外生菌根菌と共生したアカェ ゾマツ の根圏で持続的に共存できる糸状菌であると考えられた。森林土壌の糸状菌フ口ー ラ は 農 耕 地 土 壌 に 比 べ てPe晒c皿 脚 属 糸 状 菌 が 優 勢 で あ り 、 そ の よ う な 環 境 下 で nmc泌脚 属 糸 状菌 に よる 病 原 菌感 染 防御 機 構 がア カ エ ゾマ ツ 根圏 で発動す ることは 極 めて合 理的で、 病原菌に 侵されや すいアカ エゾマツ苗 木の適応度を高めるのに役立って いると考えられる。
以上の ように本 研究は、 アカェゾ マツの苗 木生育初期 段階における外生菌根菌以外の 微生物 による病 原菌感染 防御シス テムの存 在を示唆す るもので、植物と種子付着菌、苗 木 定 着 菌 そし て 共生 菌 と の生 態 学的 相 互 関係 に つい て 、 重要 な 新 知見 を 得て い る 。 よって審査員一同は、山路恵子が博士（農学）の学位を受けるに十分な資格を有するも のと認めた。
