森林における分解者を主とする環境教育教材の開発
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(2) 学校教育学研究, 2003,第15巻. 96. はじめに 総合的な学習の本格的導入とともに小・中・高校でその. 校でも応用は可能と恩われる。 森林生態系での分解者の感知と観察. 教材を構造的配列あるいは多様化することが急がれてい る。特に体験学習や野外活動にともなう教材とその組み. 問題提起としては"森林において,毎年多量の落ち葉・. 合わせの有効利用が求められていると言えよう。そのた めには,まず山や川や海がそのフィールドの第一候補に 上げられる。しかし,特に環境学習を主とした場は学校 の置かれた地理的な制約を受け易い。農村部で山林が, 漁村部では海浜が身近にあるが,学校数の多い都市近郊 部ではこの双方にとっての理想的な場は極めて乏しい。. 枯れ木がでるのに,どうして森林は落ち葉などで埋め尽 くされないのだろうか"あるいは"毎年見る落ち葉の量 はいっも一定なのは何故なのだろうか"であろう。その 答えのためには,その落ち葉の層や倒木をよく観察する ことである。そこには,キノコの発生がみられるか,無 ければルーペ等で菌糸のネットワークや菌による不規則. しかし,山林とか海浜のような自然環境素材としての区 別は,そこの自然環境とその生態系の生産者である緑色 植物と,それに従属する消費者としての動物に主たる違 いがあり,分解者が主体になってフィールドが選ばれる ことはほとんどない。分解者を主体にした環境教材にお いては,フィールドの違いによる方法論にはそれほど大 きな差異はなく,農村部・漁村部・都市近郊部にもほと んど共通にかつ普遍的に教材および方法が存在している。 また,その"自然度"においては程度の差はあるが共通 の教材の場を提供してくれていると考えられる。 今日の地球規模での環境問題は,文部省の環境教育指 導資料(小学校編, 1992 ;中学校・高等学校編, 1992 ; 事例編, 1995)にあるとおり,地球温暖化,オゾン層の 破壊,熱帯林の減少,酸性雨(寡),海洋汚染,および 都市・生活型公害などである。これらのうち,前者であ ればあるだけ問題自体が大きく,身近な我々の参加によ るだけでは改善され難い課題である。しかし,このなか. な腐植の跡を観察することができる。落ち柔の層をさら に深く掘り下げれば,菌糸束や菌糸塊も見ることができ. でも最後の都市・生活型公害は,学校教育をとおしての 我々の参加が最もはたらき易い問題である。都市化によ り人々が出した産業廃棄物あるいは家庭ゴミは,人間に とってはゴミであるが,生態系の中では他の生物のエネ ルギー源であり,かつ物質循環の原材料でもある。これ らはさらに,物質循環のもとでは,生産者の植物にとっ ての有機物合成の原材料になっている。この産業廃棄物・ ゴミは生態系のなかでは,分解者である菌・バクテリア が活発に機能さえしていれば原理的には問題はないと考 えられる。しかし,自然界に存在しないかあるいは存在 してもごく微量の化学合成物質を多量に製造した場合に は,その急速な分解・原材料化には問題が残っている。 ここでは,森林生態系にみられる落葉・落枝・倒木の 分解を,その分解者である菌・バクテリアの観察および 検出をとおして分解者の教材化として報告したい。分解 者が教科書に出てくるのは,中学校理科第2分野の「生 物どうしのつながり」の単元であり,基本履修学年は3 年生である。従って,中学3年生を主とした環境教育な いしは総合学習での教材化をめざしているが,多少の修 正を加えることにより他の学年あるいは小学校・高等学. る(山口・今村, 2001)。落ち葉から直接発生している 場合は,小型のモリノカレバクケ属のものでは1枚の柔 より数個のキノコが見られることがしばしばある(図1 A)。倒木の場合も同様に,小型の群生するタイプのク ヌギタケ属のものやスギクケ属のものが一面を被うこと が多く分かり易い(図1 B)。いずれも小型で群生する タイプのキノコが1枚の薫等から養分を得ていることが 捉えられ易い。これらのキノコをっくる菌は木材腐朽菌 と称され,植物遺体から生活のエネルギーを得ている。 また1枚の糞より生じる菌体の相対量を感知することも できる。森林の中には同じく分解者として,動物遺体あ るいは他の菌から生活のエネルギーを得ている冬虫夏草 と呼ばれる子嚢菌の一群もあるが,発生も少なくまた見 出すのに熟練が要求される(今関・本郷, 1987, 1989)。 木材腐朽菌のエネルギー源 木材腐朽菌がどうして落ち葉や倒木の上にキノコを発 生させているかは,その生えている葉あるいは枝や幹を 顕微鏡で観察することで容易に分かる。これらは中学校 第2分野の1年生で「植物の葉・茎・根のつくり」の単 元ですでに学習している。さらに,若い茎の断面をライ トグリーンで筋部細胞質を,サフラニンで木部リグニン の二重染色により,前者は緑色に後者は赤く染め分けら れる(図2A)。このことにより植物の構成は主に2成 分があるのがうかがえる。前者を分解して養分を得れば, 結果として後者の褐色のリグニンと呼ばれる接着剤の成 分が残り,ヤニ色の材となる。後者を分解して養分を得 れば細胞壁の主成分セルロースが残り,白色となるoこ れらは褐色腐朽およぶ白色腐朽と呼ばれている(今関・ 本郷, 1987) (図2B)。リグニンやセルロースという単 語は中学校レベルでは扱われていないので"ヤニ色の接 着剤"および"細胞の外壁の繊維成分''などの説明が必 要になるだろう。葉の構成も基本的には同一であるが, 葉は断面切片を作るのが少々困難なので,若い枝・茎の.
(3) 分解者の環境教育教材. ほうが材料としては適している。 森林地上部での褐色腐朽菌と白色腐朽菌 落ち葉・枯れ枝・倒木の細胞壁から主にエネルギーを 得るのか,あるいはその接着剤のリグニンから主にエネ ルギーを得るのかは菌の種類によって異なっている。基 本的にはどの菌も両方の性質は持ち合わせてはいるが, どちらか一方が優っているばあいは,前者では褐色腐朽 菌と呼ばれ,後者では白色腐朽菌と呼ばれる。その菌が どちらかは,そのキノコの"石付き"すなわち柄の付け 根の材をナイフ等で剥がして見ると簡単に見分けられる。 シイの倒木によく見られるヒラフスベなどのように材の 色がヤニ色の場合は"褐色腐れ"といわれ褐色腐朽菌で ある(図3A)c同じシイに見られるシイタケの場合は 材は白く"白腐れ"といわれ白色腐朽菌である(図3 B)。 この区分はヒダナシタケの仲間では重要な分類のキーに もなっており,文献にも記載されている(今関・本郷, 1989)。分解者の菌が,植物の主成分のどちらを主に分 解するかによって,分解菌間でも住み分けも観察するこ ともできる。種の数としては,後者のはうが多い(今関・ 本郷, 1989)c. ある。前者の例としては,青色のリョクショウクサレキ ン,朱色のヒイロタケやシュタケ,黄色のキララタケ, 薄茶色のヒラフスベやツキヨタケ(図4A, Yamaguchi and Kobayashi, 1994),褐色のタバコウ ロコタケ科のものなどである。後者の例としては,ナラ タケは黒色の頑丈な菌糸束を網の目のように張り出して いる(図4B)。ナラタケの菌糸には発光性もあるが, ヤコウタケでは相当の発光性があり,昼間でも菌糸の光 は観察できる(今関・大谷・本郷, 1988)。これらの菌 糸がキノコを形成する菌の本体であることの実験は,中 学校の範囲を逸脱はするけれども,採取されたキノコよ り菌糸を抽出して培養すればキノコを形成することから 直接理解される。 分解菌間の住み分け 森林生態系においては生物群集を構成している種は, 基本的にはエネルギー流と物質循環のもとに住み分けを おこなっている。分解者の中においても,上記の植物遺 体のセルロースとリグニンの2大栄養源のどちらに主に 依存するかにより白色腐朽菌と褐色腐朽菌に大別される。 この2者は互いに住み分けをおこないっつも共に機能し 合うと効率の良い植物遺体の分解が可能になる。 1本の. キノコの菌糸の観察とその特徴. 倒木に複数の菌が生息する場合には,白色腐朽菌と白色 腐朽菌あるいは褐色腐朽菌と褐色腐朽菌の組み合わせだ. 分解者としての菌の観察にはキノコを指標にする場合 が多いが,腐葉堆積層の下を取りだしてみたり,倒木の 樹皮を剥がしてみると菌糸束や菌糸塊として直接に観察 されることも充分可能である。この場合は,白色に見え る菌糸が多いが,菌糸が着色していたり,特有の菌糸束 を形成している場合には,菌糸のみで種の同定も可能で. と競争が生じるが,白色腐朽菌と褐色腐朽菌の組み合わ せの場合には互いに単独の場合よりは効率は良い。シイ の倒木の場合には,白色腐朽菌のシイタケと褐色腐朽菌 のヒラフスベの同時生息を子体実体の混生より知ること ができる。ただ,時期的にはシイタケの発生がヒラフス ベに先行するケースが多い。褐色腐朽菌と褐色腐朽菌の.
(4) 98. 学校教育学研究, 2003,第15巻. 組み合わせでは,シイの立ち枯れの場合には,地際には カンゾウタケが,ある高さの主幹の分岐点あたりではヒ ラフスベのキノコが同時に見られ,空間的に住み分けを おこなっていることが観察される(Yamaguchi and Tsuchida, 1995)cこれらの菌糸間の住み分けは実験的 にも可能であり,上記の菌糸の色彩や形状で見分けがつ く場合には(図5A), 2種の菌糸の同時培養により, どの組み合わせが菌糸問の相互作用で菌糸成長が良いか を判断できる(図5B)。 森林地表部での分解菌 森林における分解菌は,地上部にのみ生息しているわ けではなく,地表や地下にも生息している。また,キノ コを形成する担子菌および子嚢菌のような高等菌のみで はなく,広くカビと呼ばれている接合菌や不完全菌をも 含んでいる。カビはキノコのような大型の子実体を形成 せずに,個々の菌糸の先端に胞子を形成するために,森 の中では小型で見難いが注意すれば地表部を被っている 時などには比較的容易に観察される。カビは中学校理科 の1年生から教科書に出てくるので,すでに用語の上か らも馴染みは深い。平坦な地上部では,落ち葉や枯れ枝 のために認め難いが,急斜面や切り通しなどでの富栄養 の地上ではマット状に広がっている(図6A)。フィル ムケースやビニール袋で採取した後に,実験室で顕微鏡 観察できる。発展的な意味では,シャーレに無菌培地を 作っておき,森林あるいは実験室で蓋を一定時間開いた 後,約1週間培養すれば多くの種類のカビおよびバクテ リアをそれらのコロニーとして肉眼で観察できるように なる(図6 B)。多量の分解者の胞子・細胞が生態系の 中に浮遊して,生物遺体は速やかに分解されるのが認識 されうると思われる。. 森林地下部に生息する分解者 森林生態系においては,地上部は主に生産者の分布域 であり,地上部は消費者のそれで,地下部が主に分解者 の生息域として住み分けている(山口・久保田・畠山, 2002)c土壌中に生息する分解者は顕微鏡的に小型であ り,かつ地表からは直接見ることができない。このため に,分解の主役を担いながら,環境教育および理科教育 などでは観察・実習・実験がおこなわれることは少ない。 さらに,これらの検出の手法となる無菌培養が中学校レ ベルではネックにもなっている。しかし,今後の本格的 な環境教育の導入および環境汚染への取り組み等の理解 の必然性のためには克服しなければならない問題である。 高圧蒸気滅菌器(オートクレイブ)があれば良いが,家 庭用の蒸し器でも可能である。基本培地はMYPで,ペ. プトン2g,粉末酵母1g,ブドウ糖0.5gおよび粉末 寒天15gを水1000M」に入れ1時間以上煮沸した後に, 滅菌シャーレに分注して作っておく(古川, 1992)c森 林土壌1gを滅菌水で10"に希釈して,その0.1m」を シャーレに播いて25-Cで約1週間培養する。出現した コロニーは,菌と放線菌と他のバクテリアが混合したも のであるが,コロニー間には互いに抗生物質を出し合い 混ざることはない。土壌のサンプルはできれば地表から 5ないしは10cm毎に採り,深度別に観察実験するのが 垂直分布が観察されより良い。兵庫県社町での照葉樹林 での例を示した(図7)。表層では,森林土1g中に約 108で分解者の最低生息が見られるが, 30cmより深い 土壌中には観察されなくなる。 おわリに 環境教育を含めた総合的な学習では,生徒の体験学習 が基盤になっている。その場合,まず体験の場が必要と なってくる。環境学習の場合には,観察・体験をとおし て"人も生態系の一員である"ことの認識がその第一歩 となってくる(山口・久保田・畠山, 2002)。その生態 系の構成員は,生産者としての植物,消費者としての人 を含む動物,それに消費者としての菌・バクテリアの3 大グループである。前2者は観察・体験から親しみもあ り,容易に理解されうるが,分解および分解者の理解は それらが小型生物でもあり,かつ主としての生息域が地 下であることもあり理解され難い。分解者を扱うフィー ルドとしては,生産層一消費層一分解層が垂直に並んだ 森林が,これらがより連続的な海・池・川などの水界生 態系よりは適していると思われる。森林をフィールドに 選んだ場合,主たる観察は地中になるが,土壌生物は微 生物である点を考え,より大型のそれらが見られ易い地 上部から入り,最終的には土壌中の菌・バクテリアの観 察が理想と思われる。落ち葉・倒木上のキノコあるいは 菌糸の観察から,地表のカビ,そして土壌中のバクテリ アの配列が理想である。これらを大きさから並べると大 から小へのキノコーカピーバクテリアの配列にもなって いる。現代の地球規模で問題になっている環境問題は, 温暖化・オゾン層破壊・熱帯林減少・酸性雨・海洋汚染・ 都市生活型公害である(文部省環境教育指導資料)。し かし,生徒が体験をとおして認識しかつその改善に積極 的に参加するには,前5者は問題が大きすぎる。生活型 公害は身近な問題でもあり,観察かつ参加でき易い。こ の積極的な改善には,我々の消費生活を改善するととも に,生態系の概念の上では生活廃棄物を速やかに分解し て生産者の原材料に還元する``分解"の役割と,それを 可能にするキノコ・カビ・バクテリアの認識理解である。 この意味でも,野外における分解者のいっそうの教材開.
(5) /Jf葺き＼蝣; :;;^!>/f}i'jこ. 図2.植物の若い枝の横断面の染色切片とその主成分。 A :イヌブナの枝組織の2重染色。生きた師部組織の細胞はライトグリーンで緑色に染色される。死んだ木部の細胞壁連絡はサフラニンで赤色に染色される。 B : ツブラジイの枝の横断面(上),セルロースが分解されリグニンのヤニ色のEj立つ褐色腐朽材(左)およびリグニンが分解されセルロースが目立っ白色腐朽材(右)。. ∽∽.
(6) 三二. 傭蒲簿瑚俄雪滑,2003,湖15勝. 黙=拏;*:---實.
(7) mmm配転EB矧Utti. 図6.森林地表におけるカビ・バクテリアの生息。 A :森林の急斜面に見られる不完全菌アオカどのコロニー(青色)。 B :無菌培地の蓋を閉じたまま(下), 30分間の開放とその後閉じて1週間培養を続けて出 現したカビ・バクテリアのコロニー(左)および60分間の開放のもの(右)。. 図7.兵庫県社町の照葉樹林土壌での深度別にみられる 菌・放線菌・バクテリアのコロニー数の推移O 縦の4列は同一森林での別の4地点のもの。 A:10月のサンプルB:5月のサンプル。. m i l.
(8) 学校教育学研究, 2003,第15巻. 102. 発が必要と思われる。 引用文献 今関六也・大谷吉雄・本郷次雄, 1988,日本のきのこ,山と渓 谷社,東京 今関六也・本郷次雄, 1987,原色日本新菌類図解(I),保育 社,大阪 今関六也・本郷次雄, 1989,原色日本新菌類図解(n),保育 社,大阪 古川久彦, 1992,きのこ学,共立出版,東京 文部省, 1992,環境教育指導資料(小学校編),文部省,東京 文部省, 1992,環境教育指導資料(中学校・高等学校編),文 部省,東京 文部省, 1995,環境教育指導資料(事例編),文部省,東京 山口修・久保田正昭・畠山真由美, 2002,東アジアの主な天 然林型に見られる植相と土壌層の階層構造とそれに基づいた 環境教育,兵庫教育大学研究紀要, 22 (3) : 65-76 山口修・今村彰, 2001,タケ林のキノコをとおしてみる環 境教育,兵庫教育大学学校教育研究センター紀要13 : 129139 Yamaguchi, O. and C. Kobayashi, 1994, Habitat segregation and cultural preference of Lampteromyces. japonicus and Armillariella mellea,兵庫教育大学研究紀 要, 14 (3) :19-23 Yamaguchi, O. and Y. Tsuchida, 1995, Analysis of forest ecosystems: Vertical structure of woody plants and. mushrooms in evergreen broad-leaved forests,兵庫教育 大学研究紀要, 15 (3) : 23-31 (2002.7.31受稿, 2002.9.17受理).
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