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Study on DOP hydrolysis processes of lake water phosphorus cycling based on the enzyme-mediated DOP regeneration rates and the oxygen isotopic composition of phosphate.

Research Project

Project/Area Number 19K06196
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 40030:Aquatic bioproduction science-related
Research InstitutionKyoto University (2022-2023)
Research Institute for Humanity and Nature (2019-2021)

Principal Investigator

Ikeya Tohru  京都大学, 生態学研究センター, 研究員 (70361590)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 奥田 昇  神戸大学, 内海域環境教育研究センター, 教授 (30380281)
伴 修平  滋賀県立大学, 環境科学部, 教授 (50238234)
石田 卓也  広島大学, 先進理工系科学研究科(総), 助教 (70759571)
丸尾 雅啓  滋賀県立大学, 環境科学部, 教授 (80275156)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords有機態リン / オルトリン酸 / イオンクロマトグラフィー / リン酸酸素安定同位体 / リン酸エステラーゼ / エクトエンザイム / 微生物メタゲノム / 次世代シーケンサー / 滞留時間 / 閉鎖性水域 / オルトリン / 酸素安定同位体 / 蛍光性エステラーゼ基質 / リン循環 / エステラーゼ / リン酸-酸素安定同位体 / 内湖 / プランクトン
Outline of Research at the Start

湖沼生態系においてリンはしばしば生物生産の制限要因になる。有機態リンを分解してオルトリン酸に変える再生過程は微生物のリン利用戦略としてもリン循環の生物過程としても重要だが、水圏の有機態リンの存在量と利用を解明する測定手法や個々の過程は未解明な点が多く理解が進んでいない。本研究では、水田から排水が流入する2つの連結内湖の湖水について、リン酸エステル分解酵素の基質特異性に基づく有機態リン分子種の分解過程と生物によって取り込まれた履歴情報を含むリン酸-酸素安定同位体の二つの側面からリン循環速度を見積もり、微生物群動態とリンの生物学的循環の有機態リンの存在量の時間的・空間的変動を明らかにする。

Outline of Final Research Achievements

We developed a novel method to determine organic phosphorus concentration’s of lake water by determination of orthophosphate with ion chromatography, after through decomposition with a phospho-mono-esterase or combination of a phospho-mono-esterase and de-esterase(’s). It allowed to determine acid-labile organic phosphorus concentration’s based on the (mono-, and di-)-esterase-species for digestion and the size fraction of lake water. A turnover time for each esterase-species was also determined from the esterase-species concentration’s and the decomposition kinetics determined experimentally with fluorescent substrates. The investigations combined with phosphate oxygen isotope analysis have elucidated the relationship of these values, and the seasonal changes and the effects of phosphorus-loading on the phosphorus cycling in a semi-enclosed water.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

有機態リンがリン酸エステラーゼで分解される際、同位体交換平衡によって生じるリン酸-酸素安定同位体比の変化は、野外に適用可能なリン循環の指標として用いられるようになった。一方、有機態リンの測定は、従来、化学的分解や分子量に基づく分析操作上の定義に基づく把握に留まっていた。本研究では、湖水の酵素加水分解によって生成したオルトリン酸をイオンクロマトグラフィーで定量することによって分解酵素種ごとに有機態リン濃度を測定する方法を確立し、現場の有機態リン基質の回転時間を酵素反応速度論から求めることにより、有機態リン基質動態とリン酸-酸素安定同位体比変化の対応関係について議論することが可能になった。

Report

(6 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2024 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] 琵琶湖周辺内湖の再生と保全 (第1報) : 平湖・柳平湖の水質改善と滞留時間調整の検討2024

    • Author(s)
      池谷 透, 石田 卓地, 易 容, 伴 修平, 大久保 卓也, 奥田 昇
    • Journal Title

      自然環境復元研究

      Volume: 14(1) Pages: 17-29

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 琵琶湖周辺内湖の再生と保全(第2報): 平湖・柳平湖の水質維持と在来魚遡上の両立をめぐる地域住民活動との協働2024

    • Author(s)
      池谷透, 上原佳敏, 伴修平, 脇田健一, 奥田昇
    • Journal Title

      自然環境復元研究

      Volume: 14(1) Pages: 31-43

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Using oxygen isotopes in phosphate to assess biological phosphorus cycling in a small and shallow freshwater lake system2024

    • Author(s)
      Yi Rong、Ishida Takuya、Song Peixue、Ikeya Tohru、Okuda Noboru、Paytan Adina、Ban Syuhei
    • Journal Title

      Limnology and Oceanography

      Volume: 9999 Issue: 5 Pages: 1-14

    • DOI

      10.1002/lno.12571

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Identification of phosphorus sources in a watershed using a phosphate oxygen isoscape approach2019

    • Author(s)
      Ishida, T., Y. Uehara, T. Iwata, A. P. Cid-Andres, S. Asano, T. Ikeya, K. Osaka, J. Ide, O. L. A. Privaldos, I. B. B. De Jesus, E. M. Peralta, E. M. C. Trino, C.-Y. Ko, A. Paytan, I. Tayasu & N. Okuda
    • Journal Title

      Environmental Science & Technology

      Volume: - Issue: 9 Pages: 4707-4716

    • DOI

      10.1021/acs.est.8b05837

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 「内湖再生」を経て「在来魚のにぎわい」へ-平湖・柳平湖保全の取り組み-.2022

    • Author(s)
      池谷透
    • Organizer
      滋賀自然環境研究会第30回研究発表会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 琵琶湖周辺内湖における可分解性溶存有機態リン動態と現場分解活性.2022

    • Author(s)
      池谷透・易容・伴修平・丸尾雅啓・石田卓也・奥田昇
    • Organizer
      日本陸水学会第86回大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] イオンクロマトグラフィーを用いた有機態リンの酵素加水分解定量2021

    • Author(s)
      池谷透, 丸尾雅啓
    • Organizer
      日本陸水学会第85回大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] The analysis of the community composition of riverine bacteria and microalgae in relation to nutrient status and diversity: the case in irrigation season in the Yasu River, Japan2019

    • Author(s)
      Ikeya Tohru、Ishida Takuya、Uehara Yoshitoshi、Asano Satoshi、Tayasu Ichiro、Okuda Noboru、Ushio Masayuki、Fujinaga Shohei、Ko Chia-Ying、Peralta Elfritzson M.、Ishikawa Naoto F.、Iwata Tomoya
    • Organizer
      Japan Geoscience Union Meeting 2019
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 地域住民と結ぶ身近な自然との関わり-流域内をつなぐ地域保全の視点2019

    • Author(s)
      池谷透
    • Organizer
      自然環境研究会第29回研究発表会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 住民と共に考える内湖の身近な水辺環境再生2019

    • Author(s)
      池谷透・石田卓也・上原佳敏・伴修平・大久保卓也・脇田健一・谷内茂雄・奥田昇
    • Organizer
      自然環境復元学会第20回全国大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Book] 流域ガバナンス2020

    • Author(s)
      脇田 健一、谷内 茂雄、奥田 昇
    • Total Pages
      470
    • Publisher
      京都大学学術出版会
    • ISBN
      9784814003037
    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2025-01-30  

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