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Studies on nitrogen fixation of iron reducing bacteria as a key process supporting sustainable nitrogen fertility of rice paddy soil : towards low nitrogen agriculture

Research Project

Project/Area Number 20H05679
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (S)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Broad Section F
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

妹尾 啓史  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (40206652)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 増田 曜子  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (80813237)
伊藤 英臣  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (70748425)
早川 智恵  宇都宮大学, 農学部, 助教 (10725526)
藤原 徹  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (80242163)
大森 良弘  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (20398390)
高橋 嘉夫  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (10304396)
小暮 敏博  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任研究員 (50282728)
Project Period (FY) 2020-08-31 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥198,120,000 (Direct Cost: ¥152,400,000、Indirect Cost: ¥45,720,000)
Fiscal Year 2024: ¥32,110,000 (Direct Cost: ¥24,700,000、Indirect Cost: ¥7,410,000)
Fiscal Year 2023: ¥31,590,000 (Direct Cost: ¥24,300,000、Indirect Cost: ¥7,290,000)
Fiscal Year 2022: ¥38,870,000 (Direct Cost: ¥29,900,000、Indirect Cost: ¥8,970,000)
Fiscal Year 2021: ¥38,350,000 (Direct Cost: ¥29,500,000、Indirect Cost: ¥8,850,000)
Fiscal Year 2020: ¥57,200,000 (Direct Cost: ¥44,000,000、Indirect Cost: ¥13,200,000)
Keywords鉄還元菌窒素固定 / 水田土壌微生物 / 窒素供給力 / 窒素肥沃度 / 低窒素農業 / 水田土壌 / 生物的窒素固定 / 鉄資材
Outline of Research at the Start

「稲は地力でとる」と言われるように、水田土壌には窒素供給力(窒素肥沃度)を自律的に維持する能力が備わっているが、そのメカニズムは不明であった。我々は近年、「鉄還元菌による窒素固定」が窒素供給力の根幹をなす可能性を見出した。これを発展させ、本研究では低窒素施肥で十分な水稲収量を得る低窒素農業技術の基盤を構築する。水田土壌の鉄還元菌の生態、窒素固定量、窒素固定を制御する要因の解析を行う。さらに、鉄施用を軸として鉄還元菌窒素固定を高める土壌管理法を提案し、圃場試験によって技術の確立を目指す。鉄還元菌窒素固定の全貌を解明し、大量窒素施肥による環境汚染を低減化する水稲生産技術へ応用する独創的研究である。

Outline of Annual Research Achievements

[I.水田土壌における 鉄還元菌窒素固定の学術基盤解明 ]
1.鉄還元窒素固定菌の微生物生態学的基盤:鉄還元窒素固定菌の分離株の性状解析を行い、窒素固定を行う際に利用できる炭素源を明らかにした。また、世界各地の様々な土壌のメタゲノムデータ解析を行い、鉄還元菌由来の窒素固定遺伝子は普遍的に存在していることを示した論文を投稿した。
2.鉄還元菌窒素固定の土壌窒素供給力への寄与:農業用鉄粉を散布した水田土壌を用いて行った15N2-stable isotope probing法により鉄還元菌が水田土壌における窒素固定のキープレーヤーでありその活性が鉄粉の散布により増強されること、また、実際に土壌に固定される窒素量も増加することを示した論文を公表した。
3. 鉄還元菌窒素固定を制御する環境要因:水田土壌の窒素固定の制御要因の一つである稲わらは微生物によってどのように利用されるのかを13C-稲わらを用いたSIP法により特定した。また、稲わら由来の炭素化合物である糖類や有機酸の同定および定量を行った。
[II.鉄還元菌窒素固定の低窒素農業への応用 ]
水田土壌ミクロコズム試験から、ケイ素含有フェリハイドライトよりもフェリハイドライトやレピドクロサイトにより高い窒素固定増強効果があることを示した。また、バングラデシュの水田圃場において鉄資材の水稲生育向上効果を評価した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

実施予定の研究計画の各項目について研究生進めている。土壌中の稲わらの分解産物である有機酸の解析手法および解析条件の再検討が必要と分かり時間を要したことを除いては、順調に研究が進展して成果を得ることができた。

Strategy for Future Research Activity

研究計画の各項目と実施内容に変更はなく、計画通りに推進していく。

Assessment Rating
Interim Assessment Comments (Rating)

A: In light of the aim of introducing the research area into the research categories, the expected progress has been made in research.

Report

(7 results)
  • 2022 Abstract (Interim Assessment) ( PDF )   Annual Research Report   Interim Assessment (Comments) ( PDF )
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Abstract ( PDF )   Comments on the Screening Results ( PDF )   Annual Research Report
  • Research Products

    (54 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (11 results) (of which Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 4 results) Presentation (40 results) (of which Invited: 10 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] 南京信息工程大学/南京工業大学(中国)

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      日本土壌肥料学会関東支部大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 水田土壌で確認された各形態の鉄鉱物種による鉄還元菌窒素固定の増強効果2021

    • Author(s)
      佐藤咲良・増田曜子・大峽広智・小暮敏博・高橋嘉夫・妹尾啓史
    • Organizer
      日本土壌肥料学会関東支部大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 鉄で土を肥やす~水田土壌における窒素固定の新たな役者「鉄還元菌」の発見と応用2021

    • Author(s)
      妹尾啓史・大峽広智
    • Organizer
      令和3年度肥料経済研究会
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      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 水田土壌において鉄還元窒素固定菌への炭素源供給を担う微生物群集の解明2021

    • Author(s)
      笠原拓己・増田曜子・妹尾啓史
    • Organizer
      日本微生物生態学会2021年度大会
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  • [Presentation] Identification of activated diazotrophs by iron application in paddy soil using 15N2-DNA Stable-Isotope Probing coupled with amplicon sequencing2021

    • Author(s)
      Zhengcheng Zhang, Yoko Masuda, Keishi Senoo
    • Organizer
      日本微生物生態学会2021年度大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 水田土壌から単離した新奇鉄還元菌の窒素固定能2021

    • Author(s)
      増田曜子・Zhenxing Xu・伊藤英臣・大峽広智・白鳥豊・妹尾啓史
    • Organizer
      日本土壌肥料学会2021年度北海道大会
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  • [Presentation] 鉄還元菌窒素固定に関わる鉄の水田土壌における形態と分布2021

    • Author(s)
      佐藤咲良・増田曜子・大峽広智・小暮敏博・高橋嘉夫・妹尾啓史
    • Organizer
      日本土壌肥料学会2021年度北海道大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Studies of the effect of rice cultivation on iron-reducing bacteria abundance in paddy soil2021

    • Author(s)
      Zhihang Feng, Yoshihiro Ohmori, Yoko Masuda, Keishi Senoo, Toru Fujiwara
    • Organizer
      第62回日本植物生理学会年会
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      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] 低炭素社会実現プロジェクト

    • URL

      https://park-ssl.itc.u-tokyo.ac.jp/soil-cosmology/new_study.html

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  • [Remarks] 東京大学土壌圏科学研究室

    • URL

      https://park-ssl.itc.u-tokyo.ac.jp/soil-cosmology/

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Published: 2020-09-07   Modified: 2024-12-25  

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