鉄還元窒素固定菌から見た水田土壌の炭素・窒素動態：稲が土を肥やし土が稲を育てる
| Project/Area Number |
20K15423
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 38010:Plant nutrition and soil science-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
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)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 13C-SIP / 15N-SIP / 鉄還元菌 / 窒素固定 / 水田土壌 / GCMS / 稲わら / LCMS / 鉄還元窒素固定菌 / 炭素循環 / 窒素循環 / 安定同位体 |
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| Outline of Research at the Start |
応募者はこれまでに、水田土壌の窒素肥沃度維持の鍵は鉄還元菌窒素固定にあること、水田土壌由来の鉄還元菌が、稲わらの分解により生成される酢酸等の有機酸や、稲わらの構成成分であるセルロースを資化できることを明らかにした。これらのことから、「稲わら由来の炭素化合物が鉄還元菌窒素固定を駆動して土壌の窒素肥沃度を維持させ、その窒素肥沃度に支えられて水稲が生育する」という仮説が導かれた。本研究はこの仮説の検証を目的とし、鉄還元窒素固定菌が稲わら由来の炭素化合物を同化して窒素固定することの証明、ならびにその窒素固定量の解析を行う。本研究は水田における持続的な水稲生産を支えるメカニズムの真相に迫る意義を有する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
1)稲わら分解微生物の解明(13C-SIP)、稲わら分解により生成する炭素化合物の特定
安定同位体標識した稲わらを添加した水田土壌ミクロコズムを作製し、湛水および落水を行い圃場環境を再現し60日間培養した。培養した土壌を採取し、土壌中に存在する有機酸および糖類の同定に使用する土壌を-30度、DNAおよびRNA抽出に使用する土壌を-80度で保存した。-80度で保存した土壌からDNAおよびRNAを抽出し、密度勾配遠心を行った。それぞれの画分における16S rRNA遺伝子量を測定したところ、日数の経過とともに密度の高い画分におけるDNAの存在量が増加していることが示された。重い画分および軽い画分に含まれる微生物種をアンプリコンシーケンシングにより同定した。また、糖類および有機酸の抽出法・誘導体化法を検討し、双方の検討を終えた。保存していた土壌から有機酸および糖類を抽出して同定および定量を行い、培養期間中のそれらの遷移を解析した。
(2)鉄還元窒素固定菌による窒素固定量の解明(15N-SIPおよびIRMS) 15N2を気相に封入した水田土壌ミクロコズムを作製し、鉄還元窒素固定菌が実際に15N窒素を取り込んでいることを確認するとともに、大気由来窒素を取り込む他の微生物群の特定を試みた。48時間,72時間双方のサンプルにおいて鉄還元菌由来の窒素固定遺伝子は14Nで培養を行った時と比較して15Nで培養を行った時に密度が高い画分にピークがシフトすることを確認した。また、16S rRNAのアンプリコンシーケンシングも行ったところ、鉄還元菌の相対存在量は特に重い画分において高いことが示された。さらに、鉄添加により窒素固定活性が高まる新たな細菌を見出し、分離、性状解析およびゲノム解析を行った。また、IRMSを用いて土壌中に固定された窒素量の算出も行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
理由
COVID-19の影響により、海外からの13C-稲わらおよび15N-窒素の輸入が遅れた。また、有機酸の同定を行う際の条件検討に遅れが出た。本年度中には全てのデータが揃い、論文執筆できる予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
早急にデータの取りまとめを行い、論文を執筆する。
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Report
(3 results)
Research Products
(22 results)
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[Journal Article] Geomesophilobacter sediminisgen. nov., sp. nov., Geomonas propionicasp. nov. and Geomonas anaerohicanasp. nov., three novel membersin the family Geobacterecaceisolated from river sediment and paddy soil2021
Author(s)
Zhengcheng Zhang, Zhenxing Xu, Yoko Masuda, Xueding Wang, Natsumi Ushijima, Yutaka Shiratori, Keishi Senoo, Hideomi Itoh
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Journal Title
Systematic and Applied Microbiology
Volume: 44(5)
Issue: 5
Pages: 126233-126233
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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