Analysis of chemicals and microorganisms functioning as the key in the suppression of Monochoria vaginalis by rice bran.

• Project/Area Number: 21K05552
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 39020:Crop production science-related
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization
• Principal Investigator: 田澤 純子 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 中日本農業研究センター, グループ長補佐 (50355533)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 内野 彰 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 中日本農業研究センター, グループ長補佐 (20355316) ; 遠野 雅徳 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 遺伝資源研究センター, 上級研究員 (50547718)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
• Keywords: 水稲 / 有機栽培 / 米ぬか散布 / Clostridium属細菌 / 有機酸 / コナギ / 米ぬか / 水稲有機栽培 / 嫌気性細菌

Outline of Research at the Start

水稲有機栽培では水田雑草コナギの防除が課題となる。コナギ防除には米ぬか散布が有効であるが、その効果は不安定なため、防除メカニズムに基づいた技術の安定化が求められる。本研究では、米ぬか散布後の土壌中に増加する物質と微生物の中から、コナギ種子の発芽阻害に関与する物質と微生物を特定し、コナギ防除メカニズムの詳細を明らかにする。これにより、米ぬか散布技術の防除効果の安定化が可能となり、水稲有機栽培における雑草防除技術の向上が期待できる。

Outline of Annual Research Achievements

1）長期有機水稲栽培を継続した水田土壌を熱処理し、嫌気条件下の平板希釈法で得られたコロニーから、培養実験系でコナギ発芽阻害活性を示す2株を単離した。これらについて全ゲノム解析を行ったところClostridium属菌の新種であったことから、Clostridium folliculivoransと命名した。本細菌ゲノム中の構造遺伝子には、米ぬか成分であるスターチ等のバイオマスを分解する酵素遺伝子を複数個存在した。また本細菌は、嫌気条件を好む同菌属としては珍しく強い酸素耐性能を示した。
2）単離細菌や既知の細菌などClostridium属細菌を米ぬかと培養し、培養液中の揮発性成分を香気捕集剤により抽出しGC-MSで網羅的に一斉解析した。その結果、コナギ種子に対して発芽阻害を示す培養液中からは酢酸と酪酸が阻害濃度で検出された。また、コナギ発芽率を目的変数、各成分の積分値を説明変数としたPLS揮発性成分分析の結果、変数重要度の高い成分として酢酸・酪酸を含む短鎖脂肪酸とエタノール、エチルエステル類が示された。また、多塩基酸ジエチルには阻害作用の緩和との関連が示唆された。
3）水稲有機栽培圃場試験および有機水田土壌を使用したポット試験において、米ぬか散布後に経時的に土壌溶液および表層土壌を採取するとともに、コナギ防除効果を評価した。土壌溶液および土壌サンプルは化学分析およびDNA解析のために冷凍保存し、順次解析中である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

R4年度は有機水田圃場から単離されたClostridium 属菌の全ゲノム解析を行い新種としてClostridium folliculivoransと命名し、ゲノム情報より特性を明らかにするとともにClostridium 属菌としては特異な強い酸素耐性を有することを発見するなど、微生物特性の解明が大きく進展した。また、これらの菌の培養試験から、コナギ発芽阻害に関与する物質も絞られてきている。圃場試験(ポット試験)では順調に土壌溶液のサンプリングや土壌サンプルを採取し土壌DNAの抽出などが進んでいる。こうしたことから、概ね順調に進展しているといえる。

Strategy for Future Research Activity

R5年度は、ポット試験および圃場試験においてR4年度と同様に経時的に土壌溶液を回収し、2年間のサンプル中に含まれる阻害物質について、有機酸を中心に分析する。また土壌微生物相の解析から、単離した細菌を含む微生物相の動態を明らかにし、分析した阻害物質とあわせてコナギ防除効果との相関を解析する。

Research Products

• [Journal Article] Clostridium folliculivorans sp. nov., isolated from soil samples of an organic paddy in Japan. (2023)
  • Author(s): Tazawa J, Kobayashi H, Tanizawa Y, Uchino A, Tanaka F, Urashima Y, Miura S, Sakamoto M, Ohkuma M, Tohno M.
  • Journal Title: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology Volume: 73 Issue: 4
  • DOI: 10.1099/ijsem.0.005876
  • Peer Reviewed
• [Patent(Industrial Property Rights)] 抑草剤 (2022)
  • Inventor(s): 田澤純子 内野彰 田中福代 浦嶋泰文 三浦重典
  • Industrial Property Rights Holder: 田澤純子 内野彰 田中福代 浦嶋泰文 三浦重典
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2022-121859
  • Filing Date: 2022
• [Patent(Industrial Property Rights)] 抑草剤 (2021)
  • Inventor(s): 田澤純子 内野彰 田中福代 浦嶋泰文 三浦重典
  • Industrial Property Rights Holder: 田澤純子 内野彰 田中福代 浦嶋泰文 三浦重典
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2021