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Virus drives microbial turnover and carbon sequestration in forest soils

Research Project

Project/Area Number 23K26960
Project/Area Number (Other) 23H02267 (2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023)
Section一般
Review Section Basic Section 40010:Forest science-related
Research InstitutionForest Research and Management Organization

Principal Investigator

藤井 一至  国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (60594265)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 早川 智恵  宇都宮大学, 農学部, 助教 (10725526)
堀江 真行  大阪公立大学, 大学院獣医学研究科, 教授 (20725981)
Project Period (FY) 2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥18,980,000 (Direct Cost: ¥14,600,000、Indirect Cost: ¥4,380,000)
Fiscal Year 2025: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000)
Keywordsウイルス / 土壌微生物 / 森林土壌 / 土壌有機物 / 炭素貯留 / 土壌炭素 / 土壌溶液
Outline of Research at the Start

森林生態系において土壌微生物は有機物の分解者としてだけでなく、死菌体および溶菌成分(溶存有機物)の供給を通して土壌有機物の蓄積(炭素貯留)に大きく関わるが、微生物の生死を司るウイルスの実態はほとんど分かっていない。3年間にわたって微生物動態を観測した苗場山ブナ林では、微生物バイオマス・組成と溶存有機物濃度に劇的な季節変動が起こることを確認している。そこで、土壌、土壌水の成分、微生物・ウイルス組成の変動の同調性を解析することでウイルスの影響を検証し、炭素貯留を高める微生物・ウイルス・物理化学条件を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

森林生態系において土壌微生物は有機物の分解者としてだけでなく、ウイルスによる死菌体および溶菌成分(溶存有機物)の供給を通しても土壌有機物の安定化に寄与している。この新規炭素貯留プロセスの定量的な重要性およびプロセスを駆動する微生物・ウイルス・物理化学条件を解明するため、初年度は新潟県苗場山ブナ林試験地、栃木県日光ミズナラ林試験地において土壌溶液、土壌を定期的に採取する観測体制を確立した。さらに、土壌、土壌水中のDNAウイルス・細菌DNAの抽出・解析手法を確立した。一方で、クロロホルム抽出によって土壌中の微生物炭素量、窒素量の季節変動データを解析し、死菌体経由の潜在的な窒素生産量はブナ林のリター及び果実生産に必要となる窒素量を上回るほど大きいことを定量的に解明した。炭素量についてもリターフォール炭素量と同程度の炭素が死菌体経由で土壌に供給されることを解明した。研究成果の一部は、学術論文2本、招待講演4件、TBSラジオ『こねくと』(2023年6月29日)、BS日テレ『深層News』(2023年10月3日)、『もしもで考える…なるほど!なっとく塾』(BSフジ、2023年9月9日)、『ヒューマニエンス』(BSNHK、2023年12月26日)、NHK就活応援ニュースゼミ「土を究める」(2023年8月2日)で発信した。また、日刊スポーツ(2023年9月9日)に寄稿した記事「地球沸騰化時代 融解がすすむ永久凍土、太古の未知の病原体が現れる可能性は?」においても研究成果を一般向けに発信した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初の計画通り、新潟県苗場山ブナ林試験地、栃木県日光ミズナラ林試験地において土壌溶液、土壌を定期的に採取する観測体制を確立するとともに、土壌、土壌水中のDNAウイルス・細菌DNAの抽出・解析手法を確立した。この結果、土壌溶液を介して土壌微生物が移動することを解明した新規性の高い研究成果を得られた。また、計画にはなかったが、一般向けに研究成果を発信できたことから計画以上に進展していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

土壌および土壌溶液中の主要なDNAウイルスおよび細菌の変動パターンについて連動性を解析するとともに、RNAウイルスの抽出方法・解析手法を確立し、RNAウイルスと菌類の変動パターンについて解析する。さらに比較対象として森林に近接する耕地・水田についても同様のデータを獲得し、森林土壌の炭素貯留メカニズムの特徴を抽出する。

Report

(1 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2024 2023 Other

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

  • [Int'l Joint Research] Mulawarman university/IPB(インドネシア)

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Journal Article] Drought-induced turnover of soil microbial biomass increases nutrient subsidies for the reproduction of tropical forest2024

    • Author(s)
      Fujii Kazumichi、Hayakawa Chie、Sukartiningsih
    • Journal Title

      Biogeochemistry

      Volume: April Issue: 5 Pages: 1-9

    • DOI

      10.1007/s10533-024-01137-z

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Quantitative assessment of soil acidification in four Chinese forests affected by nitrogen deposition2024

    • Author(s)
      Fujii Kazumichi、Zheng Jinsen、Zhou Zhang、Fang Yungting
    • Journal Title

      Plant and Soil

      Volume: February Issue: 1-2 Pages: 1-15

    • DOI

      10.1007/s11104-024-06602-0

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 土と微生物で生態系を再構築する2024

    • Author(s)
      藤井一至
    • Organizer
      日本微生物学連盟フォーラム
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 世界の土壌と農業の多様さ2023

    • Author(s)
      藤井一至
    • Organizer
      . 日本学術会議公開シンポジウム「食・土・肥料―SDGs達成のための基礎科学として」
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Evidence of significant soil acidification in the Anthropocene(人新世における土壌酸性化の証拠)2023

    • Author(s)
      Kazumichi Fujii
    • Organizer
      11th International Symposium on Plant-Soil Interactions at Low pH (PSILPH)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 木材腐朽と物質生産をつなぐ土壌2023

    • Author(s)
      藤井一至
    • Organizer
      日本木材学会生物劣化研究会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Book] 日本の土壌事典内ポドゾル章(pp. 82-90)2023

    • Author(s)
      藤井一至
    • Total Pages
      384
    • Publisher
      朝倉書店
    • ISBN
      9784254431292
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Remarks] 藤井一至のホームページ

    • URL

      https://sites.google.com/site/fkazumichi/

    • Related Report
      2023 Annual Research Report

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Published: 2023-04-18   Modified: 2024-12-25  

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