低温環境下における堆肥化の温度上昇に寄与する糸状菌および細菌の解析

• Project/Area Number: 24K09196
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 41050:Environmental agriculture-related
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization
• Principal Investigator: 花島 大 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 北海道農業研究センター, グループ長 (20414708)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 前田 武己 岩手大学, 農学部, 教授 (40333760)
• Project Period (FY): 2024-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2026: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2025: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 低温環境 / 乳牛ふん / 堆肥 / 細菌 / 糸状菌 / 堆肥化 / 牛ふん

Outline of Research at the Start

低温環境下では堆肥化を担う微生物群の活性の低下により有機物分解が遅滞し、堆肥温度も上昇しないため、結果として低品質の堆肥が生産されることになる。これまでに申請者らは、堆肥が低温から中温域に移行する際の微生物種の解析を進めるなか、細菌叢の変化に比較して、糸状菌を中心とした真菌叢がダイナミックに変化していくことを見出してきた。しかし低温環境下における堆肥の温度上昇に寄与する微生物群についての情報は極めて少なく、真菌叢の変化が低温環境下の温度上昇においていかなる意味を持っているのかは明らかでない。そこで本研究では、堆肥の低温環境打破における糸状菌および細菌の役割とそのメカニズムを明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

低温環境下では堆肥化を担う微生物群の活性が低下することで有機物分解が遅滞する。この低温環境下の有機物分解を改善し、堆肥化反応を促進することが重要な課題となるが、低温環境下において堆肥の温度上昇に寄与している微生物群についての情報は極めて少ない。そこで本研究では低温環境下における温度上昇が、細菌群もしくは真菌群のいずれの活性により起こるのか、また真菌類が温度上昇に対していかなる役割を果たしているのかを明らかにする。
低温環境下での堆肥化を再現するために、堆肥原料を小型容器に充填、熱電対を挿入した後に5℃前後に冷却した水中に浸漬し、連続通気を行った。ヒーターと冷却水の制御により水温を堆肥温度より0.5℃低い温度で追従させ、疑似的な断熱状態を作ることで、小容積ながらも微生物の自己発熱のみで堆肥化反応が進行する実験系を用いた。対照区として乳牛ふんと細断麦稈の混合物を用い、この混合物に細菌に対する抗菌物質を添加した細菌抑制区、真菌に対する抗菌物質を添加した真菌抑制区、両方の抗菌物質を添加した細菌・真菌抑制区の４区について堆肥化試験を実施した。
対照区においては試験開始後3日目に10℃に達したが、残りの３区は７日後においても温度は上昇せず5℃前後で推移した。このことから細菌および真菌のいずれか１つの活性が阻害されることで、温度が上昇しないことが明らかとなった。温度以外の微生物活性の評価法として排気中の二酸化炭素濃度を測定した。堆肥化開始後１日目までは、対照区と試験区における二酸化炭素濃度はほとんど差が認められないが、温度上昇が認められた対照区において大幅な増加が認められた。細菌抑制区および真菌抑制区の二酸化炭素濃度の比較では、細菌抑制区の方が高い傾向にあった。温度では評価が困難な微小な微生物活性を排気中の二酸化炭素濃度で評価できる可能性が示された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初の研究計画通り、低温環境下における堆肥化において抗菌剤の添加により細菌、真菌およびその両者の活性を抑制した時の温度推移をモニタリングすることができた。さらに、温度には反映されない微小な微生物活性を排気中の二酸化炭素濃度を測定することで推定できる可能性が示された。よって進捗状況は「おおむね順調」であると判断した。

Strategy for Future Research Activity

現時点では特に実験計画についての変更はない。抗菌剤を添加しない対照区と抗菌剤添加により細菌、または真菌を抑制した区における微生物叢および代謝系を比較することにより、低温環境下での温度上昇に寄与している微生物群の解明を進める予定である。