2016 Fiscal Year Annual Research Report
成長促進細菌を利用した高生産性・高CO2削減性ウキクサバイオリファイナリーの開発
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15H02861
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
遠山 忠 山梨大学, 総合研究部, 准教授 (60431392)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | バイオマス利用 / バイオリファイナリー / ウキクサ / デンプンバイオマス / ライフサイクル評価 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、未開拓なウキクサ亜科植物PGPBの基礎と技術を開発するとともに、「PGPB技術」×「デンプン生産ウキクサ栽培」によるエネルギー生産性とCO2排出削減性を徹底的に高めたデンプンバイオマス生産システムを創出することを目的としている。
平成28年度は、PGPBによるウキクサ亜科植物バイオマス生産促進を種々の条件で定量評価した。その結果、Spirodela polyrhiza, Lemna minor, Lemna gibba, Landoltia punctataの4種類のウキクサのバイオマス生産を2倍以上促進するPGPBを20株以上特定することができた。これらのPGPBによるウキクサバイオマス生産促進効果は、栄養塩濃度や温度に依存せず、異なる培養条件のウキクサに対して確認された。さらに、下水二次処理水や養豚排水などの実排水を用いたウキクサ栽培においてもPGPBは、ウキクサバイオマス生産を2倍以上促進することが確認された。これらの結果から、PGPBはウキクサバイオマス生産の促進に有効であり、その適用範囲は広いことが示唆された。
また、平成28年度は、PGPBによるウキクサ亜科植物バイオマス生産促進のメカニズムをメタボロミクス解析、トランスクリプトーム解析や特定遺伝子の発現解析などを駆使して解明することを試みた。その結果、PGPBは（1）水中からの窒素取り込み、（2）窒素固定・アミノ酸合成、（3）光合成の光化学系、（4）クロロフィル合成、（5）カルビンサイクルの複数の代謝・反応を活性化することが分かった。このような種々のプロセスが活性化され、最終的にウキクサのバイオマス生産が促進することが強く示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成28年度は、PGPBによるウキクサ亜科植物バイオマス生産促進の定量評価と、PGPBによるウキクサ亜科植物バイオマス生産促進のメカニズム解明に取り組んだ。これまでに分離・獲得した250株以上の分離菌株に対してバイオマス生産促進の定量実験を行い、2倍以上の促進効果を示す20株以上のPGPBを特定することができた。さらに、それらのPGPBのウキクサ成長促進効果が幅広いウキクサ栽培条件で発揮されること、また、実用条件に近いウキクサの排水栽培条件でも発揮されることを突き止めた。さらに、PGPBはウキクサの窒素取り込み・固定、光合成、クロロフィル合成などの複数の代謝反応を活性化させ、最終的にウキクサのバイオマス生産を促進するという分子機構の一部を明らかにすることができた。
これらの一連の実験成果を学術論文発表1報、国際会議発表4報、国内学会発表3報を発表・報告した。
これらを総合的に判断し、「おおむね順調に進展している」と評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在の研究進捗状況は、「おおむね順調に進展している」と判断できたことから、当初の計画通りに今後の研究を推進する。
平成29年度は、PGPBのメカニズム解明をさらに進めること、PGPB利用型ウキクサシステムをデザインしてその優位性と実用性を検証すること、LCA手法を用いてPGPB利用型ウキクサシステムの経済性と環境性を評価することに取り組む。
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[Journal Article] Enhanced biomass production of duckweeds by inoculating a plant growth-promoting bacterium, Acinetobacter calcoaceticus P23, in sterile medium and non-sterile environmental waters2017
Author(s)
T. Toyama, M. Kuroda, Y. Ogata, Y. Hachiya, A. Quach, K. Tokura, Y. Tanaka, K. Mori, M. Morikawa, M. Ike
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Journal Title
Water Science and Technology
Volume: 76
Pages: 1418-1428
DOI
Peer Reviewed
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