2016 Fiscal Year Annual Research Report
Electrochemical metabolic control of bacteria for nitrogen removal
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15K14683
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
星野 貴行 筑波大学, 生命環境系, 教授 (80219170)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 代謝制御 / 水処理 / 電気化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、電極へ印加する電位によって微生物の脱窒および硝化活性を向上させることを目指した。具体的には、炭素棒や炭素繊維フェルトを電極として培養系に設置し、ポテンショスタットで所定の電位を印加することで微生物の代謝制御を試みた。モデル生物として脱窒細菌Pseudomonas aeruginosaや従属栄養硝化細菌Alcaligenes faecalisを培養し、培養液中の硝酸イオンやアンモニウムイオンといった脱窒・硝化に関与する物質の濃度変化を測定したところ、銀－塩化銀基準電極に対して-0.2 V程度の電位で脱窒が、+0.5 V程度の電位で硝化がそれぞれ促進されたことを示唆する結果が得られた。このような電極電位の代謝への影響は、脱窒と硝化がそれぞれ酸化還元電位の低い環境と高い環境で機能する代謝であることと関連していると考えられる。また、湖沼堆積物を試料として調製した微生物叢を用いた実験においても、電位印加によって培養液中の硝酸イオン等の減少が促進された。水圏微生物叢のような複合微生物系においても電極電位による代謝制御が有効であることは、廃水処理等への応用を視野に入れた際に重要な要素である。より効果的な代謝制御の可能性を探るため、電極表面へ適当な化学構造を付加した修飾電極の利用を検討した。実験の結果、P. aeruginosaおよび微生物叢における脱窒に関しては、1-アミノアントラキノンによる電極修飾が代謝促進に有用であることが示された。くわえて、脱窒や硝化能を有する微生物の電極表面への集積を図るために、電極修飾による微生物の付着性の制御も試みた。4-ニトロアニリン修飾によってグラム陽性の細菌の付着が著しく阻害されることが明らかになったが、水処理等への応用にはより特異的な付着性の制御が必要だと考えられる。
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