2017 Fiscal Year Annual Research Report
集水域における炭素-窒素-リンの共役循環が湖のメタン動態に及ぼす影響の解明
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16H02935
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
岩田 智也 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (50362075)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
篠原 隆一郎 国立研究開発法人国立環境研究所, 地域環境研究センター, 主任研究員 (00610817)
小島 久弥 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (70400009)
田中 健太 筑波大学, 生命環境系, 准教授 (80512467)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | メタン / 湖沼 / 好気的メタン生成 / NMR / 微生物群集 / ホスホン酸 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度に引き続き、平成２９年度は「サブテーマ1:集水域のマルチ元素バランスと湖のメタン極大形成の関係解明」、「サブテーマ2:ホスホン酸の湖水中における起源・挙動とメタン極大との関係解明」および「サブテーマ3:ホスホン酸代謝を担う浮遊性細菌の時空間分布解明」を目的とした多地点調査を行った。
その結果、すべての調査湖沼において亜表層にメタン極大が出現することが明らかとなった。溶存メタンの分布パターンから、浮遊性微生物（とくにラン藻類）がメタン極大の形成に関与している可能性が強く示唆された。また、滞留時間の短い湖で溶存態有機リン（DOP）濃度が上昇し、それによってメタンの亜表層極大がより発達することが明らかとなった。さらに、浮遊性微生物が強いリン・窒素飢餓状態を示す湖でメタンピークが大きくなる傾向も見られた。このことから、DOP濃度に強く影響を及ぼす湖盆形状と浮遊性微生物の栄養飢餓状態が微生物の有機リン代謝に関わっており、湖沼のメタン極大形成に強く影響しているものと考えられた。
次いで、二次元NMRを用いた好気的メタン生成の基質解析を実施し、調査湖沼の懸濁物質中から2-アミノエチルホスホン酸を検出することに成功した。これは浮遊性微生物の細胞中にアルキルホスホン酸が存在することを示しており、好気的メタン生成の潜在的基質が湖水中に存在していることが初めて明らかとなった。
さらに、浮遊性微生物の群集解析からホスホン酸分解酵素（C-Pリアーゼ）を有する特定の微生物群がメタン極大の分布水深で多く検出されることも明らかとなった。詳細な系統解析を行いながら、メタン生成に関わるグループの特定を進めているところである。また、特定の微生物群についてはゲノム解析を行い、DNA断片配列のアセンブリを完了した。得られたデータをもとに、湖水中のC-Pリアーゼ遺伝子（phnJ）の探索を開始した。
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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
過去２年間の調査により、湖沼の湖盆形状と浮遊性微生物の栄養飢餓状態がメタンの亜表層極大形成に強く影響することを示すことができた。当初想定していた、DOC-NO3-P-CH4生成に至る生物地球化学反応のカスケードについては平成29年度の調査結果からは強くは支持されなかったものの、得られた成果は新奇性が高く学術的に重要な知見である。さらに、湖水中から懸濁物を大量捕集する技術開発にも成功し、浮遊性微生物の細胞中にホスホン酸が存在していることも明らかとなった。この成果は高く評価され、すでに学術誌に受理・掲載されている。また、メタン生成に関与していると思われる浮遊性細菌についても分子生物学的手法により特定しつつあり、研究はおおむね順調に進展していると評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、これまでに実施した多地点調査で得られた試料の分析および解析を継続していくとともに、未解明の課題についてアプローチする予定である。とくに、ホスホン酸代謝を担う浮遊性細菌の時空間分布と微生物細胞内のホスホン酸生成過程の解明、および好気的メタン生成カイネティクスの定式化に取り組む。得られた成果を統合し、湖沼の好気的メタン生成に関わる微生物と支配因子および生成過程を解明していく予定である。
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Research Products
(8 results)
