2016 Fiscal Year Annual Research Report
海洋における微量金属を介した窒素固定生物の栄養制限に関する研究
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16J08143
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
山口 珠葉 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | アルカリフォスファターゼ / リン / 窒素固定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は研究航海に2度参加し、主にフィールド調査の観点から研究計画を遂行した。
①新青丸KS-16-9航海：小笠原諸島沖の1定点における4日間の観測期間中、表層で常時高いアルカリフォスファターゼ（AP）活性が検出され、成層した貧栄養な環境が推察された。初日および最終日に測定した0.2, 0.8umろ過画分における活性を全画分のそれと比較した結果、モノエステラーゼ活性（MEA）は両日共約60%が0.2-0.8um画分、約30%が溶存画分由来であった。一方、ジエステラーゼ活性（DEA）については初日の溶存画分活性は全画分の35%に留まっていたが、最終日ではほぼ100%を占めた。MEA,DEAの溶存画分活性の割合は既報値で29または38%である（Sato et al. 2013）ため、特筆すべき最終日の溶存画分DEAの高まりを手掛かりに、当該海域のリン化合物の動態について知見が深まると考えられる。
②白鳳丸KH-16-7航海：APは微量金属を反応中心に持つ酵素であるという背景から、北緯23度線上の2点で現場海水への鉄または亜鉛の添加培養実験を行った。東側の測点では、どちらの微量金属の添加もDEAにのみ負の影響を及ぼしていた（p<0.01）。一方西側の測点では、微量金属の添加の影響はどちらの活性にもみられなかった。これらの結果は、当該海域におけるリン利用が微量金属による律速を受けておらず、むしろ過剰な供給はその阻害になりうることを示唆している。また、その影響は東側測点においてのみ観察されたことから、微量金属の供給源となる大陸起源ダストの降下量がより少ない海域で影響が大きく出る可能性がある。大西洋における同様の先行研究においては、本結果とは反対にMEAが大幅に上昇していたことから（Mahaffey et al. 2014）、微量金属添加の影響は海盆スケールでも異なることが示された。
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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
参加予定の研究航海が計画申請時には不確定であったため、当初の初年度研究計画とは異なるものとなったものの、概ね研究課題に沿って順調に進捗したと判断する。本年度の活動として特筆されるのは2度の研究航海乗船により、プランクトン群集の栄養摂取における共制限に関して、現場群集を使った実験的解析を実施し興味深い現象を捉えたことである。特に、ジエステラーゼ活性が経時的に変化する様態を捉えることができたこと、および、リン利用における微量金属の影響に東西勾配を認めた点は新規性が高く、未処理試料の分析を加えた今後の解析が期待される。
予定していなかった航海乗船のために当初予定されていた室内培養実験を次年度に繰り越すことになったが、初年度に得た成果を踏まえて実験計画を見直すことが可能になり、当初予定の計画に組み込むことにより、研究内容の幅が広がり、解析が深まりうる状況になったと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度は計画と異なりフィールド調査が中心となったため、当初予定していた室内培養実験は二年目に繰り越すこととなった。当初の計画では、室内培養実験にて所属研究室で扱える窒素固定生物の栄養制限に関する様々な応答についてその増殖速度やアルカリフォスファターゼ遺伝子の発現量変化など網羅的に調査する予定であった。しかしながら、特に白鳳丸航海における微量金属添加実験の結果を踏まえると、北太平洋亜熱帯域における一次生産者にとって鉄や亜鉛を律速要因でない可能性が考えられ、むしろ興味深いことに、その過剰な供給は負の影響を及ぼしうることが示唆された。そのため、室内培養実験にて優先的に検証すべきは、微量金属添加の影響はフィールドだけでなく窒素固定生物の培養株にも共通したものであるのか、という点である。そして仮に負の影響であった場合は、当初想定していた微量金属を反応中心に持つアルカリフォスファターゼの遺伝子発現量よりも、増殖速度や窒素固定活性などにその影響が現れるのではないかと考えられる。今夏に再度研究航海に参加することでフィールドにおける微量金属添加の影響を明確にし、その上で実内培養実験の計画をより具体的に練り上げることが可能になるだろう。併せて、これまで参加した研究航海における未処理サンプルの解析を進めるとともに、他研究者が得たデータとも照らし合わせることで総合的な考察を深め、研究計画全体を随時見直し・改善していきたい。
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