Response and feedback of soil microbiota to global warming revealed by metagenome analysis

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K00573
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 近藤 俊明 広島大学, 国際協力研究科, 特任准教授 (40391106)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 梁 乃申 国立研究開発法人国立環境研究所, 地球環境研究センター, 主任研究員 (50391173) ; 寺本 宗正 国立研究開発法人国立環境研究所, 地球環境研究センター, 特別研究員 (10761041) [Withdrawn]
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 分子生態学 / 土壌呼吸 / 微生物呼吸 / メタゲノム

Outline of Annual Research Achievements

土壌中の有機炭素は土壌微生物による分解過程を経てCO2として大気中に放出される。この現象は微生物呼吸と呼ばれ、人間活動に由来するCO2放出量の7-10倍に相当する。温暖化に伴う微生物呼吸量の増加は地球規模の炭素収支に多大な影響を及ぼすため、その予測は重要であるものの、僅かな土壌中に数億個体が存在する土壌微生物の動態を、従来の培養法を用いて把握することは極めて困難であった。本課題では、温暖化操作実験のもと、微生物呼吸が長期に渡って測定されている西日本の森林において、最新の遺伝解析手法である「次世代シーケンサーを活用した環境DNA解析法」を用いて土壌微生物動態を把握することで、温暖化に対して土壌微生物相がどのような応答を示し、結果として微生物呼吸がどう変動するのかといった、一連の微生物呼吸プロセスの解明を行った。
西日本の代表的な植生であるアラカシが優占する混交広葉樹林内に設置された10基の大型マルチ自動開閉チャンバー式土壌呼吸測定システムを用いて微生物呼吸を連続測定するとともに、5基を対象に赤外線ヒーターを使用して温暖化環境を人工的に創出することで、温暖化が微生物呼吸に及ぼす影響を把握した結果、従来の報告とは異なり、①日本の森林生態系では、温暖化環境下においても微生物呼吸量の減少をもたらすと考えられる土壌微生物種の消失や土壌微生物量の減少が生じないこと、②一方で二次的な森林においては、土壌微生物種数や土壌微生物量に変化はないものの、温暖化に応じて多様な有機物の分解に関わる放線菌や硝酸菌の出現頻度が増加すること、③これらの傾向は年間を通して生じていることなどが明らかとなった。つまり、こうした日本の森林生態系における土壌微生物相の高い温度耐性と、温暖化に応じた特定の土壌微生物グループの出現頻度の増加が、温暖化効果の長期維持（土壌呼吸量の増加）の要因になっていることなどが示唆された。

Research Products

• [Presentation] 遺伝解析による土壌微生物評価から温暖化に伴う土壌呼吸量の変動要因を探る (2019)
  • Author(s): 近藤俊明・寺本宗正・高木健太郎・小嵐 淳・安藤麻里子・高木正博・石田祐宣・梁 乃申.
  • Organizer: 第130回日本森林学会大会
• [Presentation] 炭素・窒素同位体比で探る森林土壌有機物の蓄積状況 (2019)
  • Author(s): 安藤 麻里子・小嵐 淳・高木健太郎・近藤俊明・寺本宗正・永野博彦・國分陽子・高木正博・石田祐宣・梁 乃申
  • Organizer: 第130回日本森林学会大会
• [Presentation] 温暖化は土壌に貯留する有機炭素にどのような変化をもたらすか？ (2019)
  • Author(s): 小嵐 淳・安藤麻里子・高木健太郎・近藤俊明・寺本宗正・永野博彦・國分陽子・高木正博・石田祐宣・平舘俊太郎・梁 乃申
  • Organizer: 第130回日本森林学会大会
• [Presentation] １０年間の地温上昇処理が道北の植林泥炭地の微生物呼吸量に与える影響 (2019)
  • Author(s): 高木健太郎・梁 乃申・Aguilos MS・Kira RM・寺本宗正・小林 真・孫 力飛・近藤俊明・小嵐 淳・安藤麻里子
  • Organizer: 第130回日本森林学会大会
• [Presentation] 落葉広葉樹林における窒素沈着量と土壌微生物特性の関係 (2019)
  • Author(s): 永野博彦・安藤麻里子・福島慶太郎・中山理智・堅田元喜・山口高志・渡辺 誠・近藤俊明・舘野隆之輔・小嵐 淳
  • Organizer: 第130回日本森林学会大会
• [Presentation] 東広島アラカシ林における微生物呼吸に対する長期的な温暖化の影響 (2018)
  • Author(s): 寺本宗正・梁 乃申・近藤俊明・曾 継業・中根周歩
  • Organizer: 第129回日本森林学会大会
• [Presentation] Response of soil microbial community to climate change (2018)
  • Author(s): Kondo T, Teramoto M, Nakane K, Takagi K, Koarashi J, Andoh M, Takagi M, Ishida S & Liang N
  • Organizer: ILTER Annual Coordinating Committee Meeting 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Long-term warming effect on heterotrophic respiration in a warm-temperate evergreen broad -leaved forest in western Japan (2018)
  • Author(s): Teramoto M, Kondo T, Liang N, Zeng J, Nakane K, Koarashi J & Andoh M
  • Organizer: ILTER Annual Coordinating Committee Meeting 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Long-term Monitoring Soil Carbon Dynamics of Asian Terrestrial Ecosystem by An Automated Chamber Network (2018)
  • Author(s): Liang N, Chiang PN, Wang Y, Teramoto M, Takagi K, Kondo T, 5Koarashi J, Zhang Y, Li S, Fang J, Piao S, Lai DYF, Takagi M, Ishida S, Hirano T, Zeng J, Takahashi Y, Andoh M & Harun I
  • Organizer: ILTER Annual Coordinating Committee Meeting 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Warming-induced enhancement of soil heterotrophic respiration is linearly increased by the current year's litterfall supply in a cool-temperate forested peatland (2018)
  • Author(s): Takagi K, Liang N, Aguilos MM, Kira RM, Teramoto M, Kobayashi M, Son R, Kondo T, Koarashi J & Andoh M
  • Organizer: ILTER Annual Coordinating Committee Meeting 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Estimating the carbon source in soil respiration and the effects of warming using radiocarbon signatures (2018)
  • Author(s): Andoh M, Koarashi J, Liang N, Teramoto M, Kondo T & Takagi K
  • Organizer: ILTER Annual Coordinating Committee Meeting 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Response and feedback of soil microbiota to global warming (2018)
  • Author(s): Kondo T, Teramoto M, Nakane K, Takagi K, Takagi M, Ishida S & Liang N
  • Organizer: The 8th EAFES International Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] An Automated Chamber Network for Estimation of CO2/CH4 Sink/Source of Asian Terrestrial Ecosystems (2018)
  • Author(s): Liang N, Teramoto M, Takagi K, Kondo T, Zhang Y, He J, Wang Y, Li S, Fang J, Piao S, Lai Y, Takagi M, Ishida S, Chiang P, Zeng J & Harun I
  • Organizer: The 8th EAFES International Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Sustained stimulatory warming effect on soil organic carbon decomposition in Asian monsoon forests: long-term empirical validation using chamber network (2018)
  • Author(s): Teramoto M, Liang N, Takagi K, Kondo T, Takagi M, Ishida S, Zhang Y, Lai DYF, Zeng J & Nakane K
  • Organizer: The 8th EAFES International Congress
  • Int'l Joint Research