2016 Fiscal Year Research-status Report
核磁気共鳴スペクトルを駆使した土壌リンの化学構造の解明
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16K07649
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| Research Institution | National Agriculture and Food Research Organization |
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Principal Investigator |
平舘 俊太郎 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業環境変動研究センター 有害化学物質研究領域, ユニット長 (60354099)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 31P NMR / リン酸肥料 / 水溶解度 / 有機質資材 / バイオマス / フィチン酸 / イノシトール6リン酸 / 米ぬか |
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| Outline of Annual Research Achievements |
土壌に施用される標準的な無機P化合物として、リン酸アンモニウム、リン酸カルシウム、リン酸カリウム、過リン酸石灰、ようりん（熔成りん肥）、グアノ等を収集し、約14テスラの高磁場NMR装置により固体P-NMRスペクトルを測定した。また、これらのP化合物からアルカリ溶液によって抽出されたPについて液体P-NMRスペクトルを測定した。その結果、これらのPはいずれもケミカルシフト値が10～-10ppmの間にピークを示す４配位構造を持っていること、これらのケミカルシフト値は概ねP化合物の水溶解度と関係が深く、高ケミカルシフト値（低磁場での共鳴）を示す化合物ほど水溶解度が高い傾向が認められた。ただし、ようりんは4ppm付近にピークを示すにもかかわらず水溶解度が低いため、固体中では他のP化合物とは異なる形態で存在していると考えられた。ようりんは、その化学形態について未解明の部分が多いが、本研究で得られたデータとともに、X線吸収微細構造解析など他の分析手法によるデータと組み合わせれば、化学構造に関して有力な情報が得られる可能性があると考えられた。
また、豚糞、牛糞、植物系バイオマス資材、およびこれらを発酵させた有機資材について、固体および液体P-NMRスペクトルを測定した。その結果、無機P化合物同様、ケミカルシフト値が10～-10ppmの間にピークを示すスペクトルが得られた。とくに、植物系バイオマス資材である米ぬかについては、その発酵過程に伴うPの化学形態変化を詳細に追うことができた。すなわち、これまで微生物分解に対して抵抗性が高いと考えられてきたフィチン酸（イノシトール6リン酸）が、数週間程度でオルトリン酸にまで分解されることを明らかにした。この研究成果は、大きなインパクトを持っていることから、関連学会で発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
初年度にあたるH28年度は、肥料として土壌に投入される標準的な無機P化合物を収集し固体P-NMRスペクトルを測定する計画であった。本研究では、栃木県農業試験場の大島正稔研究員を研究協力者として迎えることにより、当初計画していた無機P化合物とともに有機P化合物についても効率的に収集でき、固体P-NMRスペクトルとともにそのアルカリ抽出物についても液体P-NMRスペクトルを測定できた。その結果、肥料として土壌に投入される標準的な無機および有機P化合物について、P-NMRスペクトル帰属のための基礎データを比較的短期間で整備できた。本研究では、さらにこれらの基礎的データを用いて、米ぬかの発酵過程におけるPの化学形態変化を明らかにし、その成果をH28年度中に関連学会で発表することができた。
肥料として土壌に投入される多くの無機P化合物について、そのP-NMRスペクトルの帰属が進んだ中で、ようりんについては化学構造が不明であるためそのP-NMRスペクトルの帰属については依然として不明のままである。しかし、本研究にてP-NMRスペクトルが測定されたことにより、X線吸収微細構造解析など他の分析手法によるデータと組み合わせれば、化学構造に関して有力な情報が得られる可能性があると考えられた。
以上のことから、本研究は順調に進捗しており、当初の想定以上の成果が上がっていると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は順調に進捗しており、基本的な研究の推進方策は変更の必要はないと考えている。ただし、ようりんの化学構造の解明は、その肥料としての効果発現のメカニズム解明につながることから、X線吸収微細構造解析など他の分析手法によるデータと組み合わることにより進め、そのP-NMRスペクトルの帰属を目指したい。このため、X線吸収微細構造解析など他の分析手法に優れた研究分担者を加え、この部分の研究を補強し推進したい。
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| Causes of Carryover |
平成28年度は、栃木県農業試験場の大島正稔研究員を研究協力者として迎えることができたため、当初計画していた無機P化合物とともに有機P化合物についても、農業現場にて流通しているものを効率的に収集できた。このため、当初予定していた化合物を調製するための物品費および人件費を抑えることができた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
使用額に余裕が生じたため、ようりん（熔成りん肥）のP-NMRスペクトルの帰属を行うために、X線吸収微細構造解析など他の分析手法によるデータを収集するために使用する計画である。具体的には、X線吸収微細構造解析など他の分析手法において優れた技術を持つ者を研究分担者として迎え、データを収集するための研究費に充てる計画である。
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