2017 Fiscal Year Annual Research Report
Microbial mechanism for sustainable nitrogen fertility in rice paddy soil
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17H01464
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
妹尾 啓史 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (40206652)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
早川 智恵 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特別研究員 (10725526)
豊田 栄 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (30313357)
磯部 一夫 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (30621833)
服部 祥平 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (70700152)
伊藤 英臣 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究員 (70748425)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 水田土壌 / 窒素肥沃度 / 鉄還元菌 / 還元的窒素変換反応 / 土壌微生物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Ⅰ．窒素無施用水田における窒素動態と窒素固定・DNRA微生物、その制御要因の解析
１．窒素動態解析：新潟県農業総合研究所内の肥料長期連用試験水田の窒素無施用区（NN区）と化学肥料施用区（CF区）土壌の酸化還元電位(Eh)、アンモニア濃度、Fe2+濃度、硝酸濃度、全窒素・炭素量を経時的に測定した。その結果、NN区とCF区において土壌理化学性は同様に変動していること、両区土壌において収穫後に少なくなっていたアンモニアが冬季から春季にかけての還元条件下で回復していることが明らかとなった。
２．窒素固定・DNRA微生物：上記の圃場の土壌RNAを用いて窒素固定遺伝子nifDとDNRA遺伝子nrfAそれぞれの転写産物を対象とした定量PCR解析を行い、それらの季節変動を調査した。両区の水田土壌において年間を通してAnaeromyxobacter属、Geobacter 属の鉄還元細菌による窒素固定が行われており、また、主に水稲栽培期にDNRA反応が起きていると考えられた。滅菌水田土壌を培地とした集積培養法を用いて、Anaeromyxobacter属細菌を10株以上、およびGeobacter属細菌を100株以上単離することに成功した。これらの株について16S rRNA遺伝子配列を解読し、系統関係を調べたところ、3株のAnaeromyxobacter属細菌、14株のGeobacter属細菌が新規株であることがわかった。また、Geobacter属細菌の新規株について窒素固定活性を測定したところ、全ての株で高い活性が確認された。これら細菌はこれまで水田土壌から単離されておらず、本研究は極めて重要な新規株の取得に成功した。
Ⅱ．脱窒反応で生成したN2Oの固定反応の検証
水田土壌から脱窒菌として分離し、窒素固定能を有することも確認したBradyrhizobiumを、気相にN2Oを添加した無窒素培地で培養し、菌体の増殖とN2Oの減少を調べた。Bradyrhizobium 46が最も高いN2O減少率を示した。
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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
ほぼ計画通りに進行しており、順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
水田土壌における窒素動態と機能遺伝子解析については、室内系土壌ミクロコズムを構築して、より詳細に解析する。
鉄還元菌の分離については、得られた分離菌株を用いて、窒素固定活性に及ぼす環境因子についての解析を進める。
N2O固定反応については、Bradurhizobium 46株と15N2Oを用いて、菌体への同化を検証する。
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