2018 Fiscal Year Research-status Report

共生微生物により機能強化した水生植物の水質浄化・資源生産能力予測モデルの開発

Research Project

Project/Area Number	17K00612
Research Institution	University of Yamanashi
Principal Investigator	森一博山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (90294040)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	田中靖浩山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (50377587) 遠山忠山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (60431392)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2021-03-31
Keywords	ウキクサ / 生育 / 栄養塩除去 / 資源生産 / モデル
Outline of Annual Research Achievements	前年度に継続してPGPB強化水生植物の生育の環境応答のモデル化と，PGPB強化水生植物による無機栄養塩類吸収作用の環境応答のモデル化の検討を次の通り進めた。 (1)PGPB強化水生植物の生育の環境応答モデル：　PGPBで強化した水生植物を各種環境条件（温度，光，栄養塩濃度等）下で栽培し，得られた生育（バイオマス）データより，各種環境応答モデル並びにモデルパラメータ（応答特性値）の組合せを複数の植物種について整えた。これらと栽培試験条件を用いた生育シミュレーションを行ったところ，概ね生育に伴うバイオマス生産の実測値を再現できることが示された。 (2)PGPB強化水生植物におけるバイオマス中無機栄養塩含有率の環境応答モデル：　PGPB強化水生植物を各種栄養塩濃度条件下で栽培し，得られたバイオマス中の栄養塩含有率から，栽培液中の栄養塩濃度との関係をモデル化した。すなわち，得られた栽培液中の栄養塩濃度に対するバイオマス中の栄養塩含有率の応答モデルを得た。併せて，植物種ごとに定まる応答パラメータも試験データより得た。 (3) PGPB強化水生植物による無機栄養塩類吸収作用の予測：　(1)の検討から得られたバイオマス生産量を予測する生育モデルと，(2)の検討から得られたバイオマス中の栄養塩含有率を予測するモデル並びに各モデルパラメータを用いて生育に伴う栄養塩吸収量の予測を実排水に対して試みた。すなわち，PGPBで強化した水生植物による下水二次処理水からの栄養塩除去試験を行い，その実測値とモデル予測値を比較したところ，本モデル予測手法によりPGPB強化水生植物による栄養塩除去を概ね再現できることが示された。今後は，上記モデルと関連モデルパラメーターの修正を継続して進めると共に，根圏部での有機化学物質の浄化作用などに関するモデル手法の検討を新たに進める予定である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究では，資源価値と浄化作用を併せ持つ水生植物の根圏等に有用微生物（植物成長促進微生物（PGPB），有害物質分解微生物，等）を導入した機能強化型の植物－微生物共生系が発揮する水質浄化能力・バイオマス資源生産能力（栄養塩の植物吸収，有害化学物質の根圏分解，デンプン生産，等）を気象，水質条件を考慮して予測シミュレートすることを可能とする手法を開発する。2018年度までに，PGPBで機能強化を図ったウキクサについて，バイオマス生産速度及びバイオマス中の栄養塩含有率と，これらへの影響が大きい栄養塩濃度との関係について詳細な検討を進め，モデル化を行った。さらに実排水を用いた栄養塩除去試験の実測値を，本モデルにより概ね再現できることを示すことができた。今後も植物の応答パラメーターの測定を継続しこれを充実させると共に，2019年度は新たに水生植物の根圏部における有機化学物質の分解作用や，植物バイオマス中の有用物質含有量に環境条件が与える影響を検討し，モデル化を試みる予定である。
Strategy for Future Research Activity	本研究は根圏機能強化型植物－微生物共生系の環境条件への応答を実験的に検討し，それをモデル化することで地域特性を加味して機能を予測する手法を開発するものである。そのために本研究期間内に5つの課題（(1) PGPB 強化水生植物の生育の環境応答のモデル化，(2) PGPB 強化水生植物による無機栄養塩類吸収作用の環境応答のモデル化，(3) 分解菌導入水生植物による有機化学物質分解の環境応答のモデル化，(4) PGPB 強化水生植物による有用物質生産の環境応答のモデル化，(5) モデルの有効性と実用性の評価）に取り組む。これらの検討には，供試植物として高いデンプン/タンパク質生産性をもち水質浄化での利用も検討される各種ウキクサなどの水生植物，機能強化のための導入微生物として植物根圏より分離された各種の植物成長促進微生物（PGPB），あるいは芳香族化合物分解菌等を各々用いて，環境応答や水質浄化試験を行い，得られた応答特性をモデル化する。既に主要な供試植物として各種のウキクサ植物，機能強化用供試微生物として複数種のPGPBや芳香族化合物分解菌を獲得しており，モデル化に必要な栽培試験等も順調に進んでおり研究の遂行に特に問題は生じていない。