2019 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, 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	2019年度は前年度に継続して，(1)PGPB強化水生植物の生育の環境応答のモデル化，並びに(2)PGPB強化水生植物による無機栄養塩吸収作用の環境応答のモデル化について，特に再現性の向上に視点を置きながら検討を進めると共に，新たに，(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と，(4)PGPB強化水生植物による有機化学物質分解の環境応答モデル化に下記の通り取り組んだ。 (1)PGPB強化水生植物の生育の環境応答のモデル化：　PGPBで強化した水生植物（ウキクサ）の各種栽培試験から，モデルパラメータの改善を進め，実排水での生育の再現性の向上を進めた。 (2)PGPB強化水生植物による無機栄養塩吸収作用の環境応答のモデル化：　PGPBで強化した水生植物の各種栽培試験から，栄養塩の種類毎のモデルパラメータの改善を進め，実排水からの栄養塩除去効果の再現性の向上を進めた。 (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：　根圏部の芳香族化合物の浄化作用を高めた水生植物を用いて，各種環境条件下での栽培試験を行った。その結果，根圏部における有機化学物質の微生物分解が，温度と共に，植物を介して光条件の影響を強く受け，浄化効果と環境条件の関係をモデル化できることが示された。 (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：　PGPBで強化した水生植物によるデンプン生産を検討した結果，試験に用いたPGPBは植物の生育を促進する一方で，デンプン生産の誘導や含有率への影響は見られず，デンプン生産の促進に寄与することが示された。また，水生植物によるデンプン含有率が栄養塩濃度の影響を強く受け，両者の関係をモデル化できることが示された。
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。2019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，モデル化とパラメーターの向上を進めた。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。続いて，植物根圏部での有機性汚染物質の浄化や，植物バイオマスに含まれる有用物質としてのデンプン生産に与える環境条件の影響を検討し，何れもモデル化できることを確認した。2020年度は，これらのモデル化を継続すると共に，モデルの有効性と実用性の評価を検討する予定である。
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の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。既に必要な植物や微生物材料を取得し，栽培試験等の実施と結果を元にしたモデルやパラメーターの取得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。最終年度も継続して検討を進めると共に，本手法の有効性を評価した上で研究の総括を行う予定である。