Does oxygen supplied to anaerobic soil by mangrove aerial roots facilitate soil nitrate production and plant nitrate use?

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K19292
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 小山 里奈 京都大学, 情報学研究科, 准教授 (50378832)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井上 智美 国立研究開発法人国立環境研究所, 生物・生態系環境研究センター, 主任研究員 (80435578) ; 松尾 奈緒子 三重大学, 生物資源学研究科, 講師 (00423012) ; 大手 信人 京都大学, 情報学研究科, 教授 (10233199)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2020-03-31
• Keywords: マングローブ植物 / 硝酸態窒素 / 硝酸還元酵素 / 硝化

Outline of Annual Research Achievements

マングローブ林は熱帯・亜熱帯の沿岸域に成立し、その土壌はほぼ常時あるいは潮汐に伴って定期的に冠水するため、地下部は嫌気状態になることが多い。その結果、土壌中で酸素が必要な硝化が起こらず、マングローブ植物は窒素源としてアンモニア態窒素を利用すると考えられてきた。
しかし、先行研究と予備調査の結果、マングローブの1種オヒルギは硝酸態窒素を利用している可能性が示された。マングローブ植物の多くが気根から大気中の酸素を獲得しており、その一部が根から土壌に漏出して硝化に利用された可能性があるが、この酸素の移動と硝酸態窒素の生成の関係はまだ検証されていない。本研究では、マングローブ植物は気根からの酸素供給によって自らの根圏における硝化を促進しているのか、マングローブ植物は根圏で生成された硝酸態窒素を窒素源として利用しているのかという2点に関する検証を試みている。
これまでに、予備調査で対象としたオヒルギ（やや陸側の塩分濃度が低い場所に分布）に加え、ヤエヤマヒルギ（耐塩性が高く、やや海側に分布）の実生苗を対象として硝酸態窒素利用能力を検証するための水耕栽培実験を行った。その結果、ヤエヤマヒルギはオヒルギに比較して硝酸態窒素を利用する能力が低く、供給された硝酸態窒素に反応する能力も低いことが示された。
また、オヒルギとヤエヤマヒルギが分布する沖縄県西表島で採取した土壌について、硝化を担う微生物の活性の有無を確認する予備調査を実施した。方法として、窒素安定同位体トレーサーを土壌に添加し、その濃度の変化を測定することで硝酸の関わる反応経路や反応速度を解析する同位体希釈法を用い、この予備調査ではトレーサー添加量や培養時間について適切な条件を探った。結果として、土壌中に硝化を司る微生物が存在し、硝酸を生成していることが示され、同位体希釈法をマングローブ林土壌に適用する際の測定条件に関する情報を得られた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究計画では、初年度は「野外調査におけるデータ収集」「水耕実験に向けた準備」を行う予定であった。
このうち、野外調査におけるデータ収集に関しては、一部は計画通り実施されたが、一部は初年度中には測定が完了しなかったもの、予備実験段階にとどまり再度本実験が必要なものが残された。具体的には、マングローブ林の土壌中に硝化菌が存在することは確認されたが、定量的な活性測定には至らなかった。また、土壌DNAに関する項目と植物を介した酸素の土壌への供給に関しては平成30年度に実施することとした。
水耕実験にむけた準備に関しては、研究分担者らが以前から栽培を行ってきた苗木を実験に使用することができたため、予定よりも実験が進捗した。一部に、確認のための再実験が必要な点が残されたが、再実験の計画・方法については既に確定しており、実施のための調整を進めている段階である。
総合的には、野外調査については未実施部分が残されたものの、水耕栽培実験は予定よりも大きな進捗があったことから、全体としてはおおむね順調に進展していると判断している。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度は、主に野外調査・野外実験におけるデータ収集を行い、水耕栽培実験に関しては確認のための再実験を行う予定である。
野外調査・野外実験は、主に土壌の硝化を担う微生物に関する調査と、植物を介した土壌への酸素供給に関する実験の2項目となる。沖縄県西表島において、オヒルギ（やや陸側の塩分濃度が低い場所に分布）とヤエヤマヒルギ（耐塩性が高く、やや海側に分布）、ヒルギダマシ（さらに耐塩性が高く、最も海側に分布する）を調査対象として実施する。初年度に適切な測定条件を把握するために行った予備実験の結果を元に、マングローブ林の土壌の総硝化速度を同位体希釈法で測定する。また、硝化菌の分布については、土壌からDNAを抽出し、硝化を担う微生物機能群のアンモニア酸化酵素遺伝子を対象とした遺伝子の塩基配列解読および定量を行う。対象種のそれぞれについてこれらの項目の根圏と非根圏の比較を行う。
また、植物を介した土壌への酸素供給について野外実験による把握を試みる。マングローブ植物の気根に密閉容器から安定同位体トレーサーでラベルした酸素を供給し、ラベルされた酸素が根端から漏出するか、また漏出する場合はその酸素が硝化に利用されるかについて、調査する。

Causes of Carryover

理由：採択が決定されたのが当初想定されていたよりも遅く7月だったことにより、春期から夏季にかけて野外調査や実験を行うことができず、計画よりも旅費の使用額が少なくなったため。
使用計画：今年度実施予定の野外調査に加え、昨年度中に完了しなかった試料の測定、昨年度の結果から追試験を必要とする実験などの旅費および必要な分析・実験用消耗品費に使用する計画である。