2018 Fiscal Year Research-status Report
Does oxygen supplied to anaerobic soil by mangrove aerial roots facilitate soil nitrate production and plant nitrate use?
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17K19292
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
小山 里奈 京都大学, 情報学研究科, 准教授 (50378832)
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| 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)
黒岩 恵 中央大学, 理工学部, 助教 (00761024)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | マングローブ植物 / 硝酸態窒素 / 硝酸還元酵素 / 硝化 / 根圏 |
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| 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（アンモニウム態窒素の酸化）が起こらず、マングローブ植物の窒素利用については、窒素源としてアンモニウム態窒素を利用すると考えられ、植物種によって大きく異なる硝酸態窒素を利用する能力は着目されてこなかった。
しかし、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、根の分布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る硝酸態窒素を窒素源として利用できるのかという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、オヒルギはヤエヤマヒルギに比較して硝酸態窒素を利用する能力が高く、供給された硝酸態窒素に反応する能力も高いことが示された。
マングローブ植物による根圏における硝化の促進に関しては、沖縄県西表島において現地調査を行う。オヒルギとヤエヤマヒルギの根圏を含む土壌を採取し、土壌中に分布する根量と土壌の硝化に関わる項目の比較を試みている。昨年度実施した予備実験に基づいて測定条件を設定し、同位体希釈法による硝化速度の測定を行っている。さらに今後は土壌微生物に関して分子生物学的手法を用いた調査を進める予定である。
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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
2018年度の実施内容は、2017年度に行った水耕実験における要確認事項のための補足的実験と、野外調査による土壌サンプルの採取と分析である。
水耕実験において、細根の分類基準を変更することが植物の酵素活性の評価に影響し得ることが前年度の実験の結果から懸念されたため、細根をサイズによって分類して追試を行った。その結果、前年度に実施した実験の結果に影響はないことが確認された。
また、野外調査においては、沖縄県の西表島においてオヒルギとヤエヤマヒルギの根圏土壌の採取と総硝化速度の測定を行った。対象2種の根が分布する範囲から採土円筒を用いて土壌を採取し、単位容積あたりの土壌中の細根分布量を測定した。現在、前年度に行った予備実験に基づいて設定された条件を用い、それぞれの土壌サンプルについて同位体希釈法により総窒素無機化・硝化速度の測定を進めている。研究計画にある分子生物学的手法を用いた土壌微生物の分析にはまだ至っていないが、サンプルは準備できており、他の項目についての分析も進んでいるので、総合的には問題なく進捗していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、主に野外調査で採取された土壌サンプルの分析、特に土壌微生物に関する分析を重点的に行う。また、これまでに得られた成果の公表を行う。
前年度の野外調査において、沖縄県西表島に分布するオヒルギ（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）の根圏土壌を採取した。当初、土壌サンプルを根の有無によって2分類とすることを予定していたが、樹木個体からの距離や方向の異なる複数のサンプルを採取し、それぞれについて土壌容積あたりの根量を調査する方法への変更を行った。これにより、マングローブ植物の根が土壌に及ぼす影響についてより詳細に把握することを試みる。現在、前年度に行った予備実験に基づいて設定された条件を用い、それぞれの土壌サンプルについて同位体希釈法により総窒素無機化・硝化速度の測定を進めている。また、硝化菌の分布について、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。根量が土壌全体に占める根圏土壌の比率に反映されると考え、対象種のそれぞれについてこれらの項目と根量との比較を行う。
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| Causes of Carryover |
理由：初年度に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、翌年度使用分が発生した。昨年度に当初実施予定の野外調査に加え、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ったが、追試験に必要な費用が前年度から繰り越された額を下回ったことと、分子生物学的手法による土壌微生物の分析に今年度は至らず、そのための分析・実験用消耗品費を使用しなかったため。
使用計画：主に、分子生物学的手法による土壌微生物の分析に必要な分析・実験用消耗品費および実験用旅費として使用する。
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Research Products
(14 results)
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[Journal Article] Nitrate is an important nitrogen source for Arctic tundra plants2018
Author(s)
Liu Xue-Yan、Koba Keisuke、Koyama Lina A.、Hobbie Sarah E.、Weiss Marissa S.、Inagaki Yoshiyuki、Shaver Gaius R.、Giblin Anne E.、Hobara Satoru、Nadelhoffer Knute J.、Sommerkorn Martin、Rastetter Edward B.、Kling George W.、Laundre James A.、Yano Yuriko、Makabe Akiko、Yano Midori、Liu Cong-Qiang
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Journal Title
Proceedings of the National Academy of Sciences
Volume: 115
Pages: 3398-3403
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] The Estimation of CO2 Flux in Subtropical Coastal Ecosystems Using a Numerical Model2018
Author(s)
Moki H., Sohma A., Shibuki H., Toyoda K., Akhand A., Watanabe K., Tokoro T., Inoue T., Yamano H., Banno M., Nakagawa Y., Matsuda H., Kuwae T.
Organizer
JpGU-AGU Joint Meeting 2018
Int'l Joint Research
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