2018 Fiscal Year Annual Research Report

大気化学と先進的遺伝子解析の融合による森林生態系の温室効果気体動態評価の高精化

Research Project

Project/Area Number	18H03365
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	村山昌平国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 総括研究主幹 (30222433)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	石戸谷重之国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (70374907) 堀知行国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (20509533) 吉竹晋平岐阜大学, 流域圏科学研究センター, 助手 (50643649)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	温室効果気体動態評価 / 森林生態系 / 土壌微生物代謝 / 超高感度安定同位体プローブ法
Outline of Annual Research Achievements	岐阜県高山市冷温帯落葉広葉樹林観測サイトにおいて、渦相関法によるCO2フラックス、チャンバー法による温室効果気体の土壌フラックス、大気中・土壌空気中の温室効果気体・CO2安定同位体比、大気中酸素濃度および気象・土壌環境の観測を行った。得られたデータより、各気体成分濃度およびCO2安定同位体比の高度・深度分布および季節変動、およびフラックスの季節変動に関する情報を得ることができた。大気中メタン濃度連続観測システムを製作し、試験測定を実施してシステムの性能評価を行い、結果を基に改良を進めた。大気採取に伴う大気成分の分別を抑制した土壌チャンバー空気採取装置を製作し、土壌呼吸に伴う酸素とCO2の交換比の試験観測を行った。調査地の尾根部および谷部プロットにおいて、7月、10月、2月に表層および深層土壌を採取し、土壌環境（pH、無機態窒素濃度など）および微生物特性（呼吸速度）の把握に取り組んだ。また、レジンコア法を用いて、6-9月期、9-11月期、11-2月期における窒素無機化速度および硝化速度を調べ、季節および微地形によって窒素変換速度が異なることを明らかにした。上記土壌採取時期に同プロットの各深度（0-5cm、30-35cm[尾根と谷で実施]、75-80cm[谷のみ実施]）で採取した土壌試料について、ビーズビータ法を用いてゲノムDNAを抽出・精製した。それぞれのDNAを鋳型として、原核生物（細菌、アーキア）の16S rRNA遺伝子および真核生物の18S rRNA遺伝子のPCR増幅を行なった。PCR条件最適化の結果、深度75-80cm試料の18S rRNA遺伝子の増幅は見られなかったものの、その他の全ての深度試料の遺伝子増幅に成功した。次世代シーケンサーを用いた大規模な微生物種同定のために、PCR増幅産物を精製・定量し、供試試料の準備を終えた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 計画していた観測や実験、試料の採取および観測・実験準備を概ね行うことができた。当初の計画にはない真核生物DNAのPCR増幅にも成功し、原核生物（細菌、アーキア）とともに解析を進めることができた。以上より、おおむね順調に進んでいると評価できる。
Strategy for Future Research Activity	岐阜県高山市冷温帯落葉広葉樹林観測サイトにおいて、渦相関法によるCO2フラックス、チャンバー法による温室効果気体の土壌フラックス、大気中・土壌空気中の温室効果気体・酸素濃度およびCO2安定同位体比等の観測を継続して実施する。昨年度準備した観測システムや試料採取装置を用いた観測を実施する。継続して尾根部および谷部から土壌試料を深度別に採取し、土壌微生物の呼吸活性を室内実験（通気法）により明らかにする。また、すでに採取済みの試料も含めてATP法による土壌微生物バイオマス測定を行う。これらの実験を各季節に行うことにより、微生物バイオマスおよび呼吸活性の季節変動や空間変動（尾根部および谷部、あるいは土壌深度）を明らかにする。採取した土壌試料を用いてその遺伝子解析を行って、微生物種（原核生物、真核生物）の分布およびその季節変動に関するデータを継続して蓄積する。超高感度SIP法を用いた温室効果気体収支に関与する微生物種の同定のため、安定同位体基質を用いた培養条件を決定し、培養試験を開始する。得られたデータを相互に比較し、それぞれの季節変動パターンの関係を明らかにする。参画研究者間でメールやミーティングを通して、緊密な情報交換を図る。得られた成果については、学会発表等により積極的に発信していく。