2023 Fiscal Year Final Research Report

Study on DOP hydrolysis processes of lake water phosphorus cycling based on the enzyme-mediated DOP regeneration rates and the oxygen isotopic composition of phosphate.

Research Project

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Project/Area Number	19K06196
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 40030:Aquatic bioproduction science-related
Research Institution	Kyoto University (2022-2023) Research Institute for Humanity and Nature (2019-2021)
Principal Investigator	Ikeya Tohru 京都大学, 生態学研究センター, 研究員 (70361590)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	奥田昇神戸大学, 内海域環境教育研究センター, 教授 (30380281) 伴修平滋賀県立大学, 環境科学部, 教授 (50238234) 石田卓也広島大学, 先進理工系科学研究科(総), 助教 (70759571) 丸尾雅啓滋賀県立大学, 環境科学部, 教授 (80275156)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2024-03-31
Keywords	有機態リン / オルトリン酸 / イオンクロマトグラフィー / リン酸酸素安定同位体 / リン酸エステラーゼ / エクトエンザイム / 微生物メタゲノム / 次世代シーケンサー
Outline of Final Research Achievements	We developed a novel method to determine organic phosphorus concentration’s of lake water by determination of orthophosphate with ion chromatography, after through decomposition with a phospho-mono-esterase or combination of a phospho-mono-esterase and de-esterase(’s). It allowed to determine acid-labile organic phosphorus concentration’s based on the (mono-, and di-)-esterase-species for digestion and the size fraction of lake water. A turnover time for each esterase-species was also determined from the esterase-species concentration’s and the decomposition kinetics determined experimentally with fluorescent substrates. The investigations combined with phosphate oxygen isotope analysis have elucidated the relationship of these values, and the seasonal changes and the effects of phosphorus-loading on the phosphorus cycling in a semi-enclosed water.
Free Research Field	水圏生態学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	有機態リンがリン酸エステラーゼで分解される際、同位体交換平衡によって生じるリン酸－酸素安定同位体比の変化は、野外に適用可能なリン循環の指標として用いられるようになった。一方、有機態リンの測定は、従来、化学的分解や分子量に基づく分析操作上の定義に基づく把握に留まっていた。本研究では、湖水の酵素加水分解によって生成したオルトリン酸をイオンクロマトグラフィーで定量することによって分解酵素種ごとに有機態リン濃度を測定する方法を確立し、現場の有機態リン基質の回転時間を酵素反応速度論から求めることにより、有機態リン基質動態とリン酸－酸素安定同位体比変化の対応関係について議論することが可能になった。