海洋細菌による膜小胞を介した微生物炭素ポンプの炭素フローの解明

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K12145
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 大森 裕子 筑波大学, 生命環境系, 助教 (80613497)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 濱 健夫 筑波大学, 生命環境系, 名誉教授 (30156385) ; 豊福 雅典 筑波大学, 生命環境系, 准教授 (30644827)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 炭素循環 / 微生物炭素ポンプ / 膜小胞 / 海洋細菌 / 13Cトレーサー法

Outline of Annual Research Achievements

海洋に存在する溶存態有機物（DOM）は、地球表層における最大級の有機炭素プールの一つであり、その90％以上は微生物分解に対して安定な「難分解性DOM」で構成され、数千年もの寿命をもつ。近年、難分解性DOMによる海洋への長期間の炭素隔離機能の概念として、「微生物炭素ポンプ」が提唱された。しかし、微生物炭素ポンプはそのプロセスの存在と重要性が示されたのみであり、海洋への炭素隔離能を正確に理解するために生成プロセスとその量的な寄与を明らかにする必要がある。本研究は、海洋細菌が生成する細胞外膜小胞（MV）が生物分解に対して安定であることに着目し、海洋細菌が生成するMVを介した微生物炭素ポンプのプロセスと炭素フローの解明を目指す。
2021年度は、2020年度までに実施した培養実験試料について引き続き分析および解析を実施した。その結果、海洋細菌はグルコースを基質として増殖した後、細胞死とともにMVを含む微細粒子が形成されることが示された。形成されたMVは、海洋細菌自身によって分解されず約2ヶ月後まで残存した。2か月後まで残存した有機炭素のうち、その大半がDOMとして存在し、MVが占める割合は約１％であった。また、本年度は実海水におけるMVがもつ炭素量の定量に挑戦した。沿岸海水中に含まれるMVの炭素量は非常にわずかであり、DOMプールに占める割合は１％よりはるかに小さいことが示された。以上の結果から、細菌によるMVの形成は、微生物炭素ポンプによる難分解性DOMの形成経路の一つであるが、その炭素量としての寄与は小さいと考えられる。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究の一つ目の課題であった、13Cトレーサー法を用いた海洋細菌によるMV形成と残存量の定量評価を行うことが出来た。また、実海洋におけるMV炭素濃度の評価によって、海洋炭素循環における重要な知見を得ることができた。

Strategy for Future Research Activity

本研究のもう一つの課題である「MVの微生物分解性と分解後の行方」の解明に向けて、MVを基質とした分解実験を実施する。
まず、海洋細菌の単離株を作成し、その単離株から得たMVを回収する。MVを基質とした細菌培養実験によりMVの微生物分解性を明らかにし、海洋炭素循環におけるMVの挙動の解明を目指す。

Causes of Carryover

新型コロナにより海水採取および学会参加等の渡航が無くなったため、次年度使用額が生じた。次年度は、分解実験ならびに学会発表、論文投稿等に助成金を使用する予定である。