Inorganic carbon fixation ability by nitrifying bacteria in carbon-depleted soil - elucidation of its control factors

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21H02324
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 内田 義崇 北海道大学, 農学研究院, 准教授 (70705251)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 龍見 史恵 北海道大学, 農学研究院, 特別研究員(PD) (30883417)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 炭素循環

Outline of Annual Research Achievements

生物多様性の減少と生態系サービスの損失には基本的には正の関係があるとされているが、その本質についてはわかっていない部分が多い。本研究では、農地開発などで起こる生態系全体の変化が硝化菌群の硝化ポテンシャルの変化にどのように寄与しているのかを調べた。そこで、炭素や窒素が欠乏した土壌で実際に「硝化反応」を行っている硝化菌群を解析するために硝化時に菌体が取り込む炭素を安定同位体標識するStable Isotope Probing（SIP）を行い標識されたDNAから判別された硝化菌群と微生物全体の多様性の関係を調査した。研究サイトとしては、北米の元氷河地域の森林で外来ミミズの侵入により炭素量が変化した2地点（軽度侵入（Minimally）・重度侵入（Highly））で採取したものを用いた。まず、これら地点の硝化ポテンシャルを調べたが、ミミズの侵入の増加によって硝化ポテンシャルは減少していた。これは土壌中のアンモニア酸化古細菌DNA量の傾向と同様であり、アンモニア酸化古細菌の減少が硝化ポテンシャルの減少につながっている可能性がある。これまでサブサハラアフリカでも類似の研究を行ってきたが、サブサハラアフリカ土壌では、森林に比べて炭素・窒素が減少した農地土壌のほうが硝化ポテンシャルは高く、北米の外来ミミズ侵入による栄養減少とは傾向が異なった。現在、アンモニア酸化細菌・古細菌の生息比に関わる土壌pHや、SIPによる活発な硝化菌群の同定、ミミズの腸内細菌叢の解析を行っている。

Current Status of Research Progress

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

Reason

今年度に関しては、農地開発などで起こる生態系全体の変化が硝化菌群の硝化ポテンシャルの変化にどのように寄与しているのかを調べることができたため、おおむね順調に進展していると評価した。さらに、本研究の主要なテーマである、炭素や窒素の欠乏という土壌劣化についても調査することができた。具体的には「硝化反応」を行っている硝化菌群を解析するために硝化時に菌体が取り込む炭素を安定同位体標識するStable Isotope Probing（SIP）を行い標識されたDNAから判別された硝化菌群と微生物全体の多様性の関係を調査した。

Strategy for Future Research Activity

今後は、これまで行っているサブサハラアフリカ土壌における硝化菌コミュニティの特性調査をゲノムを利用して明らかにしていく。さらに、Stable Isotope Probingを行ったのは北米の外来種ミミズ侵食によって劣化した土地であるが、そちらについても結果を精緻に解析する予定である。