2021 Fiscal Year Research-status Report
メタン発酵の有機物負荷変動に対する微生物の応答ならびに適応力の解明
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21K17906
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
小山 光彦 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 助教 (50794038)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | メタン発酵 / 有機物負荷ショック / 微生物叢 / レジリエンス / 微生物ネットワーク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、有機物負荷ショックに強いメタン発酵システムを開発することを目指して、繰り返される有機物負荷ショックに対するメタン発酵微生物叢の応答と適応を解明することを目的とした。
初めに、有機物負荷ショックに対する微生物叢の短期的な応答が、種菌に使用する馴化基質の複雑さによってどのように変化するかを、回分メタン発酵装置を用いて評価した。単純な基質に馴化した種菌では、有機物負荷量の増加とともに微生物多様性が低下し、それに伴いメタン収量も減少した。一方、複雑な基質に馴化した種菌では、有機物負荷が高くても微生物の多様性は安定であり、メタン収量への影響も小さいことから、有機物負荷ショックに対するレジリエンスが高まることが明らかとなった。さらに、酵素遺伝子予測解析により、複雑な基質に馴化した種菌では、有機物負荷ショックに対応して、微生物相が主要基質を分解する能力が向上することが示された。
次に、複雑な基質に馴化した微生物叢を種菌に用いて半連続メタン発酵実験をおこない、異なる頻度で繰り返される高有機物負荷ショックに対するメタン生成能、微生物叢の遷移、ならびに微生物ネットワーク構造の変化について解析した。その結果、有機物負荷ショックの頻度が低いほど、微生物叢への影響が大きいことを見出した。具体的には、メタン発酵の安定を維持するために必要な微生物ネットワーク構造が崩壊し、最終的にメタン生産性が損なわれることを明らかにした。さらに、メタン収量が減少した一方で中間代謝物である有機酸は蓄積しなかったことから、微生物叢の活動がメタン生成に寄与しない他の代謝物の生産にシフトしていることが示唆された。
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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
回分式実験においては、メタン発酵微生物叢を複雑な基質に馴化させると機物負荷ショックに対するレジリエンスが高まることを明らかにできた。半連続実験においては、有機物負荷ショックの頻度が低いと微生物ネットワーク構造が崩壊し、最終的にメタン生産性が損なわれるという、当初予想しなかった興味深い結果が得られた。したがって、順調に進行していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
馴化したメタン発酵微生物叢が繰り返しの有機物負荷ショックに耐えられないことが判明したことに基づいて、複雑な基質による馴化に加えて, 異なる有機物負荷でメタン発酵微生物叢を馴化させ、有機物負荷ショックに対するレジリエンス向上を試みる。低頻度で繰り返される高有機物負荷ショックに対するメタン生成能、微生物叢の遷移、ならびに微生物ネットワーク構造の変化について解析する。
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| Causes of Carryover |
本学学内における年度末の書類の提出期限が、例年より約1か月程度早まり、3月上旬までに経理関係書類の提出を完了させる必要があった。そのため、本来は3月中旬から下旬に使用予定だった消耗品について、次年度に発注して使用することとした。
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