複雑に絡み合う窒素循環を新規多重同位体標識培養実験で紐解く

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K21341
• Research Institution: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
• Principal Investigator: 小林 香苗 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(超先鋭研究開発プログラム), Young Research Fellow (20908264)
• Project Period (FY): 2021-08-30 – 2023-03-31
• Keywords: 窒素循環 / 安定同位体 / アナモックス / 硝化 / 脱窒 / 深海底

Outline of Annual Research Achievements

窒素循環の理解は、人為的な窒素負荷の地球環境への影響把握のために重要である。窒素負荷に対して生態系は、硝化・脱窒・嫌気的アンモニウム酸化（アナモックス）という３つの微生物代謝過程で応答する。この３つのプロセスが共存する環境において、個々の反応速度、共存・競争関係を考慮した定量的な動態の把握は非常に困難である。本研究では，窒素化合物の濃度・同位体測定と菌叢解析、そして同位体標識培養実験を組み合わせて、共存する３つのプロセスの個別の反応速度を求める。
2021年度は、これまで硝化・脱窒・アナモックスの３つのプロセスの共存が確認されている深海底堆積物を対象に調査を行った。相模湾、西北太平洋深海平原、伊豆小笠原海溝にて海底堆積物を採取した。硝化・脱窒・アナモックスの分布は、酸素濃度や栄養塩濃度にも影響されるため、堆積物の鉛直方向の溶存酸素濃度プロファイルをマイクロセンサーを用いて測定し、各層の間隙水を採取し、アンモニウム、亜硝酸、硝酸の濃度を測定した。また、間隙水中のアンモニウムの窒素安定同位体比、亜硝酸と硝酸の窒素および酸素安定同位体比、堆積物中の有機物の窒素安定同位体比の分析を行った。各層の微生物群集構造を把握するためにSSU rRNA遺伝子シーケンス解析と、窒素循環に関連する代謝遺伝子の深度による分布の把握のためにショットガンメタゲノム解析を行った。分析した環境情報をもとに同位体標識培養実験の培養条件の検討を進めている。

Current Status of Research Progress

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

Reason

2021年度は、航海によるサンプリングと、環境情報の分析、微生物群集構造解析を主眼とした。新たに挑戦した測定技術やデータ解析手法の習得に時間を要したが、予定していた研究項目をこなすことができたため、おおむね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

同位体標識培養実験の培養条件の検討を進め、2022年度予定されている航海で深海底堆積物を採取し、同位体標識培養実験を行う。並行して、引き続き2021年度に採取した堆積物の窒素化合物の濃度・同位体測定と菌叢解析を進めていく。

Causes of Carryover

2021年度は、航海によるサンプリングと、環境情報の分析を中心に行い、同位体標識培養実験については実環境データに基づく培養条件検討に留まった。そのため、同位体標識培養実験に関わる消耗品や物品の購入が2022年度になったため次年度使用額が生じた。翌年度分として請求した助成金と合わせた使用計画については、まず同位体標識培養実験に関わる消耗品や物品の購入を行い、2022年度に予定されている航海でのサンプリングおよびその解析（窒素化合物の濃度・同位体測定と菌叢解析）に使用する予定である。