2011 Fiscal Year Research-status Report
硝化作用をモデルとした複合微生物解析と高機能化デザイン
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23780077
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
安藤 晃規 京都大学, 生理化学研究ユニット, 助教 (10537765)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2013-03-31
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| Keywords | 硝化反応 / 複合微生物 / 硝化菌 / アンモニア酸化菌 / 亜硝酸酸化菌 / DGGE解析 |
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| Research Abstract |
市販の肥料や、培養土、約50種類を微生物源としてスクリーニングを行い、微生物源として有機物の無機化の工程を従来の1ヶ月から、1週間に短縮できるバーク堆肥を選抜した。また、1 g/lの濃度で複合微生物と炭酸カルシウムを添加し、0.5 g/lの濃度で5日間、有機物を添加、25℃下、通気を行い、約2週間で有機物の硝酸態窒素への無機化が完了することを明らかにした。炭酸カルシウムを添加することで硝化特性（硝酸化成効率）が改善されることを見いだした。また、有機廃棄物を完全硝化した後、回収した微生物を用い再度硝化を行った結果、安定した硝化再現性を示すことがわかった。さらに、作成した種菌を用い、種々の有機物に対して硝化の柔軟性を検討したところ、多様なN源に対して安定した硝化反応を示したので、有機物の分解に充分な柔軟性を有していることが明らかになった。続いて、硝化完了を１世代とし、１０世代硝化を繰り返し、種菌の細菌相の推移をDGGE解析により確認した。硝化完了後の細菌相のパターンは高度に保存されており、硝化を繰り返しても一定の菌相のパターンに収斂することが明らかになった。実際に調製した複合微生物を種菌として作物栽培を行ったところ、土壌を微生物源として用いた際と同様であった。以上、細菌相の再現生と安定性、硝化の柔軟性、栽培実績が確認できたことにより、硝化作用の複合微生物系モデルとして本種菌が利用できることを明らかにした。続いて、硝化作用の経時的な変化の解析系のモデル化の構築を検討し、試験管レベルでの硝化反応が可能であり、実際に経時的に菌体を分取することで経時的な硝化反応の菌相推移をＤＧＧＥ解析により明らかにすることができた。本解析モデルにより、硝化反応における新たな解析系を提案できたと考えている。
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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
23年度の計画通り、これまでに硝化微生物群のスクリーニングを行い、硝化効率のよい複合微生物源として、バーク堆肥を選抜した。また、選抜した硝化微生物源を用い最適な硝化条件を決定し、硝化終了後の菌体を用いることで、再度硝化できることも明らかにした。また、硝化に関わる単一漕での微生物の遷移解析、微生物相遷移と代謝物の関連性の解析を行い、菌相レベルでの再現性も有していることを明らかにした。現状で研究の進捗度は概ね順調である。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに、有機物から硝酸までの完全硝化後の菌体は、有機物からの硝化作用において再現性を有している知見を得ている。２３年度に選抜した土壌より訓養培養した菌体の、希釈を行い、有機物からの完全硝化を行える最小構成微生物単位までの希釈倍率を検討し、その希釈倍率下でのサンプル間の硝化作用の挙動と、硝化終了後の菌相の比較により、有機物分解と硝化に関わる最小構成微生物群のバリエーションをもったライブラリーを構築する。さらに、ライブラリーに対して、様々な外乱を導入し、硝化作用に関しての柔軟性、剛性を評価し、挙動と菌相の差違を比較する。続いて、最少化を行った複合微生物を活用し、カラムにに菌体を固定し、有機物の分解状況に合わせて、菌相を分離し、有機物から硝酸までの各機能別に有用な菌群の集積を試みる。また、同時に各環境下での培養液を用いて、菌を単離し、硝化微生物剤の機能改善に役立てる。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
微生物の培養には培養試薬や試験管などのガラス器具が必要となる。遺伝子操作には、扱いが簡便なプラスチックチューブやシャーレを用い、研究の進行を促進する計画である。また、培養試薬類、分析試薬類、カラム樹脂類、ガラス製品、制限酵素類、ポリメラーゼ類、リガーゼ類、プライマー作成委託、プラスミド精製キット、プラスチック製品、RNA精製キット、逆転写キット、ｃDNAライブラリーキット、DNAシーケンス用キットなど研究経費の中で消耗品費として活用する。また、単純化した菌相を網羅的に解析することを予定しており、次世代シークエンサーによる菌相解析を委託する予定である。
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