2013 Fiscal Year Annual Research Report
植物と微生物のスーパーシンビオーム系の創出とそれを利用した排水処理
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24310057
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
遠山 忠 山梨大学, 医学工学総合研究部, 准教授 (60431392)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 環境保全技術 / 環境修復技術 / 排水処理 / 植物根圏 / 水生植物 / 植生浄化 / 植物成長促進微生物 / 内分泌撹乱化学物質 |
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| Research Abstract |
本研究は、水生植物と微生物の共生・相互作用が発揮する新しい現象、能力と効果を分子レベルで解明するとともに、その作用効果を最大限発揮させることによって、個々の植物と微生物では不可能であった機能を有する植物－微生物共生系（スーパーシンビオーム系）を創出することを目的とし、特に、そのシンビオーム系を利用した効率的な窒素・リン除去と有機化学物質除去技術を開発することを目指している。
平成25年度では、ウキクサと植物成長促進微生物（PGPB）のシンビオーム系を構築し、ウキクサの成長とウキクサによる窒素・リン除去が促進するメカニズム解明を試みた。Sinorhizobium sp. SP4株をウキクサに共生させたところ、クロロフィル合成経路、カルビンサイクル、光合成活性、窒素代謝のいずれもが無菌ウキクサ比で2倍以上に活性化することが明らかとなった。この代謝の高活性化に伴い、ウキクサのバイオマス生産速度と排水中からの窒素・リンの取り込み速度も2倍以上に高速化した。このように、PGPBによるバイオマス生産と窒素・リン取り込みのメカニズムを分子レベルで解明できた。さらに、ウキクサ－Pelomonas sp. SPE11などの複数のシンビオーム系においても、同様のメカニズム解明に成功した。
一方、フェノール性内分泌撹乱化学物質を分解する根圏微生物（Sphingobium sp. TIK1）とヨシのシンビオーム系を構築し、その両者の相互作用を明らかにすることを試みた。その結果、ヨシの根分泌物がTIK1株のphenol monooxygenase遺伝子とcatechol 2,3-dioxygenase遺伝子の転写活性を著しく高め、TIK1株の細胞増殖の炭素源・エネルギー源となることを明らかにした。このメカニズムによって効率的・長期的なフェノール性内分泌撹乱化学物質分解が可能であることを実証した。
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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
平成25年度は、1．バイオマス成長、窒素・リン除去あるいは内分泌撹乱化学物質分解を著しく促進する植物－微生物シンビオーム系の構築、2．植物－微生物シンビオーム系の植物と微生物の共生・相互作用メカニズムの解明を研究目標とした。その達成度は以下のとおりである。
1．：前年度獲得した微生物材料を使用し、バイオマス成長と窒素・リン除去を2倍以上促進するウキクサ－Sinorhizobium sp. SP4系、ウキクサ－Pelomonas sp. SPE11系、ミジンコウキクサ－Sinorhizobium sp. SP4系などのシンビオーム系を構築し、バイオマス成長と窒素・リン除去が高速化することを実排水実験で実証した。また、ヨシ－Sphingobium sp. TIK1系やヨシ－Sphingobium sp.IT4系を構築し、排水中の様々なフェノール性内分泌撹乱化学物質を効率よく分解・除去できることを実証した。
2．：ウキクサ－Sinorhizobium sp. SP4系、ウキクサ－Pelomonas sp. SPE11系、ミジンコウキクサ－Sinorhizobium sp. SP4系おいて、クロロフィル合成経路、カルビンサイクル、光合成活性、窒素代謝のいずれもが無菌ウキクサ比で2倍以上に活性化すること、その高活性化がウキクサのバイオマス生産速度と窒素・リンの取り込み速度を2倍以上高めることを明らかにした。一方、ヨシ－Sphingobium sp. TIK1系では、ヨシの根分泌物がTIK1株の分解遺伝子の転写活性を著しく高め、また、TIK1株の細胞増殖を促進することを突き止め、このようなメカニズムによって効率的・長期的な化学物質分解が達成されることを明らかにした。
このように、当初研究目標を達成することができた。さらに、これらの成果を学術論文発表と国内・国際学会発表を通じて発信、還元することができた。以上のことから総合的に判断して、研究進捗度を「②おおむね順調に進展している。」とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在の研究進捗状況は、「おおむね順調に進展している。」と判断できたことから、当初の計画通りに今後の研究を推進する。
平成26年度は、最終年度として、平成24、25年度に得られた微生物材料と知見、技術を用いて、高効率排水処理を達成するための植物根圏と微生物群集をデザインし、その有効性を実証する。さらに、課題点なども精査し、総合的に実用性を評価する。具体的には、１．排水中の窒素除去の効率化を目財した植物－微生物共生系と２．排水中の内分泌撹乱化学物質除去の効率化を目指した植物－微生物共生系を構築し、その実証試験を実施する。この実証実験を通して、有効性を明らかにするとともに、課題点とその解決策も含めて総合的な実用性を評価する。
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Research Products
(14 results)
