2014 Fiscal Year Research-status Report
生物酸化したメタン発酵消化液の養液利用が植物の窒素吸収利用効率に及ぼす影響の解析
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26520311
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
遠藤 良輔 大阪府立大学, 生命環境科学研究科(系), 助教 (10409146)
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| Project Period (FY) |
2014-07-18 – 2017-03-31
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| Keywords | メタン発酵 / 養液栽培 / 環境調節 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
メタン発酵での発酵反応，また発酵消化液への生物酸化反応のそれぞれが液中の無機イオン組成に及ぼす影響について，それぞれ100L規模の培養装置による半連続運転の立ち上げを行った。本年度は，アンモニウムイオンおよび硝酸イオンの動態について注目した。
【メタン発酵の評価】投入材料には，メタン発酵研究で主に用いられるモデル生ごみを使用し，中温メタン発酵条件で連続発酵を立ち上げた。発酵状態が安定した段階で，発酵液量に対する材料投入量の割合を変化させた時の液中の無機イオン，pHの変化について分析した。本研究では，植物生産のための消化液の培養液としての利用を前提としているため，エネルギー回収よりも有機態窒素の無機化に重点をおいて，通常より長い滞留期間（40日）による運転を行った。その結果，窒素の無機化率は70％程度で推移した。
【生物酸化の評価】メタン発酵で生じた消化液中のアンモニア態窒素を，硝化細菌により硝酸に酸化することで，アンモニア濃度の低下および肥効成分である硝酸濃度の増加，さらには，培養液に適した範囲までのpH低下を図った。結果として，硝酸細菌による生物酸化によって硝酸が生成しpHは低下した。また，pHの低下に伴うリン酸やカルシウム等の多価イオンの溶出が生じ，培養液としての品質向上が認められた。一方で，連続的に安定した状態を保つのは困難であった。この理由として，pHの急激な低下による硝酸細菌の活性低下が考えられた。pHの急激な低下は硝酸生成によるものであるが，これにはメタン発酵消化液のアルカリ度の低さが関与している可能性がある。このため，現在安定化を向上させるための予備実験を進行中である。本実験は当初の目的に含まれていないが，これにより，次年度以降の知見がより充実できると考えている。
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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
メタン発酵および生物酸化が連続して行える実験装置の立ち上げが順調に進んだのは予想以上であったが，生物酸化反応の安定性が低く，同一条件の実験サンプルが得にくい状態が続いたのは予想外であった。ただし，反応の安定性確保に向けた予備実験が順調に推移していることから，次年度以降の予定には支障がないと判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
メタン発酵・酸化プロセスにより得た消化液（改質消化液）を用いて水耕栽培を行い，形態学的・生理学的手法によって養分の吸収および利用特性について解析することで，消化液の改質処理に対する植物応答のメカニズムを解明する。
【養分吸収および光合成能力の評価】養分吸収の増減には，養分供給先である培養液組成と養分利用先の大元である光合成能力が大きく関与すると予想される。これらの関係について解析し，資源の吸収利用量を増大させる鍵について探る。光合成能力の解析は，クロロフィル蛍光および蒸散速度と連動して計測することで，ルビスコ活性や光合成電子伝達能力まで細分化する。これにより，窒素形態や植物の形態の変化が光合成能力のどの部分に効いているか明らかにできると考えられる。
【形態変化の評価】動くことのできない植物は環境に応じて柔軟にその形態を変化させ適応を図る。本研究における植物の形態変化が，養分吸収や光合成能力の変化を通して培養液への適応に及ぼす影響について，主に収量・成長速度分析からなる成長解析によって考察する。
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| Causes of Carryover |
新しい連続培養装置の作製にもう少し試行錯誤があると考えていたが，当初の予定よりも成功裏に進んだため支出が小さくなった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
実験室内で利用可能な数L規模のコンパクトな連続培養装置を4台製作し，一度に4条件の比較が行えるようにする。これにより，当初の計画よりも迅速もしくは多様な条件による実験が行える予定である。
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Research Products
(9 results)
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[Journal Article] Ground based study on culturing garlic as a source of vegetable food and medicine in space; Growth and ajoene accumulation in garlic plants cultured with different CO2 regimes2015
Author(s)
Naznin, M. T., Kitaya, Y., Shibuya, T., Endo, R., Hirai, H., Lefsrud M.
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Journal Title
Biological Sciences in Space
Volume: 29
Pages: 1-7
Peer Reviewed
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