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Construction of nitrification model utilizing microbial consortia and application to hydroponic culture

Research Project

Project/Area Number 16KT0146
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section特設分野
Research Field Food Cycle Research
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

Akinori Ando  京都大学, 農学研究科, 助教 (10537765)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 高橋 里美  京都大学, 農学研究科, 寄附講座教員 (60637487)
小川 順  京都大学, 農学研究科, 教授 (70281102)
Research Collaborator SHINOHARA Makoto  
Project Period (FY) 2016-07-19 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2016: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords硝化細菌 / 硝化反応 / アンモニア酸化菌 / 亜硝酸酸化菌 / 有機質肥料活用形養液栽培 / 有機質肥料活用型栽培 / 硝化菌 / 水耕栽培法 / 有機水耕栽培 / 独立栄養細菌
Outline of Final Research Achievements

An organic hydroponic is a cultivation method which contained multiple parallel mineralization of organic matter like soil. We analyzed the nitrogen and microbial transition in microbial mineralization of organic nitrogen into nitrate and clarified that microbial consortia related to ammonification and nitrification was not complicated compared to that of soil. Based on this finding, we designed microbial consortia to achieve ammonification and nitrification by only three strains, a heterotrophic microbe, ammonia-oxidizing bacteria (AOB), and nitrite-oxidizing bacteria (NOB) even under organic condition. Furthermore, we succeeded in colony formation of AOB and NOB even in a short period cultivation by evaluation of the culture conditions of nitrifying bacteria and isolated AOB and NOB which showed activities even under high temperature condition. In addition, we succeeded in ammonification and nitrification under organic condition at high temperature by co-culture of three strains.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまで土壌の有機物を分解し無機養分を供給する機能を人工的に再現することはできなかった。土壌機能を再現するにはアンモニア化成、硝酸化成の微生物作用を再現する必要があるが、それらを担う硝化菌が有機物により容易に不活性化するため困難であった。本研究では、わずか3菌株だけで土壌機能のアンモニア化成、硝酸化成を再現することに成功した。本成果により、耕作不適合地での栽培や、人工物の土壌化などが可能になり、食料の増産、二酸化炭素削減など多様な効果が期待できる。また土壌機能として物理性、化学性、生物性の3条件を満たすことに成功し、再現性を担保できる科学的な解析対象としうる画期的な成果である。

Report

(4 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2019 2018 2017

All Presentation (23 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 7 results)

  • [Presentation] 硝化菌の可培養化を基盤とする硝化複合微生物群のデザイン2019

    • Author(s)
      安藤 晃規、小川 順
    • Organizer
      日本農芸化学会2019年度大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 土壌微生物を「デザイン」する・・・植物生長を最大化する基盤技術の登場2019

    • Author(s)
      篠原信、安藤晃規、小川順、宮本憲二、加藤康夫
    • Organizer
      日本農芸化学会2019年度大会「植物生長促進微生物研究の新潮流」シンポジウム
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    • Invited
  • [Presentation] A Development of disease suppressive soil by using synthetic medium immobilized microbes2019

    • Author(s)
      Meeboon, J., Shinohara, M., Fujiwara, K., Miyamoto, K., Kato, Y., Ando, A., and Ogawa, J.
    • Organizer
      平成31年度日本植物病理学会大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Cobalt-dependent inhibition of nitrite oxidation in Nitrobacter winogradskyi2019

    • Author(s)
      R. Metzner, T. Nomura, N. Kitaoka, K. Miyamoto, M. Shinohara, A. Ando , J. Ogawa, Y. Kato
    • Organizer
      日本農芸化学会2019年度大会
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  • [Presentation] 有機養液栽培に於ける側根成長促進物質の探索2019

    • Author(s)
      黄 穎、篠原 信、メツナーリチャード、加藤康夫、安藤晃規、小川 順、宮本憲二
    • Organizer
      日本農芸化学会2019年度大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Artificial creation of disease suppressive soil by using media immobilized with the microbial2019

    • Author(s)
      JAMJAN MEEBOON, Makoto Shinohara, Kazuki Fujiwara, Kenji Miyamoto, Yasuo Kato, Akinori Ando, Jun Ogawa
    • Organizer
      日本農芸化学会2019年度大会
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  • [Presentation] エレメンタル土壌微生物接種による非土壌媒体の土壌化2018

    • Author(s)
      篠原信、吉田賢啓、岡田若子、宇佐美晶子、Sakuntala Saijai 、安藤晃規、宮本憲二、加藤康夫、小川順、高野雅夫
    • Organizer
      日本農芸化学会
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  • [Presentation] 高濃度の亜硝酸を酸化しうる硝化菌の単離と諸性質の解析2018

    • Author(s)
      岡田若子、安藤 晃規、宇佐美 晶子、Sakuntala Saijai 、宮本憲二、加藤康夫、篠原信、小川順
    • Organizer
      日本農芸化学会
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  • [Presentation] Comparative study of nitrification-promoting factors in designed microbial consortia2018

    • Author(s)
      R. Metzner、N. Kitaoka、T.Nomura、K. Miyamoto、M. Shinohara、A. Ando、J. Ogawa、Y. Kato
    • Organizer
      日本農芸化学会
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  • [Presentation] 食料生産・健康のために微生物に期待すること2018

    • Author(s)
      安藤晃規
    • Organizer
      プレ戦略イニシアティブ(研究拠点提案型) 「微生物サステイナビリティ研究拠点」シンポジウム
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    • Invited
  • [Presentation] 硝化細菌の分離のための培養条件の検討2018

    • Author(s)
      安藤 晃規、岡田 若子、宮本 憲二、加藤 康夫、篠原 信、小川 順
    • Organizer
      日本微生物生態学会 第32回大会
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  • [Presentation] アンモニア化成と硝酸化成に有用な微生物の探索ならびに硝化微生物コンソーシアの構築2018

    • Author(s)
      安藤 晃規、岡田 若子、Sakuntala Saijai、Tsai You-Shan、宮本 憲二、加藤 康夫、篠原 信 、小川 順
    • Organizer
      第70回日本生物工学会大会
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  • [Presentation] 難培養性硝化菌の可培養化と応用展開2018

    • Author(s)
      安藤晃規
    • Organizer
      第31回さんわかセミナー 「難培養・極限環境微生物研究の最前線」
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    • Invited
  • [Presentation] 水耕栽培系を活用した硝化菌群の解析と応用2018

    • Author(s)
      安藤 晃規、小川 順
    • Organizer
      植物の栄養研究会 第4 回 研究交流会
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    • Invited
  • [Presentation] 必要最小限の土壌微生物(エレメンタル土壌微生物)の有機物耐性2017

    • Author(s)
      1.篠原 信、高田 惟名、河邑 ちひろ、藤原 和樹、安藤 晃規、宮本 憲二、加藤 康夫、小川 順、高野 雅夫
    • Organizer
      日本農芸化学会大会
    • Place of Presentation
      京都女子大学
    • Year and Date
      2017-03-19
    • Related Report
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  • [Presentation] アンモニア化成、硝酸化成に有用な微生物培養系の構築2017

    • Author(s)
      2.サイジャイ サクンタラ、安藤晃規、岡田若子、宮本憲二、加藤康夫、篠原信、小川順
    • Organizer
      日本農芸化学会大会
    • Place of Presentation
      京都女子大学
    • Year and Date
      2017-03-19
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  • [Presentation] 有機養液栽培に大事な微生物とはなんだろう?2017

    • Author(s)
      安藤晃規
    • Organizer
      第8回有機質肥料活用型養液栽培研究会
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      2017 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Future visions of applied-microbiology2017

    • Author(s)
      Akinori Ando
    • Organizer
      The 3rd KU-KUGSA Bilateral Symposium
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      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] アンモニア化成と硝酸化成に有用な硝化微生物コンソーシアの構築2017

    • Author(s)
      岡田若子、Sakuntala Saijai、安藤晃規、宮本憲二、加藤康夫、篠原信、小川順
    • Organizer
      第2回環境微生物系学会合同大会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] エレメンタル土壌微生物による土壌創出技術の開発2017

    • Author(s)
      篠原 信・藤原和樹・河邑ちひろ・安藤晃規・宮本憲二・加藤康夫・小川順・高野雅夫
    • Organizer
      日本土壌肥料学会
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  • [Presentation] Designing a microbial co-culture for ammonification and nitrification of organic nitrogen2017

    • Author(s)
      Y.-S. Tsai, S. Saijai, A. Ando, W. Okada, K. Miyamoto, Y. Kato, M. Shinohara, J. Ogawa
    • Organizer
      第69回日本生物工学会
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  • [Presentation] A simple microbial co-culture for performing ammonification and nitrification of organic nitrogen2017

    • Author(s)
      Y-S. Tsai, S. Saijai, A. Ando, W. Okada, K. Miyamoto, Y. Kato, M. Shinohara, and J. Ogawa
    • Organizer
      13th International Symposium on Biocatalysis and Agricultural Biotechnology (ISBAB)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] アンモニア化成と硝酸化成に有用な硝化微生物モデルの構築2017

    • Author(s)
      岡田若子、Sakuntala Saijai、安藤晃規、宮本憲二、加藤康夫、篠原信、小川順
    • Organizer
      第8回 有機質肥料活用型養液栽培研究会
    • Related Report
      2017 Research-status Report

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Published: 2016-07-20   Modified: 2023-03-08  

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