田畑輪換圃場の微生物群集動態を長期継続調査し水田土壌微生物群集の安定性を解明する

• Project/Area Number: 18H02114
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 38010:Plant nutrition and soil science-related
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 浅川 晋 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (50335014)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 村瀬 潤 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (30285241) ; 渡邉 健史 名古屋大学, 生命農学研究科, 講師 (60547016)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000); Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2021: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2020: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2019: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2018: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: 土壌微生物 / 田畑輪換

Outline of Annual Research Achievements

水田土壌中の微生物が極めて安定で頑健な群集を形成しているメカニズムの解明を目指し、田畑輪換圃場に注目し、田畑輪換による畑転換・水田復元に伴う各種土壌微生物群集の動態を長期間にわたり調査・解析する。田畑輪換の管理で生じる畑転換と水田復元が群集の存在量と構成に及ぼす影響や、群集の動態とその変化に影響を及ぼす要因を明らかにすることを目的とする。
農研機構東北農業研究センター大仙研究拠点（秋田県大仙市）内の長期田畑輪換試験圃場の輪換区と対照の連年水田区より、ダイズあるいは水稲の播種・移植前（3月下旬）、水稲あるいはダイズの生育中（8月中旬）、収穫後（10月下旬）の3回作土層土壌を採取し、DNAおよびRNAの抽出用試料として調製・保存した。なお、輪換区については、ダイズ作後水稲作に戻され3年間の水田が続いた後に、2019年に再度ダイズ畑へと転換されており、2021年はダイズ作3年目であった。
2008年から2019年（2010年は除く）の12年間にわたり採取した試料について16S rRNA遺伝子を対象にした定量PCR法により全細菌群集の存在量を調査した。輪換区はこの期間中2回の水田復元を挟み3 回畑転換が行われている。畑作あるいは水田期間による全細菌の存在量の変動には明確な傾向は見られなかった。輪換区の全細菌群集の存在量はオーダーとしては連年水田区とほぼ同じであったが、常に連年水田区よりも低い値を示し、水田復元期間に連年水田区と同程度まで増加するようなはっきりとした傾向は見られなかった。全細菌には好気性および嫌気性の菌群が含まれると考えられるが、2020年度に明らかにした鉄還元菌群集と同様に、畑転換の影響により全体として存在量が低下することが明らかになった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

新型コロナウイルスの感染拡大のため、試料採取のための出張可能時期を見極める必要があったが、ダイズあるいは水稲の播種・移植前、水稲あるいはダイズの生育中と収穫後の3回について、対象とする田畑輪換試験圃場より継続的に土壌試料の採取を続けることができた。また、2008年から2019年にかけて12年間にわたる試料について、土壌中の物質代謝に大きな役割を果たしていると考えられる全細菌に対する畑転換の影響の特徴を明らかにすることができ、おおむね順調に研究が進展していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

輪換区については2022年はダイズ畑転換3年目後に水田に復元される初年目となる予定であり、水田復元後の微生物群集の経時変化および土壌の酸化還元状態の進行を解析するための試料採取と調査を進めていく予定である。今後も感染拡大状況を勘案しながら試料採取のための出張可能時期を見極め、対象とする田畑輪換試験圃場より土壌試料の採取を継続し、得られた試料の解析を行っていく予定である。また、2022年度は最終年度となるため、得られたデータの取りまとめと結果の総括を行う予定としている。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Nazi Boni大学(ブルキナファソ)
• [Int'l Joint Research] Bangabandhu Sheikh Mujibur Rahman農業大学(バングラデシュ)
• [Journal Article] Estimation of turnover time of microbial biomass potassium in paddy field soil (2022)
  • Author(s): Tokonami Yoshiki、Funao Taketo、Oga Toshiya、Nishida Mizuhiko、Takahashi Tomoki、Asakawa Susumu
  • Journal Title: Soil Science and Plant Nutrition Volume: - Issue: 2 Pages: 275-283
  • DOI: 10.1080/00380768.2022.2045553
  • ISSN: 0038-0768, 1747-0765
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ecology of methanogenic and methane-oxidizing microorganisms in paddy soil ecosystem (2021)
  • Author(s): Asakawa Susumu
  • Journal Title: Soil Science and Plant Nutrition Volume: 67 Issue: 5 Pages: 520-526
  • DOI: 10.1080/00380768.2021.1953355
  • NAID: 210000159204
  • ISSN: 0038-0768, 1747-0765
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Soil microorganisms that underpin production of rice, the staple food for Japanese, in paddy field (2021)
  • Author(s): 浅川 晋
  • Journal Title: Soil Microorganisms Volume: 75 Issue: 2 Pages: 66-69
  • DOI: 10.18946/jssm.75.2_66
  • NAID: 130008109013
  • ISSN: 0912-2184, 2189-6518
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 水田土壌生態系におけるメタンの生成・酸化に関わる微生物の生態に関する研究 (2020)
  • Author(s): 浅川 晋
  • Journal Title: 日本土壌肥料学雑誌 Volume: 91 Pages: 309-312
  • NAID: 130007925036
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Long-term submergence of non-methanogenic oxic upland field soils helps to develop the methanogenic archaeal community as revealed by pot and field experiments (2020)
  • Author(s): WATANABE Takeshi, ASAKAWA Susumu, HAYANO Koichi
  • Journal Title: Pedosphere Volume: 30 Pages: 62-72
  • DOI: 10.1016/s1002-0160(19)60819-2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transcription of mcrA Gene Decreases Upon Prolonged Non-flooding Period in a Methanogenic Archaeal Community of a Paddy-Upland Rotational Field Soil (2018)
  • Author(s): Liu Dongyan、Nishida Mizuhiko、Takahashi Tomoki、Asakawa Susumu
  • Journal Title: Microbial Ecology Volume: 75 Pages: 751-760
  • DOI: 10.1007/s00248-017-1063-2
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 日本人の主食 お米の生産を支える微生物 (2021)
  • Author(s): 浅川 晋
  • Organizer: 日本土壌微生物学会2021年度大会
  • Invited
• [Presentation] 田畑輪換が土壌中の鉄酸化菌・還元菌の存在量に及ぼす影響 (2021)
  • Author(s): 松葉悠真, 伊藤舞香, 劉冬艶, 海野裕晃, 石川裕己, 土屋一成, 浪川茉莉, 高本慧, 戸上和樹, 高橋智紀, 西田瑞彦, 浅川晋, 渡邉健史
  • Organizer: 日本土壌微生物学会2021年度大会
• [Presentation] 水田生態系の成り立ち：イネの生育を支える物質循環と微生物 (2021)
  • Author(s): 浅川 晋
  • Organizer: 第11回CSJ化学フェスタ2021
  • Invited
• [Presentation] 土壌微生物バイオマスルビジウムの代謝回転時間の推定 (2021)
  • Author(s): 床並佳季, 船生岳人, 尾賀俊哉, 浅川 晋
  • Organizer: 日本土壌肥料学会中部支部第101回例会・中部土壌肥料研究会第111回例会
• [Presentation] 水田土壌生態系におけるメタンの生成・酸化に関わる微生物の生態に関する研究 (2020)
  • Author(s): 浅川 晋
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2020年度岡山大会
  • Invited
• [Presentation] 炭素源添加後の水田土壌における微生物バイオマスカリウムの代謝回転時間の測定 (2020)
  • Author(s): 床並佳季, 船生岳人, 尾賀俊哉, 西田瑞彦, 高橋智紀, 浅川 晋
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2020年度岡山大会
• [Presentation] 田畑輪換が水田土壌中のメタン酸化菌およびアンモニア酸化菌の存在量に及ぼす影響 (2019)
  • Author(s): Joseph Benewinde Sawadogo・Mohammad Saiful Alam・末國千佳・劉 冬艶・石川裕己・西田瑞彦・土屋一成・高橋智紀・浅川 晋
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2019年度静岡大会
• [Presentation] Effect of paddy-upland rotation on the abundance of methane-oxidizing and ammoniaoxidizing microbial communities in paddy field soil (2019)
  • Author(s): J.B. Sawadogo, M.S. Alam, C. Suekuni, D. Liu, H. Ishikawa, M. Nishida, K. Tsuchiya, T. Takahashi, S. Asakawa
  • Organizer: 14th International Conference of the East and Southeast Asia Federation of Soil Sciecne Societies
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Paddy-upland rotation with rice-soybean makes a great impact on methanogenic archaeal community in soil (2018)
  • Author(s): Asakawa Susumu
  • Organizer: International Workshop on Mollisols Ecology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 土壌生物性診断を考える～土壌微生物群集解析の研究事例から～ (2018)
  • Author(s): 浅川 晋
  • Organizer: 中部土壌肥料研究会平成30年度「春の講演会」
  • Invited
• [Presentation] Effect of paddy‐upland rotation on methanogenic archaeal community structure in paddy field soil: evaluation by DNA‐ and mRNA‐based analyses (2018)
  • Author(s): Liu Dongyan, Ishikawa Hiroki, Nishida Mizuhiko, Tsuchiya Kazunari, Takahashi Tomoki, Asakawa Susumu
  • Organizer: 21th World Congress of Soil Science
  • Int'l Joint Research
• [Book] The Soils of Japan (分担章 8 Chubu Region [Hokuriku/Tokai]) (2021)
  • Author(s): R Hatano, H Shinjo, Y Takata (Eds) (分担章担当者 N Ogawa, S Asakawa, J Murase, A Watanabe, H Murano, H Sasaki, K Hosokawa, M Saitou, M Kanda, F Uno, J Koike, H Watanabe, M Kasuya, Y Hirono, M Hara)
  • Total Pages: 372
  • Publisher: Springer
  • ISBN: 9789811582288