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地下圏微生物による窒素循環:付加体の地下水流動と微生物脱窒のリンケージ解明

研究課題

研究課題/領域番号 16H02968
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 環境影響評価
研究機関静岡大学

研究代表者

木村 浩之  静岡大学, グリーン科学技術研究所, 教授 (30377717)

研究分担者 木庭 啓介  京都大学, 生態学研究センター, 教授 (90311745)
光延 聖  愛媛大学, 農学研究科, 准教授 (70537951)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)
2019年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2018年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2017年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2016年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
キーワード微生物 / 地下圏 / 脱窒 / メタン生成 / 発酵 / 物質循環 / 地下水流動 / 地殻変動 / 窒素循環
研究成果の概要

付加体は、海洋プレートが沈み込む際に海底堆積物が陸側プレートの縁辺部に付加してできた厚い堆積層である。これまで、付加体の深部帯水層から嫌気性の地下水と付随ガスが採取され、付随ガスに含まれるメタンの生成機構について解明されてきたが、窒素ガスの生成機構については知見がなかった。本研究課題では、付加体の地下水に有機基質および硝酸を添加した嫌気培養実験を試みた。その結果、微生物による高い窒素ガス生産(脱窒)ポテンシャルが示された。また、地下水に含まれる微生物群集の遺伝子を解析した結果、脱窒細菌の存在が示された。そして、メタン生成菌と脱窒細菌が有機基質の利用において競合している可能性が示された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

付加体は、西南日本の太平洋側の地域に広く分布する厚い堆積層である。本研究課題では、付加体の深部帯水層における炭素循環および窒素循環についての新たな知見を数多く得ることができた。そして、地の利を活かした日本発の特色ある研究を推進できた。また、地殻変動が頻繁に発生する付加体の深部帯水層での炭素循環に関する知見が得られたことから、温暖化メカニズムの解明にも貢献した。さらに、本研究課題において深部地下圏での微生物による脱窒プロセスや炭素循環、窒素循環を総合的に理解したことにより、新エネルギーの開発に必要な基盤情報の提供に繋がった。

報告書

(5件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (46件)

すべて 2020 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 2件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 10件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 4件、 招待講演 6件) 図書 (3件) 備考 (3件) 産業財産権 (4件) (うち外国 1件)

  • [国際共同研究] Department of Oceanography/University of Hawaii at Manoa(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Hawaii, Manoa(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] The Potential for CH<sub>4</sub> Production by Syntrophic Microbial Communities in Diverse Deep Aquifers Associated with an Accretionary Prism and its Overlying Sedimentary Layers2020

    • 著者名/発表者名
      Matsushita Makoto、Ishikawa Shugo、Magara Kenta、Sato Yu、Kimura Hiroyuki
    • 雑誌名

      Microbes and environments

      巻: 35 号: 1 ページ: n/a

    • DOI

      10.1264/jsme2.ME19103

    • NAID

      130007784459

    • ISSN
      1342-6311, 1347-4405
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Functional diversification of two bilin reductases for light perception and harvesting in unique cyanobacterium Acaryochloris marina MBIC 110172020

    • 著者名/発表者名
      Miyake Keita、Fushimi Keiji、Kashimoto Tomonori、Maeda Kaisei、Ni‐Ni‐Win、Kimura Hiroyuki、Sugishima Masakazu、Ikeuchi Masahiko、Narikawa Rei
    • 雑誌名

      The FEBS Journal

      巻: - 号: 18 ページ: 4016-4031

    • DOI

      10.1111/febs.15230

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Filtration and exposure to benzalkonium chloride or sodium chloride to preserve water samples for dissolved inorganic carbon analysis2019

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Hiroshi A.、Handa Hiroko、Sugiyama Ayumi、Matsushita Makoto、Kondo Miyuki、Kimura Hiroyuki、Tsujimura Maki
    • 雑誌名

      GEOCHEMICAL JOURNAL

      巻: 53 号: 5 ページ: 305-318

    • DOI

      10.2343/geochemj.2.0570

    • NAID

      130007724555

    • ISSN
      0016-7002, 1880-5973
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 付加体深部帯水層での微生物メタン生成とエネルギー生産システムの社会実装2019

    • 著者名/発表者名
      木村浩之、松下 慎、芦沼完太、津布久卓也
    • 雑誌名

      日本微生物生態学会誌

      巻: 34 ページ: 43-48

    • NAID

      130007716349

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Geochemical and Microbiological Evidence for Microbial Methane Production in Deep Aquifers of the Cretaceous Accretionary Prism2018

    • 著者名/発表者名
      Makoto Matsushita, Kenta Magara, Yu Sato, Naoya Shinzato, Hiroyuki Kimura
    • 雑誌名

      Microbes and environments

      巻: 33 号: 2 ページ: 205-213

    • DOI

      10.1264/jsme2.ME17199

    • NAID

      130007393738

    • ISSN
      1342-6311, 1347-4405
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Temperature-dependent expression of different guanine-plus-cytosine content 16S rRNA genes in Haloarcula strains of the class Halobacteria2018

    • 著者名/発表者名
      Sato Yu、Kimura Hiroyuki
    • 雑誌名

      Antonie van Leeuwenhoek

      巻: 112 号: 2 ページ: 187-201

    • DOI

      10.1007/s10482-018-1144-3

    • NAID

      120006502988

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Geochemical and microbiological evidence for microbial methane production in deep aquifers of the Cretaceous accretionry prism2018

    • 著者名/発表者名
      Makoto Matsushita, Kenta Magara, Yu Sato, Naoya Shinzato, Hiroyuki Kimura
    • 雑誌名

      Microbes and Environments

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A RuBisCO-mediated carbon metabolic pathway in methanogenic archaea2017

    • 著者名/発表者名
      T. Kono, S. Mehrotra, C. Endo, N. Kizu, M. Matsuda, H. Kimura, E. Mizohata, T. Inoue, T. Hasunuma, A. Yokota, H. Matsumura, H. Ashida
    • 雑誌名

      Nature Commun.

      巻: 8 号: 1 ページ: 14007-14007

    • DOI

      10.1038/ncomms14007

    • NAID

      120005947453

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Expression and function of different guanine-plus-cytosine content 16S rRNA genes in Haloarcula hispanica at different temperatures2017

    • 著者名/発表者名
      Yu Sato, Taketomo Fujiwara, Hiroyuki Kimura
    • 雑誌名

      Frontiers in Microbiology

      巻: 8 ページ: 482-482

    • DOI

      10.3389/fmicb.2017.00482

    • NAID

      120006312524

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Regional Variation of CH<sub>4</sub> and N<sub>2</sub> Production Processes in the Deep Aquifers of an Accretionary Prism2016

    • 著者名/発表者名
      Makoto Matsushita, Shugo Ishikawa, Kazushige Nagai, Yuichiro Hirata, Kunio Ozawa, Satoshi Mitsunobu, Hiroyuki Kimura
    • 雑誌名

      Microbes and environments

      巻: 31 号: 3 ページ: 329-338

    • DOI

      10.1264/jsme2.ME16091

    • NAID

      130005265117

    • ISSN
      1342-6311, 1347-4405
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 微生物により生成されるメタンの濃度測定へのレーザー吸収分光法の適用2019

    • 著者名/発表者名
      川野 誠、中山洋平、木村浩之
    • 学会等名
      日本微生物生態学会第33回大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 地下帯水層に生息する新規微生物群集の遺伝子解析2019

    • 著者名/発表者名
      内野正洋、木村浩之
    • 学会等名
      日本微生物生態学会第33回大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 嫌気性地下水に含まれる水素発生型発酵細菌を利用した水素ガス生成システムの構築2019

    • 著者名/発表者名
      津布久卓也、木村浩之
    • 学会等名
      日本微生物生態学会第33回大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 地下圏の脱窒とメタン生成の有機物利用における競合:菌叢の違いは関係ない?2019

    • 著者名/発表者名
      芦沼完太、松下 慎、木村浩之
    • 学会等名
      日本微生物生態学会第33回大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 温泉付随メタンガス発電施設の調査と防災ステーションへの展開2019

    • 著者名/発表者名
      石垣治久、木村浩之、天野幸治
    • 学会等名
      2019年度自然災害科学中部地区研究集会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Function of different guanine-plus-cytosine content 16S rRNAs in halophilic archaea at various temperatures2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Kimura
    • 学会等名
      5th World Congress on Microbial Biotechnology
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 静岡県の地層と微生物とメタンの関係 ~基礎研究から新エネルギー生産まで~2018

    • 著者名/発表者名
      木村 浩之
    • 学会等名
      日本土壌肥料学会中部支部第98回例会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 海底堆積物からの贈り物、メタン! ~分散型エネルギー生産システムの構築を目指して~2018

    • 著者名/発表者名
      木村 浩之
    • 学会等名
      第11回アクセラレーション技術発表討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 海底堆積物からの贈り物、メタン!~地球科学と微生物生態学の融合研究からメタン・水素ガス生成リアクターの開発まで~2018

    • 著者名/発表者名
      木村 浩之
    • 学会等名
      名古屋工業大学バイオ活用土木環境システム研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 地球ダイナミクスと微生物メタン生成 ~微生物生態学から新エネルギーの社会実装まで~2018

    • 著者名/発表者名
      木村 浩之
    • 学会等名
      日本微生物生態学会第32回大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 地下温水中の微生物群集を利用した水素ガス生成システムの開発2018

    • 著者名/発表者名
      津布久卓也、松下 慎、木村浩之
    • 学会等名
      第19回静岡ライフサイエンスシンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 深部帯水層の地下圏微生物を対象とした基盤研究と温泉メタンガス発電事業の推進2018

    • 著者名/発表者名
      荻祐太朗、松下 慎、木村浩之
    • 学会等名
      第19回静岡ライフサイエンスシンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 付加体の深部帯水層中における N2 生成メカニズムの解明2018

    • 著者名/発表者名
      芦沼完太、松下 慎、佐藤 悠、木村浩之
    • 学会等名
      第19回静岡ライフサイエンスシンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 川根温泉の地下帯水層におけるメタン生成プロセスと分散型エネルギー生産システム2017

    • 著者名/発表者名
      荻祐太朗、石川修伍、松下 慎、木村浩之
    • 学会等名
      第18回静岡ライフサイエンスシンポジウム
    • 発表場所
      静岡大学(静岡県静岡市)
    • 年月日
      2017-03-05
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 沖縄本島の深部帯水層に生息する地下圏微生物とメタン生成2017

    • 著者名/発表者名
      眞柄健太、松下 慎、佐藤 悠、木村浩之
    • 学会等名
      第18回静岡ライフサイエンスシンポジウム
    • 発表場所
      静岡大学
    • 年月日
      2017-03-05
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Regional variation of CH4 and N2 production processes in the deep aquifers of an accretionary prism2017

    • 著者名/発表者名
      Makoto Matsushita, Hiroyuki Kimura
    • 学会等名
      2017 International Symposium toward the Future of Advanced Researches in Shizuoka University
    • 発表場所
      静岡大学(静岡県静岡市)
    • 年月日
      2017-02-27
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evidence of microbial methane generation in the deep aquifer of accretionary prism in southern Okinawa Island, Japan2017

    • 著者名/発表者名
      Kenta Magara, Makoto Matsushita, Yu Sato, Hiroyuki Kimura
    • 学会等名
      2017 International Symposium toward the Future of Advanced Researches in Shizuoka University
    • 発表場所
      静岡大学(静岡県静岡市)
    • 年月日
      2017-02-27
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Radiocarbon changes of unsterilized water samples during the long-term storage2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Takahashi, Masayo Minami, Takafumi Aramaki, Hiroyuki Kimura
    • 学会等名
      The Fourteenth International AMS Conference (ASM14)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 付加体の温泉付随ガスと地下圏微生物を対象とした基盤研究による川根温泉メタンガス発電システムの創成2017

    • 著者名/発表者名
      荻 祐太朗、松下 慎、木村 浩之
    • 学会等名
      環境微生物系学会合同大会2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 水試料の溶存無機炭素分析における殺菌処理:水銀を用いない手法の提案2017

    • 著者名/発表者名
      高橋 浩、半田宙子、松下 慎、木村浩之
    • 学会等名
      日本地球化学会年会第64回年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 付加体の深部帯水層におけるメタン及び窒素ガス生成プロセスの地域特性2016

    • 著者名/発表者名
      松下 慎、石川修伍、眞柄健太、光延 聖、木村浩之
    • 学会等名
      日本微生物生態学会第31回大会
    • 発表場所
      横須賀市文化会館(神奈川県横須賀市)
    • 年月日
      2016-10-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 沖縄本島に分布する付加体の深部帯水層におけるメタン生成メカニズム2016

    • 著者名/発表者名
      眞柄健太、松下 慎、佐藤 悠、石川修伍、新里尚也、木村浩之
    • 学会等名
      日本微生物生態学会第31回大会
    • 発表場所
      横須賀市文化会館(神奈川県横須賀市)
    • 年月日
      2016-10-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 付加体の深部帯水層におけるCH4とN2の生成プロセスの地域特性2016

    • 著者名/発表者名
      松下 慎、石川修伍、平田悠一郎、眞柄健太、木村浩之
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2016年大会
    • 発表場所
      幕張メッセ(千葉県千葉市)
    • 年月日
      2016-05-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 沖縄本島南部に分布する付加体の深部帯水層におけるメタン生成メカニズム2016

    • 著者名/発表者名
      眞柄健太、松下 慎、石川修伍、平田悠一郎、木村浩之
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2016年大会
    • 発表場所
      幕張メッセ(千葉県千葉市)
    • 年月日
      2016-05-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [図書] 静岡の大規模自然災害の科学2020

    • 著者名/発表者名
      静岡大学防災総合センター編(岩田孝仁・北村晃寿・小山真人編)
    • 総ページ数
      256
    • 出版者
      静岡新聞社
    • ISBN
      9784783805557
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [図書] 駿河湾学2017

    • 著者名/発表者名
      木村浩之、松下 慎
    • 総ページ数
      160
    • 出版者
      東海大学出版部
    • ISBN
      9784486021445
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [図書] 海洋底科学の基礎2016

    • 著者名/発表者名
      日本地質学会「海洋底科学の基礎」編集委員会
    • 総ページ数
      389
    • 出版者
      共立出版
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 木村研究室ホームページ

    • URL

      http://kimura-lab.sci.shizuoka.ac.jp/top.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 静岡大学木村研究室ホームページ

    • URL

      http://kimura-lab.sci.shizuoka.ac.jp/top.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
  • [備考] 木村研究室ホームページ

    • URL

      http://www.ipc.shizuoka.ac.jp/~shkimur/top.html

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [産業財産権] メタン生成装置2020

    • 発明者名
      川野 誠、木村浩之
    • 権利者名
      川野 誠、木村浩之
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2020-052932
    • 出願年月日
      2020
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [産業財産権] 水素ガス生成方法、水素ガス生成システム、並びに、水素ガス及びメタン生成システム2019

    • 発明者名
      木村浩之
    • 権利者名
      静岡大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 外国
  • [産業財産権] 水素ガス生成方法、水素ガス生成システム、並びに、水素ガス及びメタン生成システム2018

    • 発明者名
      木村浩之
    • 権利者名
      国立大学法人静岡大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2018-037195
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [産業財産権] バイオリアクター、それを用いたメタン生成方法及び水素ガス生成方法、並びに水/ガス/電気の自家的供給システム2017

    • 発明者名
      木村浩之、増田俊明
    • 権利者名
      静岡大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2017
    • 取得年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2021-02-19  

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