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地球科学・化学・生物学的手法を組み合わせた土壌の採取地点推定に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 19K21672
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分4:地理学、文化人類学、民俗学およびその関連分野
研究機関科学警察研究所

研究代表者

柘 浩一郎  科学警察研究所, 法科学第三部, 室長 (90356204)

研究分担者 杉田 律子  科学警察研究所, 附属鑑定所, 所長 (60356201)
吉川 ひとみ  科学警察研究所, 法科学第三部, 主任研究官 (20392269)
板宮 裕実  科学警察研究所, 法科学第三部, 主任研究官 (40645488)
組坂 健人  科学警察研究所, 法科学第三部, 研究員 (40801577)
宮口 一  科学警察研究所, 法科学第三部, 室長 (10370884)
小田 凌也  広島大学, 情報科学部, 特任助教 (10853682)
研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2020年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワード土壌有機物 / 植物DNA / NGS / 腐植 / 異同識別 / 統計学的解析 / 次世代シーケンサ / 熱分解GC-MS / 地域推定 / 次世代シーケンサ(NGS) / 土壌微生物 / 土壌学 / 地理学 / DNAメタバーコーディング / 分析化学
研究開始時の研究の概要

「この土壌はどこから来たものか?」という問いは、我々の研究分野において常に求められてきた課題であり、これまで、主として地球科学的なアプローチでこの問題の解決が試みられてきた。様々な地域の土壌が分析されてきたものの、そこから踏み込んで採取地点の特徴、すなわち土地利用や植生などを決定するには至っていない。
そこで本研究では土壌の土壌たる部分、すなわち生物活動の痕跡を、土壌中主要有機物である腐植の熱分解GC-MS分析等による化学的分析、DNAメタバーコーディング解析による土壌中植生の解析(生物学的解析)することにより土壌の持つ特徴を明らかにする。

研究実績の概要

土地利用の異なる6種の土壌の熱分解GC-MS分析を実施した資料のうち、農地土壌2点(数mの近傍)と採取地域の異なる非農地土壌(雑草繁茂)1点について、それぞれ10回の分析を実施し、熱分解GC-MSの熱分解パイログラム(GC-MS分析で得られたTIC情報)を統計学的解析によりこれら両者を判別できるか検討した。
その結果、農地土壌と非農地土壌では明らかに異なることが示された一方で、近傍の農地土壌2点の比較において、パイログラムの目視での比較ではほとんど同一にもかかわらず、統計学的には両者は異なるという解析結果が得られた。原因を考察したところ、同一資料内の分析において、パイログラムのピーク面積の振れ幅が大きく、これらを改善する必要があると考えられた。
植物DNA解析においては、前述の数m近傍の農地において、異なる作物を作付けした土壌から植物DNAを抽出し、次世代シーケンサを用いてDNA配列から土壌中に含まれる植物種を推定した。
概ね栽培していた作物(植物種)が検出されたものの、得られたデータにノイズが認められ、より精度の高い解析のためには抽出DNAの精製や次世代シーケンサによる解析パラメータの最適化等の再検討が必要であると考えられた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

研究開始から前年度までの間、新型コロナウィルス感染症の影響で試料採取等に大きな制約が生じて遅れており、全体的に後ろ倒してなっているため、進捗はやや遅れている。

今後の研究の推進方策

熱分解GC-MSについては、含有される熱生成物の質(物質名)および量(半定量)から植生(農地または非農地)の区別が可能である可能性が示されたことから、今後、農地および非農地(様々な地質的背景および土地利用を考慮する)の土壌資料の分析を実施してこれらの判別に有用であるかをさらに示す。
植物DNAの解析については、解析が困難であった点の原因を解明し、より明確な解析結果が得られるよう、再実験を行なう。

報告書

(5件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (2件)

すべて 2024

すべて 学会発表 (2件)

  • [学会発表] 分析化学・分子生物学的手法を用いた土壌資料からの土地利用の推定に関する研究2024

    • 著者名/発表者名
      柘 浩一郎
    • 学会等名
      日本地理学会 2023年秋季学術大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 熱分解GC-MSによる土壌の異同識別法の開発2024

    • 著者名/発表者名
      柘 浩一郎
    • 学会等名
      日本法科学技術学会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

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公開日: 2019-07-04   更新日: 2024-12-25  

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