| 研究課題/領域番号 |
20K15423
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分38010:植物栄養学および土壌学関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
増田 曜子 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (80813237)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | 13C-SIP / 15N-SIP / 鉄還元菌 / GCMS / IRMS / 水田土壌 / 稲わら / 窒素固定 / LCMS / 鉄還元窒素固定菌 / 炭素循環 / 窒素循環 / 安定同位体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
応募者はこれまでに、水田土壌の窒素肥沃度維持の鍵は鉄還元菌窒素固定にあること、水田土壌由来の鉄還元菌が、稲わらの分解により生成される酢酸等の有機酸や、稲わらの構成成分であるセルロースを資化できることを明らかにした。これらのことから、「稲わら由来の炭素化合物が鉄還元菌窒素固定を駆動して土壌の窒素肥沃度を維持させ、その窒素肥沃度に支えられて水稲が生育する」という仮説が導かれた。本研究はこの仮説の検証を目的とし、鉄還元窒素固定菌が稲わら由来の炭素化合物を同化して窒素固定することの証明、ならびにその窒素固定量の解析を行う。本研究は水田における持続的な水稲生産を支えるメカニズムの真相に迫る意義を有する。
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| 研究実績の概要 |
1)稲わら分解微生物の解明(13C-SIP)、稲わら分解により生成する炭素化合物の特定安定同位体標識した稲わらを添加した水田土壌ミクロコズムを作製し、湛水および落水を行い60日間培養した。培養した土壌を採取し、土壌を凍結保存した。保存した土壌からDNAおよびRNAを抽出し、密度勾配遠心を行った。それぞれの画分における16SrRNA遺伝子量を測定したところ、日数の経過とともに密度の高い画分におけるDNAの存在量が増加していることが示された。重い画分および軽い画分に含まれる微生物種をアンプリコンシーケンシングにより同定した。また、保存していた土壌から有機酸および糖類を抽出して同定および定量を行い、培養期間中のそれらの遷移を解析した。その結果、鉄還元菌には培養初期から高分子炭素化合物由来の13Cが取り込まれていることがわかった。さらに、糖類および有機酸はほとんど検出されず、高分子化合物は微生物により低分子化されすぐに取り込まれるか直接利用されていることが示唆された。
2)鉄還元窒素固定菌による窒素固定量の解明(15N-SIPおよびIRMS)15N2を気相に封入した水田土壌ミクロコズムを作製し、鉄還元窒素固定菌が実際に15Nを取り込んでいることを確認するとともに、大気由来窒素を取り込む他の微生物群の特定を試みた。48,72時間双方のサンプルにおいて鉄還元菌由来の窒素固定遺伝子は14Nで培養を行った時と比較して15Nで培養を行った時に密度が高い画分にピークがシフトすることを確認した。また、16SrRNAアンプリコン解析も行ったところ、鉄還元菌の相対存在量は特に重い画分において高いことが示された。さらに、鉄添加により窒素固定活性が高まる新たな細菌を見出し、分離、性状解析およびゲノム解析を行った。また、IRMSを用いて土壌中に固定された窒素量の算出も行った。本結果は論文として出版した。
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