作物残渣における一酸化二窒素発生に至る糸状菌の窒素代謝プロセス解明

• 研究課題/領域番号: 21K05884
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分41050:環境農学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構
• 研究代表者: 星野 裕子 (高田裕子) 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業環境研究部門, 上級研究員 (40354104)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 温室効果ガス / 一酸化二窒素 / 糸状菌脱窒 / 脱窒系遺伝子 / 農耕地

研究開始時の研究の概要

農耕地から微生物活動により発生する一酸化二窒素（N2O）は、強力な温室効果、オゾン層破壊の性質を有し、その削減を検討する上で、発生機構の解明が大きな課題である。農耕地の環境は非常に複雑で、多種多様な微生物が関わる複合生態系の中で、詳細なメカニズムは解明されていない。本研究課題では、作物残渣からの発生に焦点を絞り、未解明な部分の多い環境中の糸状菌の脱窒等窒素代謝機能に着目し、N2O発生に至る詳細な代謝プロセスを明らかにすることを目指す。

研究実績の概要

作物栽培後に圃場に放置される作物残渣は、重要な一酸化二窒素（N2O）発生源になりうる。特に、6-7月の梅雨時期に残渣を放置した圃場から高いN2O発生が見られている。3月より春作ジャガイモを圃場で栽培し、慣行に従い、収穫前にあたる6月に地上部を切除し2週間程度放置後、残渣すき込みと収穫を実施した。これまでの試験によりN2O発生源が残渣自体であったことから、2週間の放置期間の間に4回、圃場から残渣の回収を実施した。回収した残渣から発生するN2Oを採取し、発生量を測定するとともに発生N2Oについて安定同位体比を測定した。圃場からのN2O発生は、硝化、細菌脱窒、硝化菌脱窒、糸状菌脱窒など様々な経路により生成するが、安定同位体比により経路の推定が可能である。回収日時により、発生N2Oの安定同位体比は異なった。残渣サンプルは、分解が経時的に進むともに水分状態が日により大きく異なったことから、サンプルの状態により、N2Oの発生経路が変化すると考えられた。さらに、残渣サンプルからDNAおよびRNAの抽出を行った。これらの抽出DNA及びRNAについて、昨年度、分離脱窒糸状菌の解析に用いた糸状菌の脱窒遺伝子を対象としたプライマーを用い、サンプルの乾物重当たりの遺伝子存在量および発現量について定量PCRにより測定した。遺伝子の存在量は、残渣放置期間に徐々に増大する傾向にある一方で、遺伝子発現量は日により大きな変動が見られた。安定同位体比の変化との関連を現在解析している。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

3か年の計画だったが、2年目に実験が進められなかったため、1年課題を延長して実施することとした。2年目に実施できなかった圃場試験を、3年目に実施し、解析に必要なデータの取得が完了できた。

今後の研究の推進方策

4年目となる今年度は、データ解析を実施し、取りまとめる予定である。