水田土壌中のメタン生成微生物生態系における鉄還元の位置と機能

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09680501
• 研究機関: 山形大学
• 研究代表者: 上木 厚子 山形大学, 農学部, 教授 (60143088)
• 研究分担者: 粕渕 辰昭 山形大学, 農学部, 教授 (00250960) ; 上木 勝司 山形大学, 農学部, 教授 (10111337)
• キーワード: 温室効果 / メタン生成古細菌 / 鉄還元細菌 / 水田土壌 / 嫌気性細菌 / 2価鉄 / 湛水土壌 / 水稲

研究概要

本研究では水田土壌中のメタン生成に関わる各種微生物の生理・生態と水田からのメタン放出との関係を明らかにするための一環として、水田からのメタン放出を抑制する可能性のある湛水水田土壌中における微生物的鉄還元について検討してきている。本年度は、水田土壌を出発材料とし、可溶性の鉄源としてFe(III)-Nitrilotriacetateを用いて継代してきている、H_2を電子供与体とする鉄還元細菌の集積培養から、嫌気性ロールチューブ法により鉄還元細菌を分離し、その電子供与体利用性や系統学的位置づけを明らかにした。
この集積培養から無酸素培養条件下で増殖する菌株を数株分離したが、これらの分離菌株のうち3菌株が、H_2を電子供与体として鉄を還元した。しかし、これらの菌株は、集積培養用の培地に用いてきたFe(III)-Nitrilotriacetateを可溶性の3価の鉄源とする液体培地中では増殖が一般に微弱で、鉄還元能も弱かった。このため、鉄源をクエン酸鉄アンモニウムに変えて培養したところ、H_2を電子供与体として明確な鉄還元を示した。これらの菌株はいずれもH_2の他、ピルビン酸塩とセリンを電子供与体としても速やかに鉄を還元した。フマル酸塩を電子供与体としても鉄を還元したものの、その速度は遅かった。ギ酸塩、酢酸塩、乳酸塩、エタノールを電子供与体として用いた場合は、明らかな鉄還元を示さなかった。これらの菌株はいずれもグラム陰性、カタラーゼとオキシダーゼが共に陽性の運動性のある短桿菌で、好気条件でもよく増殖した。これらの菌株の16S rRNA遺伝子を、真正細菌に特異的なプライマーを用いてPCR増幅し、その塩基配列を決定した。この塩基配列を基に、データベース上で近縁種を検索したところ、これらの菌株はいずれもProteobacteria γグループのAeromonas種に99%以上の類似性を示した。これらの菌株の生理的性質もAeromonas種のそれと一致した。これまでAeromonas種が鉄還元能を持つとの報告はなく、この結果は注目される。

研究成果

• [文献書誌] Kaku,N,A.Ueki,and K.Ueki: "Sample preparation for methanogenic activities of heterogenecus flooded rice soils."Microbos and Environ.. 14. 151-156 (1999)
• [文献書誌] Ueki,A.et al.: "Effects of organic matter application,temperature,and sunshine duration on seasonal and annual variations of methanogenic activity in wetland rice field soil."Soil Sei.Plant Nutr.. 45. 811-823 (1999)
• [文献書誌] Ueki,A.et al.: "Seasonal variations in vertical distributions of methanogenic activity and Fe(II) content and relationship between them in wetland rice field soil."Soil Sei.Plant Nutr.. 46(2). in press (2000)
• [文献書誌] Mowjood,M.I.M.,and T.Kasubuchi,et.al: "Dynamics of dissolved oxygen (DO) in ponded water of a paddy field."Soil Sei.Piant Nutr.. 44. 405-413 (1998)
• [文献書誌] Mowjood,M.I.M.,and T.Kasubuchi: "Heat and dissolved oxygen (DO) transfer pheomenon in ponded paddy soil."Soil Phys.Cond.Plant Growth,Jpn. 79. 41-47 (1998)