| 研究課題/領域番号 |
16KT0146
|
|---|
| 研究機関 | 京都大学 |
|---|
研究代表者 |
安藤 晃規 京都大学, 農学研究科, 助教 (10537765)
|
|---|
| 研究分担者 |
高橋 里美 京都大学, 農学研究科, 寄附講座教員 (60637487)
小川 順 京都大学, 農学研究科, 教授 (70281102)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2016-07-19 – 2019-03-31
|
| キーワード | 硝化反応 / 硝化菌 / 水耕栽培法 |
|---|
| 研究実績の概要 |
有機質肥料活用型栽培は、これまでの水耕栽培と異なり、直接栽培系に有機物を施肥でき、資源循環型水耕栽培の実現が期待される新しい栽培法である。本栽培法は、有機物の無機化を行う硝化工程と栽培工程で構成される。耕水工程は、微生物源として土壌を少量水槽に投入し、少量の有機物を添加、一定期間通気することで、有機物を完全に硝酸に変換する複合微生物系を構築する過程で構成される。我々は、この複合微生物系における窒素動態と、それに伴う菌叢推移をDGGE解析により明らかにし、大きく３種類の菌群の機能で耕水工程が成り立っていることを示した。まず、有機物を好む従属栄養細菌が増加し、有機物を分解する過程でアンモニアの蓄積が観察され、続いて、アンモニア酸化菌群が増加し、アンモニアを亜硝酸に変換する。その後、亜硝酸をエネルギー源として亜硝酸酸化菌群が増加し、最終的に亜硝酸を硝酸に変換する。この一連の窒素動態と菌叢推移には、土壌に比べ、単純な菌叢で構成されていることを明らかにした。この知見に基づき、市販のアンモニア酸化菌、ならびに、亜硝酸酸化菌を活用し、従属栄養細菌のスクリーニングを行ったところ、一般的な従属栄養細菌であるBacillus属細菌と硝化菌の３菌系にて、有機物の効率的な硝化を実現した。また、硝化条件を検討した結果、pH7～10、様々な有機物、C/N比10～50、有機物濃度0.2%以下において、良好な硝化反応を示した。また、有機物存在下において生育が阻害される硝化菌も、３菌による共培養を行うことで、アンモニアと亜硝酸イオンの増加に伴い生育することを明らかにした。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
これまでに、市販のアンモニア酸化菌Nitrosomonas europaea NBRC 14298と亜硝酸酸化菌Nitrobacter winogradskyi NBRC 14297を活用し、効率的な硝化を実現する従属栄養細菌のスクリーングを行ったところ、一般的な従属栄養細菌であるBacillus badius NBRC 15713を見いだし、3菌のみにて有機物の効率的な硝化（無機化）を実現した。さらに、RT-PCRにより硝化反応の窒素動態と菌叢推移を解析したところ、アンモニアと亜硝酸イオンの動態と硝化菌の推移が高い相関性があることを明らかにした。すなわち、難培養性の硝化菌を従属栄養細菌と共培養することにより、効率的に培養しうる可能性を示す知見であるといえる。また、３菌系による硝化モデルと評価系の構築を実現した。
|
| 今後の研究の推進方策 |
前年度に構築した３菌系の硝化反応ライブラリー評価系を活用し、様々な従属栄養細菌、硝化菌の単離を行い、多様な環境下に対応できる硝化反応コンソーシアを構築する。また、種々の担体を活用し土壌化の検討を行う。一方で、独立栄養細菌である硝化菌は生育が遅く、また、高密度培養することができないことが知られている。そこで、大量培養を目的に、中空糸膜や、培養細胞を濃縮する機器を用いた培地交換による連続培養を行い、高密度培養を試みる。また、生育をサポートする従属栄養細菌を活用し、膜を介した共培養系を検討することで、有機物阻害を回避した大量培養を試みる。さらには、電気培養を活用し、電極を介した電子の授受による培養、もしくは、硝酸を電極にて還元することで連続培養と高密度化を図る。
|
