| 研究課題/領域番号 |
17K19288
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| 研究機関 | 三重大学 |
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研究代表者 |
松尾 奈緒子 三重大学, 生物資源学研究科, 講師 (00423012)
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| 研究分担者 |
松田 陽介 三重大学, 生物資源学研究科, 教授 (30324552)
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| 研究期間 (年度) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| キーワード | ヒノキ / アーバスキュラー菌根菌 / 窒素安定同位体分別 / アンモニア態窒素 / 硝酸態窒素 |
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| 研究実績の概要 |
日本の人工林の主要構成樹種であるスギやヒノキには、アーバスキュラー菌根(AM)菌が関係している。日本における窒素沈着量の増加がスギ・ヒノキ林の窒素循環に影響を及ぼしていると報告されており、今後の変化を予測するためにはスギやヒノキの窒素利用に対するAM菌の寄与を明らかにする必要がある。本研究課題の目的は、窒素安定同位体比を用いてスギやヒノキの窒素吸収におけるAM菌の寄与の推定手法を開発することである。
これまで、滋賀県大津市のヒノキ林における現地観測により、硝酸供給量の比較的多い場所に生育するヒノキは硝酸態窒素を主に利用し、さらにAM菌を介してアンモニア態窒素も利用していることが示唆された。さらに、京都府京都市の硝化速度が比較的小さいヒノキ林土壌を用いたヒノキ苗栽培実験からは、アンモニア態窒素がヒノキの細根の主な窒素源であることが示唆された。これらのことが明らかになった一方で、ヒノキの葉や根の窒素安定同位体比と土壌中の窒素源の窒素安定同位体比の関係がAM菌の影響を受ける可能性が示唆された。
そこで、トウモロコシ実生苗をモデル植物としてポット栽培し、ヒノキの細根片からAM菌を感染させる処理の有無および窒素供給量の違いがトウモロコシ各器官の窒素安定同位体比に及ぼす影響を調べたところ、窒素供給量が少ないとき、AM菌感染によりトウモロコシ個体全体の窒素安定同位体比が供給した窒素のそれよりも高くなるという結果が得られた。この結果は、AM菌に関連した植物が非菌根菌植物よりも窒素安定同位体比が低いという既往報告とは一見反対の傾向を示すものであったことから、本年度は、上記と同設定でトウモロコシ実生苗を栽培する再現実験を行ったところ、1回目の実験と同傾向の結果が得られた。
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| 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
滋賀県大津市のヒノキ林において、土壌中にイオン交換樹脂を設置して土壌から植物に供給されるアンモニア態窒素と硝酸態窒素の量および窒素安定同位体比を計測し、それらとヒノキの葉や細根の窒素安定同位体比を比較した結果、硝酸供給量の比較的多い場所に生育するヒノキは硝酸態窒素を主に利用し、さらにAM菌を介してアンモニア態窒素も利用していることが示唆された。また、京都府京都市の硝化速度が比較的小さいヒノキ林土壌を用いてポット栽培したヒノキ苗の細根の窒素安定同位体比をポット内の土壌中のアンモニア態窒素、硝酸態窒素、抽出可能有機態窒素のそれらと比較した結果、AM菌に感染したヒノキ苗の細根の主要な窒素源はアンモニア態窒素であることが示唆された一方で、その吸収時に同位体分別が起きた可能性や、抽出可能有機態窒素またはポット内での硝化により生成した硝酸態窒素を吸収していた可能性が考えられた。
そこで、ヒノキの各器官と土壌中の各窒素源の窒素安定同位体比の関係に対するAM菌の影響を明らかにするため、モデル植物のトウモロコシ実生苗をポット栽培し、ヒノキの細根片からAM菌を感染させる処理の有無および窒素供給量の違いがトウモロコシ各器官の窒素安定同位体比に及ぼす影響を調べた。すると、窒素供給量が少ないとき、AM菌感染によってトウモロコシ個体全体の窒素安定同位体比が供給した窒素のそれよりも高いという、既往報告とは一見反対の結果が得られた。
本年度は同設定の再現実験を行ったところ、1回目と2回目ではトウモロコシ各器官の成長量や窒素配分は異なっていたが、窒素供給量が少ないときAM菌感染によりトウモロコシ個体全体の窒素安定同位体比が供給した窒素のそれよりも高くなるという同じ傾向の結果が得られた。以上より、本研究課題の目標に対し、当初の予想を超えた成果が得られるなど、全体としてはおおむね順調に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
2回のトウモロコシ栽培実験によって明らかになった宿主植物の窒素安定同位体比に対するAM菌の影響は、一見すると既往報告に反する結果である。この結果を説明する仮説として、AM菌に関連するリターの分解速度の速さや土壌酸性度の緩和効果など、AM菌に関連した間接的な影響により、ポット内の硝化速度が上昇し、それによりポット内のアンモニア態窒素の窒素安定同位体比が上昇し、それをトウモロコシが利用していた可能性を考えている。また、十分な灌水条件であったため、ポット内でアンモニア揮散もしくは脱窒が起こり、アンモニア態窒素または硝酸態窒素の窒素安定同位体比が上昇し、それをトウモロコシが利用したという人為的影響の可能性も完全には否定できないが、本実験の窒素供給量からそれらの可能性は低いと考えている。
上記の仮説の検証材料として、2回目のトウモロコシ栽培実験のAM菌の感染率とポットから採取した菌糸の窒素安定同位体比を計測するつもりであったが、菌糸のように微量しか採取できないサンプルの安定同位体比分析には他県の実験施設を利用する必要があり、本年度は新型コロナウイルスに関係した移動規制のために実施できなかった。次年度は、時期を見てこれらの計測を実施する計画である。移動規制が続く場合には、微量の菌糸サンプルを複数合わせるなどの工夫で対応することを考えている。これらの結果をもとに、ヒノキとその窒素源の窒素安定同位体比の関係にヒノキに関連したAM菌が及ぼす影響を明らかにする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
トウモロコシ苗を収穫した後、細根のAM菌感染率の測定とポット内の菌糸の窒素安定同位体比の分析を実施する計画であった。菌糸のような微量サンプルの安定同位体比分析には、他県の実験施設を利用する必要があるが、栽培終了時点での新型コロナウイルス感染拡大に関係した移動制限のため、実施が困難であったため次年度使用額が生じた。
AM菌の感染率の計測、菌糸の安定同位体比分析、成果発表に使用する予定である。
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