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2018 年度 実績報告書

蛍光分光センシングとメタゲノミクスを統合したメタン発酵モニタリング手法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 17K19313
研究機関大阪府立大学

研究代表者

遠藤 良輔  大阪府立大学, 生命環境科学研究科, 講師 (10409146)

研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2019-03-31
キーワード光センシング / メタゲノミクス / 多変量解析 / メタン発酵 / 蛍光 / 機械学習
研究実績の概要

最終年度では,メタン発酵の消化液を対象として,蛍光分光センシング情報ならびに微生物メタゲノム情報を同時取得してこれらを統合的に解析し,メタン発酵反応を診断する手法の開発に取り組んだ。
メタン発酵液に対して人為的な負荷を与え,経時的に光センシングとDNA抽出,ならびにpHとメタン含有率計測を行った。光センシングでは,これまでに加えてFT-IRによる赤外波長域の計測もおこなった。これらの結果にPLS(部分最小二乗法,説明変数から抽出した潜在変数による重回帰)演算処理を組み込み,センシングデータとpHならびにメタン含有率との間の関係性を調査した。説明変数には蛍光・分光データを,目的変数としてpH・メタン含有率を用いた。PLSでは,処理の過程で,目的変数に対する説明変数の変数重要度を算出することができる。これを用いて有用波長の選抜を自動的に行うことで,pHやメタン含有率の変動と関連の深い波長域を自動的に抽出できた。抽出された波長をデータベースと照合して起因物質を調べたところ,pHの変動にはアルコール類,芳香族タンパク質およびフミン酸の関与が,またメタン含有率の変動には溶存有機物やペプチド類の関与が示唆された。
抽出したDNAを次世代シークエンサーにかけて微生物群集構造を解析したところ,約6000種類の微生物の存在割合の経時変化を得ることができた。これらと有用波長群との多群相関解析を行ったところ,Clostridiales目とアルコール類に起因する波長,また,Methanosarcinales目と溶存有機物に起因する波長とのあいだにそれぞれ高い相関関係が見られた。このように,人為的な負荷によって生じたメタン発酵内部の変化を,分光情報,微生物情報を用いて診断できる可能性を提示することができた。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Application of Biogas Digestate as a Nutrient Solution for the Hydroponic Culture of Chrysanthemum morifolium Ramat with Rockwool Substrate2019

    • 著者名/発表者名
      Takemura Kenji、Endo Ryosuke、Shibuya Toshio、Kitaya Yoshiaki
    • 雑誌名

      Waste and Biomass Valorization

      巻: in press ページ: -

    • DOI

      10.1007/s12649-018-00576-8

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Interaction between red to far-red ratio of light and vapor-pressure deficit on extension growth of cucumber seedlings2019

    • 著者名/発表者名
      Shibuya Toshio、Kishigami Saki、Endo Ryosuke、Matsuda Ryo
    • 雑誌名

      Scientia Horticulturae

      巻: 248 ページ: 98~104

    • DOI

      10.1016/j.scienta.2018.12.049

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of an in vitro hydroponic culture system for wasabi nursery plant production?Effects of nutrient concentration and supporting material on plantlet growth2019

    • 著者名/発表者名
      Hoang Nhung Ngoc、Kitaya Yoshiaki、Shibuya Toshio、Endo Ryosuke
    • 雑誌名

      Scientia Horticulturae

      巻: 245 ページ: 237~243

    • DOI

      10.1016/j.scienta.2018.10.025

    • 査読あり
  • [学会発表] 吸光・蛍光センシングによるメタン発酵動態の診断2019

    • 著者名/発表者名
      遠藤良輔,真鍋尚哉,渋谷俊夫,北宅善昭
    • 学会等名
      農業情報学会2019度年次大会
  • [学会発表] 蛍光分光センシングとメタゲノミクスを統合したメタン発酵モニタリング手法の開発2018

    • 著者名/発表者名
      遠藤良輔,中口貴博,渋谷俊夫,北宅善昭
    • 学会等名
      農業情報学会2018度年次大会
  • [備考] 生物環境調節学研究グループ

    • URL

      http://envbio.envi.osakafu-u.ac.jp

URL: 

公開日: 2019-12-27  

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