微生物炭素ポンプは土壌生態系においても駆動しているか－炭素長期隔離のキープロセス

2017 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 17K20039
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 濱 健夫 筑波大学, 生命環境系, 教授 (30156385)
• 研究分担者: 廣田 充 筑波大学, 生命環境系, 准教授 (90391151) ; 大森 裕子 筑波大学, 生命環境系, 助教 (80613497)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2019-03-31
• キーワード: 微生物炭素ポンプ / 難分解性有機物 / 土壌細菌

研究実績の概要

本研究は土壌生態系においても、細菌による難分解性有機物の生成を通した、炭素の長期隔離が駆動しているか否かを、実験的に解析するものである。本年度は、実験を実施するための基礎的情報を集めるとともに、培養実験の手法について検討を行った。
第一に、土壌有機物の有機炭素・窒素濃度およびそれぞれの同位体比の測定方法について検討した。筑波大学アイソトープ環境動態センターおよび菅平高原実験センターより、土壌試料を採取し、乾燥後に元素分析計／同位体比質量分析計を用いて測定を行った。その結果、濃度に関しては、炭素および窒素ともに高い精度で測定できることを確認した。また、本実験で重要なパラメータとなる炭素同位体比に関しても、ススキ草原と松林で同位体比の差が明確に確認できる高い精度を有することが明らかとなった。
土壌試料中の細菌細胞数の測定に関しては、プレートを用いた平板希釈法と、蛍光染料による染色および蛍光顕微鏡による直接カウント法について、検討を行った。その結果、複数の蛍光染料を用いることにより、染色された細菌細胞を、蛍光を有する土壌粒子とを区別して計数することが可能であることが示唆された。このため、以降の実験に関しては、蛍光染色法を用いることとした。
細菌培養実験を実施する際には、土壌細菌を培養系に接種する必要があるが、その手法の検討を行った。その結果、土壌を超純水で懸濁し孔径0.7 μmの濾紙で濾過し、濾液を土壌に添加することにより、細菌を接種することとした。

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

土壌細菌の培養実験を実施する際に必要となる、土壌有機炭素の濃度および同比体比の測定法、土壌細菌の細胞数計数法、さらに、土壌細菌の培養系への添加法に関して検討を行い、手法を確定することができた。
土壌細菌の培養実験に関して検討し、当初予定していた自然土壌に加えて、人工粒子を用いたより単純な系を設定することを検討した。これにより、細菌により生産される難分解有機物の存在量を、より明確に求めることができ、本研究において重要な除法をもたらすと考えている。

今後の研究の推進方策

本年度の早い段階で、13Cグルコースを基質とした細菌の培養実験を開始する。培養実験は、人工粒子を用いた系と自然土壌を用いた2系を準備する。6ヶ月の培養実験を実施し、実験期間を通した、細菌数および有機物の13C同位体比の変化を明らかにする。最終的に残存する13C-有機炭素を難分解性有機物と判断し、実験開始時に添加した13Cグルコースに対する残存比を求める。得られた値を、海洋の細菌を用いた実験により報告されている残存率と比較し、土壌細菌による微生物炭素ポンプの効率について検討する。
また、培養期間を通した細菌群集組成を、ゲノム情報を用いて明らかにし、微生物ポンプの効率と細菌群集組成の関係について考察する。
得られた結果は、日本生態学会において発表を行う。