多雪寒冷地域の湿原生態系におけるメタン動態の解明

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H03351
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 福井 学 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (60305414)
• 研究分担者: 小島 久弥 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (70400009)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 微生物 / メタン / 湿原 / 有機物分解

研究実績の概要

メタンは強力な温室効果ガスであり、その大気中濃度は地球環境に重要な影響を及ぼすと考えられている。その発生源の約２割は湿地（湿原）であると推定されているが、メタン動態機構は未解明な部分が多い。特に、アクセスが困難な多雪地帯については研究が進んでいない。本研究では、アクセスが困難な多雪地帯でのメタン動態機構について未解明な部分が多いため、多雪寒冷地域高層湿原である国立公園尾瀬ケ原湿原をモデルとし、メタン生成とメタン消費の主要な担い手である微生物群集に着目してメタンの時空間的動態を解明することを目的とした。2019年度夏季の中田代において採取した湿原泥炭中の微生物群集及びメタン酸化細菌群集の解析を進めた。シカによる攪乱を受けた４箇所と、それに近接する非攪乱地から湿原土壌を採取した。2つの深度に分けた土壌からDNAを抽出し、全原核生物の16S rRNA遺伝子を対象としたアンプリコンシーケンスを行った。検出されたメチロトロフの中では、Alphabacteria綱に属するメタン酸化細菌が優占していた。メタンの供給源となる微生物としては、水素と二酸化炭素を利用するMethanomicrobiales目の割合が高かった。微生物群集の構造は攪乱の有無よりも土壌深度による違いが大きかった。シカによる攪乱を受けている地点では、糞便から多く見つかっているClostridia綱に属する目の増加が認められた。一方で、メチロトロフと攪乱の関係性は見出すことができなかった。さらに、メタンを単一の炭素源とした条件で集積培養を行った。確立した集積培養系には既知のメタン酸化細菌の他、Methylophilaceae科に属する新規性の高い細菌が含まれていた。この科はメタン酸化能を持たないメタノール酸化細菌で構成されているため、新規細菌はメタン酸化細菌の生成したメタノールに依存して生育したものと考えられた。

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

コロナ禍で現場調査や実験等が制限されていたものの、湿原泥炭における微生物に対するシカの影響に関して期待以上に進捗が得られ、さらに、メタン代謝においてはメタン、メタノールそして二酸化炭素への代謝ネットワークの重要性を示唆する結果も得られた。

今後の研究の推進方策

尾瀬ヶ原や尾瀬沼のメタン動態を解明するためには、現場環境において優占するメタン酸化細菌の純粋培養を得ることが重要である。2020年度得られた成果としては、メタン代謝においてはメタン、メタノールそして二酸化炭素への代謝ネットワークの重要性が示唆された。この結果をもとに、メタノール代謝微生物の集積培養から単離菌株を得て、さらにゲノム解析を進める。メタノール代謝経路を解明し、湿原泥炭の微生物群集データとの比較を行い、現場でのメタン酸化プロセスの解明を進展させる。さらに、現場環境因子、メタン動態のデータと合わせながら、融雪期と無雪期のメタン代謝ネットワークを解明していく。