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2022 年度 実施状況報告書

鉄還元窒素固定菌から見た水田土壌の炭素・窒素動態:稲が土を肥やし土が稲を育てる

研究課題

研究課題/領域番号 20K15423
研究機関東京大学

研究代表者

増田 曜子  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (80813237)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
キーワード13C-SIP / 15N-SIP / 鉄還元菌 / 窒素固定 / 水田土壌 / GCMS / 稲わら
研究実績の概要

1)稲わら分解微生物の解明(13C-SIP)、稲わら分解により生成する炭素化合物の特定
安定同位体標識した稲わらを添加した水田土壌ミクロコズムを作製し、湛水および落水を行い圃場環境を再現し60日間培養した。培養した土壌を採取し、土壌中に存在する有機酸および糖類の同定に使用する土壌を-30度、DNAおよびRNA抽出に使用する土壌を-80度で保存した。-80度で保存した土壌からDNAおよびRNAを抽出し、密度勾配遠心を行った。それぞれの画分における16S rRNA遺伝子量を測定したところ、日数の経過とともに密度の高い画分におけるDNAの存在量が増加していることが示された。重い画分および軽い画分に含まれる微生物種をアンプリコンシーケンシングにより同定した。また、糖類および有機酸の抽出法・誘導体化法を検討し、双方の検討を終えた。保存していた土壌から有機酸および糖類を抽出して同定および定量を行い、培養期間中のそれらの遷移を解析した。
(2)鉄還元窒素固定菌による窒素固定量の解明(15N-SIPおよびIRMS) 15N2を気相に封入した水田土壌ミクロコズムを作製し、鉄還元窒素固定菌が実際に15N窒素を取り込んでいることを確認するとともに、大気由来窒素を取り込む他の微生物群の特定を試みた。48時間,72時間双方のサンプルにおいて鉄還元菌由来の窒素固定遺伝子は14Nで培養を行った時と比較して15Nで培養を行った時に密度が高い画分にピークがシフトすることを確認した。また、16S rRNAのアンプリコンシーケンシングも行ったところ、鉄還元菌の相対存在量は特に重い画分において高いことが示された。さらに、鉄添加により窒素固定活性が高まる新たな細菌を見出し、分離、性状解析およびゲノム解析を行った。また、IRMSを用いて土壌中に固定された窒素量の算出も行った。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

理由
COVID-19の影響により、海外からの13C-稲わらおよび15N-窒素の輸入が遅れた。また、有機酸の同定を行う際の条件検討に遅れが出た。本年度中には全てのデータが揃い、論文執筆できる予定である。

今後の研究の推進方策

早急にデータの取りまとめを行い、論文を執筆する。

次年度使用額が生じた理由

COVID-19の影響により、海外からの13C-稲わらおよび15N-窒素の輸入が遅れたため。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2022

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Anaeromyxobacter oryzae sp. nov., Anaeromyxobacter diazotrophicus sp. nov. and Anaeromyxobacter paludicola sp. nov., isolated from paddy soils2022

    • 著者名/発表者名
      Itoh Hideomi、Xu Zhenxing、Mise Kazumori、Masuda Yoko、Ushijima Natsumi、Hayakawa Chie、Shiratori Yutaka、Senoo Keishi
    • 雑誌名

      International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology

      巻: 72 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1099/ijsem.0.005546

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Investigation of Rice Yields and Critical N Losses from Paddy Soil under Different N Fertilization Rates with Iron Application2022

    • 著者名/発表者名
      Shen Weishou、Long Yaou、Qiu Zijian、Gao Nan、Masuda Yoko、Itoh Hideomi、Ohba Hirotomo、Shiratori Yutaka、Rajasekar Adharsh、Senoo Keishi
    • 雑誌名

      International Journal of Environmental Research and Public Health

      巻: 19 ページ: 8707~8707

    • DOI

      10.3390/ijerph19148707

    • 査読あり
  • [学会発表] 鉄で土を肥やす! 鉄還元に伴う窒素固定の発見2022

    • 著者名/発表者名
      増田曜子
    • 学会等名
      新潟県土壌肥料懇話会 第2回研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 鉄で土を肥やし環境を守る:水田の持続的水稲生産を支える鉄還元菌窒素固定の発見と応用2022

    • 著者名/発表者名
      増田曜子
    • 学会等名
      農学と工学の超越創発 イノベーションフォーラム
    • 招待講演
  • [学会発表] 水田土壌において鉄還元窒素固定菌への炭素源供給を担う微生物群集の解明2022

    • 著者名/発表者名
      笠原拓己、増田曜子、妹尾啓史
    • 学会等名
      日本土壌肥料学会
  • [学会発表] 稲が土を肥やし土が稲を育てる -鉄還元菌と水田土壌の炭素・窒素循環-2022

    • 著者名/発表者名
      増田曜子
    • 学会等名
      日本微生物生態学会
  • [学会発表] 鉄還元窒素固定菌による水稲由来炭素化合物の利用2022

    • 著者名/発表者名
      千原 光貴, 増田 曜子, Xu Zhenxing, 妹尾 啓史
    • 学会等名
      日本微生物生態学会

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公開日: 2023-12-25  

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