地圏における環境浄化微生物の活性を担う電子伝達性固体腐植物質の生成消失過程

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26281040
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 片山 新太 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 教授 (60185808)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 固体腐植ヒューミン / 細胞外電子伝達 / 金属－腐植酸複合体 / ペンタクロロフェノール / 嫌気性脱塩素反応

研究実績の概要

ヒューミン依存性ペンタクロロフェノール（PCP）脱塩素嫌気微生物集積物をバイオアッセイ系として用いて、微生物菌体の凍結乾燥物が電子伝達活性を持つかどうかを調べた。凍結乾燥物をそのまま用いた場合は、主にグラム陽性菌の菌体粉末が、高いPCP脱塩素活性を導いたが、オートクレーブした場合は分類学的位置にかかわらずPCP脱塩素活性を導いたが、活性の程度は低かった。熱感受性の電子伝達物質が微生物の死後に細胞外電子伝達効果を持つことが示唆された。メラノイジン反応による新たな細胞外電子伝達効果を持つ物質が得られないこと、反応中心の一つがキノン骨格と推定されることから、固体腐植ヒューミンの細胞外電子伝達能力は、土壌・底質環境中の死細胞に由来する生体内電子伝達物質が保存されて形成される可能性が示唆された。
固体腐植ヒューミン中、アルミノケイ酸塩を除いて無機物として最も多く含まれる酸化還元物質である鉄に着目し、異なる酸化還元状態でXAFS測定を行って確認した。有機無機複合体である固体腐植ヒューミンの細胞外電子伝達能力は有機物画分に由来することを、再確認した。
また、水溶性腐植酸が金属－腐植酸複合体となって沈殿するという生成反応中に空気酸化されると、PCP脱塩素活性のための電子供与能力が殆ど無くなることがわかった。このことより、金属―腐植酸複合体が細胞外電子伝達物質となるためには、微好気～嫌気条件の生成条件が必要とされることが明らかとなった。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] ハルピン工科大学/浙江大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: ハルピン工科大学/浙江大学
• [雑誌論文] Biofilm anode involved Geobacter in microbial fuel cell for phenol degradation (2017)
  • 著者名/発表者名: Dongdong Zhang, Zhiling Li, Chunfang Zhang, Xue Zhou, Zhixing Xiao, Takanori Awata, Arata Katayama
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 巻: 123 ページ: 364-369
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jbiosc.2016.10.010
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enhanced denitrification of Pseudomonas stutzeri by a bioelectrochemical system assisted with solid-phase humin (2016)
  • 著者名/発表者名: Zhixing Xiao, Takanori Awata, Dongdong Zhang, Chunfang Zhang, Zhiling Li, and Arata Katayama
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 巻: 122 ページ: 85-91
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jbiosc.2015.11.004
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Denitrification of Pseudomonas stutzeri coupled with CO2 reduction by Sporomusa ovata with hydrogen as electron donor assisted with solid-phase humin (2016)
  • 著者名/発表者名: Zhixing Xiao, Takanori Awata, Dongdong Zhang, and Arata Katayama
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 巻: 122 ページ: 307-313
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jbiosc.2016.02.002
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spatial Abundance and Distribution of Potential Microbes and Functional Genes Associated with Anaerobic Mineralization of Pentachlorophenol in a Cylindrical Reactor (2016)
  • 著者名/発表者名: Zhiling Li, Jun Nan, Cong Huang, Bin Liang, Wenzong Liu, Haoyi Cheng, Chunfang Zhang, Dongdong Zhang, Deyong Kong, Kyoko Kanamaru, Tetsuo Kobayashi, Aijie Wang, and Arata Katayama
  • 雑誌名: Scientific Report 巻: 6 ページ: 19015
  • DOI: 10.1038/srep19015
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Design of artificial anaerobic microbial community for bioremediation (2016)
  • 著者名/発表者名: Arata Katayama
  • 学会等名: the 2nd International Conference on Systems & Synthetic Biology
  • 発表場所: London, UK
  • 年月日: 2016-08-18 – 2016-08-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 片山新太研究室「微生物による環境修復と資源化」
  • URL: http://www.er.imass.nagoya-u.ac.jp/AKLab_J/