Precise examination of N2O production and consumption processes with MILNC

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H04138
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 木庭 啓介 京都大学, 生態学研究センター, 教授 (90311745)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 黒岩 恵 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00761024) ; 勝山 千恵 広島大学, 統合生命科学研究科(総), 助教 (10580061) ; 寺田 昭彦 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30434327) ; 渡邉 哲弘 京都大学, 地球環境学堂, 准教授 (60456902) ; 仁科 一哉 国立研究開発法人国立環境研究所, 地球システム領域, 主任研究員 (60637776) ; 内田 義崇 北海道大学, 農学研究院, 准教授 (70705251)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 安定同位体トレーサー / 一酸化二窒素 / 窒素循環 / 脱窒 / 硝化

Outline of Annual Research Achievements

大変複雑な一酸化二窒素の生成消費プロセスを解明するためには、15Nだけでなく18O、そして17Oによる多重同位体標識窒素化合物（MILNC）による超高精度窒素循環解析法が必要である。
今年度は、これら3種の安定同位体でラベルしたN2Oを生成し、それらの濃度をGC/MSにて測定する際に直面する様々な問題点の多くを実験により解決する事を目標として活動した。実際には多重ラベルしてゆくことによりN2Oの感度は少しずつ変化してゆくことが分かり、その感度変化を相対的に補正することで、精度良く各種ラベルN2Oを定量できる事が明らかとなり、最終的に各種N2O濃度を測定できるプロトコルを確立することができた。
このプロトコルを用いて、多重ラベルしたN2Oを添加した閉鎖嫌気培養系において、微生物がN2Oをどれだけ生成し同時にどれだけ消費するかを明らかにすることができる実験プロトコルを作成し、実際に挙動を明らかにした。微生物によってはN2Oの生成および消費が共存する他の窒素化合物に大きく影響されるもの、一方で影響が小さいものがあることが定量的に議論できるデータを得ることができ、多重ラベルN2Oの利用可能性を示唆する結果となった。
さらにN2Oの挙動を詳細に解析するための窒素循環プロセスモデルを開発した。このモデルの検証のために、これまでに報告されているデータを用いて、報告値と同様のパラメーター推定が可能であることを確認した。さらに森林土壌を培養し実測した15Nデータを用い、窒素循環解析を実施した。モデルによるパラメーターフィッティングは良好であり、今回開発したモデルの有効性を確認することができた。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] An internal recycling mechanism between ammonia/ammonium and nitrate driven by ammonia-oxidizing archaea and bacteria (AOA, AOB, and Comammox) and DNRA on Angkor sandstone monuments. (2021)
  • Author(s): X. Ding, W. Lan, Y. Li, A. Yan, Y. Katayama, K. Koba, A. Makabe, K. Fukushima, M. Yano, Y. Onishi, Q. Ge, and J-D. Gu.
  • Journal Title: International Biodeterioration & Biodegradation Volume: 165 Pages: 105328
  • DOI: 10.1016/j.ibiod.2021.105328
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research