水田微生物燃料電池の土壌生態系への影響解析と電極からの新規有用微生物の分離・利用

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25450496
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: 加来 伸夫 山形大学, 農学部, 教授 (80359570)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 資源循環システム / 自然エネルギー / 地球温暖化ガス排出削減

Outline of Annual Research Achievements

水田に設置したMFC（水田MFC）の負極から分離した菌株について、電流生産能力を調べたところ、いくつかの菌株が優良な電流発生能力を有していることが明らかになった。16S rRNA遺伝子の塩基配列に基づいた系統解析の結果、新種を代表すると思われる菌株が含まれていることが分かった。
次に、水田MFCの発電と水田土壌中におけるメタン生成や硫酸還元との関係について調べるための実験系の構築に取り組んだ。メタン生成は、湛水水田土壌中における有機物分解過程の最終ステップであり、MFCの発電と競合関係にあることが知られている。また、メタン生成は硫酸還元とも競合関係にあることが分かっている。そのため、これら3者間の関係を明らかにすることは水田MFCの発電効率を高めていくための基礎的な情報として重要である。各種検討の結果、ブチルゴム栓で封をできるメディウム瓶に水田土壌を入れて電極を設置したMFCを構築した。このMFCをゴム栓で一定時間封じた時に瓶内に蓄積するメタンの量を調べることで水田土壌中におけるメタン生成量を容易に測定できた。このMFCを使って、メタン生成の阻害剤である2-ブロモエタンスルホン酸ナトリウムおよび硫酸還元の阻害剤であるモリブデン酸ナトリウムによる阻害実験を行った。その結果、メタン放出を阻害すると発電量が上昇し、硫酸還元を阻害すると発電量が低下することが明らかになった。このことは、メタン生成は発電と競合する一方で、硫酸還元は発電に寄与していることを示唆しているものと思われた。以上の結果から、水田MFCを設置して発電することで、水田からのメタン放出量を抑制できるのではないかと考えられたため、ポット試験により、MFCによるメタン放出の抑制を試みたところ、水田の管理条件によってはメタン放出を抑制できる可能性が示唆された。