A New paradigm of nitrogen cycle in the marine subsurface layer controlled by trace metals

痕量金属控制的海洋地下层氮循环的新范式

基本信息

批准号：
21H03592
负责人：
武田重信
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Nagasaki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H03592/
关键词：
海洋生態窒素循環微量金属植物プランクトン硝化微生物

项目摘要

本研究では、外洋の亜表層において微量栄養素である鉄、銅、亜鉛の動態と光環境が、植物プランクトンからの亜硝酸塩の細胞外放出や、微生物群集による硝化作用に複合的な影響を及ぼし、亜硝酸塩極大層の形成を始めとする亜表層の窒素循環を制御しているとの仮説を検証することを目指している。今年度は、令和4年7-8月に実施された学術研究船「白鳳丸」KH-22-7次研究航海において、西部北太平洋の東経155度北緯20度および30度と、東経150度北緯41度の３つの定点において観測を行った。船体などからの微量金属による汚染を受けないクリーン採水システムを用いて、亜表層栄養塩躍層付近での高分解能採水を実施し、微量金属元素、栄養塩、微生物群集の遺伝子解析用試料を採取した。これら3測点における亜硝酸塩極大層は、深度41mから135mに認められ、緯度が高くなるにつれて浅くなる傾向を示すとともに、北緯41度の亜硝酸塩極大の濃度は北緯20度と比べて4倍程度高くなっていた。これらの亜硝酸塩極大層の位置は、亜表層クロロフィル極大層よりも15-20mほど深くなっていたことから、微生物群集による硝化過程が亜硝酸塩の蓄積に寄与していることが示唆された。また、アンモニア酸化生物の多様性を網羅的に調べる手法の開発に取り組み、ターゲットキャプチャー法によって、ライブラリからamoA遺伝子の濃縮を行った。本手法において多数のプローブを用いたことによって、プライマーバイアスに寄らない多様なamoA遺伝子を得ることが可能となった。これらの結果と水温、塩分、クロロフィル、光量などの現場環境データを基に、北太平洋の亜熱帯域と亜寒帯域における亜硝酸塩極大層付近における生物・化学的な鉛直構造の特性について検討を進めた。

This study aims to test the hypothesis that the dynamics of the micronutrients iron, copper and zinc in the subsurface of the open ocean and the photoenvironment have a complex effect on the extracellular release of nitrite from phytoplankton and the nitrification of microbial communities, and regulates the nitrogen cycle of the subsurface, including the formation of the nitrite maximum layer.今年，在从2022年7月至8月进行的学术研究船Hakuhomaru的KH-22-7研究航行期间，在北太平洋西部的三个固定点进行了观察，北部为155°，北部为20°，向北20°，北部30°，以及150°的经度和150°和41°北部。使用不受船体的微量金属污染的清洁水收集系统，在地下营养远足层附近进行了高分辨率水收集，并收集了用于痕量金属元素，养分和微生物群落的遗传分析的样品。观察到这三个站点的亚硝酸盐的最大层在41m至135m之间的深度之间显示，显示出随着纬度的增加而变得浅的趋势，而在41°N处的亚硝酸盐最大值的浓度是20°N时的四倍。这些亚硝酸盐最大值的位置比地下叶绿素最大值深约15-20m，这表明由微生物群落引起的亚硝酸盐过程有助于亚硝酸盐的积累。我们还致力于开发一种方法，以全面研究氨氧化生物的多样性，并使用目标捕获方法从文库中富集了AMOA基因。通过在这种方法中使用大量探针，已经有可能获得不属于底漆偏置的各种AMOA基因。基于这些结果和现场环境数据，例如水温，盐度，叶绿素和光水平，我们研究了北太平洋亚热带和亚北极区域中亚硝酸盐最大层附近的生物学和化学垂直结构的特征。

项目成果

期刊论文数量（14）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Biogeochemical characterization of the primary nitrite maxima in the eastern Indian Ocean and the effects of iron on subsurface nitrogen cycle

东印度洋原生亚硝酸盐最大值的生物地球化学特征及铁对地下氮循环的影响

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Shigenobu Takeda;Kunioki Hirata;Takuhei Shiozaki;Mitsuhide Sato
通讯作者：
Mitsuhide Sato

主要な窒素消費者としての窒素固定性シアノバクテリア

固氮蓝藻是主要的氮消耗者

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
増田貴子;井之村啓介;児玉武稔;塩崎拓平;北島聡;Gabrielle Armin;松井貴人;鈴木光次;武田重信;佐藤光秀;Ondrej Prasil;古谷研
通讯作者：
古谷研

Photodecomposition of humic substances and organic iron-binding ligands from natural seawater

天然海水中腐殖质和有机铁结合配体的光分解

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Mitsuhide Sato;Natsuki Ogata;Shigenobu Takeda
通讯作者：
Shigenobu Takeda

Nitrogen cycling in the primary nitrite maximum of the Indian Ocean

印度洋初级亚硝酸盐最大值的氮循环

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Shigenobu Takeda;Kunioki Hirata;Takuhei Shiozaki
通讯作者：
Takuhei Shiozaki

Relative depths of the subsurface peaks of phytoplankton abundance conserved over ocean provinces

DOI：
10.1002/lno.12222
发表时间：
2022-09
期刊：
Limnology and Oceanography
影响因子：
4.5
作者：
Mitsuhide Sato;T. Shiozaki;F. Hashihama;T. Kodama;H. Ogawa;H. Saito;A. Tsuda;S. Takeda;K. Furuy
通讯作者：
Mitsuhide Sato;T. Shiozaki;F. Hashihama;T. Kodama;H. Ogawa;H. Saito;A. Tsuda;S. Takeda;K. Furuy