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。

在这项研究中，我们证明了微量营养素铁、铜和锌的动态以及公海地下层的光环境对浮游植物细胞外亚硝酸盐的释放和微生物群落的硝化作用具有复杂的影响。目的是验证它控制地下层氮循环的假设，包括最大亚硝酸盐层的形成。今年，在2020年7月至8月进行的学术科考船“白凤丸”号KH-22-7号科考巡航中，我们访问了东经155度、北纬20度和北纬30度，以及东经155度观测是在北纬 41 度的三个固定点进行的。利用未受到船体微量金属污染的清洁水采样系统，我们在地下滋养层附近进行高分辨率水采样，并收集样本用于微量金属元素、营养物和微生物群落的遗传分析。这三个站观测到的最大亚硝酸盐层深度为41 m至135 m，且随着纬度的增加呈现变浅的趋势，北纬41度处亚硝酸盐最大浓度约为20度处的4倍北纬变得越来越贵。这些最大亚硝酸盐层的位置比地下叶绿素最大层深约15-20 m，表明微生物群落的硝化过程有助于亚硝酸盐的积累。我们还致力于开发一种综合研究氨氧化生物多样性的方法，并利用目标捕获方法从文库中富集amoA基因。通过在该方法中使用大量探针，可以获得不依赖于引物偏倚的多种amoA基因。基于这些结果和现场水温、盐度、叶绿素和光强等环境数据，我们研究了北太平洋亚热带和亚北极地区最大亚硝酸盐层附近的垂直结构的生物和化学特征。

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

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

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