Studies on nitrogen fixation of iron reducing bacteria as a key process of sustainable nitrogen fertility in paddy soil : towards low nitrogen agriculture

铁还原菌固氮作为水稻土可持续氮肥力关键过程的研究：迈向低氮农业

基本信息

批准号：
20H00409
负责人：
妹尾啓史
金额：
$ 29.12万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

Ⅰ．水田土壌における鉄還元菌窒素固定の学術的基盤解明(1)水田土壌由来の鉄還元細菌が炭素源として稲わら由来のセルロース、キシラン、リグニンを利用して窒素固定を行うかどうかを調べた。その結果、数種のGeomonas株とAnaeromyxobacter sp.の1株がセルロースおよびキシランを利用し窒素固定を行うことが明らかになった。(2)公表されている海外の水田土壌メタトランスクリプトームデータを再解析したところ、鉄還元菌の窒素固定遺伝子転写産物が検出された。このことから、海外の水田土壌においても鉄還元菌が窒素固定を行っていることが強く示唆された。(3)水田土壌ミクロコズムに15N2を封入し固定された窒素量をIRMSによって検出する手法の検討を行った。(4)圃場において湛水初期および後期、間断灌漑期の土壌を採取し窒素固定活性を測定した。その結果、湛水初期および後期に窒素固定活性が高まることが明らかとなった。(5)湛水および落水期における稲わらの分解速度を調査するとともに、土壌に含まれる稲わら分解産物の検出法についての検討を行った。(6)土壌中の鉄化合物の湛水による形態変化を、XRDおよびメスバウアー分光法によって測定する手法の検討を行った。Ⅱ．鉄還元菌窒素固定の低窒素農業への応用(1)室内系ミクロコズム水田土壌に鉄鉱物を添加して水田土壌中の鉄還元菌窒素固定活性を強化できるかどうかを調べるため、純度が高く粒子径が均一なFerrihydrite, Hematite, Goethiteを調製し、ミクロコズム試験を開始した。(2)圃場に施用した鉄資材による鉄還元菌窒素固定活性の強化および窒素肥沃度の向上について、年間を通した調査を開始した。

我。阐明水稻土中铁还原菌固氮的理论基础（1）研究了水稻土中铁还原菌是否以稻草中的纤维素、木聚糖和木质素为碳源进行固氮。结果表明，几种土单胞菌菌株和一种厌氧粘杆菌菌株利用纤维素和木聚糖来固氮。（2）当我们重新分析国外已发表的水稻土宏转录组数据时，我们检测到了来自铁还原菌的固氮基因的转录本。这有力地表明铁还原细菌在国外的稻田土壤中也具有固氮作用。 (3)研究了将15N2封装到水稻土微观世界中并利用IRMS检测固定氮量的方法。 (4)在淹水前期、后期以及间歇灌溉期间从田间采集土壤，测定固氮活性。结果表明，淹水前期和后期固氮活性增强。 (5)除了调查洪水和落水期间稻草的分解率外，还研究了土壤中稻草分解产物的检测方法。 (6) 研究了利用 XRD 和穆斯堡尔光谱测量因涝渍引起的土壤中铁化合物形态变化的方法。二.铁还原菌固氮在低氮农业中的应用 (1) 室内微观环境为了研究是否可以通过向水稻土中添加铁矿物质来增强铁还原菌在水稻土中的固氮活性，我们使用了颗粒我们制备了高纯度的水铁矿、赤铁矿和针铁矿，并开始微观测试。（2）我们开始了为期一年的关于铁材料田间施用增强铁还原菌固氮活性和提高氮肥力的研究。