アナモックス細菌の窒素・酸素同位体分別の解析：海洋窒素循環への寄与の推定

厌氧氨氧化细菌的氮和氧同位素分馏分析：估计对海洋氮循环的贡献

基本信息

批准号：
18J20742
负责人：
小林香苗
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

今年度の研究実績としては、未だ世界で報告例のない海洋性アナモックス細菌 “Ca. Scalindua sp.”の酸素同位体分別を求めた。アナモックス反応の酸素同位体分別を求めることは，窒素同位体分別を求めるよりもさらに複雑であり，アナモックス反応の個々の酸素同位体分別の報告はない。複雑な理由は，アナモックス反応では以下の4つの反応：(1) 亜硝酸還元反応，(2) 亜硝酸酸化反応，(3) 亜硝酸酸化時の水の酸素分子の取り込み，(4) 非生物学的な亜硝酸と水の酸素同位体の交換が同時に進行するからである。これら4つの同位体分別を個々に求めることは，基質や培地組成を変化させることが難しく，経時的な基質の消費を観察できない連続培養系では不可能であった。そこで，本研究では，異なる酸素安定同位体比に調整した重水 (H218Oの比率が高い水) を用いた回分培養実験系と，非生物学的な亜硝酸と水の平衡同位体分別を求めるための実験を組み合わせることにより，アナモックス細菌の酸素同位体分別を求めた。アナモックス反応の基質の亜硝酸と，生成物の硝酸は複数のプロセスの酸素同位体分別の影響を受ける。そのため，他の反応（硝化，脱窒）のように基質と生成物の酸素安定同位体比の変化量から単純に各酸素同位体分別を計算することは不可能であった。そこで回分培養実験の実測データに基づき，各反応の時間，濃度，安定同位体比の変化について微分方程式を立て，統計解析ソフトRを用いた数値計算モデルを開発し，各酸素同位体分別を求めることに世界で初めて成功した。本結果は現在、論文投稿準備中である。また，非生物学的な亜硝酸と水の平衡同位体分別に関しては、実験結果を論文にまとめ今年１月にRapid Communications in Mass Spectrometryに論文が受理された。

今年的研究成果包括海洋厌氧氨氧化细菌“Ca. Scalindua sp.”的氧同位素分馏测定，这在世界上尚未有报道。确定厌氧氨氧化反应的氧同位素分馏比确定氮同位素分馏更为复杂，目前还没有关于厌氧氨氧化反应的单独氧同位素分馏的报道。其复杂性的原因在于，厌氧氨氧化反应涉及以下四个反应：（1）亚硝酸盐还原反应，（2）亚硝酸盐氧化反应，（3）亚硝酸盐氧化过程中从水中吸收氧分子，以及（4）非生物反应。这是因为化学亚硝酸盐和水氧同位素交换同时进行。在连续培养系统中单独确定这四种同位素分级是很困难的，在连续培养系统中，由于很难改变底物或培养基组成，因此无法随时间观察底物消耗。因此，在本研究中，我们开发了一种使用调整为不同氧稳定同位素比例的重水（H218O比例高的水）的分批培养实验系统，以及一种测定非亚硝酸盐和水的平衡同位素分馏的方法。通过结合这些实验，我们确定了厌氧氨氧化细菌的氧同位素分馏。厌氧氨氧化反应的底物亚硝酸盐和产物硝酸在多个过程中受到氧同位素分馏的影响。因此，不可能像其他反应（硝化、反硝化）那样，根据底物和产物的稳定氧同位素比的变化量简单地计算出各氧同位素的分馏。因此，根据分批培养实验的测量数据，我们创建了每个反应的时间、浓度和稳定同位素比变化的微分方程，使用统计分析软件R建立了数值计算模型，并确定了每种氧同位素的分馏这是世界上第一个成功的。目前正在准备将这些结果发表在一篇论文中。另外，关于亚硝酸盐和水的非生物平衡同位素分馏，我们在今年1月被Rapid Communications in Mass Spectrometry接收的论文中总结了我们的实验结果。

项目成果

期刊论文数量（10）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Nitrogen and oxygen isotope effect of anaerobic ammonium oxidation.

厌氧氨氧化的氮氧同位素效应。

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kanae Kobayashi;Akiko Makabe;Midori Yano;Mamoru Oshiki;Tomonori Kindaichi;Satoshi Okabe.
通讯作者：
Satoshi Okabe.

海洋性アナモックス細菌"Ca. Scalindua sp." の酸素同位体分別

海洋厌氧氨氧化细菌“Ca. Scalindua sp.”的氧同位素分离

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kanae Kobayashi;Akiko Makabe;Midori Yano;Mamoru Oshiki;Tomonori Kindaichi;Karen L. Casciotti and Satoshi Okabe;小林香苗，福島慶太郎，大西雄二，仁科一哉，眞壁明子，押木守，木庭啓介，岡部聡．
通讯作者：
小林香苗，福島慶太郎，大西雄二，仁科一哉，眞壁明子，押木守，木庭啓介，岡部聡．

スタンフォード大学(米国)

斯坦福大学（美国）