複雑に絡み合う窒素循環を新規多重同位体標識培養実験で紐解く

通过新的多同位素标记培养实验揭示复杂的、相互交织的氮循环

基本信息

批准号：
21K21341
负责人：
小林香苗
金额：
$ 2万
依托单位：
Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-08-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、貧酸素環境において同時多発的に進行しつつ代謝基質を競合する3つのプロセス（硝化・脱窒・アナモックス）の各反応速度を定量的に把握することを目的とする。本年度（2022年度）は、これまで硝化・脱窒・アナモックスの３つのプロセスの共存が確認されている深海底堆積物を主な調査対象として研究を進めた。昨年度にサンプリングを実施し、分画した堆積物の間隙水について栄養塩濃度分析とアンモニウムの窒素安定同位体比、亜硝酸と硝酸の窒素および酸素安定同位体比の分析を行った。また、堆積物の全有機炭素と窒素安定同位体比の分析を行った。各層の微生物群集構造を把握するためにSSU rRNA遺伝子シーケンス解析を行った。分析した結果から、表層からの沈降有機物量の異なる複数の海域における、硝化・脱窒・アナモックスの鉛直分布の把握と、窒素化合物の濃度と安定同位体組成の情報に基づいた堆積物内での窒素動態解析に取り組むことができた。同位体標識培養実験に関しては、今年度海底堆積物を追加採取し、同位体標識培養実験を船上で実施する予定だったが、油価高騰と円安の影響により調査航海の日数が大幅に削減されたため、堆積物のサンプリングが中止となり実施できなかった。そのため、硝化・脱窒・アナモックスの共存するバイオフィルムを用意し、複数の同位体標識パターンで培養実験を行い、培養条件の検討を行った。経時的に同位体標識された窒素化合物の濃度および安定同位体比を測定し、各反応速度の算出を進めてきた。

本研究的目的是定量了解三个过程（硝化、反硝化和厌氧氨氧化）的反应速率，这三个过程在缺氧环境中同时竞争代谢底物。今年（2022财年），我们将研究重点放在深海沉积物上，已证实硝化、反硝化和厌氧氨氧化三种过程同时存在。去年进行了采样，对分馏沉积物孔隙水进行了养分浓度分析、铵态氮稳定同位素比、亚硝酸盐和硝酸盐氮氧稳定同位素比等分析。我们还分析了沉积物的总有机碳和氮稳定同位素比率。进行SSU rRNA基因序列分析，了解各层微生物群落结构。通过分析结果，可以了解多个表层有机物沉积量不同的海域硝化、反硝化和厌氧氨氧化的垂直分布情况，了解不同海域表层有机质沉积量不同的海域硝化、反硝化和厌氧氨氧化的垂直分布情况。基于氮化合物浓度和稳定同位素组成的沉积物，我能够进行氮动力学分析。关于同位素标记培养实验，我们原计划本财年额外收集海底沉积物，并在船上进行同位素标记培养实验，但由于油价飙升和日元贬值的影响，研究数量减少了。巡航天数显着减少，因此沉积物采样已停止且无法进行。因此，我们制备了硝化、反硝化和厌氧氨氧化共存的生物膜，进行了多种同位素标记模式的培养实验，并检查了培养条件。随着时间的推移，测量了同位素标记的氮化合物的浓度和稳定同位素比率，并计算了每个反应的速率。