微生物群集における水素循環～微生物マットにおける水素発生と消費～

微生物群落中的氢气循环〜微生物垫中氢气的产生和消耗〜

基本信息

批准号：
10J05625
负责人：
大滝宏代
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Tokyo Metropolitan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

微生物群集中の物質循環に焦点を当てた研究例は数多くあるが、物質とエネルギーの流れを統一的に捉えた電子循環に注目した例は少ない。本研究では、微生物群集における水素と硫黄化合物、炭素化合物を介した電子循環を明らかにすることを目的とした。昨年度から引き続く研究で本年度は以下の成果を得た。(1)採取した群集塊を用いて硫黄と硫酸の還元活性を測定した。硫酸または硫黄のどちらも硫化水素まで還元されることが確認され、その活性は気相に水素を加えることで促進された。水素は群集内の発酵細菌から生産されていることが昨年度までにわかっている。(2)群集塊から異なる属に分類される硫酸還元菌を計2種分離した。至適温度を65℃に持つThermodesulfovibrio aggregans、70℃のThereodesulfobacterium commune。両種の細菌が、硫酸存在中で水素を電子源とした硫酸還元能有することを確認した。これらが、群衆内の硫酸還元を担っていると予想された。(3)採取した微生物群集塊を光独立栄養条件下で安定的に継代培養することができた。硫化水素を電子源とし、光照射、採取した環境と同じ65℃で培養した。その培養系の中には光合成細菌が優占化していた。硫化水素の消費に伴った硫黄顆粒の生産が観察された。硫黄の生産は、嫌気かつ光が当たる条件であれば、光合成細菌が担っていることが示唆された。生産された硫黄は、硫黄還元菌の電子受容体として消費されていると予想された。暗条件でも培養を行ったが、細胞の増殖は観察されなかった。昨年度の群集解析の結果から、嫌気かつ硫化水素が電子源の条件で、光合成細菌の他に炭酸固定を行える候補がいない。これらの、結果は微生物群集ないで優占する光合成細菌Chloroflexus aggregansの炭酸固定能を強く指示する結果である。

虽然关注集中微生物群落物质循环的研究例子很多，但关注综合捕捉物质和能量流动的电子循环的例子却很少。本研究的目的是阐明微生物群落中氢、硫化合物和碳化合物介导的电子循环。继去年的研究基础上，今年我们取得了以下成果。 (1) 使用收集的群落块测量硫和硫酸的减少活性。硫酸和硫磺都被证实被还原成硫化氢，并且通过向气相中添加氢气来促进它们的活性。截至去年，人们已经知道氢气是由社区内的发酵细菌产生的。 (2)从群落群落中共分离到2种不同属的硫酸盐还原菌。热脱硫弧菌的最适温度为65℃，Theodesulfobacter commune的最适温度为70℃。已证实这两种细菌都具有在硫酸存在下利用氢作为电子源还原硫酸的能力。这些预计将导致人群中硫酸盐的减少。 (3)收集到的微生物群落群可以在光自养条件下稳定传代培养。使用硫化氢作为电子源，对细胞进行光照射，并在与收集细胞的环境相同的65°C下培养。培养系统以光合细菌为主。随着硫化氢的消耗，观察到硫颗粒的产生。有人认为，光合细菌负责在厌氧和光照条件下产生硫。预计产生的硫将作为电子受体被硫还原细菌消耗。尽管在黑暗条件下进行培养，但没有观察到细胞增殖。根据去年的群落分析结果，除了光合细菌之外，没有任何候选细菌可以在厌氧条件下固定二氧化碳并以硫化氢作为电子源。这些结果有力地表明了在微生物群落中占主导地位的光合细菌 Chloroflexus aggregans 的碳固定能力。