鉄還元窒素固定菌から見た水田土壌の炭素・窒素動態：稲が土を肥やし土が稲を育てる

从铁还原固氮细菌看稻田土壤碳氮动态：水稻施肥，土壤长水稻

• 批准号: 20K15423
• 负责人: 増田 曜子
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K15423/
• 关键词: 13C-SIP; 15N-SIP; 鉄還元菌; 窒素固定; 水田土壌; GCMS; 稲わら; LCMS; 鉄還元窒素固定菌; 炭素循環; 窒素循環; 安定同位体

1)稲わら分解微生物の解明(13C-SIP)、稲わら分解により生成する炭素化合物の特定安定同位体標識した稲わらを添加した水田土壌ミクロコズムを作製し、湛水および落水を行い圃場環境を再現し60日間培養した。培養した土壌を採取し、土壌中に存在する有機酸および糖類の同定に使用する土壌を-30度、DNAおよびRNA抽出に使用する土壌を-80度で保存した。-80度で保存した土壌からDNAおよびRNAを抽出し、密度勾配遠心を行った。それぞれの画分における16S rRNA遺伝子量を測定したところ、日数の経過とともに密度の高い画分におけるDNAの存在量が増加していることが示された。重い画分および軽い画分に含まれる微生物種をアンプリコンシーケンシングにより同定した。また、糖類および有機酸の抽出法・誘導体化法を検討し、双方の検討を終えた。保存していた土壌から有機酸および糖類を抽出して同定および定量を行い、培養期間中のそれらの遷移を解析した。(2)鉄還元窒素固定菌による窒素固定量の解明(15N-SIPおよびIRMS) 15N2を気相に封入した水田土壌ミクロコズムを作製し、鉄還元窒素固定菌が実際に15N窒素を取り込んでいることを確認するとともに、大気由来窒素を取り込む他の微生物群の特定を試みた。48時間,72時間双方のサンプルにおいて鉄還元菌由来の窒素固定遺伝子は14Nで培養を行った時と比較して15Nで培養を行った時に密度が高い画分にピークがシフトすることを確認した。また、16S rRNAのアンプリコンシーケンシングも行ったところ、鉄還元菌の相対存在量は特に重い画分において高いことが示された。さらに、鉄添加により窒素固定活性が高まる新たな細菌を見出し、分離、性状解析およびゲノム解析を行った。また、IRMSを用いて土壌中に固定された窒素量の算出も行った。

1）通过添加用特定稳定的同位素标记的碳化合物标记的稻草，阐明稻草分解微生物（13c-SIP），制备了稻草，由稻草分解产生，泛滥和洗净水以繁殖现场环境并培养60天。收集培养的土壤，并用来鉴定土壤中存在的有机酸和糖的土壤储存在-30°C下，并将用于提取DNA和RNA的土壤储存在-80°C下。从储存在-80°C下的土壤中提取DNA和RNA，并进行密度梯度离心。测量了每个馏分中16S rRNA基因的量，并表明在整个天数中，致密分数中的DNA丰度增加。通过扩增子测序鉴定出重量和光级分中包含的微生物物种。此外，研究了糖和有机酸的提取和衍生化的两种方法，并完成了两种方法。从储存的土壤中提取有机酸和糖，并进行鉴定和定量，并分析了它们在培养期间的过渡。 （2）通过还原氮固定细菌（15N-SIP和IRMS）来阐明氮固定量，我们创建了一个用15N2包含在气相中的帕迪泥土缩影，并确认了还原的氮固定细菌实际上融合了15N氮基因和尝试的Micmegogen和其他大气层。据证实，当在两个样品在两个样品中培养48和72小时时，源自铁还原细菌的氮固定基因的峰转移到密度分数。同样，16S rRNA的扩增子测序表明，在沉重的部分中，还原铁细菌的相对丰度尤为高。此外，发现了由于添加铁添加铁而增强氮固定活性的新细菌，并进行了分离，表征和基因组分析。此外，使用IRMS计算固定在土壤中的氮量。

项目成果

窒素長期無施用水田土壌における窒素肥沃度維持の微生物メカニズム

长期不施氮的水稻土保持氮素肥力的微生物机制

• 发表时间: 2021
• 作者: Morinaga Kana;Kusada Hiroyuki;Watanabe Miho;Tamaki Hideyuki;才崎 周平，緋田 安希子，田島 誉久，加藤 純一;増田曜子
• 通讯作者: 増田曜子

Anaeromyxobacter oryzae sp. nov., Anaeromyxobacter diazotrophicus sp. nov. and Anaeromyxobacter paludicola sp. nov., isolated from paddy soils

米厌氧粘杆菌 sp.

• DOI: 10.1099/ijsem.0.005546
• 发表时间: 2022
• 期刊: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology
• 影响因子: 2.8
• 作者: Itoh Hideomi;Xu Zhenxing;Mise Kazumori;Masuda Yoko;Ushijima Natsumi;Hayakawa Chie;Shiratori Yutaka;Senoo Keishi
• 通讯作者: Senoo Keishi

稲が土を肥やし土が稲を育てる －鉄還元菌と水田土壌の炭素・窒素循環－

水稻给土壤施肥，土壤长出水稻 - 水稻土中的铁还原菌和碳氮循环 -

• 发表时间: 2022
• 作者: Sakuma Yasutake;Naoko Komura;Taro Udagawa;Hide-Nori Tanaka;Akihiro Imamura;Hideharu Ishida;Hiromune Ando;増田曜子
• 通讯作者: 増田曜子

鉄還元窒素固定菌による水稲由来炭素化合物の利用

铁还原固氮细菌对稻米碳化合物的利用

• 发表时间: 2022
• 作者: 千原 光貴;増田 曜子;Xu Zhenxing;妹尾 啓史
• 通讯作者: 妹尾 啓史

水田土壌において鉄還元窒素固定菌への炭素源供給を担う微生物群集の解明

水稻土中负责向铁还原固氮细菌提供碳源的微生物群落的阐明

• 发表时间: 2022
• 作者: 笠原拓己;増田曜子;妹尾啓史
• 通讯作者: 妹尾啓史