植物―菌根共生と自由生活型土壌微生物の相互作用が変革する窒素循環

土壌と植物の間を巡る窒素は、植物と微生物にとって必須の生元素であるために、一般的には競争関係にあるとされている。しかし、菌根菌などの微生物は植物の窒素吸収を促進するといった共生関係を構築することが知られている。問題となるのは、微生物の中でも植物と競争関係にあるもの、共生関係にあるもの、それらの関係性が窒素循環全体にどのような影響を与えるかということにある。というのも、窒素循環を促進することで植物の生長が増大したとしても、一方で温室効果ガスの収支を悪化するような側面があってはそのメリットは小さくなってしまうからである。このように土壌・植物・微生物の関係を包括的に把握することが急務とされているが、実際のところそのような研究を実施することはかなり困難であり、その1つの理由は、高い回転速度を持つ窒素化合物の挙動をつかみきれないことにある。本研究ではこの状況を打破するために、植物・土壌・微生物系で循環している窒素化合物を、安定同位体トレーサー測定と、動的シミュレーションモデルによる解析というアプローチで研究を進めようとするものである。COVID-19の影響もあり、本年度はシミュレーションモデルの構築とトレーサー測定環境の立ち上げに注力した。シミュレーションモデルについては、これまで報告されているモデルをベースに、特に着目したいN2Oガスの挙動を追跡できるように改良を進め、予備15Nデータを用いたパラメーター推定の結果は良好であった。今後この内容を精査し、可及的速やかに投稿論文へと持って行く予定である。なお、当該特別研究員は2021年4月より、本研究の延長線上にある別プロジェクトの博士研究員として森林総合研究所にて研究を開始しており、本研究は1年間のみで発展的に終了することとした。

土壌と植物の間を巡る窒素は、植物と微生物にとって必須の生元素であるために、一般的には競争関係にあるとされている。しかし、菌根菌などの微生物は植物の窒素吸収を促進するといった共生関係を構築することが知られている。問題となるのは、微生物の中でも植物と競争関係にあるもの、共生関係にあるもの、それらの関係性が窒素循環全体にどのような影響を与えるかということにある。というのも、窒素循環を促進することで植物の生長が増大したとしても、一方で温室効果ガスの収支を悪化するような側面があってはそのメリットは小さくなってしまうからである。このように土壌・植物・微生物の関係を包括的に把握することが急務とされているが、実際のところそのような研究を実施することはかなり困難であり、その1つの理由は、高い回転速度を持つ窒素化合物の挙動をつかみきれないことにある。本研究ではこの状況を打破するために、植物・土壌・微生物系で循環している窒素化合物を、安定同位体トレーサー測定と、動的シミュレーションモデルによる解析というアプローチで研究を進めようとするものである。COVID-19の影響もあり、本年度はシミュレーションモデルの構築とトレーサー測定環境の立ち上げに注力した。シミュレーションモデルについては、これまで報告されているモデルをベースに、特に着目したいN2Oガスの挙動を追跡できるように改良を進め、予備15Nデータを用いたパラメーター推定の結果は良好であった。今後この内容を精査し、可及的速やかに投稿論文へと持って行く予定である。なお、当該特別研究員は2021年4月より、本研究の延長線上にある別プロジェクトの博士研究員として森林総合研究所にて研究を開始しており、本研究は1年間のみで発展的に終了することとした。