地下圏における炭素循環：微生物によるリグニン様物質からのメタン生成プロセスの解明

地下碳循环：阐明微生物从木质素类物质生产甲烷的过程

• 批准号: 20H03314
• 负责人: 石井 俊一
• 金额: $ 11.23万
• 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 Scientific Research (B)
• 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/grant/KAKENHI-PROJECT-20H03314/
• 关键词: 地下圏微生物; 水溶性天然ガス田; メタゲノム; メタトランスクリプトーム; メタン菌; 天然ガス鉱床; Bathyarchaeota; メタン生成

嫌気環境における炭素循環の最終生成物であるメタンは、微生物群集が協調し、有機物が多段階で分解することで生成される。中でも地下圏においては、地質学的時間の中で、リグニンやフミン酸といった難分解性有機物が、炭素源・エネルギー源となると推定される。この微生物代謝が介する一連のメタン生成反応は、地球の炭素循環はもとより、メタンハイドレートや天然ガス鉱床形成においても重要な役割を果たすと考えられているが、その反応が地下深部で起こること、地下圏には未知の微生物系統群が多く存在することから、理解が未熟である。そこで本研究では、地下圏に普遍的にみられる難分解性有機物からのメタン生成プロセスの解明を目指す。本年度は、地表の天然ガス田湧出地下水中および分離槽に形成されるバイオフィルムの微生物群を対象としたDNAシーケンスデータを用いたメタゲノム解析を行い、５つのガス田に生息する地下圏微生物のMetagenome-assembled genomeを作成した。その結果、何個かの天然ガス田では、その湧出地下水中にメタン生成微生物が見られた。地上湧出後に形成される分離槽のバイオフィルムには、メタン菌はメタン生成遺伝子が見られるものもあったが、嫌気的メタン酸化古細菌（ANME菌）が見られるサンプルもあった。空気層と接する部分に形成されるバイオフィルムには、好気的なメタン酸化微生物が見られた。また、地下圏におけるリグニン由来の難分解性有機物分解微生物の候補であるBathyarchaeotaを多く含む集積系に関しては、さらなる集積と分離培養のプロセスを進めた。具体的には、シリンガ酸、バニリン酸を唯一の炭素源として、異なる電子受容体での培養を行った。シリンガ酸とバニリン酸の分解挙動を追いつつ、Bathyarchaeotaが多く存在する培養系のDNAseqとRNAseqを行った。

The final product of the carbon cycle is the environment, the coordination of the microbial community, and the multi-stage decomposition of organic matter are generated.中でもUnderground Circle, Geological Time の中で, リグニンやフミン acidといったRefractory organic matter, carbon source・エネルギーsource となるとESTIMATE される.このMicrobial metabolism is introduced and the continuation of the のメタン generation is reflected, and the earth's carbon cycle isとより、メタンハイドレートやNatural ガス鉱 bed formation においてもimportant な个 cutを Fruit たすと卡えられているが, その Reflection 応がUnderground Deep でrise こること, Underground There are many unknown microbial systems in the circle, and there are many and they are not yet understood.そこでThis study is about the common にみられるrefractory organic matter in the underground circle. This year, a natural microorganism group formed in the underground water flowing out from the natural groundwater in the groundwater was separated into a separate tank.スデータを用いたメタゲノムanalytic を行い、５つのガス田に生するUnderground zone microbiome のMetagenome-assembled Genome is made.そのRESULTS, WHAT'S かのnatural ガス田では, そののののにメタン generates microorganisms が见られた in the underground water. The される separation tank のバイオフィルムには and the メタン bacterium はメタン generated 缝子が见ら after gushing out from the groundれるものもあったが, メタン acidifying archaea (ANME bacteria) that dislike 気 and られるサンプルもあった. The empty layer is connected to the する part to form the されるバイオフィルムには, and the なメタン acidifying microorganism が见られた that is good at 気. Bathyar, a candidate for refractory organic matter decomposing microorganisms originating from the underground circulatory system chaeotaを多く合むassemble system に关しては, さらなるassemble とisolation culture のプロセスを进めた. Specifically, には, シリンガ acid, バニリン acid を the only carbon source として, iso-なるelectron acceptor でのculture を行った.シリンガ acid and とバニリン acid の decomposition 挙动 を chase い つ つ, Bathyarchaeota が 多 く す る culture system の DNAseq と RNAseq を row っ た.

项目成果

地下圏に生息する電気メタン合成菌を使用したCO2 と電気からのメタン生成

利用生活在地下的电甲烷合成细菌从二氧化碳和电力生产甲烷

• 发表时间: 2021
• 作者: Fujiwara;K.;P. N. Psomadakis;T. Y. Y. Swe and H. Motomura;石井俊一
• 通讯作者: 石井俊一

Methane production from CO2 and electricity using subsurface electro-methanogenic microbes

利用地下电产甲烷微生物从二氧化碳和电力生产甲烷

• 发表时间: 2021
• 作者: 渋谷 駿太;本村 浩之;石井俊一;Shun'ichi Ishii
• 通讯作者: Shun'ichi Ishii

固体から電子を抜き取る電気合成微生物群集を用いた電気メタン生成

使用从固体中提取电子的电合成微生物群落生产电甲烷

• 发表时间: 2021
• 作者: 石井俊一