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土壌の塩類化 生態系を撹乱
農地の生産力低下
[原因]
津波・高潮に
よる冠水
沿岸域の
海水貫入
不適切な
灌漑農業
浸出水の
漏出
[津波・高潮による冠水]
東日本大震災
スマトラ島沖地震
伊勢湾台風 etc… 大規模な塩害被害
農山地の生態系に大きな影響
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海水の冠水と塩生植物が土壌微生物群集に与える影響の評価
- 1. 海水の冠水と塩生植物が 土壌微生物群集に与える影響の評価 〇池崎 泰輔1 惣田 訓2 池 道彦1 1)大阪大学大学院工学研究科 2)立命館大学理工学研究科 第Ⅶ部門
- 2. 背景 2 土壌の塩類化 生態系を撹乱 農地の生産力低下 [原因] 津波・高潮に よる冠水 沿岸域の 海水貫入 不適切な 灌漑農業 浸出水の 漏出 [津波・高潮による冠水] 東日本大震災 スマトラ島沖地震 伊勢湾台風 etc… 大規模な塩害被害 農山地の生態系に大きな影響 ＆
- 3. 背景と目的 3 [塩類化土壌] 土壌の性質の悪化 ex. 透水性、保水性、通気性の悪化 植物の塩害 ex. 生育阻害、栄養や代謝機能に異常 ・土壌の物理化学的特性 ・植物への影響 土壌微生物とその機能への影響 [塩類化土壌に関する研究] ＞＞ 土壌微生物 物質循環の 重要な役割 植物と共生 炭素循環において有機物の好気分解・嫌気分解 窒素循環において硝化・脱窒 海水に冠水した土壌に生息する土壌微生物群集が 受ける影響に関する基礎的な知見を得る [目的] 土壌微生物、特にその有機物の好気分解に注目
- 4. 電気伝導率 (mS/m) (a)淡水系(水道水) 2.84×101 (b)海水系(人工海水) 4.93×103 山野土 6.07 実験方法 4 モニタ リング ・土壌の電気伝導率 ・従属栄養細菌数 ・微生物の炭素源資化能 ・微生物群集構造 測定項目 実験系の様子 植栽非植栽 水(6日目) 液肥(11,18,28日目) 28日間温室で静置 アイスプラント
- 6. 試料中の幅広い細菌を 検出可能 測定方法 6 炭素源 (31) 糖類 7 糖アルコール 2 界面活性剤 2 カルボン酸 10 アミノ酸 6 アミン 2 リン酸化合物 2 Biolog EcoPlate [炭素源資化能] [従属栄養細菌数] 微生物の炭素源ごとの 代謝量を測定可能 [微生物群集構造解析] T-RFLP法 微生物群集の構成をピークパターン として表現可能 各微生物群集固有のプロファイル R2A寒天培地
- 9. 結果：炭素源資化能のAWCD* 9 植栽により大幅に上昇 (a)淡水系 (b)海水系 *AWCD（Average Well Color Development）：全炭素源の資化量の平均値
- 10. 結果：炭素源資化能のAWCD* 10 (a)淡水系 (b)海水系 *AWCD（Average Well Color Development）：全炭素源の資化量の平均値 海水成分によって土壌中の成分が変化し、 微生物の基質要求性も影響を受けた？ 糖類 糖アルコール アミノ酸 リン酸化合物
- 11. *AWCD（Average Well Color Development）：全炭素源の資化量の平均値 結果：炭素源資化能のAWCD* 11 (a)淡水系 (b)海水系 カルボン酸 D-Malic Acid アミン Phenylethyl-amine 資化されない炭素源も存在
- 13. 結果：微生物群集構造解析 13 土壌微生物群集構造が変化 非植栽系 植栽系 ・淡水系 ・海水系 58 bp 66 bp 627 bp
- 14. まとめと今後の展望 14 [まとめ] [今後の展望] 海水の冠水により ・土壌微生物の炭素源資化能が変化 ・土壌微生物群集構造が変化 アイスプラントの植栽により ・土壌塩分濃度が低下 ・土壌微生物の炭素源資化能の低下の抑制 ＆ 活性化 土壌微生物群集が受ける影響の長期的な評価 様々な土壌での影響の評価 植物バイオマスの化学分析などによるアイスプラントの脱塩能力の評価
- 15. 補足：背景 15 [土壌の性質の悪化] [植物の塩害] 土壌中の 塩分濃度上昇 ・浸透圧ストレス ・イオンストレス ↑ 植物の根の水分吸収機能の低下 イオンストレス浸透圧ストレス Na+イオンやCl-イオンの異常吸収 CaやKなどの養分の吸収阻害 Na+ Ca2+ Ca2+K+ Mg2+ 置換 吸着 Na+ Na+ Na+ Ca2+ ナトリウム型粘土 乾燥 湿潤 膨潤 収縮 透水性の悪化 固化 団粒構造 単粒化 生育阻害 栄養 代謝機能 水 空気 空気 水 透水性 通気性 保水性 単粒構造 の悪化 に異常 水 空気 団結化
- 17. 補足：炭素源資化能の測定 17 Biolog EcoPlate湿土壌1 g + 0.9%滅菌生理食塩水 9 mL 30分間 ボルテックス サンプル溶液4 mL + 0.9%滅菌生理食塩水 36 mL 150 μLずつ植種 暗所（28℃）で静置培養 経時的に吸光度(OD590)を測定 炭素源 テトラゾリウム バイオレット 炭素源 (31) 糖類 7 アミノ酸 6 カルボン酸 10 アミン 2 糖アルコール 2 界面活性剤 2 リン酸化合物 2 Biolog EcoPlate • 土壌群集解析用に選定された 31種類の炭素源が添加 • 微生物が炭素源を代謝すること により呼吸を行った場合、呼吸活 性に応じて紫に発色するため、 吸光度を測定することにより微生 物の炭素源ごとの代謝量を測定 することができる • 一般的な方法では、サンプルは 0.9%生理食塩水で調整される
- 18. 補足：Biolog EcoPlate炭素源 18 糖類（7種） β-Methyl-D-Glucoside D-xylose α-Cyclodextrin N-Acetyl-D-Glucosamine Glycogen D-cellobiose α-D-Lactose 糖アルコール（2種） i-Erythritol D-Mannitol 界面活性剤（2種） Tween 40 Tween 80 カルボン酸（10種） D-Galactonic Acid γ-Lactone Pyruvic Acid Methyl Ester D-Galacturonic Acid 2-Hydroxy Benzoic Acid 4-Hydroxy Benzoic Acid γ-Hydroxy butyric Acid D-Glucosaminic Acid Itaconic Acid α-Ketobutyric Acid D-Malic Acid アミノ酸（6種） L-Arginine L-Asparagine L-Phenylalanine L-Serine L-Threonine Glycyl-L-Glutamic Acid アミン（2種） Phenylethyl-amine Putresoine リン酸化合物（2種） Glucose-1-Phosphate D,L-α-Glycerol Phosphate
- 19. 測定方法 19 T-RFLP法（Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism; 末端標識制限酵素断片多型分析） [微生物群集構造解析] 土壌中の16SrRNA 遺伝子を標的として微生物群集構造を網羅的に解析し、 遺伝子レベルでの理解を深める
- 20. 補足：個々の炭素源の資化能 20 [28日目の各炭素源の吸光度(A590) ] *AWCD：吸光度の平均値 A590A590 非植生 植生
- 21. 補足：個々の炭素源の資化能 21 [28日目の各炭素源の吸光度(A590) ] *AWCD：吸光度の平均値 窒素化合物炭水化物 A590A590 非植生 植生
- 22. 補足：炭素源資化能解析結果 22 ・クラスター解析 ・PCA解析 0：0日目 28：28日目 S：山野草の土 0：淡水系 3：海水系 AWCDの大きさを反映 D-Malic Acid, D-Mannitol D-Xylose, Tween 80
- 23. 補足：C/N比 23 ・有機物に対する微生物の作用（分解、無機態窒素の放出など）は、 一般に有機物のＣ/Ｎ比の高低により支配 微生物の作用 有機物のC/N 低 ← 20～30 → 高 有機物の分解 速い 遅い 無機態窒素 放出 取込 窒素飢餓発生 無 有 C/N比と微生物作用の関係1 1) http://www.hiryou.hokuren.or.jp/qa/q03_05_01.html ・有機物に含まれる炭素（Ｃ）含有率（％）と窒素（Ｎ）含有率（％）の比
- 24. 補足：微生物群集構造解析結果 24 ・クラスター解析 ・PCA解析 0：0日目 28：28日目 S：山野草の土 0：淡水系 3：海水系 植栽海水系のみ大きく異なる 440 bp, 658 bp 66 bp, 627 bp 58 bp, 469 bp
- 25. 補足：基礎データ 25 pH・・・8.48 塩化ナトリウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化カルシウム、 塩化カリウム、その他、十数種類の微量成分 [人工海水] [山野土] 含水率(％) pH 電気伝導率(mS/m) 山野土 9.228 6.42 6.07 (a)淡水系 (b)海水系 非植生 植生 非植生 植生 湿重量(kg) 2.7 2.7 2.7 2.6 T-N (mg/L) T-P (mg/L) TOC (mg/L) 水道水 0.33 <0.20 - 人工海水 <0.20 <0.20 5.367 液肥 （60） （100） 33.55