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アナモックス細菌の窒素・酸素同位体分別測定に成功~窒素循環解明の鍵となるアナモックス細菌の窒素除去への寄与推定が可能に~(工学研究院 教授 岡部 聡)

2019年6月4日

ポイント

●NO2-→NO3-の反応では,重い15Nが先に反応する逆同位体分別(ε<0)を示した。
●NO2-→N2の反応では,菌種間で窒素同位体分別15εが大きく異なる。
●未解明であったアナモックス細菌の窒素循環への寄与解明に大きく前進。

概要

北海道大学大学院工学研究院の岡部 聡教授,同大学院工学院博士後期課程の小林香苗氏らの研究グループは,海洋性の“Ca. Scalindua japonica”を含む3種の嫌気性アンモニア酸化(アナモックス)細菌の集積培養系を確立し,アナモックス反応(NH4+→N2,NO2-→N2,NO2-→NO3-)における窒素・酸素同位体分別(15ε・18E)を求めることに世界で初めて成功しました。

環境保全や生物地球化学的物質循環を明らかにするためには,窒素循環の解明が極めて重要です。現在,海水中の硝酸や亜硝酸の窒素・酸素同位体比は窒素循環の流れを追跡する要素(トレーサー)として広く用いられており,環境中(特に海洋)の窒素循環を明らかにする際に用いることで,生物学的反応の相対的寄与を定量的に把握することができます。この寄与推定に必要不可欠な硝化や脱窒反応の窒素・酸素同位体分別に関しては,すでに多くのデータが集積されています。

しかし,アナモックス細菌は幅広い水圏環境で検出され,特に海洋窒素循環に大きく寄与していると考えられていますが,増殖速度が非常に遅く培養が困難です。そのため,これまでに淡水性の窒素同位体分別が唯一報告されているだけで,海洋性アナモックス細菌を含め多様なアナモックス細菌の窒素・酸素同位体分別に関する情報は皆無でした。

研究グループは,3種のアナモックス細菌(海洋性の“Ca. Scalindua japonica”,淡水性の“Ca. Brocadia sinica”及び“Ca. Jettenia caeni”)のNH4+→N2,NO2-→N2,NO2-→NO3-の反応における窒素・酸素同位体分別(15ε・18E)を求め,細菌間の比較を行いました。その結果,NO2-→NO3-の反応では重い15Nが先に反応する逆同位体分別(ε<0)を示し,NO2-→N2の反応では菌種間で窒素同位体分別15εが大きく異なることがわかりました。

この研究成果により,窒素循環をベースとしたより精度の高い海洋生態系モデルや地球温暖化予測モデルの構築が可能となり,今後,環境中におけるアナモックス細菌の窒素循環への寄与解明に向けた大きな手掛かりになることが期待されます。

なお,本研究成果は,2019年5月28日(火)公開のThe ISME Journal(Springer Nature)誌に掲載されました。

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