微生物生態学分野の研究紹介


島根大学 生物資源科学部
農林生産学科 農林生態科学教育コース

微生物生態学分野では、2人の教官が環境中の微生物と農薬等の化学物質との相互作用について研究しています。また、大学院生や学部学生が各々の教官の指導のもとに、博士論文・修士論文・卒業論文作成のための実験・研究を行っています。

農薬を分解する微生物の遺伝生態学的研究

微生物の中には農薬のような人工の有機化合物であってもそれらを分解し、炭素源およびエネルギー源として利用して増殖することができるものがいます。それらの化合物は分解菌が持つ一連の遺伝子にコードされた分解酵素によって最終的には二酸化炭素と水にまで分解されます。これらの分解遺伝子の起源や分解菌がどのように進化して分解能を獲得したのかを明らかにすることは、微生物の優れた環境適応能力を理解しそれを環境浄化などに応用する際に重要であると考えています。本研究では除草剤2、4-Dをモデル化合物として使用して、2、4-D分解菌・分解酵素・分解遺伝子の性質と起源について研究を行っています。

環境中の微生物生態系に及ぼす農薬の影響評価に関する研究

土壌中には多種多様な微生物が生息しており、物質の循環にとって極めて重要な役割を担っています。これらの微生物を対象にして、主として環境科学的な視点から、農薬の環境に対する安全性評価方法を確立するための研究、特に農薬の土壌生態系への影響評価試験方法の確立と評価の際の考え方を示すための研究を行っています。また、土壌微生物の持つ物質循環に関わる機能、例えば、セルロースの分解、難分解性有機化学化合物の分解、窒素の無機化、有機汚濁水の浄化などを生態学的あるいは生化学的に解明し、これを活用した技術開発に取り組んでいます。

微生物を利用した有機廃棄物処理に関する研究

植物バイオマス(リグノセルロース)資源の有効利用の観点から、フェノール誘導体および濃硫酸を用いた相分離系変換システムによって、植物バイオマス中のリグニンから直接、付加価値のある新規リグニン素材(リグノフェノール)を誘導し、製品化への応用など、リグニン資源の長期循環システムの構築に関する一連の研究が行なわれています。このリグニンの抽出過程で残渣として生成するセルロースなどの多糖類およびその加水分解物を含む糖液についても、有機物(バイオマス)資源として有効利用することが求められており、それらのメタン発酵性について微生物生態学的な側面から検討しています。

ダイズ根粒菌の遺伝生態学的研究

ダイズ根粒菌は土壌中に生息し、ダイズの根に感染し根粒を形成することで空気中の窒素を植物が利用できるアンモニアに変換することができる共生窒素固定細菌です。ダイズ根粒菌にはBradyrhizobium属を中心に複数の種が存在していますが土壌環境に依存して特徴ある分布をしていることが分かってきました。本研究室で対象にしているネパール土壌に生息するダイズ根粒菌においても、遺伝的多様性を明らかにするとともに、気候と土壌pHがそれらの種の分布に多きく影響していることからその要因とダイズ根粒菌の有効利用について微生物生態学的な側面から検討しています。

アイガモ農法が継続されている水田の土壌微生物の特徴

近年、食の安心・安全という消費者ニーズへの対応、環境に配慮した農業の推進、米のブランド化などを目指した様々な減農薬もしくは無農薬の稲作が試みられています。その一つであるアイガモ農法(アイガモ水稲同時作)は、アイガモの遊泳や採餌行動による雑草・害虫等の防除および中耕濁水効果、また糞が肥料になる養分供給効果などが期待されています。しかし、水田の肥沃度にとって極めて重要な役割を担っている土壌微生物群集に対してアイガモ農法がどのような効果をもたらすのかについて科学的な見地からの情報は少ないのが現状です。そこで、その農法の継続年数が異なるいくつかの水田の土壌微生物の数量、種類および機能について調査を行っています。

中海の本庄工区の底質中の微生物に及ぼす堤防開削の影響評価

中海は、戦後の食糧難の緩和のための農業用地・用水の確保を目的とした国営干拓事業の対象となり、約5分の1の水域(本庄工区)が堤防によりほぼ隔離され、水質や底質環境が悪化しました。その後、社会情勢の変化により事業が中止され、水質や底質環境の改善を目指して2009年には森山堤防の一部が開削され通水が開始されました。一方,底質中に生息する細菌等の微生物は水系生態系の中で、死んだ生物(有機物)の分解者として働き、光合成を行う生産者(植物プランクトンや水草)に栄養塩を供給するなどの重要な役割を果たす一方で、底層の貧酸素化を招いたり、多くの生物にとって有害な硫化水素を生成する菌群も生息しています。本研究室では、森山堤防開削による底質環境や微生物群集の変化について継続的なモニタリングを行っています。

南極昭和基地周辺の土壌環境および微生物に関する研究

南極大陸の約97%は一般的なイメージ通り「雪と氷に覆われた不毛の地(雪氷砂漠)」ですが、沿岸部には地面が露出していて多様な生物が生息している「南極のオアシス」とさえ呼ばれる地域(露岩地域)が点在しています。日本の南極観測の拠点である昭和基地の周辺地域(宗谷海岸)もその一つですが、蘚苔類,藻類,細菌などにより固有の群落や土壌生態系が構成されており、それらは貴重な生物資源であると考えられています。一方、中には過去の観測隊活動によって汚染された地点もありましたが、近年は汚染防止に向けた取り組みも活発化し、その回復が期待されています。本研究室では、昭和基地周辺の土壌汚染の微生物の回復状況について2000年から監視を継続してきました。