Metabolic rates of subsurface microorganisms in a hydrogeochemically characterized granitic aquifer system at the Mizunami Underground Research Laboratory (MIU) in Japan

瑞浪超深地層研究所における花崗岩地下水の地球化学特性と地下微生物の代謝速度

福田 朱里; 幸塚 麻理子*; 今野 祐多*; 青才 大介; 萩原 大樹  ; 水野 崇   ; 鈴木 庸平*

Fukuda, Akari; Kozuka, Mariko*; Konno, Yuta*; Aosai, Daisuke; Hagiwara, Hiroki; Mizuno, Takashi; Suzuki, Yohei*

深部地下環境には微生物が生息しており、その地下微生物の生理学的・系統学的多様性は地下水の地球化学環境に依存して変化する。瑞浪超深地層研究所における深度99mから1169mの深部花崗岩中の地下水の地球化学的特性に微生物が与える影響を定量的に評価するため、さまざまな好気及び嫌気的代謝活動を高感度に測定する手法を開発した。地下水のろ過により微生物細胞を約30倍に濃縮し、電子受容体とともに培養を行ったところ、好気呼吸活性は深度99mと175mにおいて400umol/L/year以上で、深くなるにつれ減少し、深度1169mで36umol/L/yearだった。硝酸還元活性は深度99mから308mにおいて増加した(4.3から37umol/L/year)が、それより深くなるにつれ減少し、深度1169mで0.20umol/L/yearだった。硫酸還元活性は1.4から3.2umol/L/yearの値で、深度200m以浅でしか検出されなかった。地下水系において酸素と硝酸が欠乏し、深度に伴い硫酸が緩やかに減少する理由として、本研究で求めた活性速度で行われている微生物代謝活動の影響が考えられる。本研究の予算の一部は、原子力安全・保安院の受託研究費を用いた。

To quantify microbial influences on the hydrogeochemistry of a 99-1169-m deep granitic aquifer system, we developed methodology for sensitive measurements of a variety of aerobic and anaerobic metabolic activities. Briefly, microbial cells were ca. 30-fold concentrated in groundwater by filtration to incubate with electron acceptors. Aerobic respiration was more than 400 umol/L/year at depths of 99 and 175 m and decreased with increasing depth down to 36 umol/L/year at a depth of 1169 m. Nitrate respiration increased from 99 to 308 m (4.3 to 37 umol/L/year) and decreased with increasing depth down to 0.20 umol/L/year. Sulfate respiration ranging from 1.4 to 3.2 umol/L/year was detected only at depths above 200 m. The depletion of O and NO and a gradual decrease in sulfate with increasing depth in the granitic aquifer could be attributed to microbial respirations at rates clarified in this study. Our research was partially founded by Nuclear and Industry Safety Agency.