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論文

Occurrence and potential activity of denitrifiers and methanogens in groundwater at 140 m depth in Pliocene diatomaceous mudstone of northern Japan

勝山 千恵*; 梨本 裕晃*; 永翁 一代*; 石橋 朋剛*; 古田 一期*; 木下 剛*; 吉川 英樹; 青木 和弘; 浅野 貴博*; 佐々木 祥人; et al.

FEMS Microbiology Ecology, 86(3), p.532 - 543, 2013/12

 被引用回数:8 パーセンタイル:64.02(Microbiology)

嫌気性微生物活性は地下環境に影響を与える。本研究では140mの深度の2つのボアホールから低酸素濃度の地下水を採取し脱窒菌とメタン生成菌の活性について調査した。脱窒菌活性は$$^{15}$$Nをトレーサとしてボアホール環境にて測定し、メタン生成菌については16S rRNAの遺伝子解析により存在を確認した。メタンの安定同位体の分析値から溶存メタンは微生物活用由来であることが分かったが、本メタン生成菌の培養中には発生が確認できなかった。地下140m深の地下水中には酸素が含まれておらず、Ehが-144から6.8mVを示し、脱窒菌の活性が有意な環境であることが分かった。

口頭

Quantification of microbial biomass in groundwater for safety assessment of geological disposal of nuclear waste

浅野 貴博; 佐々木 祥人; 永翁 一代*; 加藤 憲二*; 吉川 英樹

no journal, , 

放射性廃棄物処分場は、地下深部を掘削し、その後埋設するため、酸化的な環境から還元的な環境へと変遷すると想定される。この酸化還元環境の変化に伴い、利用する電子受容体が異なる六つの微生物群(好気性菌,脱窒菌,マンガン還元菌,鉄還元菌,硫酸還元菌,メタン生成菌)の遷移が起きると考えられる。これらの微生物群の活動を評価するために、深部地質環境のモデルサンプルとして幌延地区深層井戸HDB-10孔からの地下水を用いて、培養法,リアルタイムPCR法及び複合定量法により各微生物群の定量を行った。その結果、各手法内で一定の傾向が認められた。これは、地下水中に存在する微生物群の存在比を反映していると考えられた。しかしながら、培養法による定量結果は、分子生物学的手法であるリアルタイムPCR法・複合定量法と同様の値となったことから、リアルタイムPCR法・複合定量法では微生物数を過少評価している可能性が考えられた。

口頭

Temperature constraints methane production in subsurface environments of Horonobe, Hokkaido, Japan

永翁 一代*; 浅野 貴博; 佐々木 祥人; 吉川 英樹; 加藤 憲二*

no journal, , 

深地層においては、酸化還元電位が低い状態が保たれており、そこではメタン生成菌がおもに活動していると考えられる。H17-1-01孔(35m)及びHDB-10孔(500m)におけるメタン生成菌の特性を室内試験を行い調査した。メタン生成菌によるメタン生成の基質となる酢酸,フマル酸,メタノール,水素ガスと二酸化炭素を用いて25$$sim$$55$$^{circ}$$Cで培養を行い温度依存性を調査した。HDB-10孔においてメタン生成菌は、メタノールを基質とした場合、原位置に近い温度(30$$^{circ}$$C)がメタン生成の最適温度であることが明らかになった。しかし、H17-1-01孔では、原位置温度(10$$^{circ}$$C)でのメタン生成は観察されず、原位置より20$$^{circ}$$C近く高い温度で起こることが室内試験から明らかになった。これらのことから、H17-1-01孔でのメタン生成の活性は低く、原位置(35m)のメタンは深地層由来のものであると考えられる。

口頭

Unveil the depth of microbial methane production in a sedimentary rock subsurface system

加藤 憲二*; 永翁 一代*; 角皆 潤*; 浅野 貴博; 佐々木 祥人; 吉川 英樹

no journal, , 

深地層においては、酸化還元電位が低い状態が保たれておりそこではメタン生成菌がおもに活動していると考えられる。本研究では、幌延深地層(500m)におけるメタン生成菌の特性について室内試験を行い調査した。メタン生成菌によるメタン生成の基質を加え、20-55$$^{circ}$$Cで培養し温度依存性を調査した。30$$^{circ}$$C, 40$$^{circ}$$Cでの培養でメタン生成菌の活性が最大となり、原位置温度(31$$^{circ}$$C)に近い温度がメタン生成の最適温度であることが明らかになった。メタン生成阻害剤(BES)を加えた場合には、培地中にメタノールの蓄積が見られた。この結果は、原位置のメタン生成菌がメタノールを利用していることを示唆するものである。また、クローニング解析からメタノールを利用するメタン生成菌の存在が示されており、これらも上記試験を支持する結果となった。また、同位体分析から溶存メタンガスは微生物由来であることが示唆された。これらの結果は、幌延深地層において、メタン生成菌が高い活性をもって存在している可能性を示唆するものである。

口頭

深部地下圏における微生物の増殖と原生動物による捕食

石橋 朋剛*; 永翁 一代*; 勝山 千恵*; 梨本 裕晃*; 浅野 貴博; 佐々木 祥人; 岩月 輝希; 吉川 英樹; 加藤 憲二*

no journal, , 

幌延深地層研究センターの掘削井より採水した深度約500mの地下水を対象にして、存在する微生物と原生動物の補足関係を調べた。その結果、深部地下水中での原生動物の活動を初めて示唆され、共存する微生物の群集構成へ影響している可能性があることがわかった。3$$mu$$mの孔径のフィルターで分画した地下水中の微生物群集の倍加時間は、原生動物が存在すると推定される系に比べ短く、増殖は捕食圧による影響を受けていることが示唆された。クローニング・シークエンスでは、培養前後で、ドメイン・バクテリアの群集構成に違いが見られ、原生動物の捕食による群集構成への影響が示唆された。一方、ドメイン・アーキアでは原生動物の捕食による群集構成への影響は見られなかった。

口頭

陸域地下圏堆積層の140m地下水における脱窒反応

勝山 千恵*; 梨本 裕晃*; 石橋 朋剛*; 古田 一期*; 永翁 一代*; 吉川 英樹; 浅野 貴博; 佐々木 祥人; 青木 和弘; 諏訪 裕一*; et al.

no journal, , 

地下圏の微酸素と無酸素境界における地球化学への微生物の寄与を理解するために、安定同位体トレーサー法と遺伝子解析を用いて、北海道幌延町の堆積層における脱窒活性と脱窒細菌群を調べた。換気立坑及び東立坑から採取した地下水サンプルに$$^{15}$$N標識の硝酸態窒素を加え、無酸素もしくは微酸素条件にて培養した。DNA抽出物からドメイン・バクテリアの16S rRNA遺伝子もしくは亜硝酸還元酵素遺伝子(${it nirS}$)を対象に微生物相を調べた。脱窒反応は、V140及びE140両方の地下水サンプルにおいて生じた。N$$_{2}$$ガスを生成するまでの遅延期はV140地下水の方がE140地下水よりも短かった。溶存酸素濃度が約1mg O$$_{2}$$ L$$^{-1}$$の微酸素条件では地下水サンプルにおける脱窒は検出されなかった。次に、クローニング・シーケンス解析においてほとんどの${it nirS}$クローンは既知のクローンと高い相同性を示さなかった。${it nirS}$の多様性は、脱窒活性とは対照的にE140の方がV140よりも高かった。2つの立坑は同じ地層の同じ深さに位置するが、原核生物の存在量,脱窒ポテンシャル,${it nirS}$の構成とその酸素に対する応答には空間的不均一性がみられた。

口頭

深部地下堆積層におけるメタン生成深度

梨本 裕晃*; 永翁 一代*; 勝山 千恵*; 角皆 潤*; 吉川 英樹; 浅野 貴博; 佐々木 祥人; 青木 和弘; 加藤 憲二*

no journal, , 

地下深部における原核生物群集の現存量や多様性,活性に関する知見を得ることは、地下圏の物質変換における原核生物の役割の解明や、放射性廃棄物の地層処分に対する安全評価において重要である。本研究では、地下圏におけるメタン生成菌の分布と活性を明らかにし、メタン生成が実際に起こる深度を推定することを目的とした。幌延地域では、先行研究により、幌延深地層研究センターの試錐孔より採取した深度500mの地下水中から、${it Methanobacterium subterranuem}$に近縁な塩基配列が検出され、現場温度である30$$^{circ}$$Cにおいて、メタン生成活性が確認された。そこで、本研究では、深度140mより採水した地下水を対象とした。原核生物群集の構成は16s-rRNA塩基配列を解析した。地下水中の溶存メタンの安定同位体比分析を進めた。基質を加えた嫌気培養により、メタン生成活性を推定した。地下水中の${it Archaea}$の16s-rRNA塩基配列の分析によりメタノールを用いてメタン生成を行う、${it Methermicoccus shengliensis}$に近縁な塩基配列が検出された。加えて、安定同位体比分析より、地下水中の溶存メタンは生物起源が示唆されたにもかかわらず、現場の温度(16$$^{circ}$$C)と35$$^{circ}$$Cの培養において、168日間培養を行ったがメタン生成活性は確認されなかった。

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