研究成果

ツンドラの生態系でも硝酸イオンは大切な窒素源だった -最先端の測定技術で「見えない」硝酸イオンの重要性を検証-


2018年03月14日


     木庭啓介 生態学研究センター教授、小山里奈 情報学研究科准教授、XueYan Liu 天津大学教授、稲垣善之 森林研究・整備機構森林総合研究所主任研究員、保原達 酪農学園大学教授らの研究グループは、硝酸イオンの窒素酸素安定同位体測定技術を使って、ツンドラ植物にとって温帯の植物と同じく土壌中の硝酸イオンが重要な窒素源であることを明らかにしました。

     本研究成果は、2018年3月14日に米国科学アカデミー紀要(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)にオンライン掲載されました。

    研究者からのコメント

    左から、木庭教授、小山准教授

     窒素の循環は植物の光合成に大きな影響を与えるので大変重要ですが、窒素の動きを捉えることが難しく、現在でも理解が足りていません。本研究では、植物にとって窒素が大変足りないツンドラ生態系で、通常の方法ではほとんど観測されない硝酸イオンという窒素が、実は大事な窒素源であることを、植物体内にほんの少し残された硝酸イオンの同位体比という特徴などから明らかにしました。在るもの、見えるものだけでなく、見えないくらい活発に動いているものが実は大事である、ということは当たり前のように思えますが、その証拠(まだ完璧からは程遠いものですが)を得るのに約20年かかりました。

    概要

     ツンドラ生態系は極地域に広がる生態系で、植物や微生物が利用できる窒素が特に少ない生態系として知られています。これまで、植物の窒素源はどの形態の窒素であるかについて研究が行われてきました。植物が利用できる窒素はアンモニウムイオン(NH4+)や硝酸イオン(NO3-)と古くから考えられてきましたが、90年代に溶存有機態窒素(DON)が重要な窒素源であることが明らかになりました(Chapin et al. 1993, Nature)。この大きな発見もあって、植物の窒素源判定に関する研究はその後DONとNH4+に集中し、もう一つの窒素源であるはずのNO3-については、ツンドラ土壌では生成されず、植物にとって重要ではないと考えられてきました。

     そこで本研究グループは、「ツンドラ生態系ではNO3-も重要な窒素源ではないか?土壌中でNO3-は生成されると同時に消費されているだけで「見えない」だけではないか?」という仮説を立て、最新の濃度・同位体比測定技術を駆使して検証しました。その結果、土壌中でのNO3-生成(硝化)があり、その硝化で生成されたNO3-をツンドラ植物が吸収同化(つまりは利用)しているということが明らかになりました。ツンドラ植物にとって見えないNO3-が実は重要な窒素源であったことが示唆されることとなりました。

    図:本研究で明らかになったツンドラ生態系の窒素循環

    詳しい研究内容について

    書誌情報

    【DOI】 https://doi.org/10.1073/pnas.1715382115

    Xue-Yan Liu, Keisuke Koba, Lina A. Koyama, Sarah E. Hobbie, Marissa S. Weiss, Yoshiyuki Inagaki, Gaius R. Shaver, Anne E. Giblin, Satoru Hobara, Knute J. Nadelhoffer, Martin Sommerkorn, Edward B. Rastetter, George W. Kling, James A. Laundre, Yuriko Yano, Akiko Makabe, Midori Yano and Cong-Qiang Liu (2018). Nitrate is an important nitrogen source for Arctic tundra plants. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 201715382.

    • 京都新聞(3月19日夕刊 8面)に掲載されました。

    ツンドラの生態系でも硝酸イオンは大切な窒素源だった -最先端の測定技術で「見えない」硝酸イオンの重要性を検証-
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