JP2910819B2 - 強酸性土壌を改良する微生物及び方法 - Google Patents

強酸性土壌を改良する微生物及び方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、強酸性土壌を改良する
新規微生物、その微生物の培養増殖方法及び該新規微生
物を利用した酸性土壌のAl低減方法に関する。
【0002】酸性雨の広がりやそのpHの低下は、森
林、湖沼、農耕地等に大きなダメージを与え、その防禦
は地球的規模において現在非常に重要な課題である。酸
性雨の植生に対する被害としては、雨の中に溶けている
SO4、NO3イオン等が葉や幹に傷害を与える直接的な
ものと、直接土壌中に進入し、pHを低下させ、害を与
える間接的なものとがある。
【0003】酸性雨等によって土壌が酸性化すると水素
イオンと共にAlイオンが土壌中に溶出し、活性化した
Alイオンが植生に害をもたらす(環境庁水質保全局土
壌農薬課監修:酸性雨 土壌、植生への影響、酸性土壌
とその農業利用 田中 明編博友社(1984))。土
壌の酸性化は、pHが、特に5以下になると、土壌中の
AlやMnがイオン化、可溶化して、このAlとリン酸
とが結合するリン酸の不溶化やCa、Mg、Mn等の流
亡溶脱をもたらし、植生に甚大な被害をもたらす(Marc
hner H. Mineral Mutrition of Higher Plants, p484-4
98 Academic Press (1086), Robson A.D. Soil Acidity
and Plant Growth, p139-165, Academic Press (198
9))。
【0004】植物に対する酸性障害の主因はAlイオン
にあり、一般に植物根は溶液中のAlイオンが1ppm
でも害がもたらされる。また、このAlイオンは多くの
微生物の活性に対しても害をもたらす。
【0005】本発明の新規微生物は、酸性化した土壌中
のAlを低減し、自然生態系を保持しつつ改良するのに
利用できる。また、本発明の方法は、強酸性且つ高Al
の環境下、生育する微生物を分離し、これを土壌、ぬか
くず等の適当な媒体と共に目的土壌中に施用して土壌の
酸性を改善するのに利用できる。
【0006】
【従来の技術】一般に、先進国の農耕地では石灰等の施
用によって土壌酸性を矯正するという対策が講じられて
いる。しかしながら、その他の地球上の広大な自然生態
系や発展途上国の耕地においては有効な方法がない。こ
のため、土壌中に多量なAlを含む環境に適応若しくは
好む土壌微生物を土壌中で生育させ、土壌を改良する方
法が期待されている。しかしながら、従来、強酸性且つ
高Alの環境で好適に生育する微生物はAl腐食菌(青
柳茂雄、芳賀実、長谷川喜一郎 アルミニウム腐食菌の
検出法)以外には知られていなかった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、強酸性且つ高Alの環境下、生育する微生物を分離
すること、該微生物を適当な培地で培養増殖すること及
びこれを適当な媒体と共に目的土壌中に適用して土壌の
酸性を改善する微生物及びその方法を提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決すべく鋭意研究を行った結果、酸性茶園土壌中から
Alイオンの高濃度下で生育する微生物を初めて分離し
た。これはFlavobacterium sp. でST−3991株と
命名した。この菌は、Al濃度100ppm下で最も生
育が盛んであり、生育とともに菌体内及び外にある種の
ポリマーを生産し、これが土壌中のAlを吸収・吸着さ
せ、pHを上昇させる。 また、この菌は好Al性を示
す。本菌は、受託番号 FERM P−14072 と
して工業技術院生命工学工業技術研究所に寄託された。
【0009】以下、本発明を詳細に説明する。日本の強
酸性土壌として知られる茶畑土壌16箇所:
【0010】 本菌の分離源及び採取地 番号 畑名 所在地 pH(H20) pH(KCL) 交換性Al (μg/乾土) ──────────────────────────────────── 1 西が山 静岡県榛原町切山 4.37 4.00 79.72 2 下の小屋 静岡県榛原町切山 3.73 3.20 99.53 3 池の平 静岡県榛原町切山 3.79 3.41 26.92 4 布引原 静岡県榛原町布引原4.30 4.01 22.51 5 地名 静岡県中川根町 3.25 2.64 292.37 6 平谷 静岡県中川根町 4.20 3.50 85.98 7 志登呂 静岡県金谷町 3.31 2.77 288.10 8 猪土居 静岡県金谷町 3.23 2.73 299.73 9 初倉山 静岡県島田町 3.39 2.96 101.27 10 新庄 静岡県相良町 3.69 3.13 333.36 11 M 愛知県豊橋市 3.04 2.79 287.72 12 D5 愛知県豊橋市 3.54 3.18 93.41 13 清水 静岡県清水市 3.40 3.05 366.54 14 宇治 京都市宇治市木幡 4.06 3.26 206.67 15 大嶺 静岡県竜山村 3.85 3.14 172.10 16 懐山 静岡県天竜市 3.51 3.04 404.64 から表層土を採取し、Al耐性菌を検索した。
【0011】(1)菌学的性質 分離したAl耐性菌を分類学的に同定した。本耐性菌
は、 A 形態的性質 径 0.8〜1.3μm 長さ 1.0〜3.0μm かん菌。 B 生育 5℃ + 室温(18−22℃) + 37℃ + 42℃ − Simmon培地での生育 −
【0012】C 生理的性質 好気性 グラム染色 − 周毛を有し、 カタラーゼ生産 + オキシダーゼ + グルコースを酸化分解する。 カゼイン消化 + エスクリン加水分解 + インドール生産 + 硝酸塩生産 + 亜硝酸塩生産 − スターチ加水分解 − ウレアーゼ生産 − ONPG − トリブチリンの加水分解 + アルギニンジヒドロラーゼ − King培地生産蛍光色素 − グルコースからガス − グルコネート酸化 − H S 生産 − リジンオルニチンのデカルポキシラーゼ − マロネート資化 − クリステンセンのシトレート上 でのアルカリ生産 − ゼラチン加水分解 + レチトビテリン培地での オパーレッセンス + グルコースOF培地での酸化 + 黄色色素の生産 + Tween 80 加水分解 + GCコンテント(mol%) 62.4
【0013】炭素源からの酸生成 ラクトース + キシロース + マンノース + ラフィノース + 澱粉 + セロビオース + デキストリン + トレハロース + フラクトース + デキストロース + レブロース + リボース ± d,l−マレート − エスクリン − イヌリン − アドニトール − アミグダリン − アラビノース − マルトース − ヒプラート − ソルビトール − メレチトース − ピルベート − ガラクトース − ラムノース − グリセロール − マンニトール − サリシン ± ドルシトール − グルコネート − サッカロース ± スクシネート − ナフタレン ± イノシトール − ソルボース ±
【0014】炭素源の利用 ラクトース − キシロース − マンノース − ラフィノース − 澱粉 − セロビオース − デキストリン − トレハロース − フラクトース − デキストロース − レブロース − リボース − d,l−マレート − エスクリン − イヌリン − アドニトール − アミグダリン − アラビノース − マルトース − ヒプラート − ソルビトール − メレチトース − ピルベート + ガラクトース − ラ ムノース − グリセロール − マンニトール − サリシン − ドルシトール − グルコネート − サッカロース − スクシネート + ナフタレン − イノシトール − ソルボース − シトレート −
【0015】上記の生理学及び微生物学的特徴から(Be
rgey Manual of Systematic Bacteriology (William &
Wilkins, 1984)本菌はFlavobacterium 属に属し、Flav
obacterium sp. と同定した。しかし、本菌は、強酸性
及び高Al環境下での増殖・生育において公知菌とは顕
著な相違を有することから新菌種と認め、これをFlavob
acterium sp. ST−3991株と命名した。
【0016】(3)微生物の創製手段 まず、一般土壌を減菌し、土壌溶液(土壌100gに純
水1Lを加え、30分間振とうし、1μmフィルターで
濾過したもの)を作成し、それにペプトン0.07から
0.1%、好ましくは0.05%とイーストエキストラ
クト0.001から0.05%、好ましくは0.025
%を加え(以下、S−LB液体培地とする)、さらに1
00ppmのAlを添加しpHを3.7に調整した。こ
の液体培地の10mlに検索土壌試料1gを加え、微生
物の生育を観察した。生育が観察された試験管から0.
1mlを取り、S−LB寒天培地に入れ、その中で生育
したコロニーを単一化し、さらにS−LB寒天培地に入
れ、生育を確認した。この培地で生育した6試料を耐性
菌として分離した。それらについて再び耐性試験を繰り
返し、3種類の菌に明かな生育と増殖を認めた。中でも
生育の早い1種類の耐性菌を分離した。
【0017】(4)微生物の有用性 本発明微生物は、強酸性且つ高Alの環境下、生育する
微生物であるため、これを適当な媒体と共に目的土壌中
に施用してAlの低減及び土壌の酸性を改善するのに有
用である。
【0018】(5)微生物の培養・増殖 無機塩としては、硫酸塩、マグネシウム塩、カルシウム
塩、鉄塩、その他の金属塩が用いられる。窒素源として
は、本菌が資化しうるものであればよく、たとえば、ペ
プトン、イ、ーストエキス、尿素、硫酸アンモニウム、
塩化アンモニウム、リン酸アンモニウム、硝酸アンモニ
ウム及び各種アミノ酸を添加しうる。これらの窒素源は
1種でもよく、また2種以上添加してもよい。炭素源と
しては、グルコース、ラクトース、サッカロース、マル
トース、廃糖蜜、澱粉を添加できる。成長促進用養素源
として、ビタミン、酵母エキス、麦芽エキス等を適量添
加してもよい。好適な、培養温度は 10〜30℃、好
ましくは20〜30℃で、培養pHは、通常2.0から
5.0、好ましくは3.0から4.0である。好気的振
とう、通気攪拌法により増殖しうる。培養時間は通常6
日以上、好ましくは10日でよい。具体的な培地組成を
次に示す。
【0019】
【表1】
【0020】
【実施例】以下、実施例および試験例等により本発明を
さらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例および
試験例等に限定されるものではない。
【0021】本明細書における実施例および試験例等で
使用した分析機器および生分解性試験で使用した機器
は、下記のとおりである。
【0022】1)原子吸光光度計: AA−300/4
00(バリアン製)
【0023】実施例1 菌の検索 まず、一般土壌を減菌し、土壌溶液(土壌100gに純
水1Lを加え、30分浸透し、1μmフィルターで濾過
したもの)を作成し、それにペプトン0.05%とイー
ストエキストラクト0.025%を加え(以下、S−L
B液体培地とする)、さらに100ppmのAlを添加
しpHを3.7に調整した。この液体培地の10mlに
検索土壌試料1gを加え、微生物の生育を観察した。生
育が観察された試験管から0.1mlを取り、S−LB
寒天培地に入れ、その中で生育したコロニーを単一化
し、さらにS−LB寒天培地に入れ、生育を確認した。
この培地で生育した菌種6種類を耐性菌として分離し
た。それらについて再び耐性試験を繰り返し、3種類の
菌に明かな生育と増殖を認めた。中でも生育の早い1種
類の耐性菌を分離した。
【0024】この菌種は、無機培地に、ペプトン0.0
5%とイーストエキストラクト0.025%を加えた場
合より、土壌溶離液にそれらを加えた培地の方が成長が
良好であった。NaClの添加は、さらに生育・耐性と
も良い結果を示した。
【0025】実施例2 菌の同定分離したAl耐性菌
を分類学的に同定した。本耐性菌は、径 0.8〜1.
3μm、長さ1.0〜3.0μmの小かん菌であった。
周毛を有していた。グラム染色性は陰性。好気性で、カ
タラーゼ及びオキシダーゼに陽性で、グルコースを酸化
分解する、特徴を有しており、また他の生理学的性質及
び微生物学的特徴から(Bergey Manual of Systematic
Bacteriology (William & Wilkins, 1984)本菌をFlavo
bacterium sp. と同定した。
【0026】実施例3 Al耐性の検討 この分離した耐性菌をAl耐性等について標準菌と比較
検討した。培地は200mlの培養フラスコ中にS−L
B液体培地とAlイオンを100ppmから2000p
pmまでの各濃度になるように加え、pHを1N HC
l及び1N NaOHを用いて、2.9から4.0まで
に調整し、最終量を100mlとなるようにした。前培
養として、Alイオンを100ppm、PH4.0に調
整したS−LB液体培地で、25℃、100rpmで4
8時間振とう培養した菌溶液を準備し、その1mlを各
処理S−LB培地に入れ、25℃、7日間、100rp
mで振とう培養した。そして菌の生育状況を濁度計DO
メーターにより観察し耐性範囲を測定した。標準菌種及
び本分離菌の酸性・Al耐性を表1に、分離菌種の酸性
・Al耐性を表2に示す。分離した耐性菌はAlを添加
しない場合でpHが3.0でも生育し、酸性に強い菌で
あった。
【0027】
【表2】
【0028】
【表3】
【0029】さらに、Alが100ppm添加した場
合、pHが3.0でも生育した。500、1000pp
mでも生育し、極めて高濃度の2000ppmでもpH
3.5まで耐性を示した。このように本菌は極めて強い
酸性・Al耐性を有する特異性を持っている。Flavobac
terium sp.の標準株菌は、pH4.0以下ではほとんど
生育が見られないし、また、Al 100ppm添加で
ほとんど耐性を示さなかった。
【0030】実施例4 菌の生長・増殖 本耐性菌の生長・増殖は、21個の培養フラスコを用い
て、培養開始時のPHを3.3とし、Alイオンを0、
100、300ppmになるよう調整した場合の処理
と、無菌の場合の計4処理の培養系で検討した。100
ppm下では20時間から増殖が始まりダブリングタイ
ムを見ると10時間となり、急激な増殖がみられた。3
00ppmでは、増殖は遅れ、50時間後から増殖が始
まるがダブリングタイムは7.8と早くなった。このこ
とは、本菌がAlを取り込み利用していることを示唆す
るものであり、チャ樹等で知られている好Al性と同様
に本菌が好Al性微生物であることを示す。
【0031】実施例5 Alイオンの吸着・吸収 本菌の生育過程におけるAlイオンの吸着・吸収につい
て以下のように検討した。200mlの培養フラスコに
S−LB液体培地を100ml入れ、pHを3.5に調
整し、滅菌した後、Alイオンとして各々0、100、
300 ppmになるように添加した。この場合、pH
が3.8から4.0付近になると培地がAl(OH)3
となり白濁するため、pHは3.5とした。この培地に
前記前培養した耐性菌を0.1ml入れ、25℃、10
0ppmにて10日間振とう培養した。採取試料の溶液
は12000rpm、20分間遠心分離し、その上澄み
液をミニボアフィルター(0.45μm)で通したもの
と、沈澱物を分け、後者は、硫酸及び硝酸を加え分解し
た後、それぞれについて Alを原子吸光光度計で測定
した。
【0032】その結果を表4に示す。
【0033】
【表4】
【0034】その結果、培養開始当初から経時的にpH
の上昇が見られ、10日目にはpH4.5に達した。一
方、Alの吸着・吸収や Al(OH)3の生成による
溶液中のAlイオン量の減少は培養2日目で93%、4
日で72%、7日で54%、10日で51%、と漸減し
た。外観は菌の生育に伴って培養液が、懸濁を始め、白
濁し、液体も粘性を帯びた。この溶液を花粉管伸長テス
ト(Konishi, S. Ferguson, I.B. & Putterill. Plant
Science, 56, 55-59 (1988) )で調べたところ、この
溶液はAl阻害を軽減させた。。
【0035】実施例5 酸性土壌におけるAlイオン
の吸着・吸収 本菌の生育過程における酸性土壌でのAlイオンの吸着
・吸収について以下のように検討した。200mlの培
養フラスコに酸性土壌を200g入れ、pHを3.5に
調整し、滅菌した後、Alイオンとして各々0、100
ppmになるように添加した。 この培地に前記前培
養した耐性菌を0.3ml入れ、室温で10日間振とう
培養した。培養後、培養フラスコに500mlの純水を
加え、振とうした後、pHを測定した。また、培養液は
12000rpm、20分間遠心分離し、その上澄み液
をミニボアフィルター(0.45μm)で通したもの
と、沈澱物を分け、Alを原子吸光光度計で測定した。
【0036】その結果、培養開始当初にpHの上昇が見
られ、10日目にはpH 3.8に達した。一方、Al
の吸着・吸収や Al(OH)3の生成による溶液中の
Alイオン量の減少は培養10日目に50%に減少し
た。
【0037】
【発明の効果】本発明によれば、強酸性且つ高Alの環
境下、生育する微生物を分離すること、及びこれを適当
な媒体と共に目的土壌中に適用して土壌の酸性を改善す
る微生物及びその方法を提供することができた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C09K 101:00 109:00 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C12N 1/20 C09K 17/00 CA(STN) BIOSIS

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 強酸性且つ高Al環境下、生育増殖しう
    フラボバクテリウム(Flavobacteriu
    m)に属する微生物ST−3991株。
  2. 【請求項2】 低pHにおいて、土壌溶液、ペプトン、
    イーストエキスを含有する倍地を用いて請求項1の微生
    物を培養増殖する方法。
  3. 【請求項3】 酸性土壌の改良方法ににおいて、請求項
    1の微生物を該土壌に施用して、酸性土壌のpHを高
    め、Alを低減する方法。
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