東京大学大学院農学生命科学研究科・農学部

「稲は地力でとる」の微生物メカニズム解明と低炭素社会実現への応用

　「稲は地力（ちりょく）でとる」と古くから言われるように、水田においては土壌の窒素肥沃度が水稲生産を大きく支えています。土壌の窒素肥沃度を維持するメカニズムとして、土壌微生物による窒素固定反応（大気中の窒素ガスを菌体に取り込む反応）が重要です。私たちは近年、最先端の解析手法を用いて、水田土壌に豊富に存在する「鉄還元菌」が窒素固定のキープレーヤーである可能性を世界で初めて見出しました。そして、これまで水田土壌からの単離例が無かった鉄還元菌の単離に成功し、鉄還元菌が稲わら由来の炭素化合物を養分とし、酸化態の鉄を呼吸に用いて生育して窒素固定を行うことを明らかにしました。この「鉄還元菌による窒素固定」が水田土壌の窒素肥沃度維持メカニズムの根幹であると考えられ、現在、学術的な基盤解明を進めています。 　また、圃場試験において、水田土壌に稲わらと鉄酸化物を施用することによって土壌の窒素固定活性が高まり、窒素施肥量を減らしても水稲収量が維持されることを示しました。この「鉄で土を肥やす」技術は、窒素施肥量を減らして環境への窒素負荷を軽減する水稲生産技術（低窒素農業）への応用が見込まれます。さらに、窒素肥料製造に伴う二酸化炭素排出量削減ならびに水田土壌からのメタンの排出削減にもつながり、低炭素社会実現への貢献が期待されます。

土壌の生物的機能を明らかにして食糧生産や生態系保全に役立てる

　妹尾が主宰する土壌圏科学研究室（生命化学・工学専修、応用生命化学専攻）では、「土壌の生物的機能を明らかにして食料生産や生態系保全に役立てる」ことをミッションとして、主に農耕地土壌を対象として研究・教育活動を行っています。 　土壌は陸上生態系の土台をなし、食糧生産を支えています。そこには土壌に生息する膨大な数の多種多様な微生物の働きが大きく貢献しています。土壌の生物的機能の全貌を明らかにして利用することは、土壌を健全に保ち、人類が生存するための重要な課題なのです。 研究面では、世界をリードし、歴史を動かし、学界を先導する研究を目指しています。教育面では、学生の皆さんが世界で活躍する研究者に育つこと、研究を通じて様々なスキルを身に付け、社会で活躍する人材に成長することを願っています。全力で研究に取り組み、全力を尽くした者だけが得られる達成感と自信と感動を得て欲しいと思います。卒業生は大学や研究機関での研究職、国家・地方公務員、様々な分野の民間企業で活躍しています。 　駒場での講義として、「微生物の科学」（総合科目E、A1A2ターム）において土壌微生物の農業・自然生態系における多彩な機能と利用について、「これからの食糧生産を支える植物・土壌科学」（学術フロンティア講義、S1ターム）において環境保全型農業を目指した土壌微生物研究について紹介しています。

「鉄で土を肥やす」技術で低炭素社会の実現に貢献する

　現代の作物生産は大量の窒素肥料によって支えられています。この50年間で世界の窒素肥料消費量は10倍以上に増加しました。肥料の製造・運搬・散布には化石エネルギーが使用され、二酸化炭素の排出につながっています。また、農地への大量の窒素施肥は土壌からの温室効果ガスN2O（一酸化二窒素）の排出や、硝酸の溶脱による水系の汚染を引き起こしています。そのため、窒素施肥量を低減しつつ作物生産性を最大限に維持する作物生産技術（低窒素肥料農業）の開発が世界の重要課題となっています。 　近年、水田土壌の持続的な窒素肥沃度維持を支えるメカニズムの根幹となる「鉄還元菌窒素固定」を、最新の土壌微生物解析技術を用いて発見しました。水田土壌の優占種である鉄還元菌が、稲わら由来の炭素化合物を養分とし、土壌中の酸化態の鉄を呼吸に用いて生育して窒素固定を行っているのです。現在、この新たに見出された「鉄還元菌窒素固定」の土壌学・微生物生態学的な学術的基盤の解明を進めています。一方、鉄還元菌窒素固定を活用した低窒素肥料農業の確立を目指した応用研究を進めています。圃場試験において、水田土壌への稲わらと鉄酸化物の施用によって鉄還元菌窒素固定を増強することができ、窒素肥料を減らした水稲生産が可能であることを示しました。また、鉄の施用によって水田土壌からのメタン排出を削減できることも示しました。 　この「鉄で土を肥やす」技術は、窒素による環境汚染の低減ならびに温室効果ガス排出削減につながり、低炭素社会の実現に貢献します。この技術の開発と社会実装を加速させたいと考えています。