[M-IS19] [JJ] 生物地球化学

[MIS19-17] 植物中の硝酸の同位体組成 : 自然同位体組成を指標に用いた大気中の窒素酸化物の寄与評価

*小幡 祐介¹、池谷 康祐^1,2、中川 書子¹、角皆 潤¹ (1.名古屋大学環境学研究科、2.農業環境技術研究所)

キーワード：植物、窒素酸化物、三酸素同位体組成

窒素は生物の必須元素の一つであり、植物が窒素を取り込む (同化) ときの代表的な形態がNO₃^-である。植物が同化するNO₃^-の大部分は、土壌から供給されていると考えられているが、それ以外に大気中の窒素酸化物を取り込んで体内でNO₃^-化し、その一部は窒素源として用いられていることが知られている。このような窒素代謝過程の解析は、従来は人工的に¹⁵Nを濃縮したNO₃^-等を投与して培養する¹⁵Nトレーサー法を用いて研究されてきたが、¹⁵Nトレーサー法を植物に応用する場合、培養に長大な時間と労力を要する上に、培養操作が植物の生育環境を変化させてしまうという問題があった。そこで本研究では、植物試料から抽出したNO₃^-の自然同位体組成をトレーサーとして用いることで、植物体内におけるNO₃^-の起源や同化過程を明らかにすることを試みた。特にδ¹⁵N、δ¹⁸Oだけでなく、三酸素同位体組成 (Δ¹⁷O) を同時に分析することで、大気中の窒素酸化物の寄与評価に重点を置いたので、その結果を中心に報告する。

本研究で試料としたのは、名古屋大学東山キャンパス内に自生するメタセコイアやヒノキなどの針葉樹、アラカシやソメイヨシノなどの広葉樹を含む木本類、ササを含む草本類の葉で、2016年4月から2017年4月までひと月に1回のペースで同じ個体について採取したものである。採取した試料は超純水を用いて外表面を丁寧に洗浄した後、乾燥させたうえで粉砕し、超純水にNO₃^-を抽出した上で、夾雑物を濾過により取り除いた。抽出液中のNO₃^-は、一酸化二窒素 (N₂O) に化学的に変換してからその濃度およびδ¹⁵N、δ¹⁸O値を、さらにN₂OをO₂に変換することによってNO₃^-の三酸素同位体組成 (Δ¹⁷O値) を、それぞれ連続フロー型安定同位体質量分析計を用いて定量した。

NO₃^-の濃度は、植物の乾燥重量あたり0.1から0.5 (μmol/g) で、明瞭な季節変動は見られなかった。δ¹⁵N値は植物間で-25から+10‰まで大きな違いが見られた。土壌中に含まれるNO₃^-のδ¹⁵N値は-5から+5‰程度なので、これと比較すると、少なくともアラカシやメタセコイアが有意に低いδ¹⁵N値を示した。δ¹⁸O値は供試した全ての植物で+60から+80‰程度であり、土壌水に含まれるNO₃^-中のδ¹⁸O値 (-10〜0‰) よりはるかに高い値を示した。さらにΔ¹⁷O値は+13から+20‰程度の大きな異常を示した。これらは土壌から吸収したNO₃^-では説明できない値であり、本手法で植物から抽出されるNO₃^-の大部分は、大気中のNO₂に由来するNO₃^-であることが明らかになった。