この規格 プレビューページの目次
※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。
序文
ISO (国際標準化機構) は、国家標準化団体 (ISO メンバー団体) の世界的な連合体です。国際規格の作成作業は通常、ISO 技術委員会を通じて行われます。技術委員会が設立された主題に関心のある各会員団体は、その委員会に代表される権利を有します。政府および非政府の国際機関も ISO と連携してこの作業に参加しています。 ISO は、電気技術の標準化に関するあらゆる事項について、国際電気標準会議 (IEC) と緊密に協力しています。
この文書の作成に使用される手順と、そのさらなる保守を目的とした手順は、ISO/IEC 指令第 1 Part に記載されています。特に、さまざまなタイプの ISO 文書に必要なさまざまな承認基準に注意する必要があります。この文書は、ISO/IEC 指令Part 2 部の編集規則に従って起草されました ( www.iso.org/directives を参照)
この文書の要素の一部が特許権の対象となる可能性があることに注意してください。 ISO は、そのような特許権の一部またはすべてを特定する責任を負わないものとします。文書の作成中に特定された特許権の詳細は、序論および/または受け取った特許宣言の ISO リストに記載されます ( www.iso.org/patents を参照)
本書で使用されている商号は、ユーザーの便宜のために提供された情報であり、推奨を構成するものではありません。
規格の自主的な性質、適合性評価に関連する ISO 固有の用語と表現の意味、および貿易の技術的障壁 (TBT) における世界貿易機関 (WTO) 原則への ISO の準拠に関する情報については、以下を参照してください。 www.iso.org/iso/foreword.html
この文書は、欧州標準化委員会 (CEN) 技術委員会 CEN/TC 444「固体マトリックスの環境特性評価」と協力して、ISO/TC 190 技術委員会「土壌品質」小委員会 SC 4「生物学的特性評価」によって作成されました。 ISOとCEN間の技術協力に関する協定(ウィーン協定)。
この第 2 版は、技術的に改訂された第 1 版 (ISO/TS 29843-2:2011) を取り消し、置き換えます。
前版との主な変更点は以下の通りです。
- PLFA の定性および定量分析に関する仕様の追加。
- BAME (定性) または FAME (定量) 標準の使用。
- GC-MS装置の使用。
- 7.2 と 7.3 の精度。
- 自家製カートリッジに加えて、またはその交換に市販のカートリッジを使用する可能性。
- 参考文献の更新。
ISO/TS 29843 シリーズのすべての部品のリストは、ISO Web サイトでご覧いただけます。
導入
リン脂質は、すべての生きた細胞の膜の必須成分です。土壌サンプルから脂肪酸の形態 (リン脂質脂肪酸、PLFA) またはエーテル結合イソプレノイド側鎖 (リン脂質エーテル脂質、PLEL) で抽出されたそれらは、土壌の生存/活性微生物バイオマスに関する定量的および定性的な洞察を提供します。細胞酵素は細胞死後数分から数時間以内にリン酸基を加水分解して放出します[ 1] 。総PLFAおよびPLELの測定は、土壌の生存可能なバイオマス、つまり生物圏の3つの主要ドメインすべての微生物(細菌、古細菌、微小真核生物)の定量的尺度を提供します。 PLFA と PLEL は、複雑な微生物群集内での大まかな分類学的区別も可能にします[ 2], [3] 。各微生物種にはいくつかの脂肪酸が含まれており、PLFA の総組成は環境条件に左右されます[ 4] 。このアプローチは、主要な生物群の優勢に関するバイオマスと微生物群集構成の変化[ 5] を評価するために実行されます[ 6] 。さらに、同位体( 13 C または14 C)標識基質の使用と組み合わせて、微生物群集の代謝活性部分を同定するために脂質法を使用することもできます。このアプローチは土壌生態学で十分に確立されており、微生物の多様性を決定するための表現型、つまり補完的なツールとして機能します。分類学的記述とは別に、PLFA 技術により微生物コンソーシアム内の生理学的変化を決定することができます。例えば、グラム陰性菌では、環境ストレスに応答して、モノエン性PLFA 16:1 ω 7c および 18:1 ω 7c がシクロプロピル脂肪酸 cy17:0 および cy19:0 に変換されます[ 7] 。
土壌脂肪酸の測定にはさまざまな方法が利用できます。これらの方法論は、適用するとさまざまなレベルの複雑さを示し、土壌微生物群集の記述においてさまざまなレベルの解像度を提供します。 ISO/TS 29843-1 は一般に「拡張 PLFA 抽出方法」と呼ばれるものを扱いますが、この文書は一般に「単純 PLFA 抽出方法」と呼ばれるものを扱います[ 8], [9] 。
この文書は、土壌科学に関与するほとんどの研究および分析研究所がアクセスできます。この方法は幅広い土壌に使用できます。これにより、表現型レベルでの土壌微生物群集の広範な多様性の測定が可能になります。これはバイオマスの推定に適用でき、(適応された統計手法を利用して)さまざまな土壌サンプル間で微生物群集を区別するために使用できます。この方法は、土壌微生物群集構造の急速な変化を検出するのに特に適しています。また、土壌サンプル中に存在する微生物群 (グラム陽性菌、放線菌、真菌など) を大まかに説明するために使用することもできます[ 6] 。表 1 (参考文献 [8] の表 1 から改変) は、「拡張 PLFA」技術と「単純 PLFA」技術の感度の比較を示しています。
表 1 — 「単純」PLFA 技術と「拡張」PLFA 技術の感度の比較
| 財産 | PLFA(シンプル) | PLFA (拡張) |
|---|---|---|
| 2 つのコミュニティを区別する能力 (多変量統計手法の助けを借りて) | はい | はい |
| バイオマス推定への適用可能性 | はい | はい |
| コミュニティ構造全体の単一コンポーネントをすべて登録する機能 (「フィンガープリント」) | no | はい |
| EL-FA以外のFAも登録可能 | no | はい |
| 土壌サンプル中のFA数の推定 | <50 | 200~400 |
| 分子内の脂質とFAの結合を決定する能力 | はい、エル | はい、エル、ネル |
| 土壌抽出物中の低濃度の定義された FA を検出する能力 | no | はい |
| 土壌抽出物中の異常なFAを検出する能力 | no | はい |
| 定義された生物の FA の利用可能な署名の数 | 少し | 高い数値 |
| プロフィールに広がるFAの関係 | 高い | ナチュラ |
| 微生物群集の変化を引き起こしている微生物を特定する能力 | no | 基本的にはい |
| FA脂肪酸 エステル結合 大さじ NEL 非エステル結合 |
この方法は、参考文献 [10] で最初に提案された方法から派生したものです。この改訂された方法は広く使用されており[ 11] 、査読論文[ 8], [9] で拡張 PLFA 抽出方法と比較および議論されています。
1 スコープ
この文書は、土壌からリン脂質脂肪酸 (PLFA) のみを抽出する簡単な方法を規定しています。
2 規範的参照
以下の文書は、その内容の一部またはすべてがこの文書の要件を構成する形で本文中で参照されています。日付が記載された参考文献については、引用された版のみが適用されます。日付のない参照については、参照文書の最新版 (修正を含む) が適用されます。
- ISO 18400-206, 土壌品質 - サンプリング - Part 206: 実験室における微生物学的プロセス、バイオマスおよび多様性の評価のための、好気条件下での土壌の収集、取り扱い、および保管
3 用語と定義
この文書には用語や定義は記載されていません。
ISO と IEC は、標準化に使用する用語データベースを次のアドレスで維持しています。
参考文献
| 1 | Blagodaskaya E, Kuzyakov Y.、土壌中の活性微生物: 推定基準とアプローチの批判的レビュー。土壌生物化学。 67 (2013) 192-21 |
| 2 | Zelles L.、Bai QY, 1993) 土壌相抽出による土壌脂質由来の脂肪酸の分別と GC-MS による定量分析、Soi Biol.Biochem.、25, 130-134ページ |
| 3 | Gattinger A.、Günthner A.、Schloter M.、Munch JC, 2003) 極性脂質分析による土壌中の古細菌の特性評価、Acta Biotechnologya, 23, 21-28 ページ |
| 4 | Watzinger A.、微生物のリン脂質バイオマーカーと安定同位体法は土壌機能の解明に役立ちます。土壌生物化学。 86 (2015) 98-10 |
| 5 | Frostegard A, Tunlid A, Baath E.、土壌における PLFA 測定の使用と誤用。土壌生物化学。 43 (2011) 1621-162 |
| 6 | Freitas AC, Rodrigues D.、Rocha-Santos TAP, Gonçalves, F.、Duarte AC, Pereira R.植物の落葉分解に対するウラン鉱山の土壌汚染の影響。アーチ。コンタム。有毒。 67 (2014) 601–61 |
| 7 | Findlay RH, Trexler MB, Guckert JB, White DC, 1990) 海洋堆積物における撹乱の実験室研究: 微生物群集の反応、Mar. Ecoプログレシリーズ、62, 121-133ページ |
| 8 | Zelles L.、1999)土壌中の微生物群集の特性評価におけるリン脂質およびリポ多糖類の脂肪酸パターン:総説、Biol.土壌、29, 111-129ページ |
| 9 | Kaur A.、Chaudhary A.、Kaur A.、Chaudhary R.、Kaushik R.、2005) リン脂質脂肪酸 – 土壌生態系における環境モニタリングおよび評価の生物指標、Current Science, 89, 1103 ページ- 1112 |
| 10 | Bligh EG、Dyer WJ、1959)、全脂質抽出および精製のための迅速な方法、Can. J.Biochem.物理学、37, 911-917ページ |
| 11 | Malosso E.、English L.、Hopkins DW, O'Donnell AG, 2004) 南極土壌における有機物の分解を調査するための 13C 標識植物材料とエルゴステロール、PLFA, NLFA 分析の使用、Soil Biol.、36, pp. 165‑175 |
| 12 | ISO/TS 29843-1, 土壌品質 — 土壌微生物の多様性の決定 — Part 1: リン脂質脂肪酸分析 (PLFA) およびリン脂質エーテル脂質 (PLEL) 分析による方法 |
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives ).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents ).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www.iso.org/iso/foreword.html .
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 190, Soil quality, Subcommittee SC 4, Biological characterization,in collaboration with the European Committee for Standardization (CEN) Technical Committee CEN/TC 444, Environmental characterization of solid matrices,in accordance with the Agreement on technical cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO/TS 29843-2:2011), which has been technically revised.
The main changes compared to the previous edition are as follows:
- addition of specification for qualitative and quantitative analysis of PLFAs;
- use of BAME (qualitative) or FAME (quantitative) standards;
- use of GC-MS apparatus;
- precisions in 7.2 and 7.3;
- possibility to use commercial cartridges in addition to, or replacement of, home-made cartridges;
- update of bibliographic references.
A list of all the parts in the ISO/TS 29843 series can be found on the ISO website.
Introduction
Phospholipids are essential components of membranes of all living cells. Extracted from soil samples in fatty acid form (phospholipid fatty acids, PLFA) or ether-linked isoprenoid side chains (phospholipid ether lipid, PLEL), they provide quantitative and qualitative insights into the soil's viable/active microbial biomass. Cellular enzymes hydrolyse and release the phosphate group within minutes to hours following cell death[1]. The determination of total PLFA and PLEL provides a quantitative measure of the viable biomass of soil, i.e. microorganisms of all three primary domains of the biosphere (bacteria, archaea and microeukaryota). PLFA and PLEL can also allow for rough taxonomic differentiation within complex microbial communities[2],[3]. Each microbial species contains several fatty acids, with a total composition in PLFA subject to the environmental conditions[4]. The approach is performed to evaluate biomass and shifts in microbial community composition[5], in what regards dominance of main groups of organisms[6]. Furthermore, combined with the use of isotope (13C or 14C) labelled substrates, the lipid methods can also be used to identify the metabolically active part of the microbial community. This approach is well established in soil ecology and serves as a phenotypic, and thus complementary, tool to genotyping approaches for determining microbial diversity. Apart from taxonomic descriptions, the PLFA technique enables the determination of physiological changes within microbial consortia. For instance, the monoenic PLFA 16:1ω7c and 18:1ω7c are increasingly converted to the cyclopropyl fatty acids cy17:0 and cy19:0 in Gram-negative bacteria in response to environmental stress[7].
Different methodologies are available for the determination of soil fatty acids. These methodologies present different levels of complexity when applied and provide different levels of resolution in the description of soil microbial communities. ISO/TS 29843-1 deals with the generally called “extended PLFA extraction method” while this document deals with the generally called “simple PLFA extraction method”[8],[9].
This document is accessible to most research and analytical laboratories involved in soil sciences. This methodology can be used for a wide range of soils. It provides a broad diversity measurement of a soil microbial community at the phenotypic level. It can be applied to biomass estimation and can be used to differentiate microbial communities among different soil samples (with the aid of an adapted statistical method). This method is especially adapted for detecting rapid changes in the soil microbial community structure. It can also be used to give a rough description of microbial groups present in soil samples (e.g. Gram-positive bacteria, actinomycetes, fungi[6]). Table 1 (adapted from Table 1 in Reference [8]), presents a comparison of the sensitivity of the “extended PLFA” versus “simple PLFA” techniques.
Table 1 — Comparison of the sensitivity of the “simple” and “extended” PLFA techniques
| Property | PLFA (simple) | PLFA (extended) |
|---|---|---|
| Ability to differentiate between two communities (with the aid of multivariate statistical methods) | Yes | Yes |
| Applicability for biomass estimation | Yes | Yes |
| Ability to register all single components of an entire community structure (“fingerprint”) | no | Yes |
| Ability to register FAs other than EL-FAs | no | Yes |
| Estimation of number of FAs in soil samples | <50 | 200 to 400 |
| Capacity to determine the linkage of the FAs to lipids in the molecule | Yes, EL | Yes, EL, NEL |
| Capacity to detect defined FAs in lower concentrations in the soil extract | no | Yes |
| Capacity to detect unusual FAs in the soil extract | no | Yes |
| Number of available signatures of FAs for defined organisms | Few | High numbers |
| Relationships of FAs widespread in the profile | High | Natura |
| Ability to identify the organisms causing the shift in microbial community | no | Basically yes |
| FA fatty acid EL ester-linked NEL non-ester–linked |
This method has been derived from the one first proposed in Reference [10]. This revised method has been widely used[11] and has also been discussed and compared to the extended PLFA extraction method in peer-reviewed articles[8],[9].
1 Scope
This document specifies a simple method for the extraction of only phospholipid fatty acids (PLFA) from soils.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
- ISO 18400-206, Soil quality — Sampling — Part 206: Collection, handling and storage of soil under aerobic conditions for the assessment of microbiological processes, biomass and diversity in the laboratory
3 Terms and definitions
No terms and definitions are listed in this document.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
Bibliography
| 1 | Blagodaskaya E, Kuzyakov Y., Active microorganisms in soil: Critical review of estimation criteria and approaches. Soil Biol. Biochem. 67 (2013) 192-211. |
| 2 | Zelles L., Bai Q.Y., 1993) Fractionation of fatty acids derived from soil lipids by soil phase extraction and their quantitative analysis by GC-MS, Soil. Biol. Biochem., 25, pp. 130‑134 |
| 3 | Gattinger A., Günthner A., Schloter M., Munch J.C., 2003) Characterization of Archaea in soils by polar lipid analysis, Acta Biotechnologica, 23, pp. 21‑28 |
| 4 | Watzinger A., Microbial phospholipid biomarkers and stable isotope methods help reveal soil functions. Soil Biol. Biochem. 86 (2015) 98-107. |
| 5 | Frostegard A, Tunlid A, Baath E., Use and misuse of PLFA measurements in soils. Soil Biol. Biochem. 43 (2011) 1621-1625. |
| 6 | Freitas A.C., Rodrigues D., Rocha-Santos T.A.P., Gonçalves, F., Duarte A.C., Pereira R. The Impact of Uranium Mine Contamination of Soils on Plant Litter Decomposition. Arch. Environ. Contam. Toxicol. 67 (2014) 601–616. |
| 7 | Findlay R.H., Trexler M.B., Guckert J.B., White D.C., 1990) Laboratory study of disturbance in marine sediments: response of a microbial community, Mar. Ecol. Prog. Ser., 62, pp. 121‑133 |
| 8 | Zelles L., 1999) Fatty acid patterus of phospholipids and lipopolysaccharides in the characterisation of microbial communities in soil: a review, Biol. Fertil. Soils, 29, pp. 111‑129 |
| 9 | Kaur A., Chaudhary A., Kaur A., Chaudhary R., Kaushik R., 2005) Phospholipid fatty acid – a bioindicator of environment monitoring and assessment in soil ecosystem, Current science, 89, pp. 1103-1112 |
| 10 | Bligh E.G., Dyer W.J., 1959), A rapid method for total lipid extraction and purification, Can. J. Biochem. Physiol., 37, pp. 911‑917 |
| 11 | Malosso E., English L., Hopkins D.W., O’Donnell A.G., 2004) Use of 13C labelled plant materials and ergosterol, PLFA, NLFA analysis to investigate organic matter decomposition in Antartic soils, Soil Biol. Biochem., 36, pp. 165‑175 |
| 12 | ISO/TS 29843-1, Soil quality — Determination of soil microbial diversity — Part 1: Method by phospholipid fatty acid analysis (PLFA) and phospholipid ether lipids (PLEL) analysis |