Characteristics of naturally grown biofilms in deep groundwaters and their heavy metal sorption property in a deep subsurface environment

深部地下環境において自然に形成されたバイオフィルムの特性評価とそれらの重元素収着能力

天野 由記   ; 岩月 輝希  ; 長沼 毅*

Amano, Yuki; Iwatsuki, Teruki; Naganuma, Takeshi*

バイオフィルムが重金属元素の移行に及ぼす影響を明らかにするために、東濃地域において掘削されたボーリング孔の嫌気的環境下で形成された、2試料のバイオフィルムを採取した。堆積岩および花崗岩地下水中で形成されたバイオフィルムについて、地球化学的および微生物学的特性調査を行い、それらの重金属収着能力について評価した。バイオフィルム中の微生物群集組成について、クローン解析手法を用いた16S rRNA遺伝子解析の結果から、地下水中の微生物群集とバイオフィルム中の群集組成は全く異なることが示された。さらに、堆積岩と花崗岩環境下で形成されたバイオフィルムも、それぞれ全く異なる群集組成を有し、多様性に欠けていることが明らかになった。バイオフィルム中にはFe, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Pb, Th, and Uのような重金属元素が高濃度に濃集されており、その収着特性は元素によって異なることが示された。これらの結果は、バイオフィルムの重金属収着能力に関する重要な知見である。

Two biofilm samples were collected from anaerobic groundwater in a borehole drilled in the Tono area, Japan, to understand the effects of biofilms on the migration behavior of heavy metals in subsurface environments. Biofilms grown on in groundwater of sedimentary rocks and granite groundwater were characterized geochemically and microbiologically, and their heavy metal sorption capability was examined. Clone library analysis was constructed from the biofilms to evaluate microbial community composition. From the results of 16S rRNA gene analyses using clone libraries, it was found that these microbial community compositions in the biofilms were clearly different from the composition of unattached, planktonic microorganisms in the groundwater samples. Furthermore, the microbial community structures generated in each biofilm were different, depending on the groundwater type. It is shown that the community structure of biofilms lacked diversity in groundwater types obtained from sedimentary and granitic rocks. These results indicate that biofilms are formed in natural subsurface environments with site-specific community compositions. High amounts of heavy metals such as Fe, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Pb, Th, and U accumulated in the biofilms, and their sorption properties varied in each elements. These results provide important insight on heavy metal sorption capability by biofilms.