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Fe, Mn and $$^{238}$$U accumulations in ${it Phragmites australis}$ naturally growing at the mill tailings pond; Iron plaque formation possibly related to root-endophytic bacteria producing siderophores

鉱さいたい積場に自生するするヨシのFe, Mn, $$^{238}$$Uの蓄積; シデロフォアを産生する内生細菌の鉄プラーク形成への関与の可能性

中本 幸弘*; 土山 紘平*; 春間 俊克*; Lu, X.*; 田中 万也  ; 香西 直文   ; 福山 賢仁; 福嶋 繁 ; 小原 義之; 山路 恵子*

Nakamoto, Yukihiro*; Doyama, Kohei*; Haruma, Toshikatsu*; Lu, X.*; Tanaka, Kazuya; Kozai, Naofumi; Fukuyama, Kenjin; Fukushima, Shigeru; Ohara, Yoshiyuki; Yamaji, Keiko*

坑水は、重金属の含有や低pHのため、世界中で鉱業の重要な水問題となっている。水生植物による「rhizofiltration」は、根系に重金属を蓄積することにより水中の重金属を除去する効果的な浄化方法のひとつである。ヨシは根の周囲に鉄プラークを形成して重金属を蓄積することから「rhizofiltration」に使用できる候補植物とされる。本研究調査地である人形峠ウラン鉱山の鉱さいたい積場には1998年からヨシが自然に繁茂している。本研究の結果から、ヨシはFe, Mn, Uを高濃度で節根に蓄積しており、また鉄プラークを形成する節根にもこれらの元素が高濃度蓄積していることが明らかになった。さらにヨシの節根から分離した細菌837株のうち88.6%にシデロフォア産生能が確認された。細菌のシデロフォアにはカテコール基を有するものが多く報告されているが、Feとカテコールあるいはフェノール性化合物の錯体はネットワークを形成することにより沈殿することが知られている。そこで本研究では、ヨシの根周囲の鉄プラーク形成に微生物の産生するシデロフォアが影響するという仮説を立てた。内生細菌${it Pseudomonas}$ spp.や${it Rhizobium}$ spp.の代謝産物にFeイオンを加えたところ沈殿が確認され、これらの細菌の代謝産物としてフェノール性化合物が検出された。以上より、ヨシの根から分離した内生細菌${it Pseudomonas}$ spp.及び${it Rhizobium}$ spp.が産生するシデロフォアはFeと沈殿することで、鉄プラーク形成に影響している可能性が考えられた。また、鉄プラークは植物体外の金属蓄積部位としてヨシの重金属耐性に関与すると考えられることから、内生細菌${it Pseudomonas}$ spp.と${it Rhizobium}$ spp.が間接的にヨシの耐性に貢献している可能性が考えられた。

Mine drainage is a vital water problem in the mining industry worldwide because of the heavy metal elements and low pH. Rhizofiltration using wetland plants is an appropriate method to remove heavy metals from the water via accumulation in the rhizosphere. ${it Phragmites australis}$ is one of the candidate plants for this method because of metal accumulation, forming iron plaque around the roots. At the study site, which was the mill tailings pond in the Ningyo-toge uranium mine, ${it P. australis}$ has been naturally growing since 1998. The results showed that ${it P. australis}$ accumulated Fe, Mn, and $$^{238}$$U in the nodal roots without/with iron plaque compared with other plant tissues. Among the 837 bacterial colonies isolated from nodal roots, 88.6% showed siderophore production activities. Considering iron plaque formation around ${it P. australis}$ roots, we hypothesized that microbial siderophores might influence iron plaque formation because bacterial siderophores have catechol-like functional groups. The complex of catechol or other phenolics with Fe was precipitated due to the networks between Fe and phenolic derivatives. The experiment using bacterial products of root endophytes, such as ${it Pseudomonas}$ spp. and ${it Rhizobium}$ spp., showed precipitation with Fe ions, and we confirmed that several ${it Ps.}$ spp. and ${it R.}$ spp. produced unidentified phenolic compounds. In conclusion, root-endophytic bacteria such as ${it Pseudomonas}$ spp. and ${it R.}$ spp., isolated from metal-accumulating roots of ${it P. australis}$, might influence iron plaque formation as the metal accumulation site. Iron plaque formation is related to tolerance in ${it P. australis}$, and ${it Ps.}$ spp. and ${it R.}$ spp. might indirectly contribute to tolerance.

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パーセンタイル:11.37

分野:Geochemistry & Geophysics

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