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論文

The Succession of bacterial community structure in groundwater from a 250-m gallery in the Horonobe Underground Research Laboratory

伊勢 孝太郎; 佐々木 祥人; 天野 由記; 岩月 輝希; 南條 功*; 浅野 貴博*; 吉川 英樹

Geomicrobiology Journal, 34(6), p.489 - 499, 2017/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:64.06(Environmental Sciences)

幌延深地層研究センターの250m水平坑道に掘られた09-V250-M02 and 09-V250-M03ボアホール中における微生物群集変化について調査を行った。09-V250-M02において、掘削直後に採取したサンプルについてクローンライブラリー解析を行ったところ、$$varepsilon$$-Proteobacteriaが最も優占していた。$$varepsilon$$-Proteobacteriaは硫化物を硫黄に酸化して増殖する独立栄養細菌であることが知られている。4年経過後の微生物群集は大きく変化し、OP9やChloroflexiなどの深海底において検出されることが多い種が優占していた。これらのことから、掘削直後には空気による酸化の影響が大きく見られたが、時間経過とともに微生物群集は深海底などで検出される微生物群集と似た構造と変化することが示された。

論文

Occurrence and potential activity of denitrifiers and methanogens in groundwater at 140 m depth in Pliocene diatomaceous mudstone of northern Japan

勝山 千恵*; 梨本 裕晃*; 永翁 一代*; 石橋 朋剛*; 古田 一期*; 木下 剛*; 吉川 英樹; 青木 和弘; 浅野 貴博*; 佐々木 祥人; et al.

FEMS Microbiology Ecology, 86(3), p.532 - 543, 2013/12

 被引用回数:8 パーセンタイル:64.02(Microbiology)

嫌気性微生物活性は地下環境に影響を与える。本研究では140mの深度の2つのボアホールから低酸素濃度の地下水を採取し脱窒菌とメタン生成菌の活性について調査した。脱窒菌活性は$$^{15}$$Nをトレーサとしてボアホール環境にて測定し、メタン生成菌については16S rRNAの遺伝子解析により存在を確認した。メタンの安定同位体の分析値から溶存メタンは微生物活用由来であることが分かったが、本メタン生成菌の培養中には発生が確認できなかった。地下140m深の地下水中には酸素が含まれておらず、Ehが-144から6.8mVを示し、脱窒菌の活性が有意な環境であることが分かった。

論文

An Investigation of microbial effect as biofilm formation on radionuclide migration

吉川 英樹; 川北 護一*; 藤原 和弘*; 佐藤 智文; 浅野 貴博*; 佐々木 祥人

Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.1475, p.617 - 622, 2012/06

高レベル放射性廃棄物についての微生物影響評価の一環として、マトリックス拡散に対するバイオフイルムの影響をシナリオと実験データにより検討した。バイオフイルム中の放射性核種の拡散としてCsについて実験したところ、実効拡散係数が自由水中の拡散係数より低いものの、岩石に比べると桁違いに大きいことが示された。バイオフイルムのマトリックス拡散への影響は少ないことが示唆された。

報告書

地層処分における微生物影響評価に関する研究,2(共同研究)

栃木 善克; 吉川 英樹; 青木 和弘; 油井 三和; 浅野 貴博*; 本條 秀子*; 萩沼 真之*; 川上 泰*; 鈴木 和則*

JAEA-Research 2008-025, 55 Pages, 2008/03

JAEA-Research-2008-025.pdf:8.55MB

本報告では、(独)日本原子力研究開発機構及び(財)産業創造研究所による共同研究「地層処分における微生物影響評価に関する研究」の平成18年度における成果をまとめた。同研究は、地層処分場のバリア性能に及ぼす微生物活動の影響評価技術を高度化し、処分技術の信頼性向上に資することを目的として実施した。数値解析コード(MINT)による解析に供することを目的として、幌延深地層研究センターの調査フィールドに設けた地下水化学・微生物影響評価目的の観測井から地下水・岩石試料を採取し、地下水組成・微生物量の安定性を評価するための解析を実施した。解析の結果、地下水化学・微生物量への影響は比較的低いことを示唆する結果が得られた。特に、溶存メタン・メタン生成菌・硫酸還元菌(SRB)及び硫酸イオンにその傾向が見られることから、評価対象の掘削井は浅い環境にもかかわらず、微生物共存によって低い酸化還元電位の環境が安定であることを示唆するものである。

口頭

Microbial studies on shallow groundwater in Horonobe, Japan

浅野 貴博; 石井 浩介*; 宮坂 郁*; 佐々木 祥人; 吉川 英樹; 油井 三和

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物の地層処分に関する微生物研究では、地層中での微生物生態の把握や長期間の生物反応等に関して信頼できる予測方法が確立されておらず、その評価は十分ではない。本研究では、地球化学反応への微生物影響を調査するため、幌延H17-1-01孔(サンプリング深度35m)の地下水の微生物分析を行った。16SrRNA遺伝子のクローニング解析の結果、好気性菌で$$gamma$$プロテオバクテリアに属する${it Methylobacter}$属菌が最も多く、次いで$$beta$$プロテオバクテリアに属するコマモナス科の細菌群が多かった。コマモナス科の中では、好気性菌である${it Polaromonas}$属菌と鉄還元菌に関連のある${it Rhodoferax}$属菌が優占的であった。地下水における好気性菌と鉄還元菌の活性を調査するため、$$^{3}$$H-チミジンと$$^{14}$$C-グルコースを用いたバッチ試験と地下環境を模擬したカラム試験をそれぞれ行った。$$^{3}$$H-チミジンと$$^{14}$$C-グルコースの取り込み活性から、好気性菌の増殖及び代謝活性が認められた。カラム試験により、鉄還元による鉄(II)の増加が認められ、鉄還元菌が活性を有することがわかった。これらの結果は、好気性菌と鉄還元菌が幌延の浅部地下環境において地球化学反応に影響を与えていることを示唆した。

口頭

Microbial communities of groundwater from deep borehole in Horonobe, Japan

佐々木 祥人; 浅野 貴博; 岩月 輝希; 吉川 英樹; 油井 三和

no journal, , 

幌延の深井戸(深度505m)での地下水化学に対する微生物影響を調べるために、分子生物学的手法(クローニング法,Real-time PCR法)及び培養法(平板希釈法,MPN法)を用いて微生物群集解析を行った。培養法及びReal-time PCRを用いた定量評価から脱窒菌が優先的に存在することが示唆され、またドメインバクテリアのクローニング法を用いた解析においても脱窒菌であるPseudomonas sp.が優先的であり、これを支持する結果が得られた。さらに、ドメインアーキアのクローニング解析から、メタン生成菌であるMethanolobus sp.が優先的に検出された。この結果、HDB-10孔(505m)の地下水に存在する微生物多様性は非常に低いことが明らかになった。採取した幌延の地下水を用いて脱窒活性を測定したところ二酸化炭素及び窒素の生成,Pseudomonas sp.の増殖が認められた。これらの脱窒菌は、地下水における有機物消費や窒素サイクルにかかわっていることが考えられる。

口頭

Quantification of microbial biomass in groundwater for safety assessment of geological disposal of nuclear waste

浅野 貴博; 佐々木 祥人; 永翁 一代*; 加藤 憲二*; 吉川 英樹

no journal, , 

放射性廃棄物処分場は、地下深部を掘削し、その後埋設するため、酸化的な環境から還元的な環境へと変遷すると想定される。この酸化還元環境の変化に伴い、利用する電子受容体が異なる六つの微生物群(好気性菌,脱窒菌,マンガン還元菌,鉄還元菌,硫酸還元菌,メタン生成菌)の遷移が起きると考えられる。これらの微生物群の活動を評価するために、深部地質環境のモデルサンプルとして幌延地区深層井戸HDB-10孔からの地下水を用いて、培養法,リアルタイムPCR法及び複合定量法により各微生物群の定量を行った。その結果、各手法内で一定の傾向が認められた。これは、地下水中に存在する微生物群の存在比を反映していると考えられた。しかしながら、培養法による定量結果は、分子生物学的手法であるリアルタイムPCR法・複合定量法と同様の値となったことから、リアルタイムPCR法・複合定量法では微生物数を過少評価している可能性が考えられた。

口頭

微生物増殖・代謝速度に及ぼす電子受容体種類の影響

福永 栄*; 石井 浩介*; 宮坂 郁*; 浅野 貴博; 佐々木 祥人; 吉川 英樹

no journal, , 

処分場想定環境における微生物の増殖・代謝速度に及ぼす電子受容体の種類の影響を評価するため、一つの電子供与体(酢酸)と4種の異なる電子受容体(O$$_{2}$$, NO$$_{3}$$$$^{-}$$, Fe(III), SO$$_{4}$$$$^{2-}$$)を用いて地層コアから集積培養した微生物群の増殖・代謝速度を測定し、文献値との比較を行った。その結果、環境中に存在する電子受容体の種類に応じた微生物活動の大きさの相対的な違いを推定するための基礎データが得られた。

口頭

地層処分の安全評価に対する微生物影響の不確実性評価手法に関する検討

吉川 英樹; 浅野 貴博; 佐々木 祥人; 油井 三和; 宮坂 郁*

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物の地層処分における微生物影響の潜在的な要因についての知見の整理を踏まえ、微生物影響について重要と考えられる地下水変遷に関する影響評価を行うことを目的として、微生物影響評価手法の検討を行った結果を発表する。

口頭

Long-term evolution of water-rock-microbe system in Horonobe, Japan

岩月 輝希; 吉川 英樹; 浅野 貴博; 佐々木 祥人

no journal, , 

北海道幌延地域において、地下深部の地球化学環境の長期変遷を推測するために、天然事象に対する水-岩石-微生物間の相互作用プロセスの研究を行った。その結果、地層堆積後の初期続成過程における微生物還元プロセスによる鉱物沈殿や有機物の続成に伴うガスの生成などが地下水中の生物起源元素濃度にかかわる主要なプロセスであることが明らかになった。

口頭

Estimation of growth parameters corresponding to microbial communities in laboratory anaerobic aquifer columns

福永 栄*; 石井 浩介*; 宮坂 郁*; 浅野 貴博; 佐々木 祥人; 吉川 英樹

no journal, , 

地層処分における微生物影響予測に必要な微生物パラメータとして、酸素,硝酸塩,3価鉄,硫酸塩,炭酸塩の一つが電子受容体として存在するときの最大比増殖速度と電子供与体の収率の平均的な値を文献レビューにより求めた。さらに実験室規模の嫌気性帯水層カラムから採取した微生物群集を培養し、全菌数,酢酸,電子受容体の濃度を測定し、3価鉄又は硫酸塩存在下でのパラメータ値を計算して、文献レビュー結果と比較した。

口頭

Experiments using laboratory columns to monitor anaerobic microbial reactions

石井 浩介*; 宮坂 郁*; 福永 栄*; 浅野 貴博; 佐々木 祥人; 吉川 英樹

no journal, , 

地層処分における核種移行の長期予測には微生物活性を測定する必要があるが、地下環境の嫌気性微生物の活性は低いため現場での測定は難しい。地下帯水層での鉄還元及び硫酸還元活性を測定するため、乾熱処理した砂をつめた1m長のカラムからなる室内試験装置を開発し模擬地下水通水時の水質変化を測定した。その結果、還元鉄の生成と酢酸の消費,硫酸塩と酢酸塩の消費が観察された。硫酸塩の現象は酢酸塩の消費と比較して少なかったが、カラムから鉄還元菌が検出されたことから、砂中の鉄を用いた鉄還元が示唆された。

口頭

Temperature constraints methane production in subsurface environments of Horonobe, Hokkaido, Japan

永翁 一代*; 浅野 貴博; 佐々木 祥人; 吉川 英樹; 加藤 憲二*

no journal, , 

深地層においては、酸化還元電位が低い状態が保たれており、そこではメタン生成菌がおもに活動していると考えられる。H17-1-01孔(35m)及びHDB-10孔(500m)におけるメタン生成菌の特性を室内試験を行い調査した。メタン生成菌によるメタン生成の基質となる酢酸,フマル酸,メタノール,水素ガスと二酸化炭素を用いて25$$sim$$55$$^{circ}$$Cで培養を行い温度依存性を調査した。HDB-10孔においてメタン生成菌は、メタノールを基質とした場合、原位置に近い温度(30$$^{circ}$$C)がメタン生成の最適温度であることが明らかになった。しかし、H17-1-01孔では、原位置温度(10$$^{circ}$$C)でのメタン生成は観察されず、原位置より20$$^{circ}$$C近く高い温度で起こることが室内試験から明らかになった。これらのことから、H17-1-01孔でのメタン生成の活性は低く、原位置(35m)のメタンは深地層由来のものであると考えられる。

口頭

水環境試料からの効率的なDNA抽出方法の開発及びリアルタイムPCRによる細菌数の計測

浅野 貴博; 佐々木 祥人; 景山 幸二*; 吉川 英樹

no journal, , 

深部地質環境において、微生物はその活動に伴い地層処分システムにおける重要な現象の一つである地下水の酸化還元状態の変化に影響を与えている。微生物影響による地下水の酸化還元状態を評価するためには、処分環境における微生物バイオマスをより正確に定量することが必要となっている。そこで、今回、分子生物学的手法の一つであるリアルタイムPCR法により、地下水中に生息する微生物の定量精度の向上を図るうえで効率的なDNA抽出方法を検討し、細菌数の測定を試みた。その結果、ドメイン・バクテリアのDNA濃度から大腸菌生菌数に換算する測定系の構築ができ、微生物バイオマスの定量化や定量精度の向上が可能となった。

口頭

Quantification of microbial communities in groundwater using real-time PCR

浅野 貴博; 佐々木 祥人; 吉川 英樹

no journal, , 

深部地質環境において、微生物はその活動に伴い地層処分システムにおける重要な現象の一つである地下水の酸化還元状態の変化に影響を与えている。微生物影響による地下水の酸化還元状態を評価するためには、処分環境における微生物バイオマスをより正確に定量することが必要となっている。一方、環境中に生息する微生物についての研究では、クローニングによる微生物相解析が頻繁に行われているが、酸化還元環境の変化に伴い活動が予想される微生物群の定量評価はほとんど行われていない。そこで、迅速で簡易的に解析ができるリアルタイムPCR法により地下水の酸化還元に関与する微生物群のバイオマスの定量を行った。深部地質環境のモデルサンプルとしては、幌延深地層研究センター周辺における浅層井戸H17-1-01孔(深度35m)及び深層井戸HDB-10孔(深度500m)からの地下水を用いた。その結果、H17-1-01孔では鉄及びマンガン還元菌と硫酸還元菌が多かった。HDB-10孔では、硫酸還元菌とメタン生成菌が多かった。この結果は、他の手法である培養法及び16S rRNA遺伝子のクローン解析の結果からも支持された。このことから、リアルタイムPCR法による深部地質環境におけるバイオマスの定量性の妥当性が確認された。

口頭

Modelling microbially mediated redox processes in lake sediments

Sena, C.*; Molinero, J.*; 長岡 亨*; 阿島 秀司*; 伊藤 剛志; 佐々木 祥人; 浅野 貴博; 吉川 英樹

no journal, , 

The oxidation of organic matter and reduction of inorganic components may play an important role in the geochemical evolution of deep geological repository. A jar-fermentor experiment with water and sediment samples was made, in order to assess the role of microbial respiration in the geochemical evolution of aquatic systems. During the experiment, the main geochemical parameters have been measured both in the aqueous phase and the headspace gas. A numerical model has been developed in order to quantify the role of each bacterial group that is believed to influence the geochemical evolution of both the aqueous and gaseous phases of the jar-fermentor. Numerical results show good agreement with measured data. Model results show that the initial concentration of bacteria, which is usually an unknown of the experiments, plays an important role in numerical results.

口頭

Modelling of the water-rock-microbes interaction in batch experiments

佐々木 祥人; 伊藤 剛志; 浅野 貴博; 吉川 英樹

no journal, , 

室内実験にて、天野(2005)により深部地下環境由来の試料を用いた酸素を含む酸化状態から還元状態への変遷における水-岩石-微生物の相互作用の試験が行われている。結果として、対象試験である水-岩石の反応よりもはやく微生物の一連の呼吸作用で水-岩石-微生物反応系において還元状態になることが示されている。われわれは、微生物活動による酸化還元環境の変化を定量的に評価する目的で微生物影響評価コードの開発を行っている。本報告では、上記実験結果について解析を試みた結果を報告する。地球化学計算コードPHREEQC-2をベースにして、Monod式にて微生物増殖の計算を行えるようにした。解析の結果、好気性菌-硝酸還元菌-発酵菌・硫酸還元菌の順で微生物の増殖及び微生物量の変化がおこり、それに伴う微生物の呼吸作用の影響によるEhの低下及びpH,化学種の変化を再現することができた。

口頭

Unveil the depth of microbial methane production in a sedimentary rock subsurface system

加藤 憲二*; 永翁 一代*; 角皆 潤*; 浅野 貴博; 佐々木 祥人; 吉川 英樹

no journal, , 

深地層においては、酸化還元電位が低い状態が保たれておりそこではメタン生成菌がおもに活動していると考えられる。本研究では、幌延深地層(500m)におけるメタン生成菌の特性について室内試験を行い調査した。メタン生成菌によるメタン生成の基質を加え、20-55$$^{circ}$$Cで培養し温度依存性を調査した。30$$^{circ}$$C, 40$$^{circ}$$Cでの培養でメタン生成菌の活性が最大となり、原位置温度(31$$^{circ}$$C)に近い温度がメタン生成の最適温度であることが明らかになった。メタン生成阻害剤(BES)を加えた場合には、培地中にメタノールの蓄積が見られた。この結果は、原位置のメタン生成菌がメタノールを利用していることを示唆するものである。また、クローニング解析からメタノールを利用するメタン生成菌の存在が示されており、これらも上記試験を支持する結果となった。また、同位体分析から溶存メタンガスは微生物由来であることが示唆された。これらの結果は、幌延深地層において、メタン生成菌が高い活性をもって存在している可能性を示唆するものである。

口頭

PHREEQC-2を用いた地下水組成への微生物影響評価

吉川 英樹; 佐々木 祥人; 浅野 貴博; 伊藤 剛志; 油井 三和

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物の地層処分の性能評価に資するために、地下水中の化学成分に対して、地下水中の微生物活動による評価をすべく、PHREEQC-2を用いた微生物影響評価を行ったので報告する。酸化還元を基準に分類した6代謝群の微生物と発酵菌について解析する手法を構築し、湖底泥試料と岩石試料を用いた微生物反応試験について水質変化を解析した結果、ほぼ一致する結果が得られ、有効であることがわかった。

口頭

深部地下圏における微生物の増殖と原生動物による捕食

石橋 朋剛*; 永翁 一代*; 勝山 千恵*; 梨本 裕晃*; 浅野 貴博; 佐々木 祥人; 岩月 輝希; 吉川 英樹; 加藤 憲二*

no journal, , 

幌延深地層研究センターの掘削井より採水した深度約500mの地下水を対象にして、存在する微生物と原生動物の補足関係を調べた。その結果、深部地下水中での原生動物の活動を初めて示唆され、共存する微生物の群集構成へ影響している可能性があることがわかった。3$$mu$$mの孔径のフィルターで分画した地下水中の微生物群集の倍加時間は、原生動物が存在すると推定される系に比べ短く、増殖は捕食圧による影響を受けていることが示唆された。クローニング・シークエンスでは、培養前後で、ドメイン・バクテリアの群集構成に違いが見られ、原生動物の捕食による群集構成への影響が示唆された。一方、ドメイン・アーキアでは原生動物の捕食による群集構成への影響は見られなかった。

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