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U accumulations in 
naturally growing at the mill tailings pond; Iron plaque formation possibly related to root-endophytic bacteria producing siderophores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*
Minerals (Internet), 11(12), p.1337_1 - 1337_17, 2021/12
被引用回数：1 パーセンタイル：10.87(Geochemistry & Geophysics)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
spp.や
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 spp.及び 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 spp.と 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。
山路 恵子*; 中本 幸弘*; 春間 俊克*; 土山 紘平*; 小原 義之; 田中 万也; 福山 賢仁; 福嶋 繁
no journal, ,
近年欧米を中心に、高濃度の重金属が存在する鉱山跡地における「環境負荷をできるだけ抑制することを目的とした、植物や微生物を利用した浄化方法」に注目が集まっている。日本原子力研究開発機構の人形峠環境技術センター内にある鉱さいたいせき場には、水生植物であるヨシとフトヒルムシロが自生している。発表者のこれまでの研究により、(1)ヨシの根にはウランや重金属元素が高濃度蓄積していること、(2)根周囲に鉄プラークを形成していること、(3)根に生息する細菌がシデロフォア(鉄と錯形成をする代謝産物)を産生することが判明した。鉄プラークには重金属元素を吸着する性質があることから、ヨシの根に形成される鉄プラークが高濃度に重金属やウランを蓄積する要因になっていると考えられる。ヨシの重金属蓄積機構をさらに明らかにするためには、植物の元素蓄積機構において寄与度が高い微生物を無視することはできず、植物単体ではなく微生物との共生系を考慮する必要がある。本発表では、現在検討中である、ヨシにおける微生物との相互作用についても考察する。また、フトヒルムシロの重金属蓄積機構についても発表し、両植物における水質浄化機能についても考察する。
U)及び重金属(Fe, Mn)蓄積メカニズムの解明中本 幸弘*; 山路 恵子*; 春間 俊克*; 土山 紘平*; 小原 義之; 田中 万也; 福山 賢仁; 福嶋 繁
no journal, ,
近年、鉱山跡地において植物や微生物を利用した浄化方法に注目が集まっている。この候補植物の1つにヨシがあり、ウランや重金属を吸収することが知られているが、具体的なメカニズムは未だ解明されていない。植物の重金属の吸収や耐性の獲得には、植物に内生する菌の働きが関与するという報告がある。本研究では、日本原子力研究開発機構人形峠環境技術センターが所有するウラン鉱山跡地に自生するヨシを対象とし、内生細菌との相互作用を考慮した、ヨシにおけるU及び重金属蓄積機構を明らかにし、ヨシによる水質浄化メカニズムの解明を目的とした。本調査地に自生するヨシを採取し、含有元素濃度を測定した結果、ヨシの根に高濃度のFeおよびMnの蓄積が確認され、根には鉄プラークと呼ばれる黒色物質の存在が確認された。ヨシ根の鉄の局在を観察した結果、表皮細胞への蓄積が確認された。以上の結果より、ヨシは根に高濃度のFeおよびMn蓄積能を有することが判明した。また、根より分離された内生細菌には高いシデロフォア産生能を有する菌株が確認され、鉄の吸収・蓄積に関与している可能性が示唆された。現在、Uの蓄積についての経時的データを取得中である。
)におけるウラン及び重金属(Fe, Mn)蓄積への内生細菌の関与中本 幸弘*; 山路 恵子*; 春間 俊克; 土山 紘平*; 小原 義之; 福山 賢仁; 福嶋 繁
no journal, ,
近年、休廃止鉱山において植物や微生物を利用した浄化方法が処理コストや廃水量の削減等の観点から注目を集めている。本研究調査地である日本原子力研究開発機構人形峠環境技術センターでは、鉱さいたい積場に坑水を一時貯留後、水質改善処理を行って河川に放流している。本たい積場の坑水にはFeやMn及びU, Raが含まれ、抽水植物のヨシ( (Cav.) Trin. ex Steud.)群落が成立している。ヨシは重金属を蓄積することで水質浄化を行うことが可能な植物種として知られているが、具体的なメカニズムに関しては未だ不明な点が存在する。重金属を蓄積する植物は、根に生息する内生微生物の存在により、植物が重金属耐性を高め、高濃度に蓄積することができるという知見がある。そこで本研究では、鉱さいたい積場における坑水の自然浄化機能に関与している可能性があるヨシを研究対象植物とし、内生微生物の関与を考慮した重金属元素及びUの蓄積機構を解明することを目的とした。ICP-OESおよびICP-MSによる植物体内の元素濃度を測定した結果、ヨシはFe及びMn, Uを節根に高濃度蓄積していた。ヨシ節根におけるFeの局在部位を観察したところ、ヨシ節根の表皮細胞と側根の部分にFeを蓄積していることが判明した。またヨシの節根から内生細菌を分離し、重金属耐性に寄与する化合物であるシデロフォアの産生能を確認した結果、分離された菌株のうち、約88%の細菌にシデロフォア産生能が確認された。シデロフォア産生能を有する細菌がヨシ節根に高頻度で生息していることから、ヨシにおけるFeやMn, Uの蓄積に関与している可能性が示唆された。現在、ヨシより分離した内生細菌をヨシ滅菌実生に接種する接種試験を行い、ヨシの重金属元素及びUの蓄積機構への内生微生物の関与を精査している。
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*
no journal, ,
近年、休廃止鉱山において植物や微生物を利用した浄化方法が環境負荷の観点から注目されている。本浄化に利用できる湿生植物の一つにヨシがあり、重金属やUを蓄積する報告がある。また、湿生植物の根には鉄プラークという水酸化鉄の沈着が確認され、金属吸着能が知られている。金属元素を高濃度に蓄積する植物の根より、金属元素と錯体形成する化合物(シデロフォア)を産生する微生物が分離されている。細菌が産生するシデロフォアとしてカテコール骨格を有する化合物が報告されているが、本構造を有する化合物はFeとの沈殿を形成する報告があるため、シデロフォアが鉄プラークの形成に関与する新たな可能性が考えられた。以上より、本研究では、根に内生する微生物の持つ機能に着目し、微生物が関与したヨシにおける重金属及びUの蓄積機構の解明を目的とした。日本原子力研究開発機構の人形峠環境技術センター内にある鉱さいたい積場を調査地とし、そこに自生するヨシを対象とした。本調査地のヨシ節根には鉄プラークが確認され、元素分析の結果、本部位及び節根に高濃度のFeやMn, Uの蓄積が確認された。また、節根にはシデロフォア産生能を有する内生細菌が高頻度で分離された。内生細菌の産生するシデロフォアが鉄プラーク形成に寄与するか明らかにするため、(1)二価及び三価のFeイオンと内生細菌の培養ろ液を混合した際の沈殿形成の確認、(2)内生細菌の産生するシデロフォアの定性分析を行った。その結果、(1)シデロフォア活性を示した属、属細菌の培養ろ液において沈殿物が生じること、(2)これらの培養ろ液にフェノール性化合物が検出され、本化合物がシデロフォアである可能性があることを確認した。以上の結果より、重金属及びUを蓄積する節根から分離した内生細菌のシデロフォアが金属蓄積部位である鉄プラークの形成に関与する可能性が考えられた。
春間 俊克*; 山路 恵子*; 中本 幸弘*; 土山 紘平*; 高橋 嘉夫*; 田中 万也; 香西 直文; 福山 賢仁*
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本研究では、ヨシの重金属耐性による水質浄化作用に着目し、内生細菌が関与するヨシの重金属蓄積機構を明らかにすることを目的とした。具体的には、ウラン鉱山跡地の鉱さいたい積場に自生するヨシを採取し、重金属元素の分析を行った。その結果、節根に高濃度の鉄,マンガン及びウランを蓄積しており、特に鉄プラークを形成する節根での蓄積が顕著であった。このことから、鉄プラークはヨシにおける主要な重金属蓄積部位と考えられた。こうした鉄プラークの形成には内生細菌の産生する有機化合物(siderophore)が関与していると考えられることから、ヨシの節根から内生細菌を分離してsiderophore産生能を評価した。分離された837菌株の内生細菌のうち88.6%に当たる742菌株がsiderophore産生能を示した。以上のことから、siderophoreを産生する内生細菌は鉄プラークの形成に寄与し、ヨシの重金属蓄積に重要な役割を果たしていると考えられる。
(Cav.) Trin. ex Steud. without iron plaque formation大熊 美結*; 山路 恵子*; 中本 幸弘*; 福山 賢仁*; 綱嶋 康倫
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我々の研究サイトである鉱さいたい積場は、鉄やマンガンを含んだ処理が必要な坑水の一時貯留施設であり、そこは、ヨシ(Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud)が自生していることが知られている。ヨシはいくつかの金属に対する耐性があると考えられている。事実、ヨシは、鉄プラークを形成することにより重金属に対する耐性を強化することがこれまでに報告されている。しかし、当該鉱さいたい積場の坑水流入口付近の鉄が堆積している場所で生育するヨシの根には、鉄プラークがほとんど観察できなかった。これはヨシが、鉄プラークに依存しないほかの重金属耐性機構を有していることを示唆している。本研究の目的は、鉄プラークを形成しないヨシの重金属耐性機能を解明することである。元素分析によりヨシの健全な節根には高濃度の鉄,アルミニウム,亜鉛の蓄積が明らかになった。通常の植物に比べて、過剰な鉄の蓄積が確認された。根の解毒分析により、金属耐性に有効なフェノール性物質や有機酸の生成が不十分であることが示された。フェロシアン化カリウム溶液で染色したヨシ節根の切片を観察した結果、表面と皮層細胞の最外層の細胞壁に鉄の存在が観察された。細胞壁の重金属の固定は植物の重金属耐性機能の一つとして知られていることから、我々の研究結果は、ヨシが体内細胞への重金属の進入を防ぐために、細胞壁で鉄を固定する重金属耐性を示す可能性を示唆した。
