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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 和也*; 桐村 一生*; 小坂 進矢*; 山下 真一郎
no journal, ,
事故耐性燃料の被覆管材としてSiC複合材を使用した場合の炉心核特性への影響を評価した。
村上 望*; 桐村 一生*; 山路 和也*; 左藤 大介*; 渡部 清一*; 佐藤 大樹*; 古本 健一郎*; 山下 真一郎; 深堀 智生
no journal, ,
SiC被覆管は従来の被覆管材に比べ熱伝導率が低く、また、燃料健全性の観点から燃焼を通じペレットと被覆管の接触を防止するよう間隙を大きくする必要があり、この結果燃料温度が上昇し反応度停止余裕に影響する。対策として燃料棒細径化及び中空ペレットを採用した場合の炉心・燃料特性への影響を検討した。
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。
山路 恵子*; 小原 義之; 福山 賢仁; 長安 孝明; 春間 俊克; 田中 万也; 升屋 勇人*; 羽部 浩*
no journal, ,
人形峠環境技術センターでは、坑水中のFe, Mn, As, Raの除去が可能で、薬品使用量, 二次産生物の発生及びメンテナンス負荷が少ないなどの利点がある水処理方法に着目し、実証試験を行ってきた。しかし、本方式では、Mn除去のメカニズムが化学的には不明であり、生物的作用が機能すると推察された。そこで本研究では、本処理法におけるMn酸化菌の関与を明らかにすることを目的とした。センター内で採取した坑水からHay mediumでMn酸化菌を分離した結果、Coprinopsis urticicola及びMicrodontium sp.が確認された。また、これらの菌種は本浄化装置のカラム内の砂粒に定着していることも確認された。C. urticicolaについて培養特性を精査した結果、(1)浄化装置の水温の変動範囲(10-15
C)においては生長及びMn酸化能が確認され、また、(2)CN源添加によりMn酸化能は消失したことから浄化装置内ではMn酸化能が維持されると示唆された。以上の結果より、本浄化装置には坑水由来のMn酸化菌が定着しMn除去に関与すると考えられた。
田中 万也; 香西 直文; 山路 恵子*; 升屋 勇人*; Grambow, B.
no journal, ,
人形峠環境技術センターの鉱山廃水中のラジウム226濃度は当センターの排出基準を超過している。そこで本研究では、ラジウム除去を念頭においた生物性マンガン酸化物へのバリウム及びストロンチウム吸着実験を行った。バリウム、ストロンチウムの吸着量はともに水溶液のNaCl濃度に依存するが、全体の傾向としてバリウムの方が分配係数Kd値が一桁高かった。人形峠の鉱山廃水と同程度の塩濃度である10mM NaCl水溶液でのバリウムのKd値は10
を超えていた。バリウムとラジウムはイオン半径が類似しており、生物性マンガン酸化物はラジウムに対しても同様の高いKdが期待され鉱山廃水の処理において効果的であると考えられる。
田中 万也; 香西 直文; 山路 恵子*; 升屋 勇人*; Grambow, B.
no journal, ,
人形峠環境技術センターでは、ウラン坑道から流出する坑水中のラジウム226濃度がセンター外への排出基準を超過している。そのため、センター外に排出する前に坑水中に含まれるラジウムを除去する必要がある。本研究では、このようなラジウム除去の予備実験として、坑水中から単離したマンガン酸化菌により形成するマンガン酸化物へのバリウム及びストロンチウムの吸着実験を行った。ストロンチウムとバリウムの吸着量はともにNaCl濃度依存性を示したがその程度はバリウムの方がやや小さかった。すべてのNaCl濃度条件においてバリウムの方がストロンチウムに比べて分配係数Kd(固液濃度比)が一桁程度大きかった。0.01M NaCl溶液でのバリウムのKdは2.0
10 mL/gと高い値を示した。ラジウムとバリウムのイオン半径は類似していることから、ラジウムに対しても同様に高いKd値が期待される。このことから微生物が形成するマンガン酸化物はラジウムを効果的に除去できるものと期待される。
春間 俊克*; 土山 紘平*; 田中 万也; 高橋 嘉夫*; 福山 賢仁; 小原 義之; 山路 恵子*
no journal, ,
調査地とした人形峠環境技術センターは1959年から1982年まで操業されていたウラン鉱山であり、坑水処理のための鉱さいたいせき場を有する。鉱さいたいせき場では1998年以降ヨシの自生が確認されている。ヨシは根に鉄の沈殿物である鉄プラークを形成し、ヒ素などを吸着することで水質を浄化すると考えられている。また、鉄プラークはウランの吸着にも関与している可能性が示唆されている。しかし、鉄プラークの形成機構や鉄プラークがウランを吸着することに関する知見は少ない。そこで、本研究ではヨシのウラン蓄積と鉄プラークの形成機構を解明することを目的とした。SPring-8のBL37XUによってヨシの鉄プラークにおける鉄およびウランの局在部位を観察した結果、鉄プラークには鉄と共にウランやマンガンなどの重金属が局在していた。そのため、鉄プラークがヨシのウラン吸着能に寄与すると考えられた。鉄プラークにおける鉄の化学形態を明らかにするために、高エネルギー加速器研究機構Photon Factory (PF)のBL-4Aにおいて鉄プラークのXANESを測定した結果、約90%がフェリハイドライトであった。最後に鉄プラークのフェリハイドライトは、鉄が無機的に酸化して形成されたものか、生物が関与して有機的に形成されたものかを確認するために、PFのBL-12CにおいてEXAFSを測定した。その結果、鉄プラークのフェリハイドライトは、有機的に形成されていることが確認された。また走査型電子顕微鏡で鉄プラークを確認したところ、微生物に由来する構造も確認された。既往報告でヨシの根には内生細菌が多く生息していることが判明しており、鉄プラークの形成には内生細菌の関与が考えられた。以上のことから、ヨシの根の鉄プラークはウランや重金属の吸着サイトとして機能すると共に、内生細菌が関与して有機的に形成されている可能性が示唆された。
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。
田中 万也; 山路 恵子*; 升屋 勇人*; 富田 純平; 小澤 麻由美; 福山 賢仁*; 小原 義之*; 香西 直文
no journal, ,
本研究では、ラジウム(Ra)を含む坑水を用いて微生物が形成するMn(IV)酸化物へのRa吸着実験を行った。Raに対する固液分配係数Kdを求めた結果、2.810
mL/gという非常に高い値が得られた。このことは、生物性Mn(IV)酸化物がRaを非常に強く吸着し、坑水からのRa除去に対して有効であることを示している。それと同時に、環境動態の観点からはRaのホスト相となり得ることを示している。同様に、Baに対するKdは2.410
mL/gとRaほどではないがかなり高い値であった。Baはイオン半径の類似性からRaのアナログ元素としてしばしば用いられてきたが、このように両者のKdには一桁程度の違いがあることが明らかとなった。一方、Srに対するKdは1.410
mL/gという値が見積もられ、Baよりもさらに二桁低い値となった。
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*
no journal, ,
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。
