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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：16.02(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。
Liu, J.; 土津田 雄馬; 北垣 徹; 香西 直文; 山路 恵子*; 大貫 敏彦
Proceedings of International Topical Workshop on Fukushima Decommissioning Research (FDR 2019) (Internet), 2 Pages, 2019/05
福島第一原子力発電所(FDNPP)の廃止措置を行う上で、燃料デブリの現状を把握することは非常に重要な課題の一つである。事故直後に行われた炉内への海水注入および現在まで続く地下水の流入により、FDNPP周辺環境中の微生物の炉内への侵入が予想される。また、今後予定されている燃料デブリの取り出し作業において、人や機材などの出入りに伴う大気の流入により、新たな微生物の侵入も考えられる。これらの微生物の代謝活動は、炉内構造材の腐食や燃料デブリの分解などの原因となる可能性があり、燃料デブリの現状を正しく把握する上で考慮する必要がある。そこで、本研究では模擬燃料デブリを液体培地中で細菌と混合培養することにより、微生物の代謝による燃料デブリへの影響を観察した。
via increasing the aluminium detoxicants, chlorogenic acid and oosporein春間 俊克*; 山路 恵子*; 小川 和義*; 升屋 勇人*; 関根 由莉奈; 香西 直文
PLOS ONE (Internet), 14(2), p.e0212644_1 - e0212644_16, 2019/02
被引用回数：21 パーセンタイル：80.09(Multidisciplinary Sciences)すすきは鉱山跡地に生える先駆植物である。すすきは、植物性シデロフォアを生産することによって、鉱山跡地の有害元素であるAlを無毒化する。すすきの根に内生する微生物であるC. cupreumは、シデロフォアを生産することによってすすきのAl耐性を向上させる。われわれは、C. cupreumが生産するシデロフォアがoosporeinであると同定した。oosporeinがAlを無毒化することを明らかにした。C. cupreumを無菌状態のすすきに接種すると、芽の生長が促進され、Al耐性が向上した。
Cs and Mn accumulator plant, 
, increase Cs and Mn desorption in the soil山路 恵子*; 長田 賢志*; 春間 俊克*; 大貫 敏彦; 小崎 完*; 渡辺 直子*; 難波 謙二*
Journal of Environmental Radioactivity, 153, p.112 - 119, 2016/03
被引用回数：19 パーセンタイル：55.29(Environmental Sciences)CsとMnを濃集する植物の根内生菌の役割を解明するため、463種類の根内生菌を分離し、シデロフォア排出能を調べたところ、107種が認められた。そのうち8種類の菌を用いて放射性Cs汚染土壌からの元素の溶出を調べた結果、CsとMnの溶出がFeとAlの脱離とともに進行することを明らかにした。この結果から、福島における植物への放射性Cs濃集には根内生菌が重要な役を理を担っていることが明らかとなった。
春間 俊克*; 山路 恵子*; 升屋 勇人*; 関根 由莉奈; 香西 直文
no journal, ,
Miscanthus sinensisの根から内生菌であるChaetomium cupreumを単離した。C. cupreumが生産するシデロフォアを回収・精製し、シデロフォアの作用を調べた。そのシデロフォアはoosporeinであった。C. cupreumは、菌糸内にAlを集めAlを無毒化することによって、あるいはAlを局在化させることによってM. sinensisのアルミニウム耐性を高めることがわかった。
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。
Liu, J.; 土津田 雄馬; 北垣 徹; 香西 直文; 山路 恵子*; 大貫 敏彦
no journal, ,
原子力過酷事故後、水における燃料デブリの周囲に微生物の繁殖が確認された。このため、福島第一原子力発電所の炉内において、微生物による燃料デブリ中の元素のマイグレーションを考慮する必要がある。本研究では、自然界に広く存在する微生物を液体培地中で模擬燃料デブリと培養し、微生物による燃料デブリ中のアクチノイド, ジルコニウム, 鉄のマイグレーションメカニズムを明らかにした
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。
木村 建貴; Guido-Garcia, F.; 香西 直文; Zhang, S.*; 山路 恵子*; Yu, Q.*; Grambow, B.
no journal, ,
粘土鉱物を溶解するバクテリアの能力を理解するため、南大阪で自制するシロツメクサからシデロホア産生バクテリアを単離した。シデロホア産生能力をCASプレート培地で評価した。この試験では粘土鉱物として、イライト, バイオタイト, バーミキュライト, ノントロナイトを使用した。3種類のバクテリアを培養し、植菌前に遠心分離, 洗浄を行った。乾重量50mgのバクテリアを100mlの改変Balland培地に植菌し、それぞれ100mgの粘土鉱物を添加した。鉄, アルミニウム, ケイ素の濃度はICP-OESで測定した。有機化合物の存在はSEC-ICP-OESで決定した。シデロホアのピークは405nmの吸光度で評価した。その結果、バクテリアが産生するシデロホアは粘土を溶解できることを明らかにした。この結果は、セシウム溶解へのシデロホアの影響は間接的プロセスによると示唆された。
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。
Guido-Garcia, F.; 木村 建貴*; 坂本 文徳; 香西 直文; David, K.*; Grambow, B.*; 春間 俊克; 山路 恵子*
no journal, ,
きのこ類(菌類)は土壌から放射性セシウムを蓄積し、森林におけるCs循環に大きく寄与すると考えられている。その機構を解明するために、本研究では、きのこ菌糸(Phlebiopsis gigantean)による鉱物の溶解挙動と、しいたけ(Lentinula edodes)子実体におけるCsとKの濃度比Cs/Kを調べた。用いた菌糸は、鉱物溶解能を持つことが知られているシデロフォア生産バクテリアよりも高い鉱物溶解能を示した。鉱物から溶け出たFeは有機物との安定錯体ではなかった。シイタケ子実体のCs/K値の局所分布を調べたところ、Cs/K値はほぼ一定であり、CsがKに比例して蓄積されていること及びCsの特異的結合サイトが椎茸にはないことが明らかになった。
羽部 浩*; 稲葉 知大*; 青柳 智*; 愛澤 秀信*; 佐藤 由也*; 堀 知行*; 山路 恵子*; 小原 義之; 福山 賢仁; Cai, H.*; et al.
no journal, ,
休廃止鉱山の第5次基本計画に基づき、鉱害防止技術に関する基礎研究、技術開発が産学官連携で推進されており、特に重金属除去作用を有する植物や微生物を利用した自然回帰型坑廃水浄化法に関して効果検証が行われている。人形峠環境技術センターでは、従来の中和処理法と比較し、薬品使用量の削減や殿物の減容化が可能で、かつメンテナンス頻度も低い廃水処理システムに着目し、坑水中の鉄やマンガン等金属の除去について実証試験を重ねてきた。本廃水処理システムにおいては、化学的酸化による除鉄のみならず、生物的な反応による鉄除去の関与も推測されたが、除鉄槽内に存在する微生物等については解析されていなかった。そこで次世代シークエンサーを用いて、人形峠坑水および除鉄槽内の微生物コミュニティを網羅的に解析した。
Jiang, X.*; 田村 憲治*; 浅野 眞希*; 春間 俊克; 高橋 純子*; 福山 賢仁; 山路 恵子*
no journal, ,
人形峠鉱山の露天採掘場跡地は、人為的な攪乱がないにもかかわらず、20年間にススキ草原のままで遷移が進んでいない。植物の成長を支える土壌の諸性質と植物の分布との関係について解明するために、土壌の一般理化学性分析,データ解析および土壌微細形態観察を行った。植生調査により、研究地の端において樹木の植被率が高い値を示した。土壌の一般理化学性において、細孔隙率は、研究地の端の樹木の植被率が高い地点における表層土壌孔隙率がやや高いことが明らかになった。主成分分析の結果により、3つの主成分は全体の38.3%, 63.7%, 83.4%を示した。第一主成分は全炭素量および全窒素量であった。第二主成分は三相分布を示した。第三主成分はpH(H
O)を表した。回帰分析を行った結果、木本植物,湿性草本植物,草本植物の植被率は個別の理化学性に著しい線形相関がないことを示した。表層土壌の微細形態観察結果から、植物根やより分解の進んだ有機物が多く確認され、湿性な立地の土壌の微細なペッドは適潤な立地の土壌よりも発達してないことがわかった。以上のことから、土壌の特性が植生の発達程度や種組成に影響を及ぼしていることが示唆された。
Jiang, Q.*; 田村 憲治*; 浅野 眞希*; 福山 賢仁; 高橋 純子*; 山路 恵子*
no journal, ,
人形峠鉱山露天採掘場跡地の植生はススキが優占し、約20年間遷移が進んでいない。本研究の目的はこの特異的な場所の土壌微細形態を把握することである。露天採掘場跡地に2箇所の調査地点siteAとsiteBを設定した。SiteAはススキが優占し、SiteBはカヤツリグサが優占する。化学分析に供するため、各地点の土壌断面の各層から土壌サンプルを採取した。各地点の深さ0-5cm, 10-15cm, 30-35cmのコアから薄層サンプルを作成した。SiteBのBC層はEhが低く、それより下層が空隙が少ないために水を貯めていることが原因であると考えられた。コアの薄層観察から0-5cm層は良好な土壌構造を示したが、それより下層では構造が未熟で塊状構造を形成していた。固相5形態の鉄、マンガンの含有量は、残渣
酸化結合態有機結合態炭酸結合態交換態の順であった。
)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。
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。
