ヒ素可溶化細菌群とヒ素高蓄積植物を用いたハイブリッド土壌浄化システムの開発（平成 28年度）
Development of the soil remediation system using arsenic-mobilizing bacteria and an arsenic hyperaccumulator plant

研究概要

工場跡地の再開発等に伴う土壌汚染の顕在化が深刻な問題となっており、原因物質としてヒ素が高い位置を占めている。現在、それらの汚染土壌は、ほとんどの場合で掘削除去により処理されているが、極めて高コストである。本研究では、ヒ素可溶化細菌群による土壌からのヒ素抽出と、モエジマシダ水耕栽培系による水中ヒ素除去を組み合わせ、双方の特長を最大限活用することで、低コストかつ実用的なヒ素汚染土壌浄化システムの開発を目指す。

研究の性格

• 主たるもの：技術開発・評価
• 従たるもの：基礎科学研究

全体計画

本研究では、3つのサブテーマを段階的に実施する。「ヒ素可溶化細菌群を利用した土壌ヒ素抽出プロセスの開発」では、まず、多様な土壌サンプルを用いて土壌細菌群の持つヒ素可溶化ポテンシャルを体系的に評価する。得られた知見をもとに、ラボスケールリアクターを設計・運転し、リアクターの形状及び運転操作因子の最適化を図る。「モエジマシダ水耕栽培系を利用した水中ヒ素除去プロセスの開発」では、モエジマシダ水耕栽培条件を確立し、ヒ素除去特性を明らかとしたうえで、コンテナスケールの水耕栽培槽を用いた連続処理を行い、プロセスを確立する。最終的には、「両プロセスを統合したハイブリッド浄化システムを設計・運転」し、汚染土壌の浄化とヒ素除去(植物体での回収)を単一の反応槽で実施可能であることを実証する。

今年度の研究概要

(1)ヒ素可溶化細菌群に及ぼす電子メディエーターの影響の評価
国内各地から採取した土壌サンプルを植種源として、それらの持つヒ素可溶化能を個別の培養試験によって網羅的に調べる。電子メディエーターには、これまでの研究で効果が確認されているリボフラビン等を用い、従属栄養細菌である異化的As(V)/Fe(III)還元細菌に必須の炭素源についても複数検討することで、コスト・効率の両面で最適な組み合わせを明らかとする。
(2)ヒ素可溶化に関わる主要細菌群の特定
上記(1)で得られた培養サンプルからDNAを抽出し、次世代シークエンサーを用いた16S rRNA遺伝子の大規模解析、異化的As(V)還元酵素遺伝子(arrA)をターゲットとしたクローンライブラリ法等により、系内の細菌叢変遷をモニターする。得られた結果を(1)にフィードバックし、総合的に考察することで、ヒ素可溶化メカニズムを明らかとする。
(3) モエジマシダ水耕栽培条件の確立及び水中ヒ素除去特性の評価
　植物インキュベーター(人工気象器)内でのポット試験により、土壌栽培したモエジマシダを水耕栽培系に移行する最適成長時期を明らかとする。併せて、水耕栽培系におけるモエジマシダの栄養塩や温度の要求性を詳細に調べ、長期間(数か月程度)安定して栽培できる条件を明らかとする。また、異なる濃度のAs(V)/As(III)を添加したポット試験を行い、ヒ素除去特性や許容負荷条件を明らかにする。

外部との連携

千葉大学・東北学院大学・産業技術総合研究所との共同研究