地球表層環境での鉱物-微生物-水相互作用

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14340165
• Research Institution: Kagoshima University
• Principal Investigator: 河野 元治 鹿児島大学, 農学部, 助教授 (80224814)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 内木場 哲也 鹿児島大学, 総合研究博物館, 助教授 (20203531)
• Keywords: 鉱物 / 微生物 / 表面電荷 / イオン吸着 / 溶解 / 溶解速度 / アモルファスシリカ / 有機酸

Research Abstract

地球表層環境での鉱物-微生物-水相互作用を明らかにするため、微生物の表面電荷特性、微生物表面への金属イオンの吸着、さらに珪酸塩鉱物の溶解に及ぼす微生物の影響について検討した。表面電荷特性の解析にはB. subtilisを用い、酸/塩基滴定後の溶液pHの変化からB. subtilis細胞表面の総電荷量を求め、平衡定数最適化プログラムFITEQLを用いて、カルボシル基、リン酸基、水酸着の解離定数と電荷サイト数を計算した。その結果、微生物細胞表面のPZCはpH4付近で、pH>4領域ではマイナス電荷、pH<4ではプラス電荷をもつことが明らかとなり、その電荷量も定量的に求めることができた。これらの電荷特性を明らかにした後、B. subtilisへの金属元素(Pb, Al, Fe, Si, As)の吸着実験を行った結果、これらの元素の溶液pHに対するスペシエーション状態とB. subtilis表面の電荷特性を考慮することで、B. subtilisのイオン吸着特性を定量的に評価することができた。また、珪酸塩鉱物の溶解に及ぼす影響についてアモルファスシリカとB. subtilisを用いて検討した結果、B. subtilisはアモルファスシリカの溶解を数倍以上促進することが明らかとなった。実験はバッツチ法で行い、アモルファスシリカ0.1gを含む0.1mMNaCl溶液に10の5〜9乗cells/mlのB. subtilisを添加し、25℃30日間の反応を行った。その結果、反応系のB. subtilisの添加量に対応して溶解速度の急激な増加が認められた。また、溶液中の有機酸濃度の測定を行ったところ、同様にB. subtilisの添加量に比例して増加することが分かった。このことは、微生物の放出した有機酸によりアモルファスシリカの溶解速度が促進されている可能性を示唆している。