2022 Fiscal Year Final Research Report

Elucidation and application of hyperaccumulating functions of plants towards remediation of heavy metals contamination

Research Project

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Project/Area Number	19H01158
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Medium-sized Section 64:Environmental conservation measure and related fields
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	Inoue Chihiro 東北大学, 環境科学研究科, 教授 (30271878)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	山路恵子筑波大学, 生命環境系, 教授 (00420076) 宮内啓介東北学院大学, 工学部, 教授 (20324014) 鈴井伸郎国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所放射線生物応用研究部, 上席研究員 (20391287) 簡梅芳東北大学, 環境科学研究科, 助教 (20533186) 菅原一輝東京理科大学, 工学部工業化学科, 研究員 (60792405) 河地有木国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所放射線生物応用研究部, 上席研究員 (70414521) 國頭恭信州大学, 学術研究院理学系, 教授 (90304659)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2023-03-31
Keywords	ハイパーアキュムレーター / 重金属汚染 / 遺伝子発現解析 / 元素マッピング / PETIS / ネットワーク解析
Outline of Final Research Achievements	Following results were obtained with regard to the arsenic-hyperaccumulating plant Pteris vittata and the cadmium-hyperaccumulating plant Arabidopsis halleri ssp. gemmifera. Gene expression analysis of each plant organ under the stress of toxic elements (arsenic or cadmium), two-dimensional mapping and chemical morphology analysis of each toxic elements absorbed by the plants, and dynamics of both elements in the hyperaccumulating plants using Positron Emitting Tracer Imaging System are deepened our understanding of the mechanism of uptake and accumulation of toxic elements in these hyperaccumulator. In addition, network analysis of the field trial data of phytoremediation using these hyperaccumulating plants extracted the factors that improve the remediation efficiency.
Free Research Field	生物による環境修復
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	これまでヒ素やカドミウムをはじめとする高蓄積植物における有害元素の吸収メカニズムや体内での有害元素の化学形態はほとんど解明されておらず、本研究により世界に先駆けてその概要を明らかにした学術的意義は大きい。また有害元素による土壌汚染は世界中で顕在化しているが、モエジマシダやハクサンハタザオなどの高蓄積植物を利用するファイトレメディエーションの手法は低コストで実施可能であるため、持続可能な環境修復技術として今後の発展が期待されている。本研究の成果はファイトレメディエーションの適用に対する理論的裏付けを与えるものであり、その社会的意義は大きい。