Analyses of biotic and abiotic environmental factors involved in elemental accumulation of aquatic plants

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05566
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 34030:Green sustainable chemistry and environmental chemistry-related
• Research Institution: The University of Shiga Prefecture
• Principal Investigator: Harada Emiko 滋賀県立大学, 環境科学部, 教授 (20232845)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 保倉 明子 東京電機大学, 工学部, 教授 (20343569) ; 永川 栄泰 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, マテリアル応用技術部・バイ オ技術グループ, 主任研究員 (30587415) ; 黒沢 高秀 福島大学, 共生システム理工学類, 教授 (80292449)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: オオカナダモ / 水生植物 / セシウム / マンガン / マンガン酸化細菌 / バイオフィルム / 16S rRNA / 放射光蛍光X線分析

Outline of Final Research Achievements

Manganese (Mn) concentrations in a submerged freshwater macrophyte Egeria densa (Brazilian waterweed) in Lake Biwa basin were generally above those of terrestrial hyperaccumulators. Accumulation of Mn in E. densa might be mediated by the production of Mn oxide by epiphytic bacteria on the plant surfaces. Oxidized Mn was detected in E. densa in Lake Biwa by synchrotron radiation-based Mn K-edge XANES (X-ray absorption near edge structure). A bacteria isolate obtained from Ranunculus nipponicus var. submersus in Fukushima Prefecture showed Mn oxidizing capacity, whereas the isolates did not mediate Mn oxidation from the same variety in Lake Biwa basin. These results indicate that Mn oxidation on the aquatic plants generally occur in the hydrosphere, however, the environment factors strongly affect the interaction between plants and bacteria.

Free Research Field

環境科学、植物科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

マンガンはレアメタルの一種であり、国内消費量のほぼ全量を輸入に依存している。本研究は、環境中から有用金属を回収する手法の開発として、これまで研究例が少ない水生植物に着目した。水生植物と付着微生物の相互作用により、植物体表面でマンガンの酸化反応が起こっており、この現象が金属の集積に重要であることを見出した。オオカナダモは琵琶湖水圏での過剰な繁茂が問題視されていることから、未利用バイオマスの有効利用法としても期待される。福島第一原発事故に起因する環境中の放射性セシウムの消長への、水生植物の関与について調べた。植物の生育形により元素動態が大きく異なる可能性が考えられた。