鉱山跡地の自生植物と土着微生物を利用した新しい緑化技術の構築

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H01161
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 山路 恵子 筑波大学, 生命環境系, 教授 (00420076)
• 研究分担者: 森 茂太 山形大学, 農学部, 教授 (60353885) ; 井上 千弘 東北大学, 環境科学研究科, 教授 (30271878) ; 春間 俊克 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 博士研究員 (40836417) ; 升屋 勇人 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (70391183) ; 田村 憲司 筑波大学, 生命環境系, 教授 (70211373) ; 小川 和義 筑波大学, 生命環境系, 助教 (60375433) ; 市原 優 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (10353583) ; 菅原 一輝 成蹊大学, 理工学部, 助教 (60792405) ; 石田 厚 京都大学, 生態学研究センター, 教授 (60343787)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 重金属 / 植物 / 微生物 / 緑化技術

研究実績の概要

本年度の主要な結果として、1) 重金属耐性機構に関わる微生物種の解析、2) MALDI-TOF-MSイメージングの解析、3）鉱山の自生植物の生理特性の把握、4）微生物のカプセル化に関する基礎知見獲得、があげられる。1) 鉱山跡地に自生するリョウブ、ヒサカキ、アセビ、シロダモ、アオキの根から内生菌を分離した結果、全種に共通する優占菌種が検出された。本種はシデロフォアを産生することから重金属汚染土壌において宿主植物の重金属耐性に関連している可能性がある。宿主への機能について今後明らかにする必要がある。2) 化合物の局在が既知のクロマツにおいて、4物質の局在をMALDI-TOF-MSイメージング法により検討した。マトリクス噴霧器で1,5-DANを切片に噴霧し、MALDI-TOF-MS装置で測定した。測定条件は、ネガティブイオン化モード、50 μmメッシュ、m/z180-400でスキャンした。対象とした4化合物のうち、3つの化合物で明瞭なイメージを取得することができた。また同様の手法でアオキの解毒物質のMALDI-TOFMSイメージング解析を実施したところ、ポジティブイオン化モードでイメージを取得することができた。3) 鹿沼土をコントロールにして、鉱山集積場土壌にイネ、緑化植物3種と自生種2種をポット植えして発芽率、成長を比較した。その結果、いずれの植物も発芽率や初期成長の抑制は観察されなかった。イネで栽培終了時に成長抑制は明確であり、緑化種ではイネに比べ軽微な成長抑制が生じ、自生種には成長抑制は無かった。根の呼吸には大きな差異はなかった。本結果を野外調査に活かしつつさらに検討を進める必要があるだろう。4) 土壌の団粒化・金属イオンの吸着機能を有する高分子電解質複合体の凝集誘発機能を解析し、金属イオンの吸着機能を有する両性高分子電解質を合成し物性について調べた。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

コロナ禍で出張の中止が相次ぎ、予定していた出張の半分近くを断念せざるを得なかった。その一方で本年度は、実験室実験に焦点を当て力を入れたことで、全体としては「おおむね順調に進展している」と言える。

今後の研究の推進方策

2021年度は、2020年に中止せざるを得なかった調査地での経時的調査を実施したいと考えている。それと同時に、緊急事態宣言の発令を考慮した計画の設定は必須と考えている。1) 現場に行けない場合に、現地の共同研究者に依頼するべき実施内容（植物試料の採取、土壌や水の採取、測定機器の設置など）を事前に検討をしておく必要がある。2) 経時的調査の回数を減少することで起こりうる問題点を把握しておく必要がある。3) 野外サンプルが手に入らなかった場合に、室内実験で解析可能な実験を設定する必要がある。以上のように、野外調査の回数を減少することを想定した上での3つの解決策について、共同研究者間でオンライン等で話し合い、検討したいと考える。

研究成果

• [雑誌論文] Simple methods of analyzing proteins and amino acids in small pollen samples (2021)
  • 著者名/発表者名: Aoi Nikkeshi, Kazumu Kuramitsu, Tomoyuki Yokoi, Keiko Yamaji
  • 雑誌名: Journal of Apicultural Research 巻: － ページ: －
  • 査読あり
• [雑誌論文] 鉱山集積場の緑化のための多様な植物の初期成長と呼吸特性の評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 黒澤陽子・王莫非・森茂太・春間俊克・野路建太・土山紘平・山路恵子・富山眞吾
  • 雑誌名: 環境資源工学 巻: 67 ページ: 122-127
  • 査読あり
• [雑誌論文] Age-Dependent Changes in Soil Respiration and Associated Parameters in Siberian Permafrost Larch Stands Affected by Wildfire (2021)
  • 著者名/発表者名: Oxana V. Masyagina, Svetlana Y. Evgrafova, Oleg V. Menyailo, Shigeta Mori, Takayoshi Koike, and Stanislav G. Prokushkin
  • 雑誌名: Forests 巻: 12 ページ: －
  • DOI: 10.3390/f12010107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Initial burst of root development with decreasing respiratory carbon cost in Fagus crenata Blume seedlings (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoko Kurosawa Shigeta Mori Mofei Wang Juan Pedro Ferrio Keiko Yamaji Kohei Koyama Toshikatsu Haruma Kohei Doyama
  • 雑誌名: Plant Species Biology 巻: 36 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1111/1442-1984.12305
  • 査読あり
• [雑誌論文] TRY plant trait database - enhanced coverage and open access (2020)
  • 著者名/発表者名: Jens Kattge, Shigeta Mori et al.
  • 雑誌名: Global Change Biology 巻: 26 ページ: 119-188
  • DOI: 10.1111/gcb.14904
  • 査読あり
• [雑誌論文] Soil respiration in larch and pine ecosystems of the Krasnoyarsk region (Russian Federation): a latitudinal comparative study (2020)
  • 著者名/発表者名: Masyagina Oxana V.、Menyailo Oleg V.、Prokushkin Anatoly S.、Matvienko Anastasia I.、Makhnykina Anastasia V.、Evgrafova Svetlana Yu.、Mori Shigeta、Koike Takayoshi、Prokushkin Stanislav G.
  • 雑誌名: Arabian Journal of Geosciences 巻: 13 ページ: －
  • DOI: 10.1007/s12517-020-05939-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Initial-Stage Dynamics of Flocculation of Cationic Colloidal Particles Induced by Negatively Charged Polyelectrolytes, Polyelectrolyte Complexes, and Microgels Studied Using Standardized Colloid Mixing (2020)
  • 著者名/発表者名: Leonid O Ilyasov , Kazuyoshi Ogawa, Irina G Panova, Alexander A Yaroslavov, Yasuhisa Adachi
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 36 ページ: 8375-8383
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.0c00619
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nishitani S., Ishida A., Nakamura T., Kachi N. (2020) Functional differences in seasonally absorbed nitrogen in a winter-green perennial herb. (2020)
  • 著者名/発表者名: Nishitani S., Ishida A., Nakamura T., Kachi N.
  • 雑誌名: Royal Society Open Science 巻: 7, ID 190034 ページ: -
  • DOI: 10.1098/rsos.190034
  • 査読あり
• [雑誌論文] A・ multifunctional rhizobacteria strain with wide application in different ferns facilitates arsenic phytoremediation. (2020)
  • 著者名/発表者名: Chongyang Yang, Ying-Ning Ho, Ryota Makita, Chihiro Inoue, Mei-Fang Chien
  • 雑誌名: Science of the Total Environment 巻: 712, ID 134504 ページ: -
  • DOI: 10.1016/j.scitotenv.2019.134504
  • 査読あり
• [雑誌論文] Long-term effectiveness of microbe-assisted arsenic phytoremediation by Pteris vittata in field trials (2020)
  • 著者名/発表者名: Chongyang Yang, Ying-Ning Ho, Chihiro Inoue, Mei-Fang Chien
  • 雑誌名: Science of the Total Environment 巻: 740, ID140137 ページ: -
  • DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.140137
  • 査読あり
• [学会発表] 休廃止鉱山集積場の緑化ガイドラインの紹介 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山路恵子
  • 学会等名: 環境資源工学会 Webシンポジウム 休廃止鉱山と土壌環境に関わる研究の新たなる展開.
  • 招待講演
• [学会発表] 鉱山集積場に自生するススキが関与したアカマツ実生の生残要因の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 春間俊克・山路恵子・野路建太・土山紘平・盧星燕・升屋勇人・黒沢陽子・森茂太・富山眞吾
  • 学会等名: 日本生態学会第68回大会.
• [学会発表] Elucidation of heavy metal tolerance in Miscanthus sinensis growing at a mine site,considering the interaction with root endophytic fungi. (2021)
  • 著者名/発表者名: Xingyan Lu・Keiko Yamaji・Toshikatsu Haruma・Kohei Doyama・Hayato Masuya
  • 学会等名: 日本生態学会第68回大会
• [学会発表] 重金属環境に植林されたヒサカキの重金属耐性機構及び内生菌の機能と定着要因の解明. (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡部千晴・山路恵子・土山紘平・春間俊克・升屋勇人
  • 学会等名: 日本生態学会第68回大会
• [学会発表] 鉱山集積場に自生するススキMiscanthus sinensis Andersson)の金属耐性機構と内生菌の影響. (2021)
  • 著者名/発表者名: 野路建太・春間俊克・山路恵子・土山紘平・盧星燕・升屋勇人・黒沢陽子・森茂太・富山眞吾
  • 学会等名: 日本生態学会第68回大会
• [学会発表] 鉱山跡地に自生するアオキの金属耐性と内生菌Pezicula ericae の関与 (2021)
  • 著者名/発表者名: 土山紘平・山路恵子・春間俊克・升屋勇人
  • 学会等名: 日本生態学会第68回大会
• [学会発表] リョウブと内生菌の共生関係に影響する環境要因：重金属及び放射性Cs. (2021)
  • 著者名/発表者名: 山路恵子・星美咲・日下石碧・升屋勇人
  • 学会等名: 日本生態学会第68回大会自由集会.
  • 招待講演
• [学会発表] 鉱山跡地に自生する林床植物アオキの重金属耐性と内生菌の関与 (2021)
  • 著者名/発表者名: 土山紘平・山路恵子・春間俊克・升屋勇人
  • 学会等名: 日本生態学会第68回大会自由集会
  • 招待講演
• [学会発表] Macro and Micromorphological Characteristics of Soils under the Abandoned Fields of Mines, Ningyo-toge, Japan. (2021)
  • 著者名/発表者名: Jiang Qi, Kenji Tamura, Maki Asano, Kenjin Fukuyama, Junko Takahashi, Keiko Yamaji
  • 学会等名: 日本ペトロジー学会
• [学会発表] Elucidation of heavy metal tolerance in Miscanthus sinensis growing at a mine site, considering root endophytic fungi. (2021)
  • 著者名/発表者名: Xingyan Lu・Keiko Yamaji・Toshikatsu Haruma・Kohei Doyama・Hayato Masuya
  • 学会等名: Livestock Waste 2020.
  • 国際学会
• [学会発表] 2021) Heavy Metal Stress Tolerance in Aucuba japonica Thunb. Naturally Growing in Mine Site and the Possible Functions of Root Endophytic Fungi. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kohei Doyama・Keiko Yamaji・Toshikatsu Haruma
  • 学会等名: Livestock Waste 2020
  • 国際学会
• [学会発表] 交流電界印加による植物の生長促進メカニズム解明のための比較トランスクリプトーム解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 横溝 仁道, 菅原 一輝, 魏 書君, 簡 梅芳, 加藤 茂, 鈴木 誠一
  • 学会等名: 資源・素材学会 2021年度春季大会
• [学会発表] 休廃止鉱山の自然回帰に資するススキへの電界印加による生長促進および重金属耐性向上の検討 (2021)
  • 著者名/発表者名: 増野 小太郎, 菅原 一輝, 加藤 茂, 鈴木 誠一
  • 学会等名: 資源・素材学会 2021年度春季大会
• [学会発表] ブナ実生～成木でシフトす る根系/地上部比(重量・表面積・呼吸)と水利用効率 (2021)
  • 著者名/発表者名: 黒澤陽子, 森 茂太, 王莫非, 西園朋広, 小山耕平, 山路恵子
  • 学会等名: 日本生態学会第68回全国大会,
• [学会発表] ブナ実生～成木でシフトする 根系/地上部比(重量・表面積・呼吸)と水利用効率 (2021)
  • 著者名/発表者名: 黒澤陽子, 森茂太, 王莫非, 西園朋広, 小山耕平, 山路恵子
  • 学会等名: 日本生態学会第68回全国大会
• [学会発表] 草本、木本の個体根系/地上部呼吸比のスケーリング 【B】 (2021)
  • 著者名/発表者名: 森茂太, 黒澤陽子, 王莫非, 山路恵子, 西園朋広, 小山耕平, 石田厚
  • 学会等名: 日本生態学会第68回 全国大会
• [学会発表] 鉱山跡地の自生植物と機能性微生物の相互作用の解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山路恵子・春間俊克・中本幸弘・土山紘平・盧星燕・野路建太・升屋隼人・田中万也・田村憲司・小川 和義・森 茂太・黒澤 陽子・香西 直文
  • 学会等名: 第71回コロイドおよび界面化学討論会.
  • 招待講演
• [学会発表] 鉱山土壌に生育する植物個体の成長・呼吸特性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 黒澤陽子・王莫非・森茂太・土山紘平・山路恵子・春間俊克・富山眞吾
  • 学会等名: 秋田県立大学・北海道大学共催Web交流セミナー
• [学会発表] 鉱山跡地に自生する林床植物アオキの重金属耐性機構の解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: 土山紘平・山路恵子・春間俊克
  • 学会等名: 秋田県立大学・北海道大学共催Web交流セミナー
• [学会発表] 鉱山跡地に定着したミヤマヤナギ（Salix reinii Franch.）における内生菌の関与した金属耐性機構の解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊藤汰一・正木悠聖・春間俊克・土山紘平・山路恵子
  • 学会等名: 秋田県立大学・北海道大学共催Web交流セミナー
• [学会発表] Elucidation of Toxic Metal Tolerance and Heavy Metal Absorption Mechanisms in Hyperaccumulating Plants Using Visualization (2020)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Sugawara
  • 学会等名: 2020 UCSD-NCHU Joint Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] モウソウチクの隣接森林への侵入メカニズム (2020)
  • 著者名/発表者名: 王莫非, 森茂太, 黒澤陽子
  • 学会等名: 第 24 回東北 森林科学会大会
• [学会発表] 根が牽引する地上部の成長：ブナ芽生え～成木 (2020)
  • 著者名/発表者名: 黒澤陽子, 王莫非, 森茂太
  • 学会等名: 第 24 回東北 森林科学会大会へ
• [学会発表] 高分子電解質複合体および高分子ミクロゲルによるコロイド粒子の凝集の動力学 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小川 和義、イリャソフ レオニド、パノヴァ イリーナ、ヤロスラヴォフ アレキサンダー、足立 泰久
  • 学会等名: 第71回コロイドおよび界面化学討論会
  • 招待講演
• [学会発表] 両性高分子電解質の溶液物性：電荷密度の影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小川和義、吉田健太
  • 学会等名: 第69回高分子討論会
• [学会発表] 両性高分子電解質の凝集分散挙動と電位差滴定挙動 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小川和義、吉田健太
  • 学会等名: 第58回高分子と水に関する討論会