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

2022 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: 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) ; 井上 千弘 東北大学, 環境科学研究科, 教授 (30271878) ; 春間 俊克 北海道大学, 工学研究院, 特任助教 (40836417) ; 石田 厚 京都大学, 生態学研究センター, 教授 (60343787) ; 森 茂太 山形大学, 農学部, 客員教授 (60353885) ; 小川 和義 筑波大学, 生命環境系, 助教 (60375433) ; 菅原 一輝 東京理科大学, 工学部工業化学科, 研究員 (60792405) ; 田村 憲司 筑波大学, 生命環境系, 教授 (70211373) ; 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)
• 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

本年度の主要な成果としては、1) 自生植物の重金属耐性機構の解明及び機能性微生物の解析の継続、2) 機能性微生物のカプセルに関する現地緑化試験、になる。1) において、本年度は引き続き、特に多くの鉱山跡地に自生が確認されている、3つの鉱山跡地の植物種5種に着目し、その重金属耐性機構を有機化学的手法・組織学的手法により明らかにした。さらに、機能性微生物が関与する耐性機構についても明らかにすることができた。それぞれの植物において、重金属の蓄積性や耐性を経時的に明らかにし、蓄積あるいは耐性メカニズムに内生微生物が関与することを確認した。特に効果を発揮した主要な機能性微生物については、微生物が産生する化合物の分離・同定を試みている。以上の基礎研究結果を踏まえ、鉱山跡地の緑化候補植物や機能性微生物を選択し、微生物カプセルの開発を行った。また、実際の鉱山跡地において、機能性微生物を包括したカプセルを、鉱山跡地に移植した緑化候補植物に接種することで、植物の生長増加や重金属耐性の増強が確認された。以上の結果から、微生物カプセルを鉱山跡地で緑化に利用できる可能性が高まった。今後は植物種や鉱山跡地を変え、小規模から中規模の緑化試験を行い、成功事例を増やしていく必要がある。
その他、根における元素のイメージング解析、MALDI-TOF-MS装置での重金属毒性軽減に関わる化合物のイメージング解析、根の微生物の群集解析、根の呼吸を利用した生理特性の評価、電解処理による植物の反応などに関する事項についても、順調に実施した。

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

当初の目的の、基礎研究の充実（根における元素のイメージング解析、MALDI-TOF-MS装置での重金属毒性軽減に関わる化合物のイメージング解析、根の微生物の群集解析、根の呼吸を利用した生理特性の評価、電解処理による植物の反応などに関する事項）、応用研究としての緑化技術の構築（微生物カプセルの作製技術の開発）が達成できた。

今後の研究の推進方策

今後の研究の方策としては、植物の生理的特性の評価に関する知見が不足しているため、補う必要がある。また、開発した緑化技術に関して、実際の緑化試験の実施回数を増加させる必要があり、今後の海外を視野に入れた特許申請に生かしたいと考える。

研究成果

• [雑誌論文] Oosporein Produced by Root Endophytic Chaetomium cupreum Promotes the Growth of Host Plant, Miscanthus sinensis, under Aluminum Stress at the Appropriate Concentration (2022)
  • 著者名/発表者名: Haruma Toshikatsu、Doyama Kohei、Lu Xingyan、Arima Takahiko、Igarashi Toshifumi、Tomiyama Shingo、Yamaji Keiko
  • 雑誌名: Plants 巻: 12 ページ: 36～36
  • DOI: 10.3390/plants12010036
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ontogenetic changes in root and shoot respiration, fresh mass and surface area of Fagus crenata (2022)
  • 著者名/発表者名: Kurosawa Yoko、Mori Shigeta、Wang Mofei、Pedro Ferrio Juan、Nishizono Tomohiro、Yamaji Keiko、Koyama Kohei、Haruma Toshikatsu、Doyama Kohei
  • 雑誌名: Annals of Botany 巻: 131 ページ: 313～322
  • DOI: 10.1093/aob/mcac143
  • 査読あり
• [雑誌論文] Arsenic uptake by Pteris vittata in a subarctic arsenic-contaminated agricultural field in Japan: An 8-year study (2022)
  • 著者名/発表者名: Kohda Yi Huang-Takeshi、Endo Ginro、Kitajima Nobuyuki、Sugawara Kazuki、Chien Mei-Fang、Inoue Chihiro、Miyauchi Keisuke
  • 雑誌名: Science of The Total Environment 巻: 831 ページ: 154830～154830
  • DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.154830
• [雑誌論文] Subcellular localization and chemical speciation of Cd in Arabidopsis halleri ssp. gemmifera to reveal its hyperaccumulating and detoxification strategies (2022)
  • 著者名/発表者名: Sari Syarifah Hikmah Julinda、Chien Mei-Fang、Inoue Chihiro
  • 雑誌名: Environmental and Experimental Botany 巻: 203 ページ: 105047～105047
  • DOI: 10.1016/j.envexpbot.2022.105047
• [学会発表] 鉱山跡地緑化樹としての早生桐活用のための生育可能pHおよび有害元素耐性の評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 菅原一輝、田中航海、加藤茂、鈴木誠一
  • 学会等名: 資源・素材2023年度 春季大会
• [学会発表] 緑化研究の最前線～鉱山跡地をいかに緑化するか～ (2023)
  • 著者名/発表者名: 春間俊克、西本直人、山本耀介、富山眞吾
  • 学会等名: グリーンレメディエーション研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Heavy metal tolerance mechanisms in Abies sachalinensis growing at an old mine site (2023)
  • 著者名/発表者名: Toshikatsu Haruma, Yosuke Yamamoto, Naoto Nishimoto, Shingo Tomiyama
  • 学会等名: The 70th Annual Meeting of the Ecological Society of Japan
  • 国際学会
• [学会発表] ブナ属3種に統一的な根系へのエネルギー配分スケーリング (2023)
  • 著者名/発表者名: 黒澤陽子、森茂太、西園朋広、山路 恵子、小山耕平、八木光晴、春間俊克、土山紘平
  • 学会等名: 日本生態学会大会
• [学会発表] Root endophytes Phialocephala fortinii and Talaromyces verruculosus increase plant growth and enhance heavy metals tolerance in Miscanthus sinensis (2023)
  • 著者名/発表者名: Xingyan Lu, Keiko Yamaji, Toshikatsu Haruma, Kohei Doyama, Hayato Masuya
  • 学会等名: ISBEC 2023
• [学会発表] 鉱山廃水の中和澱物堆積地に生育するアカマツの根内生菌 (2022)
  • 著者名/発表者名: 升屋勇人、安藤裕萌、春間俊克、富山真吾、野路建太、山路恵子
  • 学会等名: 日本菌学会第66回大会
• [学会発表] ウラン鉱山たいせき場に自生するヨシにおける重金属蓄積機構：内生細菌の関与を考慮して (2022)
  • 著者名/発表者名: 春間俊克、山路恵子、中本幸弘、土山紘平、高橋嘉夫、田中万也、香西直文、福山賢仁
  • 学会等名: 日本放射化学会第66回討論会
• [学会発表] The Effect of Root-endophytic Aquapteridospora sp. on Metal-tolerance of Miscanthus sinensis, Naturally Growing at a Storage Site (2022)
  • 著者名/発表者名: Yuta Matsushiro, Keiko Yamaji, Xingyan Lu, Kohei Doyama, Toshikatsu Haruma, Hayato Masuya, Shingo Tomiyama.
  • 学会等名: INTECOL 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Functions of Metabolites Produced by the Root Endophyte, Pezicula ericae, infecting Aucuba japonica, naturally growing at a mine site (2022)
  • 著者名/発表者名: Kohei Doyama, Keiko Yamaji, Toshikatsu Haruma, Hayato Masuya, Shojiro Hishiyama, Atsushi Kato
  • 学会等名: INTECOL 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Clarification of Heavy-metal Tolerance Mechanism in Polygonum thunbergii Growing Naturally in Mine Pond via Seasonal Field Analysis (2022)
  • 著者名/発表者名: Mitsuki Yachi, Kohei Doyama, Toshikatsu Haruma, Keiko Yamaji
  • 学会等名: INTECOL 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Elucidation of Heavy Metal Tolerance in Artemisia indica var. maximowiczii Growing at a Mine Site, Considering Root Endophytic Fungi (2022)
  • 著者名/発表者名: Xingyan Lu, Kohei Doyama, Toshikatsu Haruma, Shingo Tomiyama, Hayato Masuya, Keiko Yamaji
  • 学会等名: INTECOL 2022
  • 国際学会
• [学会発表] A dark-septa endophyte might enhance survival rate of Pinus densiflora seedlings in Miscanthus sinensis patches at a storage site (2022)
  • 著者名/発表者名: Toshikatsu Haruma, Kenta Noji, Kohei Doyama, Lu Xingyan, Hayato Masuya, Saburo Yamagata, Shingo Tomiyama, Keiko Yamaji
  • 学会等名: INTECOL 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Elucidation of heavy-metal tolerance mechanism in Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud. without iron plaque formation (2022)
  • 著者名/発表者名: Miyu Okuma, Keiko Yamaji, Yukihiro Nakamoto, Kenjin Fukuyama, Yasumichi Tsunashima
  • 学会等名: INTECOL 2022
  • 国際学会
• [学会発表] The Effect of Root-endophytic Aquapteridospora sp. on Metal-tolerance of Miscanthus sinensis, Naturally Growing at a Storage Site (2022)
  • 著者名/発表者名: Keiko Yamaji, Yukihiro Nakamoto, Kohei Doyama, Toshikatsu Haruma, Xingyan Lu, Kazuya Tanaka, Naofumi Kozai, Kenjin Fukuyama, Shigeru Fukushima, Yoshiyuki Ohara
  • 学会等名: INTECOL 2022
  • 国際学会
• [備考] 休廃止鉱山の新たな緑化対策等に関するガイダンス
  • URL: https://www.meti.go.jp/policy/safety_security/industrial_safety/sangyo/mine/portal/report/ryokuka_guidance1.pdf