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

2023 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 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 任期付研究員 (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 北九州市立大学, 国際環境工学部, 講師 (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、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) 現地緑化試験の成果に基づいた機能性微生物のカプセルに関する特許申請、3）鉱山跡地の植生を抑制する重金属以外の環境要因の解明、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ススキ、ヨシに着目し、その重金属耐性に関して機能性微生物が関与する耐性機構を明らかにすることができた。また、鉱山跡地のヨシについては、重金属の蓄積性を詳細に明らかにし、その蓄積性に内生細菌が産生する化合物が関与することを確認した。ススキについては、坑廃水処理後に発生する高濃度の重金属を含む澱物を保管する集積場において自生が確認され、主要な機能性微生物を分離することができた。さらに、機能性微生物との共生により、重金属ストレスに加え、他の環境ストレスに対してもススキの耐性が増加していることが明らかになった。以上の結果から、鉱山跡地の緑化候補植物として、ススキ及びヨシが適切と考えられた、
2）において、現地緑化試験の結果を踏まえ、機能性微生物のカプセルの利用・開発に関する特許申請に至った。また、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自生植物に接種することで、生長増加や重金属耐性の増強が確認され、昨年度と比べて成功事例を増やすことができた。
3）において、一つの調査地で鉱山跡地の植生を抑制する重金属以外の環境要因を明らかにすることができ、今後の緑化技術において複合ストレスを検討する必要性を確認した。
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 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] 鉱山跡地の緑化地点における6年間の植生変化及び影響する環境要因 (2024)
  • 著者名/発表者名: 山路恵子、土山紘平、春間俊克、盧星燕、谷内美月、松代雄太、黒澤陽子、森茂太、山縣三郎、富山眞吾
  • 雑誌名: 環境資源工学会誌 巻: 70 ページ: 134-140
  • 査読あり
• [雑誌論文] 重金属水処理したヒバ材表面における重金属分布とヒノキチオール錯体形成 (2024)
  • 著者名/発表者名: 市原優、山路恵子、福山賢仁、綱嶋康倫
  • 雑誌名: 日本森林学会大会学術講演集 巻: 135 ページ: 295
• [雑誌論文] 地上部・地下部呼吸の芽生え～成木での変化 (2024)
  • 著者名/発表者名: KUROSAWA Yoko、MORI Shigeta
  • 雑誌名: Root Research 巻: 33 ページ: 15～22
  • DOI: 10.3117/rootres.33.15
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isoavenaciol and 7-hydroxy-isoavenaciol: Zn-chelating metallophores produced by root-endophytic Pezicula ericae in a Zn-accumulating plant, Aucuba japonica (2023)
  • 著者名/発表者名: Doyama Kohei、Haruma Toshikatsu、Hishiyama Shojiro、Kato Atsushi、Masuya Hayato、Yamaji Keiko
  • 雑誌名: Phytochemistry 巻: 206 ページ: 113547～113547
  • DOI: 10.1016/j.phytochem.2022.113547
  • 査読あり
• [雑誌論文] Miscanthus sinensis contributes to the survival of Pinus densiflora seedlings at a mining site via providing a possible functional endophyte and maintaining symbiotic relationship between P. densiflora and endophytes from high soil temperature stress (2023)
  • 著者名/発表者名: Haruma Toshikatsu、Doyama Kohei、Lu Xingyan、Noji Kenta、Masuya Hayato、Arima Takahiko、Tomiyama Shingo、Yamaji Keiko
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 18 ページ: 0286203～0286203
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0286203
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Bayesian network highlights the contributing factors for efficient arsenic phytoextraction by Pteris vittata in a contaminated field (2023)
  • 著者名/発表者名: Kudo Hiroshi、Han Ning、Yokoyama Daiki、Matsumoto Tomoko、Chien Mei-Fang、Kikuchi Jun、Inoue Chihiro
  • 雑誌名: Science of The Total Environment 巻: 899 ページ: 165654～165654
  • DOI: 10.1016/j.scitotenv.2023.165654
  • 査読あり
• [雑誌論文] A microbial consortium led by a novel Pseudomonas species enables degradation of carbon tetrachloride under aerobic conditions (2023)
  • 著者名/発表者名: Stari Leonardo、Tusher Tanmoy Roy、Inoue Chihiro、Chien Mei-Fang
  • 雑誌名: Chemosphere 巻: 319 ページ: 137988～137988
  • DOI: 10.1016/j.chemosphere.2023.137988
  • 査読あり
• [学会発表] 鉱山跡地に自生するアオキの根面微生物と内生菌の機能 (2024)
  • 著者名/発表者名: 土山紘平、山路恵子、春間俊克
  • 学会等名: 日本生態学会大会
• [学会発表] 鉱山集積場において、内生菌が関与したススキのストレス耐性機構の解明 (2024)
  • 著者名/発表者名: 松代雄太、山路恵子、盧星燕、土山紘平、春間俊克、谷内美月、升屋勇人、富山眞吾
  • 学会等名: 日本生態学会大会
• [学会発表] 鉱山跡地に自生するススキによるアカマツ実生の定着促進機構の解明 (2024)
  • 著者名/発表者名: 春間俊克、山路恵子、土山紘平、盧星燕、野路建太、升屋勇人、 有馬孝彦、富山眞吾
  • 学会等名: 日本生態学会大会
• [学会発表] 地上部・地下部呼吸の成長に伴うシフト－樹木にみられる統一性－ (2024)
  • 著者名/発表者名: 黒澤陽子、森茂太、山路恵子、小山耕平、西園朋広、春間俊克、土山紘平
  • 学会等名: 日本生態学会大会
• [学会発表] The screening of manganese oxidizing bacteria and manganese oxidizing characteristics in soils under the abandoned field mining area (2024)
  • 著者名/発表者名: Jiang Qi、Kenjin Fukuyama、Yasumichi Tsunashima、Maki Asano、Keiko Yamaji、Kenji Tamura
  • 学会等名: 71st Annual Meeting of Ecological Society of Japan
  • 国際学会
• [学会発表] 鉱山跡地の移植実験において根の内生菌がススキの生長および重金属耐性に及ぼす影響 (2024)
  • 著者名/発表者名: 盧星燕、山路恵子、土山紘平、小川和義
  • 学会等名: 日本生態学会大会
• [学会発表] 鉱山跡地に自生するミゾソバの重金属耐性機構及び内生細菌の機能の解明 (2024)
  • 著者名/発表者名: 谷内美月、山路恵子、土山紘平、盧星燕、春間俊克
  • 学会等名: 日本生態学会大会
• [学会発表] 鉱さいたい積場のヨシの重金属耐性と重金属蓄積に関与する内生糸状菌の化学的機能 (2024)
  • 著者名/発表者名: 大熊美結、盧星燕、 谷内美月、中本幸弘、土肥輝美、香西直文、福山賢仁、綱嶋康倫、 升屋勇人、 坂口綾、山路恵子
  • 学会等名: 日本生態学会大会
• [学会発表] 鉱山緑化樹としてのキリおよびセンダンの根圏微生物叢とIAA生産活性の比較 (2024)
  • 著者名/発表者名: 菅原 一輝、Wiyono Christine、柳川 勝紀
  • 学会等名: 資源・素材学会2024年度 春季大会
• [学会発表] 樹木と魚類の成長にともなう個体呼吸シフトの統 一性 (2024)
  • 著者名/発表者名: 森茂太、黒澤陽子、八木光晴
  • 学会等名: 日本生態学会大会
• [学会発表] 鉱山跡地の緑化修復後における植生遷移について (2023)
  • 著者名/発表者名: 山路恵子、土山紘平、春間俊克、盧星燕、谷内美月、松代雄太、黒澤陽子、森茂太、山縣三郎、富山眞吾
  • 学会等名: グリーンレメディエーション研究会Webシンポジウム「休廃止鉱山のグリーン・レメディエーションと関連分野の最前線」
  • 招待講演
• [学会発表] 鉱山跡地に自生するススキの内生菌の関与したAl耐性機構の解明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 春間俊克、山路恵子、小川和義、土山紘平、升屋勇人
  • 学会等名: 超異分野学会北海道フォーラム (2023)
• [学会発表] Inter-polyelectrolyte complex formation between cationic microgel and polyanion (2023)
  • 著者名/発表者名: Kazuyoshi Ogawa
  • 学会等名: China-Japan Seminar on Interfacial Processes and Control Measures of Combined Pollutants
  • 国際学会
• [学会発表] 石灰石鉱山緑化に向けた早生樹のアルカリ条件下における生理的影響の評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中島 裕人、菅原 一輝
  • 学会等名: 資源・素材学会
• [学会発表] 地圏へのCO2固定量評価のための早生樹根分泌物の分析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小田 祐輔、菅原 一輝
  • 学会等名: 資源・素材学会
• [学会発表] ファイトレメディエーションによる有害元素汚染環境浄化の実践 (2023)
  • 著者名/発表者名: 菅原 一輝
  • 学会等名: 日本生物環境工学会九州支部2023年北九州大会
  • 招待講演
• [学会発表] Utilization of naturally growing plant species and functional root microbes in mine sites (2023)
  • 著者名/発表者名: Mitsuki Yachi、Kohei Doyama、Xingyan Lu、Keiko Yamaji
  • 学会等名: China-Japan Seminar on Interfacial Progress and Control Measures of Combined Pollutants
  • 国際学会
• [学会発表] 鉱山跡地における自生植物を利用した緑化について. (2023)
  • 著者名/発表者名: 山路恵子、小川和義
  • 学会等名: 石灰石鉱業協会
  • 招待講演
• [産業財産権] 微生物、植物成長補助剤、及び植物の生育方法 (2023)
  • 発明者名: 石本恵子、小川和義、土山紘平、堀内健吾、瀬元祐希
  • 権利者名: 国立大学法人筑波大学、独立行政法人エネルギー・金属鉱物資源機構
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2023-212830