| 研究課題/領域番号 |
26289261
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| 研究機関 | 岡山大学 |
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研究代表者 |
高田 潤 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (60093259)
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| 研究分担者 |
宮田 直幸 秋田県立大学, 生物資源科学部, 教授 (20285191)
藤井 達生 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (10222259)
草野 圭弘 倉敷芸術科学大学, 芸術学部, 教授 (40279039)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 微生物由来酸化鉄 / 硫酸酸性環境 / 単離菌 / pHの影響 / 相の形成速度 / メスバウアー分析 / シュベルマナイト / ゲータイト |
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| 研究実績の概要 |
自然界での硫酸の高い強酸性（pH～3）の鉱山廃水や温泉廃水では、好酸性鉄酸化細菌が作るシュベルトナイトFe8O8(OH)8-2x(SO4)xなどの特殊な酸化鉄が生成し、砒素などの重金属を吸着し環境浄化に役立っている。しかし、この相が発見されて約20年しか経っていないため研究例が少ない上に、単離菌株を用いた実験室での培養の系統的研究がなされていないため、酸性環境下でバクテリアが作るオキシ水酸化鉄（以後、”酸性バイオ酸化鉄”）とその形成過程などの詳細は明らかでない。本研究では、分担者の宮田が最近単離に成功した単離菌”E10”を用いて、材料化学と微生物学の研究者が連携して系統的で多面的・総合的に研究し、酸性環境下での未開拓の酸性バイオ酸化鉄の特徴や形成過程について世界に先駆けた解明を目的とする。
H26年度に得られた研究実績の概要は次のとおりである。
（１）25℃の硫酸酸性環境下で形成される酸化鉄の種類はpHおよび温度に依存する。25℃での形成相は、①pH2.5～3.0：シュベルトナイト（S相）単相、②pH3.8：ゲータイト（G相）単相、③pH3.5：二相共存（S相＋G相）、④pH2.2：酸化鉄形成されず。 （２）微生物由来酸化鉄G相のナノ構造もpHに依存する。S相（pH3.0, 25℃）：①直径2μm程度のまりも状形態、②1次粒子：巾～5nmの針状粒子。pH3.8でのG相は不定形形状。 （３）酸化鉄の形成（25℃）は、化学合成で要する時間（120h）と比較して、微生物によって著しく加速される。①S相：pH2.5で70h、②G相：pH4で70h。（４）優れた重金属（砒素；As(Ⅴ)）吸着機能：①S相はG相より顕著に吸着。②S相：300μg/mg-Fe、G相：100μg/mg-Fe。なお、単離菌E10株の人工培養は硫酸イオン含有培地で行った。その培地条件は次のとおりである。FeSO4・7H2O: 7800mg/L, (NH4)2SO4:1250 mg/L,MgSO4・7H2O:500 mg/L, K2HPO4: 5 mg/L, 無機塩溶液: 2 mL/L, 培地体積：4L, 培養温度：25℃、pH範囲：2.0～3.8.
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
・上記「9.研究実績の概要」で示した成果は、すべて世界で初めてのものである。これは、分担者の宮田が最近単離に成功した単離菌”E10”の人工培養によって初めて得られたものである点は特筆すべきであり、当初の計画を超えるものである。
・特に、（１）の強酸性環境下で形成される酸化鉄がpHに強く依存する点、（３）酸化鉄の形成が微生物によって顕著に加速される点を明らかにしたことは、従来の常識を大きく超えるものであって、当初の計画での予想をも超越している。
・ただ、これらの成果の多くは、H26年度の最後に得られたものであって、論文発表や口頭発表の機会がなかった。しかし、H27年度には発表を予定している。
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| 今後の研究の推進方策 |
H26年度は、次の研究を進め世界初の成果を得た。①微生物由来酸化鉄の特徴の解明、②形成速度の検討、③機能開拓（主に、砒素吸着）。今後（H27年度以降）、更にこれらを継続的に推進する。
加えて、単離菌”E10”を用いた研究を進展させて、、以下の点について検討する。
（１）酸化鉄形成プロセスの解明： バクテリアによる促進効果を次の2つのアプローチで検討し明らかにする。特に培養初期過程の生成相の変化に注目する。具体的には、（ⅰ）様々な条件での酸化鉄形成の終了時間の決定、（ⅱ）酸化物生成相の同定、（ⅲ）機能開拓：①重金属の吸着特性、②磁気特性、③顔料特性
（２）鉱山廃水処理への応用の可能性の検討：H26年度に単離菌”E10”作る酸化物がpHに依存し異なることを見出した（S相とG相）。この結果を基盤として、高濃度硫酸を含む強酸性鉱山廃水の新しい処理法の検討を行い、実際の鉱山廃水（岡山県柵原鉱山）への応用の可能性を探る基礎研究を展開する。
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