(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染された場所より汚染質を取り除くためのプロセスであって、前記プロセスが、
前記場所上でPteris mayii、Pteris pakerii、Pteris albo-lineata、Pteris vittata及びAdiantum raddianumからなる群より選択されたシダ植物を生長させる過程と、
ヒ素からなる前記汚染質を前記シダ植物のバイオマス中に蓄積する過程であって、ファイトレメディエーションによって前記シダ植物が前記場所より前記汚染質を取り除く、該過程とを有することを特徴とするプロセス。
【請求項２】
前記汚染された場所が水溶液、下水、湿地帯、地下水及び／又は地上水を含むことを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記ヒ素が、乾燥重量ベースにして１００ｍｇ／ｋｇより多い量で前記植物中に蓄積することを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
前記ヒ素が取り除かれる前記場所中の前記ヒ素濃度が、５ｍｇ／ｋｇ、５０ｍｇ／ｋｇ、１００ｍｇ／ｋｇ、５００ｍｇ／ｋｇ又は１０００ｍｇ／ｋｇより大きいことを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項５】
前記シダ植物がAdiantum raddianumであることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項６】
前記シダ植物がPteris mayiiであることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項７】
前記シダ植物がPteris parkeriiであることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項８】
前記シダ植物がPteris albo-lineataであることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項９】
前記シダ植物がPteris vittataであることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記ヒ素が、乾燥重量ベースにして１０００ｍｇ／ｋｇより多い量で前記植物中に蓄積することを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記ヒ素が、乾燥重量ベースにして１００００ｍｇ／ｋｇより多い量で前記植物中に蓄積することを特徴とする請求項９に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記ヒ素が、前記ヒ素が取り除かれる前記場所中の前記ヒ素濃度と比較して、少なくとも２倍高い濃度まで前記植物中に蓄積することを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記ヒ素が、前記ヒ素が取り除かれる前記場所中の前記ヒ素濃度と比較して、少なくとも１０倍、５０倍又は１００倍高い濃度まで前記植物中に蓄積することを特徴とする請求項９に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記場所中のヒ素が最大１００％取り除かれることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項１５】
前記場所中の前記ヒ素濃度が最大１００ｐｐｍであることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項１６】
前記汚染質が、さらに、金属、微量元素、及びリンを含む一群より選択される追加汚染質を有することを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項１７】
前記追加汚染質が、リン、鉛、金、セレニウム、カドニウム、ニッケル、及び亜鉛を含む一群より選択されることを特徴とする請求項１６に記載のプロセス。
【請求項１８】
前記汚染質が、少なくとも１つの有機化合物及び無機化合物と化学的に関連していることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項１９】
前記汚染質が、土壌中の堆積物、土壌中の廃棄物、及び土壌中の水を含む一群より選択されることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項２０】
更に前記シダ植物の少なくとも一部分より汚染質を取り除く過程を含み、前記取り除きが収穫過程及び廃棄過程、または収穫過程及び回収過程からなる一群より選択されることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項２１】
前記シダ植物の前記一部分が、葉（leaf）、茎、葉（frond）、及び根からなる一群より選択されることを特徴とする請求項２０に記載のプロセス。
【請求項２２】
前記シダ植物の前記一部分が前記葉（fronds）であることを特徴とする請求項２１に記載のプロセス。
【請求項２３】
前記プロセスが地面（field）、湿地帯又は温室にて処理されることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項２４】
前記場所の土壌が６．５、７．５又は８．５より大きいｐＨを有することを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項２５】
前記プロセスが更に前記植え付けに先立ち、前記汚染質を蓄積する目的で、前記植物の前記能力を高める構成材料を土壌物質へと添加する過程を含むことを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項２６】
前記構成材料が、ｐＨ調整、カリウム、窒素、リン、及びキレート化合物を含む一群より選択されることを特徴とする請求項２５に記載のプロセス。
【請求項２７】
前記ｐＨ調整が、石灰岩、ドロマイト、消石灰、酸化カルシウム、アルカリ性廃棄物、及びリン灰岩を含む一群より選択されることを特徴とする請求項２６に記載のプロセス。
【請求項２８】
前記キレートが、ＥＤＴＡ、ＤＴＰＡ、ＮＴＡ、クエン酸、及び蓚酸を含む一群より選択されることを特徴とする請求項２６に記載のプロセス。
【請求項２９】
前記プロセスが更に前記植え込みに先立ち、前記場所よりの前記汚染質の前記除去を改善する目的で、前記場所の土壌物質の処理過程を含むことを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項３０】
前記処理が、化学的処理、焼却、その他の植物を用いた処理、及び微生物を用いた処理を含む一群より選択されることを特徴とする請求項２９に記載のプロセス。
【請求項３１】
水溶液中より汚染質を取り除くためのプロセスであって、
前記水溶液上でPteris mayii、Pteris pakerii、Pteris albo-lineata、Pteris vittata及びAdiantum raddianumからなる群より選択されたシダ植物を水栽培で生長させる過程と、
ヒ素からなる前記汚染質をファイトレメディエーションによって前記シダ植物のバイオマス中に蓄積する過程であって、前記汚染質が前記シダ植物の一部分に蓄積するように行われ、前記シダ植物の前記一部分が、葉（leaf）、茎、葉（frond）、及び根からなる群より選択される、該過程とを有することを特徴とするプロセス。
【請求項３２】
前記汚染された場所が下水、湿地帯、地下水及び／又は地上水を含むことを特徴とする請求項３１に記載のプロセス。
【請求項３３】
前記水溶液中のヒ素が最大１００％取り除かれることを特徴とする請求項３２に記載のプロセス。
【請求項３４】
前記水溶液中の前記ヒ素濃度が最大１００ｐｐｍであることを特徴とする請求項３２に記載のプロセス。
【請求項３５】
ヒ素を含む既知の水溶液のある場所に人工的に植え付けられたシダ植物の収穫された部分を含む組成物であって、
前記シダ植物の部分のヒ素濃度が、乾燥重量ベースにして、少なくとも１００ｍｇ／ｋｇであり、
前記シダ植物がPteris mayii、Pteris pakerii、Pteris albo-lineata、Pteris vittat及びAdiantum raddianumからなる群より選択されることを特徴とする組成物。
【請求項３６】
前記水溶液が下水、湿地帯、地下水及び／又は地上水を含むことを特徴とする請求項３５に記載の組成物。
【請求項３７】
前記水溶液中のヒ素が最大１００％取り除かれることを特徴とする請求項３６に記載の組成物。
【請求項３８】
前記水溶液中の前記ヒ素濃度が最大１００ｐｐｍであることを特徴とする請求項３５に記載の組成物。
【請求項３９】
水溶液中よりヒ素をファイトメディエーションによって取り除く方法であって、
ヒ素を含む前記水溶液中でPteris mayii、Pteris pakerii、Pteris albo-lineata、Pteris vittata及びAdiantum raddianumからなる群より選択されたシダ植物を生長させる過程と、
前記ヒ素をファイトレメディエーションによって前記シダ植物のバイオマス中に乾燥重量ベースにして１００ｍｇ／ｋｇより多い量で蓄積する過程と、
前記シダ植物を収穫する過程であって、それによって前記水溶液のヒ素濃度が低下する、該過程とを有することを特徴とする方法。
【請求項４０】
前記水溶液中のヒ素が最大１００％取り除かれることを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記水溶液中の前記ヒ素濃度が最大１００ｐｐｍであることを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
汚染された場所よりヒ素からなる汚染質を取り除くプロセスであって、
前記場所でPteris vittataからなるシダ植物を生長させる過程と、
前記汚染質をファイトレメディエーションによって前記シダ植物のバイオマス中に乾燥重量ベースにして１００００ｍｇ／ｋｇより多い量で蓄積する過程であって、それによって前記シダ植物が前記場所から前記汚染質が取り除かれる、該過程とを有することを特徴とするプロセス。
【請求項４３】
前記場所が水溶液を含むことを特徴とする請求項４２に記載のプロセス。
【請求項４４】
土壌物質中に存在する汚染質を再生するプロセスであって、
前記土壌物質上でPteris vittataからなるシダ植物を植え込む過程を含み、
ヒ素からなる前記汚染質が、ファイトレメディエーションによって前記シダ植物のバイオマス中に空気乾燥された状態で少なくとも１重量％以上蓄積し、
前記汚染質が、葉（leaf）、茎、葉（frond）、及び根を含む一群より選択される前記シダ植物の一部に蓄積すること特徴とするプロセス。
【請求項４５】
前記土壌物質が、微小元素及び金属を含む一群より選択される追加的汚染質を含むことを特徴とする請求項４４に記載のプロセス。
【請求項４６】
前記追加的汚染質が金であることを特徴とする請求項４５に記載のプロセス。
【請求項４７】
前記プロセスが更に、微生物処理、化学的処理、及び焼却を含む一群より選択された少なくとも１つの過程を含むことを特徴とする請求項４４に記載のプロセス。
【請求項４８】
ヒ素含有土壌物質のファイトレメディエーションの方法であって、
前記土壌物質中で、Pteris mayii、Pteris pakerii、Pteris albo-lineata、Pteris vittata及びAdiantum raddianumからなる群より選択されるシダ植物を植え込み、前記シダ植物がファイトレメディエーションによってヒ素を集中して乾燥重量ベースにして１００ｍｇ／ｋｇより多い量で蓄積することを特徴とする過程と、
前記植物を収穫し、それによって前記ヒ素含有土壌物質がヒ素含有量を減少させる過程とを有する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、土壌、堆積物、廃棄物、及び水のような汚染物質より、ヒ素及びリンのような汚染物質を取り除くための、シダ植物を用いたファイトレメディエーションの組成及び方法に関する。本出願は、米国特許番号09/47 1,566（1999年12月23日）の一部継続出願であり、米国特許番号60/129,203（1999年4月14日）の仮出願の優先権を主張している。
【０００２】
（背景技術）
ヒ素は、アメリカ及び諸外国に於ける、土壌、堆積物、廃棄物、及び水の主要な汚染物質である。土壌汚染は例えば農薬及び木材処理（wood treatments）より生じる。ヒ素は有力な汚染物質であるだけでなく、発ガン性が既知であることからとりわけ危険である。目下、ヒ素によって汚染された用地を浄化するための、低コストで有効な方法は存在しない。
【０００３】
農業及び工業プロセスに於けるヒ素の使用は、フロリダの複数の汚染用地という結果をもたらした。２０世紀初旬、ヒ素が南部の牛の病原保有性のダニを駆除するべく殺虫剤の要素として用いられたことで、フロリダの牛飼いは北部の牛市場に売ることが可能となった。典型的にはヒ素五酸化物の形態であるヒ素が、銅／クロム／ヒ素木材保存薬プロセス（ＣＣＡ）として知られている木材保存薬として、硫酸銅、ナトリウム若しくはカリウム重クロム酸塩と共に用いられた。これら双方のプロセスで、溢流及び漏洩よりもたらされる土壌汚染の危険が増大した。多くのそれらの用地に於けるヒ素のレベルは、数年間遊ばせた後であっても６００ｍｇ／ｋｇよりも高い。土壌に於ける典型的な濃度の幅は、０．１〜４０ｍｇ／ｋｇであって平均濃度は５〜６ｍｇ／ｋｇである。フロリダの土壌に於けるヒ素の典型的な幅は０．０１〜５０．６ｍｇ／ｋｇである。
【０００４】
殆どの土壌系に於いて、ヒ素はヒ酸塩が典型的に優勢な１つであるような多くの形態で存在する。このような形態で、それは陽イオンを備えた不溶性の塩の形態及び土壌成分での吸着を含むリン酸塩に酷似する特性を有する。ヒ素は広いレンジの酸化状態（−３，０，＋３，及び＋５）を有するので、それは様々な形態の有機及び無機混合物を形成する能力を有する。典型的には７〜９の高いｐＨの幅で、土壌中のヒ素は主として例えばＡｓＯ２−１、ＡｓＯ４−３、ＨＡｓＯ４−２、及びＨ２ＡｓＯ４−１のような錯体酸化アニオンＡｓ（Ｖ）からなる。低ｐＨ及び低Ｅｈの土壌に於いて、主なヒ素の形態は亜ヒ酸塩（Ｈ３ＡｓＯ３）である。
【０００５】
ヒ素は通常全ての自然系にて微小レベルで見られるにも関わらず、より高い濃度では植物及び動物の双方に非常に毒性を有し得る。ヒ素の毒性効果は長い間知られている。ヒ素に対し動物を晒すことは、多くの家畜及び家庭動物のために唯一導入するべき毒性に於いて２番目である。動物中のヒ素中毒の殆どのケースは、汚染飼料の供給の結果として牛及び猫種に於いて起こる。その他の影響を受けるような種は、ヒ素殺虫剤によって処理されていたかもしれない場所に遭遇する馬や羊のような飼い葉を食する動物である。人間及び動物に対するヒ素の毒性効果は、特にミトコンドリアのような毒された固体細胞中で発生する相互作用と関連し得る。
【０００６】
ヒ素は、通常微少量で全ての植物や木の種に自然に存在する。ヒ素に対する植物及び木の種の許容量は、種、土壌のタイプ、及び土壌中に存在するヒ素の形態によって変化する。これまでに、野菜及び果物の種の許容量を明らかにするべく分類スキームが明らかにされた（表Ａ参照）。一般的に植物種に於けるヒ素の分布は共通の傾向に従う。典型的には根が、茎、葉、及び果実よりもより高濃度なヒ素を含み得る。幾つかの植物種は、植物の地面部分より上の部分に於いて高いヒ素を蓄積する能力を証明してきた。コヌカグサ属に於ける複数の種は、２．６％までのヒ素を含有する土壌より３４６０ｍｇ／ｋｇまでのヒ素を蓄積する能力を有する。別の報告ではバイオマスに於ける１０００ｍｇ／ｋｇのヒ素までの蓄積を行うアメリカトガサワラ、とPseudotsuga menziesiiの能力を証明してきており、金、銀、及びその他の鉱石の生化学的指示薬としてこれらの木が用いられることを可能とする。
【０００７】
【表１】
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環境的ヒ素汚染は免疫系の有害な作用は勿論のこと、テラトゲン、発ガン物質、及び突然変異誘発要因としてのその生化学的活性に関係する。ヒ素汚染用地で明らかになる関係によって、様々な改善技術が開発されてきた。ヒ素で汚染された用地を改善するための方法は、in situ及びex situで働き得る。また様々な程度の複雑性、効果、及び費用を有する。効果的な技術の欠乏や、穴掘りに掛かる費用や土壌物質の埋め立て地の欠乏によって、このようなヒ素汚染用地を改善する努力はこれまで最小限のものであった。これらの改善方法は３つのグループに分けられ、それは化学的、物理的、及び生化学的改善方法である。
【０００８】
生化学的改善方法の１つはファイトレメディエーションである。ファイトレメディエーションは、養分及び微量元素を蓄積する植物の能力を利用した生長技術である。ファイトレメディエーションは汚染された土壌を改善するべく植物を用いるプロセスである。典型的にはこのことは２つの方法の内の１つで行われ、１つはファイトスタビリゼーションによるものでありもう１つはファイトエクストラクションによるものである。ファイトスタビリゼーションで、植物は水による浸食及び風による浸食を減少させまた水による浸透及び地下水まで到達する汚染物質を減少させることで、汚染された土壌を安定化させることに用いられる。ファイトエクストラクションは植物の取り込みを介して根圏より汚染物質を取り除くことを試みる。また汚染物質は根、葉、及び又は茎に蓄積される。植物材料はその時収穫され、汚染物質は植物バイオマスより再生され、若しくは有害汚染施設で処分される。
【０００９】
現在、或る植物が、金属、半金属、石油成分、農薬、及び産業廃棄物によって汚染された土壌系及び水系を改善するのに用いられ得るように認知されてきた。また多くの植物種が、鉛、セレニウム、ニッケル、亜鉛、及びその他の金属を蓄積させるように認識されてきた。例えば米国特許第5,364,451号及び第5,711,784号では、金属含有土壌のファイトレメディエーションに関する記述がある。
【００１０】
汚染された用地の改善及び／又は貴金属の回収のために、ファイトエクストラクションが魅力的な選択であっても良い。ファイトエクストラクションは改善を目的とし、植物の根を介して系より汚染物質を取り除くプロセスである。元来、ファイトエクストラクションという言葉は土壌より微量元素を取り除くことに用いられた。が、近年新しいアプリケーションがこの目的のために発見されている。ファイトエクストラクション最も新しい使用の１つは例えば金やニッケルのような実利的価値の微量元素を蓄積することに用いてきた（ファイトマイニング）。
【００１１】
複数の状況で、土壌改良剤及びキレート剤が、植物の生長及び植物による微量元素の蓄積を補助するべく用いられ得る。土壌は、低いｐＨでエアレーションに乏しく、不適切な土壌構造で塩度が高い等の特徴を有してもよい。これらのことを克服するために、栽培学的技術が植物の栽培可能性を増加させるべく用いられてもよい。それらは、若干の例を挙げると、有機物質、石灰漬、肥沃化の付加物を含む。或る状況で、土壌改善の付加物は植物が蓄積し得る汚染物質の量を減少させるが、このことは生産されるバイオマスに於ける増加によって典型的に相殺される。
【００１２】
多くの土壌汚染物質のために、キレート剤若しくは有機酸が植物によるそれらの蓄積を補助するべく要求される。多くの微量元素及び放射性核種の低い溶解度は、しばしば植物による金属抽出の制限因子である。例えば土壌中の鉛は限界の溶解度を有し、有機物質を備えた錯体、泥及び酸化物の吸着、炭酸塩、水酸化物、及びリン酸塩としての析出等による、植物取り込みの低い生物学的利用能を有する。
【００１３】
この問題を解決するべく、金属キレート剤が添加され得る。典型的に、キレートは植物に対して微量養分を運搬するべく農業及び園芸学で用いられてきた。ファイトレメディエーションに於けるキレートの使用で、キレートは植物取り込みのための汚染物質の生物学的利用能を増加させるのに用いられる。しかしキレートの使用に伴う懸念も存在する。幾つかの状況に於いて、キレートは植物の生長に有害な影響を有するかもしれない。或る実験では、鉛を過剰に蓄積した植物がキレート剤、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）が用いられる前に二週間に渡って汚染された土壌に於いて育てられた。一週間後、激しい障害に耐えた後、植物が回収された。ファイトエクストラクションのため鉛の生物学的利用能を増加させるべくＥＤＴＡを使用する別の実験は、共通の食物学植物でさえも鉛の蓄積の著しい増加を見せた。
【００１４】
植物の健康のかなりの障害の影響に加え、キレートの使用に関連する別の懸念が存在する。多くの関心が潜在的な地下水汚染物質で明らかになった。キレートの使用はまた改善過程の費用を増加させる。汚染された土地に於ける１トンの鉛の移動度を増加させるためには大凡１トンのＥＤＴＡを必要とするということを推定する人もいる。
【００１５】
本発明以前には、土壌に於けるヒ素濃度よりも植物中に於けるヒ素濃度の方がより高いような、汚染された土壌よりのそのバイオマスへの大量のヒ素を濃縮し得るように確認された植物の種は存在しなかった。また本発明に先立ちファイトレメディエーションに於けるシダ植物の使用の報告も存在しなかった。
【００１６】
（発明の要約）
問題の発明は汚染された物質より汚染物質を抽出することが可能なシダ植物の識別に関する。好適な実施例に於いては汚染物質はヒ素である。
【００１７】
汚染物質は、これに限定するものではないが土壌、堆積物、廃棄物、及び水を含む物質より、植物のバイオマスに於いて汚染物質を蓄積させる本発明の植物で取り除かれ得る。このことは、これら植物が汚染物質を効果的に改善することに用いられ得るので都合の良いことである。
【００１８】
好適な実施例に於いて、ヒ素蓄積シダ植物が本発明は汚染された物質からヒ素を取り除くことを特徴とする、ヒ素汚染用地のファイトレメディエーションのための方法を提供する。詳しくはChinese Ladder Brake fern (Pteris vittata)の使用がここで例証される。都合の良いことに、この種は、乾燥重量ベースで５０００ｍｇ／ｋｇまで又はそれを超えて、総合的な蓄積を行い得る。
【００１９】
本発明のシダ植物は非常に高濃度でヒ素を蓄積する。植物の葉、茎、及び／又は根はその時回収され容易に処分される。それによって汚染された用地のヒ素含有量が減少される。代わりにヒ素は回収された植物より再回収される。
【００２０】
本発明のシダ植物はファイトレメディエーションでの使用に多くの都合の良い特性を有する。例えばこれら植物は土壌よりのヒ素の抽出に於いて極めて効率的であり（極めて高いヒ素濃縮係数）、多くの環境で生長し、それらは大きなバイオマスを提供しながら素早く生長しまた容易に再生する。また都合の良いことにそれらは毎年植え替える必要のない多年性植物である。
【００２１】
本発明の更なる目的及び利点は、現在の好適な実施例の詳細な記載、以下の例の詳細な記載、及び付随する図面によって明らかとなり得る。
【００２２】
（好適な実施例の記述）
詳細に於いて本発明の明らかにされた実施例を説明する前に、本発明がその他の実施例も可能であり得ることより、本出願に於ける特定の装置に限定されるものではないことをご理解頂きたい。またここで用いられる用語は記載を目的としたものであり、それに限定するものではない。
【００２３】
本発明は非常に高濃度でヒ素を蓄積する植物の識別法に関する。それらの植物はヒ素汚染用地を改善することに用いられ得る。植物は汚染された用地よりリンを含むものを取り除くべく、本発明に従って用いられてもよい。好適には本発明の改善方法に於いて用いられる植物はシダ植物である。本技術分野に於いて熟練したものであれば、様々な汚染物質を取り除くべく経験がなくともここで提供された技術でシダ植物を用いることができる。無機汚染物質は有機若しくは無機化合物と結合するか、さもなくば化学的な関係を有し得る。汚染物質は例えば銅、クロム、若しくはリンである。好適にはヒ素が取り除かれる。金属としては、例えば鉛、金、セルニウム、銅、クロミウム、クロム、ニッケル、若しくは亜鉛であってもよい。好適にはヒ素が取り除かれる。汚染物質が取り除かれる物質はどのような汚染物質であってもよく、例えば土壌、堆積物、廃棄物、若しくは水のような固体若しくは液体形態として存在し得る。廃棄物には例えば建設及び取り壊しの破片、コンポスト、下水汚泥、灰、おが屑、若しくは再生されたスクリーン材料のように、そのもとに関係なく全ての種類の廃棄物が含まれる。水の例としてはこれに限定するものではないが地下水、地上水、流去水、若しくは下水が含まれる。汚染された湿地帯がこの技術を用いて処理されてもよい。
【００２４】
好適な実施例に於いて、本発明の方法はヒ素含有物質とシダ植物とを接触させること、及び物質よりヒ素を蓄積するべく植物のために適した条件の環境下で植物を維持することを含む。植物は或る時間に渡り用地で、その茎、葉、及び又は根にヒ素を蓄積するために植物にとって十分な条件下で維持される。植物は用地より収穫され処分される。
【００２５】
ヒ素“蓄積”シダ植物は、１つ若しくは複数の以下に続く活性を行うべくここに記述されたシダ植物の能力を引用する。活性とは即ち、（ｉ）土壌若しくは廃棄物粒子及び／又は液体より根及び又はその他の組織へヒ素を運搬し、（ｉｉ）根バイオマスに対するヒ素の物理的及び又は化学的吸着、また（ｉｉｉ）汚染された物質よりのヒ素の到達の予防若しくは阻害がある。好適な実施例に於いてヒ素はシダの葉及び又は茎組織へと運搬される。リン“蓄積”植物はリンに関し１つ若しくは複数の上記の特性を有する。
【００２６】
ここで用いられるように、“シダ植物”の参照はシダ類（真正シダ）を含む。殆どのシダ植物は胞子を用いて再生する胞子体である。シダ植物は、生長する葉の下側若しくは典型的には唯一再生可能な構造として機能する分化された葉上のどちらかで胞子嚢の塊を提供する。Pteridales及びAspidiales及びPteridaceae、Adiantaceae、Aspleniaceae、Dryopteridaceae、又はOleandraceacの科のオーダーのシダ植物がここで明確に例証される。明確に例証された属は、Adiantum、Asparagus、Asplenium、Cyrtomium、Didymochlacna、Dyropteris、Nephrolepis、Pteridium、Rumohra及びPterisである。PterisシダはBrakeシダとして知られている。Pterisシダの特殊な例としてはP. mayii、P. parkerii、P. albo-lineata、またP. vittataがある。
【００２７】
本発明による重要なシダ植物は本技術分野に於いて熟練したもので有れば容易に識別可能である。シダ植物に対する有用な手引きとして、例えばLakela, Olga, Robert W. Longによる"Ferns of Florida, An Illustrated Manual and Identification Guide"[1976], Banyan Books, Miami, FL、 Jones, David L.の"Encyclopedia of Ferns" [1987], Lothian Publishing Company PTY LTD: Snyder、 Jr., Lloyd H.及びJames G. Bruceの"Field Guide to the Ferns and Other Pteridophytes of Georgia"[1986] The University of Georgia Pressが含まれ、入手可能である。
【００２８】
都合の良いことに、本発明に於いて用いられるシダ植物は：（ａ）高いバイオマスまで生長することが可能であり：（ｂ）様々なagroclimatic状況での生長に適応し、（ｃ）高濃度の培養に適応し、（ｄ）交配、選別、突然変異生成、及び／又は遺伝子の転写によって遺伝子操作を受けることができる。ここで表される良好な改善特性はフィールドの条件下であって、ここに記述されたようにフィールド条件の最適化によって改善されてもよく、また温室に於けるように制御された環境中の改善過程を実施することによって改善されてもよい。所与のシステムでのパフォーマンスを最適化するべく処理され得る条件には、ｐＨ、栄養素、水分、日光／日陰、またキレート、有機土壌改良及び微生物の接種を含む改善が含まれる。栄養素の添加のような（健康な植物を支持するため）最適化パラメータ及び（汚染物質の利用率を増加させるための）改善は、全てのシダ植物に適用され、ここでその他のものは唯一Brakeシダ植物に対して適用されるのみである。ｐＨは、例えば石灰岩、ドロマイト、消石灰、燃焼石灰、アルカリ性工業廃棄物（例えば灰及びスラッジ）、及びリン酸岩石のような石灰漬物質を用いて６．５より大きくなるように調整される。基本的な多量要素及び微量要素は、また例えばＮ，Ｐ，Ｋ，Ｃａ，Ｆｅ，Ｍｎ，及びＣｕのようなものを含んでもよい。Brakeシダ植物は日陰を避け、日光を好む耐寒性の植物であり、またそれは自由な排水を要求するが乾燥期間の吸水を認識する。加えて、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、ジエチレントリアミン五酢酸（ＤＴＰＡ）、二トリロ三酢酸（ＮＴＡ）、クエン酸、及び蓚酸、及び堆肥、下水スラッジ、又は微生物（菌類）のような追加が採用されてもよい。酸性環境（ｐＨ＜６）及び過剰の塩（肥沃化を超えたもの）はシダ植物の生長に対して有害であり得る。
【００２９】
ここで例証されるシダ植物は汚染された用地よりヒ素を取り除くことに於いて高い有用性を持っている。代替実施例に於いて、シダ植物はそのファイトレメディエーション特性を改善及び／又は拡大するべく遺伝学的に操作されてもよい。Shoseyou等の米国特許番号6,008,092を参照して頂きたい。またここで参照したことにより本出願の一部とする。そのような特性とは例えばシダ植物の生長の速度、ヒ素の取り込み速度、植物の耐寒性であり得る。遺伝子的操作は例えば品種改良技術、突然変異生成、及び／又は遺伝子工学を介してもよい。関連する実施例に於いて、ヒ素を蓄積するシダ植物の能力に責を負う遺伝的要素が識別され、分離され、もし必要ならば別の植物種へと送られ、それによって有効なレベルでヒ素を蓄積させる能力を形質転換された植物へと授与する。代わりに微生物及び／又はヒ素取り除き過程に含まれる遺伝要素が分類され、使用されてもよい。
【００３０】
特殊な実施例に於いて、本発明はヒ素蓄積型シダ植物を提供する。Brakeシダ植物はその葉軸（茎）及び羽片（葉）に於いて乾燥重量で７．５００ｍｇ／ｋｇのヒ素までまたそれを超えて蓄積されることが明らかとなっている。植物が研究されてきた土壌に於けるヒ素濃度は１９から１６０３ｍｇ／ｋｇの幅を有する。このようにこの植物は汚染された土壌中と比較して植物組織中に於いてヒ素を約２００倍まで濃縮する異常な能力を有する。都合の良いことに、本発明のシダ植物は、低濃度の汚染物質を有する土壌よりも汚染物質を取り除く。これは容認できるレベルまで汚染物質の濃度を低くするという本発明のプロセスのために重要である。
【００３１】
本発明の好適な方法には、そのバイオマス中にヒ素を蓄積させる為にそれらにとって十分な条件下で、それら植物の１つ若しくは複数の器官を生長させることを含む。“ヒ素”という言葉はまた、混合物若しくはヒ素及び有機若しくは無機化合物を有する化合物を含む。
【００３２】
そのような植物が導入されたヒ素含有環境は本発明の範囲を限定するものではない。環境がシダ植物の生長を持続させる限り、環境は純粋な水性環境（即ち水栽培培養）から、水の飽和度、有機物質含量、ミネラル含量、その他の塩化の程度が変化する土壌環境までの幅を有してもよい。都合の良いことにシダ植物は日向と日陰どちらでも生長し、また湿度が高い環境若しくは乾燥した環境のどちらかに於いても生長し得る。例えば本発明は湿地帯に於いて利用されてもよい。ｐＨは約８−１０の高さ若しくはそれより高くてもよい。本技術分野に於いて通常の技術を有するものであれば、“土壌”という言葉がそれ故広い範囲の化学的及び物理的形式を含むことが理解でき得る。それ故本発明によって汚染物質が除去され得る物質は土壌、堆積物、廃棄物、及び水を含む。
【００３３】
本方法に適切なヒ素蓄積シダ植物は、環境よりシダ植物の根へとヒ素を抽出する。寧ろ、植物はヒ素を根より苗条へと（即ち植物の地上部分に）転流させる。蓄積の速度は全体のヒ素濃度、土壌の種類、ｐＨ、湿気含有量、有機物含有量、土壌温度、植え付け密度、及び肥料の使用を含む様々な要素に依存して変化し得る。ここに提供された技術を用いて、熟練した技術者であれば特定のアプリケーションのための好適な状況を容易に選択し得る。
【００３４】
一般的に、好適なシダ植物による蓄積は環境中に存在するレベルの１００倍若しくはそれを超えてもよい。最も好適なシダ植物の一部は苗条のバイオマス及び根のバイオマスの乾燥重量にして数％のヒ素を蓄積する。苗条若しくは根はその時回収される。苗条にヒ素を蓄積する本発明の植物の能力は、苗条が回収可能（即ち地上にある）バイオマスを表すことから重要である。苗条に於けるヒ素の蓄積は、植物が土壌に於いて生長する場合苗条と比較して、一般的に根を回収することが困難であるので好適である。しかし植物の何れの部分であっても潜在的に回収可能である。例えば、葉(leaf)、茎、葉(fond)及び根はシダ植物より回収されてもよい。
【００３５】
ヒ素で汚染された土壌に加えて、シダ植物サンプルは汚染されていない用地よりも収集され、その土地のヒ素濃度は０．５から７．６ｍｇ／ｋｇである。それらの植物の葉（地上のバイオマス）に於けるヒ素濃度は１２から６４ｍｇ／ｋｇの幅であり、最大の濃縮係数は１３６である。このことは本発明のシダ植物が高いヒ素レベルは勿論のこと低いヒ素レベルの土壌よりもヒ素を蓄積することを明瞭に説明する。
【００３６】
このように、シダ植物のヒ素濃縮ファクターは、汚染されていない土壌は勿論のこと汚染されている土壌に於いても自然の生長条件の下で観測される。本技術分野に於いてスキルを有するものは、現在の明細の利点をもって、植物の生長のための条件を最適化し汚染物質の取り込みを最適化する。ここで報告された取り込みはフィールドに於ける条件下であって例えば温室のような適切に調節された環境に於いては増加してもよい。
【００３７】
通常の植物に於けるヒ素の条件は、０．０１から５ｍｇ／ｋｇであって、平均すると２．５ｍｇ／ｋｇとなる。そのような訳で、本発明のシダ植物はヒ素の毒性よりの被害を被ることなく、通常の植物の平均と比較して３０００倍のヒ素を蓄積する。このことは、ヒ素が雑草を駆除するべく除草剤として用いられてきたことからもわかるように、植物にとって極めて異常である。
【００３８】
本発明のシダ植物は汚染された用地よりヒ素を取り除くための方法に於ける使用のために非常に都合の良いものである。それらのシダ植物（Pteris vittata）は石灰岩表面から岩石森林地帯まで広がる幅広い土壌環境で生存可能である。それらシダ植物はまた比較的大きなバイオマスを有しており、例えばそれらシダ植物はブレードが２５−６０ｃｍの長さで１３−２５ｃｍの幅を備えた全長３０−９０ｃｍの葉(frond)を提供してもよい。またシダ植物は、たった１つの植物から数万の再生を容易に行い得る。ヒ素によって汚染された土壌に一度植え付けられれば、本発明のシダ植物はそれらが多年性の植物であるので毎年育ち、即ちシダ植物は再び種を蒔く若しくは植え替えることを必要とせず用地が浄化されるまで毎シーズン回収されてもよい。
【００３９】
特殊な実施例に於いて、本発明はヒ素を蓄積するChinese brakeシダ植物（Pteris vittata）に関する。サンプルが採取される土壌に於けるヒ素濃度の平均は３９４ｍｇ／ｋｇであり、最も高い濃度は１６０３ｍｇ／ｋｇである。葉、茎、及び根に於ける８つの植物サンプルより採取したヒ素濃度の平均は、各々４３５９、１８２４、１７５８ｍｇ／ｋｇ（乾燥重量）であり、最も高かったヒ素の濃度は葉中に於ける７５２６ｍｇ／ｋｇであった。ヒ素濃度の平均を基にして、シダ中に於けるヒ素濃度は典型的には土壌に於けるそれの少なくとも５倍以上である。この植物はヒ素で汚染された土壌よりヒ素を抽出することに対して高い有用性を有し、すなわち土壌を浄化する。
【００４０】
本発明のヒ素蓄積シダ植物は全国的及び世界中の数万のヒ素汚染土壌を改善することに用いられ得る。フロリダだけで１万にせまるヒ素汚染用地が存在する。この技術は費用効果を有しておりまた環境に優しく、ヒ素に汚染された用地を浄化しなければならない人であれば誰でも用いることができる。改善は用地でin situで行われ、より調整された系のために物質を別の場所へと取り除くことでex situで行われてもよい。シダ植物が回収された時、ヒ素、リン含有物、若しくはその他の金属は回収され、本技術分野に於いてスキルを有するものが知り得る方法を用いて処理され得る。処理若しくは回収ステップは、例えば微生物処理、化学的処理、焼却、又はその他の植物による処理などを含んでもよい。それらの方法は更にガス化装置の使用も含んでもよい。
【００４１】
この技術がヒ素汚染環境に適応され得る特殊なアプリケーションは次のものを含む。
【００４２】
１  温室中のヒ素汚染土壌の浄化
ヒ素除草剤はフロリダ、ニューヨーク、ジョージア州等を含む複数の州に於いて現在も用いられている。結果として温室に於ける多くの土壌がヒ素によって汚染され、浄化される必要がある。
【００４３】
２  ヒ素汚染地下水若しくは地表水の浄化
ヒ素で汚染された地下水若しくは地表水が、ヒ素がシダ植物によって取り込まれまた地下水が浄化されるように、シダ植物が生長する地面へ灌漑され得る。
【００４４】
３  有機物質及びヒ素の双方によって汚染された土壌の浄化
シダ植物（ヒ素及びリンの取り込み）及びポプラの木（有機汚染物質の減成補助）の双方が混合汚染用地の浄化のために用地に導入されてもよい。
【００４５】
４  鉛及びヒ素の双方によって汚染された土壌の浄化
シダ植物（ヒ素及びリンの取り込み）及びインド芥子（鉛の取り込み）の双方が、複合的に汚染された用地を浄化するべく用地に導入されてもよい。
【００４６】
５  ヒ素で汚染された湿地帯の浄化
シダ植物は、湿地帯環境に於いてヒ素及びリンの両方を取り込むべく導入されてもよい。
【００４７】
６  廃水処理
シダ植物は廃水よりヒ素を取り除くべく、廃水が灌漑のために用いられるような場所で育てられてもよい。
【００４８】
７  廃棄物の処理
シダ植物は物質を浄化するべく、ヒ素で汚染された廃棄物質中で直接育てられてもよい。
【００４９】
特殊な実施例に於いて、本発明はシダ植物がそのバイオマス中に於いて物質より汚染物質を蓄積するに十分であり、即ちシダ植物の空気乾燥されたバイオマスの少なくとも１％が汚染物質であるような条件の下で、汚染物質を含む物質中にて栽培されたシダ植物を含む汚染物質をファイトレメディエーションする方法に関する。シダ植物はその時収穫され、汚染物質はバイオマスより回収される。好適には、物質は植物バイオマス及び汚染物質の生物学的利用能を増加させるべく最適化された栄養レベルまで調整される。下水、スラッジ、及び堆肥はシダ植物の生長を促進させるべく添加されてもよい。汚染物質は、環境的に関係し、これに限定するものではないが、ヒ素、リン及びその他の栄養元素、及び重金属も有する有機及び無機汚染物質を含む。
【００５０】
（実施例の簡単な説明）
実施例１は、用地の特性及び植物解析に関する。（表２）
実施例２は、CCA汚染用地からの植物バイオマス中のヒ素、銅、クロムの蓄積及び分布に関する。（表３及び４）
実施例３は、（P vittata）を用いたヒ素汚染用地のファイトメディエーションに関する。（表４）
実施例４は、汚染または非汚染用地に於けるヒ素蓄積植物（P vittata）の有効性に関する。（表５−８）
実施例５は、ヒ素汚染用地よりヒ素を取り除く際の別のヒ素蓄積シダ植物の有効性に関する。（表９−１０）
実施例６は、異なるヒ素汚染土壌よりヒ素を取り除く際のBrakeシダ植物の有効性に関する。（表１１）
実施例７は、異なるヒ素汚染廃棄物よりヒ素を取り除く際のBrakeシダ植物の有効性に関する。（表１２）
実施例８は、水溶液中よりヒ素を取り除く際のBrakeシダ植物の能力に関する。（表１３）
実施例９は、異なるレベルのヒ素を含む人工的な汚染土壌よりヒ素を取り除く際のBrakeシダ植物の能力に関する。（表１４）
実施例１０は、異なる種のヒ素を含む人工的な汚染土壌よりヒ素を取り除く際のBrakeシダ植物の能力に関する。（表１５）
実施例１１は、Brakeシダ植物によるヒ素蓄積の際の成長及び時間の重要性に関する。
【００５１】
実施例１２は、Brakeシダ植物によるCCA汚染土壌よりのリンの蓄積に関する（表１６−１７）。
【００５２】
例１  用地の特性及び植物解析
用地報告：フロリダ中央部の廃棄ＣＣＡ材木保存用地が研究のために選択された。この用地では、１９５２年より１９６２年までの間、ヒ素五酸化物、硫酸銅、及びクロム酸ナトリウム若しくはクロム酸カリウムの水溶液と共に、長さ５０フィート、直径６フィートの円柱形の圧力処理された材木を処理してきた。この使用より、この用地はヒ素、銅、及びクロムによって重度に汚染された。この用地の平均濃度は、ヒ素３６１ｍｇ／ｋｇ、クロム１３８ｍｇ／ｋｇ、また銅６７ｍｇ／ｋｇで量で存在した。
【００５３】
土壌の特性：サンプルのグリッド（grid）は４２フットプロット（foot-plot）による５０よりなる。高レベルのヒ素汚染を表す２つのサンプルグリッドがサンプリングされた。３つの土壌サンプルが、バケットオーガーを用いて各々の用地より採取され代表試料を得るために混合された。土壌は空気乾燥され２．０ｍｍの篩で篩い分けされ、使用前に完全に混合される。土壌のｐＨは１：２土壌／水比率で決定され、Fisher Scientific Accumet model 20 pH/conductivity meterで測定される。土壌有機物はWalkley-Black法で決定された。土壌物質解析は次のように行われる：大凡１．０ｇの空気乾燥された土壌が２０ｍＬのテフロン（登録商標）圧力消化容器中で測定され、１０ｍLの濃硝酸が添加された。試料と試薬が混合され、シールされ、７０ＰＳＩで１０分間CEM MDS-2000マイクロウェーブ試料調整システムを用いて消化された（CEM 1991）。試料溶液はフィルターされ、１００ｍＬの最終的な体積まで希釈され、解析前に冷蔵庫中に予め洗浄されたポリエチレン容器中で保存される。銅、クロム、及びヒ素のための解析はPerkin Elmer SIMMA 6000 Simultaneous Multielement AA Spectrometerに於けるグラファイト炉原子吸収によって行われた。リン、カリウム、マグネシウム、鉄、アルミニウム、及びマンガンは、誘導結合プラズマ分光高度計（ＩＰＣ）によって決定された。ヒ素汚染土壌のためのこれら土壌特性は表２に於いて表されている。
【表２】
0005021861.tif 000003
【００５４】
植物解析：植物組織試料が収集される。試料は洗浄され乾燥室で２４時間乾燥されWilley millを用いて粉末にされた。大凡１．０ｇの乾燥樹木若しくは植物の材料が２０ｍＬのテフロン（登録商標）圧力消化容器内で計量され１０ｍＬの濃硝酸と混合される。組織試料はCEM MDS-2000マイクロウェーブ試料調整システムを用い、各々４０、８０、及び１２０Ｐｓｉで、５、８、及び１０分間消化された（CEM 1991）。試料溶液は１００ｍＬの体積に希釈され、Perkin Elmer SIMMA 6000 Simultaneous Multielement AA Spectrometerを用いたグラファイト炉原子吸収によって解析されるまで冷蔵庫中に保存された。植物組織に於けるヒ素の蓄積は土壌中のヒ素の存在レベルと比較された。このことは蓄積比率若しくはファイトレメディエーション係数として定義された。
【００５５】
次に、本発明を実行するための方法を示す更なる例が存在する。多くの例は上記のＣＣＡ汚染用地より採取された土壌物質を用い、それはＣＣＡ汚染土壌として参照され得る。これらの例は限定的に解釈されるべきではない。特に記述がない限り、全ての濃度は乾燥重量でｍｇ／ｋｇとして表現される。
【００５６】
例２  シダ植物中のヒ素の蓄積
或る種のヒ素蓄積植物が識別された。Pteris vittataの種は乾燥重量にしてそのバイオマス中に４３６０ｍｇ／ｋｇのヒ素を平均的に蓄積することが証明された（図３）。Brakeシダ植物は、銅（１３８ｍｇ／ｋｇ）及びクロム（６７ｍｇ／ｋｇ）を許容しただけでなくそれら２つの金属を吸収するが、そのレベルはヒ素と比較すると低い。銅及びクロムのシダ植物中に於ける濃度は、一般的にその他の種の濃度と比較すると大きい。結果が表３に示されている。
【表３】
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【００５７】
P. vittataの２つの更なる採取が、特殊な植物部位でのヒ素の蓄積を決定するべくなされた。試料が採取され、洗浄され、前述したように乾燥された。乾燥した後、シダ試料は根、茎、及び葉の部分に分けられ、前述した方法で消化（digest）された。
【００５８】
結果が表４に与えられた。
【表４】
0005021861.tif 000005
【００５９】
根、茎、及び葉に於ける収集Ｉよりの平均濃度は、１７５８、１８２４、及び４３５９ｍｇ／ｋｇであった。
【００６０】
例３  ヒ素汚染用地のファイトレメディエーション
フロリダ州に於けるヒ素に汚染土壌の改善のためのシダ植物の使用は、実行可能であり費用効果を有する技術である。P. vittataは、南アフリカ、アジア、日本、ニューギニア、及びオーストラリアに共通な外来種である。米国国内では、この種は、フロリダ、アラバマ、及びルイジアナ州に於いて確認されている。この種は幅広い土壌の状態で生育することが可能であり、多量の日光を受け、通常の土壌状態で、自由に排水できる環境に於いて生長することが好ましい。P. vittataは、石灰岩形成物、岩石モルタル、ロッキー森林地帯、運河の堤防及びしばしば乱れた用地にて生長していることが確認されている。ヒ素汚染土壌のファイトレメディエーションに用いられるために、何をもってそれらの種がそれ程望ましいとされるかという理由は、５〜３０ｃｍの長さの葉柄（stipe）を備えた３０〜９０ｃｍの長さに生長する葉（frond）を有する著しい量の地上のバイオマスを生成するという事実である。最大の平均ヒ素蓄積が、この部分中である（平均の茎及び葉濃度が１８２４及び４３５９ｍｇ／ｋｇである、図４参照）という事実が、レメディエーション計画のためにこの種の有用性を高める。葉に於ける平均的ヒ素濃度が、根に於ける濃度の２倍若しくはそれより大きいことが分かった。
【００６１】
例４  汚染された用地及び汚染されていない用地に於けるヒ素蓄積植物（P. vittata）の有効性
表５−８に於いて示されるように、ヒ素を蓄積するシダ植物（P. vittata）は、汚染されている用地及び汚染されていない用地を含む様々な場所で発見され得る。
【表５】
0005021861.tif 000006
【表６】
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【表７】
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【表８】
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【００６２】
例５ ヒ素汚染土壌よりヒ素を取り除くその他のヒ素蓄積シダ植物の有効性
異なる属の様々なシダ植物が、記述のＣＣＡ汚染土壌及びヒ素濃度が５０及び５００ｍｇ／ｋｇの２つの人工的な汚染土壌にて生育された。これらのシダ植物は、Brakeシダを除いて様々な土地の種苗場より購入され、それは我々の研究室に於いて胞子から栽培された。これらシダ植物の地上のバイオマスは、２、４及び８週の生育の後回収された。試料は回収され、洗浄され、乾燥され、消化され、前述したように解析された。結果は表９及び表１０に示されている。その他のシダ植物種はまた、その地上のバイオマスに於いて多量のヒ素を蓄積することに対し効果的であるのだが、P. vittata程は効果的でないことが明らかである。このことは、Pteris属がヒ素汚染土壌よりヒ素を蓄積することに於いてより効果的であることを表す。
【表９】
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【表１０】
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【００６３】
例６  異なるヒ素汚染土壌よりヒ素を取り除くBrakeシダ植物の有効性
異なる汚染源よりのヒ素で汚染された土壌からヒ素を取り除くP. vittataの有効性が試された。Brakeシダ植物は、これに限定するものではないが、鉱山テーリング（mine tailing）介した汚染、ヒ酸鉛、及びウシ専門獣医（cattle dip vet）を含む全ての種類のヒ素汚染土壌よりヒ素を取り除くのに有効であることが明らかとなった。
【００６４】
Brakeシダ植物が２週間のみ土壌マトリクス中で生長し、しかしそれらはそれらの地上のバイオマス中で、文献中に報告されたその他の植物における５ｐｐｍよりも少ない、２０．５から３６５ｍｇ／ｋｇの著しい量のヒ素を蓄積し得たことを念頭に置いて頂きたい。
【００６５】
３つのソースよりのシダ植物が様々な実験に於いて用いられていることを指摘することが必要である。複数のシダ植物はＣＣＡ汚染用地及びフロリダ大学のキャンパスより採取され、我々の実験室より栽培されたそれらと比較してより成熟した根系統を有していた。例６（表１１）に於いて用いられたBrakeシダ植物は、例５（表１０）に於けるように胞子より我々の実験室で栽培されたものである。例２（表３及び４）及び例４（表５）で用いられたシダ植物は、フロリダ州ArcherのＣＣＡ汚染用地よりのものであるが、例４（表６、７、８、及び９）に於けるそれはフロリダ大学のキャンパスより採取したものであった。同様の生長期間が付与された場合、より成熟した根を有するシダ植物がそうでないシダ植物と比較してより多くのヒ素を蓄積した。２週間の後、キャンパス（より生長した根を有するもの）より採取したシダ植物が、我々の研究室で栽培したシダ植物のそれ（７５ｍｇ／ｋｇ：表１１）よりもより多くのヒ素（３５２５ｍｇ／ｋｇ：表６）を蓄積し得た。例えば６−８週間のより長期の生長期間を付与される場合、実質更なるヒ素が前に実証されるように（表９）蓄積されてもよい。
【００６６】
生長時期もまた、相違を生じさせることに注意して頂きたい。概ねより多いヒ素が、成長期ではないものと比較して成長期シダ植物によって相対的により早いペースで吸収された。表６（夏期生長期，６月〜８月）及び表１１（低生長期，２月〜３月）に於けるBrakeシダ植物のヒ素蓄積の相違は、シダ植物の異なる生長にもまた帰因しうる。このような場合、我々がテストを行ってきたＣＣＡ土壌と比較して鉱山テーリング及びヒ酸鉛汚染土壌から、より多いヒ素がBrakeシダ植物で吸収されるという事実が顕著であった。このことはBrakeシダ植物がそのような有害環境に於いてのみ生存し得るだけでなく、また大量のヒ素を蓄積することが可能であったことを暗示する。
【表１１】
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【００６７】
例７  異なるヒ素汚染廃棄物よりヒ素を取り除くBrakeシダ植物の有効性
汚染された廃棄物よりヒ素を取り除くP. vittataの有効性についてテストされた。Brakeシダ植物が、全ての種類のヒ素汚染廃棄物、これに限定するものではないが、種々の灰、おが屑、種々の堆肥、及び再生遮蔽（screened）物質を含むものよりヒ素を取り除くことに於いて有効であることが明らかにされた。十分な時間を与えられた場合、より多いヒ素がBrakeシダ植物によって蓄積されてもよく、それは我々の研究室で栽培されたものでまた例５−１１（表１０−１５）に於いても用いられている。
【表１２】
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【００６８】
例８  水溶液よりヒ素を除去する溶液シダ植物の能力
水栽培実験が、土壌を含有しない水溶液中よりのヒ素の除去に於けるBrakeシダ植物の能力決定に用いられた。或るシダ植物（当研究室で栽培されたもの）が、１から１００ｍｇ／ｋｇの幅のヒ素濃度を有するHoagland栄養溶液（２５％の強さ、ｐＨ＝７．５、３つの複製）２００ｍＬと共に容器に移された。２０日間の後、シダ植物は回収され前述した方法でヒ素のために解析された。
【００６９】
Brakeシダ植物が、濃度にして１から１００ｐｐｍのヒ素を含有する水溶液からのヒ素の除去に関し極端に効果的であったことは明らかである。Brakeシダ植物は殆どの植物を枯らし得る１００ｍｇ／ｋｇのヒ素濃度に耐えるのみならず、その地上のバイオマスに大量のヒ素（２７００ｍｇ／ｋｇまで）を蓄積する。殆どの汚染された土壌に於けるヒ素濃度は、水溶液中における１００ｍｇ／ｋｇを超過することはまれであり、このことはBrakeシダ植物が最も極度に汚染された土壌に於いて用いられ得ることを示唆する。このようなシダ植物に於ける地上のヒ素濃度はその根に於ける濃度の平均で５倍大きく、根と比較して地上のバイオマスを回収することがより容易であるので、この植物がヒ素汚染物質をファイトレメディエーションすることに関してより興味がそそられる。加えてヒ素はその最小の蓄積割合（ＡＲ）が＞３０でこのシダ植物の地上のバイオマス中に豊富にされ、即ち植物中のヒ素濃度がその水栽培水溶液に於けるそれの少なくとも３０倍であった。しかし、ＡＲはヒ素レベルが１から１００ｍｇ／ｋｇへと増加するにつれ１０５から３０へと減少するので、ヒ素ＡＲはマトリクス中のヒ素レベルの増加に伴い減少することが明らかだった。
【表１３】
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【００７０】
例９  異なったレベルのヒ素を含有する人工的汚染土壌よりヒ素を除去する際のBrakeシダ植物の能力
Brakeシダ植物が、水溶液中に於いて１００ｍｇ／ｋｇまでのヒ素に耐え得ることが明らかにされた。この実験は５０から５００ｍｇ／ｋｇの幅を有する人工的な汚染土壌に於いて最大のヒ素濃度を決定する。或るシダ植物は１．５ｋｇの土壌を有する８へと移植され（４回の反復試験）、１２週間生長させた後回収され記述の方法によって解析される。
【００７１】
Brakeシダ植物は土壌に於いて５００ｍｇ／ｋｇのヒ素に耐えるのみならず、相当量のヒ素を蓄積し、特にその地上のバイオマス（１０５３６ｍｇ／ｋｇまで）に蓄積する。土壌に添加されたヒ素は大抵水溶性である。シダ植物に於けるヒ素濃度は土壌に於けるヒ素濃度が増加するにつれ減少し、土壌のヒ素濃度が５０から５００ｍｇ／ｋｇへと増加するにつれ、ヒ素蓄積割合が６４から２１へと減少する。明らかに、このシダ植物が高い濃度と比較して低い濃度に於いてヒ素を豊富にすることにより効果的であった。
【表１４】
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【００７２】
例１０  異なる種のヒ素を含有する人工的な汚染土壌よりのヒ素の除去に於けるBrakeシダ植物の能力
Brakeシダ植物が様々なソースより汚染された土壌からヒ素を蓄積し得ることが証明されてきた。この実験は、５０ｍｇ／ｋｇの異なる種のヒ素を加えられた人工的な汚染土壌でのヒ素の取り込みに於けるシダ植物の有効性を決定した。或るシダ植物は１．５ｋｇの土壌を含む鉢に移植され（４回）、１８週間生長させた後回収され記述の方法でヒ素解析された。
【００７３】
Brakeシダ植物がこれに限定するものではないが表１５に表記されており、過去（無機ヒ素）及び現在（有機ヒ素）で用いられた通常の農薬などを含む異なったヒ素の種を取り込む点で効果的であった。このシダ植物はCa-Asの除去に関し最も有効であり、Al-As及びFe-Asの除去に関しては最も効果的でなかった。このことは、Ca-As、Na-As、及びK-Asと比較してより低い溶解度に関連し得る。
【表１５】
0005021861.tif 000016
【００７４】
例６  Brakeシダ植物によるヒ素蓄積に於ける、生長及び時間の重要性
生長及び時間が、ＣＣＡ汚染土壌（Ａｓ＝９７．７ｍｇ／ｋｇ、ｐＨ＝７．９）よりのヒ素の取り込みに於けるBrakeシダ植物の有効性にどれ程影響を与えるかということが決定された。或るシダ植物が１．５ｋｇの土壌を有する鉢へと移植され（４回）、２０週に渡る生育の後回収され、記述の方法でヒ素を解析された。
【００７５】
表６のデータとは異なり、Brakeシダ植物は２週間の間には著しい量のヒ素を吸収せず、そのことは遅い成長（オフ生長期、１０月〜２月）及び若い根（我々の研究室に於いて栽培されたもの）の双方に帰因するとされても良い。しかし著しい量のヒ素が第８週までに吸収され、それは量にして６０００ｍｇ／ｋｇであり、土壌に於ける量（９７．９ｍｇ／ｋｇ）の６０倍以上であった。先に述べられた別の重要なポイントは、地上のバイオマスで蓄積されたヒ素が根のバイオマスに於いて蓄積されたそれよりも著しく多かったという点である。図１Ａ及び１Ｂは、シダの生長及びＣＣＡ汚染土壌よりのヒ素の取り込みの比較を表している。
【００７６】
例１２  Brakeシダ植物によるＣＣＡ汚染土壌よりのリンの蓄積
シダの試料は、ＣＣＡ汚染用地より採取されリンに関して解析された。ヒ素の蓄積に加えて、Brakeシダ植物はまた表１６から１７に示されるようにＣＣＡ汚染用地よりのリンの蓄積にも効果的であった。
【００７７】
表１６及び１７に示されるように、Brakeシダ植物がリンの蓄積に効果的であるように示されている。
【表１６】
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【表１７】
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【００７８】
本発明は、記述され、明らかにされ、図示され、ある実施例若しくは補正の様々な用語で示されてきたが、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、様々な実施態様を取りうる。その為、前述の実施例はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示す物であって明細書本文には何ら拘束されない。更に、特許請求の範囲に属する変形や変更はすべて本発明の範囲内の物である。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】  本発明の実施例１１の成長時間に対するシダ植物の高さ若しくは葉の数のグラフである。
【図１Ｂ】  本発明の実施例１１の成長時間に対するヒ素含有量のグラフである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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