資源戦略学講座

Resources Strategies

環境修復生態学分野

Geoenvironmental Remediation

Development of Environmental Friendly Remediation Technologies
and Resource Recovery Technologies

教授 井上 千弘

准教授 グラウゼ ギド

助教 簡 梅芳Professor

Associate Professor

Assistant Professor

Chihiro Inoue

Guido Grause

Mei-Fang ChienGroup photo of Inoue lab 2019

Group photo of lnoue lab year end party 2019

これらの問題を解決する有効な手法やその適用にはまだ多くの課題が残されている。我々の研究室は上記の問題を低コスト・低環境負荷の環境修復技術や資源回収技術により解決することを目指し、これらの技術開発に関する研究を行っている。以下 2019 年の主な研究活動を紹介する：（1）植物・微生物を用いた有害重金属化合物による土壌・水環境汚染の修復に関する研究、（2）難分解性有機化合物の生物分解に関する研究、（3）有害化合物の環境負荷低減技術および有用化合物回収技術の開発に関する研究。

その成分により根圏菌叢が変化して、PAH の分解に影響を及ぼしていることを証明した (Fig.2)。また、1, 4 -ジオキサンに分解能を示す集積培養系の構築に成功し、集積培養系から新規分解菌のVariovorax
sp. TS13 を単離した。その他、四塩化炭素、重油を対象物質として分The contamination of soil and groundwater by heavy metals and persistent organic pollutants (POPs) such as chlorinated organic compounds and petroleumhydrocarbons has been a serious environmental issue of global concern. Moreover, demand for underground mineral resources is growing. However,effective methods for pollution removal and resource recovery with low environmental burden have not been successfully developed and thus remain asa challenge. Our target is to develop remediation and resource recovery technologies that reduce costs, energy demand, and environmental load. Here we
introduce our major scientific activities in 2019 as follows: (1) phyto- and bio-remediation of heavy metals from polluted soil and water, (2) biodegradationof polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and other POPs, and (3) development of technologies to prevent elution of hazardous compounds and/or torecover valuable materials.

解する集積培養系の構築と解析も進めている。

有害化合物の環境負荷低減技術および有用化合物回収技術の開発に関する研究
SEM/EDX/MLA などを用いた元素マッピング等により石炭灰に含有される微量有害元素と構成鉱物の特徴付けを行い、有効利用に向けた石炭灰のグルーピング手法を開発した（Fig.3）。また、土壌から植物・微生物を用いた有害重金属化合物による土壌・水環境汚染の修復に関する研究

Phyto- and bio-remediation of heavy metals
from polluted soil and water

ヒ素やカドミウムによる土壌・水環境汚染の修復について、それぞRegarding the phytoremediation of arsenic and cadmium/zinc fromcontaminated soil or water, we continued to apply the hyperaccumulators
Pteris vittata (arsenic) and Arabidopsis halleri ssp. gemmifera (cadmium/zinc) to demonstrate their hyperaccumulation mechanisms as basic researchand to apply them in field trials in Japan and Vietnam using both soil
planting and hydroponic cultures. In 2019, first we confirmed that
inoculation of arsenic-uptake-promoting bacterium m318 strain increased
the ratio of arsenic oxidase genes in the rhizosphere, which facilitatedarsenic removal by P. vittata (Fig.1). Second, we focused on candidate genesthat contribute to arsenic/cadmium uptake and characterized their expression
by quantitative RT-PCR and transcriptome analysis. Third, we applied thePETIS method using short-living radioisotopes to investigate and visualize
the transportation of arsenic in P. vittata.

れの高蓄積植物（ヒ素：モエジマシダ、カドミウム & 亜鉛：ハクサンハタザオ）を用いた機序解明の基礎研究及び圃場や現場における実証試
験を継続し、今年は（1）シダのヒ素蓄積を強化する微生物の添加が根圏中亜ヒ酸酸化酵素遺伝子の増加に繋がり、シダによるヒ素除去の効果を高まったことを確認した (Fig.1)。
（2）ヒ素・カドミウムの吸収・輸送過程において、関与する機能遺伝子の発現を定量 PCR 及びトランスクリプトム解析を進めた。(3) 本学サイクロトロンラジオアイソトープセンター、量子科学技術研究開発機構、高崎量子応用研究所と共同研究を行い、短寿命放射性同位体を用いた PETIS 測定によりヒ素高蓄積植物であるモエジマシダ体内におけるヒ素輸送過程を初めて可視化することができた。

難分解性有機化合物の生物分解に関する研究
多環芳香族炭化水素（PAHs）の生物分解につて、スーダングラスを用いた水耕栽培実験系を確立し、植物は年齢により根分泌物が異なり、Fig.1 As accumulation of Pteris vittata with (PvI)
and without (PvN) m318 strain inoculation.

10 Coexistence Activity Report 2019

Microbial degradation of persistentorganic pollutants
To investigate plant-bacteria-mediated biodegradation of PAHs, a hydroponic
system utilizing sudangrass was established. Results showed that the root
exudate composition along with its rhizosphere bacteria varies with plantFig.2 Image of (1) interaction between plantand microbes in PAH degradation (2) plant-age
driven PAH biodegradation.

Fig.3 Image of proposed coal fly ashgrouping method.のマイクロプラスチックの分離について、フェントン反応により生体物質を除去し、エルトリエーションと遠心機を用いた分離、さらに蛍光染色によりプラスチックの分離を確認した（Fig.4）。レアメタル回収技術の開発を目指し、モリブデン吸着酵母の固定化による回収システムの検討を行っておる。

age, which resulted in a change in the PAHs degradation potential of thesystem (Fig.2). Microbial consortia for the degradation of 1,4-dioxane,tetrachloride, and heavy oil were successfully constructed, and a novel
bacterium, Variovorax sp. TS13, for the degradation of 1,4-dioxane was found.

Development of technologies preventing theelution of hazardous compounds and/or therecovery of valuable compounds
SEM/EDX/MLA was applied for elemental mapping and the identificationof compounds in coal fly ash, and a grouping method towards an effective
use was proposed (Fig.3). For the assessment of microplastics in soil,
plastic was separated by elutriation and centrifugation, including theremoval of biological material by Fenton reaction, and plastic particles
were identified by staining and visualizing by fluorescence microscopy atseveral wavelengths (Fig.4). Molybdenum-adsorbing yeast was constructed
as a resource recovery technology, and in a further step, we are trying toimprove the adsorption ratio by constructing a biological recovery systemthrough immobilization of yeast.

Department of Environmental Studies for Advanced Society

重金属や難分解性有機化合物による土壌・地下水の環境汚染の深刻化や、地下資源への需要増加に対する供給不足が関心を集めてきているが、先進社会環境学専攻

環境思いの修復技術と資源回収技術の開発

International exchange and other activities

国際交流、学会発表、その他活動
井上教授、簡助教が中国上海大学及び科学院南京土壌研究所に招聘されレクチャーを行った。簡助教が台湾中央研究院及び中興大学と共同研究を開始し、9 月に打ち合わせを行ってきた（Fig.5）。ギド准教授はドイツ Free 大学の Rillig 教授を招聘し、講演を行なった。
簡助教が台湾国立中興大学農業生物技術工学センターに招待講演を行なった。タイのカセサート大学 4 年生の Thiti Jittayasotorn とTidtita Jongchuaywong を半年間研修生として受け入れた。D2 銭が第 56 回アイソトープ・放射線研究発表会にて若手優秀講演賞を受賞した（Fig.6）。D2 銭と D1 Christine が第 16 回国際植物技術会
議に学生賞に選出された。その他国際・国内学会における研究発表をProf. Inoue and Assist. Prof. Chien were invited to deliver lectures at
Shanghai University and the Institute of Soil Science, Chinese Academy ofSciences, China. They also visited Academia Sinica, Taiwan (Fig.5). Assoc.
Prof. Grause invited Prof. Matthias Rillig from the Free University ofBerlin, Germany for a lecture. Assist. Prof. Chien gave an invited speech at
the annual meeting of the ENABLE Center, National Chung-Hsing
University, Taiwan. We welcomed Ms. Thiti Jittayasotorn and Mr. Tidtita
Jongchuaywong as visiting students from Kasetsart University, Thailand.
Mr. Qian (D2) received the best oral presentation award at the 56th
Radioisotope Conference (Fig.6), and Mr. Qian (D2) and Ms. Wiyano (D1)received phytoscholar awards at the 16th International Phytotechnology
Conference. In addition, we presented 16 oral/poster presentations at
various international or domestic conferences.

計 16 件行った。

Fig.4 Fluorescence microscope images of various
types of microplastic.

Fig.5 Prof. Inoue and Assist. Prof. Chien inAcademia Sinica, Taiwan.

Fig.6 Photo of Mr. Qian (D2) receiving theaward of the Best Oral Presentation in the 56th
Radioisotope Conferense, Tokyo.
Coexistence Activity Report 201911