資源戦略学講座

博士研究員

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

技術補佐員

山本 麻理

事務補佐員

工藤 悦子

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

黄田 毅

Group Photo

Mei-Fang Chien

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 2020 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）生物機能を利用した環境技術の開発に関する研究、（3）土壌環境中のマイクロプラスチックの実態およびその分解プロセスに関する研究の分解がより効率的に進行することがわかった。また、1, 4 - ジオキ
サンに分解能を示す集積培養系から新規分解菌の Dokdonella sp. とBradyrhizobium sp. の単離に成功した。その他、微生物によるレアメタル回収技術の開発を目指し、固定したモリブデン吸着酵母を用い

The contamination of soil and groundwater by heavy metals and persistent organic pollutants, such as petroleum hydrocarbons, has been a serious
environmental issue of global concern. Moreover, demand for underground mineral resources is growing. However, effective pollution removal andresource recovery methods with low environmental burdens have not been successfully developed and thus remain a challenge. Our target is to develop
remediation and resource recovery technologies that reduce costs, energy demands, and environmental loads. Here, we introduce our major scientificactivities in 2020: (1) phyto- and bioremediation of heavy metals from polluted soil and water, (2) development of biotechnologies by utilizing biofunctions, and (3) investigation of the distribution and degrading process of microplastic in the soil.

た効率的なモリブデン回収を技術的に確認できた。また、油層担持高分子多孔質薄膜を平面・曲面基板上に作製し、微生物に対する抗生物付着特性を確認した (Fig.3)。

ヒ素（As）やカドミウム（Cd）による土壌・水環境汚染の修復について、それぞれの高蓄積植物（As：モエジマシダ、Cd：ハクサンハタザオ）を用いた基礎研究及び実証試験を継続し、今年は（1）宮城県内三つの圃場にて栽培試験を行い、微生物や他の植物との共同栽培効果を検証した（Fig.1）。
（2）モエジマシダは根においてリンのトランスポー
ター PvPht1;3 よりヒ酸を吸収、ヒ酸還元酵素 PvACR2 より還元したのち、地上部に輸送することを RNA レベルにて確認した（Fig.2）（3）短寿命放射性同位体を用いた PETIS 測定によりモエジマシダとハクサンハタザオの体内における対象金属輸送過程の追跡を、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の共同研究として継続している。

生物機能を利用した環境技術の開発に関する研究
石油系炭化水素化合物を分解する集積培養系の構築に成功し、うちAchromobacter sp. と Ochrobactrum sp. が 主とする 集 積 培 養は、培養系に分泌される生物的界面活性物質により、炭化水素化合物

Fig.1 Photo of a field trial for Pteris vittata andArabidopsis helleri ssp. gemmifera in Miyagi
prefecture.

10 Coexistence Activity Report 2020

Phyto- and bioremediation of heavy metals
from polluted soil and water
Regarding the phytoremediation of arsenic (As) and cadmium (Cd) fromcontaminated soil or water, we continued to apply the hyperaccumulators
Pteris vittata (As) and Arabidopsis halleri ssp. gemmifera (Cd) to demonstrate
their hyperaccumulation mechanisms through basic research and to apply
them in field trials in Japan and Vietnam using soil and hydroponiccultivations. In 2020, first, we continued the field trails in three fields inMiyagi prefecture (Fig.1). Second, we confirmed the sensitive AsV absorption
by a P transporter PvPht1;3, constitutive AsV reduction by PvACR2 andsubsequent AsIII transportation in root of P. vittata in RNA level (Fig.2).
Third, we continued applying the PETIS method using short-living
radioisotopes to investigate and visualize the transportation of As in P. vittataand Cd in A. halleri ssp. gemmifera.

する 微 生 物 を調 べ、 土 壌 中 存 在 割 合 の 低い Pseudomonas 属とれらの菌はプラスチックに付着性を示したことを確認した (Fig.4)。

International exchange and other activities

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法を確立し、精度を上げた。また、畑から回 収した農 業 用プラスチック資材に存 在Janthinobacterium 属がプラスチック表面の優占種であり、またこ国際交流、学会発表、その他活動
グラウゼ 准教授がインドネシアのブラウィジャヤ大学の「3 in 1」プログラムに客員教授として勤めた。また、第 4 回国際グリーン農業・バイオ経済 会議（ICGAB 2020）にて土壌中のマイクロプラスチックについて基調講演を行った。簡助教は「微生物・植物による環境汚染浄化機構の解明とその応用に関する研究」を題目として環境

Development of biotechnologies
by utilizing bio-functions

バイオテクノロジー学会奨励賞を受賞した。グラウゼ准教授は The

Petroleum hydrocarbon compound-degrading consortia were established,in which the biosurfactant produced from the consortium contained mainly
Achromobacter sp. and Ochrobactrum sp. supported efficient degradation.
We also successfully isolated two novel 1,4-dioxane degrading bacteria,

を行い、Best Oral Presentation を受賞した（Fig.5）。第二回環境Fig.2 Hypothesis of As absorption, reduction
and transportation by P. vittata.

Fig.3 Procedure of fabricating anti-fouling surface.

Investigation of the distribution anddegrading process of microplastic in the soil
For the assessment of microplastic in soil, we continued developing
approaches to separate microplastic from the soil. We separated themicroplastic through elutriation and centrifugation, including the removalof biological material by the Fenton reaction, and we identified plastic
particles by staining and visualization through fluorescence microscopy atseveral wavelengths. We investigated the influences of agricultural plastics
to soil bacteria and found that Pseudomonas and Janthinobacterium, whichwere minority in soil bacterial communities, became majority on thesurface of plastic (Fig. 4), suggesting the existence of plastics in soilinterferes with soil microflora.

土壌環境中のマイクロプラスチックの実態およびその分解プロセスに関する研究
土壌 からのマイクロプラスチックの分離について、フェントン反植物・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

Dokdonella sp. and Bradyrhizobium sp., from a consortium. We applied
immobilization technology to molybdenum-adsorbing yeast and confirmed
the efficient molybdenum adsorption by the immobilized yeast. We
fabricated oil-infused honeycomb film (oPCF) by breath figures andconfirmed its antibiofouling properties (Fig.3).

2nd International Conference on Advances in Civil andEcological Engineering Research (ACEER2020) に出席・発表

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、As a visiting professor, Dr. Grause provided several lectures for the “3 in 1”
program of Brawijaya University. The lectures focused on the impact ofplastics on the environment. This included a webinar on microplastic and aworkshop. The whole program was conducted online. As a part of theprogram, Dr. Grause provided a keynote lecture at the 4th International
Conference on Green Agro-industry and Bioeconomy (ICGAB 2020) about
microplastic in soil. Dr. Chien and her research, entitled “Clarification andapplication of the mechanisms of purifying environmental contaminationby plants and microbes,” received the Encouragement prize from Japan
Society for Environmental Biotechnology. Dr.Grause also received the bestoral presentation award at the ACEER2020 (Fig.5), and Mr. Ryonosuke
Shimura (M1) and Miss Kanako Sato (M1) received the poster award in the
2nd Environmental Forum (Fig.6).

討論会に、M1 佐藤花奈子と M1 志村龍之介が優秀ポスター賞を受賞した（Fig.6）。

Fig.4 Distribution of bacteria from s1)sheet-rinsingwater, m1)mulch-rinsing water, p1)peg-rinsing water,sol)soil at p)phylum and g)genus level.

Fig.5 Best oral presentation by Assos.
Prof. Grause in ACEER 2020.

Fig.6 Photo of Mr. Shimura (M1) and Miss Sato (M1)receiving the award of the Best Poster Presentation inthe Environmental Forum 2020.
Coexistence Activity Report 202011