月例卓話

琵琶湖水圏における水生植物の重金属集積
辻康介＊・浅山拓馬＊・西序論

田和真＊＊・原田英美子＊＊

2012 年－ 2014 年の 3 年間にわたり毎月調査し

重 金 属 集 積 植 物（hyperaccumulator） は，Mn 濃度を測定した．その結果，春先から夏にその地上部（主に葉および茎）に高濃度の重金かけて高く，バイオマスが増加する秋にかけて属を含有し，なおかつ生育阻害を受けない植物減少する，再現性のある季節変動が見られた．

で，現在までに世界で約 500 種が知られている個体別の最大蓄積量は 56,000 mg/kg にも上っ

（Baker et al. 1989; Pollard et al. 2014）．重金属た．

集積植物は，その特異な性質に興味が持たれる

オオカナダモは単子葉植物網トチカガミ科とともに，産業への応用が期待されている．例

オオカナダモ属，雌雄異株の沈水植物であり，えば，ファイトレメディエーションは，環境中

日本の多くの地域で冬でも枯死せずにバイオマの汚染物質を，植物を用いて吸収・分解する技

スを小さくし越冬する．南米原産で，植物生理術で，植物を利用して環境中の重金属を吸収さ学に用いる実験植物として 1920 年代に日本にせて除去する手法が考えられる（Leitenmaier

持ち込まれた植物が帰化したとされている（角and Küpper 2013）． フ ァ イ ト マ イ ニ ン グ は，野 1994；Kadono 2004）．日本国内では北海道

有用金属元素を植物を利用して効率的に回収すを除く全国各地の湖沼，河川，水路に群生してる技術である．これらの手法には重金属集積植おり栄養繁殖で分布を広げている．さらに特定物が利用可能であると考えられる．

外来種に指定されており，1970 年代以降に琵

重金属集積植物は，その定義が示すように，琶湖で大量繁茂し，景観の悪化や漁業の妨げとこれまで主に陸生の植物で研究が進められてきなっている．これまで，除去されたオオカナダ

た．筆者らの研究グループは，水生植物の重金

モは主に廃棄物として処理されている．

属集積性に着目し，琵琶湖水圏へのアクセスのオオカナダモの Mn 高集積は，屋内実験で良さを生かした研究を進めている．琵琶湖東岸は再現できないことから，何らかの環境要因にの下石寺集落環濠（滋賀県彦根市，北緯 35 度影響されていることが考えられた．このため現14 分，東経 136 度 10 分）をまず主なフィール

在，付着微生物群の評価を含めて現在継続してドと定め，2011 年 9 月に水生植物の採集と重調査を進めている．

金属の集積を調査した．その結果，オオカナダ

本 稿 で は， オ オ カ ナ ダ モ の Mn 集 積 性 と，モ（Egeria densa）に著しい Mn の集積が認め

約 1 万トンといわれる琵琶湖の膨大な水生植物られた．その最大濃度は，陸生の Mn 集積植物バイオマスを利用する可能性を探るため，調査に匹敵する 18,000 ppm という値であった（Tsuji

範囲を琵琶湖の広い地域に拡大してオオカナダet al., submitted）． さ ら に， オ オ カ ナ ダ モ をモの採集と環境調査を行った結果について報告＊

滋賀県立大学・環境科学部・環境動態学専攻

＊＊

滋賀県立大学・環境科学部・生物資源管理学科

第 299 回京都化学者クラブ例会（平成 27 年 5 月 9 日）講演
24

海洋化学研究第29巻第 1 号

平成28年 4 月

する．さらに，水生植物から Mn を回収する手法の開発についても検討を行った．

112

3

7月

6月

9月

9月

4

結果
1．琵琶湖水圏各地で採集したオオカナダモの金属集積
彦根市の下石寺集落環濠に加え，北湖の調査地として 3 か所，南湖の調査地として 1 か所を選び，オオカナダモを採集した（図 1，表 1）．
植物を洗浄，乾燥後，硝酸と過酸化水素を用い

Mn 含有量 mg / 植物体乾燥重量 kg

60000

40000

20000

0て湿式分解し，ICP-OES（誘導結合プラズマ発光分光分析法）を用いて金属の定量分析を行っ

2013

2014年

6月

11月

6月

2013年

10月

2014年

年
北湖

図21南湖

 湖および南湖で採集されたオオカナダモ
北の Mn 含有量
北湖の採集地①－③，および南湖の採集地④の場所は図 1 の地図と対応している．

25

3た．北湖で採集した全ての植物体と，南湖で2014 年 6 月と 10 月に採集した植物体で Mn 集積植物の基準値 10,000 mg/kg を超える Mn 集積量を示した（図 2）．北湖における最大 Mn

4

集積量は 54,000 mg/kg，南湖では 50,000 mg/kg であった．しかし，2013 年 6 月，11 月に採図1取したオオカナダモでは，Mn 集積植物の基準 琶湖水圏のオオカナダモ採集地
琵①－③は北湖，④は南湖，⑤は下石寺環濠の位置を示す．
表1

採集地

値には達していなかった．このように，オオカナダモの Mn 集積量に採取地や採集年で差がみ琵琶湖水圏のオオカナダモ採集地
現地の環境られた．その原因として，オオカナダモの Mn

GPS 情報①

北湖
北緯 35 度 25 分
長浜市湖北町，湖岸から約 150m 東経 136 度 11 分
離れた小島付近②

北湖
北緯 35 度 22 分
長浜市港町，長浜港付近の湖岸 東経 136 度 15 分③

北湖
彦根市尾末町付近，旧彦根港

北緯 35 度 14 分
東経 136 度 15 分④

南湖
大津市黒津，瀬田川洗堰北側

北緯 34 度 56 分
東経 135 度 54 分

集積能に個体差があるか，もしくは野外の複数の環境要因が寄与していることが考えられた．
2．オ オカナダモバイオマスからの Mn 回収の試み
下石寺集落では，毎年 10 月に「溝さらい」と称して，環濠の水を落として一斉清掃を行い，

採集地は図 1 の地図上の番号①－④に対応している．

Transactions of The Research Institute ofOceanochemistry Vol. 29 No. 1, Apr., 201625

ゴミとともに水生植物の除去を行っている．

2012 年の清掃の際に，環濠で生育しているオオカナダモを全て採集した．採集したオオカナダモの総量は，乾燥重量で 11.00 kg であった．
前述したファイトマイニングによる Mn の回収法の開発のため，オオカナダモ乾燥植物体を利用した手法の開発を試みた．Mn 集積植物から Mn を回収する手法としては，ウコギ科の樹 木 で あ る コ シ ア ブ ラ（Chengiopanaxsciadophylloides）葉を利用し，水もしくは希塩酸で抽出する方法，もしくはマッフル炉で灰化し，硝酸と過酸化水素に溶解，水酸化カリウム水溶液などを加えてアルカリ性（pH8-9）として沈殿を得る方法が提案されている（Mizunoet al. 2013）．また，放射光蛍光 X 線を利用して水耕栽培したオオカナダモ葉の元素分布を可Mn 抽出量 mg / 植物体乾燥重量 kg

図414000
12000
10000
8000
6000
4000

視化した研究によると，Mn は他の金属ととも2000に細胞壁に分布していた（Kowata et al. 2014）．

016000

Mn 抽出量 mg / 植物体乾燥重量 kg

A16000114000234

これらの先行研究を踏まえて，洗浄・乾燥・粉5B

砕したオオカナダモを用いて，水抽出区，0.1N
塩酸抽出区に加えて，細胞壁分解酵素（0.2％12000

セルラーゼ，0.2％ペクチナーゼ，酢酸ナトリ

10000
8000

ウム緩衝溶液，pH4.5）処理区，酵素を加えな

6000

い緩衝溶液のみ（pH4.5）の処理区を設け，Mn4000

抽出効率を比較した（図 3，4）．

2000

酸分解でオオカナダモの全 Mn 含有量を測

01
全量分解

図3 出液のアルカリ化により得られた Mn の抽沈殿と純度
A）左から①オオカナダモの水処理区，②酵素分解処理区，③酢酸ナトリウム緩衝液
処理区，④ 0.1N 塩酸処理区，⑤コシアブラの水処理区，⑥酵素分解処理区，⑦ 0.1N 塩酸処理区をアルカリ化することにより生じた Mn を含む沈殿物．B）オオカナダモの抽出液①－④より得られた沈殿に含まれるMn の純度．

定した結果，乾燥重量当たり 12,910 mg/kg で

2水 0.1N塩酸
345
酵素分解緩衝液あった（図 3A）．洗浄・乾燥・粉砕後に細胞 物 か ら 調 製 し た 抽 出 液 中 の Mn 濃 度．
植A）オオカナダモおよび B）コシアブラ葉の値を示す．

壁酵素分解を行った植物体からは 7,720 mg/kgの Mn を回収できた．これは全量 Mn の 58.4％

26

海洋化学研究第29巻第 1 号

平成28年 4 月に当たる．また，分解酵素を加えていない緩衝国家的備蓄が義務付けられている．しかしなが溶液のみの処理区でも，全量の 54.2％に当たる

ら，1950 年代以降の鉱物資源の輸入自由化に7,180 mg/kg の Mn が回収できた．水に植物体伴い鉱山は次々と閉鎖され，現在南アフリカやを加えて振とうした処理区では全量の 9.6％でオーストラリアからの輸入に依存している．オ

ある 1,240 mg/kg，0.1N 塩酸に植物体を加えてオカナダモを用いたファイトマイニングで水圏

振 と う し た 処 理 区 で は 全 量 の 93.6 ％ で あ るの Mn を効率的に回収することにより，国産マ12,070 mg/kg の Mn が回収できた．コシアブ

ンガンの生産の可能性が開けるのではないかと

ラを同様に酸分解して金属全量を測定した結果，考えられた．

Mn 含 有 量 は オ オ カ ナ ダ モ と ほ ぼ 同 程 度 のしかし，下石寺集落環濠での植物の回収に13,420 mg/kg であった（図 3B）．抽出による要する人件費と抽出処理に用いる試薬代等の費回収率はオオカナダモと同様に 0.1N 塩酸によ用を合わせたファイトマイニングのコストを試る抽出が最も多く 88.2％であり，水による抽出算したところ，現状では採算はとれないことがが 46.8％と最も少なかった．

分かった．オオカナダモをそのまま Mn の回収調製した各抽出液に NaOH 水溶液を加え，に利用することは，現状では経済学的に難しい抽出液を pH9 としたところ，抽出した Mn をと考えられるが，Mn 高集積の要因をつきとめ沈殿として得ることができた（図 4A）．得らることで新たな展開が期待できると考えている．

れた沈殿の量，純度を評価した．オオカナダモ
は緩衝液処理区における沈殿物中には K と Ca，謝辞

Mg，Fe が混在しているが，Mn 含有量は 72％

本プロジェクトに参加した滋賀県立大学環となり，最も純度の高い Mn を回収できた（図境科学部・生物資源管理学科の学生諸氏（白木4B）．続いて酵素分解処理区が 70%，0.1N 塩酸望美，井上翔太，奥田絵里奈，林千鶴）および処理区が 43％，水処理区が 26％であった．

長谷川博名誉教授に謝意を表します．琵琶湖水本研究で示したようにオオカナダモからの圏での継続的な調査にご協力いただきました，

Mn 抽出においては灰化を行わなくとも弱酸性

西川時男氏をはじめとする下石寺集落の方々にの溶液で植物体を振とうすることで Mn をあるお礼を申し上げます．Mn のファイトマイニン程度抽出することができた．この結果を生かす

グ法に関しては，水野隆文博士（三重大学生物ことで，低コストのファイトマイニング法の開資源学研究科）にコシアブラ葉をご供与頂くと発に繋がると考えられた．

ともに，貴重なご助言を頂きました．本研究は，文部省科学研究費補助金（基盤研究 C，課題番考察号 24510103，15K00595）の支援を受けて行わファイトマイニングの手法開発として，前れました．最後に，水生植物の採集と鑑別につ述のコシアブラを用いた Mn 資源回収法の他，いて研究の初期からご指導いただいた故・浜端

ヒョウタンゴケの原糸体を用いた金やレアメタ

悦治准教授（滋賀県立大学・環境科学部・環境

ル回収の可能性（井藤賀ら 2010）などが報告

生態学科）に心よりお礼を申し上げます．

されている．Mn はレアメタルの 1 つであり，製鉄業界では欠かせない素材である．日本でもTransactions of The Research Institute of
Oceanochemistry Vol. 29 No. 1, Apr., 201627

の生長調節引用文献

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