資源戦略学講座

博士研究員 黄 毅

Resources Strategies

環境修復生態学分野

研究支援者 趙 成珍

Geoenvironmental Remediation

事務補佐員 工藤 悦子

環境思いの修復技術と資源回収技術の開発
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 GrauseGroup photo of Inoue lab members at hanami party 2017

Mei-Fang Chien

らの問題を解決する有効な手法やその適用にはまた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。2017 年の主な研究活動は以下である：（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）有害化合物の放出を低減する技術および有用化合物の回収技術の開発に関する研究。

解能の持つ微生物の共同栽培により、植物根圏微生物の活性化および PAH の分解能の向上を確認した。また、1,2- ジクロロベンゼンな
いし 1, 4- ジオキサンを含む地下水を用いて、これら難分解性物質の分解能を示す集積培養系の構築に成功するとともに、これらを構成す

The contamination of soil and groundwater by heavy metals and persistent organic compounds such as chlorinated organic compounds and petroleumhydrocarbons is a serious environmental issue of concern. In addition, there is growing demand for underground resources. However, no effective methodsof removing pollutants and recovering resources with low environmental burden have been developed, and thus this remains a challenge. Our aim is todevelop remediation technologies and resource recovery technologies with lower cost, less energy demand, and reduced environmental load. Our major
scientific activities in 2017 were as follows: (a) phyto- and bio-remediation of heavy metals from polluted soil/water, (b) microbial degradation of chlorinatedorganic compounds and polycyclic aromatic hydrocarbons, and (c) development of technologies to prevent elution of hazardous compounds and/or torecover valuable compounds.

る微生物の単離と対象物質分解に果たす役割の解明を行っている。また、四塩化炭素に分解能を示す集積培養系の構築とその特徴解析も進んでいる。

有害化合物の放出を低減する技術および有用化合物の回収技術の開発に関する研究
石炭灰中の微量有害元素の溶出とその抑制メカニズムの解明を検討
し、SEM/EDX/MLA を用いた石炭灰粒子の元素マッピングおよび化植物・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/water

カドミウムやヒ素による土壌・水環境汚染の修復について、高蓄積Regarding applicable phytoremediation of cadmium- or arseniccontaminated soil or water, we continuously conducted field trials in
Miyagi prefecture for the sixth year by soil planting or hydroponicallycultivating cadmium or arsenic hyperaccumulators in the fields. For thethird year in a row, we observed increases in arsenic accumulation byPteris vittata, an arsenic hyperaccumulator, when it is co-cultured with afunctional bacterium (Fig.1). We kept investigating the behavior(s) andmechanism(s) of arsenic/cadmium absorption and accumulation byhyperaccumulators. As a result of this research, (a) we confirmed theability of Pteris multifida to absorb lead and cadmium in addition toarsenic, (b) our results from PETIS suggested that Arabidopsis halleri ssp.
gemmifera absorbs and transports cadmium and zinc in different pathways(Fig.2), and (c) we successfully converted the biomass of P. vittata afterarsenic accumulation into ethanol by using transgenic yeast that candecompose cellulose.

濃縮システムの開発を目指し、レアメタルのモリブデンの吸着・脱着がMicrobial degradation of chlorinated organiccompounds and polycyclic aromatichydrocarbonsを行った (Fig. 5)。その他国際・国内学会における招待講演・研究発

植物を用いた宮城県内圃場においての実証試験を継続して行い、モエジマシダと機能性微生物の共同栽培（Fig. 1）によるヒ素蓄積量の向上の再現性を確認した。基礎研究として（a）ヒ素の高蓄積植物の吸収特徴および植物のヒ素吸収・蓄積の部位・時期に関する解析を引き続き行い、イノモトソウは多金属に対して吸収能を示したことを確認した。
（b）短寿命放射性同位体を用いたカドミウム高蓄積植物体内の金属輸送機序の解明について、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、PETIS を用いてハクサンハタザオのカドミウムと亜鉛の吸収輸送経路が異なることを示唆するデータを取得した (Fig. 2)。
（c）
ヒ素吸収後のモエジマシダバイオマスをセルロース分解能を付与した酵母を用いてエタノールの生産に成功した。

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、植物と PAH 分

Fig.1 Photo of a plant-bacterium co-culture
experiment in a field trial

10 Coexistence Activity Report 2017

合物の同定を行ってきた (Fig. 3)。資源の回収技術の開発について、希少金属（レアメタル）の持続可能な利用を目指した生物学的回収・可能な酵母の作製に成功し、吸着・脱着および条件の検討を深めている。そのほか、廃水中の窒素除去やセレン除去を目的とした微生物燃料電池の作製を検討している。

hydroponic culture experiments of two plants suggested that inoculationof PAH-degrading bacteria enhanced the dissipation of PAHs. In addition,
the presence of PAHs or the inoculation of PAH-degrading bacteria
independently induced a shift in the indigenous microbial community inthe plant roots. We successfully constructed consortia from undergroundwater samples which showed the ability to degrade 1,2-dichlorobenzene or
1,4-dioxane, and the isolation and characterization of the microbes thatcompose these consortia is currently in progress. The construction andcharacterization of the consortium that shows the ability to degrade carbon
tetrachloride is also in progress.

Development of technologies to prevent
elution of hazardous compounds and/or torecover valuable compounds
SEM, EDX, and MLA were used to map the elements and to identify thecompounds in fly ash in order to determine the mechanisms of hazardous
compound elution (Fig.3). A molybdenum adsorbing yeast was successfully
constructed by engineering a molybdate binding domain to the cell surfaceof yeast in order to develop an efficient biological molybdenum recovery
system. Studies on creating microbial fuel cells with the aim of removing
nitrogen or selenic acid from wastewater are in progress.

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増大並びに地下資源への需要に対する供給不足が懸念されてきているが、これ先進社会環境学専攻

技術補佐員 山本 麻理

International exchange and other activities

国際交流、学会発表、その他活動
台湾中央研究院生物多様性研究センターに交流・研修を行った（簡助教・M2 若狭）。台湾中国医薬大学の張瑞仁博士 (Fig. 4) とフランス Pau 大学の Robert Duran 教授が来訪し、それぞれ研究討議とコロキウム環境での講演を行った。中国太原理工大学の馬小麗講師を受け入れた（2017 年 12 月から半年間）。井上教授がパキスタンのLahore College for Women University (LCWU) にて招待講演Assistant prof. Chien and Mr. Wakasa (M2) visited and had a short-term
training in the biodiversity research center at Academia Sinica, Taiwan.
Dr. Chang from China Medical University Hospital, Taiwan (Fig.4), andProf. Duran from the University of Pau, France, visited our lab and gave us
lectures. We received Ms. Ma from Taiyuan University of Technology,China, as a visiting scholar. Prof. Inoue gave an invited lecture in LCWU,Pakistan (Fig.5). We also gave a total of 22 invited speeches or oral/poster
presentations at international and domestic conferences (Fig.6).

表を計 22 件行った (Fig. 6)。

Regarding polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), the results ofFig.2 Image of PETIS for investigating Cd/Znadsorption in Arabidopsis halleri ssp. gemmifera.

Fig.3 Photos of (a) SEM and (b) element mapping offly ash particles

Fig.4 Group photo of receiving Dr. Chang from
China Medical University Hospital, Taiwan

Fig.5 Prof. Inoue during an invited lecture in LCWU

Fig.6 Group photo in front of the Montreal Botanical
Garden (during the 14th IPC)

Coexistence Activity Report 201711