マイクロプラスチックのベクター効果推定モデル構築とそれを⽤いた実環境中での影響予測

九州⼤学農学研究院
⼤嶋 雄治

MPによる化学物質蓄積へのベクター効果

MP取り込み誘因作⽤
化学物質＋MP

吸着

⽣物への影響（⾏動影響）

体内移⾏=ベクター効果

ベクター効果推定実験（アントラセン-⽔ orアントラセン-⽔+MP共曝露 の⽐較）
I) アントラセン(ANT)-⽔曝露
1) ANT単独曝露区においてke,ku(w) を求めコンパートメントモデルを作る

2) 共曝露区の⿂体内ANT濃度においてku(w):吸収係数
ANT

ke :排泄係数

MPII) アントラセン-⽔+MP共曝露

ku(w)

ke

・⽔中ANT濃度から⽔経由ANTの割合をコンパートメントモデルで推定・全体内濃度との⽔経由ANTとの差からMP経由ANTを予測（ベクター効果）

先⾏研究) ANT (0.1 mg/L)と58 µm 粒状PE (100 mg/L) を同時曝露したメダカにおける体内ANT濃度

The concentration of anthracene in medaka bodies exposed to 0.1 mg L–1 for
14-day exposure and 3-day depuration in ANT exposure and ANT+MP coexposure groups (n=5)

PE-MPはアントラセンに対しベクター効果を持つ

ベクター効果に影響を及ぼす予想因⼦

l MP濃度l 粒径・形状l 化学物質の種類
l 劣化度

実験に使⽤したモデルPE粒⼦(⾼結晶度、低分⼦PE)MPの実測濃度

文献•対象•‘’“”最大粒径ˆ‰cŠ
文献•対象•‘’“”最小粒径ˆ‰cŠ

個数濃度ˆ個›c2Š

粒径ˆ‰cŠ!"#国'地
域

著者

0調査地点

0J

0JJ

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領域

地点./0
地点./1
地点./2\"F[BabBEHB>=.
I1J07Kp ⽂献が対象としている、粒径（最⼤、最⼩）と個数濃度を右に⽰す。粒径に関しては、現時点（2023年3⽉現在）で報告されている範囲では、10μm付近が測定下限値であると考えられる。

地点./6地点./7
地点8/0
8 p"B\BEHB>=BI1J10K 韓国

海洋
地点8/1
地点9/0
地点9/1
地点9/2
地点9/3

qAF[BrBEH>=I1J0:K

中国

地点9/4

海洋

地点9/5
地点9/6
地点9/7
地点9/:
;

<=>?@A>BC"DEFG
EHB>=I1J0:K

北海
南部

地点;/0

海洋

地点Q/0
地点Q/1
地点Q/2
地点Q/3
地点Q/4

Q

p Cozar et al.(2014)の推計式に従って算出された粒径10〜500μmのMPsの環境中濃度は、個数濃度ベースで100〜10,000個/m3オーダーであり、この範囲に実測値がおおよそ収まる結果となった。既存⽂献の実測値と推計結果に⽭盾がないことを確認。

海洋
地点./4
地点./5

9

p 個数濃度に関しては、地域や海洋/湖沼/河川によって偏りはあるものの、おおよそ100〜10,000個/m3の範囲で検出されており、従来の330μm以上を対象としている環境省の調査結果（1〜4個/m3）と⽐較して2〜4桁程度⾼い濃度で検出されている。

地点./3
韓国

s>k"DHt>u>BbBEH
大西洋>=BI1J1JK

地点Q/5
海洋
地点Q/6
地点Q/7
地点Q/:
地点Q/0J
地点Q/00
地点Q/01
地点R/0
地点R/1

RxEyc>FBhzBEHB>=
北極
I1J1JK

地点R/2

海洋

地点R/3
地点R/4
地点S/0
S|}>"B\BEHB>=
I1J11K

南大西
地点S/1
洋

海洋

地点S/2
T UA>BVBEHB>=BI1J11K 中国
Z

令和4年度環境省事業（継続中）

VEF[B\BEHB>=
I1J10K

中国

地点T/0

湖沼

地点Z/0

河川

地点_/0_ p"B\BEHB>=BI1J0:K 韓国

河川
地点_/1aBb>cE@>BEH`>=I1J10K

日本a"=>F@>BsA~•BEH
f >=I1J10K€•‚ƒ„…ƒ

hB\?[A?D>BEHB>=
日本
I1J10K
jA=@EkD>F@HBCBEH
ilmn>=BI1J10K
g

地点`/0河川地点f/0河川
地点f/1
地点g/0河川※詳細は論⽂参照
地点i/0
河川

設定範囲
10~500μm

推計範囲
100~10,000個/m 36

1) ANT (0.2 mg/L)と58 µm PE(0, 0.6, 6, 60 mg/L) を同時曝露したメダカにおける体内ANT濃度
Free ANT (0.17 mg/L )+ 58 µm PE(0 mg/L)

Free ANT (0.052 mg/L )+ 58 µm PE(6 mg/L)

Free ANT (0.084 mg/L )+ 58 µm PE(0.6 mg/L)

Free ANT (0.059 mg/L )+ 58 µm PE(60 mg/L)

MPはサイズ、質、形状、表⾯特性、劣化度等が異なる

Non ﬁber fragments

Fiber

PP, 41±17%; PE, 21±15%; EVA ,19±20% in all sampling depth

・MP平均7.3 mg/m 3検出、2060年には1000 mg/m 3を越える海域 (Isobe, 2019, 2020)が出現
・調査のほとんどは⽬開き300 µmのニューストンネットで採取、 それ以下のMPは不明
・Songら(2018) 研究 韓国沿岸で20 µmのフィルターろ過してMPを計測（→）
20 µm以上MPが存在、組成もPP, 41%; PE, 21%; EVA , 19% （ 20 µm以下はわからない）

ANTと2, 10- µm PS-MP (0.1 mg/L)を共曝露したジャワメダカ体内濃度

ツイン1-コンパートメントモデル
𝒅𝑪𝑴𝑷
𝒇𝒊𝒔𝒉𝒅𝒕𝑴𝑷𝑴𝑷
𝑴𝑷= 𝒌𝑴𝑷×𝑪−𝒌×𝑪
𝒘𝒂𝒕𝒆𝒓
𝟏
𝟐
𝒇𝒊𝒔𝒉

𝒌𝑴𝑷
𝟏
取込速度定数

PS-MP
体内濃度

𝒌𝑴𝑷
𝟐
排出速度定数ベクター効果MPから⿂体内へ𝒌𝑨𝑵𝑻
𝟏
取込速度定数𝒅𝑪𝑨𝑵𝑻
𝒇𝒊𝒔𝒉𝒅𝒕ANT
体内濃度𝒌𝑨𝑵𝑻
𝟐

ベクター効果定数

排出速度定数ANTの蓄積に関する
𝑨𝑵𝑻
𝑴𝑷
𝑨𝑵𝑻1-コンパートメントモデル
𝑨𝑵𝑻= 𝒌𝟏 ×𝑪𝑨𝑵𝑻−
𝒌×𝑪+𝜶×𝑪
𝒘𝒂𝒕𝒆𝒓
𝟐
𝒇𝒊𝒔𝒉
𝒇𝒊𝒔𝒉
142) ANTと10- µm PS-MP を共曝露したジャワメダカの体内濃度の予想

実環境でANTに対するMPのベクター効果は起こりにくく、⾼いANT濃度(28 µg/L) とMP 濃度 (10 µm, 0.12 mg/L)で遊泳阻害が起こると予想される(Takai et al, 2023)

MPにおいて化学物質の吸着に及ぼす因⼦化学物質の特性MPの特性・疎⽔性相互作⽤

・⽐表⾯積

・イオン特性＞

----

⽔質の要因

・アルカリ性条件下--・イオン強度-

カチオン+-

Fu et al. (2021)

化学物質とMPの吸着には化学物質の特性、MPの特性、⽔質の要因が関わっている

研究⽬的
粒径の異なるMPを⽤い化学物質の吸着を調べ
ベクター効果に及ぼす粒径の影響について調べる
概要
アントラセン及び粒径の異なるPS-MPを使⽤した吸着試験
10 μm

45 μm

90 μm

各PS-MPに吸着したアントラセン量を測定

MPの粒径による吸着量の変化を調べる

3) 10, 45, 90 µm PS-MPにおけるANTの吸着

ANT吸着率（％）

253220161581045R² = 0.9995

2010 μm

45 μm

90 μm

1020406080

PS-MPの粒径（μm）

各PS-MPに対する7⽇⽬においてのANT吸着率

粒径の⼩さいMPほどアントラセン吸着率が⾼く
粒径の⼤きいMPほどアントラセン吸着率が低い

100

表⾯積あたりの吸着(10, 45, 90 µm PS-MPにおけるANTの吸着 )600

表⾯積あたりのaMP (L/cm2)

500

400

300

200

1000

10 μm

45 μm

90 μm

表面積あたりの吸着は粒径に関わらずほぼ同程度

重量あたりのANT吸着係数
各PS-MPにおける重量あたりの吸着係数（Log aMP）

Log aMP (L/kg)

y = 5.5989e-0.128x
R² = 0.9996(This study)(Lin et al., 2019)
400.5

11.5

y = 4.7373e-0.004x

2R² = 0.9548

PS-MPの粒径（μm）

PS-MPの粒径（μm）
30255075

粒径が⼩さいMPほどアントラセン吸着量が増加
先⾏研究(Lin 2019) も粒径が⼩さいほど吸着係数が⼤きくなる

100

結論
・粒径の⼩さいMPほどアントラセン吸着量が増加→⽐表⾯積が⼤きいため・粒径の⼩さいMPのベクター効果の影響が懸念され粒径の⼤きいMP（100 μm以上）のベクター効果はほぼ無視できる

粒径⼩⼤概要 本年度は、淡⽔、海産メダカにクロロベンゼン (CBs) とアントラセン (ANT) をマイクロプラスチック(MP) に種々の条件で共曝露して、ベクター効果を検討した｡その結果､クロルベンゼン類 (logPow 4.19-5.73) ではベクター効果が観察できなかったが、アントラセン (logPow4.45) ではベクター効果が再確認された｡よって化学物質のlogPow値が近くともその性質でベクター効果は⼤きく異なる可能性が⽰された｡
1) 淡⽔ヒメダカ-ANT+濃度の異なる58-µm PE-MP共曝露実験︓ ANT (200 µg/L) 、ANT+低濃度PE-MP (0.6mg/L) 共曝露区、ANT+中濃度PE-MP (6 mg/L) 共曝露区、ANT+⾼濃度PE-MP (60 mg/L) 共曝露区を調整し、ヒメダカ (38尾/区) に10⽇間曝露後、4⽇間排泄させ、10, 11, 12, 13, 14⽇⽬にサンプリングした。得られたメダカ体内ANT体内濃度から、ベクター効果が再確認された｡ツインコンパートメントベクターモデルを⽤いてMP濃度による影響を検証した結果､MP濃度の増加とともにベクター係数は減少した。
2) 実環境中におけるANT-MPベクター効果の予測: 海産ジャワメダカへのアントラセン (ANT)+異なるサイズ (2,10-µm) のPS-MP曝露の結果から得られたデータを⽤い、ツインコンパートメントベクターモデルで実環境で想定されるベクター効果を評価した。その結果、実環境でANTに対するMPのベクター効果は起こりにくいと予想された。
3) ANTの吸着に及ぼすPS-MP粒径の影響: ANTに対する粒径10, 45, 90 μmのPS-MPの吸着を調べた結果、粒径が⼩さいほど⽐表⾯積が⼤きくなり、吸着量が増加するが、粒径が⼤きくなると逆に吸着量が減少し、ベクター効果が弱まると予想された。
4) 淡⽔ヒメダカ-CBs+濃度の異なるPE-MP 7⽇間共曝露実験︓ CB類 (CBs; TriCB: 10 µg/L, TetCB: 10 µg/L,PenCB: 10 µg/L, HexCB: 8 µg/L) 共曝露区、CBs+低濃度破砕PE-MP (0.1 mg/L) 共曝露区、CBs+⾼濃度破砕PE-MP (1.0 mg/L) 共曝露区を設定し、ヒメダカ (33尾/区) に7⽇間曝露後、5⽇間排泄させ、3, 5, 7, 9, 12⽇⽬にサンプリングした。その結果､⿂体CBs濃度はPE-MP共曝露区で⽔曝露区と有意な差がなく、ベクター効果は認められなかった｡
5) 淡⽔ヒメダカ-CBs+粒径の異なるPS-MP共曝露実験︓CBs (CBs; TriCB: 10 µg/L, TetCB: 10 µg/L, PenCB:10 µg/L, HexCB: 8 µg/L) 曝露区、CBs+10-µm PS-MP(0.1 mg/L)共曝露区、CBs+45-µm PS-MP(0.45mg/L)共曝露区を設定した。なお、10 と 45-µm MPの表⾯積が同じなるように濃度を調整した。ヒメダカ (33尾/区) に7⽇間曝露後、5⽇間排泄させ、7, 8, 9, 10, 12⽇⽬にサンプリングした。その結果､共曝露区でCBs濃度は⽔曝露区と差がなくむしろ低下しており、ベクター効果は認められなかった｡

発表論⽂
1.
2.

3.

4.
5.
6.

Assas, M., Qiu, X., Chen, K., Ogawa, H., Xu, H., Shimasaki, Y., Oshima, Y., 2020. Bioaccumulation andreproductive eﬀects of ﬂuorescent microplastics in medaka ﬁsh. Mar. Pollut. Bull. 158, 111446.
Liu, Y., Qiu, X., Xu, X., Takai, Y., Ogawa, H., Shimasaki, Y., Oshima, Y., 2021. Uptake and depuration kinetics
of microplastics with diﬀerent polymer types and particle sizes in Japanese medaka (Oryzias latipes).
Ecotoxicol. Environ. Saf. 212, 112007.
Qiu, X., Saovany, S., Takai, Y., Akasaka, A., Inoue, Y., Yakata, N., Liu, Y., Waseda, M., Shimasaki, Y., Oshima,Y., 2020. Quantifying the vector eﬀects of polyethylene microplastics on the accumulation of anthracene toJapanese medaka (Oryzias latipes). Aquat. Toxicol. 228, 105643.
⼤嶋雄治, 島崎洋平, 2020, メダカにおけるマイクロプラスチックの動態とその影響. マテリアルライフ, 32, 1-5.
⼤嶋雄治, 2020, ⽣物によるマイクロプラスチックの細粒化とその体内動態. 環境技術, 49, 1-5.
マイクロプラスチックを介した化学物質の蓄積における劣化と形状の影響．⼤嶋雄治、島崎洋平、⾼井優⽣、内⽥祐紀

哉. ⽇本接着学会誌, 2022年
7. マイクロプラスチックのメダカ体内動態とそのベクター効果の推定 ⼤嶋雄治、島崎洋平. 科学と⼯業, 2022年
8. Takai Y., Tokusumi, H., Sato, M., Inoue D., Chen K., Takamura T., Enoki S., Ueno Y., Kang I. J., Shimasaki Y.,
Qiu X., Oshima Y., Combined eﬀect of diazepam and polystyrene microplastics on the social behavior ofmedaka (Oryzias latipes), Chemosphere 299, 134403.
9. Takai Y., Tokunaga M., Honda M., Qiu X, Shimasaki Y., Kang I.J., Oshima Y., Size eﬀect of polystyrene
microplastics on the accumulation of anthracene for Java medaka (Oryzias javanicus). Chemosphere, 338,13954 (2023) .
10. Takai Y., Tominaga A., Honda M, Qiu X., Shimasaki Y., Kang I.J, Oshima Y., Combined eﬀect of anthraceneand polyethylene microplastics on Java medaka (Oryzias javanicus). Ecotoxicology. (Revised)
11. Takai Y., Honda M., Qiu X., Shimasaki Y., Kang I.J., Oshima Y., Concentration eﬀect of polystyrene
microplastics on the accumulation of anthracene for Java medaka (Oryzias javanicus). (in preparation)
12. Yui Tamura, Yuki Takai, Lee SeokHyun, Xuchun Qiu, IK Joon Kang, Yohei Simasaki, Chie Shindo, Wataru
Suda, Hirokuni Miyamoto, Yuji Oshima. Eﬀect of 2-µm polystyrene microplastic on the shoaling behavior ofmedaka (Oryzias latipes) , level of monamies and modulation of the brain-gut axis. ). (in preparation)