Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
化することで、技術立国としての日本から発信される新たな環境政策情報となることが期待される。

### 6. 研究成果の発表状況

## （1） 誌上発表

## <查読付論文>

1) S. FUMA, N. ISHII, H. TAKEDA, K. DOI, I. KAWAGUCHI, S. SHIKANO, N. TANAKA, Y. INAMORI: J. Environ. Radioact, 101(11), 915–922 (2010)

“Effects of Acute Gamma-Irradiation on Community Structure of the Aquatic Microbial Microcosm”

“Effects of Chronic Gamma-Irradiation on the Aquatic Microbial Microcosm: Equi-Dosimetric Comparison with Effects of Heavy Metals”

3) K. SUGIURA: Jap. J. Environ. Toxicol., 2011

“Effects of Chemicals on Microcosms: Comparison with the NOECs in Experimental and Natural Ecosystems”

4）村上和仁：環境情報科学論文集、24巻、pp.399-404（2010.11.）

「マイクロコズムシステムによるP/R比からみた金属類の生態リスク評価」

5）村上和仁、林秀明：璟境情報科学論文集、25、221-226，2011

「標準モデルとしての各種マイクロコズムにおける安定系構築可能性の比較解析」

6) K. MURAKAMI, H. HAYASHI, R. SHIMADA: Journal of Water and Environmental Technology, 9, 4, 401-410, 2011

“Microcosm for Impact Risk Assessment of Sediment Remediation Materials on Aquatic Ecosystem” <査読仕論文に準ずる成果発表>

1) K. MURAKAMI, H. HAYASHI, Y. INAMORI, K. SUGIURA: Proceedings of 4th IWA-ASPIRE Conference and Exhibition, CD-ROM, 2011

“Impact Risk Assessment of Metal Ions using Aquatic Model Microcosm System”

2) H. HAYASHI, R. SHIMADA, K. MURAKAMI: Proceedings of 4th IWA-ASPIRE Conference and Exhibition, CD-ROM, 2011

“Development of Experimental Flask-size Microcosm System for Environmental Risk Assessment”

3) K. MURAKAMI: Proceedings of 4th IWA-ASPIRE Conference and Exhibition, CD-ROM, 2011

“Effect of Metal Ions on Horizontal Plasmid Transfer under Microbial Interaction”

## くその他誌上発表（査読なし）>

1）村上和仁、林秀明：千葉工業大学研究報告（理工編）、58、11-17（2011.3.）

「栄養段階の異なる有機物負荷におけるマイクロコズム構成微生物群の応答」

2）村上和仁、林秀明：千葉工業大学研究報告（理工編）、59、27-31（2012.3.）

「各種マイクロコズムにおける P/R 比に着目した生態系機能影響評価」

## （2） 口頭発表（学会等）

1）村上和仁、稻森悠平：日本水処理生物学会第46回大会（2009.11.）

「栄養段階の異なる有機物負荷に対するマイクロコズム構成微生物群の応答」

2）村上和仁、林 紀男、稻森隆平、稻森悠平、杉浦 桂：第37回土木学会関東支部技術研究発表会(2010.3.)

「マイクロコズム生態系における底質改善材（Mg・Ca）のP/R比による影響解析」

3）村上和仁、林 纪男、稻森隆平、稻森悠平、杉浦 桂：第44回日本水環境学会年会（2010.3.）

「P/R 比によるマイクロコズム生態系における Mn の影響解析」

4）村上和仁、杉浦桂：環境バイオテクノロジー学会2010年度大会（2010.6.）

「マイクロコズム生態系における金属負荷の影響解析」

5) K. MURAKAMI: Water and Environmental Technology Conference 2010 (WET2010), Yokohama (2010.6.)

“Microcosm for Risk Assessment of Sediment Remediation Materials on Aquatic Ecosystem”

6）村上和仁、稻森隆平、稻森悠平、杉浦桂：土木学会第65回年次学術講演会（2010.9.）

「マイクロコズムを用いた底質改善材（Mg）の生態リスク影響解析」

7）村上和仁、稲森隆平、稲森悠平、杉浦桂、鹿野秀一、川端善一郎、雨宮隆：第13回日本水環境学会シンポジウム（2010.9.）

「水処理等における環境リスク評価のためのマイクロコズムを活用した解析技法」
8）村上和仁、杉浦桂：日本陸水学会第75回大会（2010.9.）

「水圏マイクロコズム生態系におけるP/R比からみた金属負荷の影響解析」

9）村上和仁、林紀男、稲森隆平、稲森悠平：第47回環境工学研究フォーラム（2010.11.）

「マイクロコズムを活用したP/R比による生態リスク評価システムの開発」

10）村上和仁、稻森隆平、稻森悠平、杉浦桂：日本水処理生物学会第47回大会（2010.11.）

「マイクロコズム生態系における金属負荷に対するP/R比の応答」

11）林秀明、村上和仁：日本水処理生物学会第47回大会（2010.11.）

「各種マイクロコズムにおけるP/R比に着目した生態系機能の比較評価」

12）村上和仁：第24回環境研究発表会（2010.11.）

「マイクロコズムシステムによるP/R比からみた金属類の生態リスク評価」

13）村上和仁：第7回環境情報科学ポスターセッション（2010.11.）「モデルエコシステムを用いた外来種生物の環境影響評価」

14）村上和仁、林秀明：第26回日本微生物生態学会大会（2010.11.）

「生態系機能を有する標準培養モデルシステムの検討」

15）村上和仁：第13回千葉県環境教育研究会発表会（2011.1.）

「環境教育ツールとしてのマイクロコズムの活用－フラスコから地球環境問題を考える」

16）村上和仁、稲森悠平、杉浦 桂：第38回土木学会関東支部技術研究発表会（2011.3.）「マイクロコズムにおける金属負荷の生態系機能・構造に及ぼすリスク評価」

17）林秀明、村上和仁：第38回土木学会関東支部技術研究発表会（2011.3.）

「各種マイクロコズムにおけるP/R比に着目した生態系機能の比較評価」

18）島田諒司、村上和仁：第38回土木学会関東支部技術研究発表会（2011.3.）

「マイクロコズムによる金属負荷の環境影響評価」

19）村上和仁、林秀明、島田諒司、稲森悠平、杉浦桂：第45回日本水環境学会年会（2011.3.）

「異なるタイプのマイクロコズムにおける金属負荷影響の比較」

20）村上和仁、林秀明：環境バイオテクノロジー学会2011年度大会（2011.6.）

「各種マイクロコズムにおける安定系構築の比較解析」

21）村上和仁、林秀明、稻森悠平、杉浦桂：土木学会第66回年次学術講演会（2011.9.）

「マイクロコズムによるNiの生態系リスク評価」

22）林秀明、村上和仁：土木学会第66回年次学術講演会（2011.9.）

「P/R比および生物相に着目した各種マイクロコズムの生態系機能特性」

23）村上和仁、林秀明、稲森悠平、杉浦桂：第14回日本水環境学会シンポジウム（2011.9.）

「マイクロコズムによる生活関連化学物質（特に金属類）の環境影響評価」

24）村上和仁、林秀明、小浜暁子：日本陸水学会第76回大会（2011.9.）

「P/R比からみたマイクロコズムと実湖沼の相似性解析」

25) K. MURAKAMI, H. HAYASHI, Y. INAMORI, K. SUGIURA4th IWA-ASPIRE Conference and Exhibition, Tokyo (Japan) (2011.10.)

“Impact Risk Assessment of Metal Ions using Aquatic Model Microcosm System”

26) H. HAYASHI, R. SHIMADA, K. MURAKAMI: 4th IWA-ASPIRE Conference and Exhibition, Tokyo (Japan) (2011.10.)

“Development of Experimental Flask-size Microcosm System for Environmental Risk Assessment”

27) K. MURAKAMI : 4th IWA-ASPIRE Conference and Exhibition, Tokyo (Japan) (2011.10.)

“Effect of Metal Ions on Horizontal Plasmid Transfer under Microbial Interaction”

28）村上和仁、小浜暁子：第27回日本微生物生態学会大会（2011.10.）

「多段階食物連鎖系における遺伝子組換え細菌の消長解析」

29）村上和仁、箕浦英樹、林秀明、稻森悠平、杉浦桂：日本水処理生物学会第48回大会（2011.11.）

「水圏モデル生態系マイクロコズムによるコバルトの生態系リスク評価」

30）林秀明、村上和仁：日本水処理生物学会第48回大会（2011.11.）

「水圏モデル生態系マイクロコズムにおけるバイオマニピュレーションの影響解析」

31）三浦あかね、林秀明、村上和仁、杉浦桂、稲森悠平：日本水処理生物学会第48回大会（2011.11.）

「水圏モデル生態系マイクロコズム検証のための数理モデルの構築」

32）村上和仁、林秀明、島田諒司、杉浦桂、稲森悠平：第48回環境工学研究フォーラム（2011.11.）

「各種水系マイクロコズムによるニッケルの生態リスク評価」

33）林秀明、村上和仁：第48回環境工学研究フォーラム（2011.11.）
「水圏モデル生態系マイクロコズムを用いた外来生物の生態系機能に及ぼす影響評価」

34）村上和仁、林秀明：第25回環境研究発表会（2011.11.）

「標準モデルとしての各種マイクロコズムにおける安定系構築可能性の比較解析」

35）林秀明、村上和仁：第8回環境情報科学ポスターセッション（2011.11.）

「バイオマニピュレーションのためのマイクロコズムによる導入生物の影響解析」

36）村上和仁：第8回環境情報科学ポスターセッション（2011.11.）

「数理モデルによる水圏モデル生態系マイクロコズムの検証」

37）村上和仁、林秀明、吾妻咲季：第39回土木学会関東支部技術研究発表会（2012.3.）

「生態系機能（P/R比）からみたマイクロコズムと実湖沼の相似性解析」

38）林秀明、村上和仁：第39回土木学会関東支部技術研究発表会（2012.3.）

「水圈生態系マイクロコズムにおける食物連鎖上位種導入の生態系機能に及ぼす影響」

39）三浦あかね、林秀明、村上和仁、杉浦桂、稲森悠平：第39回土木学会関東支部技術研究発表会（2012.3.）

「水圏モデル生態系マイクロコズムによる数理モデルと培養モデルの比較検証」

40）箕浦英樹、林秀明、村上和仁、杉浦桂、稲森悠平：第39回土木学会関東支部技術研究発表会(2012.3.)

「マイクロコズムによるコバルトの生態系影響評価」

41）林秀明、村上和仁：第46回日本水環境学会年会（2012.3.）

「マイクロコズムを用いた食物連鎖上位種の導入によるバイオマニピュレーションの影響解析」

42）林秀明、村上和仁：第63回全国水道研究発表会（2012.5.）

「モデル生態系による移入生物種の影響シミュレーション」

43）村上和仁、林秀明、稻森悠平、杉浦桂：第63回全国水道研究発表会（2012.5.）

「マイクロコズムを活用した培養モデルと数理モデルによる金属類の生態系リスク評価」

44) H. HAYASHI, K. MURAKAMI: Water and Environmental Technology Conference 2012 (WET2012), Tokyo (2012.6.)

“Biomanipulation Impact Analysis using Microcosm System for Top Predator Introduction”

45）府馬正一、川口勇生、久保田善久、吉田聡、川端善一郎：日本放射線影響学会第54回大会（2011）

「ガンマ線の連続照射がモデル実験生態系に与える影響：重金属との比較」

46）府馬正一：日本生態学会第59回大会（2012）

「化学物質と放射線の生態影響の比較」

47）賀数邦彦、鈴木範子、稲森隆平、林紀男、稲森悠平：第44回水環境学会年会（2010）

「水圏モデル生態系マイクロコズムに及ぼすLASのP/R比による影響解析」

48）賀数邦彦，熊田純，稲森隆平，林紀男，稲森悠平：第47回日本水処理生物学会（2010）

「微生物生態系マイクロコズムに及ぼすLASのP/R比による影響解析」

49) K. KAKAZU, K. MURAKAMI, K. SUGIURA, Y. INAMORI: National Advanced Forum on Chinese Water Environmental Pollution Control and Ecological Restoration Techniques 2010, China

“Development of Ecosystem Risk Impact Assessment System Methods using Microcosm Systems”

50）賀数邦彥，熊田純，稲森隆平，林紀男，臼井秀人，稲森悠平：第48回大会日本水処理生物学会(2011)

「水圏モデル生態系マイクロコズムを用いた界面活性剤のP/R比に着目したリスク評価手法の開発」

51) K. KAKAZU, J. KUMADA, R. INAMORI, N. HAYASHI, Y. INAMORI : Doctoral Forum of China and the 4 $ ^{th} $ China-Japan Graduate Student Forum, 2011, Beijing, China

“Development of Ecosystem Risk Impact Assessment System Methods of Surfactant using Microcosm”

52) K. KAKAZU, J. KUMADA, R. INAMORI, K. SUGURA, K. XU, Y. INAMORI: 14 $ ^{th} $ World Lake Conference, 2011, U.S.A.

“Development of Ecosystem Risk Impact Assessment System Methods using Microcosm Systems”

53）熊田純、賀数邦彦、稲森隆平、林紀男、徐開欽、臼井秀人、稲森悠平：第46回水環境学会（2012）「水圈モデル生態系マイクロコズムのP/R比からの界面活性剤AEのリスク評価解析」

54）賀数邦彦、熊田純、稲森隆平、林紀男、臼井秀人、稲森悠平：第46回水環境学会（2012）

「水圏モデル生態系マイクロコズムを用いた界面活性剤SDSのP/R比からの影響評価解析」

55）柴田賢一、雨宮隆、伊藤公紀：第16回バイオアッセイ研究会・日本環境毒性学会合同研究発表会(2010)

「マイクロコズムを用いた呼吸量と生産量によるミクロシスチンLRの生態影響評価」
56) K. SHIBATA, Y. ITO, T. AMEMIYA, K. ITOH: JSME, Tsukuba, Japan, 2010.

“Effects of the Antibiotic Oxytetracycline on a Freshwater Microcosm”

### 7. 研究者略壓

課題代表者：稲森悠平

1947年生まれ、鹿児島大学大学院農学研究科修士課程修了、理学博士、現在、福島大学理工学群共生システム理工学類教授

主要参画研究者

（1）稻森隆平

1978年生まれ、筑波大学大学院生命環境科学研究科博士課程修了、学術博士、現在、福島大学理工学群共生システム理工学類研究員

（2）川端善一郎

1946年生まれ、東北大学大学院理学研究科修士課程修了、理学博士、現在、大学共同利用機関法人人間文化研究機構総合地球環境学研究所教授

（3）中島敏幸

1958生まれ、東北大学大学院理学研究科修了、理学博士、現在、愛媛大学理工学研究科准教授

（4）杉浦桂

1944年生まれ、学習院大学大学院自然科学研究科博士課程修了、理学博士、現在、相模女子大学名誉教授

（5）村上和仁

1965年生まれ、東邦大学大学院理学研究科博士課程修了、博士（理学）、現在、千葉工業大学教授

（6）鹿野修一

1954年生まれ、東北大学大学院理学研究科博士課程修了、理学博士、現在、東北大学東北アジア研究センター基礎研究部門地域生態系研究分野准教授

(7) 雨宫 隆

1964年生まれ、東京大学大学院工学系研究科博士課程修了、博士（工学）、現在、横浜国立大学大学院環境情報研究院教授

研究協力者

· 林 紀男 千葉県立中央博物館学芸員

・府馬正一 放射線医学総合研究所チームリーダー

· 賀数邦彦 福島大学大学院博士課程

· 熊田 純 福島大学大学院修士課程

· 柴田賢一 横浜国立大学大学院博士課程

· 林 秀明 千葉工業大学大学院修士課程

· 島田諒司 千葉工業大学学部生

・三浦あかね 千葉工業大学学部生

· 箕浦英樹 千葉工業大学学部生
S2-09 マイクロコズムを用いた生態系リスク影響評価システム手法の開発

(1) マイクロコズムを用いた各種化学物質の生態影響の総合解析評価およびマニュアル化

福島大学

理工学群共生システム理工学類

稲森 悠平・稲森 隆平

<研究協力者>

福島大学

理工学群共生システム理工学類

賀数 邦彦・熊田 純

千葉県立中央博物館

生態・環境研究部生態学研究科

林 紀男

平成21～23年度累計予算額 26,259千円

(うち、平成23年度予算額 8,755千円)

上記の予算額は、間接経費を含む。

[要旨] マイクロコズムシステムを用い、界面活性剤であるSDS、AE、LAS、SDSの鎖長違いであるSTS、SHS、SOSの生態系に及ぼす影響評価を個体数遷移と生産、呼吸量の両面から行った。その結果、全ての物質において、個体数遷移と生産、呼吸量の変化には関連性があることが示唆された。そして、生産、呼吸量の評価は統計処理を用いることで、生態系機能の抵抗安定性、回復安定性の客観的評価が行えた。これらのことから、生産量(P)、呼吸量(R)を測定することは、マイクロコズムの毒性評価として特徴的な回復過程の評価も可能であり、個体数変動を測定することと同等の評価を行えることが確認され、かつ、P/R比等を用いた生態系リスク評価手法の有効性が示された。

[キーワード] マイクロコズム、界面活性剤、生物個体数、溶存酸素、生産量、呼吸量

### 1. はじめに

界面活性剤 SDS（ドデシル硫酸ナトリウム）、AE（ポリオキシエチレンアルキルエーテル）、LAS（直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩）は、水生生物毒性が一定レベル以上および製造輸入量が年間100トン以上あるものとして、化管法の第一種指定化学物質として指定されている。SDSは親油基であるアルキル鎖長12に、硫酸ナトリウムを結合させた陰イオン界面活性剤である。AEは油になじみやすい性質をもった親油基（アルキル基）の炭素の数と、水になじみやすい性質をもった親水基EO（エチレンオキシサイド）の酸化工チレンの数が異なる物質の総称であり、高級アルコールに、酸化工チレンを付加重合させて作られる。水に溶けたときイオン化しない親水基を持つ非イオン性の界面活性剤である。LAS（直鎖アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム）はスルホン化されたフェニル基がアルキル基に結合した分子構造を有する陰イオン界面活性剤である。これらの界面活性剤は、下水処理場や合併净化槽などの排水処理設
備が整っていない地域の家庭から排出されるものも多いと考えられ、その環境への悪影響が懸念されている。本研究では、マイクロコズムを用いて、SDS、AE、LAS、また、SDSの鎖長違いであるSHS（ヘキサデシル硫酸ナトリウム）、STS（テトラデシル硫酸ナトリウム），SOS（オクタチル硫酸ナトリウム）に対する構成種の個体数変化に加え、生態系の重要な機能である生産量、呼吸量の測定を行った。

## 2 ．研究開発目的

水環境としての湖沼などの保全を行っていく上では、流入する汚濁源となる物質が、湖沼の水質や生態系にいかなる影響を及ぼすか事前に評価する必要がある。このため、OECD試験法で用いられている魚類、藻類、甲殻類などでの急性毒性試験が行われているが、これらの試験は単一種に対する試験であるため、その種に対する影響しか明らかにできない。このため、生態系システムでの評価の重要性が指摘されており、従来より、マイクロコズムを用いた毒性試験が行われており、様々な角度からの検討が行われているが、影響評価の結果を一つ数値で評価することが困難であり、汎用的な評価指標の確立が必要である。

本研究で測定する酸素の生産・消費からみるProduction（生産量）、Respiration（呼吸量）は生物活性を表していると同時に、エネルギーの流れや物質循環が成り立っていることを表すものである。この一般生態系の有するP、Rのバランス等を評価指標とすることで、生態系を全体のシステムとして影響評価が可能であるといわれている。従来まで、生態系リスク評価は困難であったが、溶存酸素濃度を測ることは簡易であり、P/R比等を用いた生態系リスク評価を行う意義は、極めて大きいと考えられる。

本研究では、これらの点を踏まえ、界面活性剤であるSDS、AE、LASを対象物質とし、生分解可能な物質であっても、P/R比等で影響評価可能であるか否かを明らかにすることを目的に行った。また、アルキル鎖長の違いによる毒性変化が、他の試験法と同様の傾向にあるかを確かめた。

## 3 ．研究開発の方法

本研究にあたっての、平成21年度に確立した実験方法は「マイクロコズムを用いた生態系リスク影響評価システム手法の開発 共通マニュアル β2.2」に従った。

## (1) 供試化学物質

実験で使用したSDSの化学構造は図(1)-1に示す通り、アルキル鎖長が12であり、SHS、STS、SOS（のアルキル鎖長がそれぞれ16、14、8となる化学物質である。AEは炭素数12、EO数7のHeptaethylene Glycol Monododecyl Ether（ヘプタエチレングリコールモノドデシルエーテル）であり、化学構造は図(1)-2に示すとおりである。LASは図(1)-3に示す化学構造をしており、アルキル鎖長は平均 $ m+n=11 $ である。SDSの添加量（負荷量）は、0（対照系）、4、8、16mg·L $ ^{-1} $ 、AEの添加量は、0、2、10、25、50、100mg·L $ ^{-1} $ 、LASの添加量は、0、1、5、10 mg·L $ ^{-1} $ 、STSの添加量、0、4、8、16 mg·L $ ^{-1} $ 、SHS、SOSの添加量、16 mg·L $ ^{-1} $ の濃度になるように、マイクロコズム培養開始後16日目の安定期に添加した。
図(1)-1 SDS(ドデシル硫酸ナトリウム)

図(1)-2 AE(ヘプタエチレングリコールモノドデシルエーテル)

図(1)-3 LAS(直鎖アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム) 平均 m+n=11

## (2) 統計解析

生態系には何らかの攪乱に対して、生態系機能をそのままの状態で維持できる抵抗安定性と、一時的に攪乱を受けるが元の状態に回復する回復安定性があると考えられている(Harris H. White, 1984)。これらの機能を考慮し、抵抗安定性を呼吸、生産量、P/R比をそれぞれ枝分かれ型分散分析を用いて対照系と比較した。また、回復安定性を一日毎に呼吸、生産量をそれぞれt検定により回復日を評価した。

$$ \left(p<0.05\right) $$

枝分かれ型分散分析のモデルは、

$$ \mathrm{y}_{\mathrm{\_i j k}}=\boldsymbol{\mu}^{+}\boldsymbol{\alpha}_{\mathrm{\_i}}+\mathrm{b}_{\mathrm{\_j}(\mathrm{i})}\quad^{+}\boldsymbol{\gamma}_{\mathrm{\_k}}+\mathrm{u}_{\mathrm{\_i j k}} $$

μは一般平均、αは群の主効果、つまり対照系、添加系の差、 $ b_{j(i)} $ はフラスコ間差を確率変数と想定、γは添加後の経日変化の主効果、 $ u_{ijk} $ は誤差を表している。分散分析の問題点として、経日変化の順番を変更しても、検定結果は変わらない。その為、呼吸、生産量の添加後1～7、8～14日間に分けて検定を行った（高橋、2009）。また、t検定を各時点にて繰り返し検定を行っているため、検定の多重性の問題点
が上げられるが、t検定では回復日の判定を行うことを前提としており、t検定では影響判定は行わないため、多重検定の問題点は回避されていると考えられる。

## 4 ．結果および考察

## （1） −1）SDS添加系における個体数の挙動パターンからの評価

安定期に達した16日目からの個体数密度の経日変化を図(1)-4に示した。対照系（非添加系）では安定期に達すると、ほぼ一定の個体数密度を維持したまま推移した。SDSの各濃度添加系における添加後14日間の各構成微生物の挙動パターンを対照系と比較して、SDSの生態影響を評価した。その結果、4mg·L^{-1}添加系ではC. glaucomaが4日目に対照系の2倍に増加した。8mg·L^{-1}添加系では添加後徐々にLecane sp.が増加し、14日目に最大の1.5倍になった。また、C. glaucomaも7日目に2倍に増加した。しかし、Tolypothrix sp.は8日目に最大で半分程度に減少したが、その後、増加傾向にあった。16mg·L^{-1}添加系では、C. glaucomaは2日目に半分以下に減少後、8日目に3倍以上に増加、Lecane spは徐々に2倍にまで増加し、A. hemprichiが減少傾向にあり、Tolypothrix sp.が添加後から5分の1程度に減少し、回復の兆しは見られなかった。

以上の結果をまとめると、SDSは、動物類の増加要因であり、深刻な影響は与えず、Tolypothrix sp.にのみ何らかの影響を与える物質であると言える。これらのことから、4 mg·L $ ^{-1} $ 添加系は、無毒性濃度、8 mg·L $ ^{-1} $ 添加系は攪乱を受けるが、回復する濃度、16 mg·L $ ^{-1} $ 添加系は、攪乱後、元の個体数密度に回復できない濃度であることがわかった。
図(1)-4 SDS 添加系における個体数遷移

## （1） −2）SDS添加系におけるP、R(生産量、呼吸量)からの評価

生産、呼吸量を見積もった結果を図(1)-5に示した。16 mg·L^{-1}添加系においては、添加直後に生産量、呼吸量共に増加するが、呼吸量の方がより増加し、P/R比は1以下まで減少した。これは、SDSの分解、通常状態より死骸が増加することでの、分解者達の活性増加、それに伴う栄養塩類の放出により、生産者の光合成活性の増加が考えられる。その後、SDSの分解により影響緩和、自己調節機能により、徐々に元の生産、呼吸量値に近づいていったと推察される。これらの結果を基に、SDS添加系後14日間のP、R値から、生態系機能の抵抗安定性を枝分かれ型分散分析を用いて、回復安定性である回復日は、t検定を用いて対照系（非添加系）と比較することでSDSの生態影響を評価した。その結果を表(1)-1に示す。濃度の項は期間中における値の全平均が対照系と差があるか、濃度×時間の項は、添加系の時間的変動が対照系と異なるかを表している。4 mg·L^{-1}添加系は、全日数において濃度の主効果も、時間×濃度の交互作用も有意ではなく無影響と判断できた。8 mg·L^{-1}添加系では、呼吸量の1～7日間にて、濃度の主効果に有意であるため、影響ありと判断された。16 mg·L^{-1}添加系においては呼吸量の1～7日間に、7～14日間で時間×濃度に有意差があった。生産量では、全日数にて時間×濃度に有意差がみられた。このことから、マイクロコズムの抵抗安定性が維持できる無影響濃度はSDS 4 mg·L^{-1}であると言える。次に影響ありと判断
した濃度が何日後に回復したかの判断を図(1)-6に示す。t検定の結果から、8 mg·L^{-1}添加系では、R値にて添加後3日目から対照系の挙動パターンを外れその後、添加後8日目に回復したと判断した。16 mg·L^{-1}添加系のR値には添加直後から変化がみられ、その後、添加11日目に回復したと判断されるが、P値の後半にて対照系との差の生じ、回復日は14日目として評価される。

○内部の数字 0：添加前 1～14：添加後の経過日数

図(1)-5 SDS 添加系における P、R の経日変化
表(1)-1 SDS 添加系における抵抗安定性の検定(分散分析)

濃度
(mg/L)	測定值	期間
(day)	濃度	濃度×時間
4	呼吸量	1～7
8～14	-	-
生產量	1～7
8～14	-	-
8	呼吸量	1～7
8～14	**	-
生產量	1～7
8～14	-	-
16	呼吸量	1～7
8～14	**	-
生產量	1～7
8～14	-	**

-> 0.05, * < 0.05, ** < 0.01, *** < 0.001

図(1)-6 SDS 添加系における回復力の検定(t 検定)

☐；呼吸量、●；生產量
## (2) -1) AE添加系における個体数の挙動パターンからの評価

AE添加系における個体数の挙動は図(1)-7のとおりである。対照系では測定期間である14日間を通して安定した個体数を維持していることがわかる。AE添加系の挙動はAE2mg・L^{-1}では対照系と同程度を維持し、AE添加による影響は見られず、AE10mg・L^{-1}から個体数減少として影響が見られ始め、その程度は濃度上昇に伴い大きくなっていった。10、25mg・L^{-1}では微小動物の変動、特にC. glaucomaの減少が見られたが、10mg・L^{-1}では4日目に、25mg・L^{-1}では7日目に対照系と同程度の個体数まで回復した。50、100mg・L^{-1}では微小動物の大幅な変動に加えて藻類の減少も見られるようになり、50mg・L^{-1}ではLecane sp.やC. glaucomaといった小型の消費者動物の増加、S. quadricaudやTolypothrix sp.といった藻類の減少が14日目でも見られ、対照系とは異なる構成バランスに変化した。100mg・L^{-1}では個体数の大幅な変動後、14日目にはA. hemprichiやP. erythrophthalmaといった大型の消費者動物が見られなくなり、小型の消費者動物の大幅な増加、藻類全般の減少が起き、対照系とは異なる構成バランスに変化した。

これらの結果から、個体数測定から求められた無影響濃度(NOEC)は2mg・L^{-1}であり、10、25mg・L^{-1}は影響を受けるが回復できる濃度であること、50、100mg・L^{-1}は影響を受けて対照系とは異なる生態系となることがわかった。
図 (1)-7 AE 添加系における個体数遷移

## (2) -2) AE添加系におけるP、R(生産量、呼吸量)からの評価

AE添加におけるP/R比の挙動は図(1)-8に示す通りである。AE添加系の挙動はAE2mg・L^{-1}では対照系と同様の安定した生産・呼吸量を維持し、AE添加による生産・呼吸量の攪乱は見られず、AE10mg・L^{-1}から生産・呼吸量に対する攪乱が見られ始め、その程度は濃度上昇に伴い大きくなっていった。10、25mg・L^{-1}添加系ではP/R比=1付近を保ちながら生産・呼吸量が増加した。50、100mg・L^{-1}では生産・呼吸量のバランスが崩れながら変動し、50mg・L^{-1}添加系は測定期間の14日間では完全に回復しきらず、14日目のP/R比は0.62となった。100mg・L^{-1}添加系は生産・呼吸量が減少して生産量がほぼゼロの状態となり、14日目のP/R比は0.12となった。
○内部の数字 0：添加前 1～14：添加後の経過日数

図 (1)-8 AE 添加系における P、R の経日変化
AE 2、10、25mg・L^{-1}添加系におけるP、R値の統計解析結果を表(1)-2に示す。2mg・L^{-1}添加系では分散分析から無影響濃度と判断できた。10mg・L^{-1}添加系では、生産量の1～7日間にて、時間×濃度に有意であるため、影響ありと判断され、t検定の結果から、添加後2日目には回復した。25mg・L^{-1}添加系においては、呼吸量において全日数で時間×濃度に有意差があり、生産量では、1～7日間にて時間×濃度に有意差がみられ、R値にて評価期間中の最終日まで対照系との差の生じ、元の生態系には回復出来ずと判断した。このことから、マイクロコズムの抵抗安定性が維持できる無影響濃度はAE 2mg・L^{-1}であると言える。

表 (1)-2 AE 添加系における抵抗安定性、回復力の検定(分散分析、t 検定)

濃度
(mg/L)	測定值	期間
(day)	濃度	濃度×時間	回復日
2	呼吸量	1～7
8～14	-	-	-
生產量	1～7
8～14	-	-	-
10	呼吸量	1～7
8～14	-	-	-
生產量	1～7
8～14	-	***	2
25	呼吸量	1～7
8～14	-	***	回復せず
生產量	1～7
8～14	-	***	3

-> 0.05, * < 0.05, ** < 0.01, *** < 0.001

## （3） −1）LAS添加系における個体数の挙動パターンからの評価

安定期に達した16日目からの個体数密度の経日変化を図(1)-9に示した。他の試験と同様に、対照系では安定期に達すると、ほぼ一定の個体数密度を維持したまま推移した。LASの各濃度添加系における添加後14日間の各構成微生物の遷移は、1mg·L $ ^{-1} $ 添加系では対照系と同等の個体数を維持した。5 mg·L $ ^{-1} $ 添加系では、Lecane sp.、C. glaucomaの減少がみられるも、7日目には元の個体数に回復した。10 mg·L $ ^{-1} $ 添加系では、C. glaucomaは減少後、回復、Lecane sp.、Tolypothrix sp.は添加後から減少し、元の個体数には回復しなかった。

これらのことから、1 mg·L $ ^{-1} $ 添加系は無毒性濃度、5 mg·L $ ^{-1} $ 添加系は攪乱を受けるが、回復する濃度、10 mg·L $ ^{-1} $ 添加系は、攪乱後、元の個体数密度に回復できない濃度であることがわかった。
図 (1)-9 LAS 添加系における個体数遷移

## （3） −2）LAS添加系におけるP、R(生産量、呼吸量)からの評価

LAS添加におけるP、Rの挙動は図(1)-10に示す通りである。LAS 5mg・L^{-1}添加系からP/R比1以下に減少し始め、LAS10mg・L^{-1}添加系では生産・呼吸量共に上昇しながらP/R比1以下に減少後、P/R比1以上に回復した。

SDS、AEと同様に、抵抗安定性、回復安定性の評価を行い表(1)-3に示した。
図 (1)-10 LAS 添加系における P、R の経日変化
表 (1)-3 LAS 添加系における抵抗安定性、回復力の検定(分散分析、t 検定)

濃度
(mg/L)	測定值	期間
(day)	平均差	時間変動差	回復力
(day)
1	呼吸量	1~7
8~14	-	-	-
生產量	1~7
8~14	-	-	-
5	呼吸量	1~7
8~14	-	-	-
生產量	1~7
8~14	-	-	-
10	呼吸量	1~7
8~14	*	-	14
生產量	1~7
8~14	-	-	-
- > 0.05, * < 0.05, ** < 0.01, *** < 0.001

## （4） −1）STS、SHS、SOS添加系における個体数の挙動パターンからの評価

全てのデータがそろっていないが、個体数密度の経日変化を図(1)-11に示した。他の試験と同様に、対照系でほぼ一定の個体数密度を維持したまま推移した。まず、STS 4 mg·L^{-1}添加系では、SDSと同様に上昇傾向の種も存在するが対照系と同等の個体数を維持した。STS 8 mg·L^{-1}添加系では、Tolypothrix sp.の減少がみられるが、回復傾向にあった。STS 16 mg·L^{-1}添加系では、C. glaucomaは減少後、回復、Tolypothrix sp.は添加後から減少し、元の個体数には回復しなかった。次にSHS、SOS 16 mg·L^{-1}添加系ではC. glaucomaの増加がみられるが、他の生物種においては対照系と同等の個体数を維持した。これらのことから、STS 4 mg·L^{-1}添加系、SHS、SOS 16 mg·L^{-1}添加系は無毒性濃度、STS 8 mg·L^{-1}添加系は攪乱を受けるが、回復する濃度、STS 16 mg·L^{-1}添加系は、攪乱後、元の個体数密度に回復できない濃度であると評価した。
図 (1)-11 STS、SHS、SOS 添加系における個体数遷移

（4）−2）STS、SHS、SOS添加系におけるP、R(生産量、呼吸量)からの評価

STS、SHS、SOS添加におけるP、Rの举動は図(1)-12に示す通りである。この実験から蛍光式DO電極を使用し試験を始めた。対照系においてポーラログラフ式とは多少異なる举動を示す結果となったが、安定した測定が可能であり影響評価として使用可能だと判断した。STS 16 mg・L^{-1}添加系では大きくP/R比1
以下に減少するが、対照系と同等の値に戻っていった。抵抗安定性、回復安定性の評価を行い表(1)-4に示した。SHS、SOS添加系にも有意差がつき影響ありと判断された。一般的にアルキル鎖長が長いほど毒性が強くなることが知られている。STSはSDSより鎖長が長く、P、Rの結果においてSDSより大きく変動している。逆に鎖長の短いSOSでは、P、Rの変動が小さいことからSDSよりも毒性は低いと考えられる。SHSは、別途行ったマイクロコズムの培養液において、析出がみられ、溶けにくい物質であった。難溶解性の物質は、毒性が和らげられることが示唆された。しかし、SHSのP、Rの結果において添加直後よりも後半に有意差があり、難溶解性物質においての毒性は徐々に現れるものと考えられた。

○内部の数字 0：添加前 1～14：添加後の経過日数

図 (1)-12 STS、SHS、SOS 添加系における P、R の経日変化
表 (1)-4 STS,SHS,SOS 添加系における抵抗安定性、回復力の検定(分散分析、t 検定)

界面活性剂	濃度(mg·L-1)	测定值	期間(day)	濃度	濃度×時間	回復力(day)
STS	16	呼吸量	1~78~14	*	***	7
生產量	1~78~14	-	*	-
SHS	16	呼吸量	1~78~14	-	-	回復せず
生產量	1~78~14	*	-	-
SOS	16	呼吸量	1~78~14	*	-	11
生產量	1~78~14	-	-	-
- > 0.05, * < 0.05, ** < 0.01, *** < 0.001

## （５）本マイクロコズム生態環境リスク試験からの総合評価

本研究は、生産者・捕食者・分解者が存在する物質循環の行われている水圈微生物生態系モデルシステムであるマイクロコズムを用いて、界面活性剤SDS、STS、SHS、SOS、AE、LASの生態系影響評価をP、R等で評価可能であるか否かを明らかにすることを目的として行った。

個体数計測による得られた毒性評価の結果をまとめると、AE 2 mg·L $ ^{-1} $ 、LAS 1 mg·L $ ^{-1} $ 、SDS4 mg·L $ ^{-1} $ 添加系は無毒性濃度(NOAEC)と判断できた。AE 10、25 mg·L $ ^{-1} $ 、LAS 5 mg·L $ ^{-1} $ 、SDS 8 mg·L $ ^{-1} $ 添加系は影響を受けるが元に回復する濃度、AE 50、100 mg·L $ ^{-1} $ 、LAS 10 mg·L $ ^{-1} $ 、SDS 16 mg·L $ ^{-1} $ 添加系は評価期間中には元の個体数に回復出来ない濃度と評価した。P、Rからの評価も個体数の評価と同様の結果が得られ、P、Rと個体数変動に関連性があることが示唆された。また、SDSの鎖長違いであるSTS、SHS、SOSの試験により、既存の試験と同様に、鎖長の長さが長いほど毒性が強いことが示唆された。

これらの結果の自然生態系との対応関係を調べるために、杉浦（2010）によって作成された、自然生態系（メソコズム試験）無影響濃度の平均（mean of NOEC）とマイクロコズム無毒性濃度(M_NOAEC)の相関式、

$$ \log\left[mean of NOEC\right]=1.08\cdot\log\left[M-NOAEC\right]-1.22 $$

を用いて、SDSのメソコズム試験に対する無影響濃度、NOEC=0.224（mg·L $ ^{-1} $ ）から（HERA、2002）、M-NOAEC=2.022mg·L $ ^{-1} $ と計算される。同様にAEのメソコズム試験に対する無影響濃度の幾何平均、NOEC=0.113（mg·L $ ^{-1} $ ）（E J. VAN DE PLASSCHE et al, 1999）、M_NOAEC=1.790 mg·L $ ^{-1} $ と計算され、本研究で得られた無毒性濃度と近い値であることがいえる。本研究の結果を杉浦（2010）の作成した相関図に追加すると、図(1)-13のようになる。
1:Cd^{2+}; 2:atrazine; 3:PCP; 4:Cu^{2+}; 5:Zn^{2+}; 6:ammonia; 7:LAS; 8:3,4-DCA; 9:phenol; 10:Al^{3+}

図 (1)-13 マイクロコズムへの NOAEC と実験・自然生態系への NOECs の平均値との関係

図(1)－13からわかるように本研究により、さらに自然生態系との良い相関関係があることを示すことが出来た。このことより、マイクロコズムに対する化学物質の影響の結果を、自然生態系への化学物質の影響を評価する上での良い相関関係を示す有効な環境リスク評価法となる可能性があるといえる。

## 5 ．本研究により得られた成果

個体数密度の遷移の評価とP、Rからの評価は整合性が存在することが示唆された。また、P、R値を用いることで客観的に生態系機能の抵抗安定性と回復安定性の評価を行うことが可能であった。マイクロコズム試験とメソコズム試験には高い相関性があることが示唆された。

従来の単一生物種試験では得ることの出来ないマイクロコズム試験の有用な点は、生態系機能を総合的に評価可能である。それは、エネルギーや物質循環のバランス、生物活性、生物間相互作用に対する影響評価、さらに、生態系の回復機能に及ぼす、生態系内での化学物質の分解性、分解産物の影響など、自然生態系でおこる化学物質の影響の基礎的知見を得ることが出来ることであると考えられた。

## 6 ．国際共同研究等の状況

中国環境科学研究院との水圏生態系モデルマイクロコズム試験の国際化を図る上での意見交換等を行い、マイクロコズム試験の重要性を明確化することができた。

## 7 ．研究成果の発表状況

## (1) 誌上発表
<論文（査読あり）>

特に記載すべき事項はない。

〈査読付論文に準ずる成果発表〉

特に記載すべき事項はない。

くその他誌上発表（査読なし）>

特に記載すべき事項はない。

## (2) 口頭発表 (学会)

1）賀数邦彦、鈴木範子、稲森隆平、林紀男、稲森悠平：第44回水環境学会年会（2010）「水圏モデル生態系マイクロコズムに及ぼすLASのP/R比による影響解析」

2）賀数邦彥，熊田純，稲森隆平，林紀男，稲森悠平：第47回日本水処理生物学会（2010）

「微生物生態系マイクロコズムに及ぼすLASのP/R比による影響解析」

3) Kunihiko KAKAZU, Kazuhito MURAKAMI, Katsura SUGIURA, Yuhei INAMORI: National Advanced Forum on Chinese Water Environmental Pollution Control and Ecological Restoration Techniques 2010, China "Development of Ecosystem Risk Impact Assessment System Methods using Microcosm Systems"

4）贺数邦彦，熊田純，稻森隆平，林紀男，臼井秀人，稻森悠平：第48回大会日本水処理生物学会(2011)

「水圏モデル生態系マイクロコズムを用いた界面活性剤のP/R比に着目したリスク評価手法の開発」

5) Kunihiko KAKAZU, Jyun KUMADA, Ryuhei INAMORI, Norio HAYASHI, Yuuhei INAMORI : Doctoral Forum of China and the 4^{th} China-Japan Graduate Student Forum, 2011, Beijing, China

“Development of Ecosystem Risk Impact Assessment System Methods of surfactant using Microcosm”

6) Kunihiko KAKAZU, Jyun KUMADA, Ryuhei INAMORI, Katsura SUGURA, Kaiqin XU, Yuhei INAMORI: $ 14^{th} $ World Lake Conference, 2011, U.S.A.

“Development of Ecosystem Risk Impact Assessment System Methods using Microcosm Systems”

7）熊田純、賀数邦彦、稲森隆平、林紀男、徐開欽、臼井秀人、稲森悠平：第46回水環境学会（2012）「水圏モデル生態系マイクロコズムのP/R比からの界面活性剤AEのリスク評価解析」

8）賀数邦彦、熊田純、稲森隆平、林紀男、臼井秀人、稲森悠平：第46回水環境学会（2012）「水圈モデル生態系マイクロコズムを用いた界面活性剤SDSのP/R比からの影響評価解析」

（3）出願特許

特に記載すべき事項はない。

（４）シンポジウム、セミナーの開催（主催のもの）

特に記載すべき事項はない。

（５）マスコミ等への公表・報道等

特に記載すべき事項はない。

（6）その他

特に記載すべき事項はない。

### 8 \. 引用文献

1) Beyers R. J. and Odum H. T. (1993). Ecological microcosm, Springer-Verlag, New York.
2) ERIK J. VAN DE PLASSCHE, JACK H. M. DE BRUIJN, RICHARD R. STEPHENSON, STUART J. MARSHALL, TOM C. J. FEIJTEL, and SCOTT E. BELANGER “PREDICTED NO-EFFECT CONCENTRATIONS AND RISK CHARACTERIZATION OF FOUR SURFACTANTS: LINEAR ALKYL BENZENE SULFONATE, ALCOHOL ETHOXYLATES, ALCOHOL ETHOXYLATED SULFATES, AND SOAP” Environmental Toxicology and Chemistry, Vol. 18, No. 11, pp. 2653-2663, 1999

3) Harris H. White Concepts in Marine Pollution Measurements Maryland Sea Grant College, University of Maryland, 1984

4) Human & Environmental Risk Assessment on ingredients of European household cleaning products Linear Alkylbenzene Sulphonate June 2009 Version 4.0 & Alcohol Ethoxylates Version 2.0 September 2009

5) Lorraine Maltby, Theo C. M. Brock and Paul J. van den Brink (2009) Fungicide Risk Assessment for Aquatic Ecosystems: Importance of Interspecific Variation, Toxic Mode of Action, and Exposure Regime. Environ. Sci. Technol. 43, 7556–7563.

6) McConnell W. J. (1962) Productivity relations in carbon microcosms. Limnol. Oceanogr., 7, 335–343.

7) Odum E. P. (1983). Basic Ecology, CBS College Publishing, New York, U.S.A.

8) Sugiura K. (1996) The use of an aquatic microcosm for pollution effects assessment. Water Research Vol. 30, No. 8, pp. 1801-1812

9) Sugiura K. (2001) Effects of Al $ _{3} $ + Ions and Cu $ ^{2+} $ Ions on Microcosms with Three Different Biological Complexities. Aquatic Technol., 51, 405-417.

10) Sugiura K. (2009) Effects of chemicals and metal ions on microcosms: comparison of community metabolism to single species responses to toxicants. Jpn. J. Environ. Toxicol., 12, 41-53

11) Sugiura K. (2010) Effects of chemicals on microcosms: comparison with the NOECs in Experimental and Natural Ecosystems. Jpn. J. Environ. Toxicol., 13, 13-22

12) Y. Kurihara (1978) Studies of the interaction in a microcosm. Sci. Rep. Tohoku Univ. IV (Biol.), 37, 161-177.

13）稲森悠平、高松良江(1995）マイクロコズムにおける物質循環とその毒性および生態系影響評価試験における有効性，水環境学会誌 Vol.18 No.8

14）環境年報 Vol.34（2010年度版）日本石鹸洗剤工業会

15）栗原康(1975)，有限の生態学-安定と共存のシステム-岩波新書

16）高橋行雄（2009）薬理学研究における経時データ解析の考え方－血圧降下試験事例による解析－日薬理誌（Folia Pharmacol. Jpn.）133. 325~331

17）高松良江、稲森悠平(1995)湖沼の水圏生態系に及ぼす界面活性剤のマイクロコズムシステムを用いた影響評価、水環境学会誌、第18巻 第10号 784-793
マイクロコズムを用いた生態系リスク影響評価システム手法の開発

(2) マイクロコズムの構成微生物群と安定性確保のための操作条件の最適化およびモデル化

大学共同利用機関法人 人間文化研究機構総合地球環境学研究所(地球研)

地球研プロジェクト「病原生物と人間の相互作用環」リーダー川端 善一郎

(平成21、22年度)

国立大学法人 愛媛大学大学院理工学研究科

中島敏幸

(平成23年度)

<研究協力者>

（独）放射線医学総合研究所

放射線防護研究センター

府馬 正一（平成21、22年度）

平成21～23年度累計予算額：10,665千円（うち、平成23年度予算額：3,120千円）予算額は、間接経費を含む。

[要旨] マイクロコズムの構成微生物群と安定性確保のための操作条件の最適化について考察するため、まず本研究プロジェクトで共通に使われている杉浦マイクロコズムに放射線を照射し、その安定性を解析した。放射線により、一部の構成生物種の個体数が減少または増加するという構造面への影響が見られたが、生産量（P）/呼吸量（R）を指標とした機能面への影響は見られなかった。この結果は、マイクロコズムが構造的に影響を受ける場合であっても、個体群または群集レベルの冗長性により機能的には安定性が維持される場合があることを示唆している。次に、マイクロコズムの構成微生物群の複雑さと化学物質に対する感受性の関係について検討するため、生産者である鞭毛藻、消費者である繊毛虫、分解者である細菌から構成される3者マイクロコズムにアルミニウム、マンガン、銅を負荷し、細胞数とP/Rに対する無影響濃度（NOEC）を求めた。その結果、3者マイクロコズムは生物間相互作用に起因する間接影響を評価できるが、杉浦マイクロコズムや単一生物種試験とは感受性が異なる場合があるため、毒性データを推定するためには適当な安全係数を用いるなどの工夫が必要であることが示唆された。また、理論的解析により、生態系の生産・消費構造（生産者、消費者、生産者及び生産者の量）および変化をD0値の極大値と極小値から定量的に評価できることが数理モデルと実験から明らかとなった。さらに、D0波形の極大値と極小値の変化を解析することにより、毒物が生態系の生産及び消費（呼吸）の量的構造に及ぼす効果とその程度を評価できることが明らかになった。特に、D0波形の極大値・極小値の変化の方向、程度及び回復までの時間を知ることにより、毒性が生態系の生産・消費構造のどこに作用するかという特性とその強さを評価できることが明らかにされた。

[キーワード] 感受性、放射線、金属、数理モデル

### 1. はじめに

マイクロコズムを用いた生態毒性評価試験を再現性良く高精度に実施するためには、マイクロコズム構成微生物群の安定性を確保するための操作条件を最適化することが重要である。そこ