長田 賢志

筑波大学University of Tsukuba博士（環境学）Doctor of Philosophy in Environmental Studies2013【要旨】thesi

長田, 賢志

109058

Tsukuba Repository  (Tulips-R)

重金属環境のドクゼリ(Cicuta virosa L.)における内生細菌の関与したZn吸収促進機構の解明著者 長田 賢志学位授与大学 筑波大学 (University of Tsukuba)学位授与年度 2013報告番号 12102甲第6956号URL http://hdl.handle.net/2241/00122552 氏名（本籍）     長田賢志（徳島県）  学位の種類      博 士（環境学）  学位記番号      博 甲 第 6956 号  学位授与年月日    平成２６年 ３月２５日  学位授与の要件    学位規則第４条第１項該当  審査研究科      生命環境科学研究科  学位論文題目         重金属環境のドクゼリ(Cicuta virosa L.)における内生細菌の関与した              Zn 吸収促進機構の解明 主査       筑波大学准教授 博士（農学） 山路恵子  副査       筑波大学教授  農学博士   松本 宏  副査       筑波大学教授  博士（農学） 張 振亜   副査       筑波大学教授  博士（工学） 野村暢彦   論   文   の   要   旨   植物を用いた重金属土壌汚染の修復方法のひとつとして、土壌の重金属を植物内に吸収させる phytoextractionがある。本修復手法は重金属の回収効率が低いことが指摘されており、これを改善するために植物組織内部に生息する機能的な内生細菌の利用が注目されている。既往報告により、重金属環境である日立鉱山に自生するドクゼリ (Cicuta virosa L.)は節根に高濃度の Zn (7,542 µg/g)を蓄積することが明らかとなっている。また節根より分離された複数の内生細菌のうち、高い Zn可溶化能力を示した株は Pseudomonas putida、Rhodopseudomonas sp.と同定された。以上の結果を踏まえ本研究では、内生細菌 P. putida、Rhodopseudomonas sp.の関与したドクゼリにおける Zn吸収メカニズムを解明することを目的とした。  まず、高い Zn可溶化能力を示した P. putida及び Rhodopseudomonas sp.をドクゼリ実生に接種することにより、本実生における Znの吸収促進及び成長への影響を検証した。γ線滅菌した現地土壌に滅菌ドクゼリ実生を移植した後、P. putida と Rhodopseudomonas sp.をそれぞれ実生へ接種・培養後、実生の含有 Zn濃度、個体あたりの Zn吸収量を分析した。その結果、実生の含有 Zn濃度には両菌株の接種によって統計学的に有意な差は確認されなかったが、P. putida の接種によって個体根部にあたりの Zn量に有意な増加が確認された。また、P. putidaと Rhodopseudomonas sp.の接種によって土壌 pHが低下することなく、交換態 Zn量の増加が有意に確認されたことから、特に P. putidaにおいては本菌が産生する物質が土壌における交換態 Zn 量を増加させた結果、本実生の Zn吸収増加に影響したと推測された。また、本実生の成長は両菌の接種により有意に増加した。特に P. putida を接種した場合、その増加は顕著であった。これらの成長促進は P. putidaと Rhodopseudomonas sp.による植物ホルモン産生（IAA産生）及び一部の栄養元素吸収促進が関与したと示唆された。以上の結果より、内生細菌 P. putida と Rhodopseudomonas sp.の機能は、1)土壌の不溶性 Znを可溶化することによる、実生における Zn吸収促進、2)IAA 産生及び一部の栄養元素吸収促進による実生の成長促進、であると示唆された。  次に、P. putidaの産生する Znと錯体形成する物質（Zn可溶化物質）の単離・同定を試みた。P. putida 培養濾液を酢酸エチル抽出した後、スチレンポリマー樹脂（XAD-4）、弱陰イオン交換樹脂（IRA 400J）、HPLC 逆相分取カラム（RpC18）によって Zn 可溶化物質の精製を行った。Zn可溶化活性の確認された画分を TMS化後、GC/MS分析に供した結果、3種の化学物質（urocanic acid、L-leucine、未同定の物質）が確認された。これら 3種の物質が同時に存在するときのみZn可溶化活性が確認されたことから、複数の可溶化物質の関与した、土壌における不溶性 Zn可溶化メカニズムが示唆された。 以上の結果から、本研究では、内生細菌、特に P. putidaの関与したドクゼリにおける Zn吸収メカニズムの一端が明らかとなった。本菌の産生する Zn可溶化物質により土壌の不溶性Znが溶解され、植物が吸収可能な形態となった Zn がドクゼリに吸収されるメカニズムが示唆される一方、IAA産生や栄養元素の吸収促進を行うことで本植物の成長を促進し重金属ストレス環境下において、共生的に本植物に寄与すると推測された。     審   査   の   要   旨     本学位論文では、重金属環境に自生し高濃度で Zn を節根に蓄積するドクゼリにおける Zn吸収に、根の内生細菌が産生する Zn可溶化物質が関与する可能性を初めて明らかにした。また、内生細菌は植物ホルモンである IAAを産生し、一部の栄養元素の吸収促進をすることで、重金属環境で生育する本植物の成長に共生的な影響を示す可能性を示した。これらの成果は、学術研究として極めて意義のある研究であると判断された。また、植物‐微生物共生系を応用した重金属汚染環境での緑化などの環境分野において、重要な基礎的知見を提供するものと判断された。  平成 26年 1月 27日、学位論文審査委員会において、審査委員全員出席のもとに論文の審査及び最終試験を行い、本論文について著者に説明を求め、関連事項について質疑応答を行った。その結果、審査委員全員によって合格と判定された。  よって、著者は博士（環境学）の学位を受けるのに十分な資格を有するものとして認める。       

重金属環境のドクゼリ(Cicuta virosa L.)における内生細菌の関与したZn吸収促進機構の解明

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