農芸化学@High School

藻類を活用した放射性物質の回収に関する基礎的な研究

佐藤 亜美

福島成蹊学園福島成蹊高等学校

深田 遥奈

福島成蹊学園福島成蹊高等学校

菅野

福島成蹊学園福島成蹊高等学校

紺野 波瑠

福島成蹊学園福島成蹊高等学校

Published: 2017-09-20

本研究は日本農芸化学会2017年度大会(開催地:京都女子大)での「ジュニア農芸化学会」において発表され,優秀賞を授与された.福島第一原発から約60 kmにあり比較的空間放射線量の値が高かった茶屋沼に棲息する藻類にストロンチウムを吸収・吸着する能力があることを見いだし,放射性物質の回収への利用を検討した研究である.東日本大震災での原発事故にて発生した大量の汚染水処理の問題を抱える今,若い頭脳を結集したたいへん重要な研究への取り組みとして注目される.

本研究の背景・目的

6年前の福島原子力発電所の事故により放射性物質(放射性セシウム・放射性ストロンチウムを含む)が拡散された.その後,本校の研究にて比較的空間放射線量の値が高い学校近くの茶屋沼の水質調査を行っていたところ,ミカヅキモの一種(Closterium moniliferum図1(A)図1■福島市茶屋沼で採集された藻類)を発見した.既往の研究報告からミカヅキモの末端空胞部分でバリウムイオンを分離固定する仕組みがあり,同じアルカリ土類金属であるストロンチウムイオンも分離固定するという記述を見いだした1).そこで,採集したミカヅキモを塩化ストロンチウム水溶液に投入すると,塩化ストロンチウム水溶液の電気伝導度が低下した.以上,本校の先行研究結果から,ミカヅキモを用いて,汚染水中の放射性ストロンチウムを除去することに,将来応用できないかと考え,平成24年9月より本研究を開始した.また,本校では,既報2)を参考に,ミカヅキモが属する緑藻類にさらに着目し,近辺の池から独自に緑藻類を採取し,アオミドロ(Spirogyra sp.図1(B)図1■福島市茶屋沼で採集された藻類)やアミミドロ(Hydrodictyon reticulatum図1(C)図1■福島市茶屋沼で採集された藻類)においても同様の現象を確認してきた.さらに,筆者らは茶屋沼周辺の作付け制限のあった水田より採取した土からシャジクモ(Chara braunii図1(D)図1■福島市茶屋沼で採集された藻類)を見いだし,研究検索の結果,イトシャジクモの体表面にカルシウムイオンを吸着するとの報告3)を確認したことから,採取した藻にはカルシウムイオンと同じアルカリ土類金属であるストロンチウムイオンも吸着できるのではないかという着想を得た.そして,表題の研究を開始・進展させるに至っている.本稿では,特にミカヅキモ,アオミドロ,アミミドロについて,ストロンチウムイオンの吸収・回収担体としての評価方法および実験結果を報告する.

図1■福島市茶屋沼で採集された藻類

(A)ミカヅキモ(Closterium moniliferum).(B)アオミドロ(Spirogyra sp.).(C)アミミドロ(Hydrodictyon reticulatum).(D)シャジクモ(Chara braunii).

【実験方法,および結果】

1. ミカヅキモによるストロンチウムイオンの吸収量の定量

発表者らによる先行研究の結果,ミカヅキモClosterium moniliferumにおいてストロンチウムイオンを細胞内に吸収していることが福島大学での電子顕微鏡観察により明らかにされてきた.そこで,Closterium monilifermのような一般的なミカヅキモの約3倍の大きさで,淡水で最大クラスのミカヅキモであるClosterium lunula図2図2■ミカヅキモ1細胞当たりのストロンチウム吸収量の変化)のほうが,より多くのストロンチウムイオンを吸収するのではと考えた.そこで,両藻類によるストロンチウム吸収を比較した.まず,塩化ストロンチウム水溶液(0.01 M)18 mLを試験溶器25 mLに添加し,そこにClosterium lunulaが総計2,000細胞(Closterium moniliferumの場合は20,000細胞)になるよう藻体培養液(2 mL)を加えて吸収実験を行った.藻体溶液のろ液の調製,メスアップを経て,ストロンチウムをはじめとするアルカリ土類金属イオンのキレート滴定用の指示薬であるPC(Phthalein Complexone)を用いて,EDTA(0.01 M)による逆滴定からストロンチウムイオン濃度を求め,1細胞当たりの吸収量を決定した.その結果,Closterium moniliferum, Closterium lunulaどちらも二日目の吸収量が最大となった.また,Closterium lunulaClosterium moniliferumに比べ最大で約14倍の吸収量となった.このことからClosterium lunulaのほうがストロンチウムの回収の実用化に向けて,より効率的な活用が期待できると考えられた(図2図2■ミカヅキモ1細胞当たりのストロンチウム吸収量の変化).さらに,吸収実験後のClosterium lunula細胞については分析電子顕微鏡による観察・解析を福島大学において実施した.その結果,図3図3■ミカヅキモ(Closterium lunula)の電子顕微鏡写真と元素分析によるストロンチウムマッピングデータの元素マッピングデータに示されるようにミカヅキモの末端空胞と細胞側面より,ストロンチウムが観察され,本藻類は細胞全体でストロンチウムイオンを吸収すると考えられた.

図2■ミカヅキモ1細胞当たりのストロンチウム吸収量の変化