JP2007135425A - 実汚染土壌を効率よく浄化する微生物および浄化方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ロドコッカス(Rhodococcus)属又はゴルドニア(Gordonia)属に属する微生物であって、土壌から採取した試料単位重量あたりのDNA量に基づき求められる土壌バクテリア数を一定値以上とする能力を有する、土壌浄化微生物。土壌から採取した試料単位重量当りのDNA量に基づいて求められる土壌バクテリア数を指標として微生物の評価を行う土壌浄化微生物のスクリーニング方法。並びに、土壌から採取した試料単位重量当りのDNA量に基づいて求められる土壌バクテリア数を指標として、土壌浄化処理を行う土壌浄化方法。
【選択図】なし
Description
油分濃度約10,000ppmの土壌50gに、当該微生物を1×108個/g−soil植菌する場合、14日後における土壌の残存油分濃度を4,500ppm以下、好ましく4,000ppm以下、更に好ましくは3,800ppm以下とし、かつ、該土壌から採取した試料単位重量あたりのDNA量に基づき求められる土壌バクテリア数を3.5×108cells/g−soil以上、好ましくは4.0×108cells/g−soil以上、更に好ましくは5.0×108cells/g−soil以上、とする土壌浄化能力を有する、土壌浄化微生物。
(a)配列番号1に示す塩基配列からなるDNA
(a1)配列番号1に示す塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリ
ダイズし、かつシクロアルカン分解活性を有するタンパク質をコードするDNA。
項2の態様には、項1A〜1Dのいずれかに記載の微生物である、ロドコッカスsp. RN1 (Rhodococcus sp. RN1)株が含まれる。
油分濃度約10,000ppmの土壌50gに、当該微生物を1×108個/g-soil植菌する場合、14日後における該土壌の残存油分濃度を4,000ppm以下、好ましくは3,800ppm以下、更に好ましくは3,500ppm以下とし、かつ、該土壌から採取した試料単位重量あたりのDNA量に基づき求められる土壌バクテリア数を3.5×108cells/g−soil以上、好ましくは3.6×108cells/g−soil以上、更に好ましくは3.8×108cells/g−soil以上とする土壌浄化能力を有する土壌浄化微生物。
(b)配列番号3に示す塩基配列からなるDNA、
(b1)配列番号3に示す塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ炭化水素分解活性を有するタンパク質をコードするDNA
及び、下記(c)又は(c1)のDNAを含むalk2遺伝子:
(c)配列番号4に示す塩基配列からなるDNA
(c1)配列番号4に示す塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ炭化水素分解活性を有するタンパク質をコードするDNA
を有する、項3A又は3Bに記載の微生物。
項4の態様には、項3A〜3Dのいずれかに記載の微生物であるゴルドニアsp. RN2(Gordonia sp. RN2)株が含まれる。
該微生物を投入した土壌から採取した試料単位重量当りのDNA量に基づいて求められる土壌バクテリア数を指標として、被検微生物を評価することを特徴とする土壌浄化微生物のスクリーニング方法。
該モニタリングされる土壌バクテリア数を指標として、対象土壌に(i)土着微生物活性化成分の投入及び(ii)汚染物質分解能を有する微生物の投入から選ばれる少なくとも1つの処理を行う処理を行うことを特徴とする、項8A〜8Eのいずれかに記載の土壌の浄化方法。
該モニタリングされる土壌バクテリア数を指標として、対象土壌に(i)土着微生物活性化成分の投入、及び(ii)汚染物質分解能を有する微生物の投入から選ばれる少なくとも1つの処理を行うことを特徴とする、項8A〜8Eのいずれかに記載の土壌浄化方法。
土壌バクテリア数
本発明において、土壌バクテリア数とは、対象土壌から採取した試料単位重量当たりに存在するDNA量(以下、「環境DNA量」又は「eDNA量」ともいう。)に基づいて求められる土壌中のバクテリアの数を表す。なお、本明細書では、土壌バクテリア数を、土壌微生物数と称する場合もある。
対象土壌の種類は、特に限定されず、浄化が必要とされる土壌や汚染土壌から適宜選択して設定される。特に、本発明は、実際の汚染現場における土壌である実汚染土壌、例えば実石油汚染土壌に対して有効に用いることができる。実汚染土壌には、例えば、工場跡地、工場敷地、ガソリンスタンド跡地、焼却場等における土壌等が含まれる。
対象土壌から採取した試料単位重量あたりのDNA量は、診断対象の土壌から採取した試料に存在するDNAを溶出し、該DNAの量を定量することにより測定することができる。
ことができる。
本発明によれば、実汚染土壌、特に実石油汚染土壌の浄化に好適な微生物が提供される。
本発明における土壌浄化微生物には、
ロドコッカス属に属する微生物であって、
油分濃度約10,000ppmの土壌50gに、当該微生物を1×108個/g−soil植菌する場合、14日後における土壌の残存油分濃度が4,500ppm以下、好ましく4,000ppm以下、更に好ましくは3,800ppm以下とし、かつ、該土壌から採取した試料単位重量あたりのDNA量に基づき求められる土壌バクテリア数を3.5×108cells/g−soil以上、好ましくは4.0×108cells/g−soil以上、更に好ましくは5.0×108cells/g−soil以上、とする土壌浄化能力を有する、土壌浄化微生物が含まれる。
とする分解能力を有するものが含まれる。
方法により、以下の方法で、算出されるものである。
(a)配列番号1に示す塩基配列からなるDNA
(a1)配列番号1に示す塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリ
ダイズし、かつシクロアルカン分解活性を有するタンパク質をコードするDNA
を含む遺伝子である。
特に、上記alk遺伝子を有し、配列番号2に示す塩基配列を含む16SrDNAを有する微生物は、実石油汚染土壌におけるシクロアルカン分解能力が高く、好ましい。
本発明における土壌浄化微生物には、
ゴルドニア属に属する微生物であって、
油分濃度約10,000ppmの土壌50gに、当該微生物を1×108個/g-soil植菌する場合、14日後における該土壌の残存油分濃度を4,000ppm以下、好ましくは3,800ppm以下、更に好ましくは3,500ppm以下とし、かつ、該土壌から採取した試料単位重量あたりのDNA量に基づき求められる土壌バクテリア数を3.5×108cells/g−soil以上、好ましくは3.6×108cells/g−soil以上、更に好ましくは3.8×108cells/g−soil以上とする能力を有する、土壌浄化微生物が含まれる。
(b)配列番号3に示す塩基配列からなるDNA
(b1)配列番号3に示す塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリ
ダイズし、かつシクロアルカン分解活性を有するタンパク質をコードするDNA
また、alk2遺伝子は下記(c)又は(c1)のDNAを含む遺伝子である。
(c)配列番号4に示す塩基配列からなるDNA
(c1)配列番号4に示す塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリ
ダイズし、かつシクロアルカン分解活性を有するタンパク質をコードするDNA。
本発明の土壌浄化微生物を、公知の方法に従って、適宜製剤化することにより、土壌浄化剤とすることができる。
本発明によれば、土壌バクテリア数を指標とすることにより、実汚染土壌の浄化に好適な微生物を効率よくスクリーニングする方法が提供される。
対象土壌に被検微生物を投入し;
前記対象土壌から採取した試料単位重量当りのDNA量を測定し、該DNA量に基づいて、土壌バクテリア数を求め;
前記土壌バクテリア数の経時変化をモニタリングして、その挙動から被検微生物の土壌浄化能力を評価する工程;
を有する方法が含まれる。
(1)モニタリングにおいて、土壌バクテリア数が増加した場合は、土壌浄化能力が高いと評価し、土壌バクテリア数が減少した場合には、土壌浄化能力が低いと評価する。
(2)モニタリングにおいて、土壌バクテリア数が予め設定された基準値を超えた場合は、土壌浄化能力が高いと評価し、土壌バクテリア数が予め設定された基準値を満たさない場合には、土壌浄化能力が十分でないと評価する。
本発明によれば、対象土壌から採取した試料の単位重量当たりに存在するDNA量を測定し、該DNA量に基づいて求められた土壌バクテリア数を指標として、土壌浄化のための処理を行うことを特徴とする土壌浄化方法が提供される。
土壌浄化の処理の好ましい態様には、(i)土着微生物活性化成分の投入、及び(ii)汚染物質分解能を有する微生物の投入から選ばれる少なくとも1つの処理を行うことが含まれる。
土着微生物活性化成分は、土壌中に生息する微生物を活性化して、汚染物質の分解又は土壌の浄化を促進するものであれば、特に限定されない。
汚染物質分解能を有する微生物は、対象土壌に含まれる汚染物質を分解し、土壌の浄化を促進するものであれば、特に限定されず、公知の微生物から適宜選択し得る。また、投入量も本発明の効果を奏する範囲で適宜設定し得る。
土壌浄化処理を行うに際し、目安となる基準値を土壌バクテリア数を用いて予め設定しておくことにより、土壌浄化処理を行う的確なタイミングを、容易に把握することが可能になる。
本発明の土壌浄化方法は、土壌バクテリア数を経時的に測定して、その挙動をモニタリングしながら、実施することもできる。土壌バクテリアは汚染物質を分解する働きをする一方で、汚染物質の毒性の影響も受ける。したがって、モニタリングを行って、土壌中に存在する微生物の働きや浄化の進行状況を把握し、微生物の働きが有効に機能する方向で処理を行うことにより、効率の良いバイオレメディエーションを行うことができる。
対象土壌から採取した試料単位重量当りのDNA量を測定し、該DNA量に基づいて、土壌バクテリア数を求める工程、
前記土壌バクテリア数の経時変化をモニタリングする工程、及び、
前記モニタリングされた土壌バクテリア数が予め設定された基準値を下回る場合に、対象土壌に(i)土着微生物活性化成分の投入及び(ii)汚染物質分解能を有する微生物の投入から選ばれる少なくとも1つの処理を行う処理工程、
を有する、土壌の浄化方法。
本発明の土壌浄化方法においては、土壌バクテリア数を求めるためのDNA量の測定を行う前に、予め適当な処理を対象土壌に施しておいてもよい。
初期処理を行った後、土壌バクテリア数の経時変化をモニタリングし、土壌バクテリア数が予め設定された基準値以下となった場合、或いは更なる処理が必要と判断した場合に、追加処理を行うことができる。
前記初期処理を行った土壌から採取した試料単位重量当りのDNA量を測定し、該DNA量に基づいて、土壌バクテリア数を求め;
前記土壌バクテリア数の経時変化をモニタリングし;
前記土壌バクテリア数が予め設定された基準値以下となる場合、(2−i)土着微生物活性化成分の投入及び(2−ii)汚染物質分解能を有するゴルドニア属に属する微生物の投入を行う第1追加処理を行い;
前記第1追加処理を行った土壌から採取した試料の汚染物質濃度を測定して、その経時変化をモニタリングし;、
汚染物質濃度が変動しなくなった場合、(3−i)土着微生物活性化成分の投入及び(3−ii)汚染物質分解能を有するロドコッカス属に属する微生物の投入を行う第2追加処理を行い;
前記第2追加処理を行った土壌から採取した試料単位重量当りのDNA量を測定し、該DNA量に基づいて、土壌バクテリア数を求め;
前記土壌バクテリア数の経時変化をモニタリングし;
前記土壌バクテリア数が予め設定された基準値以下となる場合、(4−i)土着微生物活性化成分の投入及び(4−ii)汚染物質分解能を有するロドコッカス属に属する微生物の投入を行う第3追加処理を行うことを有する土壌の浄化方法。
また、本発明の方法においては、土壌バクテリア数を指標とすることにより、土壌の浄化状況の診断を行うこともできる。例えば、上記のような土壌浄化処理を行った後、土壌バクテリア数が一定の基準値を超えれば、土壌が十分に回復したものと診断することができる。また、土壌バクテリア数が一定の基準値を満たしていなければ、土壌の回復が十分でないと診断することもできる。このように土壌バクテリア数を指標とすることで、従来では難しかった土壌の浄化状況の把握や比較を、数値化された基準で、評価し、診断することが可能となる。
1−1.ロドコッカスRN1株
1−1−1.表現形質
RN1株の生化学的同定を行った。各種試験は、Holt,G.,Krieg,N.R.,Sneath,P.H.A.,Staley,J.T.,and Williams,S.T.(ed.):Bergey’s manual of determinative bacteriology(9版)Williams and Wilkins Co.,Baltimore(1994)に従って実施した。
同定結果を下記表2に示す。
本菌株を、25℃において、1%ペプトン、0.5%酵母エキス、0.5%NaClからなるLB培地(pH7.0)を用いて1日間培養した後、ゲノム抽出を行い、サーマルサイクラー(Temp・Tronic,G Thermoline社製)でユニバーサルプライマー(20F、1510R)を用いて16SrDNAをコードする塩基配列をPCR(Polymerase Chain Reaction)法により増幅した。得られたPCR産物をQ I Aquic TM PCR Purification Kit(GIAGEN社製)で精製することでテンプレートDNAとした。テンプレートDNAを、Thermo Sequenasepre−mixed cycled sequencing Kit(日立計測器サービス社製)を用いて、サイクルシークエンス PCR法により、再度増幅した。
ATGC各regent 2μm
プライマー(Primer) 2μm
テンプレート(Template) 400〜600mg
滅菌蒸留水 最終25μl
とした。また、反応条件は、94 度で5分加熱、次いで94度で30秒加熱及び60度で30秒加熱を25サイクル、次いで4度で放置とした。
Rhodococcus sp.NDKK48株(特開2003-102469号公報に記載のC2株)、及び、Rhodococcus sp. ODNM2B株(特開2004-113197号公報に記載のRhodococcus sp.GR-002株)と本菌株の16SrDNA配列の相同性の結果を下記表3に示す。なお、相同性は、Blastにより求めたものである。
1−2−1.表現形質
RN2株の生化学的同定を行った。各種試験は、Holt,G.,Krieg,N.R.,Sneath,P.H.A.,Staley,J.T.,and Williams,S.T.(ed.):Bergey’s manual of determinative bacteriology(9版)Williams and Wilkins Co.,Baltimore(1994)に従って実施した。
同定結果を下記表4に示す。
上記1−1−2と同様の方法で、本菌株のゲノム抽出を行い、16SrDNAをコード
する塩基配列をPCR(Polymerase Chain Reaction)法により増幅して、PCR産物を精製し、精製物の塩基配列を、DNAシークエンサーにより解析して、塩基配列の決定をした。
Gordonia sp.NDKK46株(特開2004-121068号公報に記載のGordonia sp.GR-004株)と本菌株の16SrDNA配列の相同性の結果を下記表5に示す。なお、相同性は、Blastにより求めたものである。
Rhodococcus sp.RN1及び Gordonia sp.RN2について、下記の方法及び材料を用いて、汚染土壌における微生物の土壌浄化能力について比較検討を行った。
2−1−1.実汚染土壌
汚染土壌としては、工場跡地から搬入された、A重油で汚染された土壌を用いた。
土壌の油分濃度は、サンプルをガスクロマトグラフィー分析し、ピーク面積を測定して行った。ガスクロマトグラフフィー分析条件は下記表6に示す条件で行った。模擬汚染土壌は、予め珪砂(EX NANIWA、大阪)に10,000 ppmになるようにA重油を添加して作製した。そして、サンプル及び模擬汚染土壌の油分ピーク面積を測定し、下記(式2)を用いて油分濃度を算出した。各2連で行った。また、油分濃度を算出する際は、試料の含水率を測定し、補正を行った。
下記の環境DNA抽出法を用いて土壌1.0 g中の微生物のDNAの抽出を行ってDNA量を測定し、土壌バクテリア数を求めた。
汚染土壌の濃度を、GCで測定したところ、油分濃度は15,900ppm(飽和炭化水素濃度3,900ppm、芳香族炭化水素濃度10,500ppm)であった。
結果を下記表8に示す。
以下の方法で、Gordonia sp. RN2株と、Rhodococcus sp. RN1株のシクロアルカン分解能力について、検討を行った。
100グラムの滅菌土壌(121℃、15分オートクレーブ滅菌)した土壌にシクロアルカンを1%(w/w)添加した。その後、各菌株を1%(v/w)植菌し、14日後と28日後のシクロアルカン分解率を求めて評価した。
測定した数値を下記式に入れ、分解率を求めた。
とした。
結果を下記表9に示す。
実汚染土壌480 kgに対し、以下の方法で実験を行い、土壌浄化能力の比較検討を行った。
4−1−1.使用菌株および培地
菌株として、Rhodococcus sp. RN1株及びGordonia sp. RN2株を使用した。また、シクロアルカン分解能力を有するAlcaligenessp. ODMI79株も使用して比較検討を行った。
実汚染土壌は、日工株式会社より提供された土壌で、工場跡地より搬入された、重油タンクからの油の漏洩により汚染された土壌を用いた。
土壌の油分濃度の測定は、以下のS316抽出-赤外定量法により行った。
土壌サンプルは1試料につき3箇所からサンプリングし混合したものを用いた。土壌サンプルを撹拌した後、土壌7.0 gを採取し、脱水のために硫酸ナトリウム 1.0 g、シリカゲル2.0 gを加えた。この土壌に油抽出液S316(クロロトリフルオロエチレン)25 mlを添加し、約1時間撹拌した。1時間後、土壌と油抽出液を分離するため、ろ過を行った。ろ液は、油分濃度計の測定範囲に入るように、適度に希釈した。
ろ液約6.5 mlを吸収セルに入れ油分濃度計(OCMA-350、堀場製作所、東京)を用いて測定を行った。測定条件を表12に示す。得られた測定値を下記(式3)により測定値を油分濃度に換算した。
実施例2における2−1−3と同様の方法で、環境DNA解析法により土壌バクテリア数を求めた。
本実験では、各バイオレメディエーション技術の比較を行うため、A−Gの7つの処理条件を用意した。各処理条件を下記表13に示す。実汚染土壌480 kgに対し、B培地の場合は20 l、改変SW培地の場合は4倍濃縮したものを20 l加えた。
6週間の処理期間において微生物数の減少が予測された。そのため、6週目において追加処理を施した。各追加処理条件を下記表14に示す。
4−2−1.土壌バクテリア数の変化
バイオレメディエーション(480 kgスケール)における土壌浄化の状況をみるために、土壌バクテリア数を指標として、その変化をモニタリングした。
バイオレメディエーション(480kgスケール)における油分分解の進行を把握するために、S316抽出−赤外定量法を用いて土壌の油分濃度を測定した。
実施例4において土壌浄化能力に優れていたRhodococcus sp. RN1株及びGordonia sp. RN2株を組み合わせ、実汚染土壌750 kgのバイオレメディエーションを9週間行った。
5−1−1.使用菌株および培地
微生物は、Rhodococcussp. RN1株、及びGordonia sp. RN2株を使用した。培養条件は、実施例4と同様とした。また、予め汚染土壌に対しB培地によるスティミュレーションを行い、2日間培養後、活性化させた炭化水素分解菌群をコンソーシアムIIと名付け使用した。培地は改変SW培地、B培地、有機成分培地を用いた。改変SW培地の組成、LB培地の組成、及びB培地の組成は、実施例4で示したとおりである。有機成分培地の組成を下記表16に示す。
汚染土壌は日工株式会社から提供されたもので、ガソリンスタンド跡地より搬入された
実汚染土壌を用いた。ガソリンスタンド跡地であることから考えられる汚染物質として、ガソリン、灯油、エンジンオイル等の潤滑油が挙げられる。
処理条件を下記表17に示す。初期処理では実汚染土壌750 kgに対しB培地を15 l、菌液を5 l添加した。追加処理の際はB培地の場合15 l、改変SW培地の場合は4倍濃縮改変SW培地を30 l添加し、各菌液は1 %(v/w)添加した。追加処理は5週目に行った。
土壌バクテリア数は、実施例4と同じく、実施例2における2−1−3と同様に、環境DNA解析法を用いて求めた。
土壌の油分濃度は、実施例4と同様に、S316抽出−赤外定量法により、測定した。
5−2−1.土壌バクテリア数の変化
バイオレメディエーション(750 kgスケール)に伴う土壌バクテリアへの影響を解析するために、その指標として土壌バクテリア数を測定した。その結果を図3に示す。
バイオレメディエーション(750 kgスケール)における油分除去の進行を把握するために、S316抽出−赤外定量法を用いて0週目、5週目、9週目の土壌の油分濃度を測定した。バイオレメディエーション(750 kg)における油分濃度を下記表18に示す。
図4に示されるように、特にGordoniasp. RN2株によるバイオオーギュメンテーションが最も油分除去に優れており、全油分残存率は44 %であった。このことから、高分子の炭化水素汚染に対してGordoniasp. RN2株を用いたバイオオーギュメンテーションが油分除去に優れていることが分かった。
実汚染土壌750 kgを用いた9週間のバイオレメディエーション実験終了後、最も油分の分解が進んでいたRhodococcus sp. RN1の系(K)、およびGordonia sp. RN2の系(L)について、オーギュメンテーションにおける追加処理条件の検討を目的としたバイオレメディエーション実験を行った。
6−1−1.追加処理条件
Rhodococcus sp. RN1株を植菌した系(K)の土壌を土壌KK6、Gordonia sp. RN2株を植菌した系(L)を土壌76Aとした。
土壌バクテリア数は、実施例4と同じく、実施例2における2−1−3と同様に、環境DNA解析法を用いて求めた。
土壌の油分濃度は、実施例4と同様に、S316抽出−赤外定量法により、測定した。
6−2−1.土壌バクテリア数の変化
追加処理条件の土壌浄化状況を調べるため、土壌バクテリア数の変化を調べた。土壌KK6の系の土壌バクテリア数の経時変化を図5に示す。また、土壌76Aの系の土壌バクテリア数の経時変化を図6に示す。
各追加処理条件における油分分解能を評価するため、S316抽出−赤外定量法を用いて油分濃度を測定した。土壌KK6を用いた5週間のバイオレメディエーション終了後における油分濃度について表20及び図7に示す。
Claims (8)
- ロドコッカス(Rhodococcus)属に属する微生物であって、
油分濃度約10,000ppmの土壌50gに、当該微生物を1×108個/g−soil植菌する場合、14日後における土壌の残存油分濃度を4,500ppm以下とし、かつ、該土壌から採取した試料単位重量あたりのDNA量に基づき求められる土壌バクテリア数を3.5×108cells/g−soil以上とする土壌浄化能力を有する、土壌浄化微生物。 - 土壌浄化能力を有するロドコッカスsp. RN1 (Rhodococcus sp. RN1)株(独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター受領番号FERM AP-20708)。
- ゴルドニア(Gordonia)属に属する微生物であって、
油分濃度約10,000ppmの土壌50gに、当該微生物を1×108個/g−soil植菌する場合、14日後における土壌の残存油分濃度を4,000ppm以下とし、かつ、該土壌から採取した試料単位重量あたりのDNA量に基づき求められる土壌バクテリア数を3.5×108cells/g−soil以上とする土壌浄化能力を有する、土壌浄化微生物。 - 土壌浄化能力を有するゴルドニアsp. RN2(Gordonia sp. RN2)株(独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター受領番号FERM AP-20709)。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の微生物を対象土壌に投入することを特徴とする土壌浄化方法。
- 土壌に被検微生物を投入し、
該微生物を投入した土壌から採取した試料単位重量当りのDNA量に基づいて求められる土壌バクテリア数を指標として、被検微生物を評価することを特徴とする土壌浄化微生物のスクリーニング方法。 - 請求項6に記載の方法によりスクリーニングされた微生物を、対象土壌に投入することを特徴とする土壌の浄化方法。
- 対象土壌から採取した試料単位重量当りのDNA量に基づいて求められる土壌バクテリア数を指標として、前記対象土壌に(i)土着微生物活性化成分の投入、及び(ii)汚染物質分解能を有する微生物の投入から選ばれる少なくとも1つの処理を行うことを特徴とする、土壌浄化方法。
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