循環型社会の構築を課題として掲げる今世紀における環境問題としては,バイオエネルギーなどの再生エネルギーや廃棄物・廃製品のリサイクルなどに注目が集まりがちであるが,人類の生存を根源的に支えているのは,健全な水・大気・土壌環境,すなわち"環境資源"であることを忘れてはならない。我々が,安全な水を飲み続けないと生きていけないのは当然のことであるが,食糧となる農作物を育てるためには水に加えて,有害物質を含まず栄養に富んだ土壌が必要である。空気や土が汚れていると,生活していく中で,食物を含めたさまざまな経路で有害物質に曝露され続けることとなり,長年の健康を保つことができなくなってしまう。工業生産も清浄な水や空気の供給に大いに依存している。
　我々の生命あるいは生活の根源基盤である水圏・気圏・土壌圏の環境保全は,我が国を含めた先進国ではある程度十分なレベルで達成されてきている。それは,家庭や工場などからの排水,排ガスや廃棄物を環境中に放出する前に適正に処理し,環境負荷を予め低減する処理技術と,過去の汚染物質の放出や事故,不法投棄などにより汚れてしまった環境を現場で清浄化する修復・浄化技術によって行われている。これらの技術は,先進国が,いわゆる典型公害を克服してきた長い歴史の中で洗練され,素晴らしい性能を有するものとなっているが,循環型・低炭素型の共生社会を目指す今世紀においては,ある種の問題を露呈するようになってきた。現在の技術は環境保全・浄化の性能向上を第一義的な目的としてデザインされてきたことから、一般には、高度な処理を行えば行うほど,資源やエネルギーをより多く消費する傾向を有しているのである。言い換えれば,"環境質の向上"と"資源・エネルギー消費"あるいは"二酸化炭素排出"にトレードオフの関係があり,今後途上国を含めた全世界に普及させていくことになると,環境は良好な状態に保全され得るが,逆に地球温暖化や資源枯渇を促進させることに繋がりかねないということが問題として顕在化しつつある。また,環境保全・浄化技術は,いわゆる静脈技術として,低コストでないといけないという宿命を負わされており,先進国で開発された技術も経済性を考慮して開発・実用化されてきたものではあるが,それでも現状の途上国には高コストであり,環境保全を急務とする各国において普及が進まない原因となっている。今後は,エネルギー・資源の消費と二酸化炭素の排出を極力抑えつつ,しかも現在の途上国においても適用可能な経済性をも供えもち,さらに,これまでにも増してよりよい環境を維持・回復していくための保全・浄化技術の登場が熱望されているのである。本書は,そのような理想的な環境保全・浄化技術の一つのオプションとなり得る,植物利用環境技術のさまざまなポテンシャルに焦点を当てて解説するものである。
(「はじめに―環境保全浄化装置としての植物―」より一部抜粋)

大阪大学大学院　池　道彦

<普及版の刊行にあたって>

　本書は2011年に『植物機能のポテンシャルを活かした環境保全・浄化技術 ―地球を救う超環境適合・自然調和型システム―』として刊行されました。普及版の刊行にあたり、内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので、ご了承ください。

2018年5月　　シーエムシー出版　編集部

池道彦　　　大阪大学大学院　
尾崎保夫　　　秋田県立大学　
櫻井康祐　　　DOWAテクノロジー(株)　
惣田訓　　　大阪大学大学院
藤原拓　　　高知大学
永禮英明　　　岡山大学　
前田守弘　　　岡山大学　
赤尾聡史　　　鳥取大学　
松浦秀幸　　　大阪大学大学院　
原田和生　　　大阪大学大学院　
宮坂均　　　関西電力(株)　
平田收正　　　大阪大学大学院　
永瀬裕康　　　大阪大学大学院　
林紀男　　　千葉県立中央博物館　
海見悦子　　　中外テクノス(株)　
村上政治　　　(独)農業環境技術研究所　
北島信行　　　(株)フジタ　
近藤敏仁　　　(株)フジタ　
岩崎貢三　　　高知大学　
西岡洋　　　兵庫県立大学　
大川秀郎　　　神戸大学名誉教授
乾秀之　　　神戸大学　
嶋津小百合　　神戸大学　
山上睦　　　(財)環境科学技術研究所　
保倉明子　　　東京電機大学　
浦野豊　　　東京大学　
早川信一　　　東京都立多摩科学技術高等学校　
高橋美佐　　　広島大学　
森川弘道　　　広島大学名誉教授
清和成　　　北里大学
遠山忠　　　山梨大学　
森一博　　　山梨大学　
森川正章　　　北海道大学
田中靖浩　　　山梨大学　
玉木秀幸　　　(独)産業技術総合研究所　
鎌形洋一　　　(独)産業技術総合研究所　
橋床泰之　　　北海道大学
山下光雄　　　芝浦工業大学　
橋本洋平　　　三重大学　
井上大介　　　大阪大学大学院　
三島康史　　　(独)産業技術総合研究所
伊佐亜希子　　(独)産業技術総合研究所　
三輪京子　　　北海道大学　

執筆者の所属表記は、2011年当時のものを使用しております。

第1章　植物を利用した排水処理・汚染水域浄化
1　バイオジオフィルターによる生活排水の高度処理　
1.1　はじめに
1.2.　BGF水路を用いた生活排水浄化システムの設計・試作
1.3　BGF水路の運転管理法
1.4　ゼオライトと鹿沼土を充填したBGF水路流出水の全窒素,全リン濃度の年間変化
1.5　ゼオライトと鹿沼土濾材の継続使用が流出水の全窒素,全リン濃度に与える影響
1.6　BGF水路流下に伴う窒素濃度の変化
1.7　地域特性に合った生活排水の循環利用をめざして
2　ビオパレット:植物による金属加工廃水の仕上げ処理　
2.1　植生浄化システム(ビオパレット)の導入
2.2　ビオパレットにおける金属加工廃水の仕上げ処理
2.3　抽水植物の金属類に対する濃縮係数と移動係数
3 クリーニングクロップによるハウス土壌の面的浄化と収穫物資源化
3.1　はじめに
3.2　新規のノンポイント汚染対策
3.3　クリーニングクロップ栽培と湛水の組み合わせによるハウス土壌の面的浄化
3.4　クリーニングクロップ収穫物からの栄養塩回収
3.5　クリーニングクロップ収穫物からのL-乳酸生成
3.6　おわりに
4　環境浄花:植物による環境ホルモン分解と排水処理への応用　
4.1　はじめに
4.2　環境ホルモン浄化能に優れた園芸植物のスクリーニング
4.3　ポーチュラカの環境ホルモン浄化能の評価
4.4　ポーチュラカのビスフェノールA代謝機構
4.5　サルビア植物による環境ホルモン浄化
4.6　おわりに
5　微細藻類による排水からの有害金属除去　
5.1　はじめに
5.2　糸状性ラン藻を利用した重金属吸着技術
5.3　アルカリ処理によりカドミウム選択的な除去能が上昇する機構の解析
5.4　ラン藻の重金属除去への応用
5.5　おわりに
6　湖沼における沈水植物の再生と食物網を活用した水環境保全　
5.1　はじめに
5.2　糸状性ラン藻を利用した重金属吸着技術
5.3　アルカリ処理によりカドミウム選択的な除去能が上昇する機構の解析
5.4　ラン藻の重金属除去への応用
5.5　おわりに

第2章　ファイトレメディエーション:植物による土壌浄化技術
1　ファイトレメディエーションによる油汚染土壌の浄化　
1.1　はじめに
1.2　ファイトレメディエーションによる油汚染土壌浄化の課題
1.3　ファイトレメディエーションによる油汚染土壌浄化の事例
1.3.1　浄化対象汚染サイト
1.3.2　植物の選定
1.3.3　浄化期間
1.3.4　土壌の前処理と播種
1.3.5　施肥と給水
1.3.6　酸素の確保
1.3.7　浄化効果
1.4　今後の展望
2　イネによるカドミウム汚染水田のファイトレメディエーション
2.1　はじめに
2.2　植物を用いた土壌浄化技術(ファイトエキストラクション)
2.3　イネのカドミウム吸収を最大化する水管理法
2.4　カドミウム高吸収イネ品種の栽培に伴う土壌のカドミウム濃度の変化
2.5　カドミウム高吸収イネ品種栽培跡地に作付した食用イネ品種のカドミウム濃度
2.6　収穫・乾燥
2.7　焼却試験,コスト試算
2.8　まとめ
2.9　今後の予定・期待
3　超集積植物を用いた重金属汚染土壌の浄化　
3.1　はじめに
3.1.1　超集積植物を用いたファイトレメディエーションについて
3.2　ファイトレメディエーションに使用する超集積植物
3.3　モエジマシダを用いたファイトレメディエーション
3.3.1　概要
3.3.2　トリータビリティ試験
3.3.3　適用
3.4　ハクサンハタザオを用いたファイトレメディエーション
3.4.1　概要
3.4.2　実用化規模(1000 ㎡)でのカドミウム除去能の実証試験
3.5　まとめ
4　生分解性キレート剤を利用した金属吸収促進型ファイトレメディエーション　
4.1　はじめに
4.2　EDDSの錯体形成能と生分解性
4.3　カラシナの生育と銅吸収に及ぼす影響
4.4　栽培期間の土壌溶液中銅濃度およびリガンド濃度
4.5　栽培後土壌の銅の存在形態
4.6　栽培後土壌における微生物群集の基質資化性
4.7　おわりに
5　鉛集積性シダ植物の探索と評価　
5.1　はじめに
5.2　鉛集積性シダ植物の探索と評価
5.2.1　鉛集積性シダ植物の探索
5.2.2　元素集積面から見たシシガシラの特徴
5.2.3　シシガシラ地上部の熱処理による鉛の不溶化
5.3　おわりに
6　残留農薬のファイトレメディエーションとポリ塩化ビフェニル(PCB)などのファイトモニタリング
6.1　はじめに
6.2　P450とAhRの遺伝子工学
6.3　残留農薬のファイトレメディエーション
6.3.1　農薬などを代謝するP450分子種の選定
6.3.2　P450分子種を導入した組換え体植物の作出と除草剤代謝・残留農薬の軽減
6.4　PCBなどのファイトモニタリング
6.5　おわりに
7　植物による土壌からの放射性物質除去とセシウム輸送体の探索　
7.1　はじめに
7.2　セシウム集積植物とファイトレメディエーション
7.3　ストロンチウム集積植物とファイトレメディエーション
7.4　セシウムの輸送体探索とその応用
7.5　おわりに　福島第一原発事故でわかってきたことと今後の課題
8　植物による重金属類蓄積メカニズムの解明　
8.1　ヒ素を蓄積する植物―モエジマシダ
8.2　カドミウムを蓄積する植物―ハクサンハタザオ
8.3　カドミウムを蓄積する植物―イネ
8.4　おわりに

第3章　植物を利用した排ガス処理・大気環境保全技術
1　サンパチェンス○Rによる大気汚染物質の浄化　
1.1　はじめに
1.2　実験の方法
1.2.1　サンプルとチェンバー
1.2.2　試薬
1.2.3　実験
1.2.4　気孔の計測
1.3　結果
1.3.1　二酸化窒素(NO2)吸収浄化実験
1.3.2　ホルムアルデヒド(HCHO)吸収浄化実験
1.3.3　一般居室における吸収浄化実験
1.3.4　気孔の計測
1.4　まとめ
2　植物による大気汚染物質の浄化と植物育成への応用―ファイトレメディエーションの実用化に向けて―　
2.1　はじめに
2.2　研究の目的
2.3　ファイトレメディエーションとの関係について
2.4　排気ガスの封入実験
2.4.1　実験方法
2.4.2　分析手順
2.4.3　結果・考察
2.5　使用した排気ガスの成分について
2.6　屋外実験
2.6.1　結果・考察
2.7　まとめ
2.8　実用化への構想
2.9　今後の課題
3　微細藻類による煙道排気ガスの処理　
3.1　はじめに
3.2　微細藻類のバイオマス生産過程での煙道排ガス中の窒素酸化物処理
3.3　気泡塔型カラムリアクターを用いた微細藻類による窒素酸化物の処理
3.4　向流型バイオリアクターを用いた一酸化窒素の処理能の向上
3.5　おわりに
4　Nitrogen-dioxide philic plantの創成と大気汚染の軽減
4.1　はじめに
4.2　自然界の植物のNO2吸収と同化
4.2.1　218タクサ植物のNO2同化の多様性
4.2.2　70タクサの街路樹のNO2同化
4.3　植物のNO2吸収能力の遺伝的改変
4.3.1　シロイヌナズナ:NR,NiR,GSの過剰発現
4.3.2　街路樹シャリンバイのNO2吸収と同化能の遺伝的改変
4.3.3　イオンビーム照射によるオオイタビの変異体の育成

第4章　根圏における植物―微生物の相互作用と環境技術への展開
1　ウキクサ根圏における多様な化学物質分解菌の集積と活性化　
1.1　はじめに
1.2　ウキクサと根圏微生物の共生系による各種芳香族化合物の分解促進
1.3　ウキクサ根圏からの4-tert-ブチルフェノール分解微生物の分離
1.4　ウキクサ根圏で特殊な微生物が選択的に集積・活性化されるメカニズム―根分泌物に焦点を当てて
1.5　おわりに
2　抽水植物ヨシ根圏における内分泌攪乱化学物質の分解促進　
2.1　はじめに
2.2　ヨシの根圏底質におけるフェノール性内分泌攪乱化学物質の分解
2.3　ヨシの根圏底質に集積するフェノール性内分泌攪乱化学物質分解菌
2.4　ヨシと根圏微生物の協働作用によるフェノール性内分泌攪乱化学物質分解のメカニズム
2.5　おわりに
3　PGPR(Plant Growth Promoting Rhizobacteria)の環境保全・修復への利用　
3.1　はじめに
3.2　根圏浄化技術の可能性
3.3　アオウキクサ表面からの炭化水素分解細菌の単離
3.4　フェノール分解細菌のアオウキクサへの付着活性評価
3.5　P23株を付着させたアオウキクサを用いたフェノール分解実験
3.6　総括と展望
4　水生植物根圏に生息する多様な未知微生物の探索と環境保全への活用
4.1　はじめに
4.2　ヨシ,ミソハギ根圏に生息する微生物群集の解析
4.3　ヨシ,ミソハギ根圏からの多様な未知微生物の分離培養
4.4　未知微生物の環境保全技術への活用に関する基礎的検討―ウキクサ根圏への未知微生物の導入とその定着性
4.4.1　ウキクサ根圏からの微生物分離
4.4.2　Verrucomicrobia門細菌のウキクサ根圏への導入と定着性の評価
4.5　おわりに
5　土壌の有機物汚染浄化における植物―根圏微生物系の活用―　
5.1　背景
5.1.1　根面着生微生物の特徴
5.1.2　根面環境と生体異物分解・ファイトレメディエーション
5.1.3　根面着生細菌を用いたレメディエーションの利点
5.1.4　菌株の分離源としての熱帯泥炭土壌適応植物の根面環境
5.2　植物由来ポリフェノールによる生体異物分解の亢進
5.2.1　熱帯泥炭林生フタバガキ幼木根面に着生する根面細菌群の特性
5.2.2　分離した根面細菌群のトリプトファン分解とその代謝特性検索
5.2.3　タンニン酸添加によるインドール分解の亢進
5.2.4　没食子酸およびピロガロール基をもつポリフェノール類によるインドール分解亢進
5.3　実用性に関連した根圏微生物を用いたファイトレメディエーション
5.3.1　湿地・水田
5.3.2　畑地の塩素系有機合成農薬
5.4　おわりに
6　レンゲソウと根粒菌の共生による重金属ファイトレメディエーション　
6.1　はじめに
6.2　重金属汚染と処理技術
6.3　ファイトレメディエーション
6.4　マメ科植物と根粒菌による共生工学
6.5　共生工学による重金属浄化
6.6　ファイトレメディエーションの促進技術
6.7　メタルバイオテクノロジーの将来
7　根圏土壌における重金属の化学形態と生物可給性　
7.1　はじめに
7.2　土壌の収着現象
7.3　X線吸収分光法を用いた土壌元素の状態分析
7.4　根圏土壌における重金属の化学形態と可給性
7.4.1　根圏土壌の特徴
7.4.2　根圏土壌における鉛の溶解挙動と化学形態
7.5　まとめ

第5章　植物による環境浄化と資源生産のCo-benefit実現を目指して
1　水生植物による水質浄化とバイオエタノール生産のCo-benefit
1.1　はじめに
1.2　余剰水生植物バイオマス資源化の可能性
1.3　水生植物バイオマスからのバイオエタノール生産
1.4　植生浄化法のCo-benefitプロセスとしての有効性の評価
1.5　おわりに
2　ヨシバイオマスからの糖生産の最適化　
2.1　はじめに
2.2　植物バイオマスからのエタノール生産の流れ
2.3　ヨシバイオマスの特徴
2.4　ヨシバイオマスの前処理条件の最適化
2.5　ヨシバイオマスの糖化条件の最適化
2.6　おわりに
3　ミジンコウキクサによる水質浄化とデンプン生産　
3.1　はじめに
3.2　ミジンコウキクサの生育特性
3.3　ミジンコウキクサによる栄養塩除去能力
3.4　ミジンコウキクサによるデンプン生産能力とその資源価値
3.5　おわりに
4　光合成微生物を用いたバイオマスの有用物質への変換　
4.1　はじめに
4.2　藻類バイオマスを原料とした水素生産
4.3　食品工場排水を原料とした水素生産
4.4　光合成細菌に蓄積する脂溶性抗酸化物質
4.5　米粉工場排水処理と脂溶性抗酸化物質の生産
4.6　今後の展開
5　海産性植物バイオマスの資源化およびその生産
5.1　海産性植物の分類および海域の特徴
5.2　大型藻類バイオマスの生産および利用
5.2.1　何をどこで生産すべきか
5.2.2　大型藻類バイオマスの生産
5.2.3　大型藻類バイオマスの資源化
5.2.4　メコンデルタにおける生産ポテンシャル
5.3　どのようなシステムを目指すべきか
6　ミネラル輸送系強化による不良栄養土壌環境でのバイオマス増産
6.1　はじめに
6.2　石灰質アルカリ土壌における鉄欠乏耐性植物の作出
6.2.1　植物における鉄吸収の分子機構
6.2.2　ムギネ酸合成系酵素の発現上昇による鉄欠乏耐性植物の作出
6,2.3　三価鉄還元活性の上昇による鉄欠乏耐性植物の作出
6.2.4　鉄欠乏応答を制御する転写因子の発現改変による鉄欠乏耐性植物の作出
6.3　酸性土壌における植物のアルミニウム毒性に対する耐性機構
6.3.1　Al依存的な有機酸分泌を担うリンゴ酸輸送体とクエン酸輸送体の同定
6.3.2　有機酸分泌によらないAl毒性耐性の分子機構
6.4　植物のホウ素吸収の分子機構とホウ素栄養障害耐性植物の作出
6.4.1　ホウ素欠乏耐性植物の作出
6.4.2　ホウ素過剰耐性植物の作出
6.5　おわりに