科学技術振興調整費による研究

〔担当者〕

〔目　的〕
　日英の湖沼に発生する有毒糸状藍藻類による被害状況調査とその分類，大量培養，毒素の化学構造，生体影響を明らかにすることを目的とした。

〔内　容〕
　英国における有毒糸状藍藻類はＯｓｃｉｌｌａｔｏｒｉａ ａｇａｒｄｈｉｉ及びＮｏｓｔｏｃ ｓｐ．が主なものであった。これらはいずれも肝臓毒を生産していたが，これまで知られている肝臓毒とは異なっていた。すなわち，英国産のノストックには新規毒素Ｎｏｓｔｏｃｙｃｌｉｎを含むこと，また，ｍｉｃｒｏｃｙｓｔｉｎ様化合物が含まれているが，新規化合物であること，Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｉａ ａｇａｒｄｈｉｉにおいても新規ｍｉｃｒｏｃｙｓｔｉｎ同族体が含まれていることを明らかにした。毒性はこれまで知られているｍｉｃｒｏｃｙｓｔｉｎ類と同程度であった。一方国内のＯｓｃｉｌｌａｔｏｒｉａ ａｇａｒｄｈｉｉにはこのような毒素は含まれていなかった。これらの結果は藍藻毒に地域的な違いがあることを示すものと考えられた。

（２）都市域における光化学大気汚染生成機構解明に関する共同研究

〔担当者〕

〔内　容〕
　メキシコにおいては光化学大気汚染が各地で発生しているが，中でもメキシコシティでの汚染が顕著である。メキシコシティ市域は周辺を海抜高度４，０００ｍクラスの山岳に囲まれた２，２４０ｍの盆地に位置し，常に高気圧に覆われた沈降性の逆転が出現する。日射が強く，弱風のため光化学大気汚染が発生しやすく光化学オゾンの濃度が世界で最も高い。一方，日本においては，光化学大気汚染の発生地域が広域化しており内陸の山岳地域における汚染が問題となってきている。このため，日本とメキシコの間で光化学大気汚染のモデルによる比較，モニタリングデータの解析，気象の共同観測と解析，同一のシステムによる大気中の炭化水素成分の分析研究等を行うことにより比較可能な共通のデータベースを構築した。得られたデータを共同で解析評価し，それぞれの国における光化学大気汚染の生成機構に関する比較・評価を行った。
　メキシコサイドでは主に大気汚染常時監視データの解析プログラムの開発を行い，その解析結果を基に大気汚染発生源の分布と強度の推定に関する研究を行った。日本サイドは気象共同観測の解析と炭化水素成分のサンプリングと分析に関する研究を行った。具体的には１９９８年２月にメキシコにおいて気象の共同観測を行いデータを解析した。また環境大気中における炭化水素成分に関しては同一のシステムによる大気中の炭化水素成分のサンプリングを行い東京とメキシコシティのデータを比較・評価した。１９９８年３月に日本において大気汚染常時監視データの解析プログラムの開発と評価を行った。

〔発　表〕ｂ-２１４

（３）植物の大気浄化機能のモデル化と診断法に関する研究

〔担当者〕

〔目　的〕
　自動車などからの排気ガスによる大気汚染が社会問題化しているが，その吸収源として，都市緑地が注目されている。植物は，多くの大気汚染物質を吸収して大気を浄化するが，同時に，汚染物質により生理機能に障害を受け，大気浄化能を低減させる。したがって，緑地の大気浄化能を評価するうえでは，多様な植物種につき，汚染ガス吸収能と汚染ガスに対する感受性の双方を評価する必要がある。また，野外に生育する植物の汚染ガス吸収能は，日周変化及び季節変化を示すと考えられるが，緑地の汚染ガス浄化能を的確に評価するためには，こうした変化の様相を把握する必要がある。加えて，緑地の土壌面等による汚染ガス吸収能の評価も重要である。そこで，本研究では，多様な植物種による，多様な汚染ガスの野外での吸収過程を統一的に記述できるモデルを構築する。また，土壌面等による汚染ガスの吸収や植物の汚染ガス吸収能の日変化，季節変化を考慮したうえでの緑地の大気浄化能の評価を行う。

〔内　容〕
　１５種の樹木に対しオゾンを暴露し，樹種間でのオゾン吸収能とオゾン感受性の相違を調べた。その結果，オゾン吸収能とオゾン感受性は樹種間で大幅に異なっていることがわかった。実験に用いた樹種のうちでは，ツタ，サンゴジュ，サザンカなどは，比較的オゾン吸収能が高いとともにオゾン感受性が低く，大気中のオゾンの浄化に適した樹種であることがわかった。加えて，１〜２種の樹種において，環境中の光強度やオゾン濃度を変化させたときの樹木のオゾン吸収速度の変化を調べたところ，光強度の増大とともに樹木のオゾン吸収速度が増大することや樹木のオゾン吸収速度は環境中のオゾン濃度に比例することがわかった。以上の実験より得られた結果をモデル解析したところ，樹木によるオゾン吸収のほとんどは葉面の気孔を介してのものであり，樹木によるオゾン吸収速度は，主として葉面の気孔開度により決定づけられていることが明らかとなった。このことは，植物葉の気孔開度の指標である気孔コンダクタンスを測定すれば，その植物の大気中オゾンの浄化能力を評価できることを意味するものである。そこで，野外において，数種の樹木の気孔コンダクタンスの日変化及び季節変化を測定し，緑地の大気浄化能の評価するうえで必要な基礎データを得た。さらに，土壌面や芝地等によるオゾン吸収能を調べた。その結果，土壌面のオゾン吸収速度は，これと同一の面積をもつ植物葉のオゾン吸収速度に匹敵するものであり，緑地のオゾン除去能を評価するうえで，土壌面の吸収を考慮することが必要であることが明らかとなった。さらに，土壌面のオゾン吸収速度は，土壌表面の乾燥とともに大きくなること，土壌面に芝を植栽することによりオゾン除去能を高めることができること等がわかった。

（４）有用機能強化微生物を活用した高度簡易水処理システムの開発による健全な水圏生態系の創出

〔担当者〕

〔内　容〕
　本国際共同研究において得られた成果は以下に示すとおりである。生物膜ろ過法における硝化反応を高める上で重要な微生物として亜硝酸菌Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ ｅｕｒｏｐａｅａ，硝酸菌Ｎｉｔｒｏｂａｃｔｏｒ ｗｉｎｏｇｒａｄｓｋｙｉを分離することができ，これらの硝化菌をセラミックス担体の表層に大量に定着させることにより窒素除去の律速因子である硝化反応速度を著しく高められることが明らかとなった。生物膜ろ過法を用いた場合，水温１０℃（中国の華北地方における北京市の冬季の地下温度），ＨＲＴ３時間の低水温，高負荷条件下でも，硝化率９０％以上，処理水中ＢＯＤ１０ｍｇ／ｌ以下と極めて高い硝化活性及び高度処理性能を維持することが可能であった。中国の北京市に設置された同法のプロセスにおいては，日本側と同じ容量で硝化率，脱窒率，有機物除去率ともに同じレベルで，中国の華南地方の広州市の温度の高い地域に設置された同法のプロセスにおいては，日本側と比べて容量が約７０％程度であったにもかかわらず良好な性能が得られた。中国に設置された同法のプロセスの微生物相の観察において硝化の進行時に出現する指標生物の原生動物肉質虫類Ａｒｃｅｌｌａ属，汚泥発生量が少なく透明で良好な水質が得られるときの指標生物である後生動物輪虫類Ｐｈｉｌｏｄｉｎａ属，貧毛類Ａｅｏｌｏｓｏｍａ属等が優占的に出現していたことから微生物処理機能を高め，高度な水質確保に貢献する原生動物，微小後生動物は，日本と中国でも共通しており，水質を知る指標として活用できることがわかった。
　本国際共同研究により確立された基礎データーと中国に設置された同法のプロセスから得られた実験結果に基づき，中国の国情に合う有用機能強化微生物を活用した分散式生活排水の高度簡易処理システムの提案が可能となり，中国側は本国際共同研究を２０００年まで続けて国家重点環境研究課題として検討する予定となっており，国立環境研究所においても中国側と継続して共同研究をしていくこととしている。

〔発　表〕Ｂ-１２，１３，ｂ-５１，５７，６５，７３

（５）植物の大気環境ストレス耐性遺伝子同定のための国際共同研究

〔担当者〕

〔目　的〕
　近年，ポーランドでは大気汚染による森林衰退，オゾン層の破壊によるオゾンホール接近等，大気環境の悪化が農作物を含めた植生へ悪影響をもたらすことが懸念されてる。一方，我が国においても光化学オキシダントが植物へ被害をもたらしていることは知られている。本研究は大気環境の変化が植物に及ぼす影響を調べ，環境ストレスに耐性のある品種を選抜し，大気環境ストレスに強い農作物等の植物を作出するための基礎的データをとることを目的とする。

〔内　容〕
　ポーランド植物育種馴化研究所で栽培しているコムギやライムギ及びトリティケールを国立環境研究所において栽培した。栽培は水耕で行い発芽後２週間の幼苗にＵＶ-Ｂを照射してその影響を検討した。ＵＶ-Ｂの照射は人工光室内で２週間行い，昼間（７：００〜１９：００）１８℃，夜間（１９：００〜７：００）１４℃，相対湿度７０％に制御した。チェンバー内の光合成有効放射は植物体上部で約２５０μｍｏｌ／ｍ２／Ｓであった。ＵＶ-Ｂ照射は明期の間中の１２時間行った。ＵＶ-Ｂ照射用光源として健康線用蛍光灯（ＦＬ２０ＳＥ，東芝）を用い，フィルター（ＨＯＹＡ ＵＶ-２９）により２９０ｎｍ以下の波長をカットした。対照区ではランプボックスのみを設置した。ＵＶ-Ｂの強度は植物体上部で約０．２５Ｗ／ｍ２であった。照射終了後それぞれの植物体第１葉および第２葉の草丈を測定した。
　低温に対して感受性及び抵抗性の９品種について検討した結果，第１葉についてはライムギのＳＴＲＺＥＫＥＣＩＮＳＫＩＥが最も成長阻害が著しかったが，コムギの各品種の成長阻害は少なかった。第２葉で見るとトリティケールのＢＯＧＯが最も成長阻害が著しかった，ライムギのＳＴＲＺＥＫＥＣＩＮＳＫＩＥも対照の４３％の阻害が見られた。以上の結果からライムギ及びトリティケールでは低温感受性とＵＶ-Ｂ感受性の間に関係がある可能性が出てきた。
　本年度は共同研究初年度であことから，大気環境ストレス耐性や感受性の品種を選び出すことが目標であり，それが達成できた。ライムギについては２倍体であることから遺伝学的な解析が比較的容易である。もし可能であるなら，今後はこれらの形質が遺伝するかどうか，また近縁系統の形質を調べて遺伝子のマッピングまで持っていく予定である。

（６）湿地帯における温暖化ガスの挙動に関する研究

〔担当者〕

〔内　容〕
　平成９年度はエルニーニョ現象により降雨量が多く，湿原の水位が大幅に上昇して陸域も冠水したため，従前の複数のメタン発生地点を見極める作業は困難であった。したがって，オケフェノキー湿原内東部に位置する一地点にてフローティングピートのコアサンプルを採取し，メタンの生成・酸化速度を測定した。この結果，メタン生成量は７０．５ｍｇ／ｍ２／ｄａｙ，またメタン酸化量は３７．５ｍｇ／ｍ２／ｄａｙであった。このことから，メタンの大気中への放出量は３３．０ｍｇ／ｍ２／ｄａｙと算出された。したがって，嫌気的環境下でメタン生成菌によって生成したメタンの約５３％が，表層付近の好気的環境下に生息するメタン酸化細菌によって酸化され，残り約半分が大気へ放出されることが明らかとなった。一方，水質測定の結果，ピート内サンプルのリン酸態リンが高い数値を示したが，これはピート内の嫌気的環境に由来するものと考えられ，メタン生成の場になっていることが示唆された。また，ｐＨは高層湿原や西シベリア大低地と同様に３．８と低く，好酸性のメタン生成菌及びメタン酸化細菌がこれら湿原でのメタンの挙動に重要な役割を果たしていることが示唆され，今後，これら微生物の解明が期待される。一方，ＤＯＣは４０前後であったが，これは日本の湿原の数値より高く，オケフェノキー湿原での高温に起因する活発な微生物活動のためと考えられた。以上の測定結果から，メタン発生量は熱帯地方の水田で報告されている数値と比べると１オーダー低かったが，調査時期が春であったため，夏季には大幅に増大することも予想される。また，湿原からのメタン放出量はメタン生成速度とメタン酸化速度により制御されているものの，両反応にかかわる好酸性微生物については未解明の部分が多く，研究が急がれる。

（７）中国における肺がん発生増加に係わるリスク因子の解明に関する分子疫学的研究

〔担当者〕

〔内　容〕
　１）肺がん患者の抗酸化性遺伝子欠損割合に関する検討
　グルタチオンＳ-トランスフェラーゼ（ＧＳＴμ）は酸化的ストレスによる生体成分の損傷を抑制する作用を持つ酵素である。健常者のＧＳＴμ欠損（−）の割合は５１．１％で，男女間，年齢，喫煙者間で違いはなかった。これに対し，肺がん患者のＧＳＴμ（−）割合は７１％であり，健常者よりも２０％高く，統計的に有意な増加を示していた。このことは，酸化的ストレス予防に関する遺伝子欠損者では発がん性が高くなることを示しており，さらに多くの遺伝子検査と組み合わせることにより発がんに関するリスクを予知することが可能であることを示唆している。
　２）肺がん患者の血清中β-カロテン，ビタミンＡ及びビタミンＥ濃度の検討
　肺がん患者と健常者間で最も顕著な相違を示した血清中抗酸化性物質はβ-カロテンで，がん患者では平均で３４％低く，次にビタミンＡが２５％低下していた。
　ビタミンＥも１７％低く，抗酸化性物質の低下が発がん率の増加に関与していることが示されたが，これらの低下は原因であるのか，結果であるのかは明らかではない。このことを示すには前向きコホート調査が必要と考えられる。
　以上の結果から，いくつかの遺伝子検査の組み合わせで発がんリスクを調べる方法と抗酸化物質摂取量を高めることが発がんリスクを低下させる道と考えられる。

（８）環境汚染に伴う微量金属の新たな毒性評価方法の開発

〔担当者〕

〔目　的〕
　微量金属元素のうち，銅，クロムなどの必須金属元素やニッケル，カドミウム及び水銀などの汚染金属に曝露したヒトの集団において，微量金属元素の健康リスク評価のための新しい方法を構築する必要がある。そこで，本研究では，英国，ラウエット研究所のＪｏｈｎ Ｈ． Ｂｅａｔｔｉｅ博士との共同研究により，重金属の結合タンパク質発現や重金属による特異的なＤＮＡの損傷型（ＤＮＡ付加体）が，バイオマーカーとして利用可能かどうかを実験動物を用いて検討した。

〔内　容〕
　銅，クロム，ニッケル，水銀及びカドミウムなどの微量金属元素を負荷した実験動物の臓器を摘出し，臓器中金属濃度及び重金属結合タンパク質メタロチオネイン-�TのＲＮＡ分子の発現を測定した。なお，日本側は，金属元素を負荷した実験動物を作製し，臓器の摘出，ＲＮＡとＤＮＡの抽出，臓器中の脂質過酸化量及び微量金属の測定並びに病理組織学的形態変化の観察を行った。また，英国側は，メタロチオネイン-�TのＲＮＡ分子の発現測定及びＤＮＡ付加体の条件検討を行った。
　１）重金属暴露量とメタロチオネイン，ＤＮＡ付加体（エセノアダクト）量との量−反応関係
　重金属結合タンパク質であるメタロチオネイン-�T発現量と銅含量とが良い相関関係にあることが確認され，メタロチオネインがバイオマーカーとして有用であることが示唆された。
　２）重金属結合タンパク質メタロチオネイン-�T発現量の役割解明
　メタロチオネイン遺伝子欠損マウスにおいて，水銀による腎毒性並びにカドミウムによる肝毒性が増強することが明らかとなった。すなわち，臓器中，病理組織学的形態変化及び過酸化脂質量の増加が認められた。したがって，水銀やカドミウムの毒性発現に酸化的ストレスが関与していることが示唆された。

〔発　表〕Ｅ-２４，２５，ｅ-２０，２１