土壌の放射線殺菌

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作成： 1997/10/28 渡邉　浩一郎データ番号　　　：020027 土壌の放射線殺菌目的　　　　　　：土壌及び資材の放射線殺菌が微生物活性に及ぼす影響評価放射線の種別　　：ガンマ線,電子放射線源　　　　：電子加速器(4MeV,1kW)、⁶⁰Co線源(440Tbq) 線量（率）　　　：20-50kGy、1kGy/s、5Mrad (50kGy)、25-100kGy、25、50kGy 利用施設名　　　：gamma irradiator ROZA(Nuclear Research Institute, Rez)、Tesla VUVET、Victria markⅡethylene oxide sterilizer 照射条件　　　　：40℃、 20-22℃ 応用分野　　　　：有用微生物、バイオマス、基礎生物(植物と微生物の共生)、害虫駆除概要　　　　　　：　マメ科植物と共生する根粒菌接種剤を製造するために、ピートのガンマ線照射殺菌について、エチレンオキシド処理あるいは蒸気殺菌と比較した。放射線照射によるピートの殺菌は熱処理による殺菌よりも有効であった。ガンマ線照射による接種剤の性質は、菌種と対象とする植物により異なった。また、土壌に対するガンマ線殺菌では、接種後に残存する根粒菌数は照射線量が高いほど減少する傾向がみられた。詳細説明　　　　：　 1.放射線殺菌ピート担体に基づく新しいマメ科種子接種剤-Rhizobin- 　　グラファイトとピート(泥炭)の混合物に消石灰を添加してpHを6.5-7.0に調整した担体基質(水分20-25%含む)0.8kgを、厚さ0.1mmのポリエチレン製バッグに入れ、密封し、照射線量1kGy/sのガンマ線(吸収線量は20-50kGy)あるいは電子線(4MeV、1kW)を照射した。照射に伴い生成した放射線分解気体成分を表1に示した。表1　Gaseous radiolytic products. （原論文1より引用。　Reproduced from Radiat.Phys.Chem.,Vol.35, p478-482(1990), Tab.1(p.479), B.BARTONICEK and J.PIPOTA, NEW RIZOBIN BASED ON RADIATION-STERILIZED PEAT CARRIER; Copyright(1990), with permission from Elsevier Science.） --------------------------------------------------------------- Rate of formation, cm³ .g^-¹ .kGy^-¹ Product ----------------------------------------------- Absorbed dose, MGy 0.05 0.12 0.99 --------------------------------------------------------------- H₂ 4.5x10^-⁴ 4.7x10^-⁴ 4.4x10^-⁴ CH₄ 3.8x10^-⁶ 10.3x10^-⁶ 9.7x10^-⁶ C₂H₆ 1.2x10^-⁶ 1.7x10^-⁶ 1.7x10^-⁶ C₂H₄ - - 1.1x10^-⁷ C₃H₈ 2.7x10^-⁷ 13.2x10^-⁷ 4.5x10^-⁷ n-C₄H₁₀ - - 1.4x10^-⁷ CO₂ 9.7x10^-⁵ 2.4x10^-⁵ 8.3x10^-⁵ CO - 2.6x10^-⁵ 1.0x10^-⁵ N₂/O₂ - 7.23 56.7 -------------------------------------------------------------- 　ピート担体の分解生成物は水素が大部分であり、吸収線量0.05-0.99MGyの間では4.4-4.7×10^-⁴cm³・g^-¹・kGy^-¹とほぼ一定であった。二酸化炭素、一酸化炭素及びメタンの生成量は水素の1/10程度であり、また、その他の炭化水素の生成は微量であった。担体1g中の微生物汚染数は10⁶～10⁸個あったが35kgy以下で滅菌された。　　一方、放射線滅菌したピートを担体として用いたマメ科種子接種剤には1g当たり10¹⁰-10¹¹個の根粒菌が含まれていたが、18カ月間の保存後でも変化はみられなかった。さらに、他の微生物の混入やピートの分解に伴う毒性を有する物質の生成もみられなかった。これらの放射線で殺菌した接種剤を用いてクローバーを供試して圃場試験を行なったところ、市販の熱殺菌担体の接種剤よりも、高い収量が得られた。これらの結果から、放射線照射によるピート担体の殺菌は熱処理による殺菌よりも有効であることが示された。　　 2.エチレンオキシドあるいはガンマ線殺菌した土壌における植物と微生物の生育　　40℃、24時間、1.2gL^-¹のエチレンオキシド殺菌あるいは5Mrad（50kGy）のガンマ線照射殺菌を行なった土壌について、微生物及び植物の生育、土壌中のNH⁴⁺-N濃度を0-32日間経時的に調べた。Pseudomonas fluorescens、Colpoda steinii、Rhabditis spの生育は、エチレンオキシド処理ではガンマ線照射に較べて著しく阻害された。繊毛虫及び線虫の発生は根粒菌の減少とともに阻害された。エチレンオキシドによる殺菌処理では、32日後のNH⁴⁺-N濃度が減少した。ライグラス（ホソムギ）の乾物重はエチレンオキシド処理により減少した。エチレンオキシドの揮発性の残存毒性の減少により多くの繊毛虫及び線虫を生存させたが、根粒菌数は大きく減少した。　　 3.ガンマ線殺菌した酸性土壌におけるササゲ根粒菌の減少　　Mardinシルトローム(corse-loamy、pH4.6、有機物含有率3.6%、Al飽和度66.3%)及びOnne sandy clay loam(loamy、pH3.8、有機物含有率2.8%、Al飽和度81.7%)土壌をそれぞれ約50gガラス製の試験管に入れ20-22℃で25、50、100kGy(2.5、5.0、10Mrad)のガンマ線照射を行なった。最も高いレベルのガンマ線照射は、供試した両方の種類の土壌でpHが0.2低下したが、水酸化カルシウムでpHを予め6.5に調整したMardin土壌ではガンマ線照射に伴うpH変化はみられなかった。Alレベルにはガンマ線照射による変動はみられなかった。前培養したササゲ根粒菌Rhizobium 13B、IRc80、IRc109及びIRc130をガンマ線照射殺菌したそれぞれの土壌に接種し、30℃で培養した。供試した2種類の土壌におけるRhizobium 13Bの残存について図1に示した。図1　Survival of Rhizobium 13B in Onne sandy clay loam and Mardin silt loam irradiated with various doses of ⁶⁰Co. Errort bars equal one standard deviation. （原論文3より引用。　Reproduced from Soil.Biol.Biochem.Vol.15, p489-490(1983), Fig.1(p.489)，P.G.HARTEL and M.ALEXANDER, SDECLINE OF COWPEA RHIZOBIA IN ACID SIOLS AFTER GAMMA-IRRADIATION; Copyright(1983), with permission from Elsevier Science.）　いずれの土壌においても、照射線量が高いほど残存する菌数は少なくなり、100kGy照射では4及び7日目には10²cellsg^-¹以下に減少した。また、Rhizobium IRc80、IRc109及びIRc130も、100kGyのガンマ線を照射したとき、供試した2種類の土壌で4日目に10²cellsg^-¹以下に減少したが、pHを6.5に調整したMardin土壌では4週間後に10⁷cellsg^-¹に増加した。これらの結果は、照射前の土壌pHが4.7以下のときには、根粒菌数の減少はガンマ線の照射線量が高くなると大きくなることを示す。　　 4.根粒菌接種剤の性質に対するピートの蒸気殺菌あるいはガンマ線照射殺菌　　工場Xでは50kGyのガンマ線を照射したピートと炭素源をマンニトールとしてYEM培地で培養したラッカセイ根粒菌Rhizobium CB756、アルファルファ根粒菌Rhizobium meliloti U45及びダイズ根粒菌Rhizobium japonicum WB1を用いて、また、工場Yでは25kGyのガンマ線を照射したピートと炭素源をショ糖として培養した3種類の根粒菌を用いて接種剤をそれぞれ製造した。製造した接種剤について、菌の残存数、品質を調べた。ピートにおけるB.japonicum WB1の残存は、 6カ月間にわたって、25kGyのガンマ線照射で50kGyのガンマ線照射や蒸気殺菌よりも有意に低かった。。ラッカセイ接種剤のRhizobium CB756数については、ピートの殺菌方法による影響は受けなかった。接種剤の性質を第2表に示す。表2　Effect of method of sterilization of peat carrier on quality of three types of inoculants manufactured and approved in South Africa during 1978 and 1979.（原論文4より引用。　 Reproduced from Data source 4(Table 2, p.1346) with kind permission from American Society for Microbiology, (C)1981. ） ------------------------------------------------------------------------------------- % of approved batches containing given no. of cells Log no.of Manu- No. of (× 10⁹)g^-¹ cells g^-¹ LSD be- CV Inoculant fac- Treatment batches --------------------- batch^-¹ tween (%)^c for: turer of peat approved 0.5- (mean) means^b (%)^a 0.99 >0.99 >2.99 >4.99 ------------------------------------------------------------------------------------- A. hypogaea X 50 kGr 22(91.3) 13 87 50 9 9.3484 NS^d 3.4 CB756 Y 25kGr 84(100) 18 82 35 7 9.3184 G. max WB1 X 50kGr 100(89.3) 6 94 57 31 9.4935 0.1139 3.9 Y 25kGr 85(96.7) 25 75 32 13 9.2597 M. sativa X 50kGr 32(100) 0 100 47 13 9.5440 0.0599 3.6 U45 X Steam(124℃) 16(89.9) 6 94 69 13 9.4998 Y 25kGr 144(100) 17 83 29 6 9.2896 ------------------------------------------------------------------------------------- ^aNumbers in parentheses indicate the percentage of manufactured that were approved for marketing. ^bLSD, Least significant difference. ^cCV, Coefficient of variation. ^dNS, Not siginificant. 　アルファルファ及びダイズ接種剤の菌の数は、50kGyのガンマ線を照射したピートで25kGy照射したときよりも多かった。また、アルファルファへの接種剤のための菌の数は、蒸気殺菌で25kGyガンマ線照射よりも高かった。コメント　　　　：　土壌の放射線殺菌は、マメ科植物の根粒菌接種剤の担体の殺菌方法として有用な手段であるとともに、土壌の殺菌方法としても有用である。また、これまでに得られている情報から判断すると、熱処理、エチレンオキシド処理などの他方法に較べて、接種微生物やそれと共生する植物の生育に与える影響は少ない。　　ここに紹介したような根粒菌接種剤の担体の殺菌方法としてのほかに、他の土壌微生物、例えばVA菌根菌接種剤の担体の殺菌方法としても利用される。また、土壌微生物の挙動、植物との共生を解明する基礎生物学の研究・実験においても利用される。難点としては、放射線線源を利用できる施設が必要なことである。原論文１ Data source 1： NEW RIZOBIN BASED ON RADIATION-STERILIZED PEAT CARRIER B.BARTONICEK and J.PIPOTA Nuclear Research Inst., 250 68 Rez, Czechoslovakia Radiat.Phys.Chem.,Vol.35,p478-482(1990) 原論文２ Data source 2： GROWTH OF SELECTED MICROORGANISMS AND PLANTS IN SOIL STERILIZED BY ETHYLENE OXIDE OR GAMMA-IRRADIATION B.S.GRIFFITHUS Department of microbiology, Macaulay Inst.Soil Research, Claigiebuckler Aberdeen, AB9 2QJ, Scotland Soil. Biol. Biochem.,Vol.19,p115-116(1987) 原論文３ Data source 3： DECLINE OF COWPEA RHIZOBIA IN ACID SIOLS AFTER GAMMA-IRRADIATION P.G.HARTEL and M.ALEXANDER Laboratory of Soil Microbiology, Department of Agronomy, Cornell Univ., Ithaca, NY 14853, U.S.A Soil.Biol.Biochem.Vol.15,p489-490(1983) 原論文４ Data source 4： Effect of Steam Sterilization and Gamma Irradiation of Peat on Quality of Rhizobium Inoculants B.W.STRIJDOM AND H.J.VAN RENSBURG Plant Protection Research Inst.,Pretoria 0001, South Africa APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY,JUNE,p1344-1347(1981) キーワード：ガンマ線照射、放射線量、根粒菌接種資材、土壌 gamma-irradiation、lebel of irradiation、Rhizobium inoculant、soil 分類コード：020301,020501,020503
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