農作物中 POPs の リスク低減技術の開発

1. 農作物中POPsの 　　　　　　　リスク低減技術の開発 （独）農業環境技術研究所 　　　有機化学物質研究領域 　　　　　　　　　　大谷　卓・清家伸康

2. 研究としての取組に着手する必要 H16からスタート　（有害化学物質イニシャチブ） 背　景 ドリン剤（有機塩素系殺虫剤）　・・・　ディルドリン・エンドリン・アルドリン 　　７５年に農薬登録失効　　　　ダーティダズン（PAN)，POPs（UNEP）指定物質 　　難分解性　（土壌中５０％消失に　５～２５年？） 各地でキュウリから食品衛生法の基準値を超えるドリン類を検出 　　基準値（キュウリ果実）　　ディルドリン：0.02 ppm，エンドリン：検出せず（＜0.005 ppm） ※土壌残留基準値は設定されていない 行政対応： 現地では，出荷停止・転作指導 自治体・JAが作物・土壌残留実態調査を実施　→　全国的な顕在化を懸念 　　　 生産局・地方農政局　→　技会事務局に研究対応を要請　

3. 364.9 分子量 380.9 380.9 蒸気圧（20℃） － 0.0004 Pa 0.009 Pa 土壌中半減期 19 d － 10 y 20 d － 7 y 63 d － 12 y Log Kow 3.692 － 6.2 5.17 － 7.4 3.209 － 5.340 BCF 735 － 20000 3300 － 14500 4860 － 14500 0.0001 mg/kg/day 0.0001 mg/kg/day ADI 0.0002 mg/kg/day 残留基準 （キュウリ等） 0.02 mg/kg-fw　（A+Dとして） ND (< 0.005 mg/kg-fw) CODEX (Cucurbits etc.) 0.05 mg/kg-fw 0.1 mg/kg-fw　（A+Dとして） 土壌残留基準 設定されていない 輸入量 (1958-72） 683 t 3300 t 1500 t 農薬登録 1954 －1975 物　性 Endrin Aldrin Dieldrin

4. 保存土壌中のPOPsの経年変化

5. Uptake into Shoot (Transpiration Stream Concentration Factor) Root Uptake (Root Concentration Factor) Sorption to Soil POPsの Log Kow ＞ 4 　土壌に強固に吸着 　根に強く吸着 ダイオキシン類（4-8 Cl) PCB (1-10 Cl) アルドリン エンドリン ディルドリン ヘプタクロル 地上部への吸収移行は 　ほとんどない　（はず） クロルデン DDT トキサフェン マイレックス 疎水性物質の植物吸収 Briggs et al.　による オオムギ幼植物のデータ 1.0 100 10 0.5 1.0 0 - 1 0 1 2 3 4 5 6 Lipophilic Hydrophilic Log Kow

6. ダイオキシン類異性体 1. 1368-TeCDD 2. 1379-TeCDD 3. 2378-TeCDD 4. 12378-PeCDD 5. 123478-HxCDD 6. 123678-HxCDD 7. 123789-HxCDD 8. 1234678-HpCDD 9. OCDD 10. 1368-TeCDF 11. 2378-TeCDF 12. 12378-PeCDF 13. 23478-PeCDF 14. 123478-HxCDF 15. 123678-HxCDF 16. 123789-HxCDF 17. 234678-HxCDF 18. 1234678-HpCDF 19. 1234789-HpCDF 20. OCDF 21. 33'44'-TeCB 22. 344'5-TeCB 23. 33'44'5-PeCB 24. 33'44'55'-HxCB 25. 233'44'-PeCB 26. 2344'5-PeCB 27. 23'44'5-PeCB 28. 2'344'5-PeCB 29. 233'44'5-HxCB 30. 233'44'5'-HxCB 31. 23'44'55'-HxCB 32. 233'44'55'-HpCB モミガラ 20 PCDDs pg / g wet 10 A 葉 100 PCDFs pg / g wet 50 A 30000 土壌 pg / g dry 20000 10000 Co-PCBs 5 9 7 1 3 11 13 15 19 17 21 23 25 27 29 31 ダイオキシン類異性体（番号は右表の異性体番号に対応） A 土壌 B 土壌 土壌中にほとんどない Co-PCBs が多い イネ体のダイオキシン類異性体組成 土壌中の組成が異なっても，植物体中組成は同じ

7. 茎： 0.045 pg-TEQ/g wet 葉： 4.1 pg-TEQ /g wet モミガラ： 0.38 pg-TEQ/g wet 玄米： 0.0011 pg-TEQ/g wet 維管束液： < 0.0001 pg-TEQ/mL 土壌： 120 pg-TEQ/g dry 植物体への汚染源は大気であり， 土壌からは吸収されない イネ体各部位におけるダイオキシン類濃度 大気に曝露されている部位で高濃度 　（葉＞茎，モミガラ＞玄米） 導管液からは検出されない

8. 既往の知見 ○　土壌中にドリン類やヘプタクロルが残留した場合，キュウリ果実中から検出 Lichtenstein et al. (1965) ○　ウリ科（キュウリ・カボチャ・メロン）果実でドリン類の残留量が多い 　　　　 永井（1973），山本ら（1973），中村ら（1974），道立中央農試（1998） ○　台木の種類によって果実残留量が影響 　　　　 須田ら（1976），丸・加藤（1977） ○　ズッキーニ等ウリ科作物がダイオキシン，クロルデンを吸収？ Hülster et al. (1994), Neumann et al. (1999), White et al. (2001) ◎　吸収能力の作物（植物）間差の検討が不十分 　　　　　　本当にウリ科だけか？ ◎　吸収メカニズムが不明　 　　　　　なぜウリ科なのか？

9. ①　低吸収／高吸収作物種の検索 　　　　低吸収種　＝　代替作物 　　　　高吸収種　＝　クリーニングクロップ 候補植物の提示 ②　吸収メカニズムの解明 高／低吸収種の理論的裏付け 育種への情報提供 ドリン 仮　説　： 　ウリ科は①②③のすべてをクリア 　他科はいずれかのステップが　× 　　→　作物間・品種間差の制限要因は？ 目　的 ③ 地上部への 輸 送 ② 膜透過性 or 植物組織への吸着 ① 土壌からの 　　 脱　　着

10. Ⅰ．土壌残留ドリン類吸収能力の作物間比較 試験方法 ○ 供試土壌；　普通黒ボク土　　　キュウリ連作（＞１０年）施設内より採取　（散布量は？） 　　　　ディルドリン： 594 µg kg-1，　エンドリン： 58 µg kg-1 400 mL 容ポリポットに充填　 　 　　（270 g / pot　＝　ディルドリン： 160 µg，　エンドリン： 16 µg /pot） ○ 供試作物；　１７科３２種 　　　アカザ科： テンサイ，　ヒユ科： アマランサス，　タデ科： ソバ，　シナノキ科： ジュート，　アオイ科： ケナフ，　 　　　ウリ科： キュウリ ・ メロン ・ ヘチマ ・ スイカ ・ トウガン ・ ユウガオ ・ ニガウリ ・ 　　　　　　　　 ニホンカボチャ ・ セイヨウカボチャ ・ フィシフォリア ・ ズッキーニ 　　　アブラナ科： コマツナ，　マメ科： ダイズ ・ ラッカセイ ・ アルファルファ，　トウダイグサ科： ヒマ， 　　　アマ科： アマ，　セリ科： ニンジン，　ナス科： トマト ・ タバコ，　シソ科： エゴマ，　ゴマ科： ゴマ， 　　　キク科： ヒマワリ，　イネ科： イネ ・ トウモロコシ ・ ソルガム，　ユリ科： ネギ ○ 栽培方法；　パーライトに播種・育苗 － 14～42d （作物により異なる）－ →　汚染土壌に移植 （栽植密度1～20本／pot）－ 21ｄ － 　 → 　地上部サンプリング

11. ディルドリン・エンドリンの定量 約 2 g-dw 相当の植物体 アセトン抽出（ポリトロン） n-ヘキサン転溶 クリーンアップ 　　　フロリジル 　　　グラファイトカーボン GC/MS ← 13C-ﾃﾞｨﾙﾄﾞﾘﾝ・ｴﾝﾄﾞﾘﾝ ← 13C-HxCB 定量下限：　 ca. 20 µg kg-1-dw 　　→　＜ 3 µg kg-1-fw ガラス室内で栽培　（定植後21d） 25℃，自然光条件下 汚染土壌定植後 5d 土の付着と揮発を極力避けるため 　　 シルバーシートでマルチング 　　 底面吸水

12. 0.3 Tr ND ND ND Tr ND Tr Tr ND ND Tr Tr ND ND ND Tr ND ND Tr 地上部吸収量（µg / pot） Tr ND ND ND ND ND ND ND ND ND ND ND ND ND ND ND ND Tr ND ND ND カボチャ属 ウ　リ　科 ・　ウリ科（7属11種）はおしなべてドリン吸収能が高い　→　特異的なメカニズム？ ・　ウリ科以外の科はクリーニングクロップとしては「望み薄」　（代替作物としてはOK） ・　最大のズッキーニは土壌中全ディルドリン量 (160 µg/pot) の13％を吸収 高吸収作物種の検索 ☆　吸収量の作物間（17科32作物）比較 (n=3)　　→　ウリ科固有なのか？

13. ドリン類吸収メカニズムの検討 １．　土壌残留ドリン類の吸収と蒸散量の関係 試験方法 ○ 培地；　表層腐植質黒ボク土　（ディルドリン： 594 µg kg-1） 500 mL 容ディスポカップに充填　（405 g / pot　＝　ディルドリン： 241 µg / pot） ○供試作物；　７科１０種 　　　ウリ科：　キュウリ ・ ユウガオ ・ セイヨウカボチャ ・ ズッキーニ 　　　シナノキ科：　ジュート，　　　アブラナ科：　コマツナ，　　マメ科：　ダイズ, 　　　ナス科：　トマト，　　キク科：　ヒマワリ，　　イネ科：　ソルガム ○ 栽培方法； 　　　 パーライトに播種・育苗 － ウリ科：21d，他は28d － 　　　　→ 汚染土壌に移植 　　　 　 （栽植密度：ウリ科1，ジュート5，コマツナ7，ダイズ3， 　　　　　　　　　　　　　　トマト5，ヒマワリ3，ソルガム6本／ﾎﾟｯﾄ） 　　　　－ 21ｄ －　→ 地上部サンプリング ○ 蒸散量の測定； Σ （ポット重量の減少／day）　

14. n = 3 ｾｲﾖｳｶﾎﾞﾁｬ ズッキーニ 地上部ディルドリン吸収量　（µg / pot） キュウリ ユウガオ ダイズ ジュート ヒマワリ トマト ソルガム コマツナ ウリ科特有の 吸収メカニズムが 　存在する 蒸　　散　　量　（L/pot） ☆　吸収量と蒸散量の関係　（受動吸収の可能性は？）　 仮説Ⅰ：　ウリ科がドリンを吸収するのは蒸散量が多いから　？ ディルドリン吸収量は 蒸散量に依存しない × 土壌中の溶存ドリンが 蒸散流で吸い上げられる 　（受動吸収）

15. ２．　石英砂添加ドリン類吸収の作物間差 試験方法 ○ 培地；　石英砂（フラタリーシリカサンド）　750 g　＋　ディルドリン・エンドリン／5g セライト ディルドリン・エンドリン／アセトン　→　溶液をセライト（No.545）に添加　→　アセトンを揮散 →　石英砂にドリン吸着セライトを混和 　　　　　ディルドリン：　8300 µg，エンドリン： 8100 µg　／ 5 g セライト（ポット）　 ○供試作物；　７科１０種 　　　ウリ科：　キュウリ ・ ユウガオ ・ セイヨウカボチャ ・ ズッキーニ 　　　シナノキ科：　ジュート，　　　　アブラナ科：　コマツナ，　　　マメ科：　ダイズ, 　　　ナス科：　トマト，　　　キク科：　ヒマワリ，　　　イネ科：　ソルガム ○ 栽培方法； パーライトに播種・育苗 － ウリ科：21d，他は28d － → ドリン添加培地に移植 （栽植密度：ウリ科1，ジュート5，コマツナ7，ダイズ3，トマト5，ヒマワリ3，ソルガム6本／ﾎﾟｯﾄ） 　　　　　－ 21ｄ －　→ 地上部サンプリング

16. 添加量 ディルドリン8300 µg / pot エンドリン： 8100 µg / pot ドリンは飽和量存在したはず ディルドリンの水溶解度： 170 µg / Lとして 26µg / 150 mL (= pF 1.5) 根による土壌からのドリン脱着（溶解）作用　？ 根組織のドリン吸着容量が極めて小さい　？ ウリ科の 特異性 ☆　液相中に飽和量のドリンが存在した場合の吸収量比較 仮説Ⅱ：　ウリ科以外の科は，溶存していても吸収不可　？　　 n = 3 地上部ドリン吸収量 （µg / pot） 1.3 1.0 1.3 1.2 ウリ科以外でも　「溶けていれば」　ドリン類を吸収可能

17. ま と め Ⅰ • 汚染土壌を用いて各種作物のドリン類吸収能力を比較 • ２．　汚染土壌からのドリン吸収において，ウリ科は特異的 • 　→　ウリ科以外はクリーニングクロップとして「望み薄」 • 　（代替作物としては問題なさそう） • ３．　ズッキーニの地上部吸収量は土壌中全ディルドリン量の13％に相当 • 　→　ファイトレメディエーションの可能性は？ • ４．　地上部吸収量は蒸散量に依存しない • 　→　土壌溶液濃度 × 蒸散量 で表現される「受動吸収」ではない • ５．　飽和条件下では，ウリ科以外でもドリン類を吸収 • 　→　土壌からのドリン吸収におけるウリ科の特異性は， • 　　　根部の　① 脱着（溶解）作用　or　② 吸着容量　　が関与　？ • 　→　いずれにしても 「根」 に支配要因がある　？

18. キュウリは日本では大部分が「接木栽培」 接木栽培面積の割合　（1998）　・・・　野茶試による全国アンケート調査 　　　露地・トンネル： 64.2 ％ 　　　ハウス： 95.8 ％ 　　　ガラス室： 97.2 ％ 　　　計： 78.7 ％ 大部分がカボチャ台 台木（カボチャ）－穂木（キュウリ）　のどちらが 吸収を支配しているのか　？ Ⅱ．接木キュウリのドリン類吸収における品種間比較 汚染地で代替となりうる低吸収性品種のスクリーニング 汚染地の対策として「低吸収性品種」で対応可能　？

19. 試験方法 ○供試土壌；　表層腐植質黒ボク土　　　　キュウリ連作（＞１０年）施設内より採取 　　　ディルドリン： 594 µg kg-1，　エンドリン： 58 µgkg-1 400 mL 容ポリポットに充填　 　 　（270 g /pot = ディルドリン： 160 µg， エンドリン： 16 µg / pot） ○供試作物； Ⅰ．カボチャ，キュウリ自根でのドリン類吸収能比較 共同研究４県における主力品種　 　　台木用カボチャ１０品種　　　穂木用キュウリ２３品種 Ⅱ.　カボチャ台キュウリのドリン類吸収能比較 　　台木用カボチャ４品種　×　穂木用キュウリ４品種　＝　１６組合せ ○栽培方法； Ⅰ．パーライトに播種 －14d → 汚染土壌に移植 － 25ｄ → 地上部サンプリング Ⅱ．パーライトに播種 － 穂9d ，台7d → 呼び接ぎ － 9d → 穂軸切断 　　　－ 9d → 汚染土壌に移植 － 18ｄ → 地上部サンプリング

20. 呼び接ぎ ガラス室内で栽培　（定植後21d） 25℃，自然光条件下 汚染土壌定植後 5d 汚染土壌定植後 15d （ｻﾝﾌﾟﾘﾝｸﾞ 3d前）

21. ４品種　→　 接木試験へ ★ ★ ★ ★ 台木用カボチャ（自根）　品種間差　（n=3） ３倍の 品種間差あり µg / kg µg / pot

22. ４品種　→　 接木試験へ ★ ★ ★ ★ 穂木用キュウリ（自根）　品種間差　（n=3） ２～３倍の 品種間差あり µg / kg µg / pot

23. カボチャ（台木用）　自根 キュウリ（穂木用）　自根 a ab a a µg / kg b b ab b a ab a ab b µg / pot b bc c ４品種×４品種で　接木　　　　　どちらのパターンになる？ 接木試験　供試品種　（n=3） ディルドリン 濃　　度 ディルドリン 吸収量

24. ２元配置の分散分析 FAxB = 1.17 ＜ F(9,48) (0.05) = 2.08 pAxB = 0.334　＞　0.05 µg / kg FAxB = 0.52 ＜ F(9,48) (0.05) = 2.08 pAxB = 0.853　＞　0.05 µg / pot 穂木： 因子Ｂ 台木－穂木間に 交互作用　なし 台木： 因子Ａ 新土佐１号 きらめき ひかりＰＧ ゆうゆう黒 ４品種 × ４品種　接木 (n=4)

25. カボチャ（台木用）　自根 台木別 キュウリ（穂木用）　自根 穂木別 a a ab a b a b ab b ab a µg / kg b b c µg / kg 濃 　度 （µg / kg) ab b a a ab b a bc a a a a ab c 吸 収 量 （µg / pot) bc b µg / pot b µg / pot c 台木カボチャの パターン 接木植物のディルドリンの吸収　（n=16） ☆　カボチャ・キュウリの自根ではどうだったか？ 台木カボチャ：　新土佐 ≧ ひかりＰＧ ＞ きらめき ≧ ゆうゆう黒 穂木キュウリ：　ｼｬｰﾌﾟ１ ≧ よしなり ＞ ｼｬｰﾌﾟ301 ≒ 夏ばやし

26. ディルドリン濃度（ng/gfw） キュウリ果実においても 台木による汚染低減効果 ディルドリン吸収量 （µg/pot） 現在，現地圃場で 実証試験中 ａ ａ ｂ ａ Ｂ ｂ ａ ｂ ｂ Ｃ Ａ Ａ ａ Ｃ Ｃ Ａ ｂ Ｂ Ｂ 台木によるキュウリ果実への効果の検証 果実中濃度（fw-base） 汚染圃場の黒ボク土 （ディルドリン濃度 319 ng/g ） 1/5000a ポットで栽培 茎葉中濃度（fw-base） （ただし，半減程度か？） 地上部（果実＋茎葉）吸収量 Ａ： 新土佐１号，　Ｂ： ひかりパワーゴールド，　Ｃ： ゆうゆう一輝黒 ａ：　シャープ１，　　　ｂ：　夏ばやし 　

27. 市販F1品種 C. ficiforia C. maxima C. moschata C. pepo C. mixta C. foetidissima カボチャ属中の６種間には一定の傾向は認められなかったが， ゆうゆう一輝黒（現時点での低吸収種）の1/2程度の遺伝子源は存在する さらなる低吸収台木のスクリーニング ディルドリン濃度 ng / g dw

28. ま と め Ⅱ １．　接木キュウリの品種別ドリン吸収パターンを検討 ２．　汚染土壌からのドリン吸収において， 　　　　台木用カボチャ，穂木用キュウリともに，２～３倍程度の品種間差あり ３．　キュウリ（穂木）／カボチャ（台木）の接木において， 　　　　地上部のドリン吸収パターンはカボチャ台木品種に依存し， 　　　　穂木キュウリ品種の影響は小さい 　　　→　根部がドリン吸収を支配　（メカニズムへのヒント）　 ４．　台木の選択はキュウリ果実の汚染低減技術として有望 　　　ただし，現行品種では 2/3 ～1/2 程度 　　　→　ボーダーライン（20～50 ppb 程度）の汚染に限定 （？）

29. 今後求められる研究 １．　低吸収性台木による汚染低減効果の検証 現地圃場で，「どの程度まで対応可能か」の評価試験を実施中 さらなる低吸収性品種の育成 ２．　吸着資材（活性炭等）による吸収抑制効果の検証 現地圃場で，効果およびその持続性の試験を実施中 ３．　高吸収性植物によるクリーニング効果の検証 現時点での「実用化」は困難か？ 　　　→　土壌からの溶解・脱着技術が必要　 さらなる高吸収性植物の探索，育成？ ４．　ウリ科植物の「吸収メカニズム」の解明 ５．　ドリン類分解菌の探索とバイオレメディエーションの検討 ６．　土壌の汚染程度を判断するための評価法の確立 ファイトレメディ エーション

30. 「やさいの安全栽培指針」　（四国農業の技術情報，1973）「やさいの安全栽培指針」　（四国農業の技術情報，1973） 高知県の実態調査より キュウリ果実中濃度（ng / gfw）／土壌中濃度（ng / gdw）　＜ 0.3 （平均 0.13） キュウリ果実の残留基準 0.02 ng / gfw　をクリアするための 　土壌残留濃度は　＜ 0.06 ng / gdw　（全ドリン濃度：アセトン－ソックスレー） 土によって異なるはず　 「土壌残留濃度が指針値の0.06 ppm 以下であるにもかかわらず， 0.02 ppm を超過したキュウリを検出」 土壌中のドリン類汚染を判定する手法がない キュウリを収穫してみないとわからない

31. 逆　　　転 植物体中濃度 土壌中濃度 ディルドリン濃度 （ng/gdw） 褐色低地土 ゆうゆう 黒 ひかり ＰＧ 黒ボク土 新土佐 １号 きらめき T-C(%) 6.33 2.04 ドリンのような非イオン性（疎水性物質）の挙動は土壌有機物への吸着に規定される　 Koc = ｛土壌吸着平衡係数（Kd）／土壌のT-C（％）｝ × 100 Kd = Koc × T-C／100 Bioavaiｌabiｌity （この場合はキュウリの吸収量）の評価法 １．物性値：Koc，土壌：T-C，植物：RCF・TSCF　をパラメーターとしてモデル化 　　　　ドリン－キュウリ　に限定すれば，　土壌ドリン×0.3 をT-Cで補正　で適用可？ ２．適当な抽出法　で適用可？