プランクトンによる海水中放射性核種の摂取，蓄積

Vo1.  9.  (1971) 

￨研究論文￨

プランクトンによる海水中放射性核種の摂取，蓄積

本 田 嘉 秀 * 木 村 雄 一 郎 * 来 田 秀 雄 * * 福 光 秀 明 * *

U p t a k e  and A c c u m u l a t i o n  01 R a d i o n u c l i d e s  i n  S e

α

Water  by  P l a n k t o n .  

Yoshihide HONDA*， Yuichiro KIMURA穴 Hideo KIT ADA ** and Hideaki FUKUMITSU料三

* Dept.  of  Nuc1ear Reactor Engineering， Facu1ty of  Science and Engineering， Kinki Unversity. 

** Dept. of  Fisheries， Facu1ty of  Agricu1ture， Kinki University. 

Phytoplanktons as primary producers play  important  roles  in  the cycles of substances in  the  marine environment.  The experimental studies on uptake  and  accumulation  of  60Co， 106Ru  and  144Ce in  sea water by dividing Chlorella pyrenoidosa have been conducted. 

The resu1ts obtained were as follows: 

1) The population growth curves of Chlorella sp. were not a首ectedwith a radioactive concentration  of about 1. 7 X 10‑^3μ

c

i/ ml of  these radionuclides. 

2)  The uptake and accumulation of  60Co by dividing Chlorella sp.  increased with growth and  reached an equilibrium state in about 5‑7 days.  Only  about  1‑2 %  of  60Co  in  sea water media 

C i

n controls) were recovered on Mi1lipore HA W P  filters  at  an equilibrium state. 

3)  The uptake and accumulation of  106Ru and 144Ce by dividing Chlorella sp.  reached peaks  in  one day， hereafter decreased and then reached equilibrium states in about 7 days.  The recovered  radioactivities of  106Ru and 144Ce in sea water  media 

C i

n controls)  on Millipore HA W P  filters  at  equilibrium states represented about 3 % and 50%， respectively. 

4) The concentration factors for  60Co， 106Ru and 144Ce in  Chlorella sp.  at equi1ibrium states  were estimated to be about 3 x 102， 2 X 102 and 5 x 10³， respectively. 

1 . は じ め に

放射性廃棄物の海洋投棄にともなう放射能汚染を考 察するうえにおいて，海洋の生態系における放射性物 質の挙動ならびに分布を把握することは重要である。

海洋生態系のいろいろな成分の中で植物性プランクト ンはし、わゆる一次生産者として海洋の物質循環に大き な役割を果している。プランクトンも含めて海産生物 による放射性核種の摂取，蓄積についてはすでに多数 の報告がある。近時これらの放射性核種の撰取，蓄積

*理工学部原子炉工学科 料農学部水産学科

は水間中での核種の物理化学的状態によって異なるこ とが明らかにされつつある1)‑11)。筆者らはクロレラ 種による海水中の60CO， 106Ruおよび144Ceなどの 放射性核種の摂取，蓄積をこれらの核種の粒子挙動と

ともに検討した。

2 .   実験材料および方法

2.  1プ ラ ン ク ト ン

和歌山県田辺湾で、採取されたChlorellasp.(Chlorella  pyrenoidosa)で本学水産研究所，原田輝雄教授より分 与をうけた。

2.  2放 射 性 核 種

60CO : COC12の塩酸溶液， code 53Y， 放射能濃度 n v  

23.5I11Ci/mQ，比放射能53.4I11Ci/mg，Co 0.44mg/mQ  で米国 ORNL製。

106Ru :クロロ錯体の塩酸溶液， code RKS‑2，放射 能濃度3.7mCi/mQ，比放射能 6.2mCi/mgで英国 R CC製。

144Ce : CeCbの塩酸溶液， code CHS‑l，放射能濃 度 4.2mCi/mQ，キャリアーフリーで英国RCC製。

106Ruは予め濃塩酸で蒸発乾固を2回行なった。い ずれの核種も希塩酸溶液とした後に培養液にその放射 能濃度が約1.7 x 10一切Ci/mQとなるように加えた。

2 .   3

培 養 液 の 調 製

脱イオン水に八洲薬品側製のアクアマリンを溶解し て調整した人工海水に，栄養素として硫酸アンモニウ ムを 0.01%，過リン酸石灰を 0.0015%さらに尿素を 0.0005%にそれぞれ加え， ミリポアフィルタ一 H A W P (0.45めで、口過した培養液 (pH8.0)を500mQ容 量の平底丸型振壷コルベンに 300mQ宛分注し綿栓の 後，高圧滅菌した。

2.  4 ブランクトンの培養

滅菌調製した上記培養液に定常発育に達したクロレ ラ培養 (2.5X 10⁸個/5mQ)を5mQ宛接種し，恒温振 壷培養器 (23土1⁰C，昼光灯 20Wx4で照明〉中で振 重培養した。

2 .   5 

ブランクトンの発育量の測定

分光光度計〈目立‑139型〉を用い，波長650mμで 培養の吸光度を測定してプランクトンの発育量を求め た。また細胞数はBurker‑Turk型血球計算盤を用いて 算定したが，吸光度と細胞数の関係はFig.1にしめし

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10⁰  5XlO‑¹ 

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5 X10⁵  10⁶  5XI06  10⁷  5 x10⁷  Cells per ml 

Fig.  1 Absorbance vs.  cell  concentration of  chlorella 

Tこ。

2 .   6 

ブランクトンに蓄積された放射能の測定 経時的にプランクトン培養の一定量(5mの を 滅 菌 ピペットで採取し， ミリポアフィルタ一HAWP(0.45 μ)で口過してプランクトンを分離し， デシケーター 中で乾燥後，秤量して通常の試料皿にいれ，端窓、型 G M管式放射能計数装置(富士通製132A型〉で測定し た。

2 .   7 

濃縮係数の算定

プランクトンにおける放射性核種の濃縮係数は培養 口液1111Q当りの放射能濃度 (cpl11/mQ)に対するプ ランクトン19当りの放射能濃度 (cpm/g)の比をも って算出した。なおこのとき，プランクトンを接種し ていない対照の培養液を同様にミリポアフィルターで 口過してフィルターに吸着された放射能をパックグラ ウンドとともに差引いた。

3 .   実験結果および考察

3.  1 ブランクトンの発育曲線

人工海水(八洲薬品製アクアマリン〉をもとにして これに窒素， リンなどの栄養素を添加した培地におけ るプランクトンの発育曲線はFig.2にしめすように7 日目頃まで対数増殖期がつづき，約10日で定常状態に 達した。このときの吸光度は約1.0で，細胞数は約 5x 10⁷/mQであった。 144Ceの放射能濃度を約1.7x 10一切Ci/mQとして培地に投入した場合の発育曲線は Fig.2にしめすように放射能を含まない対照とほとん

ど変らなかった。

また 60COおよび 106Ruの場合も同様の結果を得 た。 Polikarpovら12)は海産単細胞藻類Prorocentrum

= 辻主

(0.0.) 

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国

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Control  ~

144Ce  ・居ー (1. 7X 10‑³，uCi/ml)  Temperature : 23・土l'C

lllumination  : Oaylight f1uorescent  lamps 20WX4 

10  15  Oays after  inoculation 

Fig.  2  Population growth curve of  chlorella  (shake culture) 

micansの細胞分裂速度におよぼす35Sの影響を検討し 放射能濃度 8^X 10~，2μCi/mQ で対照よりも細胞数の減

少を観察しているが，筆者ら13)は59Fe，60Coおよ び89Srについて Miquel改良培地中の放射能濃度を 10‑².，.....10一句Ci/mQとして海産珪藻類およびクラミド モナス種による摂取，蓄積を検討し，その発育，増殖 は対照とほとんど差を認めなかった。プランクトンの 発育，増殖速度は諸種の要因によって影響をうける が，筆者らの実験条件においては 60CO，106Ruおよ び144Ceの放射能濃度が1.7 X 10‑³ ，aCi/ mQでクロレ ラ種の代謝生理，増殖過程はほとんど影響をうけなか ったものと考えられる。

3 .   2 

ブランクトンによる放射性核種の摂取，蓄積 プランクトンの発育増殖にともなう海水培地中の放 射性核種の摂取，蓄積をFig.3にしめした。これによ るとプランクトンの単位重量当りの放射能濃度は 60COの場合には発育曲線と相似のパターンをしめし，

その対数増殖期には増加し，定常発育期に達するとと もに平衡状態となった。 これに対して 106Ruおよび 144Ceにおいては1日後にピークをしめしたが，対数 増殖期の進行とともに減少しやがて定常発育期に達 して平衡状態となった。またクロレラの細胞当りの放 射能濃度もFig.4にしめすように 60COと106Ruおよ び 144Ceでは異なるパターンをしめした。 すなわち 60COでは発育殖増とともに増加し13......，15日で平衡に

5XI05 

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10⁴  5X10³ 

Fig.3 

60Co 

‑ e 国

106Ru  ‑1:.ト 144Ce  寸ヨー

10  Days after  inoculation 

Uptake of  60Co， 106Ru and 144Ce by  dividing chlorella cells. 

15 

達^aしたのに対して 106Ruおよび144Ceでは1日後に ピークをしめしたが，その後減少して 7‑‑‑‑‑10日以後に おいて平衡状態となった。さらに培養口液中の放射能 濃度の変化はFig.5にしめすように 60COにおいては 培養の全期間を通じてわず、かに減少したが 106Ruお よび144Ceにおいては5‑‑‑‑‑7日後まで減少しそれ以 後はほとんど平衡状態であった。 Riceら14)は海産プ

(cpm/cell) 

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Fig.4 

(cpm!ml)  10³ 

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Fig.5 

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l06Ru吋 ト 144Ce

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A 

10  Days after  inoculation 

Radioactivity per cell  of  chlorella. 

。

5  10 

60Coベテ

l06Ruーか 144Ce ‑e‑

15  Days aft巴rinoculation 

Radioactivity in  culture filtrate  15 

‑ 21‑

ランクトン Nitzschiasp.による144Ce(硝酸塩形〉の 摂取，蓄積を検討し筆者らと同様なパターンをしめ した。クロレラによる 60COの摂取，蓄積がl06Ruお よび144Ceのそれと違っているのはこれらの元素に対 する栄養要求の相異もさることながら，むしろ海水中 におけるこれらの元素の存在状態の違いによるものと 思われる。すなわち 60COは海水中で、主としてイオン 形として溶存状態に あ る の に対して l06Ruおよび 144Ceは粒子状として存在するものが多いことが筆者 ら15)により報告されている^O 今回の実験におし、ても 海水培地中のこれらの放射性核種の粒子形成をミリポ

アフィルタ一HAWP(0.45μ〉を用いて口過して調べ た結果は 60COにおいては全期間を通じてフィルタ ー上に捕集された放射能は1‑‑‑‑‑2%以下で大部分は口 液中に存在したが 106Ruおよび 144Ceにおいては 日数の経過とともにフィルター上に捕集される放射能 の割合は増加し7‑‑‑‑‑10日で平衡状態となり l06Ruに おいてはがJ3 %であったが 144Ceにおいては約20% がフィルター上に捕集された。イオン状で溶存状態、に あるものは半透性の細胞l撲を通過して細胞質内に取り 込まれ得るのに対して粒子状のものは細胞表面に主と

して吸着あるいは粘着するものと思われる。 Plate 1 ‑‑‑‑‑4はクロレラ細胞を電子顕微鏡によって 観察した写真像である。すなわち，Plate 1 ‑‑‑‑‑2はク ロレラ細胞表面の走査像を，Plate 3は超薄切片によ る細胞内の微細構造を，Plate 4はクロレラの分裂像 をそれぞれ示した。これらの観察結果から半透性の細 胞表面はきわめて粗造な構造であることがわかる。ま た容器壁への吸着などによる液中の放射能濃度の減少 も60COではわずかであるのに対して l06Ruおよび 144Ceでは比較的大きいことが筆者ら 15)によって既

( 

Plate. 1 Scanning Electron  Micrograph of  Chlorella sp. 

Accelerating vo1tage  20kv 

Plate. 2 Scanning Electron九1icrographof  Chlorella sp. 

( H i比t配 州aC

Accelerating vo1tage  20kv 

Plate. 3 Electron Micrograph of  Chlorella sp. 

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Accelerating voltage  100kv 

Plate. 4 Scanning Electron Micrograph of  Chlorella sp. 

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……

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た。すなわち単位容積当りの細胞数がほとんど同じ場 合にプランクトンによる放射性核種の摂取，蓄積率は 144Ceが 60COおよび 106Ruにくらべてかなり大き いことがしめされた。しかしRiceら14)は海産プラン クトン Nitzschiasp.による144Ce(1II価の硝酸塩形〉

の摂取，蓄積率におよぼす細胞数の影響を検討し，自 然の状態におけるプランクトンのpopulationsizesで はプランクトンによる海水中の144Ceの即時の摂取除 去は非常に大きいものではないであろうと推論してい

る。

3

.   3 

クロレラにおける放射性核種の濃縮係数 クロレラの乾重量をもとにした 60CO，106Ruおよ び144Ceの濃縮係数の変化はFig.9にしめしたが単位 重量当りおよび細胞当りの放射能濃度の変化と同じよ うなパターンであった。そして平衡時における濃縮係 数は60COでは約3X 10²， 106Ruでは約2X 10²であ ったが ^144Ceでは約5X 10³であった。従来報告さ れている植物プランクトンによる海水中のこれらの放 射性核種の濃縮係数6)と比較して大差のないものであ った。

に報告されており，従って細胞分裂の活濃な対数増殖 期においては培養の単位容積当りの細胞数の増加とと もに培地中の放射能濃度の減少も影響してクロレラの 単位重量当り， あるいは細胞当りの 106Ruおよび 144Ceはむしろ減少するものと考えられる。さらにま たクロレラの全培養中における 60CO，106Ruおよび 144Ceの分布はFig.6， 7および8にそれぞれしめす ような変化をしたが，平衡時におけるクロレラによる 放射能の蓄積分布率は60COでは約7%，  106Ruでは 約6 %であったのに対して 144Ceでは約50%であっ

Culture  filtrate  ‑a‑

Chlorella cells  ‑e・・

Particulate fruction寸 ト (from control) 

100 

95  90 

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‑e‑

60Co  106Ru  144Ce  15 

Distribution of  60Co in  culture of  Chlore111a 

10 

Days after  inりcu¥ation

Fig. 6 

(C.F.)  10⁴ 

h D  ...... 

に3 吋 も炉ー

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・ 同

~ 5X10² 

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Cul.ture filtrate  一白ー Chlorella cells  ~ト Particulate  fraction‑tト (from control) 

100 

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2FEぷ

10²  10 

Days after  inoculation 

Distribution of 106Ru in  culture of  chlorella. 

15 

Fig.7 

5X101 

Cu1turc fillrate  ‑a‑‑

Chlorella cells  ‑‑tl‑ Particulate  fl'ael ion ‑:島ー

(from co川 町1)

15 

10  Days after  inoculation 

100 

Fig.  9 Concentration factors for some tadionuclides  in  chlorella 

︒y 50 

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め

人工海水をもとにした培地で、プランクトンChlorella sp.を培養し，その発育とともに60CO，106Ruおよび 144Ceなどの放射性核種の摂取，蓄積を検討して，つ ぎの結果を得た。

‑ 23‑

ま

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4 .  

10 

1

)lyヌaf.lcrinoc¥dutiOI1 

Distribution of  144Ce in  culture of  chlorella 

15  (Dげ お )

Fig.8 

(1)  培地中の放射能濃度約1.7 x 10一切Ci/mQでは プランクトンの発育増殖は全く影響をうけなかった。

(2)  60Coの摂取， 蓄積はプランクトンの発育増殖 とともに上昇し， 5'"'‑' 7日間で平衡に達した。そして 海水培地中の 60COの1'"'‑'2%がミリポアフィルター HAWP (0.45μ〉上に捕集された。

(3)  106Ruおよび 144Ceの摂取，蓄積は1日後に おいて最高となり，以後減少して約7日後に平衡に達 した。そして海水培地中の106Ruでミリポアフィルタ

一

HAWPに捕集される割合は日数とともに増加し約 7日で平衡となり約3 %が捕集された。 144Ceにおい ては約10日で平衡となり約50%が捕集された。

仏)蓄積平衡時における濃縮係数は 60COに対して は約3X 10²， 106Ruに対しては約2X 10²であった が 144Ceに対しては約5X 10³_{であった。}

謝辞:実験に使用したプランクトンを分与して頂い た本学水産研究所原田輝雄教授ならびに電子顕微鏡写 真撮影に御協力いただいた日本電子株式会社松尾達也 氏， 日立製作所篠原実氏に感謝します。

文 献

D.C.， Pub1. 658(1959) 

4) 1. A. E.  A. : Safety  Series  No. 5， Radioactive  Wastes  Disposal  into  the  Sea， 1.  A.  E.  A.，  Vienna， (1961) 

5) 1. A. E. A.  Disposal  of  Radioactive  Wastes  into Seas， Oceans and Surface  Waters， 1. A. E.  A.， Symposium， Vienna (1966) 

6) Polikarpov. G. G.:  Radioecology of Aquatic  Or.  ganisms， North Holland Publ.  Co.， Amsterdam 

(1966) 

7)原子力安全協会:海洋放出特別委員会，生物分科 会報告(1967)

8)原子力安全協会:海洋汚染対策基礎調査専門委員 会報告(1967.4)

9)原子力安全協会:海洋汚染対策基礎調査専門委員 会報告(1967.11)

10)佐伯，他:原子力安全協会報告， 13859(1968)  11) Odum， E. P.  Fundamentals  of  Ecology， 2nd 

Edition， 452， W. B. Saunders  Corp.， London  (1969) 

12)  Polikarpov， G. G.  and L. A.  Lanskaya:  1961，  1) NAS‑NRC: The E旺ectsof  Atomic Radiation on  Cited from Polikrpov. G. G.  (1966) 

Oceanography and Fisheries， NAS・NRC，Wash‑ 13)本田，木村，他:原子力平和利用研究成果報告書 ington， D.C.， Publ.  5151(1957)  第7集， 191，科学技術庁(1967)

2) Ketchum， B.  H. and V. T.  Bowen:  Proc.  2nd  14)  Rice， T. R. and V. M. Wil1is:  Limnil.  Oceanogr.，  Intern.  Conf. Peaceful  Uses of Atomic Energy，  4， 277(1959) 

Geneva， 18， P/402， U.N. New York (1958)  15) Honda， Y.， Y. Kmura et  al.  : Radiosotopes， 21，  3) NAS・NRC: Radioactive  Waste  Disposal  from  269(1972) 

Nuclear Powered Ships， NAS‑NRC， Washington，