Elucidation of heavy-metal tolerance mechanism in (Cav.) Trin. ex Steud. without iron plaque formation

鉄プラークが確認されないヨシの重金属耐性機構の解明

大熊 美結*; 山路 恵子*; 中本 幸弘*; 福山 賢仁*; 綱嶋 康倫

Okuma, Miyu*; Yamaji, Keiko*; Nakamoto, Yukihiro*; Fukuyama, Kenjin*; Tsunashima, Yasumichi

我々の研究サイトである鉱さいたい積場は、鉄やマンガンを含んだ処理が必要な坑水の一時貯留施設であり、そこは、ヨシ(Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud)が自生していることが知られている。ヨシはいくつかの金属に対する耐性があると考えられている。事実、ヨシは、鉄プラークを形成することにより重金属に対する耐性を強化することがこれまでに報告されている。しかし、当該鉱さいたい積場の坑水流入口付近の鉄が堆積している場所で生育するヨシの根には、鉄プラークがほとんど観察できなかった。これはヨシが、鉄プラークに依存しないほかの重金属耐性機構を有していることを示唆している。本研究の目的は、鉄プラークを形成しないヨシの重金属耐性機能を解明することである。元素分析によりヨシの健全な節根には高濃度の鉄,アルミニウム,亜鉛の蓄積が明らかになった。通常の植物に比べて、過剰な鉄の蓄積が確認された。根の解毒分析により、金属耐性に有効なフェノール性物質や有機酸の生成が不十分であることが示された。フェロシアン化カリウム溶液で染色したヨシ節根の切片を観察した結果、表面と皮層細胞の最外層の細胞壁に鉄の存在が観察された。細胞壁の重金属の固定は植物の重金属耐性機能の一つとして知られていることから、我々の研究結果は、ヨシが体内細胞への重金属の進入を防ぐために、細胞壁で鉄を固定する重金属耐性を示す可能性を示唆した。

At our study site, mill tailing pond, which is used as a temporary storage site to treat mine water containing iron, manganese, etc., (Cav.) Trin. ex Steud. has been found to grow naturally there; therefore, this plant was considered to have some metal tolerance mechanisms. Actually, was previously reported to enhance heavy metal tolerance through the formation of iron plaques; however, few iron plaques were observed on roots of growing Fe deposition site close to the entrance of mine water at our study site, suggesting that they may have another heavy metal tolerance mechanisms. The objective of this study was to elucidate the heavy metal tolerance mechanisms of , without iron plaque formation. Elemental analysis clarified that high concentrations of Fe, Al, and Zn were accumulated in healthy nodal roots; especially, excessive Fe accumulation was confirmed compared with normal plants. Detoxicant analysis in the roots indicated that phenolics and organic acids were not produced well to contribute to the tolerance. Due to the observation of sections of nodal roots stained with potassium ferrocyanide solution, Fe localization was observed in the epidermis and the cell walls of the outermost layers of the cortex cells. Since immobilization of heavy metals in the cell walls is known as one of the heavy metal tolerance mechanisms in plants, our results suggest that would show the tolerance to immobilize Fe in the cell walls to prevent from migrating into the interior cells.