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尹 永根; 鈴井 伸郎; 河地 有木; 石井 里美; 小柳 淳*; 信濃 卓郎*; 藤巻 秀
no journal, ,
土壌環境中の難溶性の栄養素を獲得するために、根が根圏へ有機酸等を分泌することがよく知られているが、根系の各部位における分泌がどのように制御されているのかは、興味深いテーマである。我々は、炭素11(半減期20分)標識二酸化炭素(
CO
)とポジトロンイメージング技術(PETIS)を応用すれば、根系を破壊することなく、光合成産物の根系への転流と有機酸等の根圏への分泌の両方を観測し、定量的解析を行うことが可能であると考えた。そのために本研究では、新たに「開閉式根箱」を作製し、まず光合成産物が根系へ転流される過程を観測した後、根系と土壌を分離して、土壌のみを画像化することを試みた。発表では得られた興味深い結果と本手法の将来展開について積極的な議論を行う予定である。
河地 有木; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 尹 永根; 山口 充孝; 長尾 悠人; 神谷 富裕; 高橋 忠幸*; 中野 隆史*; 藤巻 秀
no journal, ,
原子力機構・宇宙航空研究開発機構・群馬大学では、宇宙航空研究開発機構で宇宙
線の観測技術として開発されたSi/CdTeコンプトンカメラを基盤として、医学・生物学応用を目的とした半導体コンプトンカメラの開発研究を進めてきた。コンプトンカメラとは、RIイメージング装置において必須となる空間分解能に加え、エネルギー分解能を併せ持つイメージング装置であり、線源であるトレーサ核種の弁別が可能となる。植物研究への有用性を示すため、作物の生産を阻害する環境ストレスの1つであるナトリウム(
Na: 511keV)と、微量必須元素であるマンガン(
Mn: 835keV)の二核種のトレーサを用いて実証実験を行った。播種後約6週間の水耕栽培イネに、NaおよびMnを水溶液から同時に経根吸収させ、イネの地上部を1週間連続撮像した。その結果、両元素とも茎基部への強い集積を示したが、地上部の葉への移行性に差違が認められ、本手法が植物体内の複数元素の同時イメージングに有用であることが示された。
鈴井 伸郎; 石川 覚*; 伊藤 小百合*; 石井 里美; 井倉 将人*; 安部 匡*; 倉俣 正人*; 河地 有木; 藤巻 秀
no journal, ,
近年、我々はポジトロン放出核種とポジトロンイメージング技術を用いて、カドミウム(Cd)などの無機元素が液体培地から根を介して地上部へ移行する過程を直接的に画像化する手法(本発表では「根圏イメージング」と呼ぶ)を開発した。本手法を用いて、高Cd蓄積イネ品種(長香穀,ジャルジャン,アンジャナダン)と対照品種(ササニシキ,コシヒカリ,日本晴)の根におけるCd動態を解析した結果、高Cd蓄積品種のCd吸収能力は対照品種と変わらないが、根組織内にCdを保持する能力が低いがためにCdが地上部へ効率的に輸送され、結果的にCdが高蓄積していることを、直接的かつ定量的に明らかにした。本発表では、亜鉛(Zn)のポジトロン放出核種である
Znを用いた根圏イメージングにより、高Cd蓄積品種(長香穀)と対照品種(日本晴)の根におけるZn動態を解析した結果について報告する。この高Cd蓄積品種では根の液胞膜に局在する輸送タンパク質OsHMA3の機能が失われていることが知られているため、本タンパク質の「生きた植物の根」における基質特異性についても議論する。
藤巻 秀; 河地 有木; 尹 永根; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 渡部 浩司*; 山本 誠一*
no journal, ,
放射性セシウムに関する植物研究において最も求められるデータとは、「特定の条件下での土壌-植物系における放射性セシウム分布の経時的変化」であり、そのために最も必要なものは「計測の眼」である。その眼は新たな現象の発見に役立つだけでなく、今日の社会的課題である、作物の収穫部位への集積を低減する、あるいは、土壌浄化用植物の地上部に積極的に移行させるといったことを実現するための、新規技術の開発における「評価の眼」にもなり得る。本研究では、従来医療分野で低エネルギー線を対象に用いられてきた「ガンマカメラ」の原理を応用し、植物研究とCs-137に特化したデザインの新しいガンマカメラの開発を行った。具体的には、線の遮蔽能力の高いタングステン合金を用いてピンホールコリメータを製作し、線を高感度に検出できるシンチレータと位置弁別型光電子増倍管を用いて、ピンホール型ガンマカメラを構築した。完成したガンマカメラにより、水耕液に投与したCs-137が植物体地上部に移行する様子を撮像することに成功し、さらに得られた動画像データから吸収・移行速度等を算出した。
小柳 淳*; 河地 有木; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 尹 永根; 山崎 治明*; 島田 浩章*; 藤巻 秀
no journal, ,
ポジトロンイメージング技術を用いて、塩ストレスを与え、ソース葉に障害を受けた植物の光合成機能を定量し、シンク・ソースバランスを制御する機構を解明することを試みた。ナトリウム濃度が1, 5, 10, 20mMとなるように、塩化ナトリウムを添加した栄養培地を作製し、これら栄養培地で多数の野生型シロイヌナズナを20日間栽培した。植物にC-11標識二酸化炭素を投与し、植物体内を移動する炭素の動きを連続して撮像した。得られた画像データに対して数理的な解析を行い、各植物について炭素固定速度と転流率を算出した。その結果、炭素固定速度はナトリウム濃度10, 20mMの条件において低下した。一方、転流率はナトリウム濃度10mMの条件下で最大値を示し、20mMの条件下では顕著に低い値を示した。このことより、植物の炭素固定と転流において、塩ストレスに対する異なる感受性が示唆された。
片柳 薫子*; 堅田 元喜; 麓 多門*
no journal, ,
FACE(Free-Air CO Enrichment)サイトで得られた観測データを用いて検証が進められている土壌-植物系の炭素窒素動態予測モデルDeNitrification-DeComposition (DNDC)-Riceと大気-土壌-植生物質動態予測モデルSOLVEGについて、特に炭素窒素動態について検証した結果を報告する。DNDC-Riceを常時湛水田の窒素フローの予測を可能にするために、真瀬水田サイトの窒素収支での予測精度を検証した結果、水稲葉身のバイオマスと葉面積指数が過大評価された。窒素動態の予測精度を改善するために、乾性沈着・窒素固定・緩効性肥料からの窒素溶出のプロセスの追加、および脱窒と作物窒素吸収の予測精度向上が必要であることが示唆された。水田における窒素循環に影響を及ぼすと考えられる大気-陸面間のNH
交換量を予測するために、SOLVEGに大気-水田間のNH交換過程を計算するモジュールを導入し、同水田サイトへ適用した。NHの大気中濃度が小さいときには、田面水面またはキャノピーからのNH放出を考慮する必要があることがわかった。今後、両モデルをオフライン結合し、大気-植生-土壌間の窒素動態プロセスの予測精度の向上を目指す。
中村 進一*; 鈴井 伸郎; 尹 永根; 石井 里美; 河地 有木; 頼 泰樹*; 服部 浩之*; 藤巻 秀
no journal, ,
これまでの研究で、植物の根に部位特異的に与えたグルタチオン(GSH)が植物体の地上部へのCdの移行と蓄積を抑制する現象を見出し、この現象の要因の一つがGSHによる根からのCd排出の活性化であることを明らかにした。ポジトロンイメージング技術(PETIS)を用いてこの現象を可視化したところ、地上部の基部におけるカドミウム動態にGSH処理植物とコントロール植物で大きな差が見られた。本発表では、この部位に着目して行った根分け実験の結果を紹介する。水耕栽培をしたアブラナを根分けし、それぞれの根にGSH, Cd処理を行い、GSHがCd動態に及ぼす影響を調べた。Cd処理を行わない根にGSH処理を行った場合、根より吸収されたCdは、約60%がCd処理根にとどまっていた。一方、対照区の植物ではCd処理根にとどまっているCdの割合は約50%であった。そして、Cd処理根にとどまっているCdの割合が減少したため、地上部をはじめとする植物体の他の部位へのCdが分配される割合が増加していた。根分けをした植物のCd動態をPETISによって調べたところ、Cdの分配がGSHによって抑制されている様子を可視化することができ、植物体の各部位におけるCdの蓄積パターンにもGSH処理によって変化が生じていることが明らかになった。