Development of ion beam breeding technology in plants and creation of useful plant resources

長谷 純宏; 野澤 樹; 浅見 逸夫*; 田之頭 優樹*; 松尾 洋一*; 金澤 章*; 本多 和茂*; 鳴海 一成*

JAEA-Review 2013-059, JAEA Takasaki Annual Report 2012, P. 102, 2014/03

This study is aimed to develop ion beam breeding technology and useful plant resources. In the cooperative research with Aichi prefecture, 4 lines of chrysanthemum mutant, which have characteristic petals in a whole part of the flower head, were obtained from about 1,500 regenerated plants. The trial growing of one of the mutant lines was received well and further characterization will be performed. We also focus on improvement of trees and functional ingredients in crops because little knowledge has been accumulated in this area. We are developing the ion beam breeding technology in Citrus plants as a model for trees. The cut surfaces of hypocotyls were exposed to carbon ions and the regenerated plants were grown. There was a large difference in radiation sensitivity among 7 kinds of commercial varieties. The regeneration rate after 10 Gy irradiation was more than 90% in "Kawano-Natsudaidai" but was less than 10% in Trifoliate orange. Mutant plants with shorter internode were successfully obtained in "Imamura-unshu". In the cooperative research with Hokkaido University, soybean mutants with altered ingredients, such as isoflavones, proteins, fatty acids and starch, were obtained.

Development of ion beam breeding technology in plants and creation of useful plant resources

長谷 純宏; 野澤 樹; 岡田 智行*; 浅見 逸夫*; 長谷 健*; 松尾 洋一*; 金澤 章*; 本多 和茂*; 鳴海 一成

JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 100, 2012/01

https://jopss.jaea.go.jp/pdfdata/JAEA-Review-2011-043.pdf

The purpose of this study is to develop ion beam breeding technology and to create useful plant resources. In particular, our current research is focused on the step-wise improvement of traits in flower and ornamental plants. We also focus on improvement of trees and functional ingredients in crops because little knowledge has been accumulated in this area. Here, we describe recent progress made in these studies.

Production of soybean mutants with pale-green-leaf phenotype by ion beam irradiation

荒瀬 幸子*; 阿部 純*; 野澤 樹; 長谷 純宏; 鳴海 一成; 金澤 章*

JAEA-Review 2010-065, JAEA Takasaki Annual Report 2009, P. 70, 2011/01

https://jopss.jaea.go.jp/pdfdata/JAEA-Review-2010-065.pdf

Soybean is an important crop in terms of production of food, oil and forage. We examined whether ion beam irradiation is effective in producing a mutant in soybean. By exposing dried seeds to 320 MeV carbon ions, we could detect plants with a visiable altered phenotype. The observed change was a chlorophyll deficiency, as evidenced by pale-green leaves. Frequency of this type of change was 0.1% and 0.19% for M plants irradiated at 2.5 Gy and 5 Gy, respectively. The M progeny of four out of six M plants maintained the altered phenotype. Thus, at least these four M had stable heritable change that caused the altered phenotype, demonstrating that ion-beam irradiation at 2.5-5 Gy can induce mutations.

Effects of ion beam irradiation on soybean seeds evaluated by plant growth and seed-setting in a field

金澤 章*; 阿部 純*; 長谷 純宏; 鳴海 一成

JAEA-Review 2008-055, JAEA Takasaki Annual Report 2007, P. 71, 2008/11

https://jopss.jaea.go.jp/pdfdata/JAEA-Review-2008-055.pdf

大豆は、食糧,油,飼料として重要な穀物であるが、現存する大豆の変異系統は限られており、育種並びに遺伝解析を行うための制約となっている。本研究では、イオンビーム照射が大豆の突然変異体を作出するのに有効かどうかを調べることを目的とした。大豆乾燥種子に0.2から25Gyの320MeV炭素イオンを照射後、播種し、温室で3週間栽培した。5Gy以上の線量で植物生育に影響が見られ、大豆の突然変異誘導に最適な線量は2から5Gyであると考えられた。2Gy及び5Gy照射区では、初生葉中心部での狭窄や不定期な葉柄発生が顕著に認められた。照射種子を圃場で1か月半栽培し、草高を調査したところ、照射線量に依存して草高の低下が認められた。生存率も照射線量に依存して低下した。2.5Gy照射区1,400個体のM2種子を収穫済みであるので、今後、変異体を選抜するための後代を栽培する予定である。

放射線橋かけによるポリ乳酸の改質

長澤 尚胤; 金田 綾子*; 松崎 友章*; 金澤 進一*; 八木 敏明; Tran, M. Q.*; 三友 宏志*; 吉井 文男; 玉田 正男; Quynh, T. M.*

JAEA-Review 2006-042, JAEA Takasaki Annual Report 2005, P. 53, 2007/02

https://jopss.jaea.go.jp/pdfdata/JAEA-Review-2006-042.pdf

デンプンを原料とする植物由来プラスチックであるポリ乳酸(以下PLAと略記)は、約170Cの高い融点を有し、透明性や機械的特性などが優れていることから、実用化に一番近い材料として有望視されている。しかし、PLAは約60Cを超えると熱変形し、強度が低下するという欠点があるため、耐熱性の向上が必要とされている。ここでPLAの耐熱性改善に対して、放射線照射による橋かけ構造を導入することを試みた。PLAに融点以上の温度(180C)でポリマー重量に対して3重量%濃度の各種多官能性モノマーを添加して線照射したPLAのゲル分率を測定した結果、トリアリルイソシアヌレート(TAIC)とトリメチルプロパントリアクリレート添加した系のみ、50kGy照射で80%のゲルが生成し、効果的に橋かけ反応が起きた。橋かけ前後の熱機械的分析の結果、未照射PLAでは、約60Cのガラス転移温度以上で急激に変形し、約100Cで測定不可能になる。3%TAIC濃度で50kGy照射したPLAでは、約60Cで変形せず、200Cでも5%しか変形しないことから、橋かけ構造導入により耐熱性が極めて大きく向上することがわかった。放射線照射によって橋かけしたPLAを熱収縮チューブに応用した。橋かけPLAを200Cで2.5倍に膨張させ、室温で冷却固定すると熱収縮チューブにでき、このチューブを160C以上で再加熱すると、元の大きさに収縮して電線などの結束部分の保護材として利用できる。

Density, porosity and grain size, 1; Unirradiated ROX fules

柳澤 和章; 山下 利之; 金澤 浩之; 天野 英俊; 室村 忠純

Journal of Nuclear Science and Technology, 36(11), p.1052 - 1063, 1999/11

https://doi.org/10.3327/jnst.36.1052

2種類の岩石型燃料(以下、ROX-SZR及びROX-ThO)及び9種類の模擬岩石型燃料(PuOをUOで置き換えたもの)を作製した。これらの密度、気孔率及び結晶粒度を実験因子とした研究を行った。得られた結果は以下のとおり。(1)岩石型燃料の推定理論密度値は、ROX-SZRで5.6g/cc、ROX-ThOで6.2g/ccであることを見いだした。一方、これに相当する焼結密度値は前者で4.6g/cc、後者で5.2g/ccであった。岩石型燃料の密度はUOの約半分であった。岩石型燃料の百分率理論密度(%TD)は比較的低く82-83%TDの範囲にあった。気孔率は大きく(17-18%)、結晶粒径は小さい(2m)ことがわかった。(2)模擬岩石燃料の推定理論密度値は5.0-5.7g/ccの範囲にあった。一方、これに相当する焼結密度値は4.9-5.4g/ccの範囲にあった。模擬岩石燃料の密度は岩石燃料とほぼ同じであったが、UOの約半分であった。模擬岩石燃料の%TDは比較的大きく94-98%TDだった。気孔率は小さく(6%)、結晶粒径もまた小さい(3-4m)ことがわかった。

Fission gas release from rock-like fuels, PuO-ZrO(Y){or ThO}-AlO-MgO at burn-up of 20 MWd/kg

柳澤 和章; 大道 敏彦; 金澤 浩之; 天野 英俊; 山原 武

JAERI-Research 97-085, 31 Pages, 1997/11

JAERI-Research-97-085.pdf:2.38MB

2種類の燃料を製造した。一つは20w/oPuOにThO-AlO-MgAlOを混ぜたものであり、もう一つは23w/oPuOにZrO(Y)-AlO-MgAlOを混ぜたものであり、燃料の形態として外径3mm肉厚1mmのディスク[円板]状を採用した。この2種類の燃料につき、通常運転下での燃料ふるまいを研究する目的で試験研究炉(JRR-3M)を用い平均燃焼度20MWd/kg(最高27MWd/kg)まで照射を実施した。照射後試験にて以下の事柄を見出した。(1)低い照射温度(1000C)にも拘わらず、著しい割合のFPガス放出(FGR)が起こっており、燃料の微細組織を研究した結果、FPガスが燃料マトリックスから開気孔を通じて直接ギャップ空間に放出されたと考えられた。(2)セシウム(Cs)が燃料マトリックスからプレナム領域まで移行していた。その量は、生成量の約20%程度である。この原因の一つは、使用した円板型燃料の半径方向温度分布がわずかであるが一定でなかったためであり、もう一つは製造段階からこの燃料はセシウム保持能力が弱かったためであろうと考えられる。

Microstructural evolution of austenitic stainless steels irradiated in spectrally tailored experiment in ORR at 400°C

沢井 友次; P.J.Maziasz*; 金澤 浩之; 菱沼 章道

Journal of Nuclear Materials, 191-194, p.712 - 716, 1992/00

https://doi.org/10.1016/0022-3115(92)90565-3

はじき出し損傷と生成ヘリウムのバランスを実際の核融合炉での使用環境にあわせるため、熱中性子と高速中性子の比率を調整するスペクトル調整照射をORRで実施した。試料に用いた6種類のオーステナイトステンレス鋼は、今回の照射条件(400C、7.4dpa)では、溶体化処理材にはスエリング挙動の差が認められたが、冷間加工材では、すべて良好な耐スエリング性を示し、浸漬密度試験においても、電子顕微鏡観察においても、ほとんど差が認められなかった。溶体化処理材の中でも改良ステンレス鋼は最も優れた耐スエリング性を示したが、高純度3元合金の0.86%をはじめ、大きなスエリングを示したものもある。より高照射量では、スエリング率がさらに増加することも大いに考えられ、400Cという比較的低温においても核融合炉材料の選択には、スエリングを考慮すべきであることを示している。

ヨウ素-127を充填した軽水炉型未照射燃料棒の反応度投入事故(RIA)時の挙動に関する研究

笹島 栄夫; 柳澤 和章; 金澤 浩之

JAERI-M 88-139, 51 Pages, 1988/07

JAERI-M-88-139.pdf:2.58MB

未照射のNSRR標準燃料棒中にヨウ素を1.3mg(3310g/cm)封入し、パルス照射によって発生された被覆管引張応力で、PCI破損が発生するか否かを確認する分離効果実験を実施した。その結果、以下の知見を得た。(1)ヨウ素封入燃料棒は、発熱量268及び280cal/gUOで破損しなかった。一方、ヨウ素を封入しなかったレファレンス棒は、268及び280cal/gUOでともに被覆管内厚の減少に起因する破損を生じた。即ち、本実験の条件範囲内では、PCI破損は生じないことが明らかになった。(2)ヨウ素を封入した燃料ペレットの外縁部では、268cal/gUOで等軸晶の、また280cal/gUOで柱状晶の、円環状集合組織が発達しているのが明らかになった。XMA観察から、微量のヨウ素がその集合組織から検出された。一方、レファレンス棒には、それが観られなかった。

照射済軽水炉燃料の炉外焼鈍時の挙動に関する研究

柳澤 和章; 金澤 浩之; 宇野 久男; 笹島 栄夫

JAERI-M 88-223, 42 Pages, 1981/11

JAERI-M-88-223.pdf:4.59MB

燃焼度35MWd/kgUまで照射した軽水炉燃料(LWR燃料)及び燃焼度5.610MWd/kgUまで短期照射したNSRR燃料(nsrr燃料)を用い、2273Kまでの炉外焼鈍(等温加熱)実験を行い、FPガス(Xe及びKr)の放出率を測定した。実験結果は、米国ORNLの焼鈍実験(SFD/HI-実験)の結果とも相互比較した。得られた知見は以下のとおりである。(1)LWR燃焼におけるKrガスの放出率は最大で6.4%min(2273K)となった。この結果は、米国ORNL実験結果とも一致した。焼鈍によるFPガス放出率は、燃料試料の燃焼度及び焼鈍温度の増加と共に増加した。(2)NSRR燃料は1913Kまでの焼鈍でも、有意のFP放出が認められなかった。