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C tracer and coupling between source and sink organs諏訪 竜一*; 藤巻 秀; 鈴井 伸郎; 河地 有木; 石井 里美; 阪本 浩一*; Nguyen, N. T.*; 実岡 寛文*; Mohapatra, P. K.*; Moghaieb, R. E.*; et al.
Plant Science, 175(3), p.210 - 216, 2008/09
被引用回数：18 パーセンタイル：45.41(Biochemistry & Molecular Biology)Salinity stress affects photosynthate partitioning between sources and sinks of plants, but how it affects on these systems is less understood. Because sources and sinks are closely knitted, any adverse effect under sub-optimal condition on one part is often misinterpreted for the other. Knowledge on regulation of carbon partitioning is indispensable for stress resistance and good plant growth. In the present study, alteration of carbon partitioning in tomato plants (lycopersicon esculentum L. cv. Momotarou) under saline (NaCl) environment was studied by feeding radioactive C and stable 
C isotopes. Pulse chases were conducted for measuring spatial and temporal distributions of C. C was measured by standard conventional technique, but C distribution was monitored using by PETIS. Salt stress resulted in reduced carbon translocation towards roots. Majority of the photosynthate accumulated in the leaf. We have also observed that the reduction in translocation of carbon occurred well before salt stress symptoms of reduced photosynthesis and plant growth in salt exposed plants. The effect on sink activity also showed by decrease in stem diameter and reduced photosynthetic activity. In addition, PETIS analysis of C translocation indicates that carbon translocation to roots was inhibited under salt conditions without direct effect of leaf Na accumulation and osmotic stress These results suggest that NaCl has direct effects on plants inhibiting carbon partitioning within few hours of salt solution exposure without inhibition of source activity.
interception of the parasitic angiosperm 
spp. using a positron-emitting tracer imaging system and NO
; A New method for the visualization and quantitative analysis of the NO interception ratio河地 有木; 藤巻 秀; 阪本 浩一*; 石岡 典子; 松橋 信平; 関本 均*
Soil Science and Plant Nutrition, 54(3), p.408 - 416, 2008/06
被引用回数：10 パーセンタイル：29.49(Plant Sciences)全寄生性のオロバンキ()は植物根に寄生し農業生産に多大な被害を及ぼしており、そのメカニズムの解明は的確な防除法の確立にとどまらず植物生理学上有用である。本研究ではホスト植物根の窒素栄養の収奪を非侵襲的に可視化し、その収奪率を定量解析することを目的とし、ポジトロンイメージング法(PETIS)において複数核種(NO, 
F)を用いた解析手法を確立した。オロバンキをアカクローバー根茎に寄生させNOに続いてFを吸収させて、オロバンキへの分配と茎葉基部への移行を可視化し各トレーサの動態を数理解析した。その結果、73.6
3.9%の窒素栄養素収奪率が定量された。本手法は短半減期核種による繰り返し計測が可能なPETISの特色を活かした新たな解析法であり、得られる定量値は根寄生植物によるホスト植物からの栄養素の収奪を明らかにし、さらには寄生植物の生存戦略や宿主認識メカニズムまでも"可視化"するものである。
藤巻 秀; 阪本 浩一; 河地 有木; 石井 里美; 鈴井 伸郎; 石岡 典子; 渡辺 智; 松橋 信平
JAEA-Review 2006-042, JAEA Takasaki Annual Report 2005, P. 126, 2007/02
アサの同一個体において、上下に隣接する2枚の葉にCO
を前後して投与し、葉から輸送される光合成産物の動きをそれぞれイメージングした。両ケースの輸送経路,輸送速度を比較・解析した結果、これらの輸送経路は一部で互いに逆向きの流れが平行して走っている部分があることが明らかになり、このことから相互の連絡が密でないことが推測された。
CO and positron emitting tracer imaging system河地 有木; 阪本 浩一*; 石井 里美; 藤巻 秀; 鈴井 伸郎; 石岡 典子; 松橋 信平
JAEA-Review 2006-042, JAEA Takasaki Annual Report 2005, P. 131, 2007/02
植物の光合成機能の環境応答を生体組織・器官レベルで解明することは、農学的に重要であるだけでなく、植物生理学における栄養素収支の理解のためにも重要である。これまでにポジトロンイメージング動態解析研究グループでは植物中の炭素動態の可視化に成功しており、光合成産物の輸送・分配の解析が可能にした。本研究では輸送源である葉に注目し、葉における炭素動態を解析することで光合成における主要プロセスである「二酸化炭素固定」及び「光合成産物送り出し」を算出した。本手法は光合成機能を非侵襲的かつ定量的に取得でき、さらにさまざまな環境下における同一個体による繰り返し測定が可能であるという利点を持つ。実証実験を行うことで光環境に応答する光合成機能の定量が可能なことが明らかになった。
河地 有木; 阪本 浩一*; 石井 里美; 藤巻 秀; 鈴井 伸郎; 石岡 典子; 松橋 信平
IEEE Transactions on Nuclear Science, 53(5), p.2991 - 2997, 2006/10
被引用回数：38 パーセンタイル：90.88(Engineering, Electrical & Electronic)植物の光合成機能の環境応答を生体組織・器官レベルで解明することは、農学的に重要であるだけでなく、植物生理学における栄養素収支の理解のためにも重要である。本研究では光合成産物の輸送元である葉に注目し、葉における炭素の動態を解析することで、光合成における主要プロセスである二酸化炭素固定及び光合成産物送り出しの定量を可能にする解析法を開発した。解析モデルには2コンパートメントモデルを適用し、Cで標識した二酸化炭素をPETISで撮像する実験を行った。測定データと解析モデルが推定した炭素濃度時間変化に一致が見られたため解析法の妥当性が示され、二酸化炭素固定速度及び光合成産物送り出し率の定量を可能にした。その結果、光強度を増加させると葉の炭素固定速度は単調に増加するが、光合成産物の送り出しへの影響は少ないことがわかった。
河地 有木; 阪本 浩一*; 石井 里美; 藤巻 秀; 鈴井 伸郎; 石岡 典子; 松橋 信平
Nuclear Science Symposium Conference Record, 2005 IEEE, Vol.5, p.2908 - 2911, 2005/10
植物の光合成機能の環境応答を生体組織・器官レベルで解明することは、農学的に重要であるだけでなく、植物生理学における栄養素収支の理解のためにも重要である。これまでに、Positron Emitting Tracer Imaging System(PETIS)を用いた炭素動態の可視化に成功しており、光合成産物の輸送・分配の詳細かつ定量的な解析が可能にした。本研究ではさらに輸送元である葉に注目し、葉におけるCの動態を解析することで、光合成における主要プロセスである二酸化炭素固定及び光合成産物送り出しについてそれぞれ速度及び送り出し率の定量を行う。供試植物葉にC標識二酸化炭素を供給し、光合成の各プロセスにおける炭素動態を撮像、さらに構築した生理モデルに基づき動態解析を行った。モデルの構築には2コンパートメントモデルを適用し、同一個体を用いて光強度環境を変化させ計4回の繰り返し実験を行った。本解析法によって各光環境下における二酸化炭素固定速度及び光合成産物送り出し率が定量できることを明らかにし、光環境に対して固定速度は単調に増加するが、光合成産物の送り出しには影響が少ないことがわかった。二酸化炭素固定速度からは葉内組織のガス拡散抵抗を、光合成産物送り出し率からは栄養素生産機能を議論した。
松橋 信平; 藤巻 秀; 河地 有木; 阪本 浩一; 石岡 典子; 久米 民和
Soil Science and Plant Nutrition, 51(3), p.417 - 423, 2005/06
被引用回数：24 パーセンタイル：52.22(Plant Sciences)高濃度炭酸ガス環境に対する植物の応答を明らかにすることを目的に、異なる炭酸ガス濃度下での光合成産物の移行をポジトロンイメージング装置で計測し、輸送速度と輸送中の分配について定量的解析を行った。炭酸ガス濃度を通常大気中(350ppm)及び高濃度(1000ppm)としたソラマメの本葉からCOを吸収させ、茎中でのC光合成産物の移行をポジトロンイメージング計測により画像化した。得られたデータを伝達関数法を用いた数理的な手法により解析した結果、本葉の炭酸ガス濃度上昇への応答として、茎中での光合成産物の移行速度と根への分配比が高まることを明らかにした。また、光合成産物の輸送速度は、COを吸収させた本葉から遠くなるほど大きくなることを明らかにした。
河地 有木; 石井 里美; 阪本 浩一; 藤巻 秀; 鈴井 伸郎; 石岡 典子; 松橋 信平
no journal, ,
C標識二酸化炭素(CO)を植物葉に投与してPositoron Emitting Tracer Imaging System(PETIS)で撮像することで光合成を可視化することができ、さらにCの動態を詳細に解析することで葉の光合成機能を定量的に求めることができる。実際にCOガス供給実験をアサの葉で行い、光強度に対する光合成機能の応答を解析した。光合成におけるCの動態の解析にはコンパートメントモデル解析法を用いて、二酸化炭素固定速度と光合成産物の輸送率の定量を行った。結果、光強度に応答する光合成速度とこれまで測定することができなかった光合成産物の輸送率の定量に成功した。
河地 有木; 石井 里美; 阪本 浩一; 藤巻 秀; 鈴井 伸郎; 松橋 信平
no journal, ,
植物の光合成機能の環境応答を生体組織・器官レベルで理解することは重要である。ポジトロンイメージング動態解析研究グループではPositron Emitting Tracer Imaging System(PETIS)を用いた炭素動態の可視化に成功し、光合成産物の輸送・分配の詳細かつ定量的な解析を可能にした。本研究ではさらに輸送元である葉に注目し、葉におけるCの動態を解析することで光合成における主要プロセスである二酸化炭素固定速度及び光合成産物送り出し率の定量を目指した。供試植物葉にC標識二酸化炭素を供給し、光合成プロセスにおける炭素動態を撮像、さらに構築した生理モデルに基づき動態解析を行った。モデルの構築には2コンパートメントモデルを適用し、同一個体を用いて光強度環境を変化させ計4回の繰り返し実験を行った。PETISにより二酸化炭素が葉に固定され光合成産物が葉から送り出される動画像が得られ、本解析法によって各光環境下における二酸化炭素固定速度及び光合成産物送り出し率が定量された。二酸化炭素固定速度からは葉内組織の二酸化炭素拡散抵抗,光合成産物送りだし率からは葉のソースとしての生理機能などを定量的に議論することができる。さらに動画像1画素ごとに動態解析が可能であり、分子レベルの差異が植物の器官・組織レベルの生理機能に対して及ぼす影響を示す機能画像、いわゆる植物分子イメージングへの示唆を得た。
藤巻 秀; 松橋 信平; 石岡 典子; 渡辺 智; 阪本 浩一; Keutgen, N.*; 荒川 和夫
no journal, ,
Positron Emitting Tracer Imaging System(PETIS) は、CO, NO, 
Fe
等の形で植物個体に与えたポジトロン放出核種の体内分布を非破壊的に観測できる装置であり、動画像(2次元
時間)データが得られる点が長所である。これにより植物における物質輸送の動態を理解することが容易になり、近年、さまざまな研究に利用されている。本発表では、PETISデータの定性的な解釈に留まらず、トレーサーの移動速度や組織への分配比等の定量的情報を抽出するための数理的解析方法を報告する。動画像データから2点を選び、各点におけるシグナルの経時変化を抽出し比較解析すれば、2点間の移動速度等を導くことができる。解析方法には伝達関数法を用いた。これにより、ニラの葉身を移行するF-トレーサーの移動速度と損失の割合、ダイズの三出葉へのF, NOトレーサーの分配比を求めた。さらに、COを供給した植物体における光合成産物の移動を解析した最近の研究例も挙げる。
藤巻 秀; 阪本 浩一; 石岡 典子; 渡辺 智; 松橋 信平; 荒川 和夫
no journal, ,
Positron Emitting Tracer Imaging System(PETIS) を用いた計測、及び伝達関数法を用いたデータ解析により、高濃度の炭酸ガスが植物における光合成産物の輸送の動態に与える影響を解析した。ソラマメの同一個体の茎における光合成産物の輸送速度は、高濃度(1000ppm)炭酸ガス環境下では通常濃度(350ppm)の場合に比べ、11C標識炭酸ガスを供給葉の基部の直下の節間においては約2倍、下方向に3つの節間を平均すると約1.6倍に上昇していた。このことは、供給葉において局所的に光合成速度が上昇したために、その近傍では篩管輸送の駆動力(糖による浸透圧)が上昇しているものの、距離が離れるにつれその影響は低下していくことを示すと考えられる。
藤巻 秀; 河地 有木; 石岡 典子; 渡辺 智; 阪本 浩一; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 松橋 信平
no journal, ,
植物研究におけるRIの利用は長い歴史を持つが、植物体内の物質移行を可視化する必要性は、今日ますます高くなっている。本発表では、日本原子力研究開発機構と浜松ホトニクスが共同で開発した植物用ポジトロンイメージング装置(PETIS: Positron Emitting Tracer Imaging System)を用いた研究例を紹介しつつ、医療用PETとのさまざまな相違点を明確にし、次世代装置の開発に必要とされる性能を提言する。
藤巻 秀; 河地 有木; 阪本 浩一; 石岡 典子; 松橋 信平
no journal, ,
本研究ではPositron Emitting Tracer Imaging System (PETIS)を用いて、インタクトな植物個体における光合成産物の輸送の様子を動画像として撮像すること、さらに得られた動画像データを解析し輸送速度などを推定することを試みた。ポジトロン放出トレーサとして、炭素11でラベルされた二酸化炭素をイオンビーム照射によって調製した。トレーサを微量に含む通常空気をソラマメの成熟葉一か所に供給し、撮像を2時間行った。続いて炭素11の減衰後、同一個体の同一葉に対し、高濃度(0.1%)の二酸化炭素(非放射性)を含む空気とともに新たに製造したトレーサを供給し、同様の撮像を行った。得られたデータに対し数理的モデリング法の一つである伝達関数解析法を適用することにより、茎中を根方向に輸送される光合成産物の平均速度及び周辺組織への積み下ろしの割合を、実験条件ごとに推定した。その結果、高濃度二酸化炭素を局所的に供給したケースでは、輸送速度が局所的に上昇していたことが明らかになった。PETISと数理的モデリング法を組合せることにより、植物個体中の生理的変化を定量的に評価することが可能であると結論した。
藤巻 秀; 河地 有木; 阪本 浩一; 石岡 典子; 松橋 信平
no journal, ,
ソラマメ(
L.)の葉にCOを含む空気を与え、ポジトロンイメージングにより茎中の光合成産物の輸送の様子を画像化し、さらに伝達関数法を用いた解析により、茎に沿った輸送速度と蓄積割合の推定を行った。また、投与する空気中の二酸化炭素濃度を高めた場合にこれらのパラメータの値が変化することも明らかにした。本発表では、非侵襲的イメージングとモデル解析を組合せることによって、単にトレーサの分布を可視化するのにとどまらず、個体中の生理機能の分布が求められることを示す。
Cを用いた葉の機能解析石井 里美; 河地 有木; 阪本 浩一*; 藤巻 秀; 鈴井 伸郎; 松橋 信平
no journal, ,
葉は先端部から基部に向かって成熟する。上位葉では、先端部ほど成熟していて、基部ほど若く、一枚の葉の中に成熟度が異なる部分が混在する。しかし、機能の成熟は一見しただけで知ることができない。ポジトロンイメージング装置(PETIS)はトレーサーの動態を非侵襲的かつ経時的に捉えることで、生きた植物体の機能を知ることができる。そこで、CO固定能,光合成産物輸送機能の2つの機能に着目し、PETISを用いて2つの機能が葉の成熟とともにどのように変化するかを明らかにすることを目的とした。同一植物体の上位葉と下位葉を供試体とした。葉の細部におけるCO固定能、光合成産物の蓄積・流入量すなわち輸送能を求め、その分布を上位葉と下位葉において比較する解析を行った。これにより上位葉と下位葉におけるCO固定能,光合成産物輸送機能の成熟に伴う変化を明らかにした。
