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論文

Application of glutathione to roots selectively inhibits cadmium transport from roots to shoots in oilseed rape

中村 進一*; 鈴井 伸郎; 長坂 俊紀*; 小松 史弥*; 石岡 典子; 伊藤 小百合*; 河地 有木; 頼 泰樹*; 服部 浩之*; 茅野 充男*; et al.

Journal of Experimental Botany, 64(4), p.1073 - 1081, 2013/02

 被引用回数:38 パーセンタイル:12.51(Plant Sciences)

This study investigated the effects of the reduced form of glutathione (GSH) applied to specific organs (source leaves, sink leaves, and roots) on cadmium (Cd) distribution and behaviour in the roots of oilseed rape plants (${it Brassica napus}$) cultured hydroponically. The translocation ratio of Cd from roots to shoots was significantly lower in plants that had root treatment of GSH than in control plants. GSH applied to roots reduced the Cd concentration in the symplast sap of root cells and inhibited root-to-shoot Cd translocation via xylem vessels significantly. GSH applied to roots also activated Cd efflux from root cells to the hydroponic solution. Inhibition of root-to-shoot translocation of Cd was visualized, and the activation of Cd efflux from root cells was also shown by using a positron-emitting tracer imaging system (PETIS). This study investigated a similar inhibitory effect on root-to-shoot translocation of Cd by the oxidized form of glutathione, GSSG. Inhibition of Cd accumulation by GSH was abolished by a low-temperature treatment. Root cells of plants exposed to GSH in the root zone had less Cd available for xylem loading by actively excluding Cd from the roots. Consequently, root-to-shoot translocation of Cd was suppressed and Cd accumulation in the shoot decreased.

論文

NaI(Tl) spectrometerとガンマカメラを駆使した農地汚染問題への取り組み

尹 永根; 鈴井 伸郎; 河地 有木; 山口 充孝; 田野井 慶太朗*; 石井 里美; 中西 友子*; 茅野 充男*; 中村 進一*; 渡部 浩司*; et al.

放射線と産業, (133), p.45 - 48, 2012/12

東京電力福島第一原子力発電所事故から飛散した放射性セシウム(Cs-134, Cs-137)による農地の汚染が深刻な問題となっている。生産者, 消費者双方からの極めて強い関心に伴い、土壌や肥料, 農産物などの放射性セシウムの計測や、農作物における放射性セシウムの追跡と、その動態解明といった研究の取り組みが必要である。そこで本稿では、(1)タリウムヨウ化ナトリウムシンチレーションスペクトロメーター(NaI(Tl) spectrometer)を利用した試料中のCs-134及びCs-137の弁別と定量分析の手法の開発や、(2)Cs-137のイメージングが可能なガンマカメラの開発について、われわれが取り組んできた研究やその成果の内容を紹介する。

論文

NaI(Tl)スペクトロメーターによるセシウム134及び137を弁別した定量方法

尹 永根; 鈴井 伸郎; 山口 充孝; 河地 有木; 田野井 慶太朗*; 中西 友子*; 茅野 充男*; 中村 進一*; 藤巻 秀

日本土壌肥料学雑誌, 83(3), p.296 - 300, 2012/06

東京電力福島第一原子力発電所事故から飛散した放射性セシウム(Cs-134, Cs-137)に対し、迅速かつ信頼性の高い定量分析が必要とされている。現在普及しつつあるNaI(Tl)スペクトロメーターは、安価で可搬性に優れ、取り扱いが容易であるが、エネルギー分解能が低く、Cs-134, Cs-137に由来する測定ピークが重なり合ってしまうため、両核種を区別して定量することが困難である。そこで本研究では、NaI(Tl)スペクトロメーターの計測から得られたスペクトルデータをもとに、Cs-134及びCs-137を弁別して定量する手法の確立を試みた。その結果、Cs-134には730keVから850keVまでのピーク面積を、Cs-137には662keVから720keVまでの面積を求め、さらにこれらにベースラインを設定してその下の面積を除いた値を用いると、定量性のよい放射能の算出ができることを見いだした。また、汚染土壌などの環境試料を市販の手芸用軽量樹脂粘土と均一に混合することにより、簡単に希釈系列を作成でき、検量線用試料として利用できることを見いだした。

論文

Comparison of $$^{107}$$Cd absorption and accumulation between transgenic tobacco plants and control plants

中村 進一*; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 河地 有木; 石岡 典子; 頼 泰樹*; 服部 浩之*; 茅野 充男*; 藤巻 秀

JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 96, 2012/01

Phytoremediation is one of good technique to recover Cd from contaminated soils. To make this technique more effective, it is necessary to understand the mechanism of Cd dynamics and control them. It is known that Cd movement in the plant body is similar to zinc (Zn) movement. However, these mechanisms are not fully understood so far. In this work, we compared Cd absorption and accumulation between control tobacco plants and transgenic tobacco plants, which were transform with zinc transporter genes, by using positron emitting tracer imaging system (PETIS) and $$^{107}$$Cd. We succeeded to obtain fine serial images of Cd absorption and accumulation in tobacco plants, but there was no difference in Cd absorption and accumulation between transgenic tobacco plants and control plants. In previous experiments using non-radioactive Cd, Cd content in transgenic plants was 1.2 times higher than that in control plants. However, the PEITIS results indicated that such differences were not identified clearly in serial images obtained by PETIS experiments. Because PETIS experiments were performed in low Cd condition (0.1 $$mu$$M), we supposed that Cd concentration might have a significant impact on these results.

論文

Visualization of $$^{107}$$Cd accumulation in oilseed rape plants treated with glutathione

中村 進一*; 鈴井 伸郎; 伊藤 小百合*; 河地 有木; 石岡 典子; 頼 泰樹*; 服部 浩之*; 茅野 充男*; 藤巻 秀

JAEA-Review 2010-065, JAEA Takasaki Annual Report 2009, P. 104, 2011/01

Glutathione (GSH) is involved in many aspects of metabolism. In our previous work, GSH concentration in the phloem sap collected from oilseed rape plants increased by Cd treatment. These results suggested that GSH might be playing important roles in controlling Cd long-distance transport and accumulation in plants. In this work, we investigated effects of GSH to Cd long-distance transport and accumulation by using positron emitting tracer imaging system (PETIS). After setting two week old oilseed rape plants in the chamber, PETIS experiments were started by adding purified $$^{107}$$Cd in the nutrient solutions which were including GSH. As a result, we succeeded to obtain images of $$^{107}$$Cd accumulation in these plants. $$^{107}$$Cd signals were observed in the shoot and root of oilseed rape plants. In the shoot, Cd accumulation was inhibited by GSH treatment. However, we could not see any difference in the Cd accumulation in the root of oilseed rape plants. Further research enables us to understand effects of GSH on Cd long-distance transport and accumulation.

論文

Tracing cadmium from culture to spikelet; Noninvasive imaging and quantitative characterization of absorption, transport, and accumulation of cadmium in an intact rice plant

藤巻 秀; 鈴井 伸郎; 石岡 典子; 河地 有木; 伊藤 小百合; 茅野 充男*; 中村 進一*

Plant Physiology, 152(4), p.1796 - 1806, 2010/02

 被引用回数:136 パーセンタイル:2.16(Plant Sciences)

We characterized the absorption and translocation of cadmium (Cd) in rice using serial images observed with a positron-emitting tracer imaging system (PETIS). We fed a positron-emitting $$^{107}$$Cd tracer to the hydroponic culture. The absorption rates by the root were proportional to Cd concentrations in the culture within the tested range below 100 nM. It was estimated that the radial transport from the culture to the xylem in the root tissue was completed in less than 10 min. Cd moved up through the shoot with velocities of a few centimeters per hour, which was obviously slower than the bulk flow in the xylem. Cd reached the panicles 7 h after feeding and accumulated there constantly. The nodes exhibited the most intensive Cd accumulation in the shoot and Cd transport from the basal nodes to crown root was observed. We concluded that the nodes are the central organ where xylem-to-phloem transfer occurs and play a pivotal role in the half-day travel of Cd from the soil to the grains.

論文

Visualization of $$^{107}$$Cd translocation in Tobacco plants

中村 進一*; 鈴井 伸郎; 石岡 典子; 河地 有木; 伊藤 小百合; 服部 浩之*; 茅野 充男*; 藤巻 秀

JAEA-Review 2009-041, JAEA Takasaki Annual Report 2008, P. 103, 2009/12

Tabacco plant is one of model plants which enable us to manipulate its gene expression, it is expected to create crop plants with low Cd content in the future. In this study, we visualized Cd dynamics in tobacco plant. Tobacco plants (${it Nicotiana tabacum}$) were grown hydroponically in a growth chamber where the growth conditions of plants were controlled completely for two weeks after sowing. After setting plants in the chamber, PETIS experiments were started by adding purified $$^{107}$$Cd in nutrient solutions. Time-series images of the $$^{107}$$Cd distribution were obtained with the PETIS apparatus. Each image was obtained every four minute for 36 hours. We succeeded to obtain fine serial images of Cd transport and accumulation in tobacco plants. Strong $$^{107}$$Cd signals were observed in the roots of tobacco plants. We also could see strong signals of $$^{107}$$Cd in the stems. In leaves, $$^{107}$$Cd signals were distributed thoroughly. The pattern of Cd signal distribution in the tobacco plants was similar to that in oilseed plants). These results demonstrated that dicotyledonous plants had the similar pattern of Cd distribution when plants were treated at low concentration of Cd.

論文

Non-invasive imaging and characterization of absorption, transport and accumulation of cadmium in an intact rice plant

藤巻 秀; 鈴井 伸郎; 石岡 典子; 河地 有木; 伊藤 小百合; 茅野 充男*; 中村 進一*

Proceedings of 16th International Plant Nutrition Colloquium (IPNC-16) (Internet), 1 Pages, 2009/04

カドミウム107トレーサの製造法を開発し、ポジトロンイメージングを用いて、栄養成長期及び生殖成長期のイネにおけるカドミウムの輸送動態を定量的に解析した。その結果、土壌から玄米に至る過程において導管から篩管への乗り換えが重要なステップであり、それが節で行われていることを推定した。

論文

Non-invasive imaging of cadmium distribution in intact oilseed rape plants

中村 進一*; 鈴井 伸郎; 石岡 典子; 河地 有木; 伊藤 小百合; 頼 泰樹*; 服部 浩之*; 茅野 充男*; 藤巻 秀

Proceedings of 16th International Plant Nutrition Colloquium (IPNC-16) (Internet), p.1181_1 - 1181_2, 2009/04

Reduction of cadmium (Cd) accumulation in farm products has become more and more important in order to produce them in a safe and sustainable manner. It is necessary to elucidate mechanisms of Cd distribution in plants. However, these mechanisms are not fully understood. The purpose of our work is to clarify these mechanisms by visualizing Cd absorption, transport and accumulation non-invasively using positron-emitting tracer imaging system (PETIS). $$^{107}$$Cd (half-life: 6.5 hr) was used as a positron-emitting tracer in the PETIS experiments. We succeeded to obtain serial images of cadmium distribution in oilseed rape plants ($$it{Brassica napus}$$ L.). Strong $$^{107}$$Cd signals were observed in the basal region of the shoot. We also could see strong signals in the node of oilseed rape plants. Cd distribution in oilseed rape plants will be discussed quantitatively using the results from PETIS experiments.

論文

Imaging of $$^{107}$$Cd translocation in oilseed rape plants treated with different Cd concentrations

鈴井 伸郎; 藤巻 秀; 石岡 典子; 河地 有木; 松橋 信平; 服部 浩之*; 茅野 充男*; 中村 進一*

JAEA-Review 2008-055, JAEA Takasaki Annual Report 2007, P. 112, 2008/11

Cadmium (Cd) is one of toxic heavy metal element. In order to decrease Cd accumulation in these products, it is necessary to elucidate mechanisms of Cd long-distance transport in the plant body. In this research, we tried to elucidate mechanisms of Cd long-distance transport by visualizing Cd transport in the plant body using positron emitting tracer imaging system (PETIS) and $$^{107}$$Cd. Oilseed rape plants (Brassica napus L.) were grown hydroponically for two weeks after sowing. In this PETIS experiment, different concentrations of Cd (0.1 $$mu$$M and 10 $$mu$$M) were added as a carrier to hydroponic solutions. 0.1 $$mu$$M is comparable to the Cd concentration in the soil solution from non Cd-polluted soils. 10 $$mu$$M is comparable to the toxic Cd concentration for oilseed rape plants. As a result, the pattern of Cd accumulation in the oilseed rape plants was similar in the different Cd concentrations (0.1 $$mu$$M and 10 $$mu$$M). These results indicate that in early stages, Cd concentration in the hydroponic solution do not have effects on Cd absorption in the root systems.

論文

土壌中からのカドミウムの除去技術(ファイトレメディエーション)の実用化を目指した研究におけるポジトロンイメージング技術の貢献

中村 進一*; 茅野 充男*; 藤巻 秀; 鈴井 伸郎; 石岡 典子; 河地 有木; 松橋 信平

放射線と産業, (117), p.9 - 14, 2008/03

食の安全を脅かす要因の一つに、人体にとって有害な物質であるカドミウムの農作物への蓄積がある。農作物へのカドミウムの蓄積を抑制するためには、高等植物におけるカドミウムの長距離輸送機構を解明し、それらを制御する必要がある。しかし、これまでの研究では植物におけるカドミウムの長距離輸送のメカニズムは十分に明らかになっていない。そこでわれわれは、プラナー型ポジトロン放出核種画像化システム(PETIS)を用いて、高等植物におけるカドミウムの吸収・移行・蓄積の動態を画像化し、それらを解析することにより、その機構の解明を目指した。本稿では本研究における近年の成果について報告する。

論文

Non-invasive imaging of cadmium long-distance transport in higher plants

中村 進一*; 鈴井 伸郎; 石岡 典子; 河地 有木; 茅野 充男*; 松橋 信平; 藤巻 秀

JAEA-Review 2007-060, JAEA Takasaki Annual Report 2006, P. 123, 2008/03

Cadmium (Cd) is a harmful heavy metal element. In order to decrease the cadmium content in the farm products, it is necessary to elucidate the mechanism of transport of Cd in the plant body. In this research, we visualized Cd transport in the plant body by using Positron Emitting Tracer Imaging System (PETIS) and $$^{107}$$Cd. We tried to elucidate the mechanism of Cd transport in the whole plants by analyzing the experimental data which is obtained by PETIS. We could observe that $$^{107}$$Cd signals arrive in the aerial parts of both plants in a few hours after the start of the experiment. Patterns of accumulation of $$^{107}$$Cd signals in sorghum plants were similar to those in rice plants. Strong signals of $$^{107}$$Cd were seen in the basal region of the shoot, which consists of a short stem, nodes and meristems. Interestingly, $$^{107}$$Cd also accumulated in the node strongly in oilseed rape plants although these two plants have different structure as a monocot and a dicot.

論文

Non-invasive imaging of cadmium transport in crop plants

藤巻 秀; 中村 進一*; 鈴井 伸郎; 石岡 典子; 茅野 充男*; 松橋 信平

JAEA-Review 2006-042, JAEA Takasaki Annual Report 2005, P. 127, 2007/02

イネ,ソルガムなどを供試植物とし、生きた植物体におけるカドミウムの吸収・移行・蓄積の様子をPositron Emitting Tracer Imaging System(PETIS)を用いて非侵襲的・経時的・定量的に画像化する技術を確立した。

論文

An Economic index regarding market creation of products obtained from utilization of radiation and nuclear energy, 4; Comparison between Japan and U. S. A.

柳澤 和章; 久米 民和; 幕内 恵三; 田川 精一*; 茅野 光男*; 井上 登美夫*; 武久 正昭*; 萩原 幸*; 清水 雅彦*

Journal of Nuclear Science and Technology, 39(10), p.1120 - 1124, 2002/10

 被引用回数:3 パーセンタイル:75.07(Nuclear Science & Technology)

本件は、日本原子力学会からの投稿依頼に応えたものである。発表内容は、平成11年度に調査した「我が国の放射線利用経済規模」及び平成12年度に実施した「我が国と米国の放射線利用経済規模」をとりまとめたものである。調査対象が膨大であるので、(1)工業利用,(2)農業利用,(3)医学・医療利用,(4)原発と放射線利用の4つに仕分けした。本件は(4)原発と放射線利用についての報告である。なお、上記調査はいずれも文部科学省の委託調査(特会)であり、成果の発表にあたっては相手方の了解を得ている。主な成果; 1997年における米国の原子力売上は158b$であり、内訳は放射線利用が119b$(75%),原発売上が39b$(25%)であった。此に対して我が国の原子力売上は99b$で、内訳は放射線利用が52b$(53%),原発売上が47b$(47%)であった。米国の原子力売上は我が国の約1.6倍となったが、米国では工業と医学・医療の分野で放射線利用が積極的になされていることが一つの理由である。相対的であるが、原発売上額は米国よりも我が国の方が大きい。

論文

Economic scale of utilization of radiation, 2; Agriculture: Comparison between Japan and U. S. A.

久米 民和; 天野 悦夫*; 中西 友子*; 茅野 光男*

Journal of Nuclear Science and Technology, 39(10), p.1106 - 1113, 2002/10

 被引用回数:3 パーセンタイル:75.07(Nuclear Science & Technology)

本件は、平成11年度及び平成12年度に調査した「我が国の放射線利用経済規模」、「我が国と米国の放射線利用経済規模」に関連して、農業利用についての報告である。調査の結果は次のとおりである。(1)食品照射: 米国の食品照射経済規模はスパイス価格で幅が出る。最小(スパイス1.5$/lb)で206億円,最大(スパイス34$/lb)で3,903億円である(1999年度データ)である。いずれにしても我が国19億円の11倍から205倍の規模である。種類も馬鈴薯だけの我が国とは対照的にスパイス,果実・野菜,トリ肉と種類が多い。(2)突然変異育種: 米国128品種,日本120品種とほぼ同じ数の品種が育成されている。本調査推奨値は、最大のケースである。この場合、米国は1兆3,593億円であり、稲中心の突然変異品種17品種から得た我が国の経済規模973億円の14倍となる。(3)日米農業の放射線利用比較: 米国は17,496億円(対GDP比0.2%)であった。一方、我が国は992億円(対GDP比0.02%)であった。米国の放射線農業利用経済規模は我が国の18倍であった。

論文

原子力利用の経済規模

武久 正昭*; 田川 精一*; 柏木 正之*; 富永 洋*; 石川 勇*; 大岡 紀一; 釜田 敏光*; 細淵 和成*; 幕内 恵三; 竹下 英文; et al.

原子力利用の経済規模; NSAコメンタリーシリーズ, No.9, 139 Pages, 2001/01

平成11年度に、原研は科技庁研究技術課(現在、文科省研究振興局量子放射線研究課)から委託調査を受け、「放射線利用の国民生活に与える影響に関する研究」と題する調査を実施した。調査実施主体は原研高崎研である。具体的には原研高崎研のなかに放射線フロンティア研究委員会放射線利用経済効果専門部会を作り、約20名の放射線利用専門家に委員となって戴いた。工業,農業,及び医学・医療といった異なる分野からの委員が参集して下さった。1年間(実質は6ヶ月)の活動により、我が国において放射線利用がどの程度拡がっているが、経済規模(金額)の形で数値が報告された。約8兆6千億円であった。また、成果の一部は放射線利用シンポジウム等で公開された。この成果報告に興味を持たれた田畑米穂先生(東大名誉教授)が、原子力研究システム懇話会から成果報告冊子を出してはどうかと原研に進めて下さった。研究事務局では専門部会に諮ったところ了解が得られた。最終的には「原子力利用の経済規模」という標題で刊行が決まった。標題が放射線利用から原子力利用に変わったのは、原研に東電グループが協力して原発の経済規模を求め、放射線利用と合体してくれたからである。詳細に検討するといろいろ課題は残っているものの、システマティックに我が国の原子力利用の経済規模を求めるのに成功した。本外部発表票の発表者は、上記経済効果専門部会に原研高崎から参加した専門家である。

論文

ポジトロン放出核種を用いた植物の生体機能解明

茅野 充男*; 久米 民和

日本原子力学会誌, 41(10), p.35 - 36, 1999/10

原研-大学プロジェクト共同研究に関する特集記事として、植物用ポジトロンイメージング装置(PETIS)を用いた研究の現状を紹介した。ポジトロン放出核種は消滅時に透過力の高い一対の$$gamma$$線を反対方向に放出するため、生体外から非破壊で計測可能である。本プロジェクト共同研究では、植物の計測に適した装置として開発したPETISを用いて、$$^{11}$$C化合物や$$^{13}$$N化合物の植物体内における移行や代謝に関する計測を行い、植物の栄養特性や環境応答など複雑な機能解明への応用を世界に先駆けて進めている。本研究には5つの大学グループが参加しており、$$^{13}$$NO$$_{3}$$$$^{-}$$などを用いた窒素動態の研究、$$^{18}$$F-水を用いた耐乾性植物の貯水組織の研究、$$^{11}$$C-メチオニンを用いたアミノ酸の動態に関する研究などが進められている。とくに、$$^{11}$$C-メチオニンを用いた計測では、世界で初めてアミノ酸転流のリアルタイムでの可視化に成功するなどの成果が得られている。

論文

Detection and characterization of nitrogen circulation through the sieve tubes and xylem vessels of rice plants

林 浩昭*; 岡田 好田*; 松橋 信平; 久米 民和; 茅野 充男*; 真野 弘範*; 石岡 典子; 内田 博*

Plant Nutrition, 0, p.141 - 145, 1997/00

植物体内で栄養素は、導管及び篩管を通って循環する。根から吸収された養分は葉に送られ、葉で代謝された栄養素は再び根等に送られる。導管や篩管液の採取が、植物中の栄養素移行パターンを知る第1歩である。そこで、水耕栽培したイネを用いて、種々の栄養素の循環を導管液や篩管液を分析して調べた。導管液は葉鞘や葉身に切込みを入れて収集し、篩管液は「昆虫レーザー法」と呼ばれる虫の嘴を切って採取する方法で集めた。これらの液の成分をHPLC分析して検討した。窒素に関しては、$$^{13}$$Nを用いてポジトロン・イメージを計測した。これらの結果、液中の成分は培養液の組成の影響を受けること、窒素の動きは10分以内に可視化できることなどを明らかにした。

報告書

小型計算機への導入を想定した実時間大気拡散・被曝評価数値計算コードの開発

茅野 政道; 林 隆; 石川 裕彦; 横川 三津夫

JAERI-M 90-173, 23 Pages, 1990/10

JAERI-M-90-173.pdf:1.42MB

原子炉事故時等の緊急時において、実時間でサイト周辺の風速場及び大気拡散・被曝線量を計算するコードを開発した。計算モデルは、3次元質量保存風速場モデルと大気拡散計算のための粒子拡散モデルである。これらの計算コードは、小型計算機を用いて運用された場合でも迅速な応答が可能となるように、風速場モデルに対して高速の反復計算法(MILUCR法)を、また濃度、線量モデルにカーネル法を導入した。本報告では、数値モデルの内容、計算コードの構成、関連入出力ファイル、計算例を示す。

報告書

ベクトル・パラレル計算処理の原子力コードへの適応性

浅井 清; 横川 三津夫; 茅野 政道; 石川 裕彦; 鈴木 友雄; 樋口 健二; 秋本 肇; 村尾 良夫; 原田 裕夫; 石黒 美佐子; et al.

JAERI-M 87-136, 107 Pages, 1987/09

JAERI-M-87-136.pdf:2.79MB

本報告は、ベクトル・パラレル併用型計算機の原子力計算への適応性について考察したものである。

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