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論文

Production of $$^{13}$$N-labeled nitrogen gas tracer for the imaging of nitrogen fixation in soybean nodules

石井 里美; 井倉 将人*; 尹 永根; Hung, N. V. P.*; 鈴井 伸郎; 河地 有木; 小柳 淳*; 大山 卓爾*; 藤巻 秀

JAEA-Review 2013-059, JAEA Takasaki Annual Report 2012, P. 98, 2014/03

Nitrogen is the most important nutrient for the plants. Soybean can utilize nitrogen from atmospheric N$$_{2}$$ fixed by nodules which are symbiotic organs of leguminous plants with rhizobia. In the beginning of this research project, we set our methodological goal to visualize and analyze the nitrogen fixation in the nodules and subsequent nitrogen transport to the aerial part in a plant using $$^{13}$$N and PETIS. Previously, we have developed a method of production of highly purified $$^{13}$$N-labelled nitrogen gas tracer using gas chromatography and successfully visualized nitrogen fixation in intact nodules. However, the yields of the tracer were only a few ten megabecquerels and too low to visualize the transport of fixed nitrogen to the aerial part. Therefore, we have been trying to improve the production method to gain much higher radioactivity with consideration of the very short half-life of [$$^{13}$$N]N$$_{2}$$. In this study, we tested a new technique to turn the main by-product [$$^{13}$$N]N$$_{2}$$O into the desired product [$$^{13}$$N]N$$_{2}$$ directly.

論文

Analysis of the effect of O$$_{2}$$ partial pressure on nitrogen fixation in soybean plant using positron-emitting tracer

Hung, N. V. P.; 石井 里美; 鈴井 伸郎; 河地 有木; 尹 永根; 小柳 淳; 大山 卓爾*; 藤巻 秀

JAEA-Review 2013-059, JAEA Takasaki Annual Report 2012, P. 99, 2014/03

ダイズの根粒における共生的窒素固定に対する周辺空気の組成、とくに酸素分圧の及ぼす影響について解析するために、ポジトロンイメージング(PETIS)による画像化と解析を行った。窒素13ガスを製造、精製し、所定の酸素分圧となるようにトレーサガスを調製した。これをダイズ根粒に10分間投与し、PETISによりイメージングを行った。減衰を待ち、同一個体を対象に、酸素分圧を変えて(0%, 10%, 20%)実験を繰り返し、合計3回の実験を行った。各実験回において根粒が窒素を固定する動画像が得られ、これらのデータを解析したところ、酸素分圧が通常の20%から10%に低下した場合、窒素固定活性も顕著に低下するが、その程度は0%の場合とさほど変わりないことが明らかになった。

論文

Imaging of root exudates secreted from soybean root to soil by using carbon-11-labeled carbon dioxide and PETIS

尹 永根; 鈴井 伸郎; 河地 有木; 石井 里美; 山崎 治明; 小柳 淳*; 藤巻 秀

JAEA-Review 2012-046, JAEA Takasaki Annual Report 2011, P. 92, 2013/01

The root of higher plant has important role in absorb essential nutrients critical to life. On the other hand, the root evolved special abilities to uptake of nutrients from the rhizosphere environment because that is fixed in the soil. As one example, the roots secrete organic acids to surrounding of rhizosphere for solubilization of the insoluble mineral in soil and absorb directly or indirectly of the nutrition. Previously, our group has reported that imaging of cadmium (Cd) uptake from hydroponic culture solution to root for study the mechanism of mineral metabolism by using a positron-emitting tracer imaging system (PETIS) in plant. In this study, we performed the imaging of organic matter which is exudate from root to soil cultivation by using carbon-11-labeled carbon dioxide ($$^{11}$$CO$$_{2}$$) gas tracer with PETIS.

論文

A New method to analyze individual photosynthetic abilities of young plant seedlings using positron-emitting tracer imaging system (PETIS)

河地 有木; 小柳 淳*; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 尹 永根; 山崎 治明; 岩崎 郁*; 小川 健一*; 藤巻 秀

JAEA-Review 2012-046, JAEA Takasaki Annual Report 2011, P. 93, 2013/01

We had employed the positron emitting tracer imaging system (PETIS) in combination with carbon-11- labeled carbon dioxide ($$^{11}$$CO$$_{2}$$) as the tracer gas. In the present study, we have developed a new method based on PETIS and $$^{11}$$CO$$_{2}$$ to evaluate individual photosynthetic abilities of young seedlings planted collectively on a petri dish with agar culture medium and thus investigate the effect of genetic modification or treatment on plant biomass enhancement. We report for the first time a method based on the use of PETIS and tracer gas of $$^{11}$$CO$$_{2}$$ for the quantitative and statistical evaluation of carbon fixation by small plant individuals. We plan to extend this method to the analysis of the relationship between the individual carbon fixation ability and gene expression, which is probably related to photosynthesis.

論文

Photoemission spectroscopy of the filled skutterudite compound YbFe$$_{4}$$Sb$$_{12}$$

岡根 哲夫; 藤森 伸一; 間宮 一敏; 岡本 淳; 村松 康司; 藤森 淳; 長本 泰征*; 小柳 剛*

Journal of Physics; Condensed Matter, 15(28), p.S2197 - S2200, 2003/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:70.39(Physics, Condensed Matter)

充填スクッテルダイト化合物$$RT_{4}X_{9}$$ ($$R$$=アルカリ金属, 希土類金属, アクチナイド; $$T$$=Fe, Ru, Os; $$X$$=プニクトゲン: P, As, Sb)は超伝導, 磁気秩序, ヘビー・フェルミオン的性質, 金属絶縁体転移など多様な物性を示すことから興味が持たれている物質である。この中でYbFe$$_{4}$$Sb$$_{12}$$は磁気特性や輸送特性にヘビーフェルミオンあるいは価数揺動的振る舞いが見られる化合物であり、これらの性質はYb原子の価数の不安定性と関連づけられると考えられている。本研究は、励起源として放射光とヘリウム紫外線源とを用いた高分解能光電子分光によりYbFe$$_{4}$$Sb$$_{12}$$の電子状態を調べたものである。実験により得られたスペクトルでは、Yb2価のシグナルにおいてバルク成分と表面成分がはっきり分離されて観測されたが、両者のエネルギー位置の関係は通常のYb化合物と比べて異常なものであることがわかった。

口頭

汚染土壌-植物系における放射性セシウム動態のイメージング解析技術開発のための根箱装置の開発

尹 永根; 鈴井 伸郎; 河地 有木; 石井 里美; 山崎 治明; 小柳 淳*; 藤巻 秀

no journal, , 

「福島第一原発事故」により、広範囲の農地が放射性物質(おもにCs-134, Cs-137)で汚染された。これに対し、植物が土壌から物質を吸収し、地上部に送って蓄積する能力を利用した「ファイトレメディエーション」技術が注目されている。その効果は植物種,土壌条件や栽培条件に強く依存するため、最適な浄化条件の解明が強く求められている。反面、低汚染地域あるいは除染が行われた後の地域ではセシウム低吸収の作物品種や作られた農産物の安全評価技術が強く求められている。これらに対し、RIイメージング研究グループで開発を行っている、放射性セシウムのイメージング技術は複雑なパラメータを一括して解析できる最適なツールである。ここで本研究では、土壌・植物中の放射性セシウムの挙動を示すかを系統的に解明することを目的とし、土壌,植物根系から地上部への放射性セシウムの分布と移行を連続的に捉える計測技術の開発を行う。

口頭

ポジトロンイメージング技術を用いた幼少期シロイヌナズナにおける光合成産物の転流解析

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, , 

シンク器官へ移行する炭素動態を解析することで、従来困難であった光合成産物の転流を、定量的に評価できることが示唆されてきた。そこで、ポジトロンイメージング技術を用いて、モデル植物であるシロイヌナズナ複数個体の体内の炭素の動きを、生育環境を妨害することなく同時に撮像し、得られた動画像から転流を定量することを目的とした。植物の成長に伴う光合成機能の個体差を抑え、またそれらを統計的に処理するため、同一シャーレ内で栽培した18個体の幼少期シロイヌナズナを供試植物とした。空気とトレーサガスの流出入を制御できる密閉容器を用いてC-11標識二酸化炭素を均一に投与する工夫を施した。植物体内を移動する炭素の動きを1時間連続で撮像し、得られた画像データを用いて数理的解析を行った。画像データ上に関心領域を設定し、各器官における炭素量の時間変化を解析し、炭素固定量及び転流率を定量した。さらに評価試験として、シンク部位における炭素栄養の需要量に差があると推察される、生育段階の異なる2つのシロイヌナズナの集団の転流率を定量し、本手法の有用性を示すことができた。今後は本手法を用いて、転流能が向上した形質転換体の系統を探索する予定である。

口頭

ポジトロンイメージング技術を用いた幼少期シロイヌナズナの光合成機能の定量的解析

河地 有木; 小柳 淳*; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 尹 永根; 山崎 治明; 島田 浩章*; 藤巻 秀

no journal, , 

光合成によって、葉で空気中の二酸化炭素から合成された炭素栄養は、根や果実といったシンク器官へと転流される。この炭素動態を解析することで、従来困難であった光合成機能の定量的な評価が可能であると示唆されてきた。そこで本研究では、ポジトロンイメージング技術を用いて、モデル植物であるシロイヌナズナ複数個体の体内の炭素の動きを、生育環境を妨害することなく同時に撮像し、光合成機能を定量することを目的とした。植物の成長に伴う光合成機能の個体差を抑え、またそれを統計的に処理するため、同一シャーレ内で栽培した18個体の幼少期シロイヌナズナを供試植物とした。空気とトレーサガスの流出入を制御できる密閉容器を用いてC-11標識二酸化炭素を均一に投与する工夫を施した。ポジトロンイメージング技術を用いて、植物体内を移動する炭素の動きを1時間撮像し、得られた画像データを用いて数理的な解析を行った。光合成機能に差があると推察される生育段階の異なる2つのシロイヌナズナの集団の炭素固定量と転流率を定量解析した結果、ともに生育段階が進んだ個体の方が向上していることがわかった。さらに、炭素固定量は葉身の新鮮重に比例して増加しており、この妥当な結果から本手法による高い信頼性を示すことができた。多数の幼少期シロイヌナズナの炭素固定と転流を同時に定量評価できる、ポジトロンイメージング技術を用いた手法の開発に成功した。

口頭

A New "On-Dish" method to analyze individual photosynthetic abilities of young plant seedlings

河地 有木; 小柳 淳*; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 尹 永根; 岩崎 郁*; 小川 健一*; 藤巻 秀

no journal, , 

We have developed a method based on $$^{11}$$CO$$_{11}$$ tracer gas and the positron-emitting tracer imaging system (PETIS) to evaluate individual photosynthetic abilities of young plant seedlings planted collectively on a petri dish with agar medium, for analysis studies on effects of genetic modification or treatment of chemical agents on enhancing plant biomass. As a result of evaluation experiments, $$^{11}$$C-images with little variation among the plants were obtained, and the average rate of carbon fixation by wild-type plants was estimated only with approximately 6% of standard error through a mathematical analysis, which proved the good quantitative capability of this experimental system and analysis method for evaluation of a genetically homogenous line. Then, eight plants of ch1-1 mutant, which lacks chlorophyll b and has lower carbon fixation activity, were also subjected to this method together with eight wild-type plants. It was estimated that ch1-1 mutants has a carbon fixation rate approximately 52.6 $$pm$$ 4.1% lower than that of wild-type in average. In conclusion, we realized a method of quantitative and statistical evaluation of carbon fixation for small plant individuals, by using PETIS.

口頭

ダイズ根系が根圏土壌へ分泌した有機物の可視化と定量解析

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($$^{11}$$CO$$_{2}$$)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。

口頭

植物中Cs-137動態の撮像を目指したRIイメージング技術の開発

河地 有木; 尹 永根; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 小柳 淳; 渡部 浩司*; 山本 誠一*; 藤巻 秀

no journal, , 

植物体内を移行する放射性セシウム動態について、詳細な解析を進めるため、供試植物の器官ごとのCs-137を可視化できる撮像能が必要である。そこで、ガンマカメラに高分解能化を目的とした改良を施した。取得画像のノイズを低減するための新たなピンホールコリメータ、20mm以上の厚さを持つタングステン高比重合金で製作した遮蔽体、より細分化したGAGGシンチレータアレイ、最新の位置弁別型光電子増倍管等を採用し、ガンマカメラを構築した。Cs-137点線源を用いて性能評価を実施した結果、視野範囲,感度を十分に確保しつつも、空間分解能の改善が認められた。これら評価試験の結果をもとに、Cs-137溶液を用いた植物実験においては、ダイズ子実に流入するセシウムの動態を捉えることに成功し、開発したピンホール型ガンマカメラの有用性が示された。

口頭

ポジトロンイメージング技術を用いた塩ストレスが幼少シロイヌナズナの光合成機能に及ぼす影響の解析

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。

口頭

窒素固定イメージングを目指した新規$$^{13}$$N標識窒素ガス製造法の開発

石井 里美; 井倉 将人*; 鈴井 伸郎; 尹 永根; 河地 有木; 小柳 淳*; Nguyen Van Phi, H.*; 大山 卓爾*; 藤巻 秀

no journal, , 

植物にとって、窒素は最も重要な養分である。窒素栄養を効率よく獲得するために、ダイズ等のマメ科植物は根に根粒を形成し、根粒菌と共生することで、大気中の窒素を固定する機能を持つ。われわれはダイズの窒素栄養の獲得機構を解明することを目的として、$$^{13}$$N標識窒素ガス($$^{13}$$N$$_{2}$$ガス)を精製し、ポジトロンイメージング技術を用いて、根粒が窒素を固定する様子を可視化することに成功している。しかしながら、固定された窒素化合物がダイズの葉や実へ移動する様子は観察できていない。移動を観察するためには、100MBq以上の$$^{13}$$N$$_{2}$$ガスが必要であると考えられるが、これまでの精製方法では十分量の回収が困難であった。そこで本研究では、高純度の$$^{13}$$N$$_{2}$$ガスを100MBq以上の収量で回収し、窒素栄養動態のイメージングを可能にする、新しい製造方法を開発することを目的とした。新しい精製方法により約100MBqの$$^{13}$$N$$_{2}$$ガスを含むトレーサガスを25mLで回収することができた。また、ガスクロマトグラフィーの分析結果には、$$^{13}$$N$$_{2}$$Oのピークは認められなかった。すなわち本精製方法により$$^{13}$$N$$_{2}$$Oが$$^{13}$$N$$_{2}$$に完全に還元されていることがわかった。また、ダイズ植物の根に投与し、ポジトロンイメージングを行った結果、根粒及び茎にシグナルが認められ、窒素固定及び固定された窒素化合物の移行を観察することができた。

口頭

ダイズ根系が根圏土壌へ分泌した有機物のポジトロンイメージング(PETIS)による可視化と定量解析

尹 永根; 鈴井 伸郎; 河地 有木; 石井 里美; 小柳 淳; 中村 卓司*; 信濃 卓郎*; 藤巻 秀

no journal, , 

The plant root has various strategies for efficient acquisition of nutrients from the surrounding soil. In particular, secretion of organic substances to the soil is one of the most typical functions in a root system. In this study, we developed a new-type rhizobox which can separate the soil from the plant roots for imaging and quantitative analysis of the dynamic image data on secretion ability in different positions in the root system. As a result, the recently-assimilated carbon delivered into the lateral roots of soybean(${it Glycine max}$ [L.] Merr. cv. Jack) and secreted to the soil was estimated to be larger than that through the main root. This indicated the secretions are differentially regulated by various positions of the soybean root.

口頭

ポジトロンイメージング技術を用いたシロイヌナズナのソース能力とシンク能力の可視化

鈴井 伸郎; 小柳 淳*; 河地 有木; 尹 永根; 石井 里美; 島田 浩章*; 藤巻 秀

no journal, , 

Radiotracer imaging technologies allow us to know dynamic images of elements in living plants. In particular, a positron-emitting tracer imaging system (PETIS), which was specially designed for plant nutrition studies, has produced various imaging experiments for uptake and translocation of nutrition. In this study, we evaluated individual photosynthetic abilities of the small plant, ${it Arabidopsis thaliana}$ using $$^{11}$$CO$$_{2}$$ tracer gas and PETIS. An agar plate including nine Arabidopsis plants (22 days after sown) was placed into an airtight cabinet, and approximately 40 MBq of $$^{11}$$CO$$_{2}$$ was introduced. The gas in the cabinet was flushed out after 10 minutes of contact, then the agar plate was mounted in the center of field of view of the imaging system, and a dynamic image of carbon distribution in the Arabidopsis plant was acquired for 1 hour. As a result, the average rate of carbon fixation in each Arabidopsis plant was estimated with only a few percent of coefficient of variance through a mathematical analysis. Furthermore, source and sink strength were successfully visualized by quantification of the increase or decrease rate of $$^{11}$$C-labeled compounds in each pixel of the dynamic image.

口頭

ポジトロンイメージング(PETIS)によるダイズ根系周辺への分泌物の可視化と定量解析

尹 永根; 鈴井 伸郎; 河地 有木; 石井 里美; 小柳 淳*; 中村 卓司*; 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、根が根圏土壌へ有機酸等を分泌することはよく知られているが、根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、未解明のテーマである。我々は、炭素11(半減期20分)標識二酸化炭素($$^{11}$$CO$$_{2}$$)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土壌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り、したがって「分泌」の制御機構の謎が解明できると考えた。本研究では、新たに作製した開閉式「根箱」を用いてダイズを土耕栽培し、PETISを用いてダイズの光合成産物が地上部から根系へ転流される過程を観測した後、根系と根圏土壌を分離して、土壌のみを画像化することを試みた。その結果、地上部へのトレーサ投与から65分間で根系全体に光合成産物が行き渡る様子を動画像として捉え、さらに植物体を取り除いた後、土壌に残された$$^{11}$$C-分泌物の分布を画像化することにも成功した。画像データを元に、基部,主根,側根の部位別に光合成産物の転流量と分泌量を解析したところ、側根先端部において転流量に対する分泌量の割合が最も多いこと等が明らかになった。

口頭

多数の植物個体を対象としたRIイメージング解析技術の開発

河地 有木; 小柳 淳*; 鈴井 伸郎; 尹 永根; 石井 里美; 島田 浩章*; 藤巻 秀

no journal, , 

RIイメージング技術を用いた植物研究において、得られた動画像から生理機能値を解析し、これを統計的に評価することが重要である。そこで、ポジトロンイメージング技術を用いて、多数の幼植物個体の光合成機能を一括して定量解析する方法を開発した。本手法の有用性を示すため、個体生長と環境ストレスが炭素固定と光合成産物の転流に及ぼす影響の定量評価を試みた。代表的モデル植物であるシロイヌナズナの幼少期における光合成機能を定量するため、栽培したシャーレ内の生育環境を維持したまま、製造したC-11標識二酸化炭素トレーサガスを一様濃度で投与する実験装置を製作し、複数個体に対する炭素動態のイメージング実験を行った。塩化ナトリウムを添加した培地で栽培した個体を用いた実験で得られた画像データに対して動態解析と統計処理を行った結果、幼少期シロイヌナズナにおいて環境ストレスが光合成機能に及ぼす影響を、定量値として示すことができた。具体的には、寒天培地の塩化ナトリウム濃度に対する光合成機能の変化を定量した。この結果は、RIイメージング技術が植物の生理を統計的に解析・評価できること表しており、本手法の有用性を示している。

口頭

Statistical analysis of carbon fixation and translocation in Arabidopsis seedlings on petri dish by using positron-emitting tracer imaging system (PETIS)

河地 有木; 小柳 淳*; 鈴井 伸郎; 尹 永根; 石井 里美; 島田 浩章*; 藤巻 秀

no journal, , 

Using the positron-emitting tracer imaging system (PETIS), we have been developing quantitative methods for analyzing the kinetics of carbon fixation and translocation within plants. In this study, our idea is to apply PETIS methods for a large number of Arabidopsis thaliana seedlings grown on petri dishes to minimize individual differences. $$^{11}$$CO$$_{2}$$ must be administered uniformly to the plants on the petri dishes in a specially designed chamber to realize reliable estimation of carbon fixation rates from the PETIS image. Mathematical analysis of the image data must be established which can quantitate both carbon fixation rate from the amount of fixed $$^{11}$$C in each plant body, and translocation rate from the local decrease / increase of $$^{11}$$C within it. The estimated parameters of fixation and translocation for the respective plants will be integrated and analyzed statistically. We applied the method to evaluation of the separate impact of salt stress on carbon fixation and translocation, and different susceptibility was suggested.

口頭

ポジトロンイメージング技術を用いたシロイヌナズナのソース・シンク能力の可視化

藤巻 秀; 小柳 淳*; 河地 有木; 鈴井 伸郎; 尹 永根; 石井 里美; 島田 浩章*

no journal, , 

Positron-emitting tracer imaging system (PETIS)と$$^{11}$$CO$$_{2}$$を用いて、シロイヌナズナの幼少個体における光合成関連能力の定量的解析を行う系を開発した。固形培地プレートに一枚あたり9個体のシロイヌナズナを16日間あるいは20日間栽培したものを、専用に設計した照明付き気密キャビネット内に置き、約40MBqの$$^{11}$$CO$$_{2}$$を含む通常空気を導入した。10分間の投与の後、ガスを追い出し、取り出したプレートを人工気象器内に設置されたPETISにより計測して、植物体における$$^{11}$$Cの分布の変化を1時間にわたり追跡して画像化した。動画像データの解析の結果、各個体のソース器官における炭素固定量とシンク器官への転流率を算出することに成功した。さらに、動画像データの画素毎に$$^{11}$$Cの増減を定量することにより、ソース能とシンク能の植物体内における分布を「機能画像」として表せることも示した。この新しい手法は、特定の遺伝的改変や薬剤処理等が炭素固定と光合成産物の分配に及ぼす影響を定量的に解析するのに有効なものであると考えられる。

口頭

ポジトロンイメージング(PETIS)による根系が分泌した有機物の可視化と定量解析

尹 永根; 鈴井 伸郎; 河地 有木; 石井 里美; 小柳 淳*; 中村 卓司*; 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、根が根圏土壌へ有機酸等を分泌することはよく知られているが、根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、未解明のテーマである。我々は、$$^{11}$$CO$$_{2}$$(半減期20分)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土壌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り、したがって「分泌」の制御機構の謎が解明できると考えた。本研究では、新たに開閉式「根箱」を開発し、光合成産物の根系への転流と根圏土壌への分泌の両方を可視化するための実験系の確立した。PETISによる撮像実験の結果、地上部へのトレーサ投与から65分間で根系全体に光合成産物が行き渡る様子を動画像として捉え、さらに植物体を取り除いた後、土壌に残された$$^{11}$$C-分泌物の分布を画像化することにも成功した。画像データを元に、基部, 主根, 側根の部位別に光合成産物の転流量と分泌量を解析したところ、側根において根への転流量に対する土壌への分泌量の割合が最も多いこと等が明らかになった。

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