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論文

Common reed accumulates starch in its stem by metabolic adaptation under Cd stress conditions

樋口 恭子*; 金井 雅武*; 土屋 将久*; 石井 春香*; 渋谷 尚史*; 藤田 直子*; 中村 保典*; 鈴井 伸郎; 藤巻 秀; 三輪 睿太郎*

Frontiers in Plant Science (Internet), 6, p.138_1 - 138_6, 2015/03

 被引用回数:13 パーセンタイル:57.96(Plant Sciences)

In a previous study, we reported that the common reed accumulates water-soluble Cd complexed with an $$alpha$$-glucan-like molecule, and that the synthesis of this molecule is induced in the stem of the common reed under Cd stress. We studied the metabolic background to ensure $$alpha$$-glucan accumulation under the Cd stress conditions that generally inhibit photosynthesis. We found that the common reed maintained an adequate CO$$_{2}$$ assimilation rate, tended to allocate more assimilated $$^{11}$$C to the stem, and accumulated starch granules in its stem under Cd stress conditions. AGPase activity, which is the rate-limiting enzyme for starch synthesis, increased in the stem of common reed grown in the presence of Cd. Starch accumulation in the stem of common reed was not obvious under other excess metal conditions. Common reed may preferentially allocate assimilated carbon as the carbon source for the formation of Cd and $$alpha$$-glucan complexes in its stem followed by prevention of Cd transfer to leaves acting as the photosynthetic organ. These responses may allow the common reed to grow even under severe Cd stress conditions.

口頭

ヨシ茎における炭水化物を主成分とする10-50kDaカドミウム結合物質の解明

土屋 将久*; 府川 さやか*; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 河地 有木; 藤巻 秀; 三輪 睿太郎*; 樋口 恭子*

no journal, , 

重金属耐性能力を持つヨシは、高濃度のカドミウム(Cd)を含む水耕条件でも十分に生育することができる。これまでの研究において、ヨシはCdを茎全体に集積し、その半分は可溶性で存在し、さらにその60%が分子量10-50kDaの糖を主成分とする物質と結合していることを明らかにした。本研究では、Cdストレス条件下における炭素の蓄積過程を、ポジトロンイメージング技術(PETIS)を用いて可視化し、解析することを試みた。供試植物として、栄養生殖期のヨシを用いた。まず、無処理のヨシの葉身に100MBqの$$^{11}$$CO$$_{2}$$を投与し、茎及び根における炭素動態をPETISにより撮像した。その後、ヨシをCdを含む水耕液に移植し、3日間栽培した後、同様のイメージングを行い、Cd処理前・処理後の炭素の蓄積部位を、同一個体において比較した。その結果、Cd処理により一部の個体で主幹への光合成産物の転流量が増加していたが、各個体間でのばらつきが大きく、対照区と比較して統計的に有意な差は確認できなかった。

口頭

ヨシの炭酸同化産物分配に対するCdの影響とヨシ茎に蓄積する新規Cd結合物質

樋口 恭子*; 土屋 将久*; 鈴井 伸郎; 三輪 睿太郎*; 藤巻 秀

no journal, , 

ヨシはCd耐性植物の中でも地上部Cd濃度が比較的高い。地上部のCdは茎に高濃度に蓄積され葉身のCd濃度は低く保たれているが、茎のCdの約1/3は分子量10kDa以上のグルカンを主成分とする可溶性物質と結合している。本物質と結合したCdはpH5.8では10kDaの限外ろ過膜を通過しないが、pH2以下にすると通過する。限外ろ過膜を通過した画分にさらにCdを添加してからpHを5.8に戻すと再びCdは10kDaの限外ろ過膜を通過しなくなったが、pHを5.8に戻してからCdを添加するとCdは限外ろ過膜を通過した。以上の結果から本物質をpH2以下にすると適切な立体構造が失われCdを結合できなくなると考えられた。Cdにさらされたヨシ茎にはデンプン顆粒が蓄積することから、グルカンを主成分とする本物質の生合成がデンプン蓄積・分解と関連していることが推察される。しかしCdは葉緑体の機能を大きく阻害することが知られており、光合成能力が低下する中で炭酸同化産物を茎に蓄積することができるのかどうか興味が持たれた。そこで、C-11を用いたポジトロンイメージング技術により、Cd処理開始前と3日間Cd処理後の同化産物分配パターンを比較した。有意差はないがCd処理により茎への転流量が増加することがわかった。この変化はNa処理の場合は見られず、ヨシがCdに応答した結果、同化産物はより多く茎に分配されCd結合物質の合成に寄与していると考えられる。

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