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西村 周作; 小嵐 淳; 安藤 麻里子; 佐藤 努*
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福島第一原子力発電所事故由来の放射性セシウム(
Cs)が、表層土壌中で有機-無機複合体からなる粒径の異なる土壌団粒間でどのように分布しているかを明らかにする。今回、福島県と茨城県に分布する畑地、水田、果樹園、森林で採取した深さ2
5cmの土壌を供試した。これらの試料を篩別と沈降法により粒径別土壌団粒を分画した。土壌団粒の粒径画分は、CSA:2122000
m, MSA:20212m, SIA:220m, CLA:2m未満とした。これら団粒試料にCs濃度測定とX線回折分析を行った。果樹園と森林では他の土壌に比べて20m以上の団粒が発達していた。土壌団粒のCs濃度は、いずれの土壌もCLAで最も高かった。結果として、畑地と水田では全Cs放射能の多くがCLA、森林では20m以上の画分に分布していた。X線回折分析の結果、土地利用に関係なく20m未満の画分でバーミキュライトの回折ピークが大きかった。以上の結果から、土壌に沈着したCsは、土地利用により土壌団粒間の分布、すなわち存在形態が大きく異なり、これにより土壌中での移動性が異なる可能性が示唆された。
施用効果の評価; ポジトロンイメージング技術を用いた炭素栄養の動態解析鈴井 伸郎; 山崎 治明*; 尹 永根; 河地 有木; 石井 里美; 島田 浩章*; 藤巻 秀
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炭素栄養の転流率の増加は果実収量の向上に直結するため、温室や植物工場などの閉鎖環境におけるトマト栽培では、転流率を増加させるための様々な条件検討がなされている。特にCO施用濃度の最適化は転流率の増加に最も効果的であると言えるが、CO濃度に対する転流率の応答を正確に評価することは技術的に困難であった。そこで本研究では、炭素11(半減期:20分)で標識したCO(
CO)とポジトロンイメージング技術を用いて、トマトの同一個体における異なるCO濃度での炭素動態をそれぞれ可視化し、CO濃度の上昇に対する炭素の固定量と転流率の応答を解析した。まず、異なるCO濃度の環境下でトマト(Micro-Tom)にCOをパルス投与する実験システムを開発した。本実験システムを用いて、400, 1,500, 3,000ppmのCO濃度の環境に曝されたトマトにおけるC-光合成産物の動態画像を取得した。3段階のCO濃度の環境に曝された6個体のトマトにおける動態画像を解析したところ、炭素固定量はCO濃度の上昇と共に単調に増加していたが、果実への炭素移行量は1,500ppmで飽和に達していた。果実への転流率(移行量/固定量)については、個体間で大きなばらつきが見られたものの、CO濃度の上昇に伴って減少する傾向が認められた。
中村 進一*; 鈴井 伸郎; 中井 雄治*; 尹 永根; 石井 里美; 河地 有木; 頼 泰樹*; 服部 浩之*; 藤巻 秀
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有害重金属元素の一種であるカドミウム(Cd)の農作物への蓄積は食の安全を脅かす要因と成り得る。農作物のCd蓄積量を減らす方法の一つに、可食部分へのCdの移行・蓄積を抑制する方法が考えられる。これまでの研究で植物根に部位特異的に与えたグルタチオン(GSH)が植物根からのCd排出を活性化して、植物体の地上部へのCdの移行と蓄積を抑制することを見出している。本発表では、この現象の分子メカニズムの解明に関する実験結果を報告する。実験には水耕栽培したアブラナを用いた。
Cdをパルス投与したアブラナの根からのCdの排出過程を、ポジトロンイメージング技術を用いて可視化することに成功した。また、グルタチオンの化学形態が植物根からのCd排出に及ぼす影響の経時変化を調べたところ、化学形態を変えても植物の根からのCd排出に与える影響はほとんど変らなかった。さらに、2日間のCd処理およびCdとGSH処理を行ったアブラナの根からRNAを抽出して、マイクロアレイ実験を行い、遺伝子の発現パターンを比較したところ、複数の遺伝子群が根へのGSH処理に応答して、発現が変化していた。
河地 有木; 尹 永根; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 吉原 利一*; 渡部 浩司*; 山本 誠一*; 藤巻 秀
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原子力発電所事故後の放射性セシウムによる作物への汚染を植物栄養学的な視点で研究するため、Cs-137が放出する高エネルギー
線に対応できるタングステン製ピンホールコリメータを備えたガンマカメラの開発を行った。この開発過程で明らかになった課題は、高エネルギー線に対応するためのピンホールコリメータは孔径が小さいため、感度が低く、時間分解能に限界がある点であった。これを解決するためには、同じ孔径を持つピンホールコリメータを束ねる手法が有効であると考えられた。そこで、硬度の高いタングステン合金を精度よく掘削できる、ワイヤ放電加工技術でピンホールコリメータを製作した。Cs-137点線源を撮像する評価試験を行った結果、新しいピンホールコリメータで画質の改善が見られた。さらにピンホールコリメータを束ねる手法を採用した際にも、画質が劣化することなく感度を高められることが示された。
藤巻 秀; 丸山 哲平*; 鈴井 伸郎; 河地 有木; 三輪 睿太郎*; 樋口 恭子*
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同じイネ科でありながら、耐塩性の低いイネとは対照的に、耐塩性の高いヨシ(
(Cav.) Trin. ex Steud.)のメカニズムを明らかにするため、
NaトレーサとPositron-emitting Tracer Imaging System (PETIS)を用いた研究を行った。塩濃度の高い水耕液をイネとヨシに与え、これにNaを投与し、PETISで植物体を24時間撮像した。続いて、体内に取り込まれたNaの動きを追跡するために、根を洗浄し、Naを除いた水耕液に交換し、PETISで18時間以上撮像した。得られた動画像データ上で、植物体長軸方向のNaの移動を解析した。その結果、イネではナトリウムが常に根から上方の葉に移行し続けるのに対し、ヨシでは茎のつけねより上方にはほとんど移行せず、常に根の中を下方に送り戻されていることが明らかになった。今後はこのヨシの根に特有のナトリウム排出機構を担う輸送体の同定を進め、将来的にはこの能力をイネに付与することを目指す。
栗田 圭輔; 河地 有木; 尹 永根; 鈴井 伸郎; 石井 里美; 渡部 浩司*; 山本 誠一*; 藤巻 秀
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植物体内における放射性セシウム動態を定量的に可視化するため、荷電粒子が物質中を通過する際に生じるチェレンコフ光を利用したイメージング手法に着目した。Csはベータ線放出核種であり、このベータ線によりチェレンコフ光が発生するが、この光は可視光であるため高精細な画像が得られる。また、光学レンズを用いた像の拡大・縮小も容易となることが期待できる。暗環境において高感度CCDカメラを用い、10-2000kBqの放射能の異なる点線源を撮像した結果、放射能に対するチェレンコフ光強度の直線性が確認された。また、5分間の露光時間で10kBqの点線源が十分に結像した。Cs溶液を吸収させたダイズを撮像したところ、試料地上部に含まれるCs由来のチェレンコフ光の撮像に成功した。すなわち、放射性セシウム動態を精細に可視化する植物チェレンコフイメージング技術の実現性が高いことが明らかになった。
尹 永根; 鈴井 伸郎; 河地 有木; 石井 里美; 栗田 圭輔; 中村 卓司*; 信濃 卓郎*; 藤巻 秀
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植物の根は、有機酸等を根圏土壌へ分泌し、土壌から難溶性の栄養元素を獲得する能力を持っている。根系構造の中では、部位によって根の発達ステージや分泌物の材料となる地上部からの光合成産物の転流量、そして根の周囲の養分の可給性や存在量などが異なるはずである。こうした根系の各部位における有機酸等の分泌の制御機構については、未だに不明な点が多い。我々は、COと
COを併用してダブルトレーサ実験を行い、根系各部位における分泌物の分布をCで可視化し、この画像を元に根および根圏土壌に対してCで分泌物などの成分を詳細に分析すれば、根の分泌の制御機構の全容を明らかにできると考えた。そこで本研究では、様々な養分環境下における根系各部位の分泌物の成分分析を行うために、根箱装置内で局所的に切り出しが可能な、土壌に代わりうる栽培資材の検討を試みた。珪砂あるいは寒天培地の根箱で栽培したダイズを対象に撮像実験を行った結果、珪砂に比べて寒天培地のほうが分泌物の量が多く、それぞれに炭素ビーズを混合することによって、分泌物の量が更に上昇することが分かった。