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論文

Application of OpenPET as 3-D imaging device of carbon distribution in fruit

栗田 圭輔; 三好 悠太*; 長尾 悠人*; 山口 充孝*; 鈴井 伸郎*; 尹 永根*; 石井 里美*; 河地 有木*; 日高 功太*; 吉田 英治*; et al.

QST-M-29; QST Takasaki Annual Report 2019, P. 106, 2021/03

https://repo.qst.go.jp/records/82107

Research on the distribution and dynamics of photoassimilates in plants, especially those in fruits, is important for improving food production. Positron emission tomography (PET) and carbon-11 ($$^{11}$$C) isotope technique are valuable to obtain 3-D images of photoassimilates. For plant experiments, however, it is important to adjust a system to plant's growth environment. General PET devices, even small-animal PET devices, are not suitable for plant studies. This can be solved by using a small OpenPET prototype which is a compact PET device that has an open space in its field of view (FOV). In this work, we upgraded the OpenPET system for the PET study of fruits and successfully realized the 3-D imaging of a photoassimilate labeled with $$^{11}$$CO$$_2$$ in a fruit of a strawberry plant.

論文

A New visualization technique for the study of the accumulation of photoassimilates in wheat grains using [$$^{11}$$C]CO$$_{2}$$

松橋 信平; 藤巻 秀; 内田 博*; 石岡 典子; 久米 民和

Applied Radiation and Isotopes, 64(4), p.435 - 440, 2006/04

https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2005.08.020
 被引用回数：19 パーセンタイル：77.5(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

非侵襲でのコムギ種子への光合成産物の蓄積の可視化を、[$$^{11}$$C]CO$$_{2}$$とポジトロンイメージング装置(PETIS)を用いた計測により試みた。コムギの最大展開葉の中央部に[$$^{11}$$C]CO$$_{2}$$を供給して生産させた光合成産物が、[$$^{11}$$C]CO$$_{2}$$吸収から53分で穂に到達し、徐々に種子へ蓄積する過程の画像化に成功した。得られた画像では、種子の一粒一粒を識別することができた。画像データを用いて、各種子粒への光合成産物の蓄積について調べたところ、それぞれの種子で蓄積の経時曲線が異なることがわかった。本研究により、PETISが生きた植物内での物質の輸送や分配といった動態の計測と解析に有効な手法であることを示した。

報告書

第3回イオンビーム生物応用研究ワークショップ論文集; 2004年9月29日,高崎研究所

松橋 信平; 鈴井 伸郎; 石岡 典子

JAERI-Conf 2005-010, 79 Pages, 2005/09

JAERI-Conf-2005-010.pdf:8.08MB

TIARAのイオンビームを利用したバイオ分野の研究をより一層発展させるため、第3回イオンビーム生物応用研究ワークショップ「ポジトロンイメージングを用いた植物研究の新展開; リアルタイム画像で見る植物の機能」を平成16年9月29日、日本原子力研究所高崎研究所ベンチャー棟大会議室において開催した。本ワークショップは、植物ポジトロンイメージング技術の一層の普及,産学官の連携推進、及びポジトロンイメージングによる植物機能解析研究の今後の研究計画に資することを目的とした。イオンビームを用いた生物応用研究,ポジトロンイメージング法を用いた植物機能解析の研究、及びポジトロンイメージング計測を支える技術の研究開発などについて成果報告があり、ポジトロンイメージング研究の将来展望について討議した。

論文

Quantitative modeling of photoassimilate flow in an intact plant using the Positron Emitting Tracer Imaging System (PETIS)

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

https://doi.org/10.1111/j.1747-0765.2005.tb00047.x
 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$$^{11}$$CO$$_{2}$$を吸収させ、茎中での$$^{11}$$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、$$^{11}$$CO$$_{2}$$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。

論文

Real-time monitoring and analysis of nutrient transportation in a living plant using a positron emitting tracer imaging system (PETIS)

松橋 信平

Gamma Field Symposia, (43), p.71 - 79, 2004/00

植物研究用ポジトロンイメージング装置を用いて、植物の主栄養素である炭素及び窒素の吸収,同化後の体内挙動を可視化計測し、得られたデータの数理的解析研究を進めている。この手法の開発により、従来の計測手法では求めることが困難な同化産物の輸送や分配の定量が可能となった。本シンポジウムでは、ポジトロンイメージング計測の原理・特徴と利点,ポジトロンイメージング計測により可視化した、生きた植物による炭素・窒素栄養の吸収と同化産物の体内挙動について紹介する。また、数理的解析により、高濃度炭酸ガス環境で光合成産物の転流速度が上昇することを明らかにした成果などを紹介する。

論文

ポジトロンイメージング技術でわかる植物の未知の機能

松橋 信平

Isotope News, (592), p.2 - 7, 2003/08

ポジトロンイメージング計測技術の今後の展開について解説した。原研が開発した植物研究用ポジトロンイメージング装置(PETIS)は、植物が吸収・代謝し、体内を移行するポジトロン放出核種の分布と強度をリアルタイムで計測・画像化でき、「生きた植物の中で起っている時々刻々の変化」を捕らえることを可能にした。これまでPETISを用いた計測により、炭素や窒素など主要な栄養成分,金属元素など微量成分の植物による吸収・同化,動態を明らかにしてきた。これらの成果は、植物ポジトロンイメージング計測技術が植物研究において強力な手段となりうることを示している。今後、この新しい計測手法をさらに改良し、研究を進めることで、植物の情報伝達機構など、これまで明らかにされていない機能の解明を目指す。

論文

Production of positron emitters of metallic elements to study plant uptake and distribution

渡辺 智; 石岡 典子; 長 明彦; 小泉 光生; 関根 俊明; 清宮 正一郎*; 中西 啓仁*; 森 敏*

Radiochimica Acta, 89(11-12), p.853 - 858, 2002/02

https://doi.org/10.1524/ract.2001.89.11-12.853
 被引用回数：17 パーセンタイル：74.85(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

植物用ポジトロンイメージング装置の開発に伴い、ポジトロン放射体が植物の生理的な機能解明に有用であることがわかってきた。われわれは、この研究に用いるポジトロン放射体としてC-11,N-13,F-18等軽元素核種標識化合物の製造研究を行ってきた。今回は、新たにポジトロン放出金属元素金属元素V-48,Mn-52,Fe-52,Zn-62について製造開発を行った。AVFサイクロトロンからの陽子また$$alpha$$粒子ビームをターゲット物質に照射し、目的のアイソトープをイオン交換法または鉄共沈法によりターゲット物質から分離し、トレーサーとして必要な化学形に調製した。トレーサー溶液中の放射性不純物及び非放射性不純物をごく微量に抑えることができ、植物実験に十分供し得るトレーサーを製造する方法を確立した。

論文

Utilization of bio-resources through nuclear technology

久米 民和

Proceedings of International Nuclear Conference 2002 (INC '02), p.128 - 135, 2002/00

原研で進めている$$gamma$$線,電子線及びイオンビームを用いた生物資源の有効利用に関する研究の現状を紹介する。$$gamma$$線や電子線を用いた放射線照射処理では、主として多糖類の分解及び橋かけによる植物生長促進剤や生分解性ハイドロゲルに関して得られた成果を報告するとともに、今後の農業や医療分野への応用の可能性について述べる。また、イオンビーム利用に関しては、植物の突然変異での有効性,ポジトロン放出核種を用いた植物体内物質移行のイメージングによる最新の研究などを紹介する。

論文

ポジトロンイメージング装置(PETIS)とイメージングプレート(IP)による植物研究のためのポジトロンイメージング

松橋 信平; 内田 博*; 久米 民和

Radioisotopes, 49(11), p.38 - 50, 2000/11

ポジトロン標識化合物をトレーサーとして用いた植物ポジトロンイメージング計測へのラジオルミノグラフィの応用について紹介するとともに、イメージングプレート(IP)を用いたポジトロンイメージングでの問題点、植物研究分野への応用の課題などについて解説を加えた。IPによるポジトロンイメージングの長所としては、広視野で二次元分布計測が可能、IPの数を増やせばバイオイメージングアナライザー(BAS)による読み出し必要時間に関係なく計測が可能であることなどがあるが、生きた植物試料での経時計測が困難、厚さのある試料では画像がボケてしまう、などの短所が考えられる。IP計測は、すべてのポジトロンイメージングに適しているわけではないが、試料の形状、検出する放射線の種類などの条件が整えば、植物内の放射能二次元分布を得るために有効な計測手法であり、原研で開発したポジトロンイメージング法と組み合わせることにより、その特徴を生かせることを示した。

論文

植物研究のためのポジトロンイメージング法の開発

松橋 信平; 久米 民和

放射線化学, (70), p.20 - 25, 2000/09

https://ci.nii.ac.jp/naid/10010163184

ポジトロン標識化合物をトレーサーとして用いた植物ポジトロンイメージングについて、ポジトロン放出核種の種類・特徴とその標識化合物を植物研究に用いるメリット、ポジトロンイメージングの計測原理と原研が開発した植物研究用ポジトロンシメージング装置(PETIS)の特徴について解説を加えた。また、$$^{11}$$Co$$_{2}$$を用いた光合成産物移行計測を例に、ポジトロン標識化合物の製造方法、得られたポジトロン標識化合物の植物への投与方法などを紹介し、計測により得られた画像例を示すとともに解析手法について説明を加えた。さらに、定量的ポジトロンイメージング計測を行う必要性、定量化への問題点とその解決法について紹介した。

報告書

Proceedings of the 8th Japan-China Bilateral Symposium on Radiation Chemistry; October 25-29, 1999, Kyodai Kaikan, Kyoto, Japan

山岡 仁史*; 長谷 博友*; 幕内 恵三

JAERI-Conf 2000-001, p.331 - 0, 2000/03

JAERI-Conf-2000-001.pdf:17.13MB

本論文集は平成11年10月25日~29日に京都大学京大会館において開催された第8回日中放射線化学シンポジウムの発表論文を編集したものである。シンポジウムでは合計69件の発表があった。このうち41件が口頭発表で、28件がポスターセッションでの発表であった。本論文集では発表論文を研究内容により5つの分野に分類した。すなわち、A: 放射線化学-基礎(21論文)、B: 放射線化学-高分子(10論文)、C: 放射線化学-生物システム(8論文)、D: 放射線加工(19論文)、E: 高度放射線化学-イオンビームとポジトロン(11論文)である。日中放射線化学シンポジウムの経緯と歴史、本シンポジウムの成果と総括、今後の展望は閉会の部にまとめられている。

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

Visualizing real time [$$^{11}$$C]methionine translocation in Fe-sufficient and Fe-deficient barley using a Positron Emitting Tracer Imaging System (PETIS)

中西 啓仁*; N.Bughio*; 松橋 信平; 石岡 典子; 内田 博*; 辻 淳憲*; 長 明彦; 関根 俊明; 久米 民和; 森 敏*

Journal of Experimental Botany, 50(334), p.637 - 643, 1999/05

https://doi.org/10.1093/jxb/50.334.637

鉄欠乏時にオオムギの根より放出される三価鉄のキレーターであるムギ平酸は、メチオニンを出発材料として生合成される。そこで、$$^{11}$$C-メチオニンを用いて、鉄欠乏時及び鉄供給時におけるオオムギ植物体内の移行をポジトロン・イメージング装置により計測した。$$^{11}$$C-メチオニンは新葉及びクロロシスを呈した葉に1時間以内に移行したが、古い葉や根への移行はほとんど観察されなかった。葉と根の付け根部分への蓄積が15分後に始まり、他の葉への移行は25分後から認められた。このようなアミノ酸転流をリアルタイムで測定したのは世界で初めてである。

論文

Production of positron emitters and application of their labeled compounds to plant studies

石岡 典子; 松岡 弘充; 渡辺 智; 長 明彦; 小泉 光生; 松橋 信平; 久米 民和; 関根 俊明; 内田 博*; 辻 淳憲*; et al.

Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 239(2), p.417 - 421, 1999/00

https://doi.org/10.1007/BF02349523
 被引用回数：27 パーセンタイル：86.12(Chemistry, Analytical)

これまで原研高崎のAVFサイクロトロンを利用して生物医学分野で有用となるラジオアイソトープの製造技術の開発を行ってきた。最近では、ポジトロン放出核種の製造技術の開発と二次元ポジトロンイメージング装置の開発により、植物での生理機能を解明する実験が可能となった。われわれが現在進めている植物における物質移動の動的な計測方法とそれらの実験に必要なポジトロン放出核種の製造技術及びその標識化合物の合成研究について発表する。

論文

ポジトロンイメージング装置(PETIS)の植物研究への応用

久米 民和

Radioisotopes, 48(1), p.37 - 47, 1999/00

https://doi.org/10.3769/radioisotopes.48.37

ポジトロンイメージング装置(PETIS)を用いた植物研究について解説した。植物用に開発したPETISの概要、TIARA AVFサイクロトロンによるポジトロン放出核種及びその標識化合物の合成法について述べた。現在、$$^{11}$$CO$$_{2}$$ガス、$$^{11}$$C-メチオニン、$$^{13}$$NO$$_{3-}$$、$$^{18}$$F-水、$$^{18}$$F-グルコース、$$^{48}$$Vなどを製造している。これらの核種を用いた植物研究として、$$^{11}$$CO$$_{2}$$を用いた光合成産物の移行、鉄欠乏オオムギにおける$$^{11}$$C-メチオニンの挙動、耐乾植物における水の動態、$$^{13}$$NO$$_{3-}$$を用いた窒素の動態、$$^{48}$$Vを用いた植物の重金属障害などの成果を紹介した。

論文

Effect of radiation-degraded chitosan on plants stressed with heavy metal(V)

Tham, L. X.*; 長沢 尚胤*; 松橋 信平; 石岡 典子; 久米 民和

Proc. of the 3rd Asia-Pacific Chitin and Chitosan Symp., p.463 - 468, 1998/09

植物(ダイズ、コメ、コムギ、オオムギ)に対するバナジウム(V)の障害作用と放射線分解キトサンによる障害抑制効果について検討した。これらの植物の根は5ppmのVで障害を受けた。コメの地上部では10ppmのVで障害が認められ、50ppmで枯れた。これらの障害は、1%水溶液で100~200kGy照射したキトサンを25~100ppm添加することにより抑制された。非照射及び50kGy以下のキトサン添加では、植物体にクロロシスなどの障害が生じた。これら照射キトサンはVやFeのキレート剤として作用し、最適線量照射したキトサンでは、適度な強さのキレート効果と植物の生育促進効果が発現すると考えられた。また、ポジトロンイメージング装置を用いて、$$^{48}$$Vや$$^{18}$$F-水の移行に対する照射キトサンの影響についても述べる。

論文

Investigation of vacancy-type defects in P$$^{+}$$-implanted 6H-SiC using monoenergetic positron beams

上殿 明良*; 大島 武; 伊藤 久義; 鈴木 良一*; 大平 俊平*; 谷川 庄一郎*; 青木 康; 吉川 正人; 梨山 勇; 三角 智久*

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 37(5A), p.2422 - 2429, 1998/05

https://doi.org/10.1143/JJAP.37.2422
 被引用回数：13 パーセンタイル：53.6(Physics, Applied)

単エネルギー陽電子を用いて、200keVでリン注入を行った6H-SiC中の空孔型欠陥を調べた。室温注入後に結晶に導入された空孔型欠陥のサイズはおもに二重空孔であった。注入試料を等時アニールすることで、熱処理と欠陥(結晶の回復)の関係を調べた。その結果、200$$^{circ}$$C-700$$^{circ}$$Cでは、単一空孔が移動し、結合することで空孔サイズが大きくなる。700$$^{circ}$$C-1000$$^{circ}$$Cでは、さらに大きな空孔クラスタになることがわかった。1000$$^{circ}$$C-1300$$^{circ}$$Cでは、空孔欠陥のサイズは減少し結晶が回復していくことがわかった。また、1$$times$$10$$^{15}$$/cm$$^{2}$$注入した試料は、室温での注入後は、注入層アモルファス化していること、その後1500$$^{circ}$$Cまで熱処理を行っても、空孔型欠陥は消滅せず、結晶が回復しないことがわかった。

論文

ポジトロンイメージングの植物研究への応用

久米 民和

第23回日本アイソトープ・放射線総合会議論文集, p.1 - 8, 1998/00

植物用に開発したポジトロンイメージング装置を用いた研究を紹介する。TIARA AVFサイクロトロンを用いて、$$^{11}$$Co$$_{2}$$ガス、$$^{13}$$NO$$_{3-}$$、$$^{18}$$F-水、$$^{18}$$F-グルコース、$$^{11}$$C-メチオニンなどの標識化合物を製造し、植物に供給して植物体内における移行を計測した。$$^{11}$$Cに関して、$$^{11}$$Co$$_{2}$$を葉に供給したコムギにおける$$^{11}$$C光合成産物の根への短時間の移行、とくに幼根の先端への蓄積を示す鮮明な画像を得た。また、$$^{11}$$C-メチオニンを用いたアミノ酸転流に関するデータを得た。これらは、生きた植物体内における$$^{11}$$C化合物の移行をほぼリアルタイムで画像化した世界で最初の例である。また、$$^{13}$$NO$$_{3-}$$や$$^{13}$$NH$$_{4+}$$を用いたイネやダイズにおける窒素転流、$$^{18}$$F-水を用いた水の動態計測の例などについても述べる。

論文

ポジトロン放出核種の植物機能研究への利用

久米 民和

放射線と産業, (79), p.25 - 29, 1998/00

http://ci.nii.ac.jp/naid/40004433038

ポジトロン放出核種の植物研究への利用について紹介する。TIARAが運転を開始して6年を経過し、ポジトロンイメージング装置を用いた植物の機能研究が本格化してきた。本報告では、研究の経緯、ポジトロンイメージング計測の特徴、装置の概要、植物を用いた研究例、今後の課題について述べる。とくに研究例としては、$$^{11}$$CO$$_{2}$$及び$$^{11}$$C-メチオニンを用いた炭素の移行・代謝に関する結果、$$^{13}$$NO$$_{3-}$$や$$^{13}$$NH$$_{4+}$$を用いた窒素の吸収-移行に関する結果、$$^{18}$$F-水を用いた結果などを紹介する。

論文

AVFサイクロトロンによる植物研究用ポジトロン放出核種標識化合物の製造

石岡 典子

放射線と産業, (80), p.11 - 15, 1998/00

http://ci.nii.ac.jp/naid/40004433047

ポジトロンは、電子とともに消滅して511keVのエネルギーの$$gamma$$線をほぼ反対方向に放出する。この$$gamma$$線の両方を検出すると、2つの検出器を結ぶ直線上でポジトロンが消滅したことが分かる。そして、その近傍にポジトロンを放出した核種が存在したことが分かる。この特徴のために$$^{11}$$C,$$^{13}$$N,$$^{18}$$F等のポジトロン放出核種は、トレーサーとして医学において盛んに利用されている。原研では、同じ原理を用いる植物用のポジトロンイメージング装置(PETIS)を開発し、植物体内におけるポジトロン放出核種の動きを二次元画面上で追跡することを可能にした。この装置を用いて植物の生理・生化学的な機能を解明するために、我々は高崎研TIARAのAVFサイクロトロンによるポジトロン放出核種の製造・標識合成技術の開発を進めている。ここでは、ポジトロン放出核種を製造するために開発した照射ターゲットシステム及び現在進めている植物実験用ポジトロン放出核種や標識化合物の製造について、その方法や特徴を分かり易く紹介する。

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