RIイメージングによる栽培診断の体系化：「核農学」の確立を目指して

• Project/Area Number: 15H04578
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Agricultural environmental engineering/Agricultural information engineering
• Research Institution: National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology (2016-2018); Japan Atomic Energy Agency (2015)
• Principal Investigator: 藤巻 秀 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 本部 経営企画部, 上席研究員(定常) (20354962)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中村 進一 東京農業大学, 生命科学部, 教授 (00322339) ; 河地 有木 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 放射線生物応用研究部, 上席研究員(定常) (70414521)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000); Fiscal Year 2018: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2017: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2016: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2015: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
• Keywords: 植物 / 放射線 / イメージング / 量子ビーム / 環境

Outline of Annual Research Achievements

農業・食品産業技術総合研究機構との共同研究としてイチゴを対象とした研究を進めた。C-11標識二酸化炭素を葉に投与するポジトロンイメージング実験により転流能力の評価を行い、葉位によって炭素栄養の転流先が全く異なることを明らかにした。さらに、３次元撮像が可能なOpenPETを用いて、果実内の転流・蓄積過程をイメージングする実験に取り組み、果実表面の種子がシンクとして大きな働きを持つことを示唆する結果が得られた。
ソルガムを対象にした研究により、塩素イオンの存在がカドミウムの吸収・移行に及ぼす影響を報告書にまとめ発表した。ポジトロンイメージング実験の結果、塩素イオンはカドミウム吸収の初期に機能して、カドミウム吸収を活性化していることが明らかになった。また、吸収後の植物体の地上部へのカドミウムの移行と蓄積も塩素処理によって活性化していた。これらの実験結果は根圏に存在する塩素イオンが生理的にも機能して、植物のカドミウム動態に影響を及ぼしていることを示唆している。
根に部位特異的に施用したグルタチオンが植物体地上部へのカドミウムの移行と蓄積を抑制する現象の分子メカニズムを解明するため、アブラナを対象として、根からの物質分泌にグルタチオンが及ぼす影響をポジトロンイメージング技術により評価する実験系の構築に着手した。
独自に設計した根箱内で土耕栽培したダイズにC-11標識二酸化炭素を投与し、ポジトロンイメージングにより光合成産物の根系への転流と根圏への分泌を可視化・評価する実験プロトコルを開発した。この技術により、「ある特定の条件下で、植物体が根系のどの部位からより多くの有機物を土壌中に分泌するか」という新しい指標による「根の活性」の解析が可能になり、植物の栄養吸収戦略の解明への貢献が期待できる。本研究成果は論文としてとりまとめ、国際論文誌への投稿・審査を経て、現在再投稿準備中である。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Effects of Chloride Ions on Cadmium Behaviors in Sorghum Plants. (2017)
  • Author(s): S. Nakamura, N. Suzui, Y.-G. Yin, S. Ishii, S. Fujimaki, N. Kawachi
  • Journal Title: QST Takasaki Annual Report 2016 Volume: 1 Pages: 120-120
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Arabidopsis thaliana FLO2 is Involved in Efficiency of Photoassimilate Translocation, Which is Associated with Leaf Growth and Aging, Yield of Seeds and Seed Quality (2017)
  • Author(s): Miho Kihira, Kazushi Taniguchi, Chihiro Kaneko, Yohei Ishii, Hiromi Aoki, Atsushi Koyanagi, Hiroaki Kusano, Nobuo Suzui, Yong-Gen Yin, Naoki Kawachi, Shu Fujimaki, Hiroaki Shimada
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: 58 Issue: 3 Pages: 440-450
  • DOI: 10.1093/pcp/pcw217
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Application of glutathione and dithiothreitol to oil seed rape roots affects cadmium distribution in roots and inhibits Cd translocation to shoots (2016)
  • Author(s): Shin-ichi Nakamura, Nobuo Suzui, Sayuri Ito-Tanabata, Satomi Ishii, Naoki Kawachi, Hiroki Rai, Hiroyuki Hattori and Shu Fujimaki
  • Journal Title: Soil Science and Plant Nutrition Volume: 未定 Issue: 4 Pages: 379-385
  • DOI: 10.1080/00380768.2016.1188025
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Arabidopsis thaliana FLO2 is involved in efficiency of photoassimilate translocation, which associates with leaf growth and aging, yield of seed,and seed quality (2018)
  • Author(s): Miho KIHIRA, Kazushi TANIGUCHI, Chihiro KANEKO, Yohei ISHII, Takuya ISHIDA, Hiromi MUTSURO- AOKI, Atsushi KOYANAGI, Hiroaki KUSANO, Nobuo SUZUI, Yong-Gen YIN, Shu FUJIMAKI, Naoki KAWACHI, Hiroaki SHIMADA
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Evaluation of the effect of glutathione in root zone on cadmium behaviors in oilseed rape plants (2018)
  • Author(s): S. Nakamura, N. Suzui, Y.-G. Yin, S. Ishi, S. Fujimaki,N. Kawachi, K. Noge, H. Rai, K. Izawa-Sato, T. Matsumoto
  • Organizer: 第59回日本植物生理学会年会
• [Presentation] 放射線技術が食のためにできる３つ目のこと －RIイメージングによる「核農学」－ (2018)
  • Author(s): 藤巻 秀
  • Organizer: 日本食品照射研究協議会 第53回大会・教育講演会
  • Invited
• [Presentation] 将来の環境・農業に貢献する植物版“ PET”の応用 (2017)
  • Author(s): 藤巻 秀
  • Organizer: 食のコミュニケーション円卓会議定例会（市民講演）
  • Place of Presentation: 東京都中央区京橋区民館（東京都・中央区）
  • Year and Date: 2017-03-28
  • Invited
• [Presentation] ポジトロンイメージング技術の利用によるイチゴ果実への光合成産物の分配動態および時間変動の評価 (2017)
  • Author(s): 三好悠太、日高功太、石井里美、鈴井伸郎、尹永根、栗田圭輔、河地有木
  • Organizer: アグリ・バイオ公開シンポジウム
• [Presentation] イチゴ果実への同化産物の転流に対する葉位の影響 (2017)
  • Author(s): 三好悠太、日高功太、石井里美、鈴井伸郎、尹永根、栗田圭輔、安武大輔、北野雅治、河地有木
  • Organizer: 日本生物環境工学会2017年松山大会
• [Presentation] 根のグルタチオンがシロイヌナズナにおけるカドミウム動態に及ぼす影響 (2017)
  • Author(s): 中村進一、鈴井伸郎、尹永根、石井里美、藤巻秀、河地有木、頼泰樹、松本隆、伊澤かんな、山路英一、大津直子
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2017年度仙台大会
• [Presentation] ソルガムの根に与えた塩素イオンは植物体地上部へのカドミウムの移行と蓄積を促進する (2017)
  • Author(s): 中村進一、鈴井伸郎、尹永根、石井里美、藤巻秀、河地有木
  • Organizer: 2017年度 日本土壌肥料学会 関東支部大会(神奈川大会)
• [Presentation] シロイヌナズナ遺伝子ファミリーの機能解析 (2017)
  • Author(s): 紀平望帆、金子千紘、谷口一至、石井陽平、青木裕美、小柳淳、草野博彰、鈴井伸郎、尹永根、藤巻秀、河地有木、島田浩章
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会
• [Presentation] 塩素イオンがソルガムのカドミウム動態に及ぼす効果 (2017)
  • Author(s): 中村進一、鈴井伸郎、尹永根、石井里美、藤巻秀、河地有木
  • Organizer: QSTサイエンスフェスタ2017
• [Presentation] Arabidopsis Thaliana FLO2 Is Involved in Efficiency of Photoassimilate Translocation, Which Associates with Leaf Growth and Aging, Yield of Seed, and Seed Quality (2017)
  • Author(s): Miho KIHIRA, Kazushi TANIGUCHI, Chihiro KANEKO, Yohei ISHII, Takuya ISHIDA, Hiromi MUTSURO- AOKI, Atsushi KOYANAGI, Hiroaki KUSANO, Nobuo SUZUI, Yong-Gen YIN, Shu FUJIMAKI, Naoki KAWACHI, Hiroaki SHIMADA
  • Organizer: TAIWAN-Japan Plant Biology 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] イチゴ果実への光合成産物の転流を可視化するポジトロンイメージング技術の開発 (2016)
  • Author(s): 石井 里美, 鈴井 伸郎, 尹 永根, 栗田 圭輔, 藤巻 秀, 日髙 功太, 三好 悠太, 河地 有木
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2016年度佐賀大会
  • Place of Presentation: 佐賀大学 本庄キャンパス（佐賀県・佐賀市）
  • Year and Date: 2016-09-21
• [Presentation] γ線スペクトロメーターを用いた多元素輸送速度の同時モニタリングシステムの開発 (2016)
  • Author(s): 鈴井 伸郎, 尹 永根, 石井 里美, 藤巻 秀, 河地 有木
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2016年度佐賀大会
  • Place of Presentation: 佐賀大学 本庄キャンパス（佐賀県・佐賀市）
  • Year and Date: 2016-09-21
• [Presentation] 植物根に与えたグルタチオンが植物体内のカドミウム動態に及ぼす影響の評価 (2016)
  • Author(s): 中村進一、大山将史 、鈴井伸郎、尹永根、石井里美、河地有木、頼泰樹、服部浩之、藤巻秀
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2016年度佐賀大会
  • Place of Presentation: 佐賀大学 本庄キャンパス（佐賀県・佐賀市）
  • Year and Date: 2016-09-20
• [Presentation] 「PETIS」ライブイメージング解析を援用したイチゴ果実への同化産物転流に対する 果実生育ステージの影響の評価 (2016)
  • Author(s): 日高 功太, 三好 悠太, 石井 里美, 鈴井 伸郎, 尹 永根, 栗田 圭輔, 安武 大輔, 北野 雅治, 河地 有木
  • Organizer: 日本生物環境工学会2016年金沢大会
  • Place of Presentation: 金沢工業大学（石川県・野々市市）
  • Year and Date: 2016-09-14
• [Presentation] Imaging radiocesium movements in intact plants (2016)
  • Author(s): 栗田 圭輔, 鈴井 伸郎, 尹 永根, 石井 里美, 河地 有木
  • Organizer: 18th International Conference on Heavy Metals in the Environment
  • Place of Presentation: ヘント（ベルギー）
  • Year and Date: 2016-09-14
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Root-Applied Glutathione Inhibits Cadmium Translocation from roots to shoots Selectively in Oilseed Rape Plants (2016)
  • Author(s): S. Nakamura, N. Suzui, Y.-G. Yin, S. Ishii, N. Kawachi, H. Rai, H. Hattori, M. Chino and S. Fujimaki
  • Organizer: 18th International Conference on Heavy Metals in the Environment
  • Place of Presentation: ヘント（ベルギー）
  • Year and Date: 2016-09-14
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] イチゴシンク果実における光合成産物のアンローディング動態モデルの構築 (2016)
  • Author(s): 三好 悠太, 日高 智美, 日高 功太, 石井 里美, 鈴井 伸郎, 尹 永根, 栗田 圭輔, 安武 大輔, 河地 有木, 北野 雅治
  • Organizer: 日本生物環境工学会2016年金沢大会
  • Place of Presentation: 金沢工業大学（石川県・野々市市）
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] 異なる培地条件における根の分泌物のポジトロンイメージング技術による可視化 (2016)
  • Author(s): 尹 永根, 鈴井 伸郎, 石井 里美, 栗田 圭輔, 信濃 卓郎, 河地 有木
  • Organizer: アグリ・バイオ公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京理科大学葛飾キャンパス（東京都・葛飾区）
  • Year and Date: 2016-07-28
• [Presentation] ラジオアイソトープを用いて複数の元素吸収速度を同時に定量化する (2016)
  • Author(s): 鈴井 伸郎, 尹 永根, 石井 里美, 河地 有木
  • Organizer: アグリ・バイオ公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京理科大学葛飾キャンパス（東京都・葛飾区）
  • Year and Date: 2016-07-28
• [Presentation] 植物チェレンコフイメージング技術によるダイズ体内のセシウム動態撮影 (2016)
  • Author(s): 栗田 圭輔, 鈴井 伸郎, 尹 永根, 石井 里美, 渡部 浩司, 山本 誠一, 河地 有木
  • Organizer: アグリ・バイオ公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京理科大学葛飾キャンパス（東京都・葛飾区）
  • Year and Date: 2016-07-28
• [Presentation] ポジトロンイメージング技術によるイチゴ果実への 光合成産物の転流の可視化 (2016)
  • Author(s): 石井 里美, 鈴井 伸郎, 尹 永根, 栗田 圭輔, 藤巻 秀, 日髙 功太, 三好 悠太, 河地 有木
  • Organizer: アグリ・バイオ公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京理科大学葛飾キャンパス（東京都・葛飾区）
  • Year and Date: 2016-07-28
• [Presentation] アブラナの根に与えたグルタチオンが根からのカドミウム排出に及ぼす影響 (2016)
  • Author(s): 中村 進一、鈴井 伸郎、尹 永根、石井 里美、河地 有木、頼 泰樹、服部 浩之、藤巻 秀
  • Organizer: 第57回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岩手大学上田キャンパス（岩手県盛岡市）
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] シロイヌナズナflo2変異体の個体生育と炭酸同化産物動態のPETISによる解析 (2016)
  • Author(s): 石井 陽平,鈴井 伸郎,尹 永根,河地 有木,石井 里美,栗田 圭輔,島田 浩章,藤巻 秀
  • Organizer: 第57回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 岩手大学上田キャンパス（岩手県盛岡市）
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] 植物のRIイメージング研究から『核農学』の確立へ (2016)
  • Author(s): 藤巻秀
  • Organizer: 東北大学電子光理学研究センター研究会
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-02-09
  • Invited
• [Presentation] 農学分野におけるPET技術のスタンス (2016)
  • Author(s): 藤巻秀
  • Organizer: 次世代PET研究会2016
  • Place of Presentation: アキバホール（東京都千代田区）
  • Year and Date: 2016-01-15
  • Invited
• [Presentation] ガンマカメラを用いた放射性セシウムの植物体内動態の可視化技術 (2015)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2015年度京都大会
  • Place of Presentation: 京都大学（京都府京都市）
  • Year and Date: 2015-09-10
• [Presentation] 高い耐塩性を持つヨシの根における根端方向へのナトリウム排出のポジトロンイメージングによる画像解析 (2015)
  • Author(s): 藤巻秀、丸山哲平、鈴井伸郎、 河地有木、三輪睿太郎、樋口恭子
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2015年度京都大会
  • Place of Presentation: 京都大学（京都府京都市）
  • Year and Date: 2015-09-10
• [Presentation] 植物RIイメージング技術による栽培診断の体系化：「核農学」の確立を目指して (2015)
  • Author(s): 藤巻 秀、河地有木、鈴井伸郎、石井里美、尹永根、栗田圭輔
  • Organizer: 東京理科大学公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京理科大学（東京都葛飾区）
  • Year and Date: 2015-07-17
  • Invited
• [Presentation] 生きた植物体内におけるナトリウムと亜鉛の動態の可視化－市販のラジオアイソトープを用いた元素の非破壊イメージング－ (2015)
  • Author(s): 鈴井 伸郎、尹 永根、石井 里美、栗田 圭輔、河地 有木、藤巻 秀
  • Organizer: 東京理科大学公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京理科大学（東京都葛飾区）
  • Year and Date: 2015-07-17
• [Presentation] ポジトロンイメージングによるダイズ植物における窒素固定および固定窒素の輸送の解析 (2015)
  • Author(s): 石井里美、尹永根、ニュエン・バン・フィ・フン、鈴井伸郎、河地有木、大竹憲邦、大山卓爾、藤巻秀
  • Organizer: 東京理科大学公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京理科大学（東京都葛飾区）
  • Year and Date: 2015-07-17
• [Presentation] 植物研究のための放射線イメージング技術の開発 (2015)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 東京理科大学公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京理科大学（東京都葛飾区）
  • Year and Date: 2015-07-17
• [Presentation] 植物チェレンコフイメージング技術の開発 (2015)
  • Author(s): 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
  • Organizer: 東京理科大学公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京理科大学（東京都葛飾区）
  • Year and Date: 2015-07-17
• [Presentation] Live-imaging Technologies for Analysis of Heavy Metal Movement in Intact Plant Bodies (2015)
  • Author(s): S. Fujimaki, N. Kawachi, N. Suzui, Y.-G. Yin and S. Ishii
  • Organizer: 13th International Conference on the Biogeochemistry of Trace Elements
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場（福岡市博多区）
  • Year and Date: 2015-07-15
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 量子科学技術研究開発機構高崎量子応用研究所放射線生物応用研究部RIイメージング研究
  • URL: http://www.taka.qst.go.jp/rab_div/pnr/index_j.html
• [Remarks] 量子科学技術研究開発機構放射線生物応用研究部プロジェクト「RIイメージング研究」
  • URL: http://www.taka.qst.go.jp/rab_div/pnr/index_j.html