2001 Fiscal Year Annual Research Report
有用作物品種の水ストレス耐性評価法の開発と品種選抜への応用
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12556009
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| Research Institution | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
山崎 素直 長崎大学, 環境科学部, 教授 (00011982)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大久保 明 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 教授 (20111479)
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| Keywords | 水ストレス / 塩ストレス / キャピラリー電気泳動法 / グリシンベタイン / 浸透圧調節物質 / osmoprotectants / 適合溶質 / ストレス耐性 |
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| Research Abstract |
乾燥、低温、塩などによる厳しい環境ストレス下で作物生産を行なうには耐性品種の選抜が不可欠であるが、従来の品種選抜には極めて長い年月を必要とした。筆者らは耐性品種に蓄積されるストレス耐性因子、特に水ストレスにおける浸透圧調節因子の誘導量から耐性種を判別する新規の方法を考案した。浸透圧調節因子としてはグリシンベタインを始めとするベタイン類、プロリンなどのアミノ酸が最も多くの品種で誘導されることから、キャピラリー電気泳動法を用いた高感度で簡便迅速な同時定量分析する方法を開発した。すなわち、植物葉の水抽出液を用いて、フェナシルエステル誘導体化法および誘導体化しない直接定量法を開発した。前者は高感度でベタイン関連化合物に広く応用でき、後者は感度はやや落ちるがベタイン類と遊離アミノ酸の同時定量が可能となった。これらの方法を用いて水ストレス耐性の異なるオオムギ品種約40品種を調査したところ、遺伝学的に調べたストレス耐性と水分析法による耐性因子の濃度とが良い相関を示した。また塩類土壌の現地でのフィールド調査の結果、自生植物の多くは土壌塩濃度に対応した浸透圧調節因子を誘導していることを見出した。また、グリシンベタインの誘導パターンは大きく2つに分けられ、塩生植物や強耐塩生植物では土壌塩濃度依存的に誘導がかかること、中程度の耐塩性を示す植物では一定量存在するが誘導量に塩濃度依存性がないことがわかった。さらに、マメ科や蔬菜類に良く見られる耐塩性をもたない塩感受性の植物にあっては、グリシンベタインを生産していないことがわかった。その原因としてグリシンベタイン合成酵素系の酵素の一つが欠損しているためであることがわかった。
有用作物で耐塩性がないものを塩類土壌地帯で生産するために、グリシンベタインを投与し根から吸収させる実験を行なった。その結果グリシンベタインは根からよく吸収され、葉に蓄積され、それによって耐塩性が上昇することが確認できた。投与法を様々検討し、最も効果的に植物に吸収させるための方法を開発することができた。実際の塩類土壌でのフィールド実験でも投与効果を確認できた。
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[Publications] J.Zhang, M.Nishimura, A.Okubo, S.Yamazaki: "Evaluation of relations between osmoprotectants and inorganic solute concentration In plant and soil samples collected from Huang-Huai-Hai plain in China"Journal of Agricultural. Modernization. (in press). (2002)
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[Publications] J.Zhang, M.Nishimura, A.Okubo, S.Yamazaki: "Development of an analytical method for the determination of betaines in higher plants by capillary electrophoresis"Phytochemical Analysis. (in press). (2002)
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[Publications] J.Zhang, X.Xu, M.Nishimura, M.Abo, A.Okubo, S.Yamazaki: "Low pH capillary electrophoresis suitable for studies of compatible solutes in bacteria, algae and higher plants"Analytical Sciences. (in press). (2002)
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[Publications] S.Yamazaki, J.Zhang, M.Nishimura, R.Wang, H.Sun, L.Lopez, A.Okubo: "Osmo-regulatory effect of glycine betaine on plant growth under salt stress"Journal of Agricultural. Modernization. (in press). (2002)
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[Publications] M.Nishimura, J.Zhang, M.Abo, A.Okubo, S.Yamazaki: "Simultaneous determination of betaines and free amino acids in higher plants by capillary electrophoresis"Analytical Sciences. (in press). (2002)
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[Publications] J.Zhang, A.Okubo, S.Yamazaki: "Measurement of free choline in plant leaves by capillary electrophoresis"Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry. 11. 2573-2576 (2001)
