2015 Fiscal Year Annual Research Report
Behavior of radioactive Cs in soil organic compounds by biological activity
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15H02438
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| Research Institution | National Agriculture and Food Research Organization |
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Principal Investigator |
信濃 卓郎 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 東北農業研究センター 農業放射線研究センター, センター長 (20235542)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
久保 堅司 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 東北農業研究センター 農業放射線研究センター, 主任研究員 (20446470)
尹 永根 国立研究開発法人放射線医学総合研究所, 放射線 生物応用研究部, 主任研究員 (50609708)
俵谷 圭太郎 山形大学, 農学部, 教授 (70179919)
松波 寿弥 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 東北農業研究センター 農業放射線研究センター, 上級研究員 (80504068)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 放射性セシウム / 大豆 / 根圏 / PETIS / 移行抑制 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は植物による積極的な土壌成分への働きかけが、放射性セシウムの動態に与える影響を明らかにするために行われている。特にマメ科作物―大豆―においては土壌中の放射性セシウムが他の作物―特にイネ科―に比較して植物体へ移行しやすいことが知られており、そのメカニズムの解明が喫緊の課題である。これは土壌中での植物根による積極的な養分利用能が原因であると考えられるが、実際に根が土壌に強く働きかけていると想定される根圏がイメージとしてはあるものの、その実態は明確ではない。そこで、本研究ではまず、根圏のイメージング技術を開発する。そのために、短半減期放射性炭素を用いて、大豆の根圏のイメージング技術を進めた結果、ある程度解析が可能であるが、さらに解像度を上げる必要があることが明らかになった。また、植物による放射性セシウム吸収が低カリウム条件で誘引される時に、カリウム養分欠乏による積極的な土壌成分の利用が想定される。これまでこの領域の研究はほとんど行われていないことから、新たに大豆を用いた研究を開始した。植物種によって同じ土壌からの放射性セシウム吸収能に大きく違いがあることから、特徴的な幾つかの作物を、圃場において栽培し、その生育特性と放射性セシウム吸収能についての関係を解析した。根圏の微生物機能の影響を明らかにするために、主要作物である大豆を用いて微生物機能を薬品によって制御することが可能かの試験を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
大豆を用いた根圏の可視化に取り組んだ。土壌と根を分離するための栽培装置を開発し、実際に大豆を用いて、地上部に短半減期の11Cを含む二酸化炭素を同化させ、約１時間程度後に土壌のみをイメージングする技術の開発に成功した。ただし、大豆の場合は比較的根全体に同化産物の分泌が認められ、当初予定していた明瞭な根圏の部位別のサンプリングが困難であることが明らかになった。一方、根粒の周辺には多くの分泌物が蓄積しており、根粒には同化産物が積極的に流入する他に、その周辺にも分泌物が存在していることが明らかになったが、これらが能動的に外部に放出されたのか、あるいは高濃度に蓄積した同化産物の一部が漏出したのかは明らかではない。根粒への強い同化産物の集積により周辺の土壌の解析が困難であることが明らかになり、これに基づいて対象とする植物種を再度検討する必要が生じており、研究に遅延が生じている。
分泌物のメタボローム解析には水耕栽培を用いた。分泌物の濃度にもよるが解析数を増やすために培養液に含まれる塩類の除去が有効であることが明らかになった。植物体の分析に関しては根においても分析が順調に進んだ。
圃場での試験では大豆が虫害の影響を強く受けたため、十分な収量を得ることができなかった。また、根圏土壌を微生物機能を制御することで養分吸収能を制御することを試みたが有意な影響が認められなかった。ただし、大豆における放射性セシウムの吸収パターンについての新たな知見を入手し、これに基づいた栽培管理技術の方向性が示された。
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| Strategy for Future Research Activity |
根圏の明瞭な解析を行うために、用いる作物を大豆からルーピンに変更をする。特にルーピンの場合はクラスタールートを発達させ、その領域は有機酸の分泌能が高いことが過去の知見からも明らかであることから、研究の進展が期待される。また、得られる画像情報に基づいて迅速に根圏土壌と非根圏土壌を分類し、それぞれの土壌から土壌微生物を抽出するための最適な土壌量、手法を確立する。必要最小限の資材を用いて解析に十分な遺伝子を取得するために事前に複数の土壌を用いて、RNAの抽出に関しての有効性を確立しておく必要がある。
分泌物のメタボローム解析に関しては塩類除去に効果的な前処理法の確立を進め、これを用いて分泌物のCE-MSを活用した解析を進める。カリウム栄養の効果を明確に示すために、カリウムの栄養状態を複数変えて栽培を行うことでその影響を解析する。
圃場試験では、根の特性に着目をして放射性セシウムの吸収を作物間で比較する。これにより放射性セシウムの吸収がどのように実際の土壌での根圏において行われているかの示唆を得る。さらにこれまでの知見から、大豆の栽培において最適な放射性セシウム吸収抑制をもたらす栽培管理体系を試みる。
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