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2015 Fiscal Year Research-status Report

植物において有害元素になぜ有益性が認められるのか

Research Project

Project/Area Number 15K14673
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

渡部 敏裕  北海道大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (60360939)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywords有害元素 / 有益元素
Outline of Annual Research Achievements

有害元素による抗酸化ストレス活性の劇的な上昇が生育環境における他の様々なストレスに対する耐性を強化し、それが有害元素による生育促進現象として観察される、という仮説を立て以下の実験を行った。
1. 様々なストレス環境下での各有害元素の有益性
(1) 好ナトリウム植物とされるテンサイを高温/適温あるいは強光/通常光条件下で栽培し、ストレス下におけるナトリウムの効果を調べた。高温/適温処理では、高温処理、適温処理ともにNaにより生育が促進されたが、生育が悪かった高温処理でナトリウムの生育促進効果が大きかった。抗酸化ストレスに関係する各種酵素活性も両温度処理でナトリウムによって上昇し、その度合は高温処理時に大きく生育応答と同じ傾向を示したが、酸化ストレスの指標である脂質過酸化に対してナトリウムは影響しなかった。一方、強光/通常光処理では、強光処理下においてナトリウムの著しい生育促進効果が認められた。過酸化脂質は強光処理で増加したがナトリウムによって大きく低下した。しかしながら、抗酸化ストレスに関係する各種酵素活性はナトリウムによって低下したため、これらの酵素は酸化ストレスの解消には関わっていないと考えられた。恐らくナトリウムによる光合成活性の上昇が光阻害を軽減し、酸化ストレスを軽減した結果、生育が大きく促進されたものと理解された。
(2) 好アルミニウム植物であるメラストーマを適温/低温で栽培し、ストレス下におけるアルミニウムの効果を調べた。両温度処理ともにアルミニウムによって生育が促進され、特に根で顕著であった。低温処理下では、アルミニウム不在下では根の伸長域に壊死が見られたが、アルミニウム添加により完全に回復した。この生育変動に根の過酸化脂質の変動は伴われなかった。
2. 網羅的な代謝成分の解析
GC-MSによる代謝成分の網羅的解析のためにサンプル調製、測定条件の検討を行い、実施の目処がついた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初に掲げた抗酸化ストレス活性の強化が有害元素による生育促進に関わるという予想を支持する結果は得られなかったが、抗酸化ストレス活性の強化以外の要因によりアルミニウムおよびナトリウムともにストレス環境下で生育促進効果が大きくなる現象は確認され、今後の研究の方向性が明確になったため。

Strategy for Future Research Activity

1.のテンサイを用いた研究については、光合成に対するナトリウムの影響が予想されるため、光合成速度やクロロフィル蛍光などの測定と、代謝成分・無機成分の網羅的な解析を組合せ生育促進メカニズムを明らかにする。2.のメラストーマを用いた研究については、低温で根に発生する障害の原因と、なぜアルミニウムがそれを回復させるのかを主に脂質に着目して研究を進めたい。

Causes of Carryover

想定していたアルミニウム有益性の検討を行う実験が、栽培・処理条件の検討などに時間を要して進まなかったため、分析や解析に関わる費用に残額が生じた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

栽培・処理条件の検討がほぼ完了したため、本年度の支出に前年度未使用分を充当する。また、ナトリウム有益性の試験で新規性の高い結果が得られたので、オープンアクセスジャーナルへの論文投稿料・掲載料にも支出したい。

  • Research Products

    (14 results)

All 2016 2015 Other

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Aluminium Accumulation and Intra-Tree Distribution Patterns in Three Arbor aluminosa (Symplocos) Species from Central Sulawesi2016

    • Author(s)
      Marco Schmitt, Sven Boras, Aiyen Tjoa, Toshihiro Watanabe, Steven Jansen
    • Journal Title

      PLoS One

      Volume: 11 Pages: e0149078

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0149078

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Ionomic Analysis of Horticultural Plants Reveals Tissue-specific Element Accumulation2015

    • Author(s)
      Tomoki Shibuya, Toshihiro Watanabe, Hiroki Ikeda, Yoshinori Kanayama
    • Journal Title

      The Horticulture Journal

      Volume: 84 Pages: 305-313

    • DOI

      10.2503/hortj.MI-058

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Application of ionomics to plant and soil in fields under long-term fertilizer trials2015

    • Author(s)
      Toshihiro Watanabe, Masaru Urayama, Takuro Shinano, Ryosuke Okada, Mitsuru Osaki
    • Journal Title

      SpringerPlus

      Volume: 4 Pages: 781

    • DOI

      10.1186/s40064-015-1562-x

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] シロバナルーピンで観察される特異的なCs吸収傾向2015

    • Author(s)
      高雄惇英, 渡部敏裕, 和崎 淳, 大崎 満
    • Organizer
      日本土壌肥料学会北海道支部会
    • Place of Presentation
      かでる27(北海道・札幌市)
    • Year and Date
      2015-12-02 – 2015-12-03
  • [Presentation] Physiological variations in aluminum accumulation in different aluminum-accumulator plant species2015

    • Author(s)
      Watanabe T, Maejima E, Hiradate S, Wasaki J, Osaki M, Jansen S
    • Organizer
      The 9th International Symposium on Plant-Soil Interactions at Low pH(国際学会)
    • Place of Presentation
      Hotel Ariston(ドゥブロヴニク・クロアチア)
    • Year and Date
      2015-10-18 – 2015-10-23
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Characteristics of root cell components in aluminum-tolerant woody plants2015

    • Author(s)
      Maejima E, Watanabe T, Wagatsuma T, Osaki M
    • Organizer
      The 9th International Symposium on Plant-Soil Interactions at Low pH(国際学会)
    • Place of Presentation
      Hotel Ariston(ドゥブロヴニク・クロアチア)
    • Year and Date
      2015-10-18 – 2015-10-23
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effect of different nitrogen sources on N, mineral elements mobility and microbial metabolism in rhizosphere soil of different plant species2015

    • Author(s)
      Qingnan Chu, 渡部敏裕, 中村卓司, 岡紀邦, 大崎満
    • Organizer
      日本土壌肥料学会京都大会
    • Place of Presentation
      京都大学(京都府・京都市)
    • Year and Date
      2015-09-09 – 2015-09-11
  • [Presentation] アルミニウム超耐性をもつ木本植物の根に含まれるフェノリクスの特性2015

    • Author(s)
      前島恵理子, 渡部敏裕, 我妻忠雄, 大崎満
    • Organizer
      日本土壌肥料学会京都大会
    • Place of Presentation
      京都大学(京都府・京都市)
    • Year and Date
      2015-09-09 – 2015-09-11
  • [Presentation] ナトリウム処理下におけるテンサイの抗酸化応答2015

    • Author(s)
      土谷修平, 渡部敏裕, 松本卓也, 大崎満
    • Organizer
      日本土壌肥料学会京都大会
    • Place of Presentation
      京都大学(京都府・京都市)
    • Year and Date
      2015-09-09 – 2015-09-11
  • [Presentation] The characteristics of root cell components of plants adapted to acidic soil2015

    • Author(s)
      Maejima E, Watanabe T, Wagatsuma T, Osaki M
    • Organizer
      Rhizosphere 4 congress(国際学会)
    • Place of Presentation
      MECC(マーストリヒト・オランダ)
    • Year and Date
      2015-06-21 – 2015-06-25
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ionomic variation in plant species growing in various soil environments2015

    • Author(s)
      Watanabe T, Kusumoto Y, Morita S, Koyanagi T, Osaki M, Hiradate S
    • Organizer
      Rhizosphere 4 congress(国際学会)
    • Place of Presentation
      MECC(マーストリヒト・オランダ)
    • Year and Date
      2015-06-21 – 2015-06-25
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effect of different nitrogen sources on nitrogen dynamics, mineral elements and microbial communities in rhizosphere soil of different plant species2015

    • Author(s)
      Chu Q, Watanabe T, Sha Z, Osaki M
    • Organizer
      Rhizosphere 4 congress(国際学会)
    • Place of Presentation
      MECC(マーストリヒト・オランダ)
    • Year and Date
      2015-06-21 – 2015-06-25
    • Int'l Joint Research
  • [Book] Aluminum Stress Adaptation in Plants2015

    • Author(s)
      Tadao Wagatsuma, Eriko Maejima, Toshihiro Watanabe, Md. Shahadat Hossain Khan, Satoru Ishikawa
    • Total Pages
      274 (99-124)
    • Publisher
      Springer
  • [Remarks] T. Watanabe

    • URL

      http://www.geocities.jp/watanabe1209/

URL: 

Published: 2017-01-06  

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