2021 Fiscal Year Annual Research Report
低温プラズマ照射に対する種子の外部情報認識に関する分子メカニズム解明
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20H01893
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
古閑 一憲 九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (90315127)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
朽津 和幸 東京理科大学, 理工学部応用生物科学科, 教授 (50211884)
石橋 勇志 九州大学, 農学研究院, 准教授 (50611571)
Attri Pankaj 九州大学, プラズマナノ界面工学センター, 准教授 (40868361)
奥村 賢直 九州大学, システム情報科学研究院, 助教 (60801149)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | プラズマ農業 / 活性酸素窒素種 / エピジェネティクス / 遺伝子発現 / 電子スピン共鳴分光 / 休眠状態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
「プラズマ照射に最適な種子の生理状態は何か」を明らかにするため、プラズマ照射に対する種子の応答の分子メカニズムの解明を目的とした本研究では、カイワレ、シロイヌナズナ、イネ、レタス、オオムギの種子を主な対象として、プラズマ照射から種子への吸収、植物内応答の結果としての発芽・成長過程の変化までを一貫して評価する。研究遂行にあたり、設定した課題は、１）種子への照射量（吸収量）の定量、２）種子に対する磁場・電場の印加効果、３）プラズマ照射による種子の生理状態変動評価である。2年目にあたる2021年度に得た結果を以下に示す。
研究項目１）種子への照射量（吸収量）の定量：九州大学で種子照射に用いているスケーラブル誘電体バリア放電（ＳＤＢＤ）装置から種子照射位置における電場強度、光子量、硝酸イオン、過酸化水素量を、ポッケルスセル、分光器、試薬を用いて計測することに成功した。この結果は、ＳＤＢＤから生体への照射量を定量することにより、定量的なプラズマ照射の効果についての検討を可能にするものである。
研究項目２）種子に対する磁場・電場の印加効果：強磁場下での種子内ラジカル量の評価を行うとともに、項目１で記したパルス電場の強度の定量評価に成功した。
研究項目３）プラズマ照射による種子の生理状態変動評価：プラズマ照射に対する植物ホルモン量の液体クロマトグラフィー/トリプル質量分析器を用いた、種子内植物ホルモン量を簡単な前処理で定量可能とした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
プラズマ照射量の定量については、ＳＤＢＤプラズマ源における照射量定量成功は、今後、プラズマ照射量から植物の表現型に至るメカニズムの解明を定量的に議論できる重要な成果であり、来年度以降の研究の発展が期待できる。
加えて、昨年度新たに得られたプラズマ照射によるエピジェネティクス変動についても、着実に実験がすすんでいる。以上の結果は、計画以上の成果であり、進捗状況を「当初の計画以上に進展している」とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
プラズマ照射に対する種子の応答の分子メカニズムの解明を目的とした本研究の３年目の研究推進方策は以下の通りである。
研究項目１）プラズマ粒子の選択照射と照射量定量：プラズマの選択照射と表現型の相関検討。２年目に明らかにしたＳＤＢＤからのプラズマ照射は、電場、光、活性酸素窒素種が同時に照射されている。３年目は、九大で使用しているDBDプラズマ源とサンプルの間に紙、ガラス、金網などをいれることで選択照射を可能とし、各粒子のドーズ量に対する、発芽・成長特性との相関を明らかにする。
研究項目２）種子への磁場・電場印加効果の検討：２年目は、強磁場下での種子内ラジカル密度評価を行った。３年目は電子スピン共鳴分光法で使用している静磁場源にジェット型のプラズマ照射装置を設置してプラズマ照射実験を行い、磁場の影響を明らかにする。
研究項目３）プラズマに対する種子の生理状態変化：種子内の生理状態を評価するにあたって、本研究では、種子内のROS量、植物ホルモン量、ビタミンなどの疎水性分子に着目する。上述した評価項目について調湿による種子内水分量とプラズマ照射の効果について照射条件、発芽率
などの表現型の相関を定量的に明らかにすることで、oxydative windowの観点からのプラズマ照射効果について検討する。。
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[Presentation] Effects of Concentration of Plasma Activated Lactate on Germination of Arabidopsis thaliana Seeds2022
Author(s)
H. Tanaka, T. Okumura, P. Attri, T. Anan, K. Kamataki, N. Itagaki, M. Shiratani, Y. Ishibashi, M. Nakano, K. Namiki, S. Tsuboyama, K. Hashimoto, K. Kuchitsu, H. Hashizume, K. Ishikawa, M. Hori, K. Koga
Organizer
ISPlasma2022/IC-PLANTS2022
Int'l Joint Research
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[Presentation] Effect of intraseed moisture and plasma irradiation on lettuce seed surface2021
Author(s)
T. Okumura, T. Anan, H. Tanaka, D. Yamashita, P. Attri, K. Kamataki, N. Itagaki, K. Koga, M. Shiratani, Y. Ishibashi, Y. Fujimoto, M. Kumauchi, H. Matsui
Organizer
Materials Research Meeting 2021 (MRM2021）
Int'l Joint Research
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