2013 Fiscal Year Research-status Report
酸素プラズマ照射による植物の抗酸化活性向上と成長促進プロセスの解明
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25390110
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
林 信哉 九州大学, 総合理工学研究科(研究院), 准教授 (40295019)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | プラズマ－生体相互作用 / 植物成長促進 / 酸素プラズマ / 活性酸素種 / ドーズ量 / ケミカルインジケータ |
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| Research Abstract |
植物種子へ酸素プラズマ中で生成される活性酸素を照射することにより植物の成長が促進する現象について，活性酸素照射量と照射時間との積をパラメータとして植物の成長促進との関係を調べた．活性酸素のみに反応して変色するケミカルインジケータ（試験紙）を企業と開発した．活性酸素に接触するとケミカルインジケータの色が紫色から緑色へと徐々に変化する．ファイバー分光器によりケミカルインジケータ表面からの反射光の強度を520nm程度の波長で計測し数値化することで種子表面への活性酸素照射量を定量化することが可能となった．今回作成したケミカルインジケータは，長寿命で植物の成長促進に最も効果的と考えられる一重項酸素分子のみに反応するように設計されている．
定量化できた照射量と照射時間との積（活性酸素ドーズ量）を変化させて，活性酸素をカイワレ大根の種子に照射し栽培した結果，活性酸素ドーズ量と播種後5日目までのカイワレ大根の茎＋根の長さとの間には直線的な相関があることが分かった．6日目以降は相関が直線から外れるが，カイワレ大根の成長が未照射であっても飽和し始めるためである．また，シロイヌナズナの種子を用いて同様の実験を行った結果，シロイヌナズナの葉や花茎の長さと活性酸素ドーズ量との間に相関がある結果が得られた．
以上の実験より，活性酸素ドーズ量をモニタすることにより，種子の種類や形状，大きさに関わらず一定の成長促進効果が得られると考えられる．これは活性酸素による成長促進技術の実用化に対して非常に有用である．今後は多様な種子を用いて再現性を確認する必要がある．
また，顕微鏡による観察から，成長促進の際には植物細胞の大きさが増加するのではなく植物の細胞の数が増加することが分かった．このことから，活性酸素照射により植物内部でエネルギー産生および細胞周期が亢進しているものと推察される．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成25年度に行った研究は，交付申請書に記載した「研究の目的」である活性酸素が植物抗酸化活性を制御するメカニズムおよび抗酸化活性が成長に影響を与えるメカニズムの解明を直接に達成するものではないが，本目的を達成するために不可欠な基礎的課題であり「平成25年度の研究実施計画」に記載していた，①活性酸素種の計測方法の開発，②植物成長促進のキーパラメータの特定を達成した．
①活性酸素種の計測法として，活性酸素種のみに反応する新規なケミカルインジケータを用い，その変色を分光器で数値化することで活性酸素量を定量する方法を開発した．②植物の長さが種子表面に照射される一重項酸素分子量と時間との積に依存することを見出した．これら①②の結果は，活性酸素照射と植物内抗酸化活性との関係（H26年度），抗酸化活性と成長促進との関係（H27年度）の解明に必要不可欠なものである．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題は，プラズマ工学と植物生理学（農学）との融合分野であり，農学部の研究者の協力を得ることが必要不可欠である．
H26年度は当初の計画通りにプラズマ照射により植物の抗酸化活性が変化するメカニズムの解明を試みる．ゲノム解読が終了したシロイヌナズナをモデル植物として用い，細胞内の抗酸化物質（チオール化合物）量を計測する．遺伝子をノックアウトしたシロイヌナズナを理研バイオリソースセンターから入手し，栽培技術に関するアドバイスは農学部の研究者から提供される．プラズマ照射から抗酸化活性変化に至るパスウェイの解析のために，マイクロアレイによる遺伝子解析を企業に委託する．得られた解析結果より最も確からしいパスウェイを決定し抗酸化活性変化のメカニズムを同定する．
H27年度は当初の計画通りに植物内の抗酸化活性が成長に影響を与えるメカニズムの解明を試みる．H26年度に得られる予定の遺伝子解析結果から成長因子に関するパスウェイを明らかにする．同時に，細胞への酸化ストレスが引き起こす細胞内のレドックス反応を，農学部の研究者の助言を得ながら試薬と本研究費で購入予定のマイクロプレートリーダーを用いて計測する．以上の結果から酸素プラズマによる成長促進効果のメカニズムを明らかにする．
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