植物の根の成長における自己組織化状態の解明と成長の電気的制御

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02650306
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 都甲 潔 九州大学, 工学部, 助教授 (50136529)
• 研究分担者: 飯山 悟 近畿大学九州短期大学, 助教授 (80176057) ; 林 健司 九州大学, 工学部, 助手 (50202263)
• キーワード: 植物 / 自己組織化状態 / 成長・分化 / 電気的制御 / 電気的空間パタ-ン

研究概要

本研究は裁培植物あずき(小豆)を用いて、成長と電気現象の関連を詳しく追及し、細胞集団レベルにおけるイオンポンプの時空間自己組織化構造に外界から影響を与え、成長の電気的制御の基礎付けを行い、同時に自己組織化構造のメカニズの解明を行う事を目的としている。本研究を通じて以下の事実が明らかとなった。
1)多数本の電極を用いて電気的空間パタ-ンを測定する装置(多点空間同時測定装置)を用いて、水溶液中の根の表面の電位振動の振る舞いを調べた。出力をデ-タ処理した結果、振動が根に沿ってコヒ-レントであることが判明した。さらに、成長を顕微鏡付きビデオカメラで追う事で、振動周波数が高い根は成長が速いことが見いだされた。
2)外部から種々の強度の直流電界(又は種々の電流密度強度)を根に平行に(種子から根先端方向および逆方向)印加し、成長速度へ及ぼす影響を調べた。その結果、根元側から電流を流すと、成長が促進されること、逆に先端側から流すと抑制されることが分かった。根の表面電位とpHを測定した結果、成長促進の際は、電位のパタ-ンが大きくなっていること、より酸性化していることも分かった。抑制の際は、逆の現象が見られた。
3)根に直交方向に電界を印加した結果、根はある電界強度以上で正の電極側へ曲がることが判明した。根は電界強度が高いほど、大きな屈曲を示した。根の表面電位とpHを測定した結果、負極側で電位パタ-ンが大きく、より酸性化していることが見いだされた。
上記2)と3)における電位とpHのパタ-ンの変化は簡単な理論モデルで説明可能であることが分かった。これらの事実から、植物が自ら作る電気化学的環境を外部から変えることで、再現性良く成長の電気的制御ができることが判明した。

研究成果

• [文献書誌] Kiyoshi Toko: "Growth and Electric Current Flowing at the Surface of Stems" Protoplasma. 154. 71-73 (1990)
• [文献書誌] Kiyoshi Toko: "Oscillations of Electrical Potential along a Root of a Higher Plant" Biophys.J.57. 269-279 (1990)
• [文献書誌] Masaaki Souda: "Relationship between Growth and Electric Oscillations in Bean Roots" Plant Physiol.93. 532-536 (1990)
• [文献書誌] Shu Ezaki: "Electrical control of Growth of the Higher Plant" Mern.Fac.Eng.Kyushu Univ.50. 377-393 (1990)
• [文献書誌] 江崎 秀: "2次元電気化学的パタ-ンの表面電位を用いた解析" 九大工学集報. 63. 315-322 (1990)
• [文献書誌] Shu Ezaki: "Electrical Stimulation on the Growth of a Root of the Higher Plant" Trans.IEICE. E73. 922-927 (1990)
• [文献書誌] Tetsuya Matsuno: "Entrainment of Eleutrochemical spatial Pattern between Unicellular Biolgical Systems" Forma. 5. 135-152 (1990)
• [文献書誌] 田中 千佳子: "側根の成長に及ぼす電界およびpHの効果" 近畿大学九州短大研究紀要. 20. 1-9 (1990)
• [文献書誌] 都甲 潔: "多細胞系における自己組織化と成長の電気的制御" 生物物理. 31. 149-154 (1991)
• [文献書誌] Shu Ezaki: "Electropism by DC Electric Field in a Root of the Higher Plant" IEICE Trans.E74. 2634-2641 (1991)
• [文献書誌] Kazuyuki Imagawa: "Electrical Potentials during Grovitropism in Bean Epicotyls" Plant Physiol.97. 193-196 (1991)