2次イオン顕微質量分析法によるリグニン高次構造の可視化

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11660163
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 福島 和彦 名古屋大学, 大学院・生命農学研究科, 助教授 (80222256)
• 研究分担者: 今井 貴規 名古屋大学, 大学院・生命農学研究科, 助教授 (20252281) ; 安田 征市 名古屋大学, 大学院・生命農学研究科, 教授 (80002070)
• キーワード: 2次イオン質量分析 / TOF-SIMS / リグニン / 細胞壁 / 樹木 / シリンギル / グアイアシル / 顕微

研究概要

飛行時間型2次イオン質量分析(TOF-SIMS)を樹木細胞壁の構造解析に応用し、リグニンを非破壊的に細胞レベルで分析する手法の開発を目指した。本研究においては、一次イオンにガリウムイオンを用い、試料表面から放出される2次イオン(質量数1〜500)をTOFマスにより分析した。あわせて、特定の2次イオンの試料中の分布をマッピングし、細胞レベルでの化学情報を直接得ることに試みた。解像度はサブミクロンレベルで顕微FTIRなどの他の分光計に比べて格段に高かった。主要な成果を以下に示す。
a)リグニン由来の2次イオンの検索
リグニンモデル化合物であるDHP(コニフェリルアルコール脱水素重合物)、および樹木MWL(摩砕リグニン)を用いて2次イオンスペクトルの解析を行った。その結果、グアイアシル、シリンギル骨格由来の2次イオンピークが明瞭に確認・同定された。
b)一次イオンによるリグニン開裂部位の確認
a)において検出された2次イオンがリグニンのどのような構造に由来するのかを、安定同位体で標識したDHP、2量体モデルを用いて解析した。その結果、リグニン分子中のβ-O-4型結合が選択的に開裂して生成したイオン種であることがわかった。
c)試料表面における特定イオン種の分布の可視化
重水素を用いてリグニンを標識した試料表面から、重水素イオンのみを選択的にマッピングすることにより、標識された位置を高分解能で可視化できることを明らかとした。このことは、同位体トレーサー実験において本法が有力な解析手段となり得ることを示唆した。細胞壁成分由来の分子イオンの分布の可視化は、現段階では困難であった。

研究成果

• [文献書誌] K.Fukushima: "Regulation of Syringyl to Guaiacyl Ratio in Lignin Biosynthesis"J.Plant Research. 114. 499-508 (2001)
• [文献書誌] K.Fukushima, K.Yamauchi, K.Saito, S.Yasuda, M.Takahashi, T.Hoshi: "Analysis of lignin structures by TOF-SIMS"Proc.11th Int.Symp.Wood Pulp.Chem.. 1. 327-330 (2001)
• [文献書誌] K.Saito, S.Yasuda, T.Ona, K.Fukushima: "A quite new mechanism for the generation of syringyl units in lignin"Proc.11th Int.Symp.Wood Pulp.Chem.. 1. 171-174 (2001)
• [文献書誌] K.Yamauchi, S.Yasuda, K.Fukushima: "Is sinapic acid a real precursor for syringyl lignin in angiosperm?"Proc.11th Int.Symp.Wood Pulp.Chem.. 3. 549-522 (2001)
• [文献書誌] K.Fukushima: "On the mechanism to regulate the ratio of syringyl to guaiacyl moieries in lignin"Molecular Breeding of Woody Plants Elsevier Science B.V.. 149-158 (2001)
• [文献書誌] K.Yamauchi, S.Yasuda, K.Fukushima: "Evidence for the biosynthetic pathway from sinapic acid to syringyl lignin usung labeled sinapic acid with stable Isotope at both methoxy groupes in Robinia pseudoacacia and Nerium Indicum"J.Agric.Food Chem.. (in press). (2002)
• [文献書誌] B.Monties, K.Fukushima: "Occurrence,function and biosynthesis of lignin(Steinbuchel, A., ed).Biopolymers I"Wiley-VCH Verlag Weinheim. 64 (2001)