根圏の微量元素可溶化メカニズムと、その制御による放射性セシウム吸収抑制手法の開発

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H01169
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 信濃 卓郎 北海道大学, 農学研究院, 教授 (20235542)
• 研究分担者: 和崎 淳 広島大学, 統合生命科学研究科(生), 教授 (00374728) ; 海野 佑介 公益財団法人環境科学技術研究所, 環境影響研究部, 研究員 (00522020) ; 丸山 隼人 北海道大学, 農学研究院, 助教 (10633951) ; 齋藤 隆 福島県農業総合センター, 浜地域農業再生研究センター, 科長 (30504071) ; 尹 永根 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 放射線生物応用研究部, 主任研究員 (50609708) ; 渡部 敏裕 北海道大学, 農学研究院, 准教授 (60360939) ; 俵谷 圭太郎 山形大学, 農学部, 教授 (70179919) ; 若林 正吉 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 東北農業研究センター, 主任研究員 (80707654)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 根圏ライブイメージング / 放射性セシウム / 根圏効果

研究実績の概要

短半減期の放射性炭素である11Cをサイクロトロンによって二酸化炭素ガスとして発生させ、回収し、直ちにマメ科植物のルーピンに同化をし、その後の根への１１Cの移動と根から周辺の土壌への分泌を観察可能なシステムを構築した。検出にはPETを用いた。ルーピンを利用することで、特定の根の部位（クラスタールート）から根圏土壌への大量の同化産物の分泌が確認されたが、全てのクラスタールートで同様に分泌されているのではなく、特定のクラスタールートでのみ分泌が行われていることが明らかになった。
この分泌が盛んに行われている根圏土壌とそれ以外の土壌における微生物性、土壌溶液中の各種元素濃度、根分泌物、　及び土壌鉱物に対しての影響を解析した。その結果、特定の微生物群集が根の分泌が盛んな領域で増加することが確認され、その生理的意義を考察した。また、この領域では土壌溶液中の複数の元素の濃度が周辺の領域に比較して高まることが確認され、その一つにセシウムイオンの増加が確認された。ルーピンは別途行った圃場レベルの試験から、放射性セシウムを極めて効率的に吸収、蓄積する能力があることを明らかにしており、この圃場レベルでの挙動が実際に特定の根によって引き起こされていることが明らかになった。土壌鉱物に対しての影響では、黒雲母を対象とした解析を進めた。その結果、根分泌物によって粘土表面および層状構造の端の部分からの元素の溶出が想定された。
被災地での放射性セシウムの吸収における植物種による吸収度合いの違いが、特定の根圏土壌における植物の強い作用によって引き起こされていることが初めて明らかにされた。植物の種類に応じた適切な対応策の設定が必要であることが示された。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Ionomic Profiling of Rice Genotypes and Identification of Varieties with Elemental Covariation Effects (2022)
  • 著者名/発表者名: Chengming Zhang、Tanaka Nobuhiro、Dwiyanti Maria Stefanie、Shenton Matthew、Maruyama Hayato、Shinano Takuro、Qingnan Chu、Jun Xie、Watanabe Toshihiro
  • 雑誌名: Rice Science 巻: 29 ページ: 76～88
  • DOI: 10.1016/j.rsci.2021.12.007
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effectiveness of non-exchangeable potassium quantified by mild tetrapheny boron extraction in estimating radiocesium transfer to soybean in Fukushima. (2022)
  • 著者名/発表者名: Wakabayashi, S., Eguchi, T., Nakao, A., Azuma, K., Fujimura, S., Kubo, K., Saito, M., Matsunami, H., Yanai, J.
  • 雑誌名: Science of The Total Environment 巻: 820 ページ: 153119
  • DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.153119
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] フィチン酸から探る土壌有機態リンの機能と動態 (2022)
  • 著者名/発表者名: 海野佑介
  • 雑誌名: 日本土壌肥料学雑誌 巻: 93 ページ: 34-39
  • DOI: 10.20710/dojo.93.1_34
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ethylene works as a possible regulator for the rootlet elongation and transcription of genes for phosphorus acquisition in cluster roots of Lupinus albus L. (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamada, H., Nishida, S., Wasaki, J.
  • 雑誌名: Soil Science and Plant Nutrition, 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1080/00380768.2022.2050662
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparative dynamics of potassium and radiocesium in soybean with different potassium application levels (2021)
  • 著者名/発表者名: Matsunami Hisaya、Uchida Tomoko、Kobayashi Hiroyuki、Ota Takeshi、Shinano Takuro
  • 雑誌名: Journal of Environmental Radioactivity 巻: 233 ページ: 106609～106609
  • DOI: 10.1016/j.jenvrad.2021.106609
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ionomic differences between tomato introgression line IL8-3 and its parent cultivar M82 with different trends to the incidence of blossom-end rot (2021)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Toshihiro、Tomizaki Ryota、Watanabe Ryotaro、Maruyama Hayato、Shinano Takuro、Urayama Masaru、Kanayama Yoshinori
  • 雑誌名: Scientia Horticulturae 巻: 287 ページ: 110266～110266
  • DOI: 10.1016/j.scienta.2021.110266
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Application of Finnish phlogopite to reduce radiocesium uptake by paddy rice (2021)
  • 著者名/発表者名: Eguchi Tetsuya、Ishikawa Tetsuya、Fujimura Shigeto、Ota Takeshi、Wakabayashi Shokichi、Matsunami Hisaya、Shinano Takuro
  • 雑誌名: Journal of Environmental Radioactivity 巻: 237 ページ: 106687～106687
  • DOI: 10.1016/j.jenvrad.2021.106687
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Possible solubilization of various mineral elements in the rhizosphere of Lupinus albus L. (2021)
  • 著者名/発表者名: Takao Atsuhide、Wasaki Jun、Fujimoto Hisae、Maruyama Hayato、Shinano Takuro、Watanabe Toshihiro
  • 雑誌名: Soil Science and Plant Nutrition 巻: 未定 ページ: 1～8
  • DOI: 10.1080/00380768.2021.1980355
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comparative study of radioactive cesium transfer from soil to peanut and soybean (2021)
  • 著者名/発表者名: Kubo Katashi、Maruyama Hayato、Fujimoto Hisae、Suzuki Masataka、Kan Ayane、Unno Yusuke、Shinano Takuro
  • 雑誌名: Soil Science and Plant Nutrition 巻: 67 ページ: 707～715
  • DOI: 10.1080/00380768.2021.1988829
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Review: Agricultural Countermeasure against Radiocesium Contaminated Field (2021)
  • 著者名/発表者名: Shinano T
  • 雑誌名: Journal of Biomedical Research & Environmental Sciences 巻: 2 ページ: 228～231
  • DOI: 10.37871/jbres1217
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distribution of pink-pigmented facultative methylotrophs isolated from the leaves of potato grown in different regions of Japan (2021)
  • 著者名/発表者名: Nobutaka SOMEYA, Masaharu KUBOTA, Yusuke UNNO, Tomohiro MOROHOSHI.
  • 雑誌名: Japan Agricultural Research Quarterly 巻: 55 ページ: 341-345
  • DOI: 10.6090/jarq.55.341
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of dauciform roots by Japanese native Cyperaceae and their contribution to phosphorus dynamics in soils. (2021)
  • 著者名/発表者名: Masuda, G., Maruyama, H., Lambers, H., Wasaki, J.
  • 雑誌名: Plant and Soil 巻: 461 ページ: 107-118
  • DOI: 10.1007/s11104-020-04565-6
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Leaf manganese concentrations as a tool to assess belowground plant functioning in phosphorus-impoverished environments. (2021)
  • 著者名/発表者名: Lambers, H. 他24名（22番目 J. Wasaki）
  • 雑誌名: Plant and Soil 巻: 461 ページ: 43-61
  • DOI: 10.1007/s11104-020-04690-2
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Recent insights into the metabolic adaptations of phosphorus deprived plants. (2021)
  • 著者名/発表者名: Dissanayaka, D.M.S.B., Wasaki, J.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 72 ページ: 199-223
  • DOI: 10.1093/jxb/eraa482
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] リンの輸送・吸収とホメオスタシス機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山田 大綱、和崎 淳.
  • 雑誌名: 日本土壌肥料学雑誌 巻: 92 ページ: 92-98
  • 査読あり
• [学会発表] これから歩む道-日本土壌肥料学会・日本学術会議の役割 (2021)
  • 著者名/発表者名: 信濃卓郎
  • 学会等名: 2021年度日本土壌肥料学会主催シンポジウム「原発事故から10年－これまで・今・これからの農業現場を考える」
  • 招待講演
• [学会発表] Progress on the agricultural activities and remaining problems in Fukushima after 10 years from the Fukushima accident (2021)
  • 著者名/発表者名: Takuro Shinano
  • 学会等名: NARO-IAEA/FAO International Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Recovery of agricultural products production in radioactive materials contaminated agricultural field after FDNPP accident (2021)
  • 著者名/発表者名: Takuro Shinano
  • 学会等名: NERIS
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 異なる土壌における白花ルーピンの根分泌物分布特性の可視化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 尹 永根, 鈴井 伸郎, 三好 悠太, 海野 佑介, 丸山 隼人, 和崎 淳, 菅 あやね, 圓尾 明子, 渡部 敏裕, 橋本 洋平, 内田 翔子, 信濃 卓郎, 河地 有木
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2021年度北海道大会
• [学会発表] 植物根圏イメージング技術の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 尹 永根, 鈴井 伸郎, 栗田 圭輔, 三好 悠太, 海野 佑介, 藤巻 秀, 中村 卓司, 信濃 卓郎, 河地 有木
  • 学会等名: QST高崎サイエンスフェスタ2021
• [学会発表] Development of New Imaging Method for Visualising Photosynthate Translocation and Release in Plant Root Systems (2021)
  • 著者名/発表者名: in Yong-gen, Suzui Nobuo, Kurita Keisuke, Miyoshi Yuta, Unno Yusuke, Fujimaki Shu, Nakamura Takuji, Shinano Takuro, Kawachi Naoki
  • 学会等名: 2021 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference, 2021 IEEE NSS MIC RTSD Conference Committee
  • 国際学会
• [学会発表] TPB 法と熱硝酸法の非交換性カリ抽出特性の違い (2021)
  • 著者名/発表者名: 若林正吉，江口哲也，中尾 淳，東 和喜，藤村恵人，久保堅司，矢内純太
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2021年度北海道大会
• [学会発表] 放射性トレーサー添加法を用いたリン酸施肥が牧草への放射性セシウム移行性に与える影響評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 海野 佑介, 武田晃, 山田大吾, 高久雄一
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2021年度北海道大会
• [学会発表] X線吸収微細構造解析を用いた雨水に添加した安定ルテニウムの短時間における化学形態変化調査 (2021)
  • 著者名/発表者名: 海野佑介, 武田晃, 高久雄一
  • 学会等名: 環境放射能研究会
• [学会発表] 低リン耐性植物の根分泌物による難利用性リン可給化機構に関する研究. (2021)
  • 著者名/発表者名: 和崎 淳
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2021年度北海道大会
  • 招待講演
• [学会発表] クラスター根を形成する植物の養分吸収 (2021)
  • 著者名/発表者名: 和崎 淳
  • 学会等名: 植物の栄養研究会 第6回研究交流会
  • 招待講演
• [学会発表] The cause that cluster root forms short rootlets in white lupin (Lupinus albus L.). (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamada, H., Nishida, S., Wasaki, J
  • 学会等名: 1th Symposium of the International Society of Root Research
  • 国際学会
• [学会発表] シロバナルーピンのクラスター根形成におけるエチレンの役割 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山田 大綱、西田 翔、和崎 淳
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2021年度北海道大会
• [学会発表] クラスター根形成種ヤマモモの低リン耐性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 愛原 健司、坪田 博美、和崎 淳
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2021年度北海道大会
• [学会発表] シロバナルーピン根域における土壌中リン形態に与える影響の局所的評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 菅 あやね、丸山 隼人、和崎 淳、渡部 敏裕、信濃 卓郎
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2021年度北海道大会
• [学会発表] 根圏有機物・ガスに関する植物栄養学研究の一視点. －根細胞壁・細胞膜での各種の化学的・物理的力と下流遺伝子群挙動への注目 (2021)
  • 著者名/発表者名: 我妻 忠雄、丸山 隼人、和崎 淳、渡部 敏裕
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2021年度北海道大会
• [学会発表] シロバナルーピン根域における土壌中リン動態に与える影響の局所的評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 菅 あやね、丸山 隼人、和崎 淳、立石 能子、渡部 敏裕、信濃 卓郎
  • 学会等名: 植物の栄養研究会 第6回研究交流会
• [学会発表] シロバナルーピンのクラスター根における小根伸長停止の要因 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山田 大綱、西田 翔、和崎 淳
  • 学会等名: 植物の栄養研究会 第6回研究交流会
• [学会発表] クラスター根形成種ヤマモモの低リン耐性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 愛原 健司、坪田 博美、和崎 淳
  • 学会等名: 植物の栄養研究会 第6回研究交流会
• [学会発表] 酸性ホスファターゼOsPAP23高発現に関わる遺伝子領域の同定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 齋藤 百花、西田 翔、和崎 淳
  • 学会等名: 植物の栄養研究会 第6回研究交流会
• [学会発表] 異なる圃場におけるダイズへの放射性セシウムの移行比較 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鈴木政崇、藤本久恵、浅枝諭史、丸山隼人、久保堅司、藤村恵人、渡部敏裕、信濃卓郎
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2021年度北海道大会
• [学会発表] Comparison of transfer of 137Cs to soybeans in different fields (2021)
  • 著者名/発表者名: SUZUKI Masataka, FUJIMOTO Hisae, ASAEDA Satoshi, MARUYAMA Hayato, KUBO Katashi, FUJIMURA Shigeto, WATANABE Toshihiro, SHINANO Takuro
  • 学会等名: IER International Symposium Fukushima 10 years: Forest, River, Ocean, and Food -Remaining issues for restoration
  • 国際学会
• [学会発表] 異なる交換性カリレベルがダイズのカリウム・セシウムの体内分配に与える影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鈴木政崇、藤本久恵、浅枝諭史、丸山隼人、久保堅司、藤村恵人、渡部敏裕、信濃卓郎
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会北海道支部会
• [図書] Root Systems in Sustainable Agricultural Intensification (2021)
  • 著者名/発表者名: Wasaki, J., Dissanayaka, D.M.S.B.
  • 総ページ数: 464
  • 出版者: Wiley-Blackwell
  • ISBN: 978-1-119-52540-0