作物根による物質吸収と分泌のリアルタイム画像化と定量的解析システムの開発

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23380155
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 農業情報工学
• 研究機関: 独立行政法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 藤巻 秀 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門・量子ビーム応用研究センター, グループリーダー (20354962)
• 研究分担者: 中村 進一 秋田県立大学, 生物資源科学部, 准教授 (00322339) ; 信濃 卓郎 独立行政法人農業, 食品産業技術総合研究機構・福島研究拠点農業放射線研究センター, センター長 (20235542) ; 鈴井 伸郎 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門・量子ビーム応用研究センター, 研究副主幹 (20391287)
• 連携研究者: 河地 有木 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門・量子ビーム応用研究センター, 研究副主幹 (70414521) ; 石井 里美 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門・量子ビーム応用研究センター, 研究員 (10391286) ; 尹 永根 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門・量子ビーム応用研究センター, 博士研究員 (50609708)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 非破壊計測 / ポジトロンイメージング / PETIS / ガンマカメラ / 根圏 / 吸収 / 分泌 / 元素動態

研究概要

根系による物質吸収と根からの物質分泌は、農業生産にとって最も重要な機能であるにもかかわらず、土中にあるため、従来、その機能を観測・解析することは困難であった。
本課題では、ポジトロンイメージング等のラジオアイソトープ（RI）イメージング技術を基盤として、根と近傍領域のRIの撮像技術、動画像解析技術などを新たに開発することにより、こうした根の機能を動画像データとして捉え、定量的に解析評価する手法を確立した。さらにそれを利用してカドミウムやセシウム等の吸収や有機物の分泌に関する根の重要な機能や性質を解析・解明することに成功し、本手法が植物機能・農学の研究に効果的であることを示した。

研究成果

• [雑誌論文] A kinetic analysis of cadmium accumulation in a Cd hyper-accumulator fern (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshihara, T., Suzui, N., Ishii, S., Kitazaki, M., Yamazaki, H., Kitazaki, K., Kawachi, N., Yin, Y.-G., Ito-Tanabata, S., Hashida, S.-n., Shoji, K., Shimada, H., Goto, F. and Fujimaki, S
  • 雑誌名: Athyrium yokoscense, and tobacco plants. Plant Cell Environ 巻: 37 ページ: 1086-1096
  • DOI: 10.1111/pce.12217
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nitrate facilitates cadmium uptake, transport and accumulation in the hyperaccumulator Sedum plumbizincicola (2013)
  • 著者名/発表者名: Hu, P., Yin, Y.-G., Ishikawa, S., Suzui, N., Kawachi, N., Fujimaki, S., Igura, M., Yuan, C., Huang, J., Li, Z., Makino, T., Luo, Y., Christie, P. and Wu, L
  • 雑誌名: Environ. Sci. Pollut. Res 巻: 20 ページ: 6306-6316
  • DOI: 10.1007/s11356-013-1680-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of glutathione to roots selectively inhibits cadmium transport from roots to shoots in oilseed rape (2013)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, S., Suzui, N., Nagasaka, T., Komatsu, F., Ishioka, N.S., Ito-Tanabata, S., Kawachi, N., Rai, H., Hattori, H., Chino, M. and Fujimaki, S
  • 雑誌名: J. Exp. Bot 巻: 64 ページ: 1073-1081
  • DOI: 10.1093/jxb/ers388
  • 査読あり
• [雑誌論文] 植物における放射性カドミウムの非破壊イメージング (2013)
  • 著者名/発表者名: 鈴井 伸郎
  • 雑誌名: Radioisotopes 巻: 62 ページ: 61-63
  • 査読あり
• [雑誌論文] 土壌-植物系における放射性セシウム動態のイメージング (2012)
  • 著者名/発表者名: 尹 永根, 河地 有木
  • 雑誌名: 放射線と産業 巻: 132 ページ: 7-11
• [学会発表] Live-Imaging Technologies at Center Stage : Can They Provide Practical Answers in Plant Nutrition? (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Fujimaki
  • 学会等名: 8th International Conference on Isotopes
  • 発表場所: Hyatt Regency Chicago(アメリカ・シカゴ)
  • 年月日: 20140824-29
  • 招待講演
• [学会発表] 植物ポジトロンイメージング(PETIS)の技術的概観 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤巻 秀
  • 学会等名: 日本植物生理学会シンポジウム「ライブイメージング : RI が教えてくれる植物の元素動態」
  • 発表場所: 富山大学五福キャンパス(富山市)
  • 年月日: 2014-03-18
  • 招待講演
• [学会発表] RIイメージング技術を用いた植物体内におけるカドミウムの動態解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鈴井 伸郎
  • 学会等名: 第31回土・水研究会
  • 発表場所: つくば国際会議場(つくば市)
  • 年月日: 2014-02-26
  • 招待講演
• [学会発表] ダイズ根系が根圏土壌へ分泌した有機物の可視化と定量解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 尹 永根, 鈴井 伸郎, 河地 有木, 石井里美, 小柳 淳, 信濃 卓郎, 藤巻 秀
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2013年度名古屋大会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス(名古屋市)
  • 年月日: 20130911-13
• [学会発表] 根圏イメージングによるカドミウム動態のイネ品種間差の解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 鈴井 伸郎, 石川 覚, 伊藤 小百合, 石井 里美, 井倉 将人, 安部 匡, 倉俣 正人, 河地 有木, 藤巻 秀
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2013年度名古屋大会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス(名古屋市)
  • 年月日: 20130911-13
• [学会発表] 根に与えたグルタチオンが植物体内のカドミウム分配に及ぼす影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中村 進一, 鈴井 伸郎, 尹 永根, 石井里美, 河地 有木, 頼 泰樹, 服部 浩之, 藤巻 秀
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2013年度名古屋大会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス(名古屋市)
  • 年月日: 20130911-13
• [学会発表] 植物体における放射性セシウム動態のガンマカメラを用いたイメージング (2013)
  • 著者名/発表者名: 藤巻 秀, 河地 有木, 尹 永根, 鈴井 伸郎, 石井 里美, 渡部 浩司, 山本 誠一
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2013年度名古屋大会
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス(名古屋市)
  • 年月日: 20130911-13
• [学会発表] Live-imaging of Radiocesium Transport in Plants (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Fujimaki, N. Kawachi, Y.-G. Yin, N. Suzui, S. Ishii, H. Watabe, S. Yamamoto
  • 学会等名: 17th International Plant Nutrition Colloquium
  • 発表場所: Istanbul Convention and Exhibition Center(トルコ・イスタンブール)
  • 年月日: 20130819-22
• [学会発表] Direct imaging and analysis of root uptake for cadmium using ^<107>Cd (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Suzui, S. Ishikawa, S. Ito-Tanabata, S. Ishii, M. Igura, T. Abe, M. Kuramata, N. Kawachi, S. Fujimaki
  • 学会等名: 17th International Plant Nutrition Colloquium
  • 発表場所: Istanbul Convention and Exhibition Center(トルコ・イスタンブール)
  • 年月日: 20130819-22
• [学会発表] Effects of glutathione, applied to roots specifically, on Cd behavior in oilseed rape plants (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Nakamura, N. Suzui, Y.-G. Yin, S. Ishii, N. Kawachi, H. Rai, H. Hattori, S. Fujimaki
  • 学会等名: 17th International Plant Nutrition Colloquium
  • 発表場所: Istanbul Convention and Exhibition Center(トルコ・イスタンブール)
  • 年月日: 20130819-22
• [学会発表] 植物体内の養分と有害物質の動きを画像化する「放射線イメージング技術」 (2013)
  • 著者名/発表者名: 藤巻 秀
  • 学会等名: 東京理科大学基礎工学部公開セミナー
  • 発表場所: 東京理科大学葛飾キャンパス(東京都葛飾区)
  • 年月日: 2013-07-19
  • 招待講演
• [学会発表] 培地-根-地上部におけるカドミウム動態のライブイメージング (2012)
  • 著者名/発表者名: 藤巻 秀, 鈴井 伸郎ら
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会
  • 発表場所: 鳥取大学(鳥取市)
  • 年月日: 2012-09-05
• [学会発表] ポジトロンイメージング技術を用いた幼少期シロイヌナズナにおける光合成産物の転流解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小柳 淳ら
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会
  • 発表場所: 鳥取大学(鳥取市)
  • 年月日: 2012-09-05
• [学会発表] カドミウム極低コシヒカリ変異体のカドミウム吸収特性 -ポジトロンイメージング解析と吸収速度論解析- (2012)
  • 著者名/発表者名: 井倉 将人ら
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会
  • 発表場所: 鳥取大学(鳥取市)
  • 年月日: 2012-09-05
• [学会発表] ガンマカメラを用いた植物中放射性セシウムイメージングの試み (2012)
  • 著者名/発表者名: 河地 有木, 尹 永根, 鈴井 伸郎, 石井里美, 渡部 浩司, 山本 誠一, 藤巻 秀
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会
  • 発表場所: 鳥取大学(鳥取市)
  • 年月日: 2012-09-05
• [学会発表] 植物体の地上部へのカドミウムの移行と蓄積を抑制するグルタチオンの効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中村 進一, 鈴井 伸郎, 近藤 ひかり, 河地 有木, 尹 永根, 石井 里美, 頼 泰樹, 服部 浩之, 藤巻 秀
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会
  • 発表場所: 鳥取大学(鳥取市)
  • 年月日: 2012-09-05
• [学会発表] 土壌-植物系における放射性セシウムの動態の解析への取り組み (2012)
  • 著者名/発表者名: 藤巻 秀
  • 学会等名: 平成24年春季第59回応用物理学関係連合講演会シンポジウム
  • 発表場所: 早稲田大学(東京都)
  • 年月日: 2012-03-15
  • 招待講演
• [学会発表] 目に見えない放射線を測る技術, 可視化する技術 (2012)
  • 著者名/発表者名: 藤巻 秀
  • 学会等名: その農地汚染問題への応用, 文科省特別研究プロジェクト・しもつけバイオクラスターフォーラム「北関東の農耕地における放射性物質汚染の現状と対策」
  • 発表場所: 宇都宮大学(栃木県)
  • 年月日: 2012-02-21
  • 招待講演
• [学会発表] 放射性降下物の土壌から植物への移行解析と土壌浄化への取り組み (2011)
  • 著者名/発表者名: 藤巻 秀
  • 学会等名: 第6回高崎量子応用研究シンポジウム
  • 発表場所: 高崎シティギャラリー(群馬県)
  • 年月日: 2011-10-13
• [備考] 独立行政法人日本原子力研究開発機構R Iイメージング研究グループ・ホ-ムページ
  • URL: http://www.taka.jaea.go.jp/rab_div/pnr/index_j.html
• [備考] 独立行政法人日本原子力研究開発機構量子ビーム応用研究部門(H26年4月より量子ビーム応用研究センター)研究年報"Annual Report QuBS 2013"
  • URL: http://qubs.jaea.go.jp/annual/index.html