Development of a novel real-time abiotic stress detection method for plants to contribute increase of food production

开发一种新颖的实时植物非生物胁迫检测方法以促进粮食产量的增加

基本信息

批准号：
20K05572
负责人：
呉行正
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Fukuoka Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

従来の植物計測はある空間、時間内の平均的な生理活性物質の濃度変化しか測定できず、葉、茎、根等の部位別での物質の出入りの測定ができない。本研究は植物表面における酸素、二酸化炭素等の生理的活性物質をリアルタイムでin-situにモニタリングするビーム偏向／蛍光消光法を開発し、さらに水生植物の呼吸過程・光合成過程へ応用できることを明らかにした。また、葉、茎、根など各部位近傍の物質輸送過程が異なることも明らかにした。さらに、水生植物の非生物的ストレス（重金属イオンの影響等）への応答過程もモニタリングした。本法により、アナカリスなどの水生植物が水に微量な重金属イオンが存在すると生理活動が大いに変化することを明らかにした。従来では重金属イオンの濃度が10μM以上の濃度で研究をされてきているが、本研究では1μM以下の重金属イオンの水生植物へのストレスも検出され、さらに、肥料が存在するとそのストレスも変わることも分かった。また、測定系の改良も同時に行われた。今まで植物の周縁でプローブ光を通し、その偏向信号と溶存酸素による蛍光消光を測定してきたが、呼吸・光合成が最も盛んな葉の表面も測定できるような測定系も検討している。

常规的植物测量只能测量在特定空间或时间中生理活性物质的平均浓度变化，并且不能按位置（例如叶子，茎和根）测量物质的入口和流出。这项研究开发了一种梁挠度/荧光淬火方法，该方法可以实时监测植物表面上的生理活性物质，例如氧气和二氧化碳，并发现它可以应用于水生植物的呼吸道和光合作用过程。还揭示了每个地点周围的物质运输过程，例如叶子，茎和根部，都不同。此外，监测了水生植物对非生物应激的反应过程（例如，重金属离子的影响）。该方法表明，当水中植物（如Anachris）存在着痕量的重金属离子时，生理活性会发生很大变化。传统上，已经研究了重金属离子的浓度以10μm或更高的浓度研究，但是在这项研究中，还检测到了水生植物上重金属离子1μm或更低的应力，还发现肥料的存在变化。另外，测量系统也同时改进了。到目前为止，探针光通过植物的外围，并且已经测量了由于溶解氧而引起的挠度信号和荧光淬灭，但是我们还在考虑可以测量的系统，这些系统也可以测量叶子表面，其中呼吸和光合作用最活跃。