植物の物質循環に関する基礎研究

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環境を回復するためには、物理・化学的手法には限界があり、もはや植物に頼らざるを得ないことは明白となってきている。そこで、本研究では植物個体が環境元素をどのように取り込みまたリサイクルを行っているかを調べ、環境回復を図るための手法開発の基礎データとすることを目的に実験を進めた。ダイズを水耕法で生育させ、種子形成後までの6ステージの植物体を5〜10本採取した。この各生育段階の植物体を、根、茎、葉などのすべての組織に切り分け、各々、放射化分析法による元素の定量を行った。照射は日本原子力研究所研究用原子炉、JRR・3Mを用いた。照射した総熱中性子束は、1.5x10^<14>n・cm^2であった。照射後、γ線スペクトロメトリにより、Na、KおよびMg、Ca等の必須元素ならびにAlの定量を行った。その結果、各生育段階でこれらの元素がどのように吸収され、かつ植物体内に分布するかが示された。Naは全ての生育段階で根のみに蓄積されたが、他の元素は地上部へ以降され、特にKは葉よりも葉柄中の濃度が常に3〜4倍高く維持されていた。そこで、植物の元素リサイクルシステムのモデルを構築し、得られたデータを用いて植物が吸収した元素がどのようにリサイクルされ次世代以降に使用されていくかをシミュレートした。その結果、リサイクル活動の最も律速となる元素はKであることが示された。また、水耕液中に環境ストレスとしてVを100μM添加して同様の実験を行い、植物体内における元素濃度の変化、ならびに元素がどのようにリサイクルされるかのシミュレーションを行った。Vが添加されたことにより、K、Mg、Caなどの吸収量は50%以下となり、特に生育後期における減少が顕著であった。また、我々が提示した本モデルおよびシミュレーション法は環境評価システムとして有用なことも示された。