Understanding the mechanism of pine cone opening and closing motion using novel pretreatment techniques and structural analysis

使用新颖的预处理技术和结构分析了解松果打开和关闭运动的机制

基本信息

批准号：
22K19203
负责人：
堀川祥生
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

マツ科マツ属の球果である「松かさ」は種子を遠方へと散布する生存戦略のため湿度に応じて開閉する。松かさ鱗片の基部は2層構造を形成しており、一方は湿度に応じて不変であるが、他方は湿度に応じて伸縮する。後者は独特な配向をしたセルロースが細胞壁に堆積することで特異的な機能を発現している。しかし、細胞壁成分はセルロースだけでなく、マトリックス成分もあるが、その役割については未だ解明されていない。また開閉運動へとエネルギーを伝達するセルロース―水の相互作用やその粘弾性についても不明なままである。したがって、本研究では特定の構成成分のみを除去する前処理技術を駆使し、松かさの屈曲機構の解明を目的とする。2022年度は松かさ鱗片に対し、その階層構造を維持したまま非セルロース成分を除去する化学処理条件の最適化を図った。エチレングリコールを用いたアルコリシスについて検討したところ、効果的にマトリックス成分を除去する条件を見出した。さらに条件に応じて構成成分を制御できることも明らかとなった。加えて、亜塩素酸ソーダ処理を行うことで、形態を維持したままほぼ完全に脱色され非セルロース成分がフリーな鱗片の調製に成功した。次に組織・細胞構造から微細構造に至る階層増構造評価を行った。各種顕微鏡観察およびX線回折測定により、細胞構造からセルロースミクロフィブリルの配向および結晶構造も維持されていることを確認した。以上から、マクロからミクロにまでおよぶ各段階の構造を維持したまま非セルロース成分を選択的に除いた松かさ鱗片の調製に成功した。

菠萝是菠萝属的锥体，由于其生存策略散布了较远的种子，因此根据湿度打开和关闭。松锥尺的底部形成了两层结构，其中一种不断取决于湿度，而另一个则根据湿度伸展和收缩。后者通过在细胞壁上以独特的方向沉积纤维素来表现出特定的功能。但是，细胞壁成分不仅是纤维素，而且是基质成分，而且尚未阐明它们的作用。将能量转移到开口和关闭运动及其粘弹性的纤维素水的相互作用仍然未知。因此，本研究旨在通过使用仅去除特定组件的预处理技术来阐明松锥的弯曲机制。在2022年，我们优化了用于去除松锥尺的非纤维素成分的化学处理条件，同时保持其分层结构。当研究使用乙二醇的酒精分析时，发现从基质成分中有效去除条件。还揭示了可以根据条件控制组件。此外，通过进行氯酸钠处理，保持形态，并且尺度几乎完全脱色，并且不含非纤维素成分，成功制备了。接下来，进行了从组织和细胞结构到微结构的分层结构评估。各种显微镜观测和X射线衍射测量结果证实，还从细胞结构中维持了纤维素微纤维方向和晶体结构。从以上，我们成功制定了松树锥量表，这些鳞片有选择地消除非纤维素成分，同时维持从宏到微观的每个阶段的结构。