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

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。

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。