化石燃料の消費によって大気中に放出された硫黄酸化物(SOx)や窒素酸化物(NOx)による酸性雨・酸性霧は地球規模の環境問題である。降雨などに混じる酸性物質(硫酸、硝酸など)が直接的もしくは間接的に植生や農作物の生産性・品質に少なからぬ影響を及ぼすことが懸念される。降雨の酸性化と同様に雪氷の酸性化(酸性雪)も徐々に進行している。酸性雪は冬期間かつ寒冷地域での気象現象であるため、酸性雨に比べてその関心度は低い。酸性雪は地表面に留まる時間が長いため、酸性雪に覆われた植物は、氷点下温度と酸性物質による複合的環境ストレスを長期間にわたって被ることになる。そのため、酸性雪は融雪後の植物の生長に影響を及ぼす環境要因のひとつと考えられるが、酸性雪による植物への影響やその応答性について検証した例は見ない。そこで本研究では、酸性雪によるストレスを実験室レベルでシミュレーションし、酸性雪による越冬性植物の傷害発生機構を解析して酸性雪耐性付与への分子基盤の構築を目指した。これまでに、越冬性作物である冬小麦を用い、酸性雪ストレスをシミュレーションする実験系を構築して酸性雪ストレスに対する冬小麦緑葉の応答性を調べてきた。その結果、酸性物質(硫酸)存在下で凍結融解処理することによって冬小麦緑葉の生存率が低下するのは、共存する硫酸が凍結濃縮されることによって生じるpH低下が主たる要因であることを明らかにした(Plant and Cell Physiology誌に掲載予定)。しかし、酸性雪ストレスによる越冬性作物の傷害発生の分子機構を詳細に解明するまでにはまだ至っていない。今後も当研究課題に関連した生理学的・生化学的解析を継続し、越冬性植物の分子育種による酸性雪耐性の付与や酸性雪耐性品種の選抜による生産性向上・植生回復などへ応用するための分子基盤の構築を試みる所存である。
1 0 0 0 OA 過冷却促進(抗氷核)ポリフェノールによる 組換え氷核タンパク質の氷核活性阻害
- 著者
- 出原 信大 桑原 慎子 鈴木 伸吾 小髙 優子 藤川 清三 荒川 圭太
- 出版者
- 低温生物工学会
- 雑誌
- 低温生物工学会誌 (ISSN:13407902)
- 巻号頁・発行日
- vol.63, no.2, pp.155-160, 2017 (Released:2018-04-14)
It is known that some polyphenols with anti-ice nucleation activity decrease freezing temperature of the solution containing ice nucleators, resulting in maintenance of supercooling state of the solution for a long periods. In the previous study, recombinant proteins of Erwinia ananas ice nucleation protein, inaA with histidine-tag (His-inaA) were expressed in Escherichia coli cells and ice nucleation activity was detected in the cell suspension. In the present study, the purification and the characterization of His-inaA proteins from transformed E. coli cells were done to study the mechanism of anti-ice nucleation of these polyphenols in solutions containing inaA. When the extracts of E. coli cells expressing His-inaA were fractionated into soluble, membrane and inclusion body fractions, ice nucleation activities were detected in all three fractions. Then, His-inaA was purified from the soluble fraction by affinity column chromatography and ice nucleation activity of the purified His-inaA fraction was detected. Further, it is confirmed that anti-ice nucleation activity of polyphenols was detected in solutions containing His-inaA.
1 0 0 0 酸性条件下における越冬性植物の凍結傷害機構
- 著者
- 稲田 秀俊 伊藤 利章 長尾 学 藤川 清三 荒川 圭太
- 出版者
- 日本植物生理学会
- 雑誌
- 日本植物生理学会年会およびシンポジウム 講演要旨集
- 巻号頁・発行日
- vol.2005, pp.381, 2005
我々は、酸性雪が越冬性植物に及ぼす影響を調べるため、冬小麦(<I>Triticum aestivum</I> L. cv. Chihokukomugi)緑葉の組織切片を用いて酸性条件下で耐凍性試験を行い、酸性雪ストレスによる越冬性植物の傷害発生機構の解析を進めてきた。これまでに冬小麦の緑葉を硫酸溶液(pH 2.0)の存在下で細胞外凍結させると融解後の生存率が著しく低下することを明らかにした。本研究では、気温の寒暖差の大きい初冬や初春に酸性融雪水中で植物が凍結融解される影響を見積もるため、冬小麦緑葉の切片を純水または硫酸溶液の存在下で平衡凍結融解を繰り返し行った。すると、硫酸溶液共存下では凍結融解を繰り返す度毎に緑葉の生存率は徐々に低下し、純水で処理したものに比べてより生存率が低下した。次に、冬小麦緑葉組織の凍結融解過程のどの段階で酸性化すると生存率が低下するかを調べるために、硫酸溶液を添加する時期を植氷前、融解時、融解後にそれぞれ設定して耐凍性試験を行い、緑葉組織の生存率への影響について評価した。その結果、細胞外凍結した冬小麦の緑葉組織では、融解時に酸性物質が存在することが傷害発生を助長させる要因となりうることが予想された。