植物根-土壌界面における分泌現象の実態解明

植物根-土界面分泌现象的阐明

• 批准号: 13876003
• 负责人: 飯嶋 盛雄
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-13876003/
• 关键词: 安定同位体水素; 根圏; 重水; 植物根; 土壌界面; トウモロコシ; 土壌鞘; 粘液分泌; 安定同位体炭素

植物根の表層部は粘液等の分泌物に覆われていることが知られている。この粘液層は水や無機塩の植物体への取り入れを介在する働きをもつだけでなく、土壌のさまざまな物理・化学的ストレスから根を保護することが示唆されている。粘液層は以上のような重要な働きを担うにもかかわらず、この層がどのような土壌条件においてどの程度根の表面を覆っているのかは全く明らかにされてはいない。本研究では、植物根の根圏土壌中での粘液分泌動態を視覚的に明らかにするとともに、根圏土壌内の安定同位体炭素および水素の濃度勾配から、分泌物の土壌中への拡散範囲を定量的に把握することを目的とした。3ヵ年の研究で、植物根による根圏土壌中への粘液分泌動態をCCDカメラにより視覚的に捉え、分泌が日周変動することを明らかにした。さらに、トウモロコシを^<13>CO_2とD_2Oで暴露し、根圏土壌中に放出される安定同位体の存在量を分析し、土壌の乾燥条件下では炭素の放出量は増加するが、水の放出量は減少することを明らかにした。しかしながら根圏土壌内の安定同位体の濃度勾配については、根に付着した土壌鞘の外側への同位体の放出が確認できなかった。現行の方法論では、根の周辺部における根圏土壌と非根圏土壌を選別すること、言い換えれば根毛の発達により形成される土壌鞘と非土壌鞘の選別にはある程度時間がかかる。そのため、解剖顕微鏡下での土壌の選別作業中に土壌水が蒸発し、その結果同位体分別が起こっていることが推定される。そこで、飛行時間型2時イオン質量分析計により土壌表面における同位体水素の検出を試みることを新たな目標として設定した。そのための予備的な試みとして、トウモロコシをD_2Oで暴露し、根軸内での安定同位体の分布を調査しているところである。現状では、同位体が根全体に均一に分布する像しか得られていない。この理由は現状では不明であり、今後、異なる条件下で測定を繰り返すことにより、技術的な問題点を解明していきたい。

众所周知，植物根部的表层覆盖有粘液等分泌物。有人认为，这种粘液层不仅介导植物体对水和无机盐的吸收，而且还可以保护根部免受土壤中各种物理和化学胁迫的影响。尽管具有上述重要功能，但粘液层在什么土壤条件下覆盖根部表面以及该层覆盖根部表面的程度如何，根本不清楚。在本研究中，我们直观地阐明了植物根系根际土壤中粘液分泌的动态，并根据根际土壤中稳定同位素碳和氢的浓度梯度确定了分泌物扩散到土壤中的范围。研究的目的是定量地了解在一项为期三年的研究中，我们使用 CCD 相机直观地捕捉了植物根部向根际土壤分泌粘液的动态，并发现分泌量每天都有波动。此外，我们将玉米暴露于^ 13 CO_2和D_2O并分析释放到根际土壤中的稳定同位素的丰度，结果表明释放量减少。然而，关于根际土壤中稳定同位素的浓度梯度，可以确认没有同位素释放到根部附着的土鞘外部。以目前的方法，需要一定的时间来理清根际土壤和根部周围的非根际土壤，即理清根毛发育形成的土鞘和非土鞘。因此，假设在解剖显微镜下土壤分选过程中土壤水分蒸发，导致同位素分馏。因此，我们设定了一个新的目标，尝试使用飞行时间两小时离子质谱仪检测土壤表面的同位素氢。作为为此目的的初步尝试，我们目前正在将玉米暴露于 D_2O 中并研究稳定同位素在根轴内的分布。目前，仅获得同位素均匀分布在整个根部的图像。目前尚不清楚其原因，我们希望将来通过在不同条件下重复测量来阐明技术问题。

项目成果

T P. Rao, Yano K, Iijima M, Yamauchi A, Tatsumi J.: "Regulation of rhizosphere acidification by photosynthetic activity in cowpea(Vigna unguiculata L.Walp) seedlings"Annals of Botany. 89. 213-220 (2002)

T P. Rao、Yano K、Iijima M、Yamauchi A、Tatsumi J.：“豇豆（Vigna unguiculata L.Walp）幼苗光合活性对根际酸化的调节”植物学年鉴。

Theertham P.R., Yano K, Iijima M, Yamauchi A, Tatsumi J.: "Regulation of rhizosphere acidification by photosynthetic activity in cowpea (Vigna unguiculata L. Walp) seedlings"Annals of Botany. 89. 213-220 (2002)

Theertham P.R.、Yano K、Iijima M、Yamauchi A、Tatsumi J.：“豇豆（Vigna unguiculata L. Walp）幼苗光合活性对根际酸化的调节”植物学年鉴。

東江ら64名: "温故知新-日本作物学会創立75周年記念総説集"日本作物学会. 292 (2003)

Higashie等64人：《向过去学习——纪念日本作物科学会成立75周年评论集》日本作物科学会292（2003年）。

T P. Rao, Tsueda J, Tatsumi J, Iijima M: "Root exudation of C and H_2O : implications to soil compaction and drought stresses"Proceedings of the 6^<th> Symposium of the International Society of Root Research. 138-139 (2001)

T P. Rao、Tsueda J、Tatsumi J、Iijima M：“C 和 H_2O 的根渗出：对土壤压实和干旱胁迫的影响”国际根系研究学会第六届研讨会论文集。

Bengough, A.G., Iijima, M., Barlow, P.W.: "Image Analysis of Maize Root Caps - Estimating Cell Numbers from 2-D Longitudinal Sections"Annals of Botany. 87. 693-698 (2001)

Bengough, A.G.、Iijima, M.、Barlow, P.W.：“玉米根冠的图像分析 - 从二维纵向切片估计细胞数量”植物学年鉴。