強酸性ストレスに対する植物の応答機構の生理・生化学的および分子生物学的解析

植物对强酸性胁迫响应机制的生理、生化和分子生物学分析

• 批准号: 06J53181
• 负责人: 加島 洋亨
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Nihon University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06J53181/
• 关键词: 強酸性耐性; イオウ代謝; システイン合成酵素; システイン; グルタチオン; 重金属過剰; マンガン; 鉄; ストレス耐性; ケナフ; 根圏域の中和作用; アンモニア分泌; フェニルアラニン; PAL; 根の生理活性

酸性硫酸塩土壌で生育できる植物は、強酸性や可溶化したMn・FeやAIなどの過剰障害、Alによるリン酸固定に起因するリン欠乏や塩基溶脱による貧栄養などの複合ストレスに対して適応する能力を有していることが考えられる。これまでに酸性硫酸塩土壌で生育できる植物は、多量に存在するイオウを積極的に吸収利用することによって適応機能を発現している可能性について検討した結果、強酸性条件下における植物の生育とシステイン合成酵素(CSase)活性の間には正の相関があり、強酸性条件下で生育が比較的良好な植物は、CSase活性が高い傾向にあることを明らかにした。そこで、本年度は、植物の強酸性抵抗性に果たすCSase活性の役割について検討した。強酸性条件下で生育が比較的良好でCSase活性が高いケナフ・ソバと、生育抑制が大きくCSase活性が低いクローバー・バジルを供試植物として、これら4植物を水耕栽培しMnは5〜200pppm処理、Feは1.4〜140ppm処理し、生育と体内重金属含有率との関係を比較検討した。その結果、ケナフやソバは、Mn50ppm、Fe70ppmから過剰害は現れたが、レッドクローバーやスイートバジルはMn10ppm、Feは14ppmでも過剰障害が生じ、重金属の過剰害が発生する濃度に大きな差異が認められた。そこで、過剰害が発現する処理濃度の違いが何に起因するかを明らかにするために、体内重金属含有率とリガンドとしてのシステイン(Cys)やグルタチオン(GSH)含有率との関係を検討した。その結果、ケナフやソバは、体内重金属含有率の増加に伴ってCysあるいはGSH含有率が増加するのに対して、クローバーやバジルではその増加が見られなかった。このCysやGSHはイオウ代謝系で合成されており、強酸性条件下で生育が比較的良好な植物は、CSase活性が高いという結果を支持するものと考える。

可以在酸性硫酸盐土壤中生长的植物适应复杂的胁迫，例如强酸性，可溶性锰、铁和铝的过度损害，由于铝固定磷酸盐而导致的缺磷，以及由于碱浸而导致的营养不足。有能力这样做。到目前为止，我们已经研究了能够在酸性硫酸盐土壤中生长的植物通过主动吸收和利用丰富的硫来表达适应性功能的可能性，结果表明半胱氨酸合酶（CSase）活性与硫磺之间存在正相关关系。在强酸性条件下生长相对良好的植物往往具有较高的CSase活性。因此，今年我们研究了CSase活性在植物抗强酸性中的作用。以在强酸性条件下生长相对较好、CSase活性较高的红麻和荞麦，以及生长抑制较大、CSase活性较低的三叶草和罗勒为试验植物，对这四种植物进行水培，测定Mn含量。在1.4～140ppm下进行5～200ppm的Fe处理，比较并研究生长与体内重金属含量之间的关系。结果，对于红麻和荞麦，在Mn 50ppm和Fe 70ppm时出现过度损害，但对于红三叶草和甜罗勒，即使在Mn 10ppm和Fe 14ppm时也发生过度损害，并且在浓度上观察到很大差异。发生了过量的重金属损伤。因此，为了弄清楚是什么原因导致治疗浓度差异造成过度伤害，我们研究了体内重金属含量与作为配体的半胱氨酸（Cys）和谷胱甘肽（GSH）含量之间的关系。结果，红麻和荞麦的Cys或GSH含量随着体内重金属含量的增加而增加，而三叶草和罗勒则没有观察到这种增加。这种Cys和GSH是在硫代谢系统中合成的，我们相信这支持了在强酸性条件下生长相对良好的植物具有较高CSase活性的发现。

项目成果

Functional analysis of adaptation of plants to strongly acidic soil.

植物适应强酸性土壤的功能分析。

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proceedings of 18^<th> World Congress of Soil Science
• 作者: Hiroyuki Kashima;Hitomi Mase;Fumie Shinmachi;Akira Noguchi;Satohiko Sasaki;Isao Hasegawa
• 通讯作者: Isao Hasegawa

植物の強酸性ストレスに対する応答機構の解析-酸性条件下での植物による根圏域の中和作用について-

植物对强酸性胁迫的响应机制分析-酸性条件下植物对根际的中和作用-

• 发表时间: 2006
• 期刊: 日本土壌肥料学会 講演要旨集 第52集
• 作者: (吉光喜太郎);正宗賢;原大樹;大沼健太郎;貞弘晃宜;福井康裕;橋本大定;宮脇富士夫;加島 洋亨;大槻玲;H.Kashima;加島 洋亨
• 通讯作者: 加島 洋亨

Development of New Bioremediation Systems of Acid Sulfate Soil for Agriculture and Forestry.(ISBN 978-4-87974-608-5)

农林酸性硫酸盐土壤新型生物修复系统的开发。(ISBN 978-4-87974-608-5)

• 发表时间: 2008
• 作者: (吉光喜太郎);正宗賢;原大樹;大沼健太郎;貞弘晃宜;福井康裕;橋本大定;宮脇富士夫;加島 洋亨;大槻玲;H.Kashima;加島 洋亨;加島 洋亨;Hiroyuki Kashima
• 通讯作者: Hiroyuki Kashima

酸性条件下で生育する植物のストレス応答特性

酸性条件下植物的逆境响应特性

• 发表时间: 2008
• 期刊: 日本土壌肥料学会 講演要旨集 53
• 作者: (吉光喜太郎);正宗賢;原大樹;大沼健太郎;貞弘晃宜;福井康裕;橋本大定;宮脇富士夫;加島 洋亨
• 通讯作者: 加島 洋亨