大豆根の湿害を地上部での生物フォトン測定により検出できる

要約

大豆植物体において土壌環境下で起こる湿害や乾燥ストレス等を生物フォトンの放射量の相違によって識別でき、根の湿害を地上部で植物体の非破壊系で検出するために生物フォトン照射を利用できる。

• キーワード:大豆、湿害、出芽期、プロテオミクス、生物フォトン
• 担当:作物開発・利用・麦・大豆遺伝子制御
• 代表連絡先:電話 011-857-9382
• 研究所名:作物研究所・畑作物研究領域
• 分類:研究成果情報

背景・ねらい

わが国の水田転換畑における大豆の栽培では、湿害が発生し生産が不安定となるので、湿害を早期に発見し回避する技術が必要である。大豆は出芽期の数日間の冠水ストレスで根に障害が発生しその後の生育遅延を招くため、湿害発生を早期に検出することが重要である。一方、生物フォトンは、乾燥、塩、高温・低温、病原菌等に基づく、呼吸阻害や膜阻害等で放射される生命活動に付随した発光である。そこで、大豆植物体において土壌環境下で起こる湿害を地上部で簡便に検出するために、生物フォトン放射を利用する。

成果の内容・特徴

• 大豆における生物フォトン測定の条件を検討した結果、アスコルビン酸ペルオキシダーゼ酵素活性測定の条件を利用することができる。そこで、in vitroの系における最適条件を設定するために、過酸化水素濃度の条件を検討した結果、生物フォトンの放射量は過酸化水素の濃度に依存し、0.056%過酸化水素をタンパク質抽出液へ添加することが最適である(図1)。
• 大豆を播種3日目で経時的に冠水、乾燥、塩および重金属等で5日間処理し根を採取し、大豆根のタンパク質抽出液に対して生物フォトンを測定した結果、生物フォトンの発生量は乾燥処理では対照より低く、冠水処理では対照より高く、冠水ストレスを他のストレスと識別できる(図1)。なお、塩処理および重金属処理では、乾燥処理と同様、対照より低い生物フォトン量を示す。
• 大豆を播種3日目で冠水処理し、5日目で根を採取し、タンパク質抽出液(in vitro)および植物体(in vivo)に対して生物フォトンを測定した結果、in vitroと同様に非破壊条件下でも生物フォトンを測定できることが明らかである(図2)。
• 大豆を播種後出芽期に冠水処理し、フォトンカウンターを用いて各器官で放射される生物フォトンをin vivoで測定した。その結果、湿害による生物フォトンの放射を地上部で有意に測定可能である(図3)。

成果の活用面・留意点

• 過酸化水素の代わりに、発光ダイオードで生じる紫外光を照射しそれを評価する系を開発することにより、屋外での利用も可能となる。
• 本研究で検出した生物フォトンの変動は「エンレイ」で得られたもので、他の品種について再現性を求める必要がある。

具体的データ

その他

• 中課題名:ゲノム情報を活用した麦・大豆の重要形質制御機構の解明と育種素材の開発
• 中課題番号:112g0
• 予算区分:科研費
• 研究期間:2011～2012年度
• 研究担当者:小松節子、牧野孝宏(農水光学研究所)、平賀勧、西澤けいと
• 発表論文等:
  1) Hossain Z. et al. (2012) Journal of Proteomics, 75: 4151-4164
  2) Kausar R. et al. (2012) Molecular Biology Reports, 39: 10573-10579
  3) Khatoon A. et al. (2012) Journal of Proteomics, 75: 5706-5723