植物細胞の水透過率を高精度で計測する新手法

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要約

植物組織の標的部位から単離したプロトプラストを用いて、浸透圧に依存した細胞の膨脹収縮過程を解析することにより、細胞の水透過率を高精度で計測できる。

• キーワード:植物細胞 水透過率 プロトプラスト 吸水 アクアポリン
• 担当:東北農研・地域基盤研究部・農業気象研究室、農環研・地球環境部・気象研究グループ
• 連絡先:電話019-643-3461、電子メールmurai@affrc.go.jp
• 区分:東北農業(生産環境)、共通基盤(農業気象)
• 分類:科学・普及

背景・ねらい

吸水・蒸散、生長などにともなう作物体内での水の流れは、細胞の水透過率に律速されており、アクアポリン(生体膜の水透過孔)の機能の増減によって細胞水透過率は著しく変化することが近年明らかになりつつある。このような状況の下、植物細胞の水透過率を正確に評価する計測手法が求められている。既存の水透過率計測法には、ガラス細管を組織に挿入し膨圧変化を測定するプレッシャープローブ法、磨砕した組織から抽出した膜画分の収縮を計測するストップトフロー法がある。プレッシャープローブ法では深部組織の細胞は計測できず、ストップトフロー法では個々の細胞の水透過率を計測できない。また、プロトプラスト(細胞壁を除去した植物細胞)を用いた水透過率測定手法が発表されたが、計測の複雑さや測定誤差等、実験装置の構造に起因した問題点がり、改良が望まれていた。そこで、上記問題点を解決した新しい水透過率計測手法を開発する。

成果の内容・特徴

• プロトプラストの内外に浸透ポテンシャル差を与えると、浸透ポテンシャル差に比例してプロトプラスト内に(から)水が流入(流出)する。植物組織の標的部位から、実体顕微鏡下でプロトプラストを短時間(最短20分程度)で単離するとともに、浸透ポテンシャル差に依存したプロトプラストの膨脹・収縮過程をモニタする実験システムを考案した(図1)。
• 上記の実験システムにより得られた実験結果を、プロトプラストの膨脹・収縮プロセスを再現する理論式に適用することにより、従来の方法に比べて高精度(±10%程度, 世界最高レベル)に細胞の水透過率を計測することができる(図2)。

成果の活用面・留意点

• 本測定手法は根の皮層細胞を対象に開発したものであるが、根だけでなく様々な組織から単離したプロトプラストに応用することができる。ただし、プロトプラスト化できない植物材料には適用できない。
• 植物細胞の浸透ポテンシャルは植物組織の種類・生育条件等によって異なるので、細胞外液(ソルビトール溶液)の濃度は細胞の浸透ポテンシャルを考慮して設計する必要がある。標準的には、細胞と等張な濃度およびその2/3濃度のソルビトール溶液の2種類を用いる。

具体的データ

その他

• 研究課題名:温度環境に依存した生体膜水透過性の変化が植物の吸水・蒸散プロセスに及ぼす影響の解明
• 課題ID:05-07-01-01-02-04
• 予算区分:交付金
• 研究期間:2001年度～2005年度
• 研究担当者:村井麻理、桑形恒男(農環研)
• 発表論文等:Suga, Murai, Kuwagata, Maeshima (2003) Plant Cell Physiol 44: 277-286.