東北ハイテク研究会Onlineセミナー（2021年1月14日）～ 次世代放射光がくる ～農林水産・食品産業における放射光利用を考える

食・農の領域における次世代放射光施設活用ポテンシャル

東北大学 大学院農学研究科分子生物学研究室（兼担）国際放射光イノベーション・スマート研究センター
原田昌彦

東北大学青葉山新キャンパスに建設される次世代放射光施設

完成予想図

現在の様子

我々に身近な食と農 vs 次世代放射光施設

日本の食糧生産拠点としての東北

出典：https://foodkingdom.pref.miyagi.jp/

https://www.tohoku.meti.go.jp/s_sancle/topics/pdf/200330.pdf

次世代放射光施設の特徴

軟X線により軽元素を可視化東北大学国際放射光イノベーション・スマート研究センター- SRIS -東北大学大学院農学研究科
・食と農免疫国際教育研究センター
・生物多様性科学センター
・食品研究開発プラットフォーム

・動物飼育実験棟
・植物実験フィールド・水産実験施設・抗菌・抗ウイルス研究ユニット

食と農の領域での放射光利用開発・促進
次世代放射光施設（300m先）東北大学農学研究科次世代放射光利活用パンフレット（HPからダウンロード可能）東北大学農学研究科2019高校生向けパンフレット表紙

生命科学における農学研究の位置づけ
生命科学

食料

農学

健康環境

食料

放射光で食料を“視る”-イメージング解析を中心とした紹介-⇒レントゲン写真

Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923)(Wikipedia)

水とエタノールの結合状態を解析し、利き酒師の味覚の数値標準化（東京大学・原田慈久教授）・水ーアルコールの水素結合状態の解析による「利き酒」
・仕込み過程、発酵過程の可視化（米、麹、酵母など）による醸造高度化、酒米・酵母育種、製品高付加価値化・ブランド化

環境農と食を支える環境：土壌

カナダ放射光施設HPより

カナダ放射光施設

カナダ放射光施設およびサスカチュワン大学と連携した土壌・植物微量元素分析、イメージング解析計画

カナダ放射光施設HPより

Biochar (バイオ炭）による、農作物の収穫量増加や、汚染物質除去作用研究

近年、様々な原因（重金属汚染、水分・養分保持不足など）により農作物栽培に不適な農地の改良材としてbiochar（和訳：バイオ炭）が、世界的に注目されている（右コラム参照）。Biocharの科学的な解析は始まったばかりであり、放射光を用いた解析の貢献が期待される。

Biocharへの金属イオンの吸着
Science of The Total Environment Volume 662, 20 April 2019, Pages 915-922

原子力発電所由来のmicroperticle中の元素のイメージング

福島原子力発電所に由来するmicroperticleにおける、ウラン(U)などの元素の分布。Microperticleは、植物の葉からも検出されている。
Journal of Environmental Radioactivity
Volume 196, January 2019, Pages 29-39

魚の耳石の解析
魚の耳石に含まれる元素を放射光を用いて解析することによって、魚がそれまで生息していた環境についての情報を得ることができる。いわば、耳石をフライトレコーダーとして、利用することが可能。これにより、魚の生育環境、産地特定や、高付加価値化が可能となる。

Figure 1. Otolith of a Baltic cod, age 7, invisible light (A) and strontium SXFM mapping(B). The strontium trace varies as the fish
migrates, whereas manganese (C) declines
with age.

http://news.chess.cornell.edu/artic
les/2015/Fontes150310.html

課題例： 農・食への影響環境としての害虫-青色光による殺虫機構解明と応用東北大学農学研究科
堀雅敏博士による青色光による殺虫効果の発見

次世代放射光施設による青色光作用メカニズムの解明

食品生産環境や環境衛生への応用拡大

健康農学領域におけるウイルス研究と放射光活用

ウイルス

農学領域でのウイルス研究の蓄積と次世代放射光施設を組み合わせ抗ウイルス研究を展開

国際放射光イノベーション・スマート研究センターHP「SARS-CoV-2感染症関連研究に資する放射光技術」より

国際放射光イノベーション・スマート研究センターHP「SARS-CoV-2感染症関連研究に資する放射光技術」より

国際放射光イノベーション・スマート研究センターと農学研究科によ「抗菌・抗ウイルス研究ユニット」設置と、産学連携研究の開始

2020年7月28日 KHBニュース
および東北大学プレスリリース

生命科学

食料農学+

健康環境

日本学術会議マスタープラン2020(計画番号 41 学術領域番号 14-2)

次世代放射光施設を核とした農業・生命科学リサーチネットワーク構想

宮城圏
・農畜産物のイメージングによる栽培管理・品質管理に関する研究

東北大学付属川渡実験農場
畜産物・農産物・土壌
酒造業
食品

三陸沿岸漁業・水産加工業
水産物・食品

仙台圏

・微量元素分析を用いた産地特定に夜高付加価値化
・食品の保存・加工および流通技術の開発

次世代放射光施設・土壌中および・
植物根の微小環境中の微量元素検出
による、食の安全性・機能性と栽培技術開発

・植物組織イメー
ジング・微量元素検出による、農業生産技術開発
・食資源確保と生産物ブランド化

蔵王高原畜産業
畜産物・乳製品

宮城教育大学 東北大学
研究・産学連携

東北大学付属女川臨海実験センター
水産物・海洋環境

宮城大学
食品産業開発宮城平野稲作農産物
宮城沿岸園芸農産物・食品・タンパク質の機能構造に基づいた創薬、および健康食品・素材の探索・開発

・生物組織・生物
体内微小環境の微量元素検出による、生命機能研究および創薬・医療応用東北の農林水産業振興を目指したリサーチネットワーク構想
弘前大学農学生命科学部
八戸工業大学
青森県産業技術センター

北里大学獣医学部

日本の食糧生産拠点としての東北農研機構
東北農業研究センター
大槌町農林水産課

秋田県立大学生物資源科学部
秋田総合食品研究センター
慶應義塾大学
先端生命科学研究所
スパイバー社

東北六県内
・酒造メーカー・種苗メーカー・食品加工メーカー
・農業法人協会
・JAグループ- 東北・日本の農林水産業の安全性・生産技術強化- ジャパンブランドの創出・輸出強化

東北農業研究センター
大仙研究拠点

岩手大学農学部

東北大学

大学院農学研究科
食と農免疫国際教育研究センター
生物多様性応用科学センター
食品開発研究プラットフォーム
大学院生命科学研究科

次世代放射光施設
・農畜水産物・環境中の微量元素分析
・農畜水産物・食品イメージング
・タンパク質立体構造解析

山形大学農学部

宮城大学
食産業学群
福島県
環境保全農業課
東北農業研究センター
福島研究拠点・食品の安全性と機能性の評価と開発
・生物機能の解明と品種改良への応用
・農畜水産物の健康評価と診断・治療法開発
・農畜水産物・加工品のテクスチャー評価・開発
・農地、水圏の環境評価と環境低負荷農業開発
・生体成分由来の新素材の開発
・農畜水産物のブランド化と国際競争力強化
・三陸沿岸の水産業、福島県農業の復興支援

ご清聴ありがとうございました。