第３章 植物の元素集積性に関する調査研究
Research on Element-accumulating Capacity of Plants
山上 睦, 箭内 真寿美, 久松 俊一
環境動態研究部

Mutsumi YAMAGAMI, Masumi YANAI, Shun’ichi HISAMATSU
Department of Radioecology
Abstract
Phytoremediation is a possible countermeasure against soil contamination with radionuclides.
Identifying and establishing accumulators are the key to developing practical phytoremediation methods.
This study aims to select or develop accumulators usable for radionuclides that could potentially be releasedin Aomori Prefecture due to location of the nuclear fuel reprocessing facility there. For that purpose, we
focused on the following two approaches: to search for accumulators for Cs, Sr and I from crops and wildplants, and to employ a genetic approach to develop transgenic plants using genes controlling Cs resistancein Arabidopsis mutants.
The candidate accumulators of crops, Amaranthus hypochondriacus, Helianthus annuus, Lactuca
sativa and Portulaca oleracea were selected from crops in FY 2008 based on their removal capacity ofthe target elements from soil. They were cultivated in an experimental field to conduct a reproducibilityexperiment in FY 2009 and Amaranthus retroflexus and Persicaria lapathifolia were selected as thecandidate Cs, Sr and I accumulators of wild plants. In FY 2010, the candidate accumulators of wild plants
were cultivated again in an experimental field for confirming reproducibility of the results, and theirsuitable planting density was determined in the field.
The finally selected Cs accumulators were Amaranthus hypochondriacus, Amaranthus retroflexus,Helianthus annuus and Lactuca sativa. Amaranthus hypochondriacus, Amaranthus retroflexus, Helianthusannuus and Persicaria lapathifolia were also selected as the accumulator of Sr and I. The suitable plantdensity of Amaranthus retroflexus was found as 16 plants/m2 for Cs removal from soil, while that ofPersicaria lapathifolia was 9 plants/m2 and 4 plants/m2 for removal of Cs and Sr, respectively.
We tried to overexpress AtCNGC17, which we previously identified as a Cs transporter gene, in
Arabidopsis Cs-resistant mutants (CsR33 and CsR80) to try to produce Cs accumulator. The transgenic
plants of CsR33 and CsR80 were produced by the gene transfection method of AtCNGC17 in FY 2009, andtheir Cs uptake capacities were examined in 2010. The Arabidopsis transgenic plants overexpressing
AtCNGC17 did not accumulate more Cs than the control. The transgenic plants of Nicotiana tabacum (wildtobacco) overexpressing AtCNGC17 were also produced, and their Cs accumulation was measured. Four outof five lines of the transgenic explant from tissue culture of leaf discs overexpressing AtCNGC17 showedstatistically higher 134Cs uptake than the control.
1. 目的Sr 及びＩ集積植物の探索・選定を行うとともに、得本調査では、青森県の環境条件に適した植物によられた集積植物の集積特性を明らかにする。このたる環境浄化手法開発に資することを目的として、Cs、め、青森県内で栽培可能な作物・花卉及び野生植物

の Cs、Sr 及びＩの土壌植物間移行を調査し、環境浄耐性株の機能解析を行った。また、野生株及び Cs化用元素集積植物を選定する。更に、平成 17 年度ま

耐 性 株 （ CsR33,CsR80 ） に Cs 輸 送 関 連 遺 伝 子

でに得られているシロイヌナズナの Cs 耐性変異株（AtCNGC17）を導入した形質転換シロイヌナズナを使って、耐性及び元素挙動に関与する遺伝子を単及びタバコを作製し、Cs 吸収特性を調査した。

離し、機能解析を行うとともに、この遺伝子を組み込んだ形質転換（遺伝子導入）植物を作製する。平3. 成果の概要

成 22 年度においては以下の項目についての調査を

3.1 セシウム、ストロンチウム等微量元素集積植物行った。の探索・選定

1. セシウム、ストロンチウム等微量元素集積植物のCs収奪性の再現性が確認された栽培植物は、ヒユ探索・選定

科のアマランサス‘一戸在来’（0.13±0.01 mg m-2）、2. セシウム耐性関連遺伝子の単離・機能解析及び形キク科のカキチシャ（0.11±0.02 mg m-2）、ヒマワリ質転換（遺伝子導入）植物の作製（0.10±0.02 mg m-2）であり、Csの環境浄化用栽培植物として選定した。同様にSrの環境浄化用栽培植物

2. 方法としてヒユ科のアマランサス‘一戸在来’（89.8±15.2

2.1 セシウム、ストロンチウム等微量元素集積植物

mg m-2）とキク科のヒマワリ（49.5±8.9 mg m-2）を選の探索・選定定した。更に、Iについては、ヒユ科のアマランサス

平成 18 年から 22 年にわたり、環境科学技術研究‘一戸在来’（0.49±0.09 mg m-2）とキク科のヒマワリ

所内の黒ボク土壌からなる圃場に栽培植物と野生植（0.22±0.08 mg m-2）を環境浄化用栽培植物として選物を栽培し、土壌中の既存安定 Cs、Sr 及び I の植物定した。

体への吸収量を測定し、栽植密度を考慮して単位面積あたりの元素収奪量を求めた。

Cs収奪量の再現性が確認された野生植物は、ヒユ科のアオゲイトウ（0.38±0.04 mg m-2）、であり、Cs77 種の栽培植物から環境浄化用候補栽培植物との環境浄化用野生植物として選定した。オオイヌタ

して選定された、ヒユ科アマランサス、キク科ヒマデに関しては平成 21 年度と比べてCs収奪量が少なワリとカキチシャ、スベリヒユ科タチスベリヒユにかったが、前年の半分以下の雨量の影響で生育が悪ついて、Cs、Sr 及び I 収奪性の再現実験を平成 21かったためと考えられる。水田跡地などの湿潤な土年度に行い、平成 22 年度に分析を行った。その結果

壌環境では収奪量がかなり高くなる可能性が示唆さをもとに環境浄化用栽培植物を選定した。50 種の栽れたため、環境浄化用野生植物として残した。Srと培植物から環境浄化用候補野生植物として選定されＩの収奪量の再現性が確認された野生植物はタデ科

た、ヒユ科アオゲイトウ、タデ科オオイヌタデにつのオオイヌタデであり、環境浄化用野生植物としていて、Cs、Sr 及び I 収奪性の再現実験を平成 22 年選定した。その単位面積当たりの収奪量はSrが度に行い、環境浄化用野生植物を選定した。また、

192±16 mg m-2、Iが 0.61±0.06 mg m-2であった。

平成 21 年度に選定した野生植物の環境浄化用候補

環境浄化用野生植物の栽培管理法として、土壌か植物について、異なる栽植密度における単位面積あらのCs除去効率が更に高くなる栽植密度は、アオゲたりの元素収奪量を求め、最適な栽培管理法の確立

イトウでは、16 株/ｍ2であった。オオイヌタデでは、を目指した。

Cs及びIの土壌からの除去効率が更に高くなる栽植

2.2 セシウム耐性関連遺伝子の単離・機能解析及び密度は 9 株/ｍ2で、Srの除去効率が更に高くなる栽植形質転換（遺伝子導入）植物の作製

密度は 4 株/ｍ2である事が明らかになった 。

平成 20 年度に明らかになったシロイヌナズナ Cs
耐性原因遺伝子がコードするタンパク質（cpSRP54）の発現と光合成関連タンパク生成との関連から Cs

3.2 セシウム耐性関連遺伝子の単離・機能解析及び形質転換（遺伝子導入）植物の作製
cpSRP54 タンパク質の生成は野生株及び CsR33 変

異株ともに観察されたが、CsR33 が野生株と比較しないCsR33 及びCsR80（コントロールCsR33 及びてやや少なかった。光合成関連タンパク質である

CsR80）よりも134Csの吸収はそれぞれ抑制された。

cpSRP43、Lhcb2、Lhca2 の生成は野生株及び CsR33

また、CsR33 及びCsR80 のAtCNGC17 の発現を抑制

変異株の間で差異はなかったが、反応中心サブユニした場合は、コントロールCsR33 及びCsR80 よりもットである D1 タンパク質は CsR33 変異株で生成が134抑制されていた。

0.1 mM添加した場合は、いずれの遺伝子導入株におCs吸収がそれぞれやや促進された。培地中にCsをCs ストレス条件下の光合成関連タンパク質はいても134Cs吸収はコントロールCsR33 及びCsR80 とLhcb2、Lhca2、D1 いずれにおいても、生成が抑制それぞれ差異がなかった。以上より、Cs吸収能が著されており、特に、Lhca2 の生成が抑制された。野しく増加した形質転換シロイヌナズナをAtCNGC17

生株に Cs 輸送関連遺伝子（AtCNGC17）を過剰発現の過剰発現又は抑制によって得ることはできなかっさせた場合、Cs 無添加処理においては、植物体中た。

Cs 濃度が低下した。0.3 mM Cs 添加処理では野生株

シロイヌナズナのAtCNGC17 を導入した形質転換と遺伝子導入株での植物中 Cs 濃度の差異は見られタバコを組織培養によるアグロバクテリウム法で作なかった。また、Cs 輸送関連遺伝子（AtCNGC17）製し、発根後、寒天中で生育した植物体に134Csを添の発現を抑制させた場合、Cs 無添加処理においては、加し、Cs吸収を調査した。その結果、AtCNGC輸送

Cs 濃度が 4 系統中 2 系統でやや高くなった。0.3 mM体遺伝子を過剰発現させた 5 系統の形質転換体のうCs 添加処理では野生株と遺伝子導入株での差異はち 4 系統で、134Cs吸収が有意に促進された（Fig．1）。

見られなかった。
CsR33 及びCsR80 にAtCNGC17 を過剰発現させた遺伝子導入株を作製し、134Cs吸収特性を調査した。
培地に安定Csを添加しない場合、遺伝子を導入して