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 is the key to developing practical phytoremediation methods. This
study aimed at selecting or developing accumulators usable for radionuclides that could potentially bereleased in Aomori Prefecture due to the location of a 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 wild plants, and to employ a genetic approach to develop transgenic plants using genes controlling Cs
resistance in Arabidopsis mutants.
The candidate accumulators, in FY 2008, Amaranthus hypochondriacus, Helianthus annuus andPortulaca oleracea were selected from crops based on their removal capacity of the target elements fromsoil. In FY 2009, they were cultivated in an experimental field with different planting densities to establish
the optimal cultivation condition. The suitable planting density was determined for each candidate from theanalysis of the plants harvested.
To search for candidate accumulators from wild plants, 44 species were cultivated in the same
experimental field, and removal rate of Cs, Sr and I per unit land area were obtained from their elemental
content and planting density. The selected candidate Cs accumulators were Amaranthus retroflexus andAmaranthus caudatus. Persicaria lapathifolia was also selected as the candidate accumulator of Sr and I.
Those candidates will be examined further for establishing the optimal cultivation condition. The best
accumulator for each element will then be selected based on the removal results.
We have already reported that the causative genes of CsR33 and CsR80, which are Cs-resistant mutant
lines, were found as a chloroplast signal recognition particle subunit (cpSRP54) gene and a glutamyl-tRNA
reductase (HEMA1) gene, respectively. In FY 2009 work, we found that the mutation sites of CsR33 andCsR80 were located near the p-loop domain in the cpSRP54 gene and the t-RNA/NADP binding domain inthe HemA1 gene, respectively. Uptake capacity of Cs was also examined for the two lines with different Cs
concentrations in cultivating medium. The Cs uptake capacity of CsR33 was similar to that of the wild typestrain, while that of CsR80 was three times higher than the wild type strain.
We previously identified AtCNGC17 as a gene of Cs transporter. We tried to overexpress AtCNGC17 inCsR33 and CsR80 to produce Cs accumulator. In FY 2009, we produced the transgenic plants of CsR33 andCsR80 by the gene transfection method of AtCNGC17, and we will examine their Cs uptake capacity next.
1. 目的

Sr 及びＩ集積植物の探索を行うとともに、得られた本調査では、青森県の環境条件に適した植物によ集積植物の集積特性を明らかにする。このため、青る環境浄化手法開発に資することを目的として、
Cs、森県内で栽培可能な作物・花卉及び野生植物の Cs、- 27 -

Sr 及びＩの土壌植物間移行を調査し、環境浄化用元3. 成果の概要

素集積植物を選定する。更に、平成 17 年度までに得3.1. セシウム、ストロンチウム等微量元素集積植物られているシロイヌナズナの Cs 耐性変異株を使っの探索・選定及び元素存在形態の調査て、耐性及び元素挙動に関与する遺伝子を単離し、Cs の環境浄化用候補植物として、単位面積当たり機能解析を行うとともに、この遺伝子を組み込んだの地上部 Cs 含有量が高いヒユ科のアオゲイトウ、ヒ形質転換（遺伝子導入）植物を作製する。このため、モゲイトウ、タデ科のオオイヌタデを選定した。

平成 21 年度においては以下の項目についての調査を行った。
1.セシウム、ストロンチウム等微量元素集積植物の探索・選定及び元素存在形態の調査
2.セシウム耐性関連遺伝子の単離・機能解析及び形（Fig.1）。Sr の環境浄化用候補植物として、単位面積当たりの地上部 Sr 含有量が特異的に高いタデ科のオオイヌタデを選定した（Fig.1）。I の環境浄化用候補植物として、単位面積当たりの地上部 I 含有量が特異的に高いタデ科のオオイヌタデを選定した

質転換（遺伝子導入）植物の作製（Fig.1）。
単位面積当たりの Cs 及び Sr の収奪量はカキチシ

2. 方法
2.1.セシウム、ストロンチウム等微量元素集積植物

ャの中密度区、アマランサスの高密度区で高かった。
I の収奪量ではアマランサスの中密度区や高密度区、の探索・選定及び元素存在形態の調査
平成 20、21 年度に、合計 50 種の野生植物を環境研の実験圃場で栽培し、栽培植物において単位面積ヒマワリ(サンリッチマンゴー50)の高密度区で高い値を示した。
降水による地上部への I 沈着が植物中 I 濃度に及当たりの Cs,Sr,I 収奪量の高かったアマランサスを基準にして、野生植物の Cs,Sr,Ｉの収奪量を評価し、 ぼす影響は小さかった。
3.2. セシウム耐性関連遺伝子の単離・機能解析及び環境浄化用候補野生植物を選定した。また、平成 20
年度に選定した栽培植物の環境浄化用候補植物につ形質転換（遺伝子導入）植物の作製いて、異なる栽植密度における単位面積あたりの元Cs 耐性株 CsR33 の原因遺伝子（cpSRP54）の変異素収奪量を求め、最適な栽培管理法の確立を目指し箇所はｐ-ループドメイン上にあり、生理上重要な機た。更に、降水による地上部への I 沈着が植物中 I能が欠損している可能性が示唆された。また、CsR80

濃度に及ぼす影響を調査する目的で、降水の影響のの原因遺伝子（HemA1）の変異箇所は t-RNA 結合及びない温室内でアマランサスとヒマワリを栽培し、野NADP 結合ドメインの近傍にあった。
Cs 耐性変異株 CsR33 の Cs 吸収特性は野生株とほ外で栽培したものと植物中 I 濃度を比較した。
2.2. セシウム耐性関連遺伝子の単離・機能解析及びぼ同等であったが、Cs 耐性変異株 CsR80 の植物中 Cs

形質転換（遺伝子導入）植物の作製

濃度は培地中の Cs 濃度が増加するに従い、野生株に平成 20 年度に明らかになったシロイヌナズナ Cs対して 3 倍まで増加した。

耐性原因遺伝子がコードする蛋白質（cpSRP53、Cs ストレス下でのクロロフィル減少は CsR33、HemA1）の立体構造を推測した。また、Cs ストレス

CsR80 いずれにおいても観察された。また、CsR33

下での Cs 蓄積量、クロロフィル濃度、活性酸素耐性の活性酸素及び過酸化水素に対する耐性は野生株よを野生株と耐性株で比較した。

り低く、CsR80 は野生株と差異がなかった。

Cs 耐性株（CsR33，CsR80）及び野生株に Cs 輸送

Cs 耐性株（CsR33，CsR80）及び野生株に Cs 輸送関連遺伝子（AtCNGC17）を過剰発現させた形質転換関連遺伝子（AtCNGC17）を過剰発現させた形質転換シロイヌナズナを作製した。

シロイヌナズナの作製に成功した。

- 28 -Rubia argyi (H.Lév. et Vaniot) H.Hara ex Lauener
Arabis stelleri DC. var. japonica (A.Gray) F.Schmidt
Boehmeria silvestrii (Pamp.) W.T.Wang
Laportea cuspidata (Wedd.) Friis
Schoenoplectus tabernaemontani (C.C.Gmel.) Palla “Rokkasho”
Schoenoplectus tabernaemontani (C.C.Gmel.) Palla “Mutsu”
Schoenoplectus sp.
Lactuca indica L.
Ambrosia trifida L.
Sonchus asper (L.) Hill
Cichorium intybus L.
Galinsoga quadriradiata Ruiz et Pav.
Sonchus brachyotus DC.
Tagetes patula L.
Artemisia princeps Pamp.
Verbascum blattaria L.
Lysimachia clethroides Duby “Oohata”
Lysimachia clethroides Duby “Rokkasho”
Lysimachia japonica Thunb.
Tetragonia tetragonoides (Pall.) Kuntze
Portulaca oleracea L.
Portulaca oleracea var. sativa
Portulaca pilosa L. subsp. grandiflora (Hook.) R.Geesink
Persicaria lapathifolia (L.) Delarbre
Persicaria orientalis (L.) SpachRumex japonicus Houtt.
Persicaria thunbergii (Siebold et Zucc.) H.Gross
Chamaesyce nutans (Lag.) Small
Nicotiana x sanderae Hort. ex SanderAmaranthus retroflexus L. “Hashikami”
Amaranthus retroflexus L. “Hachinohe”
Achyranthes bidentata Blume var. japonica Miq.
Amaranthus caudatus L.
Cayratia japonica (Thunb.) Gagnep.
Phytolacca acinosa Roxb.
Amaranthus hypochondriacus L.‘ichinohe’(mg m-2)(mg m-2)(μg m-2)

Removal of Cs per unit land area

Removal of Sr per unit land area
Removal of I per unit land area

4003004004Cs200

1000600

Sr200

06I

20Fig. 1 Removal of Cs, Sr and I per unit land area in an experimental field- 29 -