博 士 （ 農 学 ）
ト ク ヒ サ ダ イ
学位論文題名
Promotion of root growth by the application of inosine
（イノシンによる植物の根生長促進）
学位論文内容 の要旨
Inosine is one of the purine nucleosides widely found in plants, animals and other forms of living organisms. It is composed of the purine‑base hypoxanthine and the sugar D‑ribose. The nucleosides as well as nucleotides are precursors of nucleic acids (DNA and RNA), metabolites which participate in bio‑energetic processes (ATP) and in synthesis of macromolecules, including polysaccharides, phospholipids and glycolipids, and also constituents of cytokinins, which control plant growth and development. The aim of the present study was to verify the effect of inosine on plant growth, especially root growth, and to elucidate its mechanisms, using a hydroponic system and soil with a thizobox. It is also speculated that other compound(s), such as inorganic nitrogen (r.D as N source or plant‑growth‑promotmg substances, derived from mosine degradation can affect on the growth of plant. Therefore, we also conducted an aseptic experiment to confirm whether inosine application directly or indirectly (e.g. contribution of microbial decomposition) affected plant growth.
Rice (Oryza sativaL．），tomato (Solanum lycopers7￠甜閙L． ），onion（A肪 甜腕c卿L．），
sunflower (llelianthus annuus L.) and soyean（ く 冫 如加P腕 餓 （L． ）MeH． ）SeCdlingSWCre grown in a hydroponic system with different added concentrations of inosine (0, 7.2, 72 and
373 yM) in a greenhouse. The inosine application improved the growth of all plant parts, especially roots except for soybean. The optimum inosine concentration for plant growth was 72 pLM. Furthermore, for rice, tomato and sunflower root length was increased by inosine treatment. To confirm the effect of inosine, an aseptic experiment was performed using rice plants in a hydroponic system and using tomato in a thizobox system with sterile soil. The
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positive effects of inosine application were also confirmed under aseptic conditions in rice and tomato, indicating that inosine directly enhances the plant growth, without microbial decomposition. Also, the inosine application enhanced root growth without increase of N concentration m plant, suggesting that the positive effects of inosme were not due to the improvement of N nutrition of plant
To elucidate the mechanisms of the inosine‑induced growth enhancement in roots, the inosine induced changes in phytohormone (auxin and cytokinin) and metabolites in rice were determined by ELISA and mass spectrometry (GC‑MS and CE‑MS), respectively. Results of ELISA showed that the inosine application increased concentrations of trans‑zeatin riboside (t‑ZR) and indole‑3‑acetic acid (IAA) in xylem sap of rice. Inosine also affected the synthesis of various metabolites. The inosine application rncreased concentrations of asparagine, aspartic acid, galactaric acid, glycerol‑3‑phosphate, and suberyl glycine in shoots at earlier stages after the inosme application. In roots, the inosine application increased allantoin concentrations with decreases m amino acid (alanine, proline, glycine, serine, threonine and GABA), threonic acid‑1,4‑lactone, ribonic acid, spermidine, and glucose.
In conclusion, the present stu'dy suggested that inosine directly enhanced the growth of plant, especially in roots. The inosine application changed metabolisms of plant, namely increased concentrations of several plant hormones and allantoin, possibly relating to the growth enhancement. These findings prove that inosine is effective as a plant growth regulator in crop production
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学位論文審査の要旨 主 査 教 授 大 崎 満 副 査 教 授 松 井 博 和 副査 客員教授信濃卓郎 副 査 助 教 渡 部 敏 裕
学位論文題名
Promotion of root growth by the application of inosine
（イノ シンによる植物の根生長促進）
本 論文 は 英文
74
頁、 図14
、 表7
、4
章 から な り、 参 考 論文1
編が 付されて いる。イ ノシンは 植物、動物 および他 の生物で 普遍的に 認められるプリンヌクレオシド で あ り、 ヒ ポ キサ ン チ ンと
D‑
リ ボースか ら構成さ れる。ヌ クレオチ ドと同様に 、 ヌ ク レ オ シ ド は核 酸(DNA
、RNA)
、 あ る いは 生 体エ ネ ル ギー プ ロセ ス や 多糖 、 リ ン 脂質、糖 脂質の合成 に関与す る代謝産 物の前駆 体であることが知られている。ま た 、植物の 生長・発達 をコント ロールす る植物ホ ルモンであるサイトカイニンの構 成 要素でも ある。本研 究の目的 は、水耕 栽培とり ゾポックスを使った土耕栽培で、イ ノシンの 植物生長、 特に根の 生長に対 する影響 を明らかにし、そのメカニズムを 解 明するこ とである。 ただし、 イノシン の効果と して、イノシンが培地中の微生物 に より分解 され、生成 した無機 態窒素や 植物生長 促進物質が植物の生長に対して影 響 する可能 性もある。 そこで、 微生物の 影響をの ぞくために無菌状態での栽培も行 い 、イノシ ンの効果が 直接的な ものであ るのか、 間接的（微生物による分解の結果 生じた副次的な効果）なものであるのかを明らかにする。
イネ(Oryza sativaL．）、トマト(Solanum lycopersicum L.)、タマネギ(Allium cepa
L
．）、ヒマワリ（″｜elianthus annuus L.)
およびダイズ(Glycine max (L.) Merr.)の幼 植物体を異なるイノシン添加処理（0，7.2
，72 and 373 yM)
を施した培養液で生育さ せ た。ダイ ズを除き、 その他の すべての 植物種に おいてイノシン施与は植物体のす べ ての部位 の生長を改 善し、そ れは特に 根で顕著 であった。このとき、植物生長に 対 す る最 適 イ ノシ ン 濃 度は72ILM
で あ った 。 さら に 、 イネ 、 トマト、 ヒマワりに 関 しては、 イノシン処 理により 根長が増 加する現 象が認められた。これらのイノシ ン の効果が イノシンそ のものに よる直接 的なもの であり、微生物による分解によっ―1223 ‑
て生じた 化合物がが 関与して いないこ とを明ら かにするため、イネを用いた無菌水 耕栽培とトマトを用いた無菌土耕栽培（リゾボックスを使用）を行った。その結果、
イノシン の生育促進 効果は水 耕、土耕 ともに無 菌条件下においても確認された。こ のことは 、イノシン は微生物 による分 解を経る ことたく、直接的に植物の生育を促 進してい ることを示 すもので ある。ま た、イノ シン施与による生長促進はコントロ ールと比 較して植物 体の窒素 含有率上 昇がなぃ 状況でも認められた。すをわち、イ ノシ ン によ っ て 引き 起 こさ れ た効 果は窒素 栄養の改 善による ものでない ことが証 明された。
