トウモロコシ
῎Zea mays L.῏ および
ヨシ
῎Phragmites communis Trinius῏
のナトリウム吸収に及ぼすイオン
輸送阻害剤の影響
小林雄二*ῌ前田良之**ῌ武長 宏**
ῐ平成 +- 年 / 月 -+ 日受付ῌ平成 +- 年 3 月 ,* 日受理ῑ 要約 : NaCl 条件下の植物の耐塩性に関与しているイオン輸送系タンパク質を明らかにするため῍ ヨシおよ びトウモロコシの Na 吸収に及ぼすイオン輸送阻害剤の影響を検討したῌ 阻害剤として Amiloride ῐNaῒῌHῒ-antiporter阻害剤ῑ῍ Bafilomycin A+および Concanamycin AῐV-type Hῒ-ATPase阻害剤ῑ῍ Ouabain
ῐ動物の Naῒ-ATPase阻害剤ῑ を供試したῌ その結果῍ +** mM NaCl 条件下におけるヨシの地上部 Na 含有 量は῍ +** mM Ouabain 処理でのみ有意に増加したῌ しかし῍ トウモロコシの地上部 Na 含有量に阻害剤によ る影響は認められなかったῌ 従って῍ ヨシが有する Na の転流機構には Naῒ-ATPaseが関与している可能性 が示されたῌ キ῍ワ῍ド : 阻害剤῍ イオン輸送῍ ナトリウム῍ ヨシ῍ トウモロコシ ῎῎῎῎῎῎῎῎῎῎῎῎῎῎῎῎῎῎῎῎῎῎῎
緒
言
植物の耐塩性機構として ῌ Na の吸収抑制および排除῍ ῍ Na を液胞などの植物自身の代謝に影響を及ぼさない場 所に隔離する῍ ῎ 細胞内に適合溶質を合成して浸透圧を高 めるなどが挙げられ῍ これらの機構をより強く保有してい るか否かが耐塩性の強弱に関連している+, ,ῑ ῌ 汽水域に広く生息し῍ 塩生植物であるヨシ ῐPhragmites communis
Tri-niusῑ は῍ 根および導管から侵入した Na を地上部へ輸送 せずに再び根に転流するという独特の機構によって耐塩性 を保有する-ῑ ῌ また῍ 中生植物であるが耐塩性が強いトウ モロコシは῍ NaCl 処理条件下において根から根圏への Na 排除能が高いことが報告されている.ῑ ῌ ヨシおよびトウモ ロコシの耐塩性機構に関するこれら報告は῍ Na 排除能に Naの輸送機構が関与している可能性を示唆するものであ るがその詳細は明らかにされていないῌ 一方῍ 植物の Na 輸送には῍ 原形質膜および液胞膜に存在するイオン輸送系 タンパク質 NaῒῌHῒ-antiporterおよび Hῒ-ATPaseが関 与すること/ῑ ῍ また῍ 動物の Naῒ-ATPaseが植物にも存在 する可能性が示唆されている0ῑ ῌ 従って῍ これらイオン輸 送系タンパク質がヨシの Na の転流機構およびトウモロコ シの Na 排除能に関与する可能性が考えられるῌ 本試験 は῍ 植物の耐塩性に関与しているイオン輸送系タンパク質 の存在を明らかにするため῍ ヨシおよびトウモロコシの Na吸収に及ぼすイオン輸送阻害剤の影響を検討したῌ
材料および方法
+ῌ 供試植物および生育条件ヨシ ῐPhragmites communis Triniusῑ ῐ平成 / 年広島 産῍ 雪印種苗株式会社より譲渡ῑ およびトウモロコシ ῐZea mays L.ῑ ῐハニ῎バンタム῍ 平成 +* 年米国産サカタのタ ネῑ を +/,*** ア῎ルワグネルポット内のバ῎ミキュライ ト上に播種しバイオトロン内 ῐ温度 ,/῍ 相対湿度 0*῍῍ 明期 +-./ 時間῍ 暗期 +*./ 時間῍ 光条件 -/* mmol mΐ,sΐ+ῑ で栽培したῌ ヨシおよびトウモロコシそれぞれ第 . 葉齢῍ 草丈約 ,/ cm および第 - 葉齢῍ 草丈約 ,/ cm に達した時に 阻害剤実験に供したῌ ,ῌ 阻害剤処理および Na 含有量の測定 供試阻害剤として Naῒ/Hῒ-antiporter阻害剤である
/-ῐN-Methyl-N-isobutylῑ -amiloride ῐSIGMAῑ1, 2ῑ
῍ V-type Hῒ-ATPase阻害剤である Bafilomycin A+および
Con-canamycin AῐSIGMAῑ3ῑ ῍ および動物の Naῒ-ATPase阻 害剤である Ouabain0ῑ の . 種類を選択したῌ 阻害剤濃度 は῍ 生育に影響を及ぼさない濃度を参考文献0῏3ῑ ῍ および予 備試験 ῐ図 + および図 ,ῑ にて検討した結果からそれぞれ * ** 東京農業大学農学研究科農芸化学専攻 東京農業大学応用生物科学部生物応用化学科 短 報 Short Communications
Jour. Agri. Sci., Tokyo Univ. of Agric., .0 (-), ,+-῏,+0 (,**+)
+**mM ,* nM ,* nM および +** mM に設定した 供試 植物は 処理溶液として +** mM NaCl および各種阻害剤 を含む Hoagland 水耕液pH/./ で栽培し バイオトロン 内温度 ,/ 相対湿度 0*῍ 明期 +-./ 時間 暗期 +*./ 時 間 光条件 -/* mmol m,s+ にて NaCl および阻害剤処 理を .2 時間行った なお 対照区として NaCl のみを添加 した区を設定した 処理後 植物体を地上部および地下部 に分け 0* で .2 時間乾燥し 乾物重を測定した 硝酸過 塩素酸分解後 原子吸光分析法によって Na 含有量を測定 した
結果および考察
ヨシおよびトウモロコシの生育に及ぼすイオン輸送阻害 剤の影響を図 + および図 , に示した +** mM NaCl 処理 条件下のヨシおよびトウモロコシの乾物重は 地上部およ び地下部でともに対照区と . 種の供試阻害剤の間で有意な 差は認められなかった この結果から 設定した阻害剤濃 度は生育に影響を及ぼさない濃度であり 生育の低下によ る Na 吸収の変化を伴わないことが考えられた したがっ て 設定した阻害剤濃度は ヨシおよびトウモロコシの Na吸収に及ぼすイオン輸送阻害剤の影響を検討する上で 適当であると判断した ヨシの Na 吸収に及ぼすイオン輸送阻害剤の影響を図 -に示した +** mM NaCl 処理条件下の Na 含有量は 対照 区に比べて +** mM Ouabain 処理の地上部においてのみ有 意に増加したP*.*/ 一方 地下部の Na 含有量には阻 害剤処理による影響は認められなかった ヨシにおける Na転流機構について NaCl 処理条件下での地下部から地 上部への,, Na移行量は 代謝阻害剤である PCMB p- ク ロロメルクリ安息香酸 DNP ,, .-ジニトロフェノ ル CCCP カルボニルシアニド m- クロロフェニルヒドラゾ ン および DCCD ジシクロヘキシルカルボジイミド 処 理によって対照区に比べて約 , 倍に増加することが示さ れ ヨシの Na 転流機構はエネルギ 依存的であることが Fig. + E#ects of inhibitors on growth in shoot (A) and root (B) of reed (Phragmites communis Trinius) grown in Hoaglandculture medium supplemented with +** mM NaCl Data represent the meanstandard error of five samples (n /). Control group were treated with Hoagland culture medium. Cont : control, O : ouabain (+** mM), B : bafilomycin A+(,* nM), C : concanamycin A (,* nM), A : amiloride (+** mM).
Fig. , E#ects of inhibitors on growth in shoot (A) and root (B) of maize (Zea mays L.) grown in Hoagland culture medium supplemented with +** mM NaCl. Data represent the meanstandard error of five samples (n /). Control group were treated with Hoagland culture medium. Cont : control, O : ouabain (+** mM), B : bafilomycin A+(,* nM), C : concanamycin A (,* nM), A : amiloride (+** mM).
小林ῌ前田ῌ武長
報告されている+* 従って 本試験で示された Ouabain 処 理によってヨシの地上部への Na 移行量が増加した結果 は NaCl 処理条件下において地上部へ移行した Na を再 び 根 に 転 流 す る と い う ヨ シ 独 特 の 耐 塩 性 機 構 に Na-ATPaseによるエネルギ依存的な Na の輸送機構 が関与している可能性を示唆したものと言えよう 一方 NaCl処理条件下のトウモロコシの Na 含有量は 対照区 と比較して地上部および地下部ともに阻害剤処理による有 意な差は認められなかった図 . トウモロコシは アス パラガス コムギとともに地下部から根圏への Na 排除能 が高い作物として分類されている. また NaCl 処理条件 下のトウモロコシの細断根では Ouabain 処理によって Na含有量が増加し 動物 Na-ATPaseに似た ATPase が トウモロコシ Na 排除能に関与している可能性が報告され ている0 これらの報告に基づいて本試験ではトウモロコ シにおけるイオン輸送系タンパク質の Na 排除能への関与 を想定したが 今回の結果からは明白な関連を示すことは できなかった 参考文献
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Fig. - E#ects of inhibitors on Na contents in shoot (A) and root (B) of reed (Phragmites communis Trinius) grown in Hoagland culture medium supplemented with +** mM NaCl. Data represent the mean standard error of five samples (n/). Control group were treated with Hoagland culture medium. Cont : control, O : ouabain (+** mM), B : bafilomycin A+(,* nM), C : concanamycin A (,* nM), A : amiloride (+** mM). * Significantly di#erent to control (P
*.*/).
Fig. . E#ects of inhibitors on Na contents in shoot (A) and root (B) of maize (Zea mays L.) grown in Hoagland culture medium supplemented with +** mM NaCl. Data represent the mean standard error of five samples (n/). Control group were treated with Hoagland culture medium. Cont : control, O : ouabain (+** mM), B : bafilomycin A+(,* nM), C : concanamycin A (,* nM), A : amiloride (+** mM).
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E#ect of Ion Transport Inhibitors on Sodium
Uptake in Reed (Phragmites communis Trinius) and
Maize (Zea mays L.)
By
Yuji K
OBAYASHI*, Yoshiyuki M
AEDA** and Hiroshi T
AKENAGA**
(Received May -+, ,**+/Accepted September ,*, ,**+)Summary : The e#ects of ion transport inhibitors on sodium uptake in reed and maize were studied to examine the participation of ion transporter in the salt tolerance. /-(N-Methyl-N-isobutyl)-amiloride (Na῍/H῍-antiporter), bafilomycin A+and concanamycin A (V-type H῍-ATPase) and ouabain (animal
Na῍-ATPase) were used as inhibitors. Among them, +** mM ouabain significantly increased sodium content of reed shoots in the presence of +** mM NaCl. However, sodium content of maize was not a#ected by the inhibitors. These results suggested that Na῍-ATPase might be involved in specific mechanism of Na῍re-transport in reed.
Key Words : Inhibitor, Ion transporter, Sodium, Phragmites communis Trinius, Zea mays L.
* **
Department of Agriculture Chemistry, Graduate School of Agriculture, Tokyo University of Agriculture Department of Applied Biology and Chemistry, Faculty of Applied Bioscience, Tokyo University of Agriculture
小林ῌ前田ῌ武長
