セシウムを吸収した植物の細胞内での分布の可視化に世界で初めて成功

除染用の“スーパー植物”開発に大きな期待

2014.06.16

独立行政法人物質・材料研究機構
独立行政法人　理化学研究所

NIMS国際ナノアーキテクトニクス研究拠点YAMATO-MANAプログラムの小松広和研究員と有賀克彦主任研究者・超分子ユニット長らは、RIKEN環境資源科学研究センターのアダムス英里特別研究員、Ryoung Shin (申怜) ユニットリーダーと共同で植物の細胞内におけるセシウム分布を可視化する方法を世界で初めて開発しました。

概要

独立行政法人物質・材料研究機構 (理事長 : 潮田資勝) 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点 (拠点長 : 青野正和) YAMATO-MANAプログラムの小松広和研究員と、同じく国際アーキテクトニクス研究拠点の有賀克彦主任研究者・超分子ユニット長らは、独立行政法人・理化学研究所環境資源科学研究センターのアダムス英里特別研究員、Ryoung Shin (申怜) ユニットリーダーと共同で、従来法では実現できなかった、植物の細胞内におけるセシウム分布を可視化する方法を世界で初めて開発しました。
福島第一原発事故以来、環境中に放出されたセシウム、とくに放射性の¹³⁷Cs (半減期30.17年) は広く社会的な問題になっています。様々な除染法が検討される中、植物に土壌・水中のセシウムを吸わせて除染する方法 (ファイトレメディエーション) はセシウムの濃縮が可能なため、廃棄物が少なく、コストや環境負荷が小さいことなどで注目され、さらに、これまでに行われている汚染土壌の撤去による除染とは異なり、肥沃な表土を撤去する必要がないことから、農地で活用するメリットが期待されます。当初、既存の植物では吸収効率の低さが問題になったが、一方でその利点の多さから、現在も効率的にセシウムを吸う植物の開発が急がれています。しかし、植物細胞内でのセシウムの輸送や蓄積のメカニズムがほとんど解明されておらず、品種改良など開発に必要な基礎的知見が不足しています。
今回開発した方法では、「セシウムグリーン」という蛍光プローブを用い、炭酸セシウム粒子をマイクロメートルレベルの高い分解能で検出可能で、細胞内部でのセシウム分布を可視化することができます。研究では一般的なモデル植物であるシロイヌナズナの細胞内において、セシウムがどの組織に局在するかをイメージングした。シロイヌナズナを高濃度の炭酸セシウムを含む培地で生育させた後、子葉にセシウムグリーンを作用させると、子葉においてセシウムの存在を示す緑色の蛍光が確認できました。さらに、セシウムグリーンの精密な位置検出特性を活かし、蛍光顕微鏡で観察した結果、セシウムは子葉の細胞内の液胞に蓄積する傾向があることが示されました。
本研究で開発された手法を適用することで、セシウムの植物への輸送・蓄積メカニズムの解明や、ファイトレメディエーションに適する植物の選別・品種改良を、大きく促進できると期待できます。本法は、化学的性質 (セシウムグリーンでの検出のされやすさ) が放射性セシウムと変わらない、安全な非放射性セシウムを用いて実行できるため、特殊な実験設備が必要とせず、汎用性の高い手法です。
本研究成果は、アメリカ化学会誌「ACS-Applied Materials & Interfaces」に掲載されます。

プレス資料中の図1 : シロイヌナズナ子葉の蛍光イメージ (セシウムグリーンメタノール溶液滴下) 。細胞内の液胞と考えられる部位から明るい蛍光が観測されました。