環境応答生理学 Class-7 (July 22, 2015) Physiology of Environmental Responses 塩ストレス環境とイオン輸送系 その２（イオン輸送の最新研究）、 環境応答生理におけるシグナル伝達、細胞死、放射性物質、GMO Salt stress1 (theory and molecular aspect), Signaling, Cell death, Radio isotopes, GMO 統合されたシステム としての輸送系の 例（孔辺細胞） Example of integrated transport systems カリウム輸送系とナトリウムの吸収 Potassium transporter and sodium uptake Multi-system: Physiology and transporters オオムギ切断根のカリウム吸収速度と培地カリウム濃度の関係 複数の輸送体の寄与を示唆 Epstain, Nature 212:1324 (1966) 塩ストレスでは・・・ Under salt stress・・・ + Na + K 植物（シロイヌイナズナ）のカリウム輸送系遺伝子 Na+↑ K+↓ 代謝と膜電位の 攪乱 Disturbance of membrane potential and metabolism High sodium (Na) ; Salt stress K-deficiency and moderate Na; Substitution 代替（有益） Rice (Koshihikari)•カリウムを代替して生育改善 ○ イネ rice オオムギ barley ワタ cotton キャベツ cabbage ホウレンソウ spinach ビート beat ・・・ × トウモロコシ maize アブラナ Brasicca ダイズ Soybean •（「植物栄養学」第２版） Molecular mechanism for Na uptake in rice: One of OsHKT? イネHKT OsHKT2;1 expression under K-deficiency → candidate? (EMBO J 26:3003, 2007) (Plant Physiology 152:341, 2010) OsHKT2;1 : Na-transport (not K-dependent) OsHKT2;2： K-dependent Na-transport and Na-dependent K-transport （タバコ培養細胞に発現させて測定 in Nicotine cell） シロイヌナズナHKTはイネと違う もっぱらNaのみを輸送:排出？ Arabidopsis HKT: extrusion (see last (previous) Class- 6) Schematic summaries of Na+ influx pathways into saline roots (in case of rice) Primary protective mechanisms mediated by Na+ transporters on important biological membranes Rice5：11 (2012)) Apoplastic bypath flow 注意：植物種によって、イオン選択性は異なる NOTE: Difference among plat species シグナル伝達 Signal transmission 環境 Environment 植物ホルモン Plant hormones レセプター Receptor シグナル伝達 Signal transmission レセプター Receptor 転写制御 (translational regulation) 遺伝子発現 Gene expression Protein or metablosim 転写後制御 (post-translational regulation) 表現型 Phenotype エチレン(Ethylene) • 果実の成熟制御 (Fruit ripening) • 成長制御 (Growth regulation) WT ctr1 エチレン受容体ETR１ Ethylene receptor ETR1 二成分（ヒスチジンカイネース）系 三重応答： Triple response •フック Hook •太く短い茎 Thick stem •太く短い主根 Thick root Air Ethylene Air MAPKカスケード 相当シグナル伝達 （後述） MAPK-cascade-like (see later) Two-Component Signal Transduction Pathways in Arabidopsis. Hwang et al. Plant Physiology, 2002, 129:500–515 Arabidopsisの例 ここにMAPK シグナル経路 （後述） Figure 9. Model of the two-component signal transduction pathways in Arabidopsis. The cytokinin signal is perceived by multiple His protein kinases at the plasma membrane. Upon perception of the cytokinin signal, His protein kinases initiate a signaling cascade via the phosphorelay that results in the nuclear translocation of AHPs (Hwang and Sheen, 2001). Activated AHPs may interact with sequestered ARRs or ARR complexes, transfer the phosphate to the receiver domain of its cognate B-type ARR, releasing these activation-type ARRs from putative repressors in the nucleus. The dephosphorylated AHP shuttles back to the cytosol, where it can be rephosphorylated. The liberated ARRs bind to multiple cis elements in the promoter of target genes. The activation of the repressor-type ARRs as primary cytokinin response genes provides a negative feedback mechanism. In addition to the CTR1 signaling pathway, additional ethylene signaling pathways could be mediated by two-component components (Lohrmann and Harter, 2002). Red light and cytokinin signaling is converged at ARR4. ARR4 stabilizes the active form of PHYB by inhibiting dark reversion (Sweere et al., 2001). Stress and Glc may also modulate two-component signaling (Urao et al., 1998; F. Rolland and J. Sheen, unpublished data). RD, Response domain; BD, DNA binding domain; AD, transactivation domain; PM, plasma membrane; N, nucleus; R, putative repressor; FR, far-red light らん藻で研究が進んでいる、ヒスチジンカイネース系 Histidine kinase system is well studied in cyanobacterium Hypothetical scheme for the pathway for low-temperature signal transduction in Synechocystis Suzuki et al. Biochem. Soc. Trans. (2000) 28, 628–630 低温ストレス応答の場合 (in case of cold response) Desaturace Fatty acid desaturation (不飽和化） Higher crystallized temperature Membrane fluidity sustain (流動性） Less freezing injury Among several hisditine kinase, Hik33 works as cold and osmotic sensor/receptor. 浸透圧ストレス応答の場合 (in case of osmotic response) How to evidence In Cyanobacterium Five Histidine Kinases Perceive Osmotic Stress and Regulate Distinct Sets of Genes in Synechocystis Paithoonrangsarid et al. J. Biol. Chem., (2004) 279: 53078-53086 植物の ＭＡＰＫinase系 (Plant MAPK Cascade) （In case of cell division) 名古屋大学植物発生学研究室資料） なぜカスケード？Cascade？ 増幅 調節 分岐・統合 Amplify Regulate Branching Nature 451, 789-795 (2008) "Dual control of nuclear EIN3 by bifurcate MAPK cascades in C2H4 signalling." Yoo et al. Model of the bifurcate MAPK cascades in ethylene signalling. The two EIN3 phosphorylation sites (P) with opposite functions are marked. Without ethylene, CTR1 directly or indirectly inactivates MKK9–MPK3/6 and probably activates downstream MAPKs to phosphorylate T592 to promote EIN3 degradation. Ethylene inactivates CTR1 for MKK9–MPK3/6 activation and T174 phosphorylation to stabilize EIN3. Arrow and blunt ends indicate positive and negative regulations, respectively. ACS, ACC synthase; MKKK, MAPKKK; C, cytoplasm; N, nucleus. アブシジン酸 Abscisic acid ABAは農業生産上の重要な形質（種子（形成と発芽制御）、ストレス耐性）に関与 受容 → Reception 伝達 Transmission 転写因子 → Transcriptional factor シス因子 → Cis-elements ＡＢＡとＤＲＥＢ： 低温と乾燥に対す るシロイヌナズナ の応答 Cold and osmotic response in Arabidopsis アブシジン酸受容体 Receptor of Abscisic acid found in 2009 ＜2006～7年にかけての発表(natureとscience）は、いずれも撤回された。＞ 2009年に報告されたものが本物 •RCAR/PYR/PYLタンパク質（タイプ２C protein phosphatase 結合蛋白） Science 324:1064 および 同 324:1068 (2009) •RCAR1: Regulatory Component of ABA receptor1 （酵母TwoHybrid） S. Y. Park, P. Fung, N. Nishimura, D. PYR1: PYRABACTIN RESISTANCE 1 R. Jensen, H. Fujii et al. (ABAアゴニスト：活性化物質） Abscisic acid inhibits type 2C protein phosphatases via the PYR/PYL family of START proteins. 発 芽 成 長 阻 害 剤 http://www.sciencemag.org/content/324/5930/1068.full タンパク質脱リン酸化酵素PP2C = ABI その変異体(abi)がABA Insensitive （ABA関連反応が失われる） として知られていた 他のABA関連変異体aba：ABA合成酵素の変異 other ABA mutant aba ：ABA synthesis mutant A model of (+)-ABA-induced ABI1 regulation by PYL1. K Miyazono et al. Nature 462, 609-614 (2009) doi:10.1038/nature08583 ABA response１：種子休眠 seed dormancy ABA responce2：ストレス耐性 stress tolerance 10 SnRK2 genes (Arabidosis) ABAとトランス因子、シス因子 （partial of previous one） ストレス耐性関連遺伝子の発現 Tolerance gene expression ABA responce３：気孔閉鎖 Closing stomata OST1=SnRK2.6=SnRK2E Phenotypes of srk2d/i and srk2d/e/i mutants. Nakashima K et al. Plant Cell Physiol 2009;50:1345-1363 SnRK2D = SnRK2.2 SnRK2E = SnRK2.6 SnRK2I = SnRK2.3 ABA 種子 休眠 (dormant) 三重変異体 (Triple mtant) 種子 休眠解除 (no dormat) Osmotic stress Arabidopsis decuple mutant reveals the importance of SnRK2 kinases in osmotic stress responses in vivo Fujii H et al. PNAS 2011;108:1717-1722 236: triple (snrk2.2, 3, 6) mutant sep: 7 SnRK2 genes are deficient 2W: only SnRK2.9 is wild (9 deficient) dec: 10 all genes are deficient 十重変異！ （引き続き） Arabidopsis decuple mutant reveals the importance of SnRK2 kinases in osmotic stress responses in vivo Seedling growth under osmotic stress. ABA 浸透圧ストレス 耐性 tolerance 十重変異体 (Dec mutant) 浸透圧ストレス 耐性 tolerance Proline accumulation 浸透圧ストレスに応答 して蓄積 236またはt ：snrk2.2/3/6 ３重変異体 (2.2と2.3と 2.6の３つが欠損しているという意味) quad：snrk2.1/4/5/10の４重変異体 quin: snrk2.1/4/5/9/10の５重変異体 sまたはsep：snrk2.1/4/5/7/8/9/10 の７重変異体 dまたはdec：１０重変異体（すべて欠損） 2W:2:2だけが機能していて他の9つは欠損変異体 WT：野生型（すべてのSnRKが機能している） さらなる役割分担/微調節 another role Jasmonic Acid Signaling ジャスモン酸のシグナル伝達系 • • • • • 果実の熟化 （エチレン生合成経路に関係） 休眠打破 落葉の促進 塊茎形成誘導 （JA 地上→地下） 傷害応答/防御応答 Jasmonoyl-isoleucine (JA-Ile), an amino acid-conjugated form of JA SCF-type E3 ubiquitin ligase SCFCOI1 (Receptor) See Annual Review of Plant Biology (2010) 61-681 in ditail JAsmonate ZIM-domain (JAZ) repressor proteins JA regulates numerous physiological processes in response to environmental and developmental cues. FACs, fatty acidamino acid conjugates; GLVs, green leafy volatiles. http://www.bch.msu.edu/faculty/howe.htm クロストーク Cross talk Schematic of the three-sided antagonistic signaling network between plant hormones in stress responses. http://www.rikenresearch.riken.jp/eng/research/5554 ホルモン制御系やシグナル伝達系はなぜ複雑なのか？ Why so complex in signal transmission pathway? 多重性（因子、経路） Multiple-crosstalk 「植物ホルモンのシグナル伝達」より 初期の自動車 アクセル ブレーキ Plant Physiology 154:567 (2010) BMC Plant Biology 11:163 (2011) 現代の自動車 ＋ AT ABS Kick-down reglation ・・・ Fine and efficient regulation, cross-talk, multi-safety system 細胞死 Cell death Necrosis 壊死 Programmed cell death プログラム細胞死 programmed or stress-induced (Apoptosis in animal cells アポトーシス） 植物でプログラム細胞死が起こる場所／機会 (Tissue and timing in plants) Nuclear PCD “off” PCD (Programmed Cell Death) in function Stress signal Physiological signal Tissue homeostasis Nuclear PCD “on” Removal of damaged cells Morphogenesis Disease Injury apoptosis オオムギ根での塩ストレス誘導性細胞死 Salt-stress induced cell death in barley PCD in normal condition • • 道管の形成 (xylem) 破生間隙の形成(aerenchyma) Salt stress-induced cell death 高濃度の塩ストレスによる根の伸長成長 の停止は細胞核の崩壊を伴う細胞死を 引き起こしていた • Control (up) • 500mM NaCl 12 hr (middle) • 500mM NaCl 24 hr (down) 中程度の塩ストレスによる根の伸長成長の停止 Root elongation stops undermild-stress (100-200 mM NaCl) • 細胞は死んでいない (No cell death) • 膨圧の減少による伸長する力の消失 (Turgor loss) • 伸長域での形態異常 →細胞壁/細胞骨格の問題？ Cell wall or cytoskeleton? 強い塩ストレスを受けた根の細胞死 Nuclear DNA degradation under storng stress (500 mM NaCl) Ｘ(fluorescein) T dT nick Ｕ DNA TUNEL TdT-mediated dUTP nick end labeling TdT: terminal deoxynucleotidyl transferase DAPI TUNEL Control Stress 1h VPE proteinase in PCD（VPE: Vacuolar Processing Enzyme） Non-silenced (pPVX) ↓ ← ＴＭＶ感染 ＨＲ（TNV封じ込め） VPE-silenced (pPVX: VPE) ↓ ← ＴＭＶ感染 ＨＲおこらず（→全身感染へ） N. benthamiana plants were infected with TMV on halves of their leaves (indicated by asterisks). (Hatsugai et al. Science 305:855, 2004のFig.2より) A model of “point-of-no-return” 京都大学大学院理学研究科 西村いくこ 研究室 http://www.jst.go.jp/kisoken/seika/zensen/08nishimura/index.html Point-of-noreturn 細菌の感染後に細胞内の液胞の膜と細胞膜とが融合し、 細胞の中と外がつながるトンネルが形成される 細菌感染に応答して誘導される膜融合（トンネル形成）とそれによる抗菌物 質の放出と過敏感細胞死のモデル 京都大学大学院理学研究科 西村いくこ 研究室 http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/news_data/h/h1/news6/2009/091015_1.htm 細胞死の研究目的 Goal of death study 植物が本来もつ自己防衛能力を強化させる技術 Enhancement of endogenous defense ability ストレス誘導性細胞死の抑制／制御技術 Regulation/reduction of stress-induced cell death PCD in animal cells (for reference) Receptor with deth domain Caspase with death effecter Downstream Caspase Nature Reviews Molecular Cell Biology 4, 552-565 (2003) 遺伝子改変植物（GMO) ２０１２年のＧＭＯ栽培面積： 世界で１億７０００万ha （２８カ国） 現在栽培されているＧＭＯ： 除草剤抵抗性と害虫抵抗性 soybean maize cotton canola（なたね） big4 is total ９９％ 市場規模：年間約148億USドル（種子販売として） International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applicationsz（ISAAA) 資料 soybean 81％ Maize 35％ Cotton 81% Canola 30% are GMO 消費者の不安 (Consumer side) 安全性 消費者／生産者の対立 生産者の利点 (Farmer side) コスト 利便性 組換え作物は、世界の食 糧確保や貧困や飢餓の緩 和に役に立つのか？ (Food supply side) 除草剤抵抗性作物 herbicide resistance In soybean, canola, maize, cotton 手作業での除草ではとても時間と労力がかかる 雑草Ａ 雑草Ｂ 従来の除草剤による除草 ではいろいろな除草剤を 組み合わせて使わなけれ ばならない 大豆 除草剤で枯れない 遺伝子組換え大豆 種まき後 に使う 雑草Ａを 枯らす 雑草Ｂを 枯らす １種類の除草剤で除草が可能 除草剤抵抗性の効果 グリホサート抵抗性大豆（ラウンドアップレディー）の例 除草剤散布前 除草剤散布2週間後 グリホサート（商品名：ラウンドアップ） 組換え体の栽培以外にも普通に使われている。 植物のアミノ酸合成を阻害。人間を含む動物への毒性が低い。 土壌中微生物により比較的容易に分解。残留性が低い。 写真提供：日本モンサント 除草剤抵抗性の仕組み グリホサート抵抗性の場合 グリホサートはアミノ酸合成に必要なEPSPSを阻害 糖 sugar 耐性植物にはグリホサートに阻害されないEPSPS （CP4 EPSPS）の遺伝子が導入されている 解糖系 ホスホエノールピルビン酸 PEP ホスホエノールピルビン酸 EPSPS シキミ 酸経路 （５-エノールピルビルシキ ミ酸-３-リン酸合成酵素） EPSPS CP4 EPSPS グリホサート グリホサート に阻害される グリホサート に耐性 shikimic acid pathway （動物に はない） 芳香族アミノ酸（フェニルアラニ ン、チロシン、トリプトファン） Aromatic amino acide 植物にとって必要 芳香族アミノ酸 枯死 非組換植物（野生型）WT 芳香族アミノ酸 生育 遺伝子組換え植物 GMO 害虫抵抗性作物 insect rtesistance Mainly maize, cotton 非組換え 遺伝子組換え Btタンパク質を生産 Btタンパク質 微生物(Bacillus thuringiensis)が作る殺虫性タンパク質 様々な種類があり、それぞれ特定の昆虫に効果がある 生物農薬として有機栽培にも40年以上使われている アワノメイガによるトウモロコシの被害 トウモロコシの茎の断面 遺伝子組換え 非組換え アワノメイガ トウモロコシに被害 をもたらす害虫 Btタンパク質を 食べると死ぬ 茎の内部にいるので 殺虫剤は効果が無い 写真提供：日本モンサント Btタンパク質の特異性 害虫 消化管に Btタンパク質の 受容体がある 消化管が 破壊される 死んでしまう Btタンパク質 ヒトや家畜など 胃で分解される 胃腸に 受容体がない 他のタンパク質 と同じように 消化される だいじょうぶ ウイルス抵抗性パパイヤ Virus resistance papaya Papaya in hawaii： パイナップルに次ぐハワイ の重要な農産物（果物） パパイヤリングスポットウ イルス（PRSV） 世界中で問題 抵抗性品種が無い 1950年代からハワイで深刻化 遺伝子組換え技術による抵抗性品種の作出 PRSV resistance papaya 1984-87 ウイルス遺伝子の解析、ベクター開発 抵抗性の原理：コートタンパク質の発現 （現在ではRNAiによる効果と判明） 1988-89 遺伝子導入法の確立 パーティクルガンにより導入 1991 組換えパパイヤの完成 1992 圃場試験の開始 PRSV抵抗性パパイヤの実用化 1992年4月 1992年5月 圃場試験の開始（オアフ島） プナ地区（ハワイ島）でPRSVが発見 1994年 プナ地区で被害が深刻化 1998年5月 実用化が承認 1992年 圃場試験 1994年 ハワイのパパイヤの危機 遺伝子組み換えパパイヤの現状 ハワイのパパイヤ生産はウイルス被害以前程度に回復 ハワイの組換えパパイヤ栽培面積が770％超え（2011年） ハワイ市場では組換えも非組換えも区別無く販売されている 日本食品安全委員会 遺伝子組み換えパパイヤパパイヤの安全性を確認（2009年） 日本で遺伝子組み換えパパイヤの輸入開始（2011年12月） パパイヤ農場の様子 Kapoho（non GMO）とRainbow（GMO） Next GMO • For global and human benefit • Health, nutrition, taste, quality・・・ • Non-food (flower, medical, environmental) → 乾燥耐性トウモロコシ drought-tolerant maize （cold shock protein =RNAシャペロンの利用） Monsant社 Droughｔ-Gard 乾燥状況下でも安定収量を期待 2013年3月商用生産開始（米国） Golden rice for vitamine-A supply 世界のビタミンA欠乏（1996年） ビタミンA欠乏による 公衆衛生の重要度 欠乏 重度潜伏性 中度潜伏性 軽度潜伏性 制御されている データ未入手 一人あたりの摂取カロリー が2700Kcal以下 水域 出典：世界食糧機構（FAO） カロテノイド生合成とゴールデンライス Normal rice Form maize rice native ビタミンAの前駆体 であるβカロテンを 作る http://www.goldenrice.org/ Nature Biotechnology (2005)から引用 ２０１３/１４年商用栽培開始予定（フィリピン） だったが、妨害破壊活動により遅れ 青色いバラの作出 → 2009年１１月市販化 SUNTORY blue rose APPLAUSE(アプローズ) Host （common variety) transgenic rose 写真提供：サントリー（株） 花の色と色素 Flower color and pigments アントシアニンは花の色を決定する主要色素の1つ (anthocyanin is one of pigments for flower color) オ ー ロ ン カ ロ テ ノ イ ド ベ タ キ サ ン チ ン → ペ ラ ル ゴ ニ ジ ン デ ル フ ィ ニ ジ ン シ クア リニ サジ ンン テ ミ ン ） クロモプラスト chromoplast ベ タ シ ア ニ ン メ タ ロ ア ン ト シ ア ニ ン プラスチドに局在 In plastide 液 胞 に 局 在 In vacuol 非 フ ラ ボ ノ イ ド カ ル コ ン anthocyanin ( フ ラ ボ ノ イ ド ← ク ロ ロ フ ィ ル （カエデの場合は葉肉細胞） （Mesophyll cells in leaves)） （アサガオの場合は表皮細胞） http://www.human.nagoya-u.ac.jp/lab/yoshida/research3.html （Epidermis in flowers） 液胞にアントシアニン系の色素がたまるといっても葉では 葉肉細胞（柔組織）、花では表皮細胞の液胞が着色。 花に含まれるアントシアニジン 以下の3種類のｱﾝﾄｼｱﾆｼﾞﾝの基本骨格で多彩な花色が決まる ﾃﾞﾙﾌｨﾆｼﾞﾝを作るにはF3’ 5’H（青色酵素）の遺伝子が必要 Cyanidin Pelargonidin Delphinidin フラボノイド生合成経路（花の色の設計図） Cyanidin Pelargonidin Delphinidin First blue carnation 白いカーネションにペチュニアの２つの遺伝子を導入 Petunia Petunia Pansy genes in case of rose デルフィニジン 写真提供：サントリー（株） Transgenic plants producing medicine • For example, insulin • Vaccine (eatable) スギ花粉症緩和米の開発研究 （独）農業生物資源研究所 Transgenic rice containing peptides from Japanese cedar pollen allergens (in Japan) • 初期療法：対処療法 • 減感作療法 抗原（花粉）を少しずつ増や しながら注射していく ・・・抗 原に慣れさせてる スギ花粉症緩和米の開発研究 （独）農業生物資源研究所－農水省 • 毎日のご飯を食べる ことによって、スギ花 粉に対する減感作治 療法をする • 花粉が持っている抗 原決定基（エピトー プ） を米に持たせる （遺伝子導入法によ る） • 隔離圃場（野外実験） ２００６年～０９年 動物実験（医薬品として） Animal test as medicine ２０１０年～１４年 放射能と放射性物質 (Radio isotope) 放射性セシウム（137Cs:半減期30.1年、134Cs:半減期2.1年）がもっとも問題 （I-131は半減期5日、Sr-90とSｒ-89は放射能比でセシウムの１％未満） 2012年3月16日時点 http://housyanouosennimakenai.doorblog.jp/archives/4226271.html 放射性セシウム radio-active Cs Ｃｓ降下量 福島事故で東京では（2011年３～５月累計） In Tokyo 17318 Bq/m2 （文部科学省発表） Beforeは・・・ 岡山の2011年３～５月降下量は8.9 Bq/m2 (Okayama) 放射性セシウムの直接汚染と間接汚染 Direct 直接汚染（放射性降下物の葉などへの吸着）： 原発事故直後 In direct 間接汚染（根からの吸収）： 現在 福島県果樹試験場のモモへの直接汚染 （2011年6月の測定例） 「遺伝」誌 2012年1月号より Cs+ Cs+ Cs+ Cs+ Cs+ Cs+ どうやって除去するか (how to remove) どうやって入るか （どうしたら入らないようにできるか） How to prevent the entrance/influx Cs+ •放射能、放射線について ベクレルとシーベルト(Bq, Sv) 自然放射線 (natural irradiation) 規制値(limit) •土壌におけるCsの挙動 •植物のCs取り込み •植物を使った土壌Cs除去の可能性 （ファイトレメディエーション） Cs+ Cs+ Cs+ どうやって除去するか Cs+ どうやって入るか （どうしたら入らないようにできるか） Bq（ベクレル）とSv（シーベルト） Bq: ベクレル （becquerek) • 放射能の量を表す単位 •1秒間に放射性核種が１個崩壊するのが１Bq Sv: シーベルト （sievert) •被曝による生物学的影響の大きさの単位 •1Gy（吸収線量）に放射線ごとの線量当量＊をかけたもの ＊放射線ごとにことなる係数 （α線２０、x線、ガンマ線、β線は１） •mSv/h → ｘ24x365(=8760) /1000 → mSv(/year) 実効線量係数 1Bｑ ＝ 10-9～10-7 Sv （核種による） (0.001～0.1mSv) → 137mBa → 137Ba (主要経路) β γ 30.1年 2.55分 137Cs 半減期 Csの実効線量係数 6.7ｘ10-9 Sv/Bq (吸入摂取） 1.3ｘ10-8 Sv/Bq (経口摂取） 自然放射線 natural irradiation 外部（宇宙線、地殻、空気）約1.5mSv/年（日本平均）、約2.4mSv/年（世界平均） 航空機での飛行（東京-NY片道）：約0.1mSv増加 医療被曝（1回）： CTで6.9mSv、胃のX線検査で0.6–2.7mSv付加 内部（40K 14C） 約0.3mSv/年 （ 40Kが約4000Bq、 14Cが約2500Bq) カリウムは動植物の必須ミネラル カリウム全体の1/10,000くらいある天然放射 性物質 食物での40K（例：ジャガイモ 400Bq/Kg）→人体へ 人体 約60Bq/Kg 体重67kgで約4000Bqを内部にもつことになる 規制値は、メリット デメリットおよび自 然放射線量との関 連で考える http://blog.livedoor.jp/pfj_blog/archives/50607528.html 規制値 リスク コスト ガンマ線スペクトルの実例 Measurement sample of Cs 15Bq/kg rice 食品新基準値（２０１２年４月１日から適用） 「一般食品」 food 100 Bq/Kg、 「乳児用食品」と「牛乳」 50 Bq/Kg 「飲料水」 10 Bq/Kg これはCsについての値である （ 40Kや14Cとは別枠） (for Cs, but not consider 40K, 14C) 注目： 先に示した天然40Kより相当少ない （普通の食品の平均以下） http://riverfieldkh.com/?post_type=report Cs15Bq/kg程度のサンプル玄米の測定例 （町田放射能能市民測定室のデータ） 晩発性放射線障害（ガン） 規制値 リスク コスト 食品新基準値（２０１２年４月１日から適用） 「一般食品」 100 Bq/Kg、 「乳児用食品」と「牛乳」 50 Bq/Kg 「飲料水」 10 Bq/Kg （経口で） Cs 1mSv/年 = 7.7 x 104Bq/年 = 770 Kg/年 (一般食品) （2.1 kg/日） 除染基準 5mSv? 1mSv? 5mSv → 1mSv で除染コストは数兆円↑ ガンで死ぬリスク（30％）をリスク１とする ＜急性障害は別＞ 「遺伝」誌 2012年1月号より •植物のCs取り込み 移行係数(transfer coefficient )： 土壌Csのどのくらいが植物に移行するか イネ玄米の場合・・・ 0.00021～0.012 （rice） Cs+ 土壌のCsを完全に除去する必要はない イネ作の制限値は5000Bq/Kg Soil （土壌） Cs+ Cs+ Cs+ Cs+ 植物のCs吸収量 どうやって入るか How Cs enters into plant cerlls どうしたら入らないようにできるか カリウム（K)を施肥するとCsの吸収が減るとされている 競合関係 K施肥量 K+が少ない時は、高親和性K+輸送体（低 濃度のK+を取り込むことができるK+吸収 のためのタンパク質）が働いて、Csはそ の仕組みを使って植物内に侵入すると考 えられた(イネの場合） 実はほとんどがイネによる実験のデータをもとに議論 ・・・ いろいろな植物で調べると、全体としては・・・ Cs K Naの体内濃度の相関が見られない場合も多い （渡辺ら 植物生理学会２０１２年年会要旨集S11-5) K施肥によるCsの吸収抑制はある程度効果はある （万能ではない） カリウムの同族元素（２周下）だがカリウム輸送体だけで取 り込まれるのではないらしい カリウム輸送体（特異的、選択的） K+ 植物細胞 (Cs+) K+ Na+ Cs+ Ca2+・・・ 陽イオン非選択的輸送体 → Csを通す、通さない、さまざまな報告 研究継続中 Study of Cs transporters → Breeding less Cs-uptake crops How to do？？ 遺伝子組み換え（GMO)？？？ 品種選抜技術 (Selection) 施肥/水管理技術 (fertilization and water manaziments) 化学物質 (chemicals) ・・・・ ファイトレメディエーション(Phytoremediation)： 植物が水分や養分を吸収する能力を利用して、汚染物質を吸収、分解する技術 Cs+ Cs+ Cs+ Cs+ Cs+ Cs+ 植物を使った土壌Cs除去の可能性・・・目途はたっていない （Cs高蓄積でバイオマスの大きな植物がない） （もしあっても、その植物をどのように処分するかが不透明）
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