酸化グラフェンがコムギ苗の成長に及ぼす影響。酸化ストレスと生理学的フラックスからの洞察

Effect of Graphene Oxide on Growth of Wheat Seedlings: Insights from Oxidative Stress and Physiological Flux.

• Wenjie Ren
• Haiwei Chang
• Lina Li
• Ying Teng

抄録

本研究では、酸化グラフェン（GO）に対するコムギ苗の応答を、0～1000mg Lの広い濃度範囲で、酸化ストレス、リアルタイム膜電位、プロトンおよびカルシウムイオンフラックスを含めて調べた。その結果、GOは根の成長にホルミシス効果を誘導した（低濃度(100mg L)の促進と高濃度(1000mg L)の抑制）。酸化ストレスは、根や葉の抗酸化酵素の活性やMDA含量に大きな刺激を与えたことから示唆されるように、GO濃度1000mg Lでの成長阻害の原因となっていた。スーパーオキサイドディスムターゼ（SOD）、カタラーゼ（CAT）、ペルオキシダーゼ（POD）活性はMDA量と高い相関性を示した（それぞれr=0.963、0.984、0.960）。また、酸化グラフェン曝露は、根の膜の濃度依存的な脱分極を引き起こし、根頭のH流出と細胞外Ca流入を有意に抑制することが示された。

In this study, the responses of wheat seedlings to graphene oxide (GO) were investigated at a wide concentration range of 0-1000 mg L, including oxidative stress, real-time membrane potential as well as proton and calcium ion fluxes. The results show that GO induced a hormesis effect on root growth (low concentration (100 mg L) promotion and high concentration (1000 mg L) inhibition. Oxidative stress was responsible for the growth inhibition at GO concentration of 1000 mg L, as suggested from great stimulation in the activities of antioxidant enzymes and MDA content in roots or leaves. Superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), peroxidase (POD) activities were highly correlated with MDA levels (r = 0.963, 0.984, and 0.960, respectively). GO exposure caused significant concentration-dependent membrane depolarization in roots, and significantly inhibited H efflux and extracellular Ca influx in root cap.