土壌中の放射性セシウムの動態と高次植物へのセシウム取り込み機構を明らかにした。イネ科植物へのセシウム取り込みのメカニズムを新たに解明した

The Dynamics of Radio-Cesium in Soils and Mechanism of Cesium Uptake Into Higher Plants: Newly Elucidated Mechanism of Cesium Uptake Into Rice Plants.

• Hiroki Rai
• Miku Kawabata

抄録

原子力事故に起因する土壌中の放射性セシウム(Cs)汚染は大きな社会問題となっている。本総説では、土壌中の放射性Csの挙動、土壌からのCsとカリウム(K)イオンの取り込みとの関係、そしてこれまでに提案されてきたCs取り込みモデルを紹介した。最後に、新たに明らかになったイネにおけるCs取り込みのメカニズムを紹介し、従来提案されていたCs取り込みモデルとの比較を行った。Csは土壌中の微量元素である。通常の環境条件ではほとんど発生しませんが、高濃度で吸収されると植物に毒性を示します。しかし、核兵器実験や原子力発電所事故で放出された放射性Csは植物に吸収され、食物連鎖に入ります。セシウムは、土壌中のイライト質粘土の擦り切れた端部に強く結合しているため、雨水の浸透ではほとんど移動しない。しかし、植物は無機イオンを取り込む能力が強く、放射性Csの生態系への再拡散や食品の放射能汚染の原因となる。Csは、Kの取り込みと同様のメカニズムで植物に吸収されると考えられています。しかし、土壌から植物へ、そして植物内部への移行においては、この2つの元素の動態は必ずしも一致していません。以前に提案された高等植物によるCs取り込みのモデルでは、Csは高親和性カリウム（HAK）ファミリーのトランスポーターと電圧感受性カチオン（VIC）チャンネルを介して吸収されると述べられていた。イネのHAKトランスポーター遺伝子（）のノックアウト系統を用いて、HAKトランスポーターOsHAK1が、特に低カリウム条件下でのイネへのCs流入の主な経路であることを明らかにした。また、Kの取り込み率は野生型との間に大きな差は見られなかった。イネの根の表面では、OsHAK1以外のカリウム輸送系はほとんど、あるいは全くCs取り込みに寄与していない。OsAKT1がCs取り込みを仲介していないことはほぼ確実である。通常の土壌条件下では、根へのCs取り込みの80-90％はOsHAK1によって、残りはVICチャネルによって媒介されている。これらの結果は、Cs取り込みにおけるHAKチャンネルとVICチャンネルの寄与率の違いを除いて、従来のモデルと一致している。

Soil radio-cesium (Cs) contamination caused by nuclear accidents is a major public concern. In this review, we presented the behavior of radio-Cs in soils, the relationship between Cs and potassium (K) ion uptake from soils, and the Cs uptake model proposed previously. Finally, we introduced the newly elucidated mechanism of Cs uptake in rice plants and compared it with the previously proposed Cs uptake model. Cs is a trace element in soil. It is toxic to plants when absorbed at high concentrations, although this rarely occurs under normal environmental conditions. Nevertheless, radio-Cs released during nuclear weapon tests or nuclear power plant accidents is absorbed by plants, thus entering the food chain. As Cs strongly binds to the frayed edge sites of illitic clays in soil, it is hardly moved by the infiltration of rainwater. However, plants have a strong ability for inorganic ions uptake, causing re-diffusion of radio-Cs into ecosystems and radioactive contamination of food. It is hypothesized that Cs is absorbed by plants through the same mechanism implemented in K uptake. However, the dynamics of the two elements do not always coincide in their transition from soil to plants and inside the plants. A previously proposed model of Cs uptake by higher plants stated that Cs is absorbed through high affinity potassium (HAK) family of transporters and voltage-insensitive cation (VIC) channels. A knockout line of a HAK transporter gene () in rice revealed that the HAK transporter OsHAK1 is the main route of Cs influx into rice plants, especially in low-potassium conditions. The K uptake rates did not differ greatly between the and wildtype. On the surface of rice roots, potassium-transport systems other than OsHAK1 make little or no contribution to Cs uptake. It is almost certain that OsAKT1 does not mediate the Cs uptake. Under normal soil conditions, 80-90% of Cs uptake into the roots is mediated by OsHAK1 and the rest by VIC channels. Except for the difference between the contribution ratio of HAK and VIC channels in Cs uptake, these results are consistent with the conventional model.

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