作成： 2000/02/11 長谷川 博
データ番号 ：020171
高等植物におけるアスコルビン酸とイオウ化合物の放射線防護効果
目的 ：植物に有効な放射線防護物質の調査
放射線の種別 ：ガンマ線,中性子
放射線源 ：60Co線源、原子炉
線量（率） ：原論文1：3,20,25kR(30、200、250Gy相当；ガンマ線)、276,412,552rad(2.76、4.12、5.52Gy；中性子)、原論文2：5x106rad(50kGy；ガンマ線)
利用施設名 ：UT-AEC Comparative Research Laboratory(ガンマ線)、Atomic Energy of Canada 'Gamma cell'
照射条件 ：空気中(ただし、原論文2は培地に照射)
応用分野 ：放射線生物学研究、植物培養
概要 ：
オオムギ種子にアスコルビン酸処理をした後にガンマ線と中性子照射を行うことにより、アスコルビン酸に放射線防護効果があることを示した。また、ショ糖を含む培地に種々のSH基(スルフヒドリル基)をもつイオウ化合物で処理してガンマ線を照射し、SH基の放射線防護効果を明らかにした。
詳細説明 ：
放射線利用による突然変異誘発の課題のひとつは放射線処理障害を抑え、かつ高い突然変異誘発効果を示す照射技術を確立することである。その1方法として照射により生じるラジカル類のDNA以外への障害を抑えることが試みられてきた。ここでは、アスコルビン酸とイオウ化合物の放射線防護効果について紹介する。
原論文1ではオオムギ種子を用いてガンマ線と中性子照射の前にアスコルビン酸(強力な還元剤)で処理をして、処理後の幼植物成長を指標としてその効果を明らかにしている。主な結果は以下の通りである。1)アスコルビン酸(0.06〜1.00M)単独で処理すると、アスコルビン酸による生育阻害効果が現れた。しかし、アスコルビン酸処理後にガンマ線を照射するとアスコルビン酸の濃度効果は認められなかった。2)アスコルビン酸前処理してγ線を照射した種子を一定時間低温条件で空気バブリングを行った水に浸漬した。その結果、アスコルビン酸の処理障害が無くなるだけでなく、アスコルビン酸の放射線障害軽減効果が現れた(表1)。
表1 Effects of ascorbic acid at different concentrations on γ-radiation-induced seedling injury, chromosome aberrations (percentages of cells with bridges and/or fragments at the first mitotic anaphase) and germination. Seeds were presoaked for 1 hr at 24℃ in various concentrations of ascorbic acid, exposed to 20 or 25 kR of 60Co γ-radiation and then soaked after irradiation in aerated water for 18 hr at 0℃. （原論文1より引用。 Reproduced from Radiation Botany 15: 39-48, 1975, Tab.2(p.41), B.V.Conger, Radioprotective effects of ascorbic acid in barley seeds; Copyright(1975), with permission from Elsevier Science.）
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0 kR 20 kR
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Ascorbic Seedling Injurya Germination Seedling Injuryb Germination
acid height % % height % %
conc (M) (cm±S.E.) (cm±S.E.)
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0 15・1±0・2 0・0 97 6・7±0・2 55・6 89
0・06 15・0±0・2 0・7 98 7・5±0・2 50・0 97
0・12 15・1±0・2 0・0 96 7・9±0・2 47・7 98
0・25 15・0±0・2 0・7 98 8・8±0・2 41・3 95
0・50 14・7±0・2 2・7 95 9・8±0・2 33・3 98
1・00 14・8±0・2 2・0 95 9・8±0・2 33・8 94
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25 kR 20 kR
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Ascorbic Seedling Injuryb Germination Cells with
acid height % % chromosome
conc (M) (cm±S.E.) aberrations
%
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0 4・6±0・1 69・5 95 48・7
0・06 4・6±0・1 69・3 99 39・0
0・12 5・1±0・1 66・2 98 51・7
0・25 6・3±0・1 58・0 99 50・0
0・50 6・7±0・2 54・4 91 39・0
1・00 7・7±0・2 47・6 94 38・0
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aCompared to nonirradiated,nonascorbic acid control,i.e.to 15・1 cm.
bCompared to seedlings from nonirradiated,ascorbic acid treated seeds.
3)アスコルビン酸はガンマ線照射障害だけでなく、中性子による照射障害をも軽減した。その効果はガンマ線障害に対する方が大きかった。4)アスコルビン酸の放射線障害軽減効果はアスコルビン酸処理による種子の吸水量低下と関係していた。5)照射前の酸素または窒素バブリングがアスコルビン酸添加処理効果に及ぼす影響を調べたところ、酸素区の方が放射線障害は大きかったが、アスコルビン酸の効果については両処理区間に大きな差異はなかった。6)乾燥種子にガンマ線を照射後アスコルビン酸処理を行っても、アスコルビン酸の放射線防護効果が認められた。以上の結果から、アスコルビン酸の放射線障害軽減効果は酸素依存性の障害に関わるものであり、照射により生じるフリーラジカル除去効果と関係していると考えられた。
原論文2は植物育成用培地(White の培地を一部変更したもの)へ高線量のガンマ線を照射し、イオウ化合物の有無が照射培地を用いて育てたトマトの根の成長に及ぼす影響を調査したものである。ショ糖濃度10%の培養液に図1に示したイオウを含む坑放射線物質およびセリン(抗放射線物質の濃度は1mMとした)を加え、5x106radのガンマ線を照射した。
図1 Structure of compounds examined as possible antiradiation materials.（原論文2より引用。 Reproduced from Radiation Botany 8: 345-353, 1968, Tab.2(p.348), S.N.Pennington and C.E.Meloan, A study of radiation protection by sulfur compounds; Copyright(1968), with permission from Elsevier Science.）
照射培地上に1〜2cmに切り取ったトマトの根端を置床して培養した。ショ糖を含むが抗放射線物質を含まない培地に放射線照射を行った場合は、著しい根の成長阻害が起こった。一方、培地に種々のイオウ化合物を加えた場合には、放射線障害が軽減された。放射線に対する障害軽減効果はSH基(スルフヒドリル基)をもつ化合物がもっとも強い放射線防護作用を持つことがわかった。放射線による成長阻害効果は照射により生じるラジカルが関係しているが、SH基を持つ物質は照射されたショ糖をラジカルから防護する役割があると考えられる。これら防護物質の効果の定量のためにヒドロキシラジカルとギ酸を反応させ、各物質がギ酸の減少程度に及ぼす影響から推定する方法について検討した。また、ショ糖を含む溶液に放射線照射を行うと200〜300nmの間にピークを持つジヒドルキシアセトンなどの物質が生成しており、これらの物質が植物の成長に影響を与えることも考えられる。
コメント ：
アスコルビン酸とSH基を持つ物質は強力な放射線防護物質である。アスコルビン酸とSH基をもつイオウ化合物(グルタチオン)はともに植物のストレス反応に関係する物質であり、ここで紹介した結果は放射線防護効果と一般的な環境ストレス反応との関連性を示している。。
なお、原論文2の論文は培地に放射線照射を行うと培地の変化が植物の成長に影響を与えることを示している。培養細胞系に放射線を照射した時には、照射後すみやかに細胞を植え替える必要がある。
原論文１ Data source 1：
Radioprotective effects of ascorbic acid in barley seeds.
B.V.Conger
UT-AEC Comparative Animal Research Laboratory, Oak Ridge, Tennessee 37830, U.S.A.
Radiation Botany 15: 39-48, 1975
原論文２ Data source 2：
A study of radiation protection by sulfur compounds
S.N.Pennington and C.E.Meloan
Department of Chemistry, Kansas State University, Manhattan, Kansas, U.S.A.
Radiation Botany 8: 345-353, 1968
キーワード：ガンマ線、中性子、放射線防護効果、ラジカル、アスコルビン酸、イオウ化合物、SH基、オオムギ、トマト、種子、培地
gamma-ray, neutron, radioprotective effect, radical, ascorbic acid, sulfer compounds, SH group, barley, tomato, seed, culture medium
分類コード：020501, 020101, 030601