櫟山螢雪研究所
When that I was and a little tiny boy,
   With hey, ho, the wind and the rain,
A foolish thing was but a toy,
   For the rain it raineth every day.
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A great while ago the world begun,
   With hey, ho, the wind and the rain,
But that's all one, our play is done,
   And we'll strive to please you everyday.

　　　　　　　　　　　　                  　from Twelfth Night


Phantom

　
　　NMR顕微鏡によるトウモロコシ幼芽によるマンガン吸収の可視化に関する研究は、1980年代後半になって、磁気共鳴イメージング装置が植物学および農学へ応用され始めた頃の研究である。当時、物理学的測定法が急速に発達し、磁気共鳴に限らず可視光、近赤外光、あるいは、音響などを用いた生体の非破壊計測法の研究が精力的に進められた。磁気共鳴イメージング（MRI; NMRイメージング）では、ガン検診のために医療用装置の普及が進んだばかりでなく、マシンタイムが空いた夜間を利用して医療以外の分野への応用や、高分解能NMR装置を用いて顕微鏡レベルで分解能の限界に挑戦するような研究が行われた。
　ここで使用したのは、MRミクロスコープ（NMR顕微鏡）の著名な研究者であるニュージーランドのDr. PT. Callaghanの仕事に協力した日本電子（JEOL）の小川秀次郎氏によって制作されたイメージング装置である。安定したOxfordのマグネット（270MHz; 6.3 T）と彼の卓越した工作により、非常に正確な形態の綺麗なイメージを提供している。
　植物体内の水の移行を追跡することは、植物生理の重要な研究課題である。重金属イオンは、それを溶解している水の緩和時間を短くするので適切なT1強調条件で測定すると、重金属イオンが吸収された部位だけから強いシグナルが得られるので、それを基に重金属イオンを含んだ水の移行過程を解析することができる。このような性質を持つ化合物を造影剤という。この研究は、感度が低いNMR顕微鏡に対して、植物組織が鉛直の方向性をもつことを考慮して断層を厚くすることで感度を補って平面分解能（50Μm）を確保し、一方、茎の形態を顕微鏡によって捉え、画像解析器によって重ね合わせることによってマンガンイオンの動態を明らかにしている点が特徴である。NMR顕微鏡という技術の可能性を示すことに止まらず、組織の機能の解明を目的としたマルチモダリティイメージングとなっているのは、当時としては進んだ解析方法である。
　重金属を植物体の水の移行のトレーサーとする方法は、早い段階で銅イオンを用いた研究において金属イオンは植物体に毒性を持つと報告された（Bottomleyet al., 1986）ことと、金属イオンは維管束以外の柔組織にも吸収されるので真の水の移行を表していないという批判などが原因となってあまり発達しなかったと言われている。しかし、植物に関しては、鉄およびマンガンは自然界で多量に吸収される使い易い化合物であり、導管における移行と細胞への蓄積を別けて考察すれば組織の機能を解析することができる。それよりも、むしろ、超伝導マグネットの構造に妨げられて環境をコントロールした測定系を構築できなかったことが障害となったと思われる。　

　その後、造影剤は医療分野で著しい発展を遂げた。ガドリニウムを中心としたキレート化合物で造影剤自体が生理機能に感受性を持つものや、加工を施された金属微粒子が特定の細胞や組織に集積し、病態や薬剤効果に有効なコントラストを生じるものなどが開発され、MRIの感度を向上させると同時に、薬剤配送機構の解明などに有効な手法と期待されている。このような研究の分野は分子イメージングといわれ、今後の発展が期待されている。それらの研究環境の動向を考えると、植物学研究において、もう一度造影剤の応用を検討する必要があると思う。
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文献
Callaghan, PT. (1991) Principles of nuclear magnetic resonance microscopy. Clarendon Press, Oxford
Bottomley, PA., Rogers, HH. and Foster, TH. (1986) NMR imaging shows water distribution and transport in plant root systemsin situ.
   Proc. Natl. Acad. Sci. USA83:87-89.

他に大麦の幼植物やアスパラガスの芽におけるマンガンの動態の計測例
Connelly, A.,Lohman, JAB.,Loughman,BC., Quiquampoix, H. and Ratcliffe, RG.(1987) High resolution imaging of plant tissues by NMR.
 J. Exptl. Bot.38:1713-1723.
Ishida, N., Koizumi, M. and Kano,H. (2000) The NMR microscope: a unique and promising tool for plant science.Annals Bot.86: 259-278.
Heyes, JA. and Clark, CJ. (2003) Magnetic resonance imaging of water movement through asparagus.Functional Plant Biol.30: 1089-1095.

水分子の流れに伴うスピン位相のシフトを検出して茎における導管流を観測した論文
KÖckenberger, W., Pope, JM., Xia, Y., Jeffrey, KR., Komor, E. and Callaghan PT. (1997) Anon-invasive measurement of phloem and
   xylem water flow in castor bean seedlings by nuclear magnetic resonance microimaging.Planta201: 53- 63.
Rokitta, M., Zimmermann, U. and Haase, A. (1999) Fast NMR flow measurements in plants using FLASH imaging.J. Magn. Reson.137:29-32.
Xia, Y., Sarafis,V., Campbell, EO. and Callaghan, PT. (1993) Non invasive imaging of water flowin plants by NMR microscopy.Protoplasma
 173: 170-176.
Scheenen TWJ., van Dusschoten, D., de Jager,PA. and Van As, H. (2000) Quantification of water transport in plants with NMRimaging.
 J. Exptl. Bot.51: 1751-1759.

          A great while ago the world began,
               With hey-ho, the wind and the rain;
           But that's all one, our play is done,
               And we'll strive to please you every day.