Jack-knife

　

　オヒルギ（マングローブ）の測定は、ソナレシバやサトウダイコンなど耐塩性作物に対するNMRスペクトロスコピーおよびNMR顕微鏡（ミクロMRI）の応用研究の中で行われた。マングローブは、汽水域に生育し、胎生種子（Juncosa, 1984）や気根（Ogura, 1940; Tomlinson, 1986）という生態的および形態的特徴を有しており、一般の植物や作物とは違う特殊な生理的特徴がある（Brownet al., 1969）とされていたので、耐塩性植物の研究対象として興味が湧いた。
NMR顕微鏡（イメージング）は、組織を構成する細胞の水の物理性（量と運動性）を測定することによって非破壊的に生体の解剖学的形態を観察する装置である。細胞の水は（１）細胞および組織の構成分子内に結合された結晶水あるいは結合水、（２）細胞液など運動性が高い自由水、（３）細胞壁や細胞内蛋白粒およびデンプン粒などゲルの網に緩く運動性を制限された束縛水に分類され（Beall, 1979; Hazlewood, 1979）、そのうちの（２）に相当する運動性が高い水分子（自由水）が代謝や物質輸送など生体機能を支えている、すなわち、「細胞の生理活性は、細胞の水の物理性と密接な関係がある」（Cell-associatedwater; Drost-Hansen & Clegg eds., 1979）と考えられているから、NMRイメージングによって水の量と運動性の組織間、または、経時的な変動を測定すれば、それぞれの組織の生理的状態と機能の差異と変化を観察できる。実際に、Faustetal.,（1991）は、MRIによってリンゴの花芽の休眠が破れると自由水が検出されること、また、Kakuet al., （1984）は、NMRでアザレアについて春になって花芽が動き始めると、水のT1が長くなることを報告し、生理状態が組織の自由水の量と運動性に密接な関係を持つことを示している。そこで、高濃度の塩が存在する環境で生育するマングローブの生理的特徴をNMRイメージングの測定を通して捉えることができると期待した。

　日本電子（JEOL）の小川秀次郎氏によって制作されたNMRイメージング装置（NMR顕微鏡）が、安定したOxford のマグネット（270MHz WB）のおかげで、正確なディメンジョンの形態を表し、定量的にシグナルを比較ができるイメージを提供してくれたことは、水の物理性を通して組織の生理を考察するためには不可欠な要素であったと思う。
　他核（²³Na）のイメージングは、水の分布から得られるのとは異なった生理的情報を与えてくれるはずである。一般に、植物ではナトリウムは生理作用を持たないけど、マングローブの胎生種子にはかなりの量の塩が蓄積される（Juncosa, 1982）と報告されていたから、ナトリウムのイメージング検出器のテストを依頼された時はチャンスと思った。
　

　　一方、動物ではナトリウムは生理的機能を有する重要な元素で、ナトリウムのイメージングは脳の機能研究に応用できるとされていたが、明瞭なイメージを掲載した報告（DeLayreet al., 1981; Hilalet al., 1985）はあまり見つからなかった。理由は、ナトリウムの緩和時間が極めて短いのに対してアクティブシールド型の磁場勾配コイルなどの周辺技術が発達していなかった当時は、エコー時間を短縮することが難しかったためである。この研究でも、成功したのは胎生種子におけるナトリウムの分布の測定だけである。それでも、1５年も後になって、植物のナトリウムイメージングを行った海外の研究者から、文献を探したらお前達のものしか見つからなかったと言われた時は嬉しかった。現在の装置作製技術を以てすれば明瞭なイメージを取得することができるし、耐塩性機構の有効な研究手法となると考えられる。これらの技術的進歩は数年の内に達成されている（Oltet al., 2000）。
　イメージングの弱点を補う意味で、グロスNMRスコピーで切片を作成して試料管に詰め込み、スペクトルを測定する手法は有効である。シフト試薬であるディスプロシウム化合物が細胞に取り込まれないこと（Bentalet al., 1988）を利用して、ディスプロシウムを混入したナトリウム溶液を外部スタンダードとして、細胞内に取り込まれた、あるいは、蓄積されたナトリウム濃度を測定した。光学写真や顕微鏡写真を併用するつもりなら、切片調製によって、分解能は粗いが、効果的な濃度分布を測定できる。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（研究員）

文献

水の物理性と代謝活性
Drost-Hansen W. and Clegg JS. 1979. Cell-associated water. Academic Press, New York.
Beall, PT. 1979. Applications of cell biology to an understanding of biological water.InW. Drost-Hansen and JS. Clegg eds. Cell-associated Water. pp.271-291. Academic Press, New York.
Hazlewood, CF. 1979. A view of the significance and understanding of the physical properties of cell-associated water.InW. Drost-Hansen and JS. Clegg eds. Cell-associated Water. pp.165-259. Academic Press, New York.
Hazlewood, CF., Chang DC., Medina, D., Cleveland, G., Nichols BL. 1972. Distinction between the preneoplastic and neoplastic stateofmurine mammary glands. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 69: 1478-1480.
Faust, M., Liu, D., Millard, MM., Stutte GW. 1991. Bound versus free water in dormant apple buds - a theory for endodormancy.HortScience 26: 887-890.
Kaku, S., Iwaya-Inoue, M., Gusta, LV. 1984. Relationship of nuclear magnetic resonance relaxation time to water content andcoldhardiness in flower buds of evergreen azalea. Plant, Cell Physol. 25: 875-882.

マングローブ
Brown, JMA., Outred, HA., Hill, CF. 1969. Respiratory metabolism in mangrove seedlings. Plant Physiol. 44: 287-294.
Juncosa, AM. 1982. Developmental morphology of the embryo and seedling of Rhizophora mangle L. (Rhizophoraceae). Amer. J. Bot.69: 1599-1611.
Juncosa, AM. 1984. Embryogenesis and developmental morphology the seedling in Bruguiera exaristata Ding Hou (Rhizophoraceae).Amer. J. Bot. 71: 180-191.
Ogura, Y. 1940. On the types of abnormal roots in mangrove and swamp plants. Bot. Mag. Tokyo 54: 389-404.
Tomlinson, PB. 1986. Root systems. In PS. Ashton, SP. Hubbell, DH. Janzen, PH. Raven, PB. Tomlinson eds. The Botany of Mangrove.pp. 96-115. Cambridge University Press, Cambridge.

²³Na-NMR and NMR imaging
Bental, M., Degani, H., Avron M. 1988.²³Na-NMR studies of the intracellular sodium ion concentration in halotolerant algaDunaliellasalina. Plant Physiol. 87: 813-817
Delayre, JL., Ingwall, JS., Malloy, C., Fossel, ET. 1981. Gated sodium-23 nuclear magnetic resonance imaging of an isolatedperfusedworking rat heart. Science 212: 935-936.
Hilal, SK., Maudsley, AA., Ra, JB., Simon, HE., Roschmann, P., Wittekoek, S., Cho, ZH., Mun, SK. 1985. In vivo NMR imaging of sodium-23 in human head. J. Comput. Assist. Tomogr. 9: 1-7.
Olt, S., KrÖtz, E., Komor, E., Rokitta, M., Haase, A. 2000.²³Na and¹H NMR microimaging of intact plans. J. Magn. Reson. 144: 297-304.

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.