放射光蛍光X線分析を用いるモェジマシダ(Pteriswttato L.)におけるクロム蓄積機構の解明

摘要

ヒ素超集積植物として知られるモエジマシダにCr(Ⅵ)とCr(Ⅲ)溶液を添加して栽培し，放射光蛍光X線分析を行った.添加には，K_2Cr_2O_7とCrCl_3•6H_2Oを溶解して調製した50ppmのCr(Ⅵ)とCr(Ⅲ)溶液を用いた.放射光蛍光X線イメージングによって，シダの組織に蓄積されたクロムの分布を可視化した.葉，茎,根のすべての部位にクロムは蓄積されており，根において最も高濃度に蓄積されていた.また生体内において有害元素の無毒化に寄与すると考えられている硫黄化合物に着目し，クロムや硫黄の化学形態についてX線吸収端近傍構造(XANES)スペクトルから検討を行った.その結果，植物体内に取り込まれたCr(Ⅵ)はいずれも毒性のないCr(Ⅲ)に還元されていた.Cr(Ⅲ)を添加した場合，価数変化することなくCr(Ⅲ)として蓄積されていた.つまりCr(Ⅵ)とCr(Ⅲ)のどちらを添加した場合においても，Cr(Ⅲ)の化学種として蓄積されていることが明らかとなった.一方，植物の必須元素である硫黄は植物体内で棣々な化学種として存在するが，Cr(Ⅵ)やCr(Ⅲ)を添加すると，根では硫酸イオンのようなS(Ⅵ)の化学種の割合が減少して，グルタチオンやシスティンのようなS(-Ⅱ)の割合が增加していた.このように蛍光XAFSスぺクトルの解析は，有害元素の無毒化機構の解明に有効な知見を与えることが示された.%Pteris vittata L. is known as an arsenic hyper-accumulator. To understand the tolerance mechanism, this study investigated the speciation and distribution of chromium accumulated in fern using synchrotron-radiation X-ray fluorescence analysis. The plants were separately treated with K_2Cr_2O_7 and CrCl_3•H_2O in a hydroponic system. The chemical speciations of chromium and sulfur in the fern were carried out by X-ray absorption near edge structure (XANES) analysis; the elemental distributions in their tissues were visualized by micro-XRF imaging. Chromium was highly accumulated in the roots. μ-XANES and XANES indicated that highly toxic Cr(Ⅵ) was reduced Cr(Ⅲ) as less-toxic Cr(Ⅲ). The fern-cultivated Cr(Ⅲ) was accumulated as Cr(Ⅲ). The chemical speciation of sulfur showed that the ratio of S(-Ⅱ) compounds, such as glutathione (GSH) and cysteine in the roots, increased when was treated with Cr(Ⅵ) and Cr(Ⅲ). This result demonstrated that sulfur had a certain function in the detoxification process of P. vittata L.