作成： 1999/11/30 長谷川 博
データ番号 ：020179
熱中性子の生物効果とホウ素添加の効果
目的 ：10B前処理による熱中性子の突然変異誘発の効率化
放射線の種別 ：中性子
放射線源 ：原子炉より発生する熱中性子
フルエンス（率）：2.9x109Nth/cm2/sec
利用施設名 ：京都大学原子炉実験所原子炉
応用分野 ：植物育種、放射線生物学研究
概要 ：
イネの乾燥種子に0〜8000ppmのホウ酸を吸収させ、再乾燥後に熱中性子照射を行った。4000ppm以下のホウ酸は発芽、幼植物の生育に影響を与えなかった。照射前のホウ酸処理により突然変異誘発効果が高められること、葉緑素突然変異のなかでStriata の出現頻度が高くなることが認められた。これらの結果は10Bの効果により、中性子の吸収効率が良くなるためと考えられる。
詳細説明 ：
中性子はRBE(生物効果比)が高く効率的な突然変異誘発効果が期待されるが、実用化のためには、技術的問題点の解決だけでなく中性子の生物学的基礎研究を行う必要がある。本論文では中性子の生物学的効果を各組織ごとに検討するとともに、ホウ素添加が中性子の生物効果に及ぼす影響についても明らかにしたものである。
実験：水分含量約13%のイネ(日本型、品種銀坊主)の種子に0、500、1000、2000、4000および8000ppmのホウ酸を48時間処理し、処理後は乾燥して再度水分含量が13%の状態に戻した。ホウ酸を処理した再乾燥種子に京都大学原子炉実験所の重水炉を用いて熱中性子を0〜9時間照射した。熱中性子のフラックスは2.9x109Nth/cm2/sec であり、ガンマ線のコンタミネーションは423 rad/hr であった。照射後種子を0℃で4ヶ月貯蔵した後、ペトリ皿に播種して幼植物期の照射障害を観察し、その後はポットに移植してM1植物を育成した。M1穂の種子稔性とM2における葉緑素突然変異の出現率を調査した。さらに、種子の各部位におけるホウ素、窒素および水素の含量を、それぞれ10B(n,α)7Li、14N(n,p)14CおよびH(n,γ)D反応を利用して測定した。
結果と考察：ホウ素はホウ酸濃度が4000ppm以下ではイネの幼植物の成長に影響を及ぼさず、ホウ素が葉緑素突然変異を誘発することはなかった。イネの幼植物の成長およびM1種子稔性は熱中性子の照射時間が長くなるにしたがって低くなり、中性子の生育と稔性に及ぼす阻害効果はホウ素濃度が大きくなるとともに促進された(図1)。
図1 Relationship between the severity of damage and the amount of thermal neutron fluence in every concentration of boric acid employed. （原論文1より引用。 Reproduced from Environmental and Experimental Botany 16: 267-275 (1976), Fig.1(p.269), H.NAKAI and M.SAITO, The contribution of boron to radiobiological effects of thermal neutrons in rice; Copyright(1976), with permission from Elsevier Science.）
ホウ素、窒素および水素に吸収される線量を胚、胚乳および種皮に分けて調べたところ、各元素の含量は種子の各組織により異なること、ホウ素は種皮と胚に多く含まれることが認められた。ことに種皮ではホウ素が吸収する線量が全吸収線量の約50%を占めた。
胚への吸収線量をもとにして評価した場合は、ホウ酸前処理により幼植物の成長抑制効果の低下が認められたが、種子稔性ではホウ素の処理効果は認められなかった。しかしながら、種子全体への吸収線量をもとにした場合には成長抑制と種子稔性の両指標に関してホウ素の処理効果は共に認められなかった(図2)。ホウ素と窒素は熱中性子の生物学的効果に重要な役割を果たており、以上の結果は両元素が胚に多く含まれていることと関連している。
図2 Thermal neutron dose-responses for M1 damage in boron treatment and control; Damage is plotted against doses absorbed in the seed as a whole (averaged), or in the embryo, considered separately. （原論文1より引用。 Reproduced from Environmental and Experimental Botany 16: 267-275 (1976), Fig.1(p.272), with permission from Elsevier Science.）
ホウ素添加の有無が葉緑素突然変異の出現頻度の及ぼす効果を、胚の吸収線量がほぼ等しくなるホウ素無添加区の照射時間2,3時間区(それぞれ胚への吸収線量が1.03、1.55kradに相当)とホウ素1000ppm添加の1,2時間照射区(それぞれ胚への吸収線量が0.80、1.62kradに相当)を比較することにより調べた。ホウ素添加により明らかに突然変異出現頻度が高くなる(ホウ素無添加区での平均0.39%に対して、ホウ素添加区の平均は2.55%)とともに、ホウ素添加区では突然変異スペクトラムも変化し、Striata(葉緑素欠失の縦縞)が多く出現することが認められた(表1)。
表1 Frequencies of chkorophyll mutations in M2 seedlings, analyzed at three leaf stage. （原論文1より引用。 Reproduced from Environmental and Experimental Botany 16: 267-275 (1976), Tab.6(p.274), with permission from Elsevier Science.）
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Concentration of boric acid(ppm) 0 1000
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Irradiation time(hr) 2 3 1 2
Absorbed dose in embryo(krad) 1.03 1.55 0.81 1.62
No.of M1panicles used 351 340 332 307
M1seed fertility(% of cont.) 49.6 43.7 50.4 43.0
No.of M2seedlings analyzed(N) 5826 5663 5791 5311
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No.of chlorophyll mutants(n')
Albina 15(68.2)* 16(72.7) 28(50.9) 102(46.4)
Viridis 5(22.7) 3(13.6) 16(29.1) 21( 9.6)
Striata - 2( 9.1) 10(18.2) 81(36.8)
Others 2( 9.1) 1( 4.6) 1( 1.8) 16( 7.3)
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Total no.of mutants(n) 22(100.0) 22(100.0) 55(100.0) 220(100.0)
Mutation rate+(%) 0.38 0.39 0.95 4.14
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Average mutation rate(%) 0.39 2.55**
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*n'/n×100.
+n /N×100.
**Significant at 1% level compared with 0 ppm.
コメント ：
ホウ素は原子量11と原子量10の同位体がほぼ4：1の割合で自然界に存在している。このうちホウ素10は中性子吸収断面積が大きく、本実験で得られたホウ素添加の効果もホウ素10の効果によると考えられる。突然変異育種における中性子照射の利用は照射施設が限られることや照射材料の放射化などの克服すべき課題は多いが、非常に高いRBEや特徴のある突然変異スペクトラムが期待されることなどから、今後の発展が来される分野である。
原論文１ Data source 1：
The contribution of boron to radiobiological effects of thermal neutrons in rice
H.NAKAI* and M.SAITO**
*Faculty of Agriculture, Shizuoka University, Ohya 836, Shizuoka-shi,Shizuoka, **Research Reactor Institute, Kyoto University, Kumatori-cho, Sennan-gun, Osaka, Japan
Environmental and Experimental Botany 16: 267-275 (1976)
キーワード：熱中性子、重水炉、ホウ素、10B、前処理、幼植物の障害、種子稔性、葉緑突然変異、ストリアータ、イネ
thermal neutron, heavy water reactor, boron, 10B, pre-treatment, seedling injury, seed fertility, chlorophyll mutation, striata, rice
分類コード：020101,020501