イオンクロマトグラフィーを利用した植物体内に含まれる^<15>NO_3^-の^<15>N 濃度の測定

従来、植物体内の硝酸態窒素の^15N濃度を測定する際には、ミクロ通気蒸留法が用いられてきました。この方法は、さまざまな形態の窒素を分別蒸留することにより、それぞれの^15N濃度を測定する技術です。しかし、試料内に強アルカリ条件下で徐々にアンモニアを放出する成分や還元物質が含まれる場合、アミドや亜硝酸、硝酸の分別が不完全となり、クロスコンタミネーションが生じる可能性が指摘されています。近年、イオンクロマトグラフィー（IC）分析法が発達し、希薄溶液中の硝酸等のアニオンの分析が容易になり、土壌溶液や植物の篩管液の分析に適用されています。そこで、本研究では、ICを用いて植物体中の硝酸を単離し、より正確に^15N濃度を測定する方法の検討を行いました。

本研究により、IC分析法を用いた硝酸の分取と還元蒸留により、試料中の硝酸の^15N濃度をより正確に測定できることが明らかになりました。特に、従来のミクロ通気蒸留法と比較して、硝酸含有量の少ない試料においても高い精度を維持できることが確認されました。実際に、ダイズの根、葉、茎を用いた実験では、硝酸含有量が少ない葉や茎においても、IC分析法を用いることで正確な^15N濃度の測定が可能となり、ミクロ通気蒸留法で見られた汚染の影響が緩和されました。

IC分析装置としてWESCANアニオンカラムと電導率検出器を使用し、溶離液には4mMフタル酸を用いました。植物試料をエタノールで抽出し、カラムに通した後、ICで硝酸を分離し、NO3-のピークを分取しました。分取した硝酸はコンウェイユニットを用いて還元蒸留し、生成したアンモニアを吸収剤に捕捉しました。最終的に、生成したアンモニアの^15N濃度を発光分光法により測定しました。また、試料中の塩素を除去するために硫酸銀および水酸化バリウムを用いた前処理を行いました。

本研究により、IC分析法を用いることで、植物試料中の硝酸の^15N濃度を従来よりも正確に測定できることが示されました。特に、従来法で問題となっていたクロスコンタミネーションや汚染の影響が軽減され、硝酸含有量の少ない試料に対しても高い精度で測定が可能となりました。本法は、植物体内の硝酸の^15N濃度を厳密に測定する必要がある場合や、微量にしか硝酸を含まない試料の分析において非常に有効であると考えられます。

今後、さらに高純度の溶離液および試薬を使用することで、測定精度の向上が期待されます。また、本法を用いて他の植物種や異なる環境条件下での硝酸の動態解析を行うことで、植物の窒素代謝に関する理解が深まり、農業や環境科学における応用が進むでしょう。さらに、^15N以外の安定同位体を用いたトレーサー実験にも応用することで、多様な栄養素の動態解析が可能となり、植物生理学や生態学の新たな知見が得られることが期待されます。

従来、植物の中に含まれる硝酸態窒素（しょうさんたいちっそ）の^15N濃度(窒素の同位体である^15Nの割合。植物や土壌中の窒素の動態を調べるために使われる。)を測定するためには、ミクロ通気蒸留法(植物や土壌中の窒素の形態を分けて測定する方法。試料を強アルカリ条件下で処理し、各形態の窒素をアンモニアに変えて測定する。)が使われていました。しかし、この方法には問題がありました。例えば、試料中に特定の成分があると、正確に測定できませんでした。最近では、イオンクロマトグラフィー（IC）(水溶液中のイオン（例えば硝酸など）を分離して分析する方法。電導率検出器を用いて、異なるイオンを検出する。)という新しい方法が発達し、この問題を解決できる可能性があります。そこで、本研究ではICを使ってより正確に植物体中の硝酸の^15N濃度を測定する方法を考えました。

この研究により、IC分析法を使うと、試料中の硝酸の^15N濃度(窒素の同位体である^15Nの割合。植物や土壌中の窒素の動態を調べるために使われる。)を従来の方法よりも正確に測定できることがわかりました。特に、従来の方法では測定が難しかった硝酸含有量が少ない試料でも、高い精度で測定できました。具体的には、ダイズの根、葉、茎を使った実験で、IC分析法を使うことで葉や茎の正確な^15N濃度を測定できました。

IC分析装置としてWESCANアニオンカラムと電導率検出器を使い、4mMフタル酸を溶離液として用いました。植物試料はエタノールで抽出し、カラムに通して硝酸を分離しました。分離した硝酸は還元蒸留(特定の形態の窒素をアンモニアに変え、その濃度を測定する方法。)してアンモニアに変え、その^15N濃度(窒素の同位体である^15Nの割合。植物や土壌中の窒素の動態を調べるために使われる。)を発光分光法(物質が光を発する性質を利用して、その成分を分析する方法。)で測定しました。また、試料中の塩素を除去するために硫酸銀と水酸化バリウムを使いました。

この研究により、IC分析法を使うことで、従来よりも正確に植物試料中の硝酸の^15N濃度(窒素の同位体である^15Nの割合。植物や土壌中の窒素の動態を調べるために使われる。)を測定できることが示されました。特に、従来の方法で問題となっていた汚染の影響が少なく、高い精度で測定が可能になりました。この方法は、植物の中の硝酸の^15N濃度を厳密に測定する必要がある場合や、硝酸含有量が少ない試料の分析に非常に有効です。

今後、高純度の溶離液や試薬を使うことで、さらに測定精度が向上することが期待されます。また、この方法を使って他の植物や異なる環境条件での硝酸の動きを解析することで、植物の窒素代謝についての理解が深まり、農業や環境科学に役立つでしょう。さらに、^15N以外の安定同位体を使った研究も進めることで、より多くの栄養素の動きを解析できるようになり、植物生理学や生態学の新たな知見が得られることが期待されます。