Grass tetany,induced by magnesium(Mg) deficiency, may be one of the most important health problem in ruminants caused by mineral imbalances. This metabolic disorder is caused by a deficiency of utilizable Mg, and is associated with available Mg, calcium(Ca) and petassium(K) concentrations in forages. Developing cultivars to minimize the risk of grass tetany is an important issue for grass breeders so that ruminants might consume optimum level of Mg while grazing. Breeding for high Mg concentrations has been conducted for several forage species. Magnet,HiMag and Mgwell are the first high-Mg cultivars of Italian ryegrass, tall fescue and orchardgrass. Understanding characteristics of bred high-Mg cultivars can contribute to find the mechanism of Mg absorption and thus help to future breeding of high-Mg plants from other species.

Forage breeding program to improve mineral concentrations is a time-consuming process. Also mineral element analyses by conventional method are costly and time consuming, and this limits analysis of population ando decrease efficacy of screening. Keeping these views in mind experiments were conducted in order to (i) find the consistent characteristics of the high-Mg plants for mineral uptake and distribution, as well as (ii) develop rapid screening method and introducing efficient method for mineral analyses associated with grass tetany. The high-Mg cultivars of three species were compared with commercial cultivars for Mg uptake and distribution grown in various comditions. In addition to Mg uptake and distribution, both Ca and K, was evaluated. The analysis of plant samples for Mg, Ca and K content was carried out by atomic abosorption spectrophotometer, and energy dispersive X-ray microanalyzer(EDX).

High-Mg and commercial cultivars were grown both in field and solution culture condition. When the performance of high-Mg cultivars was compared between field and solution culture, Mg concentrations of the cultivars in field were parallel to Mg concentrations in solution culture in detecting genetic variability of Mg concentration in seeding stage. High-Mg cultivars had significantly higher shoot Mg concentration than other commercial cultivars under both the conditions. These high-Mg cultivars were also higher in Ca concentration, and consequently lower in equivalent ratio of K/(Ca+Mg) than the threshold value 2.2, which indicates low tetany potential of forages.

Imposing different K and P treatments in solution culture, the genetic variability between high-Mg and control cultivars were investigated. Using Mg uptake and shoot Mg concentration, as seleciton criteria, efficient screening of high-Mg genotypes was possible regardless of species, growing seasons, or nutrient treatments. Furthermore, at 5.0 mM K and 1.0 mM level of P, the widest difference between high-Mg and control cultivars for higher shoot Mg concentrations was observed. This provides an opportunity to select the high-Mg plants using 5.0mM K as well as 1.0mM level of P under solution culture condition.

For the applicability of EDX analyzer for screening high-Mg plants, Magnet, HiMag and Mgwell cultivars grown in standard, K-treated and P-treated solution cultures were evaluated for mineral density by dry ashing of the shoot using EDX analyzer. Magnesium and Ca densities of high-Mg cultivars were high while that of K was low for plants grown in standard solution. These common properties of high-Mg cultivars. As a consequence, high-Mg cultivars showed higher Mg density irrespective of species, composition of solution culture, and growing seasons. Therefore in screeming high-Mg plants of forage grasses, Mg density,in addition to Mg uptake and concentration are impertant characteristics to be considered. The term necessary for sample preparation and mineral analysis by the conventional method can be shortened by EDX analysis and this can expedite the individual selection of high-Mg plants.

Allocation of the mineral within high-Mg plant were examinned. Mineral densities in fresh leaf tissues(epidermis, fiber, mesophyll, phloem, vascular bundle sheath, xylem) were determined by EDX analyzer. High-Mg plants showed higher Mg and Ca while lower K densities in each tissues than commercial plants. Thus spplicability of using mineral density in tissue for individual selection of high-Mg plants was observed. Apart from this, while examining the mineral distribution within plant structures, than commercial plants. This suggests the existence of discrimination center, which actively transports Mg from root to shoot and inhibit root accumulation of Mg in High-Mg plants. It is hoped that the present study on mineral localization will stimulate more physiological studies on ion transport by high-Mg plants.

和文要旨

　マグネシウム（Ｍｇ）欠乏によって引き起こされるグラステタニー症は、試料中のミネラルのアンバランスが 原因の一つとされる反芻動物の重要な健康障害である。この代謝障害は、家畜に利用可能なＭｇ不足によるものであり、 試料中の有効なＭｇ、カルシウム（Ｃａ）含量およびカリウム（Ｋ）含量が関係する。放牧中の草食家畜が必要量のＭｇを 摂取することができ、グラステタニー症の危険性を最低限にとどめるための品種改良は、これまでいくつかの草種で行われてきた。 Magnet、HiMag、Mgwellはそれぞれイタリアンライグラス、トールフェスク、オーチャードグラスで育成された最初の高Ｍｇ品種である。 これら高Ｍｇ品種のミネラル吸収特性を把握することは、Ｍｇの吸収メカニズムを明らかにすることにつながり、将来、 他の草種で高Ｍｇ品種を育成することに貢献する。

　ミネラル含量を改良する牧草育種は長期間を要する。従来のミネラル元素分析法は時間と経費がかかり、このことが 選抜母集団の規模を小さくし、選抜効率を低下させている。これらの観点から、本研究は、（?）高Ｍｇ品種のミネラル吸収と分布に 関して共通する性質を調べ、（?）グラステタニーに関連するミネラル元素の効率的な評価法および迅速な選抜法を開発するために 行なったものである。３草種の高Ｍｇ品種は種々の条件下で生育させ、ミネラル吸収とミネラル分布を流通品種と比較した。 Ｍｇと同時に、グラステタニーに関与するＣａとＫについても調べた。植物中のこれらＭｇ、Ｃａ、Ｋ含量は原子吸光光度法、 エネルギー分散型Ｘ線分析法（ＥＤＸ）、エネルギー分散型Ｘ線蛍光分析法によって分析した。

　高Ｍｇ品種および流通品種は試験圃場と水耕培養で生育させた。これら品種の試験圃場におけるＭｇ含量は水耕培養でも 同様の結果を示した。このことは、Ｍｇ含量における遺伝的な変異を評価することが幼苗期においても可能であり、 水耕培養が有効であることを示すものである。試験圃場および水耕培養のいずれでも、高Ｍｇ品種は流通品種に比較して 地上部のＭｇ含量が高かった。これら高Ｍｇ品種はＣａ含量も高く、その結果として低Ｋ／（Ｃａ＋Ｍｇ）当量比につながり、 グラステタニー症の危険性を低下させると考えられた。

　水耕培養で培養液中のＫとリン（Ｐ）濃度を変化させて、高Ｍｇ品種と流通品種の遺伝的変異の大きさを調べた。 選抜指標としてＭｇ吸収量と地上部のＭｇ含量を用いることが、草種、季節、培養液に関係なく効率的な高Ｍｇ遺伝子型の 選抜につながることが明らかになった。さらに、培養液のＫ濃度が５．０ｍＭ、Ｐ濃度が１．０ｍＭの時、地上部Ｍｇ含量に おける高Ｍｇ品種と流通品種の遺伝的変異の差が最も拡大し、水耕培養による培養液でＫ濃度が５．０ｍＭ、Ｐ濃度が１．０ｍＭに することが選抜条件として適していることが明らかになった。水耕培養で初期選抜を行なうことの有効性は、最終的には 圃場条件下でこれら選抜個体を増殖し、特性を評価することによって確認できる。

　高Ｍｇ個体を選抜する上でのＥＤＸ分析の有効性を確認するために、Magnet、HiMag、Mgwellを流通品種と共に標準、 Ｐ処理、Ｋ処理の培養液条件下で生育させ、植物体を灰化した試料をＥＤＸ分析してミネラル密度を調べた。 標準培養液で生育させた時、高Ｍｇ品種のＭｇとＣａ密度は高く、Ｋ密度は低かった。これら３草種の高Ｍｇ品種に 共通した特性は選抜時での有効な指標となり得る。さらに、高Ｍｇ個体を選抜する上でのＥＤＸ分析の有効性を、 既知の高Ｍｇ品種のミネラル分析によって確認した。その結果、高Ｍｇ品種が草種、水耕培養液のミネラル濃度および 季節に関係なく高いＭｇ密度を示した。このことは、牧草の草種で高Ｍｇ個体を選抜する際、Ｍｇ吸収量および含量に 加えてＭｇ密度が評価の指標として重要な形質であると考えられた。従来の評価法で試料調整と分析に要する期間はＥＤＸ分析 により短縮することができ、高Ｍｇ個体の個体選抜で適用可能である。

　高Ｍｇ個体の植物体におけるミネラルの分布についても調査し、新鮮葉の組織（表皮、繊維、葉肉、篩管、維管束、導管）に おけるミネラル元素の密度をＥＤＸ分析によって調べた。高Ｍｇ個体は流通品種の個体に比較してＭｇおよびＣａ密度が高く、 Ｋ密度が低かった。このことは、高Ｍｇ個体選抜で組織中のミネラル密度も選抜形質の一つとして適用が可能であることを 示している。一方で、植物体中のミネラル分布を調べたところ、高Ｍｇ個体は流通新種個体に比較して地上部でＭｇ密度が 高かった。このことは、高Ｍｇ植物体でＭｇの根から地上部器官への活発な輸送を促し、根への集積を妨げるディスクリミネーション・ センターの存在を示唆するものである。植物体内のミネラル分布に関するこの研究が、高Ｍｇ個体によるイオン輸送に関する 生理学的研究にわずかでも貢献することが期待される。