樹木における光合成律速因子の究明と光呼吸の制御に関する研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11460072
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 小林 善親 九州大学, 農学部, 教授 (90087594)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中原 光久 株式会社九州電力, 電力総合研究所, 研究員
• Keywords: 光合成 / 炭酸固定 / 光呼吸 / 脂肪酸 / 電子伝達 / RubisCO

Research Abstract

木本植物と草本植物のCO_2固定速度(350ppm CO_2を含む空気中での飽和光照射による単位葉面積当たりの最大光合成速度)を比較すると、木本植物の最大光合成速度は草本植物の1/2以下であり、著しく低い値が得られる。この研究では、葉の電子伝達反応の非破壊測定、すなわちチラコイド膜を流れる電子の数を葉緑体を単離することなしに生きている葉を用いて定量的に測定する手法を開発し、葉の電子伝達速度や光呼吸活性、RubisCO活性(RuBPカルボキシラーゼ活性オキシゲナーゼ活性)などの測定を行った。また、この測定法を応用して、遺伝子組み替えによる形質転換植物の機能解析をおこなった。
まず、クロロフィル蛍光とガス交換速度とを同時に測定することにより、チラコイド膜を流れる電子の流束(電子数)および光合成速度(CO_2吸収の流束)を葉のままで非破壊的に測定する方法を開発した。様々な種類の木本および草本植物の葉を用いて電子およびCO_2の流束測定を行い、光合成や光呼吸経路における電子消費速度や、葉のRubisCO活性、葉緑体ストロマにおけるCO_2濃度、葉肉細胞におけるCO_2拡散抵抗などを比較した。その結果、空気中(21%O_2,350ppmCO_2)、飽和光照射下(1000μmol m^<-2>s^<-1>)での葉緑体内のCO_2濃度は草本葉において160〜240(μmol mol^<-1>)であったのに対し、樹木葉では100〜170(μmol mol^<-1>)と低く、樹木細胞はCO_2不足の状態にあることがわかった。これは、樹木細胞のCO_2透過性が草本の1/3〜1/8と極端に低いことが原因であった。
以上の結果より、樹木葉では葉機体内でCO_2が不足するために光呼吸活性が高くなり、その結果として光合成が抑制されることを明らかにした。また、本研究で開発した電子電子測定技術は、形質転換植物の機能解析に極めて有効であり、生体膜を構成している脂肪酸の不飽和度の変化によって植物の高温に対する耐性能力が増加することを明らかにした。以上の成果をもとに、次年度は、樹木葉のCO_2不足の原因となる葉肉細胞のCO_2透過性と脂肪酸不飽和度との関係について研究する。

Research Products

• [Publications] M.Tsuyama: "Estimation of the photosynthetic electron flow in intact leaves;effect of mdulated light intensity on the fluorescence parameters Fv/Fm and ΔF/Fm'"Photosynthesis:Mechanisms and Effects. 4069-4072 (1999)
• [Publications] Y.Murakami: "Thirnoic fatty acids and plant tolerance of high temperature"Science. 287. 476-479 (2000)