活性酸素による化学発光を利用した植物の生理状態測定法の開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14593004
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 岡部 弘高 九州大学, 大学院・工学研究院, 助教授 (90221142)
• Keywords: 植物 / 環境ストレス / 活性酸素 / 生化学発光 / 生理状態 / 乾燥 / 浸透圧 / スペクトル解析

Research Abstract

本研究では、様々な刺激による生理状態の変化をリアルタイムで検知できる技術開発のために生体の変化を極早い段階で検出する手段として生体が発生する光に注目した。これは、ホタルや夜光虫などの発光生物のような特殊な発光機構によらない、我々の肉眼の感度の10万分の1以下の極弱い光で、その発光起源は活性酸素を初めとするラジカルの発生と反応に因ると考えられている。この光はバイオフォトンと呼ばれ、その多くはミトコンドリアでの呼吸作用に伴って電子伝達系から漏れ出た電子が励起する活性酸素に因る化学発光である。一方、細菌感染や強い環境ストレスが加わった場合にも、そのストレスの強さに依存してバイオフォトンが放射される。これは過敏感性応答とよばれ、その機構についてまだ解明できていないが、これまでの申請者らの研究によって、その放射特性から植物が環境変化や薬物によって受けたダメージの強さを定量的に計測できることが分かってきた。そこで、植物の生長や外部刺激による生理状態の変化とバイオフォトンの発光特性との関連を解明し、植物の生理状態のリアルタイムな検出法を確立することを目的として研究を進めてきた。
今年度は、環境ストレスとして乾燥ストレスに注目して研究を進めた。乾燥ストレスは、水による浸透圧ストレスという点では我々が以前に研究した塩ストレスと同じものであるが、バイオフォトンの応答特性は異なっていることが分かった。また、乾燥した根に再度給水すると強いバイオフォトンが放射されることが分かった。この結果によって、ストレスによって異なる植物の生理状態を識別できることが分かった。さらに、スペクトル解析した結果、波長成分の時間変化にはストレスの種類や傷害の程度によって大きく異なることが分かった。現在詳細な測定および解析を進めつつある。

Research Products

• [Publications] T.Ohya, S.Yoshida, R.Kawabata.H.Okabe.S.Kai: "Biophoton Emission Due to Drought Injury in Red Beans : Possibility of Early Detection of Drought Injury"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.41,No.7A. 4766-4771 (2002)