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植物の寝起きが良くなる光照射法 -全身に光を浴びることが植物の光合成効率を改善することを発見-

東京大学のプレスリリース2019年 11月 29日

東京大学の矢守航 准教授らが、全身に光を浴びることが植物の光合成効率を改善することを発見した。

1.発表者:
島津 舜治(東京大学大学院理学系研究科 生物科学専攻 修士課程1年生)
瀬尾 光範(理化学研究所 環境資源科学研究センター ユニットリーダー)
寺島 一郎(東京大学大学院理学系研究科 生物科学専攻 教授)
矢守 航(現:東京大学大学院農学生命科学研究科 生産・環境生物学専攻 准教授/研究当時:東京大学大学院理学系研究科 生物科学専攻 准教授)

2.発表のポイント:
◆光合成能力を最大限に発揮するまでのウォーミングアップにあたる"光合成誘導"の時間を比較したところ、全身に光を浴びる植物個体では、葉一枚のみに光が当たる個体に比べ、所要時間が短縮されることを発見した。
◆個体内で光の当たる葉の枚数が増加するにつれて、光の当たった葉の通気口である気孔がすばやく開き、光合成誘導の時間が短縮された。変異体を用いた解析から、光の当たる葉の枚数の増加にともない、葉一枚あたりの気孔閉鎖ホルモン・アブシシン酸の量が減少することが示唆された。
◆本研究成果は、個体の中でも一枚の葉のみを対象とした従来の光合成研究に対する警鐘となるとともに、植物工場などにおける光照射法の最適化にも貢献する。

3.発表概要:
太陽が昇ると、植物の1日もスタートする。暗闇にいた植物は光を受けると同時に光合成を開始するが、光合成能力を最大限に発揮するまで植物はウォーミングアップを必要とする。この期間は"光合成誘導(注1)"とよばれ、その間、植物は吸収した光エネルギーを最大限有効利用できない。ヒトが朝起きてすぐには行動を開始できないように、光合成誘導は植物にとっての"寝起きでうまく動けない時間"と言える。太陽が昇る早朝のみならず、日中でも畑や林床などでは、雲の切れ間から降り注ぐ光や、風で揺らめく植物の葉の間から差し込む光の影響で、植物の受ける光量は頻繁に変動しており、一日の中でも光合成が弱光下のオフの状態から強光下のオンの状態になる誘導現象が見られる。したがって、野外の変動する光環境において光合成誘導期間を短縮することによって植物生産性を向上させようという取り組みが世界中でなされている。

東京大学大学院理学系研究科の島津舜治 大学院生(研究当時:学部生)、大学院農学生命科学研究科の矢守航 准教授(研究当時:大学院理学系研究科 准教授)らは、複数の植物種を用いて、全身に光を受けた植物個体では、葉一枚のみに光を受けた個体に比べて光合成誘導期間が短縮されることを見出した(図1)。さらに、光合成誘導の期間の短縮は、葉にCO2を取り込む可動式の通気口である気孔(注2)が光に応じてより俊敏に開口し、葉内のCO2不足がすばやく解消されることによって起こることを突き止めた。また、シロイヌナズナの各種変異体を用いた解析から、気孔開閉に関わる植物ホルモンABA(注3)がこの現象に関与していることを明らかにした。

本研究では、同一個体内でも光の当たり具合で植物の"寝起き"が良くなることを明らかにした。これまでの葉の光合成に関する研究では、一枚の葉(あるいはその一部)を透明の箱に密閉して光合成誘導を含む光合成の諸性質が解析されてきた。今回の研究は、光合成誘導を植物個体全体の現象として初めて捉えたものであり、"野外での植物の自然な振る舞い"の理解に一歩近づくものである。また、本研究で得られた知見は、植物工場などにおける光照射法の最適化にも貢献する。

https://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2019/6633/

ジャンル
調査・研究結果
業界
自然・環境
掲載日
2019年 11月 29日
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