生命生存応答学　第３回講義

植物と温度の関わり

第３回の講義では、植物と温度の関わりについて、主に凍結を伴わない低温による光合成の阻害を中心に紹介しました。以下に、学生からのレポートとそれに対する回答を示します。

Ｑ：講義で「過酸化水素と還元型鉄イオウセンターが反応してハイドロキシラジカルができ、ハイドロキシラジカルは鉄イオウセンターを破壊する」と言っていました。私は、植物が鉄イオウセンターではなく、金属以外の分子をもちいれば、過酸化水素と還元型の金属との反応が起こらず、ハイドロキシラジカルの生成もないと思いました。それでも植物が鉄イオンセンターを使用しているのは何か意味があるはずです。例えば、ハイドロキシラジカルよりも過酸化水素は植物に悪いので、光化学系１を阻害してまでも過酸化水素を分解したいからと考えられます。これが正しいかを検討するためには、植物に過酸化水素を与えてみて、どのような反応をするかを見なければなりません。もし少量の過酸化水素が短期間で植物を死に至らしめるのなら、植物は光合成を阻害してまでも過酸化水素を分解しなければ生存ができなくなるので、鉄イオウセンターを使用したとわかります。

Ａ：そもそも、過酸化水素はスーパーオキサイドアニオンから生じ、スーパーオキサイドアニオンは光化学系１による酸素の還元によって生じるのですから、過酸化水素が生じるのがそんなに悪いのでしたら、もともと光化学系１の量を少なくしておけばよさそうに思います。実際には、活性酸素の中でもハイドロキシルラジカルは極めて反応性が高く、過酸化水素よりはるかに有害です。基本的に系１が壊れるのは、亜熱帯原産の植物を低温にした時です。雨の光合成に対する影響の時にも言いましたが、生物は、自然界で経験しないような条件にさらされると、様々な障害が起こりやすい、と考えられます。普段低温にさらされているホウレンソウなどでは阻害が見られないことを見ても、それがわかるかと思います。

Ｑ：自らの作り出したスーパーオキサイドによって鉄イオウセンサーが破壊され，最終的に光化学系Ⅰ自体が分解される過程は，負のスパイラルとでも言うべき様相だ．なぜ，低温・弱光という，わりに些細に見えるストレスが，そこまで致命的に響くのか．まず考えられることとしては，低温ストレスに見舞われるような時期には，本来は生育していなかったということだ．キュウリやトマトの旬が夏であることを考えると，露地栽培ではそのような条件下に置かれることはない．1年草であることや，花粉を媒介する昆虫の活動時期などを考慮すると，最適な時期以外に生育するのは，あまり得だとは思えない．「1年中トマトやキュウリを食べたい」という消費者の要望にこたえるためには，低温ストレスを回避しなくてはならない．原油価格が高騰している昨今，ビニールハウスはあまり経済的ではない．熱帯原産であったイネが亜寒帯の北海道で生育可能となったように，冬でも露地栽培可能なキュウリやトマトは，生み出せるだろうか．系Ⅰを光から保護している機構がわかれば，生み出せる，ように思う．もしも、異常に低温ストレスに強い個体や系統が見つかれば，それを解析すればいいだろう．ただ，それは結局，新しい変異体が得られなければ解析が進まない，昔ながらの遺伝学しか方法がないことになる．ポストゲノム時代と言われるが，研究手法のブレイクスルーを起こすのは大変なことである．

Ａ：実は、農学的応用を考えた場合は、単に冬に枯れないキュウリを作るだけではダメかも知れません。というのは、温度が低い時には、全ての化学反応が遅くなりますから、そもそも生育自体が極めて遅くなってしまう可能性があります。枯れないだけで育たなかったら栽培しても意味がありませんからね。低温でもどんどん生育を続けられる、という育種も同時にしなくてはいけないことになります。

Ｑ：今回の話で興味深かった点として、発生したエネルギーを使いきれないと植物が危険な状態になるという点です。個人的に気になったことなのですが、単に光合成系へのエネルギー供給が過剰な場合にも同様の現象は発生し得るかということです。例えば、観葉植物はよく『日焼け』を起こして葉が黄色くなってしまうものがあります。こちらも葉が黄色く変色していく様子が似ているので、個人的には何かしらメカニズムにも似通ったものがあるのではないかと考えてしまいます。これは単なる光化学系Iの光障害の一種なのかもしれませんが、単なる光障害なら比較的可逆的に回復できるということ で、これは日焼けした葉が元に戻らないという観察結果と矛盾するような気がします。(それとも、単に限度を超えて細胞が死んでしまっているだけでしょうか？)こちらでも、個々の反応系の活性を追跡していくと、なにか面白いことが分かりそうな気がしますがどうでしょうか？

Ａ：日焼けの場合は、ほとんどの場合、細胞が死んでしまうようです。ですから、実際に重要なのは、目で見える日焼けが起こる前に、どのような反応もしくは阻害が細胞の中で起こっているのか、ということです。強光阻害については、世界中で様々な研究者が研究を進めています。