植物豆知識編:めざせ!環境エキスパート!

製作:前橋工科大学大学院 阿部 泰宜

第2回は、環境試験には、ほとんど関係ありませんが、
私の研究にすっごく大事なことなので、今回は植物に関する使えそうな豆知識をづらづらと書いていきます。
ダラ〜っとした感じで書いているので、文同士のつながりというか脈絡はありません。
えっと、これは私のメモです。
そう思ってください。


温度が上昇すると光合成のような構成的物質代謝(anabolism)も、
呼吸のような力源的物質代謝(catabokism)もさかんになる。

夜間は光合成が行なわれないので、夜間の高温は呼吸だけがさかんになって
物質の分解がすすみ有害なことになる。

炭素(45%)、酸素(45%)、水素(5%)の3つの元素によって
植物体の各器官(葉・茎・殻粒・穂軸・根)の90%前後を構成している。

窒素の量は問題にならないほど少量。
このことは、含炭素物質あるいは炭素代謝がほかの本質的代謝に比較していかに大きいかを示している。
植物体の炭素の出入りはCO2としてはっきりしているため、量的におさえやすい。

光合成・物質生産に直接関与する光は光合成有効放射とよばれる380〜710nmの範囲にあり、
可視域とほぼ一致している。

赤外線700nm以上、紫外線(300〜380nm)

光強度:0.1cal/(cm2min) = 照度:8000Lux

葉に吸収された光エネルギーの大部分はクロロプラスト内のグラナ内にある色素に吸着される。
クロロフィル、カロチノイド、フィコビロン系色素、キサントフィルなどがこれであり、
それぞれ吸収する光の波長域を異にする。
高等植物でもクロロフィル成分の含量比が種によって異なる。
多くの植物ではクロロフィルa/クロロフィルb比は3〜4であり、同一種内では陽葉ほどこの比が大きい。
高山植物のように光の強い場に生育する植物はこの比が、平均5.5
陽性植物で4.4、緑陰性植物で2.6、沈水植物で2.2。

葉面積100cm2あたり5mg程度のクロロフィルが存在すれば、制限要因にならない。
植物のクロロフィル含量は窒素施肥によって高まる。

カルビン回路によってのみCO2固定を行なう植物を、C3植物とよぶ。
これに対し、カルビン回路に入る前にまずC4ジカルボン酸回路を通ることによって、
CO2固定反応を行なっている植物をC4植物とよぶ。
C4植物はC3植物と比較して光合成速度が高く、いくつかの特徴の差異がある。

ベンケイソウや、サボテン等の多肉植物はCAM(crassulacean acid metabolism)回路と呼ばれる
独特の有機酸代謝経路をもつ。
これらの植物は昼間は気孔を閉じて蒸散から身を守り、比較的冷涼な夜間に気孔を開いてCO2を取り込み、
暗固定を行い細胞内に有機酸を蓄積する。
C4植物の場合、これらの明反応は移管束鞘細胞、暗反応は葉肉細胞と空間的な分業を行なっている。

イネのようなC3植物には光飽和点(光強度を増加しても成長に影響しなくなる点)が存在するが、
トウモロコシなどのC4植物では100kLux程度の光強度までは光飽和しないことが多い。

光飽和値に注目した最大光合成能力(maximum photosynthesis,Pmax)という指標が存在する。
V型はPmaxは高くないが弱光域での光利用率が高く、イネなどがこれに近い。
これに対して、U型はPmaxは高いが弱光域での効率は低い。トウモロコシがこれにあたる。
T型は両者の良い面を、W型は悪い面を合成したもの。

栄養生長だけが行なわれる日長と、栄養生長から花芽分化が誘起され生殖生長に切り替わる日長との境界を
限界日長(critical day-length)という。
短日植物の場合には、限界日長より『短い』日長は花芽分化を『促進』し、『長ければ』これを『抑制』する。
長日植物では逆となる。

中性植物はこの影響を受けず、
中間植物は短日条件下でも長日条件下でも花芽形成が起こらず、ある範囲の日長条件下だけで開花する。

短日植物は花芽形成誘導暗期の途中で光照射(閃光)による光中断を受けると花芽形成誘導は成立しない。
よって、短日植物にとっては花芽分化を抑制し、長日植物に対しては逆に誘導する。

光中断効果にはフィトクローム系の関与によって支配されている。
赤色光照射で光中断が起こるが、この赤色光の効果を遠赤色光が打ち消す。

この赤色、遠赤色光を交互に照射すると、
花芽分化の誘導過程における中断効果最後に照射した光によって決定される。
暗期の長さが花芽分化を決定するのに対して明期の長さは分化される花芽原基の数を決定している。
短日植物のアサガオやオナモミは、1回の日長処理で花芽形成が誘導されるが、
サルビアでは少なくとも17回必要。
長日植物のヘラオオバコでは25もの日長処理が必要。

土壌中の窒素の形態はその条件により大きく分けて2つに分類される。
1つは水田などの嫌気的条件下では最も還元された形態のアンモニア態窒素が、
もう一方は、畑などの好気的条件下では最も酸化された形態の硝酸態窒素が、最も安定している。
好硝酸性植物には、ムギ類、クワ、キュウリ、タバコ、トマト、ホウレンソウなどがある。
好アンモニア性植物には、イネ、クワイ、アナナス、タコノキ、チャ、などがある。

しかし、イネの場合、出穂乳熟期に吸収される窒素はアンモニア態窒素、よりも、
硝酸態窒素の方が多いなど、時期によって変化がある。

休眠誘導に対する日長反応は一年生草本植物における開花反応にみられるように、
暗期の長さが明期の長さよりも重要である。

もし、暗期の中途で光を与えると暗期の効果が打ち消されて休眠芽の形成が遅れる。
この場合、光中断の効果の大きい波長域は赤色光であることからフィトクロームの関与が示唆される。

参考文献:
環境植物学,田崎忠良,朝倉書店発行


以上。
一部の文章は修正を加えないといけませんし、これからさらに追加されていくはずです。
そして、最も重要なのは、これらの知識をどう使っていくかです。
この知識を得たことで研究がはかどるかもしれないし、もしかしたら、全く使えないかもしれません。
えっと、まぁ、それはそれで…、しょうがないです…。
それにしても、植物は奥が深いっす…。

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