アクアポリンと葉脈による葉の通水および光合成特性への効果

水通道蛋白和叶脉对叶片透水和光合特性的影响

基本信息

批准号：
18658067
负责人：
石田厚
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Forestry and Forest Products Research Institute
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

今まで細胞膜は単なる半透膜と言われていたが、近年アクアポリンと呼ばれる膜タンパク質が細胞膜の水の透過性を決めることがわかってきた。アクアポリンはすべての生物の生体膜上に存在し、水分子を超高速輸送する物質であり、アクアポリンの存在によって、生体膜の水透過性は数十倍にも増加する。またアクアポリンの活性や量は、環境ストレスによって変化することも知られているが、今まで作物を用いた遺伝子レベルでの研究が中心であった。また近年、葉内の水移動経路の通りやすさ(葉の通水性)が、気孔開度や光合成速度に影響を及ぼすことが明らかになってきている。この課題では、樹木の葉の水移動経路の重要な部分を占める葉脈部分の通水性の変化と、アクアポリンの活性や量で制御される葉細胞の生体膜(細胞膜や液胞膜)の通水性の変化が、葉全体の通水性や光合成特性に与える影響を明らかにした。水利用様式の異なる樹種において、いくつかのパターンで葉脈の通水を遮断し、葉の通水性と気孔コンダクタンスの変化を調べた。いずれの樹種においても、葉の通水性の低下に従い、気孔は閉鎖した。このことは、葉脈道管のエンボリズム(閉塞)の生じやすさが、気孔開度や光合成速度を大きく律速することを示す。またアクアポリンの阻害剤である塩化第二水銀を葉に吸わせて、葉の通水性、気孔コンダクタンス及び光合成速度の変化を、常緑広葉樹2種と落葉広葉樹2種で調べた。アクアポリンの機能を阻害すると葉の通水性が10-30%、気孔コンダクタンスは5-20%低下し、葉の通水性の低下割合が高い樹種ほど気孔コンダクタンスや光合成速度の低下の割合が高かった。また気孔コンダクタンスの高い樹種で、アクアポリンがより多く機能していた。すなわち水消費の多い樹種で、葉内アクアポリン活性の変化により積極的な水分調節を行っていることが示唆された。

到目前为止，据说细胞膜仅是可半透明的膜，但是近年来，已经发现称为水通道蛋白的膜蛋白决定了水细胞膜的渗透性。水通道蛋白是所有生物体和运输水分子的生物膜上的物质，并且存在水通道蛋白的存在会使生物膜的水渗透性增加了几十次。众所周知，由于环境压力，水通道蛋白的活性和数量变化，但直到现在，研究主要是在遗传水平上使用作物进行的。近年来，已经揭示了叶子内的水运动的易于通过（叶子的渗透性）会影响气孔开口和光合作用率。在这项任务中，我们已经澄清了叶静脉的水渗透性变化的影响，这是树木叶子的水转移途径的重要组成部分，以及生物膜（细胞膜和真空膜）的水渗透性的变化，叶片细胞（叶片细胞）的特性和照片的特性和照片的特性控制着叶片的量和叶片。在具有不同用水方法的树种中，使用了几种模式来阻断叶静脉中的水流，并研究叶水渗透性和气孔电导的变化。在所有树种中，由于叶片的渗透性降低而关闭了气孔。这表明静脉导管中栓塞（闭塞）的可能性极大地限制了气孔开口和光合作用率。此外，将汞是一种含水通道蛋白的抑制剂氯化物吸入叶子，并在两个常绿植物和两棵落叶树中检查了叶水渗透性，气孔电导和光合作用速率的变化。抑制水通道蛋白的功能导致叶水渗透性和气孔电导率下降10-30％，而在气孔电导和光合作用速率中，叶水渗透率降低的树种较高。它也是一种具有高气孔电导的树种，并且更多的水通道蛋白在起作用。换句话说，有人建议植物物种消耗大量水，并积极调节水通道蛋白活性的变化。