リン酸欠乏が気孔閉鎖を誘発するメカニズムの解析および気孔-光合成関係の再検証

磷缺乏导致气孔关闭的机制分析及气孔-光合作用关系的重新审视

基本信息

批准号：
04J05835
负责人：
関谷信人
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

植物はCO_2と水を獲得し、光エネルギーを利用して炭水化物を生産する。葉の表面には気孔と呼ばれるミクロの孔が散在し、気孔が開くと濃度勾配に沿ってCO_2が葉内へ流入する。また、気孔が開くと体内の水分が大気中へ蒸発して陰圧が発生し、これが根に伝わって土壌水分が体内へ引き込まれる。したがって、気孔は生命活動の最も重要なプロセスに影響を与える因子であり、気孔について理解することは意義が大きい。気孔運動が、様々な環境因子に影響を受けることは知られている。私達は、リン欠乏の植物が気孔を閉鎖する現象を見出し、そのメカニズムを説明する以下のようなモデルを導き出した。すなわち、気孔は葉内CO_2濃度を維持するように開閉するが、リン欠乏の植物はCO_2固定活性が低いために葉内CO_2濃度があまり変化せず、気孔もあまり開かないというものである。しかし、リン欠乏の植物では根から気孔に到る水の通路で障害が発生し、気孔へ到達する水量が減少するので、水分欠乏を回避するために気孔が閉じやすくなるとの報告もある。そこで、根に水圧を掛けて強制的に植物体内へ水を流入させ、気孔へ到達する水量を増加させることで、水分欠乏による気孔閉鎖の可能性を消去した条件下でもリン欠乏で気孔が閉鎖するか現在検証中である。また、リン欠乏の植物では、気孔密度(単位葉面積あたりの気孔の数)が小さくなる現象も発見した。大気から葉内へCO_2が流入する速度(葉内から大気へ水分が蒸発する速度)は、気孔開度(気孔の開き具合)と気孔密度によって決定する。リン欠乏の植物では葉内CO_2濃度があまり変化しないので、大気から葉内へのCO_2流入量を増加させる必要がない。そこでリン欠乏の植物は、無駄な水分損失を抑制するためにも、気孔開度だけではなく気孔密度も小さくする可能性があり現在この仮説を検証中である。

植物获取CO_2和水并利用光能产生碳水化合物。叶片表面散布着称为气孔的微小孔隙，当气孔打开时，CO_2沿浓度梯度流入叶片。另外，当气孔打开时，体内的水分蒸发到大气中，产生负压，传送到根部，将土壤水分吸入体内。因此，气孔是影响生命活动最重要过程的因素，了解它们具有重要意义。众所周知，气孔运动受到各种环境因素的影响。我们发现缺磷植物会关闭气孔，并开发了以下模型来解释这一机制。也就是说，气孔开闭来维持叶内CO_2浓度，但在缺磷植物中，由于CO_2固定活性较低，叶内CO_2浓度变化不大，气孔打开不多。但有报道称，缺磷植物中，从根部到气孔的水通道会发生障碍，减少到达气孔的水量，使气孔更容易关闭，避免缺水。因此，通过对根部施加水压，迫使水流入植物体内，增加到达气孔的水量，即使在消除因缺水导致气孔关闭的可能性的情况下，气孔也会因缺磷而关闭。目前正在验证这是否可行。他们还发现缺磷植物的气孔密度（每单位叶面积的气孔数量）减少。 CO_2从大气流入叶子的速率（水从叶子蒸发到大气的速率）由气孔孔径（气孔的张开程度）和气孔密度决定。缺磷植物中，叶内CO_2浓度变化不大，因此无需增加从大气流入叶片的CO_2量。因此，缺磷植物可能不仅会减少气孔开放，还会减少气孔密度，以抑制浪费的水分流失，我们目前正在检验这一假设。