生態学的光合成作用スペクトルの測定:葉が緑である謎の解明

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光合成色素であるクロロフィルの吸収スペクトルは、この色素が青色と赤色をよく吸収することを示している。このことから、「光合成には青色と赤色の光が使われる」、あるいは、「緑色光は光合成に使われない」としばしば記述される。ところが、陸上植物の緑葉の緑色光(550nm)吸収率は70-80%にものぼり(青色光や赤色光の吸収率は90%程度)、吸収された緑色光は高効率で光合成に利用される。そればかりではない。私たちの予備的研究で、強いバックグラウンド白色光の存在下では、緑色光は白色光よりも光合成速度上昇に有効であることが明らかになった。本研究の目的は、さまざまな強さのバックグラウンド光の下で光合成作用スペクトルを詳細に解析することを通して、陸上植物がクロロフィルを光合成色素としている生態学的意義を明らかにすることである。ホウレンソウの葉を用いて以下の一連の研究を行った。1.初年度に購入したドイツWalz社のミクロファイバー蛍光計を利用して、葉の各深さにおいて葉が自然条件に近い状態で光照射を受けた場合の蛍光クエンチング分析を行った。この装置は浜松ホトニクスの光電子増倍管を備えていて高感度だが、ノイズレベルが高く、同社の従来の蛍光計では可能であった変調されていない強光下の蛍光測定には使えない。しかし、照射光側からミクロファイバーを刺すと、この影響がかなり回避できた。したがって、光照射側からファイバーを刺し、葉の内部の蛍光測定を行った。2.現在、光阻害の要因として、光化学系IIマンガンクラスター損傷説と、クロロフィルに吸収された余剰光エネルギー説とがあり、議論が巻き起こっている。葉に、葉緑体コードタンパク合成阻害剤の存在下で、さまざまな単色光によって光阻害を与え、ミクロファイバー法で葉の内部の光阻害の度合いを詳細に解析した。この測定によって、上記のどちらのメカニズムも光阻害作用に作用していることが強く示唆された。3.ヒマワリでは、白色強光下で白色光内の緑色光の平均量子収率が赤色光よりも大きくなった。これが他の種でも成立するかどうかを確認した。