バイオフォトンのもつ生長情報の解明と環境応答-生態パターンの環境応答と制御-

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研究期間内に以下のような成果が得られた。まず無ストレス下のバイオフォトン放射は生長点近傍で強い。これは、生長点近傍のミトコンドリアの密度が高く、そのエネルギー生成に伴う電子伝達系から漏曳した活性酸素由来のものであることが分かった。このバイオフォトン放射の強度変化は、発芽・発根、生長過程で初期と終期の二回で極大を示した。しかし、窒素雰囲気にするとフォトン強度が約10分の1近くに減少するのが分かり、活性酸素がその主因であることが明確になった。ここで、環境ストレスとして塩ストレスを加え、それに対するフォトン応答を調べた。すると強いストレスが加わった場合、ミトコンドリアの正常な電子伝達系が阻害され、余剰電子漏洩に伴う活性酸素の生成による強いフォトン放射が生まれることが分かった。同時に、この多量の活性酸素が原形質分離・細胞膜破壊を引き起こし、細胞を死滅させることが確認された。その結果、強い塩ストレス(0.1M以上)では、生長は直ちに停止あるいは致死し、弱い場合(0.01Mの塩(NaCl))には生長阻害が見られた。特に、強い塩ストレス印加後10分〜20分で、強いバイオフォトン放射が生長点・伸長点近傍で観測された。一方、弱い塩ストレスでは、フォトン放射が無ストレスの場合よりも弱くなった。これは、弱い場合には抗ストレスホルモンの作用によって、活性酸素生成阻害物質(SODやカタラーゼ)が生成され活性酸素の発生を抑えているためと考えられる。従って、ストレスの大きさに応じて、フォトン強度が大きく変化することが明らかとなり、フォトンを計測することによって、植物がどの程度のダメージを受けているか計測できることが分かった。以上の結果、ストレスが生体に重大な影響を与える強度にある種のしきい値があり、それをフォトン強度から求めることが可能であることが分かった。