リンゴ花芽の凍害と過酸化物代謝との関係

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要約

リンゴ凍害発生の際に過酸化水素の急増と過酸化物分解機能の低下がみられる。この過酸化物生成系と分解系の酵素活性の比(酸化的ストレスの起こし易さの指標)は,耐凍性の季節的変動や遺伝的差異と高い相関を示すことから,耐凍性と酸化的ストレスとは密接な関係が示唆される。

  • 担当:北海道農業試験場 作物開発部 果樹研究室
  • 連絡先:011-857-9305

背景・ねらい

寒気に直接曝される寒地果樹においては耐凍性を向上させ,凍害発生を防止することが極めて重要である。そのためには耐凍性発現機構ならびに凍害発生機構の生化学的解明が求められる。近年低温障害を含むストレス障害の直接的発生原因として活性酸素が注目を集めている。本研究は,凍害発生の際に働く活性酸素の機能を解明し,凍害発生機構の解明を図るとともに,活性酸素によって生じる有毒な過酸化物の生成系(耐凍性低下)と分解系(耐凍性向上)の代謝活性について季節的推移と遺伝的変異を明らかにして防止技術確立のための基礎的知見を得る。

成果の内容・特徴

  • リンゴ花芽の過酸化物生成系酵素(NADH-CcR,CcO)の活性は致死温度まで凍結しても大きな変化は認められなかったが,分解系酵素(G6PDH,GA3PDH,DHAARD等)は凍害発生に伴って活性が著しく低下したことは分解機能の崩壊が凍害発生と密接に関連していることを示唆している(図1)。
  • 致死温度まで凍結したリンゴ花芽の融解過程におけるH2O2発生量は,融解開始後30分以内に急激な増加を示した。同時に分解系酵素(G6PDH,GA3PDH)活性も急激に減少したことから,H2O2は過酸化物分解機能を崩壊させるとともに,それに由来して生成する活性酸素が細胞障害を起こすものと考えられる(図2)。
  • 酸化的ストレスを活性酸素の酸化作用に対する樹体の反応によって起こる障害とすると,過酸化物生成系酵素(NADH-CcR又はCcO)活性/分解系酵素(G6PDH)活性の値は酸化的ストレスの起こし易さの指標となり,この指標とリンゴ花芽の耐凍性の季節変動は高い相関を示したことから,耐凍性と酸化的ストレスとは密接な関係が示唆される(図3)。

成果の活用面と留意点

リンゴの凍害によって生じる過酸化水素等の過酸化物は,耐凍性機能の化学的指標になるものと考えられる。今後,リンゴの耐凍性生理機能の向上には,過酸化物の生成と分解のバランスを制御する手法の開発が必要である。

具体的データ

図1.凍結融解後のリンゴ花芽におけるグルコース

 

図2.凍結融解過程のリンゴ花芽におけるH2O2含量の変化

 

図3.春のリンゴ花芽における耐凍性とOI値の関係

 

 

その他の特記事項

  • 研究課題名:凍害発生機構の解明とその防止技術の開発,寒冷地果樹の耐凍性発現機作の解明
  • 研究期間・予算区分:平成元年~4年・経常
  • 研究担当者:黒田治之,千葉和彦,京谷英壽
  • 発表論文等:
    (1)Kuroda,H. et al. Seasonal variation in the activities of NADHCyt c reductase and Cyt c oxidase in plastids, mitochondria and microsomes in apple trees.
    J. Japan. Soc. Hort. Sci. 60:457-466, 1991.
    (2)黒田他.厳寒期におけるリンゴ属植物の耐凍性と過酸化物代謝.園学雑.60.719-728,1991.
    (3)Kuroda,H. et al. Peroxide metabolism and cold hardiness in apple flower-buds during spring dehardening. J. Japan. Soc. Hort. Sci. 61:763-771, 1993.
    (4)Kuroda,H. et al. Collapse of peroxide-scavenging systems in apple flower-buds associated with freezing injury. Plant Cell Physiol. 33:743-750, 1992.