サツマイモ個葉の老化に伴う光合成,光呼吸およびPSII量子収率の変化ならびに品種間差
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概要
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The age-dependent deterioration in leaf photosynthesis was compared between the two sweet potato (lpomoea batatas Lam.) cultivars, Koganesenngan (KOG) and Beniaka (BEN), with a significant difference in productivity. The discussion was made from the three viewpoints of the chemlcal energy production in the photosystems, its consumption by CO2 assimilation and photorespiration, and their mutual-relationships in a leaf. The CO2 assimilation rate and chlorophyll fluorescence quenching in the photosystem II (PSII) were simultaneously monitored under the condition where air temperature, humidity, light intensity and the concentrations of CO2 and 02 in the assimilation chamber were regulated. The results obtained were as follows: 1) KOG represented a high stomatal conductance (Gs) and a high CO2 exchange rate in young and old leaves, whereas these parameter values quickly decreased with leaf age iR BEN. The quantum yield (Φe) in PSII was less affected by leaf age in KOG, which means that a larger quantity of chemical energy was produced in KOG. ln addition to the larger energy production and higher CO2 assimilation rate, the higher photorespiraion rate was observed in KOG. 2) The high CO2 assimilation activity of KOG is advantageous for increasing biomass production. The high photorespiration rate is considered to play a role in effectively dissipating the excessively accumulated energy provided from the photosystems, and this may allow the leaf of KOG to have a functional longevity.サツマイモは，栄養成長と生殖成長が明確に分かれているイネやムギ類，トウモロコシなどと異なり，比較的生育の早い時期からシンク器官が成長し，炭水化物が蓄積するので，短期間でも収穫を得られる利点がある．また，栽培時間を長くすると，蓄積期間が長くなるため生産量の増加や安定性が得られる．このようにサツマイモは，デンプン生産作物として重要な位置付けにあるが，その収量の成立過程や物質生産を解析した研究は，津野ら（1965）と北条ら（1971，1973）の研究以降多くはない．個葉光合成，物質生産面からの総合的な解析について，解決すべき多くの研究課題を残している．特に葉の成長に伴う炭酸固定系と光化学系の両者から見た光合成機能の変化や葉の成長過程と光合成生産との関係について詳細に研究を進めた例は少ない．光合成における主要過程は，太陽光を化学エネルギーに変換する光化学系と，そのエネルギーを利用し炭水化物生産を行う炭酸固定系の二つの系で構成される．自然光下で栽培中の植物では，生産された化学エネルギーが炭素固定系のエネルギー消費キャパシテイーを超える場合が頻繁にあり，これが光合成機能劣化の原因となることが多い（U．Heberら，1996）．過剰エネルギーによる障害を防ぐための安全弁の一つとして，光呼吸作用の重要性が指摘される。光呼吸が大きいと安全性は増すが，過大であると生産性は低下する．このため，光化学系，炭酸固定系及び光呼吸系の相互関係を適正に保つことが個葉の生産能力向上や機能維持に重要である．また，葉の老化や機能劣化は葉の葉緑体の分解を伴うが，この現象には，多くの要因が生育時期によって特異的に関与する．葉の老化の進み方は，サツマイモに限らず農作物の生産性を左右する要因である．光合成機能の劣化を防ぎ，能力を維持することが作物生産の向上と安定性確保のために解決すべき重要な課題である．本研究では，サツマイモ品種を対象に，栽培環境と葉の老化との関係を光合成における光化学系Ⅱ（PSII） と炭酸固定系の機能バランスの面から解析することを目的に，温度，湿度，光強度，炭酸ガス濃度，酸素濃度などを多様に変えた測定環境条件を設定して実験を進めた．
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