Solai（Yukijirushi）
C．PJ，17446 P．1．253240
C．］E）．1 ．14375
makari1（arienSe N780 P．dicho七〇miflorUm
P．1aevifol三um P・sp・
Miもoyo−ke三
Kagawa−kei
S。AfricaGR−57
B B C C C C
B C C C C
H
0．47 0．46 0．41 0．52 0．46 0．43 0．81 0．71 0．80 0．87 0．69 0。55
4．46 4．49 4．58 5，31 5．26 4．87 5，76 5．28 6、55 6．66 3．79 4．09 注） B：維管東鞘細胞の葉緑体配列が求心的
C：維管束鞘細胞の葉緑体配列が遠心的 酵素活性：μ磁。隻eS／分・㎎クロロフィル PIB：光照射暗転後のCO2放出（CO2 burs七）
E：CO2 burstあり。
（十CoA）：補酵素CoAを加えた酵素活性値
束鞘細胞における葉緑体の配列は〜般にNADP−ME型では遠心的に，NAD−ME型では求心的に，
さらにPEP−CKI型では遠心的に配置されていると報じられている。しかし，本研究からPa盃cu狙 ichotomlfloraグループ1こは維管束鞘細胞の葉緑体の配列が求心的なNAD一一ME型と遠心的なMD
−ME型があり，とくにPa且icum colora七umで1ま岡一種内1ζ爾タイプが存在することが明らかになっ た。このことはC4光合成型の進化要事の上できわめて興味深い。
〜方Aristida属はNADP−ME型であるが，これは二重の維管束鞘細胞をもち，内側の細胎内の葉
緑体は遠心的，外側のそれは求心的に配列されていた。
また，C3植物では光を照射し葉を暗黒にした食後に光呼吸による著しいCO2の放出（1）IB）がみ られる。一方C4楠物ではC3植物ほどではないが暗転後のCO2の放出があり，その程度は脱炭酸系の種類
によって異なる。すなわちNADP−ME型では， CO2の放出がないが， NAD−M猛型やP獄P−CK 型では，CO2の放出がみられる。C4植物のPIBは，晒転直後にみられる1次PIBとそれより遅れて
みられる2次P王Bの2つのピークがある。秘eusille CoracaR翫のPIBに対するCO2と02の影響 については，①1次HBは高CO2で明らかで低CO2で小さくなるが，2次PIBは低CO2で顕著であ
る。②低CO2では気孔開口が大きくなるので，1次PH3の減少は気孔閉鎖によるものではなく，Poの低下による。③1次PIBはいずれのCO2レベルでも低02の影響を受こナないが，2次PIBは2％02下 で20％02下より．小さくなった。④1次PIBと2次PIBはCO2と02に対する反応を異にするので，
両者の発生機構は異なると考えられた。
C4植物の葉肉細胞1ζはCO2に対して高い親和力のあるPEPカルボキシラーゼ（PEPc）が多墨に存 在している。しかしC3植物1ζおいてもP封Pcが少量存在することは知られている。そこでC3植物のイ ネとC4植物のソルガムの葉からPEPカルボキシラーぜを抽鵬し，この酵素蛋白の性質を比較検討したQ
その結果，水稲とソルガムから抽出したPEPcはDEAE−CeUulOSeによる溶出パターンが異なるこ
と，またソルガムのP封Pcの活性はG6Pの添加によって明らか1こ増加するが，水稲ではまったく効果がないこと，さらにPEPに対する1）EPcの㎞は水稲では0．4mM，ソルガムではし2mMで，両者の聞
に差があることがわかった。これらの点から水稲とソルガムのPEPcは酵素蛋白の性質が異なると考えられた。
C4写物の炭酸鷹定経賂は葉組織の分化と密接な関係があるので，単離プロブラストを用いた実験系の 確立はC4光合成系の生化学的特徴を明らかにする上で重要である。これまでq植物のプロトプラスト は葉肉細胞では可能であったが，維愚策鞘細胞では困難であった。そこで維管束鞘細胞プロトプラスト
を取出すことが試みられた。発芽後1ケ月以下のギニアグラスでは4％メイセラーゼと0．1％ペクトリア ーゼを含む酵素液により葉肉細胞と共に維管束鞘細胞もプロトプラスト化し，分瑚浮遊法により維管榮鞘 細胞のプロトプラストを精製することができた。とうもろこしでも発芽後10臼以内の葉を用いて2段階 の醒戦陣理法（あらかじめ葉肉細砲を除いた維管束鞘細胞を再処理する）によって維管栗鞘細胞プロトプ
ラストを単離することが出来た。標識酵素として葉肉細胞はPEPcを，維蟹東鞘細胞ではマリックエンザ ィム活性を測定すると，維蟹東鞘細胞に混在する葉肉細胞はレi10〜1／ち0であった。このような実験系の 確立により，単離細胞，細胞内小器憲のレベルにおける酵素系の分布，砂紋代謝産物の動態がこれまでよ
りはるかに精密に把握出来るようになった。
CAM植物は夜間気孔を開いてCO2をP封Pカルボキシラーゼによってリンゴ酸に変えて液胞中に貯え，
日中気孔を閉じた状態でリンゴ酸を脱炭酸し，遊離したCO2を葉緑体のストロマにあるKuBPカルボキシ ラーゼによって固定，還元し，糖，でんぷんを生成する。
CAM植物が液胞に有機酸を高濃度に貯えるためには，酸素呼吸を介した調節機構が不可欠であり， N2 中で酸素呼吸を抑えると，液胞中のリンゴ酸が細胞質中に逆流し，葉緑体をはじめ，細胞自体を酸で殺し てしまうことがわかった。またCAM植物の脱炭酸に対する光の役割が検討された◎葉申に光合成阻害剤
のDCMUあるいはDL−glycera豆dehアdeを浸潤しておくと，リンゴ酸がほとんど分解されず，脱炭
酸が著しく揮制された。また脱炭酸に対する光の作型スペクトルはクロロフィルの吸収曲線とよく似ていた。このような点から脱炭酸に必要な光の作周は光合成一恐らく光合成的CO2吸収を選じて行われると 考えられた。
CAM植物のベンケイソウの葉を切断し，大気中に置いた時は24時間以内にPEPカルボキシラーゼ
活姓が著しく高まったが，C4植物のとうもろこしではこのようなことが見られなかった。このような結 果から，CA雌化の進む要圏としては土壌からの水分供給の低下が関係していることをうかがわせた。またCAM化は葉位によって異なり，葉のAgeが進むにつれて高まった。すなわちδ13Cのf直（PEPカル ボキシラーゼ活姓と密接な関係がある）は葉肉細胞では明らかに成熟葉が若葉より高かった。この場合，
表皮細胞のδ13Cは成熟葉と若葉とで差がなかった。
ところでCAM植物は，一般に気孔の運動と炭酸固定酵素の活性の臼変化から，1日の炭酸綴定に4相 がある。すなわち，暗期phaSe王では気孔の開放とPEPカルボキシラーゼによるCO2固定，明期の初 めのphaseEでは，気孔の開放状態でのCO2固定，明期phase厭｝ζおいては気孔の閉鎖とCO2吸収の 申断，明期の終りのphaS e Wでは気孔の開放とRuBPカルボキシラーゼによるCO2固定：などが観察さ れる。トリテルペンを生成する青サンゴ（CAM）の光合成の温度反応が検討され，昼夜温が30。一25
℃ではCAM植物特有の4種のpbaSeが認められるが，昼夜温が16。一15℃では， phaSeyに相当す
る時期の気孔の開放とCO2圃定が晃られなくなり，ph齢e皿が延長するようなパターンをとる。また興味あることは低温においても，phaSeIとph鶴eHの気孔の開放と活発なCO2閲定が維持されること
であった。
浅海域における藻類の光一光合成関係が解析された。英虞湾には約20種の珪藻，鞭毛藻が優占的に出 現した。約100種の藻類を壇養したところ，至適塩分濃度は20％以下から37％までの広範囲にわたっ ていた。また周一種でも出現時期によって至適塩分濃度はかなり差があった。各培養株について一定条件 で培養後，光合成最大1直（Pg max）と最大光合成を示す光強度の渥の縫（IK）の健が求められた。
微小藻類は陸上植物と異なり，昼光阻害が認められ，Pg月農axに対する50，000 iuxでのPgの比は平均 的｝ζは0．73であったが，0．3以下の種類もみられた。また光一光合成曲線は緑葉，珪藻，鞭毛藻などのグ ループで区分されることは出来なかった。たとえば詞藻では，岡一管内でも種が異なると，光一光合成曲 線が大きく変化した。
（2）光合成能力の遺伝様式の解析と変異の作出
光合成の遺伍，育種分野の研究では，C3植物とC4植物の交雑が可能であるという重要な知見が得ら れたQ同一属隷にC3植物とC4植物を禽むハマアカザ属，キビ属，トウダイグサ属についてC3楠物とC4 植物の交雑が行われた。その結果，ハマアカザ属のAもriplex rosea（C4）×Atriplex patura（C3）
の組合わせのなかにF1とみられる欄体が1979年｝d私財，80奪に2個体得られた。79隼のF1とみら
れる欄体は澗親と全く異った形態を示し，交配後3ケ月経過してもなお菓丈は3cm位で，融業聞がつまり，5〜15mmの長さの葉を10枚ほど着生していた。葉は濃緑で，葉の横断切片は澗親の申閥的蘂構造を示
1．八顧05￠雌淑A醒晦㈲
写真1．C3植物（Atriplex．pa七ula）と C4植物（Atriplex。rosea）の鑑，
（歪霜田，ノ」、黒， 1980 ）
し，BjδrKman（1971）の結果と類似していた。しかし得られた雑種麹は極めて弱勢なので賠養法や交 配母体の組合せについての検討が必要である。そこで80年はハマアカザ属内のC3，C4植物間の交雑か
ら204欄の胚を摘出し，胚培養を行った。現在その25％の胚が試験管内で生育中である。生育良好なも の10個体を鉢に移植したところ，そのうち少なくとも2個体の葉の形は両親の中間型を示した（写真1）。
またキビ属についてはC3×C4，C3×中間型（P．milioides），C4×中間型（P．mmoides）を交雑
し，21個の種子を得たが，雑種か否かは検討申である。光合成能力の高いC4型光合成は葉構造と葉緑体機能の分化が密接に関係しているところがら，関与す る遺伝子は単一ではなくて複数であると考えられる。またC3植物の光合成能力は光呼吸によって大きく 支配されるところがら，光呼吸系の島伝様式の解明はC3植物の光合成能力の向上にとってきわめて重要 な問題である。そこでC4型光合成および光呼吸系の遺伝機構を知るために，入為突然変異によるC4植 物からC3植物へあるいはその逆の変異の誘発，およびC3植物の光呼吸系の変異の誘発が検討されてい
る。光合成系の突然変異株を検出するために光合成の炭酸ガス補償点による大量検定装置が試作完成した。
その原理はC3植物の光合成の炭酸ガス補償点（光合成によるCO2吸収と光呼吸，暗呼吸によるCO2の 放出とがバランスするCO2濃度）が50 ppmであるのに対して，C4植物のそれが10ρpm以下であること を利絹する。すなわち，密閉した同化箱内にC3植物とG4植物を混播して光照射すると，同化箱内のCO2 が低下するので、C3植物はCO2飢餓になり柚死するのに対して， C4植物は低いCO2を利用串来るので 生存する。この方法はすでにMossによってC農植物の選抜に小規模に利用されていたが，本研究では数十 万〜数百万個体を対象にするので大量検定装置の開発が試みられた。その結果，一回に5，000掴体までの
懇
親
礁
写真2 光合成CO2補償点による大型検定装置
（；⊥1下，弟鳥食司，lil口， 1979 ）
幼植物のスクリーニングが可能な装置が完成した：。蒙た光呼吸系の突然変異株はこの系のある極の酵素が 欠落したときに集積される物質が光念成に有害作用をもたらすことが考えられる。最近Somerville と Ogrenは光呼吸系のPhosphog1γcolate phosphaちaseを欠くArabi面psisの突然変異種を晃出した。この 突然変異種はPhos凶og三ycolateを集積するので，これがCalviR−Be鵬。取回路のグリセルアルデヒド ー3一リン酸代謝を陽害し，そのため通常の大気条件では生存禺来ない。そこで光呼吸系の突然変異株を 検出するためにはCalvin−BeasOR回路から無呼吸基質が流幽しないように，高CO2条件で植物をはじ めに栽培し，その後，低CO2条件に切り換える装置が必要である。この装置は現在試作している。