　Kobe University Repository : Kernel Title カリ欠乏大麦葉のグリコール酸酸化酵素活性に及ぼすジベレリンの影響 Author(s) 岡本, 三郎 / 王子, 善清 Citation 神戸大学農学部研究報告, 11(2): 331-335 Issue date 1975 Resource Type Departmental Bulletin Paper / 紀要論文 Resource Version publisher URL http://www.lib.kobe-u.ac.jp/handle_kernel/00228494 Create Date: 2015-01-31 神大農研報 ( S c i .R e p t .F a c .A g r .，KobeU n i v . )1 1:3 3 1 3 3 5，1 9 7 5 カリ欠乏大麦葉のグリコール酸酸化酵素活性 ~L 及ぼすジベレリンの影響岡本三郎*・王子善清$ (昭和4 9 年 8JH2日受理) EFFECTOFGIBBERELLICACIDONGLYCOLICACIDOXIDASE ACTIVITY IN BARLEY LEA VES UNDER A MODERATE POT ASSIUMDEFICIENCY SaburoOKAMOTO andY o s h i k i y o0]1 Abstract Theg l y c o l i ca c i do x i d a s ea c t i v i t yi nl e a v e so fb a r l e y grown a tv a r y i n gp o t a s s i u ml e v e l sa f t e r g i b b e r e l l i c a c i d (GA) t r e a t m e n t o f s e e d s was examined by means o ft h es t a n d a r d Warburg manometrict e c h n i q u e . Theenzymea c t i v i t ywasa p p r e c i a b l yh i g h e ri nK d e f i c i e n c y . GA-treatment c e t a l d e h y d e sodium a c t i v a t e dt h eenzymeandi n c r e a s e dt h es u s c e p t i b i l i t yt oas p e c i f i ci n h i b i t o r，a b i s u l f i t e .Y i e l ds u r v e yanda n a l y t i c a ld a t as u g g e s tad i s t i n c ts i g n i f i c a n c eo f GA-treatment i nt h e a c t i v a t i o no ft h eenzymefromt h a to fK d e f i c i e n c y . 大変の若い棄は古い棄にくらべて高いグリコー Jレ酸酸に大半Ij~紙を載せ，水を張ったプラスチック容器上にか化酵素活性を示し，同時に同酵素の特異的阻害剤 a c e t - ごを重ね，一端を水に浸した帯状炉紙片の他端を種子上 a l d e h y d esodiumb i s u l f i t e (ASB) に対する抵抗性もの炉紙に付着させ，さらにアルミホイルでかごを被っ高い。しかし，カリ欠除により同活性および阻害剤によ 7) 8 時間暗処理した後，種子を直接サラン網上た。室温で4 る阻害率も高まる傾向のあることが分った。大変の発芽に播きなおし，その上に炉紙を載せ，上記の水浸演の時時におけるジベレリン (GA) 処理の効果，特にいくつと同じ要領でジベレリン(協和醗酵工業製〉液を炉紙片かの酵素の活性の促進に関して多くの報告があるが，大を濁して種子上に導いて，暗所で2 4 時間 G A処理を行っ変幼植物葉のグリコ ~Jレ酸酸化酵素活性，ひいては光呼た。 G A処理後種子上の炉紙を除き，種子を水洗し， 2 4 吸に対して，たとえ間接的にせよ，果して G A処理が影時間暗所で水のみで培養後ガラス窓に容器を移した。最響を及ぼすものであろうか。さらに，初期段階のカリ欠初の2 4 時間は水のみで，その後は表 1に示す培養液で培乏状態にある葉については正常棄の場合と G A処理の影養し，液の突換は踊日に行った。響に差異が現われるであろうか。これらの疑点を明らか培養液で 1 4日または 2 1日培養後，午前1 0 時に収穫し， 2時間氷冷した。この棄にする目的で，既報7.8) の実験方法に準じて大麦幼植物各処理区より 5gの葉を分取を供試した。を予め 40C 以下に冷却しておいた磨鉢に移し， 5 gの 0mlの Na-phosphateb u f f e r(O.lM，pH8.0) 石英砂と 1 材料および方法を加えて磨砕し， 41 震のガーセ・で粗炉した。 0 分間冷却遠心分離し， xgで1 大変(成城 1 7号〉種子を消毒後，プラスチックかご内に敷いたサラン網上の炉紙上に播種し，種子を被うよう P液を1.000 その上澄液をグリコー Jレ酸酸化酵素の粗酵素液として供試した。磨砕以後の操作は低温 ( 0'"5oc)室内で行った。酵素活性(グリコーノレ酸酸化)は標準ヲー Jレプルグ検事植物栄養学研究室圧法によって測定した。 7)容器の主室に組酵素液 0 .3ml， 3 3 2 岡本三郎・王子著清表1 区においても， 1 4日培養より 2 1日培養の方が高く，また培養液の組成無 K区の方が K施用区より若干高かった。 G A処理によ要素量使用塩類る活性の増進は 20ppm区と 30ppm 区にみられ， 40ppm 区では K施用の有無にかかわらず，むしろ減退がみられ N 60ppm P2 0S K2 0事 40 NaN03 2H2 0 NaH2 P04・ 6 0 K2S04 4日培養では 20ppm区のみが無処理区より高率であは1 CaO 20 CaC122H2 0 ったが， 2 1日培養では G A処理院すべてにおいて高い値 MgO 1 5 を示した。 Fe203 2 MgS04・ 7H2 0 6H2 0 F e C 1 3・ 0 培養液の pH た。本酵素に対する特異的阻害剤である ASBの阻害率 GA処理による大衰の窒素成分と糖の変動全 N合有率(表 3) は G A処理により大きな影響を受 6 . 7 けず，すべての処理区で無 K区が K施用区より低い値を原液の希釈に用いた水道水は平均して 2 . 2ppm の K2 0，1 0ppm の CaO，および 5ppm の MgO を合み，その pHは約 6 . 8であった。申無 K区には Na20 として 6 0ppm の Na2S04・ 10H2 0 で代替した。 1日培養の無 K区において葉，根示した。強いていえば2 いずれの部位においても僅かに減少している。不溶態 N含有率(表 3) についても，全 Nの場合同様，いずれの濃度の G A処理区，莱と根とを問わず，無 K区の方が K施用区より明らかに低率であった。 1 4日培最終濃度で 1/15Mの N a-phosphateb u f f e r (pH7.0) 養の葉および2 1日培養の K施用区の葉において， G A処と1 0 -4 M の FMNを，側室 Aに 5x1 O -3Mの g l y c o 1 a t e 理が含有率を若干低下させたが，根では G A処理の影響を，側室 Bに水または 2x1 O -3M の ASBを入れ，副は殆ど認められなかった。反応液アミノ態 N合有率(表 4) に対する G A処理の影響は総量は 3m1，測定温度は 2 50C。容器をマノメーターに葉においては一定の型を見出し難いが，根においては合取付けアルミホイ Jレで被い， 2 0 分間温度平衡を行わせ，有率の低下傾向が認められた。 K欠除による高合有率の側室の内容液を主室に添加，測定を開始して 5' " " 2 5分の傾向はいずれの G A処理によっても変換しなつかた。 . 2m1の 1 0 9 話 NaOH を入れた。室に炉紙片と 0 (N)すなわち μ102 聞の酸素吸収を Q02 吸収/mgN/時間硝酸態 Nの数値は掲げないが，一般に葉，根ともに K 欠除により合有率は，それぞれの対照区より低く， G A で表わして酵素活性とした。 ASBの合成・再結品は浅田・葛西の方法 1)によった。処理によって低下する傾向が見られた。粗酵素液中の N量は PUCHER法，植物体の乾燥試料中の全糖合有率は K欠除または 2 1日培養全 Nはガンニング氏変法，不溶態 Nはケー Jレダーノレ法によった。アミノ態 Nは ROSEN のニンヒドリン法，還元糖は SOMOGYJ (MOYER と HOLGATE の改良〉法により K施用区の 4 0 ppm区を除いて G A処理により高まる傾向を認めた。還元糖合有率(表 4) は 1例を除いて G A処理により莱では増大したが，根では一定の影響は認め難い。なおアミノ態 Nの場合と同じく，一般的に K欠除によって含比色定量した。有率は増大した。結果考察生育と呼吸に及ぼす GA 処理の影響 . 0 5ppmの G Aに1 0日浸潰したとこ予備実験として 0 ろ草丈は 9 %増し，根長は 22%減少したが，乾物重は地上部で 12%増し，根は 6 % 増加した。大麦種子を 0 . 0 5 0 時間後(発芽開始後約 1日〉呼吸 ppmGA処理すると 7 能 Q02(F)は約 30労増大した。なお既報7， 8 ) の結果から供試した材料植物はカリ欠乏の初期段階にあるといえる。 GA処理による大変葉のグリコール酸酸化酵素活性の光呼吸およびグリコ{ノレ酸経路についての木佐木らの提案4， 9 ) はその大筋において確実性に富むものと承認さ 1 0 )葉緑体中で生成されたグリコー Jレ酸はノ f れている。 6， -オキシゾ{ムに移り，そこで酸化されてグリオキシノレ酸になり，さらにトランスアミナーゼ作用によりグリシンとなる。ついでグリシンはミトコンドリヤに移行し，そこで 2分子のグリシンから CO2を放出して 1分子のセリンを生成する。セリンは再びパーオキシゾームに戻り，脱アミノされてピノレピン酸さらにグリセリン酸へと変動変わる。グリセリン酸は細胞質中に放出きれ最終的には実験結果を表 2に要約した。酵素活性はいずれの処理糖形成に連なるか，リンブ酸になり細胞中の小胞体に移 3 3 3 グリコ四 Jレ酸融化醇蕪活性と~ベ ν lJ:Y 表2 ジベレクリン処理による大変葉のグリコール酸酸化酵素活性の変動リ施用カ十 K -K ASB ジベレリン Q02(N) 5x10-3M ppm 2 5 3 o 2 7 4 81(6 8 ) 十 7 7 ( 7 2 ) 3 0 0 20 3 1 8 5 5 ( 8 2 ) 十 6 4 ( 8 0 ) 2 7 0 3 0 2 8 6 6 5 ( 7 6 ) 十 2 2 8 6 4 ( 7 1 ) 十十K -K (阻害 9 6 ) 2 7 3 3 0 7 1 1 2 ( 5 9 ) 1 2 3 ( 6 0 ) 3 1 0 3 2 4 3 0 5 1 (8 0 ) 6 6 7 ( 7 8 ) 2 5 0 6 5 ( 7 1 ) 5 5 ( 8 3 ) 4 5 ( 8 6 ) 3 0 0 8 0 ( 7 2 ) 2 1 7 4 0 2 7 3 5 2 ( 7 9 ) 5 4 ( 8 0 ) 大変の葉と根の全 Nおよび不溶態 N 表3 1 4日培養期間一カ 2 1 日 1 4 日培養期間リ施用ジベレリン植物 ppm 部位 O 2 0 3 0 4 0 十 K 2 1日 -K 乾物重当り十 K 1 4日 -K 十 K 96 全N 2 1日 -K 十K 乾物重当り不溶態 -K N96 業 6 . 7 0 6 . 2 4 6. 4 7 6 . 2 0 5 . 0 0 4 . 5 7 4 . 6 2 4 . 1 9 根 4. 4 9 4 . 3 6 4 . 3 1 4 . 2 1 2 . 7 7 2 . 4 4 2 . 4 9 2 . 1 4 業 6. 4 9 6 . 2 4 6 . 3 7 5 . 9 7 4 . 8 9 4 . 3 3 4 . 2 3 4 . 1 4 根 4 . 5 5 4 . 3 4 48 4. 4 . 1 3 2 . 8 9 2 . 4 5 2. 4 7 2 . 2 3 葉 6 . 6 4 6 . 3 1 6 . 4 4 6 . 0 7 4 . 6 6 4 . 1 4 4 . 4 5 4 . 2 0 根 4. 4 2 4 . 2 4 4 . 4 0 3 . 9 1 2 . 4 7 2 . 3 3 2 . 4 5 2 . 1 3 葉 6 . 5 3 6 . 3 4 6 . 1 7 5 . 8 6 4 . 5 0 4 . 1 3 41 4. 4 . 0 2 根 4 . 7 5 3 . 9 7 4 . 1 8 4 . 0 4 2 . 7 3 2 . 6 6 2 . 2 3 2 . 0 6 岡本三郎・王子普滑 3 3 4 表4 大麦の葉と根のアミノ態Nと還元糖培養期間 1 4日一リ施用カジベレリン植物 ppm 部位 O 20 3 0 40 十 K -K 乾物重当り十 K 2 1日 1 4日 2 1日 -K 十 -K K アミノ態 N弱十乾物重当り K -K 還元糖% 葉 0 . 1 5 6 0 . 1 8 8 0 . 1 0 0 0 . 1 6 7 2 . 2 2 2 . 7 9 2 . 0 1 2 . 5 4 根 0 . 1 3 2 0 . 1 8 5 0 . 1 2 2 0 . 1 5 8 3 . 2 5 3 . 7 4 3 . 2 2 3 . 6 4 葉 0 . 1 5 3 0 . 1 7 2 0 . 1 3 1 0 . 1 5 5 2.56 2 . 9 5 2. 4 9 2 . 7 4 根 0 . 1 1 2 0 . 1 3 1 0 . 0 9 0 0 . 1 1 2 3 . 1 2 3 . 8 0 3 . 3 0 3 . 8 4 葉 0 . 1 6 9 0 . 2 2 5 0 . 0 8 2 0 . 1 2 8 2 . 9 5 3 . 3 2 2 . 3 3 2 . 7 8 根 0 . 1 2 0 0 . 1 4 6 0 . 0 9 9 0 . 1 2 0 3 . 3 7 4 . 1 6 3 . 3 3 3 . 6 8 莱 0 . 1 5 1 0 . 1 8 6 0 . 1 0 1 0 . 1 1 6 2 . 8 1 2 . 9 5 2 . 4 0 2. 4 9 根 0 . 1 0 6 0 . 1 3 9 0 . 1 0 6 0 . 1 3 9 2 . 9 0 3 . 9 1 2 . 8 5 3 . 1 9 撹乱が，脱共役的(浪費型)呼吸と区別しがたく継起しって代謝回転される。 5， 6おて，光合成の炭素還元回路に異常をもたらし，光呼吸のよび 7単糖ーリン酸からトランスグトラーゼ作用により基質であるグリコーノレ酸の蓄積を誘導したことを示してグリコー Jレ酸は葉緑体中で CALVIN 回路上の生じる TPPーグリコーノレアルデヒドの酸化によって生じるか，または RuDPが酸化されてフォスプォグリコーJレ酸になり，これがフォスブァターセ・によってグリコーIレ酸に導かれる。他方，暗呼吸が光下でも活発に働いているので， 3 )光合成は TCA回路などとも密接に関連いるのであろう。また K欠除により葉細胞の小胞体の膜構造になんらかの変異を生じ，物質の膜を通しての移動が易化されて光呼吸を助長しているのかも知れない。大麦種子の GA処理により， αーアミラ{ゼ，アーゼ，プロテリポニュ{クレア{ゼ，イソシトラーゼ，リンしているものと推定される。 10) グリコール酸経路は葉緑ゴ酸合成酵素など，活性の高まる酵素の多いことは衆知体，パ{オキシゾーム，ミトコンドリヤ，細胞質の協調のことであり， GAが休眠中の器官での酵素合成に関す作用によって成立しており，この際の小胞体聞の物質のる遺伝情報の抑制を解除し，発芽過程を進行させるもの移動や，光合成および呼吸との間の関係については未解ではないかと考えられている。決の点がまだ多く残されている。促進を享け，本実験における培養期間中は特に地上部の K欠乏の初期段階で最重要な植物の生育抑制要因とな 2 ) GA処理によって発芽生育が無処理の植物より優位を保ち 20ppm処理区でるのは蛋白合成系，特にリポソームの関与しているとこは明らかにグリコ - Jレ酸酸化酵素活性が高く，また ASB ろであるといわれており， 5)二次的要因として，アミド・による血害率も高かった。しかし，無 K区の方が K施用アミノ態 Nの増加と蛋白態(不溶態) Nの減少，還元糖区よりやや高い活性を示すというパターンを崩すことはの増加と殿粉の減少(光合成能力の低下)，呼吸の一時できなかった。 GA処理による生長促進から判断して，的増加などの代謝異常が一般に認められている。 K欠乏この場合の酵素活性の増大は下で，見かけの光合成効率の低下が光呼吸の増加によるり，光合成効率の低下をもたらすとは考えられない。しものとすれば，光合成の炭素還元サイク Jレとグリコーノレたがって，酵素活性の増大という現象に対して， K欠除酸経路との聞には密接な関連がありそうに思える。 10) 実とGA処理とは別個の機構によって寄与しているものと験結果(表 2) はK欠乏初期段階にある大麦葉ではグリ推定される。コー Jレ酸酸化酵素活性が正常葉より高いことを示してい J る。これは N代謝(表 3， 4) および糖代謝(表 4) の K欠除の場合とは異なグリコ戸 Jレ酸酸化酵素活性とジベ νリン 3 3 5 P h y s i o 1 . ， 3 .1 2 5 .1 9 6 2 . 要約大変種子を 1日. 2 0 " " " " 4 0 p p mジベレリン (GA)処理し 2 3週間水耕した幼植物の莱のグリコ{ノレ酸酸化酵素活性をヲールプ Jレグ検圧法によって測定した。 K欠 0 4 .1 0 3 .1 9 7 4 . 2) 藤伊正:化学の領域，増刊 1 3 ) IMAI. H.，FUKUYAMA. M .， YAMADA， Y. a n d HARADA. T. :S o i lS c i .P l a n tN u t r .，1 9 .6 1， 1 9 7 3 . り活性および ASB (阻害剤〉による阻害率は高まった。 4 )KISAKI. T. a n d TOLBERT， N .E . :P l a n t 1 . ， 4 4 .2 4 2，1 9 6 9 . P h y s i o 植物の生育状況ならびに植物体の N成分や糖の分析結果 5) 松原丘・山田康之・高橋英一:莱豆におけるカリ除区の活性は正常区のものよりやや高く. GA処理によを考慮すれば，酵素活性の増大現象に対して. K欠除と 7-86，クムの生理作用，カリーシンポジクム， 7 GA処理とは別個の機構によって寄与しているものと推 1 9 7 1 . 定した。，1 2 9 .1 9 7 0 . 6) 宮地重遺:イ七学と生物. 8 樹 7) UKAMOTO，S . :S c i lS c i .P l a n tN u t r " ・ 1 3 ，1 3 3 1 9 6 7 . 辞本研究を遂行するに当り終始御激励と御助言を賜わった神戸大学名誉教授伊沢伍郎博士に心より感謝し，実験の補助に労を惜まれなかった新井稔弘，浜野孝，林信平，渡辺隆一の諸氏に謝意を表する。文 1 )ASADA. K. a n d 献 KASAI. Z . :P l a n t& C e l ‘ 8)一一一 :S o i lS c i .P l a n tN u t r .， 1 4，1 7 5，1 9 6 8 . 9) TOLBERT，N .E .，UESTER，A.，YAMAZAKI，R . K. a n dKISAKI，T. :P l a n tP h y s i o 1 ..4 4，1 3 5， 1 9 6 9 . 1 0 ) 山田芳雄:光合成初期産物の動向，カリーシンポジクム， 1 55-176，1 9 7 1 .