鉄欠乏ストレスが花キャベツの生育および品質に及ぼす影響とその適応反応

鉄欠乏ストレスが花キャベツの生育および品質に及ぼす影響とその適応反応

王延平・康雲岩・中敏・張亮・茶西龍・江心侠・楊健

Agronomy 2022, 12, 875. https://doi.org/10.3390/agronomy12040875

概要：鉄（Fe）は植物の成長・発育に重要な役割を担っている。
花キャベツにおいて，異なる鉄濃度，1-アミノシクロプロパン-1-カルボン酸（ACC）および塩化コバルト（Co2+）処理が，植物の成長，品質および鉄欠乏ストレスに対する適応反応に及ぼす影響を調査した。
その結果，鉄欠乏ストレスは植物の成長を抑制することが明らかになった。葉および茎のビタミンC，可溶性タンパク質および可溶性糖の含量は，鉄欠乏ストレス下で有意に減少し，セルロースおよび硝酸塩の含量は増加した。
鉄欠乏ストレスは，葉の純光合成速度および硝酸還元酵素活性を明らかに低下させた。
Fe欠乏により活性酸素代謝のバランスシステムが破壊され，根と葉のカタラーゼ活性，スーパーオキシドジスムターゼ活性，葉のペルオキシダーゼ（POD）活性が低下したが，根のPOD活性および根と葉のマロナルアルデヒド含量は有意に増加した。
Fe欠乏とACC処理により，根の培地のpH値は有意に低下し，エチレンの放出が促進され，また
Fe3+還元酵素活性を増加させた。一方，Co2+処理は，Fe欠乏およびACC処理とは逆の結果を示した。
このように，Fe 欠乏ストレスは，窒素代謝，光合成，活性酸素代謝，根培地の pH，Fe3+還元酵素活性に影響を与え，生理的な適応反応や耐性機構に関 連していることが明らかとなった。
また、エチレンがハクサイの鉄欠乏ストレスに対する適応反応の調節に関与している可能性があることも明らかになった。


はじめに」の一部
鉄欠乏症のキュウリおよびトマトは、主に根端付近の肥大・粗大化および転移性細胞の特徴で ある根毛の増加を示し、根の鉄3+還元能力を著しく高めるH+を活発に排泄し、根圏での鉄の利用可能性を 向上させる。
ダイズは，主に根端の膨潤・肥厚と表皮・皮質へのフェノール物質の大量蓄積によって，不溶性Fe3+を還元する。
したがって、植物によって Fe 欠乏ストレスに対する応答機構は異なる。
また、イネでは、鉄欠乏はエチレンの生合成やシグナル伝達を促進し、エチレンは鉄の輸送や分配を促進することができる。
しかし、ハクサイの鉄欠乏に対するエチレンの応答は、これまで検討されていない。
花白菜として知られる Brassica campestris L. ssp. chinensis var. utilis Tsen et Lee は、アブラナ科に属し、中国で商業的に流通する人気のアブラナ科野菜で、茎は柔らかく、調理しやす く、心地よい味わいを持っている。
この作物は、華南地区で最も栽培規模が大きく、消費量の多い年産野菜の一つである。
多毛作や土壌のアルカリ化が進むと、鉄分の不足が白菜の収量を低下させる主要因となる。我々のこれまでの研究では、ミネラル栄養が花キャベツの生育、収量、品質、耐病性に明確な影響を与えることが示された。
しかし、鉄欠乏が花キャベツの生育や発育に及ぼす影響、およびそれに関連する生理学的特性については、まだ調査が不足している。
そこで本研究では、花きハクサイを対象に、鉄濃度、エチレン生合成の前駆体（1-アミノシクロプロパン-1-カルボン酸（ACC））およびACC合成酵素阻害剤（Co2+）の処理を変えて、鉄欠乏ストレスが生育、収量および品質に及ぼす影響と、鉄欠乏ストレスに対する適応生理機構について検討することを目的とします。


図1. の説明
異なるFe濃度処理を9日間行った場合の植物表現型。
1Fe処理は地上部、根、草丈、茎の太さなどの植物パラメータが最も優れていた。1/2Fe処理は地上部、草丈、茎の太さなどの植物パラメータが優れていた。0Fe処理は植物の成長が悪く、萎縮し、黄変が深刻であった。