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植物の光合成に紫外線は必要?

      2017/09/12

植物の光合成に紫外線は必要?

小学校の理科で習った様に、植物は光合成をおこなって必要なエネルギーを自分で作り出しています。最近は室内で観葉植物を楽しんだりしますが、窓が強力なUVカット仕様で紫外線が入ってこないけど、大丈夫?今回のまとめはそんな疑問にお答えします。植物と紫外線の関係、まとめてみました。

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植物の光合成ってどういうもの?

光合成とは、植物が太陽光を吸収してその光エネルギーを使い、大気中の二酸化炭素と根から吸収した水で、酸素と糖類を作リ出す作用。

引用元-光合成

この太陽の光を利用できる植物のシステムは、人間を含めた動物の生命活動のエネルギーの源となっている。 植物は、自分で有機物を作り出せる光独立栄養生物であり、動物はそれを利用する従属栄養生物である。
植物は二酸化炭素と水を使って太陽光エネルギーを貯蔵(デンプン)し、動物はこの貯蔵されたものを分解してエネルギーとして利用しているのだ。
また、大気中の酸素を作り出すのも、植物やシアノバクテリアであり、これらが太古の地球の原始大気に大量に含まれていた二酸化炭素を消費し酸素をつくり出した。
そして、これらは100万分の1ミリメートルという小さな世界で行われているのだ。

この、太陽光を利用する光合成しいうしくみは、実に驚くべき素晴らしいものである。

引用元-光合成

植物の光合成には明反応と暗反応の2段階の行程がある

光合成は、明反応と暗反応の2段階の行程を経て完成します。

明反応の行程(チラコイドでの反応)
1.太陽の光エネルギーがあたることで、光化学反応が起き、クロロフィルの活性化する。

2.光化学反応によって、水(H2O)が分解され、水素イオン(H+)ができる。H+の一部は、補酵素NADPH+(ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸)と合体して、NADPHになる。さらに余っているH+がチラコイドに貯まりパンパンの状態になります。するとH+がは外にでようとします。チラコイドの膜上にあるATP合成酵素が歯車のような役割をし、ATPが作られます。(イメージは水力発電)ATP(アデノシン3リン酸)を生産します。ATPは生きるためのエネルギーを体内へ運ぶ役割があります。

引用元-光合成の仕組み&ミネラルで光合成能力UP〜有機農業研修レポート〜 – ミトミネ農場

■暗反応の行程(ストロマでの反応)
明反応で生成したNADPHの「H+」と二酸化炭素らがくっつくことで炭水化物(ブドウ糖)や水が作られます(還元)。この時の触媒酵素がルビスコといい、光合成の反応を円滑にする役割をしています。この還元にはエネルギーが必要なので、明反応のときに作られたATPを使います。(本当は、カルビンベンソン回路という一連の反応でもっと複雑なことをしています。

引用元-光合成の仕組み&ミネラルで光合成能力UP〜有機農業研修レポート〜 – ミトミネ農場

植物は光合成に紫外線を使わない

光合成において使うことができるのは主に可視光といわれる人間の目に見える光です。光には可視光以外に赤外線、紫外線といったものがありますが、これらは、普通の光合成に使うことができません。基本的にどのような光を使えるかは、光合成色素がどのような光を吸収できるかによって決まります。陸上植物ではクロロフィルが可視光線を吸収しているのですが、バクテリオクロロフィルは赤外線を吸収するため、バクテリオクロロフィルを光合成色素として持つ光合成細菌では、赤外線を使って光合成を行なうことができます。

引用元-光合成はどのような光を使いますか

太陽の光は可視光を含みますから、当然、光合成に使われます。別に直射日光でなくても構いませんし、曇り空からの光でも光合成は進みます。電球や蛍光灯でも充分強ければ大丈夫です。非常に明るい環境を好む植物の場合は、室内では栽培しづらい、ということはありますが、その場合でも、原理的にはたくさん電球をつけて明るくしてやればきちんと光合成をするはずです。さらに、最近は発光ダイオード(LED)を使って野菜を栽培するなどということもなされています。ただし、蛍光灯やLEDの場合は、光合成は問題なく行なえても、光の波長に偏りがあるので、植物の形などは若干、自然環境のものとは異なる場合があります。

引用元-光合成はどのような光を使いますか

植物の成長に紫外線は必要か?

紫外線は可視光域に近い方から、UV-A(315〜400nm)・UV-B(290〜315nm)・UV-C(波長280nm未満)と分類されています。紫外線の効果は、動物では概ね波長が短いほど有害とされています。その理由は、波長の短い光のうち特にUV-Cの光は細胞のDNAにダメージを与えるために、細胞が死んだり、突然変異を起こすからだと考えられています。UV-Cの光が細胞に有害であることは、植物も動物と同じです。

ところでUV-Aの光の効果は、植物の場合は、かならずしも有害であるばかりではありません。青色光受容体の一種がUV-Aの光を受け取り、茎の徒長を抑える働きをすることが知られています。また青色光受容体の一種がUV-Aの光を受け取り、花芽の形成を促進したり、アントシアンという赤紫色の色素の合成を促進することがあります。従って、UV-Aの光が一概に有害かといえば、そうともいいきれないということになります。

UV-Bの光の効果は、植物ではまだそれほどに解明が進んでおらず、光受容体も明らかになっていません。しかし、赤/遠赤色光受容体による徒長抑制の働きを促進する効果があるとの報告があります。一般的にいって、植物の茎や葉の徒長は観葉植物などの見た目を悪くしますので、それを抑える働きがあるので、UV-Bの光はかならずしも有害というばかりではないといえるかもしれません。

以上の効果は、実験室でUV-AやUV-Bなどのある特定の波長の光だけが植物に当るような実験条件にして調べた結果です。

引用元-植物の生長に紫外線や赤外線は有益か有害か、必要か不必要か。 | みんなのひろば | 日本植物生理学会

窓ガラスにフィルムを貼って太陽光のうちのある程度の紫外線をカットしたときに、室内の植物や観葉植物に影響があるかどうかを考えるときには、細胞にダメージを与えるかどうかということと、成長を阻害するかどうか(または徒長を抑えられるかどうか)を考える必要があるでしょう。一般的には、ある程度のUV-Aに相当する光があったほうが、葉の伸展(葉がイキイキと広がること)や徒長抑制(しっかりした株に育つ)には有効であるといわれています。ただし、UV-Aがカットされても、より長い波長域の青色光が十分な強度であれば、多くの植物では正常に成長が調節されること多いので、かならずUV-AあるいはUV-Bの光がなければ植物は正常に成長しないということではないと思います。

引用元-植物の生長に紫外線や赤外線は有益か有害か、必要か不必要か。 | みんなのひろば | 日本植物生理学会

紫外線は植物が成長するのを阻害する結果も

植物は様々な紫外線耐性機構をもっているため,太陽光に含まれる紫外線が常に植物個体の生育を阻害するとは限らないが,培養細胞などを用いた実験ではUV-B照射により顕著な細胞分裂阻害が観察される.また,実験室内における紫外線照射実験では多くの植物の成長が阻害される.UV-Bによる成長阻害のしくみはまだ解明されていないが, UV-Bが植物の光合成を阻害すること,植物ホルモンを失活させることなどが報告されている.光合成の光化学系Ⅱは紫外線に対して比較的感受性が高く,UV-BによりD1タンパク質が破壊されることが知られている.一方,紫外線照射により細胞内に活性酸素種が生成することが知られており,紫外線障害の一部は活性酸素種の毒性によると考えられている.

引用元-紫外線障害 – 光合成事典

まとめ

植物の生長に紫外線は必要どころか、かえって有害になる場合もあるんですね。

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