ジベレリン：定義、機能、構造、用途 |生物学辞典 (2023)

ジベレリンの定義

ジベレリンは植物ホルモンの一種であり、真菌ホルモンです。真菌の発生におけるその役割はそれほど明確には理解されていませんが、植物では広く研究されています。ジベレリンは、植物ホルモンの 5 つの主要なグループの 1 つであり、他のグループは次のとおりです。オーキシン、サイトカイニン、エチレンそしてアブシジン酸。

ジベレリンはもともと、1930年代にイネの真菌病を研究していた日本の科学者によって精製され、同定されました。 10 年代の終わりまでに、彼らは稲作を攻撃する菌類からジベレリンを抽出しました。抽出したジベレリン液を健全な作物に施用したところ、同様の効果があることが分かりました。 1940年代と50年代に米国で行われたさらなる検査により、ジベレリンのさらに多くの機能が明らかになりました。ジベレリンには、種子の休眠を克服し、細胞の長さを伸ばし、分裂を促進する能力があり、結実と結実においてホルモンやシグナル伝達の役割も果たします。老化プロセス。

ジベレリンの働き

種子の発芽

休眠中の種子は乾燥しているため、代謝活動はほとんど、あるいはまったく起こりません。これにより、種子を長期間休眠状態に保つことができます。ほとんどの種子は冬を乗り越えると、春に雨にさらされます。この水は種子を飽和させ、代謝プロセスの再開を可能にします。ジベレリンはこの過程に欠かせないホルモンです。

胚が成長し始めると、より多くのエネルギーへのアクセスが必要になります。胚はジベレリン分子を放出し、ジベレリン分子が細胞に到達します。アリューロン層を囲む胚乳。胚乳は、発生中の胚のためにデンプン、脂肪、タンパク質を蓄える大きな細胞の塊です。アリューロン層は、ジベレリン分子からの信号を受け取ると、胚乳を消化し、成長中の胚に栄養を供給するための酵素を生成し始めます。

ジベレリン分子はいくつかの経路に作用し、そのほとんどは必要な酵素を生成する特定の遺伝子の DNA 転写を増加させます。アリューロン層が解放されるアミラーゼデンプン分子をグルコースに変換する酵素。ブドウ糖は成長する胚の主なエネルギー源であり、まだ発芽していないため、ブドウ糖を生成することができません。光合成。ジベレリン分子はまた、プロテアーゼ、タンパク質をアミノ酸に分解するように設計されており、リパーゼ、脂肪や油などの脂質分子を分解します。これらの酵素が連携して胚乳を消化し、胚の急速な成長を可能にします。

茎の伸長とその他の機能

植物が土壌の表面を越えて発芽すると、胚乳はとうの昔に消滅しています。植物は今や食物を光合成に頼らなければなりません。しかし、ジベレリンの役割は種子だけにとどまりません。ジベレリンは植物の発育の多くの側面に関与しています。さらに、植物はさまざまな形のジベレリン分子を生成し、植物のさまざまな部分に作用します。下の画像では、植物に適用された特定のジベレリンの効果を見ることができます。

１番ではジベレリンを施していません。植物 2 と 3 には両方ともジベレリンが施用され、植物 3 には最も高い用量が与えられました。ここでのジベレリンは植物の成長を促します。節間長さ、または葉の間の長さ。多くの植物において、ジベレリンの調節は重要な自然プロセスであり、このプロセスにより植物の高さを調節します。細胞レベルでは、ジベレリンはタンパク質のバランスに影響を与えています。そうすることで、茎内および節間での細胞の成長と伸長が促進されます。

一部の植物種では、ジベレリンはさらに多くのプロセスに関与しています。これらには、開花、結実、老化、または葉や他の植物部分の自然な死が含まれます。興味深いことに、ジベレリンのレベルを調節および調整する多くの遺伝子は温度の影響を受けます。したがって、季節の変化で気温が変化すると、植物はジベレリンの量が変化してそれに反応します。これにより、開花や結実などの多くのプロセスが始まります。

ジベレリン分子は他の植物ホルモンに関与し、相互作用します。たとえば、オーキシンのレベルはジベレリンのレベルに直接関係しており、この 2 つは相互に補完します。一方、エチレンはジベレリンレベルを低下させる傾向があります。植物は、さまざまな入力に反応するこれらのホルモンを使用して、環境からの入力のバランスを取り、それに反応します。これらの入力は、プラントが積極的に利用したいと考えているさまざまな環境条件を示します。

ジベレリンの構造

さまざまな種類のジベレリン分子が植物のさまざまな部分で合成されます。現在、一意に識別可能なジベレリン分子は 100 を超えています。これらの分子は植物の多くの細胞で合成されますが、根に集中する傾向があります。これは、頂点に集中する傾向があるオーキシンとは異なります。

ジベレリンは、ジテルペノイド、これは生化学においてよく知られており、よく使われる分子です。これは、ビタミン A やビタミン E などの分子の基礎を形成します。以下に見られるのは、最初に同定されたジベレリンであるジベレリン A1 です。

他のジベレリンも基本構造は同じですが、さまざまな側基が結合しています。これらのグループは、ジベレリンがどこでどのように作用するかに影響を与えます。これにより、ジベレリンがさまざまな組織で非常に多様でユニークな機能を持つことができます。

ジベレリンの商業的利用

商業的にジベレリンは植物ではなく菌類から得られます。植物はジベレリンをほとんど生成せず、菌類と比較して増殖が同様に困難です。ジベレリン菌が生成する植物は活性を持ち、植物を種子から発芽させたり、節間長を延ばしたりすることができます。ジベレリン処理はまだすべての植物で商業的に利益を上げているわけではありませんが、人間のさまざまな食品に使用されています。

たとえば、種なしブドウはジベレリン処理をしないと大きくなりません。ジベレリンの分子は通常、ブドウの木に噴霧され、各果実に蓄えられる水分と糖分の量が増加します。これは、収穫量を大幅に増やすことができるブドウ園やブドウ栽培者にとって素晴らしいことです。

興味深いことに、ジベレリンの別の用途は、植物からジベレリンを除去することです。半矮性イネは、ジベレリン分子を生成するための遺伝情報を消去した系統を選抜することにより、早く効率的に成長する種として開発されました。これにより、事実上植物はジベレリンが欠乏し、草丈が大幅に低下しました。これは悪いことのように思えるかもしれませんが、実際には米の成長ははるかに早く、同じ量の米が収穫できます。ジベレリンのさらに他の用途としては、キュウリの花にジベレリンを使用し、すべて雄花を咲かせることが挙げられます。これにより、農家は望ましい花粉を入手できるようになります。品種、他の品種との交配に使用されます。ジベレリンの未開発だが興味深い応用例は、花の低温要件を排除することです。通常、植物内でのジベレリンの生産を促進するには寒波が必要です。ホルモンを直接スプレーすると、このプロセスが回避され、観賞用の花が直接開花します。

クイズ

1. 農家は 2 本のトマトの木を育てています。彼は定期的に水やりをするだけで、自然に成長するようにしています。もう一つの植物にはジベレリンを補充している。起こり得る結果ではないものは次のうちどれですか?
A.ジベレリンの植物は背が高くなります
B.ジベレリン植物の葉は通常の植物よりもはるかに大きくなります
C.ジベレリンが枯れる可能性がある

2. 科学者がいくつかの種子でジベレリンをテストしています。種子の 1 つのバッチは、処理を行わずに対照として残されます。もう一方のバッチには濃縮ジベレリン処理を噴霧します。期待される結果は何ですか?
A.対照種子は発芽が少なく、遅くなります
B.どちらのグループも発芽しますが、ジベレリンの種子はより大きな植物になります。
C.どちらのグループも発芽しませんが、理由は異なります

3. 植物の「芽を摘む」か、軸芽を引きちぎると、植物の上部でのオーキシンの生産が停止し、オーキシンのレベルが低下します。これによりジベレリン濃度も下がります。これは傷ついた植物にどのような利益をもたらしますか?
A.成長が止まり、修復が可能になる
B.メリットなし
C.これによりノード間の成長が増加します

参考文献

• ペンシルバニア州ブルース (2011)。有機化学(第6版)。ボストン：プレンティス・ホール。
• マクマホン、M. J.、コフラネック、A.M.、ルバツキー、V. E. (2011)。植物科学：栽培植物の成長、開発、利用（第5版）。ボストン：プレンティン・ホール。
• ネルソン、D.L.、コックス、M.M. (2008)。生化学の原理。ニューヨーク: W.H.フリーマン・アンド・カンパニー。