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ウイルスフリーチューイングサトウキビ苗の収量・品質向上効果を支配する生理・分子機構
Physiological and molecular mechanisms governing the effect of virus-free chewing cane seedlings on yield and quality.
PMID: 32587358 PMCID: PMC7316764. DOI: 10.1038/s41598-020-67344-4.
抄録
本研究では、ウイルスフリーチューイングサトウキビ苗の収量・品質向上効果とその生理的・分子的基盤について検討した。その結果、感染苗（対照）と比較して、ウイルスフリーのチューイングサトウキビ苗から生育したチューイングサトウキビ茎の収量は21.81〜29.93％、茎長は28.66〜34.49cm、節間長は2.16〜2.68cm、単茎重量は20.10〜27.68％、還元糖は0.91〜1.15％（絶対値）、ショ糖は-0.06〜1.33％（絶対値）の増加が認められました。ショ糖含量の減少は有意水準には達しなかったが、その他のパラメータはすべて有意水準に達した。クロロフィル含量、気孔コンダクタンス（Gs）、正味光合成速度（Pn）、蒸散速度（Tr）などの光合成パラメータ、光合成キー酵素であるリブロース-1,5-ビスリン酸カルボキシラーゼ（Rubisco）、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ（PEPC）の活性、遺伝子（pepc、rbcS、rbcL）の発現量は、いずれも感染苗に比べてウイルスを含まない苗の方が高かった。また、ウイルスフリー苗のスーパーオキサイドアニオン（O）およびマロンジアルデヒド（MDA）の含有量は、主な生育段階では感染苗に比べて低かった。また、発育の増加に伴い、抗酸化酵素であるスーパーオキシドディスムターゼ（SOD）、ペルオキシダーゼ（POD）、カタラーゼ（CAT）の活性が感染苗に比べてウイルスフリー苗の方が徐々に高くなっていた。これらの結果から、ウイルスを含まない苗は、葉のクロロフィル含量、光合成キー酵素活性、遺伝子発現量を増加させることで、光合成効率を向上させ、光合成を促進する可能性があることが示唆された。また、抗酸化酵素の活性を高め、膜脂質過酸化の程度を低下させ、チューイングサトウキビの耐ストレス性を向上させることで、ウイルスフリーチューイングサトウキビ苗は収量と品質を向上させた。これらの知見は、ウイルスフリーチューイングサトウキビ苗の普及と応用のための科学的・理論的根拠を提供するものである。
The effects of increasing yield and quality of virus-free chewing cane seedlings and their physiological and molecular basis were studied in this study. Results showed that compared with infected seedlings (the control), the yield of chewing cane stems grown from virus-free seedlings increased by 21.81-29.93%, stem length increased by 28.66-34.49 cm, internode length increased by 2.16-2.68 cm, the single stem weight increased by 20.10-27.68%, the reducing sugar increased by 0.91-1.15% (absolute value), and sucrose increased by - 0.06-1.33% (absolute value). The decrease in sucrose content did not reach significant level, but all other parameters were reached significant level. The chlorophyll content, photosynthetic parameters such as stomatal conductance (Gs), net photosynthetic rate (Pn) and transpiration rate (Tr), the activity of photosynthetic key enzymes ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase (Rubisco) and phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC), and gene (pepc, rbcS, and rbcL) expression levels were all greater in virus-free seedlings than infected seedlings. The content of superoxide anion (O) and malondialdehyde (MDA) in virus-free seedlings was lower than infected seedlings at the main growth stage. With increased development, the activities of the antioxidant enzymes superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), and catalase (CAT) were gradually higher in virus-free seedlings than infected seedlings. Our results indicate that virus-free seedlings may improve photosynthesis efficiency and promote photosynthesis by increasing chlorophyll content, photosynthetic key enzyme activity, and the gene expression levels in leaves. By increasing the activity of antioxidant enzymes, reducing the degree of membrane lipid peroxidation, and improving the stress resistance of chewing cane, the virus-free chewing cane seedlings increased yield and quality. Our findings provide a scientific and theoretical basis for the promotion and application of virus-free chewing cane seedlings.