干ばつと熱ストレス時の光化学系 II の性能の脂質過酸化とクロロフィル蛍光は、C3 ヒマワリとC4 トウモロコシ品種の抗酸化能力と関連している

Lipid Peroxidation and Chlorophyll Fluorescence of Photosystem II Performance during Drought and Heat Stress is Associated with the Antioxidant Capacities of C3 Sunflower and C4 Maize Varieties.

• Dilek Killi
• Antonio Raschi
• Filippo Bussotti

抄録

農業生産は干ばつや熱波の増加によって悪影響を受けることが予測されている。干ばつや熱波は、光化学系II（PSII）が発生するチラコイド膜などの細胞膜を損傷する。干ばつ耐性品種であるC3ヒマワリとC4トウモロコシを20/25と30/35℃で栽培し、PSIIのクロロフィル蛍光（）、光合成色素、膜損傷、保護酸化防止剤の活性を調べた。干ばつに耐性のある品種は、両温度での水の利用可能性が低いレベルでも PSII の電子輸送を保持していた。干ばつと熱ストレスは、組み合わせた場合と分離した場合では、C3 種に対してより顕著な影響を与えた。表現型決定のためには、干ばつと暑さに対する両種の応答における品種変異を特徴づけるためには、最大蛍光が最も効果的な指標であった。干ばつに強いヒマワリとトウモロコシは，干ばつと熱ストレス下で脂質過酸化が低かった。干ばつに強いヒマワリとトウモロコシでは、高温下でPSIIの機能がより大きく保持されていることから、抗酸化物質（グルタチオン還元酵素、スーパーオキサイドディスムターゼ、カタラーゼ、ペルオキシダーゼ、アスコルビン酸ペルオキシダーゼ）の活性が増加していたが、干ばつに弱い品種では抗酸化活性が低下していた。抗酸化活性は、将来の食糧安全保障のために、干ばつや暑さに強い作物を開発する上で重要な役割を果たすはずである。

Agricultural production is predicted to be adversely affected by an increase in drought and heatwaves. Drought and heat damage cellular membranes, such as the thylakoid membranes where photosystem II occurs (PSII). We investigated the chlorophyll fluorescence () of PSII, photosynthetic pigments, membrane damage, and the activity of protective antioxidants in drought-tolerant and -sensitive varieties of C3 sunflower and C4 maize grown at 20/25 and 30/35 °C. Drought-tolerant varieties retained PSII electron transport at lower levels of water availability at both temperatures. Drought and heat stress, in combination and isolation, had a more pronounced effect on the of the C3 species. For phenotyping, the maximum fluorescence was the most effective measure in characterizing varietal variation in the response of both species to drought and heat. The drought-tolerant sunflower and maize showed lower lipid peroxidation under drought and heat stress. The greater retention of PSII function in the drought-tolerant sunflower and maize at higher temperatures was associated with an increase in the activities of antioxidants (glutathione reductase, superoxide dismutase, catalase, peroxidase, and ascorbate peroxidase), whereas antioxidant activity declined in the drought-sensitive varieties. Antioxidant activity should play a key role in the development of drought- and heat-tolerant crops for future food security.