UV ストレスとは？意味をわかりやすく簡単に解説

text: LEAFLA編集部

UV ストレスとは

UV ストレスとは、太陽光に含まれる紫外線が植物に与える環境ストレスのことを指し、光合成の効率低下や生育阻害などの深刻な影響を及ぼします。植物の細胞内でDNAの損傷や活性酸素の発生を引き起こし、光合成タンパク質の分解を促進させてしまいます。

UV ストレスによって植物の成長点にある分裂組織が著しく損傷を受けることで、正常な細胞分裂が妨げられ、茎の伸長や葉の展開に重大な影響が生じてしまいます。光合成に必要な葉緑体の構造が破壊されることで、植物全体のエネルギー生産効率が低下してしまいます。

UV ストレスは植物の二次代謝産物の生成にも大きな影響を与え、フラボノイドやアントシアニンなどの紫外線防御物質の合成が活発化されることで、植物体内の代謝バランスが大きく変化してしまいます。植物はこれらの物質を生成することで紫外線への防御機構を発達させようとするのです。

UV ストレスにさらされた植物は、気孔の開閉機能が阻害されることで水分や二酸化炭素の出入りがうまくコントロールできなくなり、光合成や蒸散のバランスが崩れてしまいます。このような状態が続くと、植物体内の水分調節機能が低下し、乾燥耐性も失われていきます。

UV ストレスによって植物の免疫システムが弱体化することで、病原菌や害虫への抵抗力が著しく低下し、様々な病害に対して脆弱になってしまいます。植物の生存に関わる重要な防御機構が次々と崩壊していくのです。

UV ストレスへの植物の防御機構に関して、以下を簡単に解説していきます。

植物は紫外線から身を守るために、フラボノイドやカロテノイドなどの特殊な二次代謝産物を葉の表皮細胞で積極的に生産し、自然な紫外線フィルターとして機能させています。これらの物質は紫外線を効果的に吸収または散乱させ、重要な細胞機能を保護する役割を担っています。

二次代謝産物の生合成は、紫外線の強度に応じて巧妙にコントロールされており、特に強い紫外線にさらされた場合には、防御物質の生産量が著しく増加していきます。植物は環境変化を感知して、必要な防御物質を適切なタイミングで合成できるのです。

植物の二次代謝産物は単なる紫外線防御だけでなく、抗酸化作用も持ち合わせており、紫外線によって発生する有害な活性酸素を効果的に除去することができます。これにより、細胞の酸化ストレスを軽減し、重要な生体分子を保護しているのです。

植物細胞には紫外線によって損傷を受けたDNAを修復する特殊な酵素システムが備わっており、光回復酵素やヌクレオチド除去修復などの複数の修復経路が協調して働いています。これらの修復システムは昼夜を問わず常に活性化され、遺伝情報の正確性を維持しているのです。

細胞内では紫外線によって生じる活性酸素を無害化するための抗酸化酵素が常に働いており、スーパーオキシドジスムターゼやカタラーゼなどが重要な役割を果たしています。これらの酵素システムは互いに連携して細胞内の酸化還元バランスを維持しているのです。

植物の細胞は紫外線によって損傷を受けたタンパク質を速やかに分解し、新しいタンパク質に置き換えるシステムを持っており、このタンパク質の品質管理機構が正常な細胞機能の維持に貢献しています。損傷タンパク質の蓄積を防ぐことで、細胞死を回避しているのです。

植物は紫外線に対する防御として、葉の表面に厚いクチクラ層やワックス層を形成し、物理的なバリアとして機能させており、これらの保護層が紫外線の透過を大幅に抑制しています。クチクラ層の厚さは環境条件に応じて変化し、適切な保護機能を発揮するのです。

葉の表皮細胞には特殊な形態変化が見られ、紫外線を効果的に反射したり散乱させたりする構造が発達しており、これによって内部組織への紫外線の到達を最小限に抑えることができます。葉の表面構造は種によって異なる特徴を持っているのです。

多くの植物では葉の向きや角度を変えることで紫外線の直接的な影響を回避する仕組みを持っており、この運動反応は光受容体によって制御されています。環境条件に応じて最適な葉の配置を実現し、効率的な光合成を維持しているのです。

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