著者の所属・活動拠点の国は、中国です。

掲載誌：Toxics

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

フルフェノクスロンは、昆虫の外骨格をつくる成分（キチン）の合成を妨げるベンゾイル尿素系の殺虫剤です。中国や韓国で、林業や果物・野菜などの害虫防除に広く使われてきました。化学的に安定なため環境中に残りやすく、ブドウの残留物や堆積物からも検出されています。標的ではない動物への影響は調べられてきましたが、植物への毒性はよく分かっていませんでした。研究チームは以前、この物質がオオムギの生育や糖の代謝に影響することを報告しています。

今回の研究では、オオムギがフルフェノクスロンにさらされたとき、光合成、酸化ストレス、細胞内の浸透圧の調整がどう変わるかを調べました。あわせて、植物ホルモンのアブシシン酸（ABA）、活性酸素（ROS）、気孔の働きがどう関わり合っているかを明らかにしようとしました。ABAは乾燥などのストレスを受けたときに気孔を閉じさせるホルモンです。ROSは信号として働く一方、増えすぎると細胞を傷つける反応性の高い酸素の分子です。

何を、どのように調べたか

発芽させたオオムギの芽生えを、フルフェノクスロンを30、100、300マイクロモーラー（μM）の濃度で含む液で7日間育てました。比較のために、水だけの区と、薬剤を溶かす溶媒（0.1％ジメチルスルホキシド）だけを加えた区も設けました。各処理は30株ずつを3組用意し、結果は主に溶媒だけの区と比べて評価しています。

測ったのは次の項目です。葉の光合成色素（クロロフィルa・b、カロテノイド）の量を測りました。携帯型の装置で、光合成の速さ、気孔の開き具合を表す気孔コンダクタンス、葉から水が出ていく蒸散速度、葉の内部の二酸化炭素濃度、水の利用効率も測りました。電子顕微鏡では葉緑体の微細な構造を観察しました。葉と根については、ABAの量、細胞膜が酸化で傷んだ程度を示すマロンジアルデヒド（MDA）、活性酸素を分解する酵素（ペルオキシダーゼ＝POD、スーパーオキシドジスムターゼ＝SOD）の活性、浸透圧の調整に関わる可溶性の糖とタンパク質の量を調べました。葉の過酸化水素とスーパーオキシド（いずれも活性酸素の一種）は、染色で現れる面積から見積もりました。さらに、ABAの合成・分解・信号伝達や活性酸素の生成・感知に関わる遺伝子の働きの強さ（発現量）も調べました。

主な報告結果

最も高い300μMの区では、溶媒だけの区と比べて光合成が大きく落ちました。光合成速度は49.70％、気孔コンダクタンスは56.43％、蒸散速度は31.11％、水の利用効率は36.37％、それぞれ低下しました。一方で、葉の内部の二酸化炭素濃度は19.31％上がりました。色素では、クロロフィル全体が20.45％、クロロフィルaが25.34％、クロロフィルbが9.91％、カロテノイドが31.26％減りました。

電子顕微鏡では、処理した葉の葉緑体が本来の紡錘形から膨らんだ球形に変わっていました。光合成の場となる膜（チラコイド）の並びは乱れ、デンプン粒はほぼ消えていました。脂質を含む小さな粒（プラストグロブリ）は数も大きさも増えていました。

300μMの区では、葉のABAが26.70％増えました。根では、どの濃度でもABAに有意な変化はありませんでした。葉の活性酸素も大きく増え、染色の結果では、過酸化水素が溶媒区の260.39％、スーパーオキシドが1004.99％に達しました。葉のMDAは、100μMで154.62％、300μMで117.49％増えました。これに対し、根のMDAは300μMで21.96％減りました。

活性酸素を分解する酵素の反応は、葉と根で異なりました。300μMの区では、PODの活性が葉で96.77％、根で45.53％上がりました。SODの活性は、葉では34.15％下がった一方、根では溶媒区の319.32％に高まりました。可溶性の糖は、葉で27.22％、根で34.99％増えました。可溶性のタンパク質は、葉で35.62％減り、根では12.64％増えました。

気孔コンダクタンスは、ABA、過酸化水素、スーパーオキシドの量が多いほど低いという関係を示しました。遺伝子では、ABAの合成に関わるNCED1と、ABAの信号伝達に関わるSnRK2.6の発現が上がりました。ABAの分解に関わるEREBPとCYP707の発現は、溶媒区のそれぞれ67.77％と26.47％に下がりました。ABAの信号を抑える側のPP2Cの発現も下がりました。活性酸素の生成に関わるRBOHFと、過酸化水素の感知に関わるHPCA1の発現は上がりました。

この報告が示すこと

通常、気孔が閉じると二酸化炭素が葉に入りにくくなり、葉の内部の二酸化炭素濃度は下がります。今回は気孔が閉じ気味なのに内部の濃度が上がっていました。研究チームはこの点から、光合成の低下は気孔だけでなく、色素の減少や葉緑体の損傷など、気孔以外の要因も大きく関わっている可能性があると考えています。

研究チームは、フルフェノクスロンにさらされたオオムギでは、ABAの蓄積と活性酸素の増加、それに関わる遺伝子の変化が気孔の調節に関わっている可能性があるとし、その仕組みのモデルを提案しました。ただし、このモデルは関連を示すデータに基づく作業仮説です。研究チームは、気孔の開き具合を直接測っておらず、遺伝子操作や薬剤による検証もしていないため、因果関係が直接確かめられたわけではないと述べています。また、実験は芽生えに短期間さらす条件で行われたため、低濃度で長期間さらされる場合や環境条件が変わる場合の影響までは捉えきれていないとしています。

原著論文の著者・所属：Xia Ning（Shanxi Key Laboratory of Coal-Based Emerging Pollutant Identification and Risk Control, Research Center of Environment and Health, College of Environment and Resource, Shanxi University, Taiyuan 030006, China）、Yan Zhi（Shanxi Key Laboratory of Coal-Based Emerging Pollutant Identification and Risk Control, Research Center of Environment and Health, College of Environment and Resource, Shanxi University, Taiyuan 030006, China）、Shuo Wang（Shanxi Key Laboratory of Coal-Based Emerging Pollutant Identification and Risk Control, Research Center of Environment and Health, College of Environment and Resource, Shanxi University, Taiyuan 030006, China）、Zhaoli Li（Shanxi Key Laboratory of Coal-Based Emerging Pollutant Identification and Risk Control, Research Center of Environment and Health, College of Environment and Resource, Shanxi University, Taiyuan 030006, China）、Zhihua Ren（Shanxi Key Laboratory of Coal-Based Emerging Pollutant Identification and Risk Control, Research Center of Environment and Health, College of Environment and Resource, Shanxi University, Taiyuan 030006, China）、Tingting Ku（Shanxi Key Laboratory of Coal-Based Emerging Pollutant Identification and Risk Control, Research Center of Environment and Health, College of Environment and Resource, Shanxi University, Taiyuan 030006, China）、Guangke Li（Shanxi Key Laboratory of Coal-Based Emerging Pollutant Identification and Risk Control, Research Center of Environment and Health, College of Environment and Resource, Shanxi University, Taiyuan 030006, China）、Nan Sang（Shanxi Key Laboratory of Coal-Based Emerging Pollutant Identification and Risk Control, Research Center of Environment and Health, College of Environment and Resource, Shanxi University, Taiyuan 030006, China）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Xia Ning, Yan Zhi, Shuo Wang, et al. Coordinated Responses of Barley in Photosynthesis, Antioxidative System, and Stomatal Regulation Under Flufenoxuron Stress. Toxics（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-09-15. DOI: 10.3390/toxics14090821. 原著ライセンス：CC BY.