Research press release

青色の葉が日陰の植物の生育を助ける

Nature Plants

Blue leaves help plant growth in shade

日陰で生育する植物が、光沢のある青色の葉を利用することで量子力学を巧みに操って光合成を強化し、環境内の極端な弱光条件に適応していることが、今週のオンライン版の掲載論文で発表される。

植物体のために、葉緑体は日光をとらえてそれを化学エネルギーに変換する。光はまず、さまざまなサイズで大きく積み重なった「チラコイド」と呼ばれる膜に吸収される。マレーシアの熱帯林の分厚い林冠の下にみられるBegonia pavoninaは、イリドプラスト(iridoplast)という特別な葉緑体を葉の表層に有することにより、葉が青色に輝いている。

Heather Whitneyたちは、B. pavoninaのイリドプラストを光学顕微鏡および電子顕微鏡で観察し、高度に規則的であるという点でその内部構造が通常の葉緑体と異なっていることを発見した。イリドプラストは、間隔が規則的な3~4個のチラコイドの積み重ねがフォトニック結晶に似ており、波長430~560 nmの光を強く反射するため、葉が青色の光沢を放っている。マレーシアの森林でその植物の葉まで届く少量の光は、主としてスペクトルの緑色~赤色側のものである。著者たちは、イリドプラストがこの特定の波長を植物の光合成装置へ集中させ、光合成効率を5~10%向上させていることを明らかにした。

葉緑体は一般には単に光を化学エネルギーへ変換するだけの構造体と考えられているが、光の伝搬および捕捉を制御する構造体としてもとらえるべきである、と研究チームは結論付けている。

A shade-dwelling plant has adapted to the extremely low-light conditions of its environment by using its iridescent blue leaves to manipulate quantum mechanics and enhance photosynthesis, reports a paper published online this week in Nature Plants.

Chloroplasts harvest sunlight and convert it into chemical energy for the plant, with light initially absorbed by membranes - called thylakoids - that assemble into large, variably sized stacks. Begonia pavonina, which is found under the thick canopies of tropical forests in Malaysia, has iridescent blue leaves due to unusual chloroplasts, known as iridoplasts, in its surface layers.

Heather Whitney and colleagues investigated the B. pavonina iridoplasts using light and electron microscopy and found that their internal structure differs from conventional chloroplasts in that it is highly regular. The iridoplasts contain regularly spaced stacks of three to four thylakoids that resemble a photonic crystal and strongly reflect wavelengths of light between 430 and 560 nanometres, accounting for the leaves’ blue iridescence. In the Malaysian forests, the small amount of light that reaches the plant’s leaves is mainly at the green-red end of the spectrum. The authors show that the iridoplasts concentrate these specific wavelengths onto the plant’s photosynthetic apparatus, increasing the efficiency of its photosynthesis by 5-10%.

The authors conclude that, while chloroplasts are commonly thought of as structures that only convert light into chemical energy, they should also be considered as structures that control light propagation and light capture.

doi: 10.1038/nplants.2016.162

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

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