東北の雑草 1:3‑ 6 (2001)
TohokuWeedJ.
報文

カロチノイド生合成阻害型除草剤による高温下での種子発芽誘導
遠藤貴司＊，＊＊ •吉岡俊人＊・郷内武＊ •佐藤茂＊・羽柴輝良＊

Inductiononseedgem
血ationathi
ght
emperaturesb
yherbicidesw
hichinihibitcarotenoidsb
iosynthesisTakashiEndo*•**, ToshihitoYoshioka*,TakeruGonai*,ShigeruSatoh*andTeruyoshiHashiba*
要約：カロチノイド生合成阻害型除草剤が高温下での種子の発芽に及ぼす効果について調べた。ミドリハコベ (StellarianeglectaWEIHE) 種子は 23℃ 以 上 ， レ タ ス (Lacutucasativ
aL.
cv.GrandRapids) 種子は 33℃以上の高温下では発芽率が著しく低下したが，カロチノイド生合成阻害型除草剤であるフルリドンを処理すると，高温下でも高い発芽率を示した。また，ジペレリンの生合成阻害剤であるウニコナゾールは高温下でのフルリドンの発芽誘導効果を低下させた。フルリドンとカロチノイド生合成系の阻害部位が同じであるノルフルラゾンは，フルリドンと同様に高温下での発芽を誘導した。一方，アブシジン酸生合成系の初期過程を阻害するクロマゾン処理ではこのような効果はみられなかった。以上の結果から，同じカロチノイド生合成阻害型除草剤の中でも，高温下での発芽を誘導する効果があるものとないものが存在することがわかった。この要因としては，前者がカロチノイドの生合成を阻害する過程でアブシジン酸の合成のみを阻害しているのに対して，後者がアブシジン酸とジベレリンの両方の合成を阻害しているためと推察された。
キーワード：カロチノイド生合成阻害型除草剤，発芽誘導，フルリドン，アブシジン酸，ジベレリン

ミドリハコベ (StellarianeglectaWEIHE) は，秋に発芽

本研究では，まず，このフルリドンによる高温下でのし春に開花する冬植物としての生活環をもつ。春に散布

発芽誘導に ABA以外の要因が関与しているかどうかをされたミドリハコベの種子は地温が高い夏季にはほとん調べる目的で，種子の発芽促進に働くと考えられている

Lacutucasativ
aL.cv.Grand
ど発芽しない。同様にレタス (ジベレリン（以下 GAと略す）の役割を GA生合成阻害Rapids) 種子は， 20℃前後に発芽適温域をもち，それ以剤を用いて検討した。また，フルリドンと阻害部位が異上の高温にさらされると発芽しなくなる。こうした高温なるカロチノイド生合成阻害型除草剤が，高温下での種下での種子の発芽抑制は，種子に周囲の気温を感じとり子の発芽誘導効果を有するかどうかについて検討をおこ発芽時期を調節する機構が存在しているためと考えられなった。

る。
これまで著者らは，カロチノイド生合成阻害型除草剤でありアブシジン酸（以下 ABAと略す）生合成阻害剤としても用いられているフルリドンを処理することで，材料及び方法
試験 1 フルリドンによる高温下での発芽誘導

5mmの丸型シャーレに直径 50mmのろ紙 (ApVANTEC
直径 5レタス種子が高温下でも発芽が可能になること，さらに，No.
2)を敷き，ミドリハコベ種子 50粒，またはレタス種フルリドンによって発芽が誘導された種子中で ABA含0粒を置床した。これらに 1.
5mlの蒸留水，または 30子5Yoshiokaら量が急激に低下することを明らかにした (μMフルリドン溶液を添加し，暗黒下， 3,8,13,18,1998)。このことは，フルリドンの高温下での発芽誘導

23,28,33℃の温度条件でインキュベーションした。発効果が，種子中の ABAの生合成阻害効果によるもので芽率の調査は 1日おきに 14日後まで行い，最終的な発芽あることを示している。

率をその温度条件における発芽率とした。発芽試験の繰＊東北大学大学院農学研究科＊＊現在：宮城県古川農業試験場〒989‑6227宮城県古川市大崎字富国 88番地

MiyagiPrefecturalFurukaw
aAgriculturalE
xper
imentStation,88Fukoku,Ou
saki,Furukaw
a,Miyagi989‑6227,Japan

4

東北の雑草

ピルビン酸＋グリセルアルデヒド 3ーリン酸 Il号 (2001)

供試薬剤

1↓

本研究で用いた植物ホルモン生合成阻害剤の作用部位を第 1図に示した。フルリドン (I‑methyl‑3‑phenyl‑

イソペンテニルピロリン酸 (IPP)￨15‑[3‑trifluoromethyl(phenyl)] ‑4‑(IH) ‑pyridinone)↓とノルフルラゾン (4‑chloro‑5‑methylamino‑2‑(3‑trifluoromethyl
phenyl)pyr
idazin‑3(2H) ‑one) はフィトエI
ゲラニルピロリン酸 (GPP)￨4クロマゾンI ンデサチュラーゼを特異的に阻害し (Albrechtら 1991)，ク↓
ファルネシルピロリン酸 (FPP)￨

ロマゾン (2‑(2‑chlorophenyl)methyl‑4, 4‑dimethyl‑↓

3‑isoxazolidinone) はイソペンテニルピロリン酸か らゲ

1

ラニルゲラニルピロリン酸に至 るステップを阻害する

ゲラニルゲラニルピロリン酸 (GGPP)(Kobayashiら 1995;Sandmannら 1986;Scottら 1994)。また，ウニコナゾールは， p-450 が関与する ent —カウレンから ent —カウレン酸の酸化過程を阻害する。フルリドン

Iノ ニ |ent —カウレン「‑Iはダウ・ケミカル日本味の山内一馬氏から，ノルフルラフィトエ ￨1fI
ノルフルラゾンI（Iゥニコナゾール

ゾンは株エス・ディー・エスバイオテックの保古尚宏氏
から，クロマゾンは味 FMCの Dav
idKeifer氏から提供しフィトフルエン I

属ヵウレン酸￨↓↓カロチノイド II
GA
12アルデヒド 1

結果及び考察↓屁↓

ミドリハコベ種子の発芽率は，フルリドン無処理の場

11↓￨ABAアルデヒド I

↓
囚
第 1図

豆

カロチノイド生合成阻害型除草剤（フルリドン，ノルフルラゾン，クロマゾン）とジベレリン生合成阻害剤（ウニコナゾール）の作用部位ていただいた。

合， 8℃から 18℃ではほぼ 100％であったが， 23℃では12.7%, 28℃以上では 0％となった（第 2 図— a) 。フルリドン無処理のレタス種子においても， 23℃ で 100%,28℃ で 48.
5%,33℃ で 3.
2％となり，高温下で発芽率が低下した（第 2 図— b) 。発芽が抑制される高温下でフルリドンを処理すると，ミドリハコベでは， 23℃ で 100%,レタスでは 28℃で 98.
2%,33℃ で 97.
6％の発芽率を示した（第 2 図— a,b)。これは，レタス種子を用いたこれまでの研究 (Yoshiokaら 1998) と一致する結果であった。
また，著者らはすでにこのような高温下での発芽抑制やり返し数は 3とした。ミドリハコベ種子は 1997年 5月にフルリドンによる発芽誘導効果が冬雑草や園芸作物で広仙台市近郊で採取した。レタス種子はタキイ種苗から購く認められる現象であることを 報告している (Endoら入した。

1998）。したがって，ミドリハコベにおいても，フルリ試験 2 GA生合成阻害剤を用いた発芽試験

ドンによる高温下での種子の発芽誘導効果は，フルリド

レタス種子 100粒を憤床したシャーレに， 3011Mフルリドン溶液， 6011Mウニコナゾール溶液，またはフルリンが種子中の ABAの合成を阻害しているために生じていると考えられる。

ドンとウニコナゾールとの混合溶液（それぞれの溶液の第 3図にフルリドンと GA生合成阻害剤であるウニコ濃度は 30,6011M) を1.
5ml添加し， 33℃の暗黒条件下でナゾール共存下でのレタス種子の発芽率の推移を示した。

インキュベーションした。発芽率は， 2日おきに 14日目まで調査した。発芽試験の繰り返し数は 3とした。

33℃の高温下でフルリドンを処理すると，発芽率は，処理後 4日目に 58.
7%,10日目では 85.
7％まで達し，高試験 3 各種カロチノイド生合成阻害型除草剤を用いた温下での発芽誘導効果を示した。これに対して，ウニコ

発芽試験

ナゾールを処理すると， 10日目で 0.
3％の発芽率を示し

レタス種子 100粒を置床したシャーレに蒸留水，あるたが，ほとんど発芽しなかった。また，フルリドンとウいは所定濃度のフルリドン，ノルフルラゾン，またはクニコナゾールの同時処理では 6日目から発芽が認められ，ロマゾン溶液を 1.
5ml添加し， 33℃ の 暗 黒 条 件 で イ ン

12日日に発芽率が 20.
0％を示し，その後発芽率は上昇しキュベーションした。発芽率は 14日後に調査し，発芽なかった。フルリドンの単独処理ではほとんど全ての種試験の繰り返し数は 3とした。

子が発芽したが，フルリドンとウニコナゾールの同時処
理では発芽率が 20％までしか上昇しなかったのは ，ウ，．

遠藤ら：除草剤による種子の発芽誘導

100{：lOOIa8080発
芽 60率発芽 60率%40＾%40＾2020ヽ゜3138182328゜333温度（℃）

13818232833温度（℃）

第 2図 高温域におけるフルリドンの種子発芽誘尊効果
ミドリハコベ (a)種子 50粒，またはレタス (b)種子 100粒を蒸留水 (0)，あるいは 3011Mのフルリドン（■)培地に置床し，各温度条件のもとで，暗黒条件でインキュベーションした。発芽率は ，14日後まで調査を行い，最終的な発芽率を各温度条件下における発芽率とした 。各区の繰り返し数は 3とした。

発芽率︵％︶

68101214

日数
第 3図フルリドンによる高温下での種子発芽誘導に対するウニコナゾールの阻害効果

゜゜゜

40080604020

発芽率︵％︶

00806040200

2‑i.
‑‑‑‑
i.
．
.
.．

0.
030.
3330濃度（は M)

5
第 4図 各種カロチノイド生合成阻害型除草剤の高温下での種子発芽誘導効果

レタス種子 100粒を 33℃暗黒下で，それぞれの薬剤培地

レタス種子を 33℃，暗黒条件下で 0,0.
03,0.
3,3.
0,30J
J,Mに置床し，発芽率を 2日おきに 14日後まで調査した 。
30叫 フ ル リ ド ン ： ，6011Mウニコナゾール： ▲，の各種カロチノイド生合成阻害剤の培地に 置床し， 14日後の発芽率を調査した 。

30はMフルリドンと 6011Mウニコナゾールとの混合溶液 ：●口 ：フルリドン，口 ：ノルフルラゾン，ニコナゾールが GAの合成を阻害 し，フルリドンの発芽作用だけに限定されることが明らかになっている■■:クロマゾン

誘導効果を低下させているためと考えられる。オオムギ(Hilhorstら 1992)。 レタス種子の発芽において，オオム

種子では， ABAの減少と GAの増加が， a‑アミラーゼ

ギ種子と同様に ABAと GAが同 一サイトの制御に関わ っの誘導を引き起こして発芽を誘導することが知られていているかについては，今後の研究に 待っところが大きい。

る (Sandmannら 1987)。すなわち， レタス種子においてフルリドンと阻害部位が異なるカロチノイド生合成阻

高温下で種子の発芽が誘導されるには， ABAの合成が害型除草剤によるレタス種子の発芽誘導効果を第 4図に阻害されることと GAの合成が行なわれることが同時に示した。 33℃ の 蒸 留 水 培地 の下では，レタス 種子は 全起こる必要があると考えられる 。 しかしながら， GA欠く発芽しなかったが，フルリドン処理では濃度が高くな損のトマトやシロイヌナズナのミュータントを用いた研るつれ発芽率が上昇し， 311Mで 58.
0%, 3011Mで は究によ って，種子の休眠の打破に GA合成系は関与して83.
3％の発芽率を示した。フルリドンとカ ロチノイド生おらず， GAの役割は発芽後期過程で の幼根の 伸長等の合成系の阻害部位が同じであるノルフルラゾンは，フル6東北の雑草

1号 (2001)

リドンと同様に，高温下での種子の発芽誘導効果を示し，種子をいったん出芽させた後に枯死させてしまうといっ311Mで 11.
3%,3011Mでは 74.
7％の発芽率を示した。こ.
03から 3011Mまでの濃度れに対して，クロマゾンは， 0範囲では，発芽を誘導することはなかった。第 l図に示したように， ABAと GAは，植物においてカロチノイドた新しい雑草防除法として利用できるかもしれない。

生合成系の初期段階であるゲラニルゲラニルピロリン酸を中間産物として共有している。 Frayら (1995) は，カロチノイド生合成系のフィトエン合成酵素を過剰発現させた形質転換トマトの果実ではカロチノイド含量が上昇して GA含量が低下したことを報告している。彼らの研ntーカウレン合成反応が，通常，ゲラニル究結果は， eゲラニルピロリン酸を共通基質とするフィトエン合成反応によって競争的に抑制されていることを示している。
したがって，フルリドンやノルフルラゾンのような阻害部位をもつ除草剤は， ABAの生合成を阻害すると同時に，ゲラニルゲラニルピロリン酸を ABA生合成系からGA生合成系に変換することにより種子中の GA合成量を増加させた結果，高温下での発芽誘導効果を示している可能性が考えられる。これに対して，クロマゾンは，ABAと GAの生合成系が分岐しているゲラニルゲラニルピロリン酸以前の過程を阻害するため， ABAの合成を阻害すると同時に GAの合成も阻害した結果，発芽誘導効果を示さなかった可能性が考えられる。しかし，この可能性を検証するには， GAの定量的解析が必要である。
以上の結果より，レタス種子は，温度に応答して種子内の ABAや GAのバランスをはかることで発芽を調節していると考えられる。この植物ホルモンによる発芽調節機構は，雑草などの野生植物においては，進化の過程で気温年較差に対応していくために獲得してきた環境適応機構の一つだと考えられる。また，同じカロチノイド生合成阻害型除草剤の中でも高温下での発芽に対して反応性が異なることは，この反応系が新規のカロチノイド生合成阻害型除草剤の作用部位を特定するモデル系として利用できることを示している。フルリドンやノルフルラゾンによって発芽が誘導された種子は，葉緑素を作らない白色の幼植物体となって，まもなく枯死する。このような作用をもつ除草剤は，農作物の植え付け前に土壌に混和処理することにより，土中に多数存在している雑草

引用文献

Albrecht,M.
,G.Sandmann,D.M
uskerandG.B
ritton1991.
Identificationofepoxyphytoeneandhydroxyphytoenefromoodnorflurazon‑treatedscendesmus.J.Agricutural& FChem.39(3):54
6‑569.
Endo,T.
,T.Yoshiokaa
ndS.S
atoh1
9
9
8.Inv
olv
emen
tof
Abscisica
ci
dinhi
g
h‑temperatureinhi
bitio
nofseedger
mination. P
rogressin seedresearch Conferenceproceedingsofthe2ndICSST,pp.
20‑24.
.G.
,A.W
allace,P.D.F
raser,D.V
alero,P.Hedden,P.
F
ray,RM.BramleyandD.G
rierson1
995.Constitutiveexpressionofaf
ruitphytoenesynthasegeneintransgeni
ctomatoescausesdw
arfismb
yredirectin
gmetabolitesfromthegibberellinp
athw
ay.TneP
lantJouranal8:6
93‑701.
Hilhorst,H.W.M.andC.M.Karssen1
992.Seeddor
mancyandger
mination:Theroleofabscisicacidan
dgibberellinsandthei
mportanceofhor
monemutants.P
lantGrowth.Regul1
1:2
25‑238.
Kobayashi,M.
,M.G
omi,J.Agemathu,T.A
sami,S.YoshidaandA.Saku
rai1
995.F
luctuationofendogenousg
ibberellinandabsci
sicacidlevelsinger
minatingseedsofbar
ley.
B
iosci.B
iotech.B
ioche
m.5
9(10):1
9
69‑1
9
70.
Sandm
ann,G.andP.B
o
ge
r1
9
8
6.I
nter
ferenceofdimethazone辺tionofter
penoidcompounds.Z.Naturforsch.
withfom
41
C:72
9‑732.
Sandmann,G.andP.Borger1
987.Interconv
ersionofpr
enylpyrophosp
hatesandsubsequentreactionsinthep
resenceof
FMC57010.Z.Naturforsch.4
2C:80
3‑807.
.A.Wetson,J.C
happe
landK.H
anley1
994.
Scott,J.E.
,LE
ffectsofc
lomazoneonI
P
Pi
somer
asea
ndp
r
enyltr
an
sfer
as
ea
ct
iv
itie
si
ncellsu
spen
sio
ncu
ltu
r
e
sa
ndcotyledoneso
fsolanaceou
sspecies.WeedS
ci.4
2:509‑
516.
Yoshioka,T.
,T.EndoandS.Satoh1
998.R
estor
ationofseedgerminationa
tsu
pr
aopti
ma
lt
e
mper
atur
e
sb
yf
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idone,anin
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2月 21日受付， 2OOl年 4月 24日受理）(200
0年 1