温度感受性が異なる 3 つの唐辛子 (Capsicum annuum L.) 遺伝子型の熱ストレス応答の比較

Scientific Reports volume 13、記事番号: 14203 (2023) この記事を引用

メトリクスの詳細

過去数十年にわたって地球の気温が着実に上昇しているため、園芸作物の形態生理学的形質や経済的収量に対する熱ストレスの影響の研究は、多くの科学者や農家の注目を集めています。 トウガラシ (Capsicum annuum L.) は、韓国の主に露地で栽培される重要な野菜作物です。 この研究では、ストレス感受性のレベルが異なる 3 つの唐辛子の遺伝子型に対する長期の熱ストレスの影響が評価されました。 研究は、温度管理された 2 つの異なる温室で 75 日間実施されました。 生後48日の植物を、日中の温度をそれぞれ30℃と35℃に設定した対照温室と熱処理温室で75日間生育させた。 3 種類の系統の形態学的、生理学的、および栄養学的特性を測定しました。 すべてのトウガラシの系統は、長期にわたる熱ストレスへの曝露から約 1 か月以内に回復することができました。 回復現象は、いくつかの重要な形態学的および生理学的特徴において観察されました。 たとえば、植物の成長速度と光合成速度は、40 日間の熱処理後に大幅に増加しました。 熱ストレス感受性は遺伝子型によって異なりました。 熱処理の初期段階でバイオマスよりも多くの果実を生産した植物は、回復が比較的遅く、最大の収量損失をもたらしました。 この重要な形態学的特徴は、長期にわたる熱ストレスに適応するための将来の育種プログラムに使用できます。

温度は、光合成、蒸散、呼吸、受粉、果実の発育などの植物の成長と発育プロセスに影響を与える重要な環境要因の 1 つであるため、着実に上昇する温度は植物の成長と発育を制限する大きな非生物的ストレスとなっています。 特に、生殖器官の発達段階 (開花、受粉、受精など) では、植物はほとんどの場合熱ストレスに敏感であり、結果として果実の収量が減少します 1,2。 地球温暖化により、1880 年代以来、地球の温度は平均して少なくとも 1.1 °C 上昇しています3,4。 2021 年の地球表面の平均気温は、20 世紀の平均より 0.84 °C 高かった5。 グリーンピースの報告書 6 によると、韓国では 1980 年代以降、気温が 33 °C を超える日が増え続けています。 近年、35℃の日が大幅に増加しました6。 多くの気象学者は、このような温暖化現象は今後 30 年間継続的に増加すると予想していたように 7,8,9 、植物の成長や果実の収量に対する熱ストレスの潜在的な影響を理解することは、これらの影響を相殺する適応戦略の開発において重要な役割を果たすことになるでしょう。

唐辛子 (Capsicum annuum L.) は、韓国料理の主要なスパイスであるため、韓国では経済的に重要な実を結ぶ野菜です。 2022 年の韓国の唐辛子の総生産量は約 92,757 トンでした10。 韓国では、トウガラシの大部分は点滴灌漑とマルチを使用して上げ床の露地で生産されています。 したがって、栽培地域の気象条件（たとえば、気温、降水量など）は、作物の果実の収量に直接影響します。 コショウは暑い気候によく適応してきましたが、暑い日（33℃以上）の増加は、韓国で持続可能なコショウ生産を達成する上で大きな課題となっています。 果実の形成と品質に最適な温度範囲は 21 ～ 29 °C です11。 気温が 32 °C を超えると、トウガラシの成長が遅くなることがあります。 花尻腐れ病（BER）は果実で観察されることがあります。 そして結実が止まり、収量が低下する可能性があります12。

熱ストレスに対する植物の反応は、その程度と期間、および植物の発育段階に大きく依存します13。 熱ストレスは直接的または間接的に植物の機能に損傷を与え、その結果、形態生理学的変化、異常な成長段階および代謝プロセス 14、および収量の減少 15 が生じます。 これらの成長異常は、植物が熱ストレスにさらされている間、植物で継続的に観察されることもあれば、示されないこともあり、すべての植物または遺伝子型は、熱ストレス条件を管理するための独自の耐性またはメカニズムを備えて進化してきました16。 対照的に、いくつかの作物種内の一部の耐性遺伝子型は、高温条件下で最高の収量を示しました17、18、19。 いくつかの研究では、発芽速度と苗の成長速度20,21、作物の成長、生理機能、収量21、光合成20,22、花粉管の長さ、花粉の発芽と熱間での膜の安定性23,24の比較による、トウガラシの耐性/感受性の遺伝子型の違いが報告されている。 -感受性と耐熱性の遺伝子型。 これらの以前の研究によると、持続率と温度の上昇により発芽率、苗の重量、光合成速度が大幅に低下し、温度が植物の最適成長温度より少なくとも 5 °C 高い場合 25 または 42 °C の場合 21 では、果実収量が大幅に減少しました。