肥大成長と植物ホルモンの仕組み！サイトカイニンの活用で収量増

肥大成長と植物ホルモン

果実の肥大成長とジベレリン・オーキシンの仕組み

 

農業現場において、果実のサイズアップは収益に直結する最も重要な課題の一つです。この果実の肥大成長をコントロールしている主役が、ジベレリンとオーキシンという2つの植物ホルモンです。これらがどのように作用しているか、その仕組みを細胞レベルで理解することで、より効果的な薬剤散布や栽培管理が可能になります。

 

まず、ジベレリンは細胞の「容積拡大」と「細胞分裂」の両方に関与しますが、特に果実においては初期の細胞分裂を促し、その後の細胞伸長を強力にバックアップします。例えば、ブドウの種無し栽培（ジベレリン処理）は有名ですが、これは単に種をなくすだけでなく、果粒の肥大を促進させる効果を狙っています。一方、オーキシンは細胞壁を緩めて細胞自体が水を含んで膨らむ「伸長成長」を直接的に促す作用があります。トマトやメロンの着果促進剤として使われる合成オーキシン剤（トマトトーンなど）は、受粉しなくても果実が肥大し始めるきっかけを人工的に与えるものです。

 

参考）植物ホルモンとは？種類とそれぞれの特徴、用途 - NISSH…
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重要なのは、これらのホルモンが単独ではなく、リレー形式や協調して働いている点です。受粉直後の幼果では、種子（胚）からオーキシンやジベレリンが大量に放出され、それが果肉部分（子房）に「栄養を集めて大きくなれ」という指令を送ります。したがって、種子がうまく形成されない環境下や、より大きな果実を目指す場合に、外部からこれらのホルモン剤を適切なタイミングで補う技術が、現代農業の収量確保には不可欠となっています。

 

参考）https://japr.or.jp/wp-content/uploads/shokucho-shi/50/shokucho_50-11_04.pdf
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参考リンク：日産化学株式会社 - 果実肥大・着果促進の作用を有する植物ホルモン剤の解説

茎の肥大を促進するエチレンの活用術

植物ホルモンの中でも、エチレンは「成熟ホルモン」や「老化ホルモン」として知られていますが、実は植物体の「太さ」を決める肥大成長において非常にユニークな役割を果たしています。エチレンには、植物の縦方向への伸長（背が伸びること）を抑制し、その代わりに横方向への肥大（太ること）を促進するという生理作用があります。
参考）https://www.kinkiagri.or.jp/activity/Lecture/lecture8(960530)/1imazeki.pdf
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この現象は、細胞壁の構造変化によって説明されます。植物細胞はセルロース微繊維という繊維で巻かれていますが、通常、この繊維は横方向に巻かれており、細胞は縦に伸びやすくなっています。しかし、エチレンが作用すると、この微繊維の並び方が縦方向に変化します。すると、細胞は縦に伸びることができなくなり、内圧によって横に膨らまざるを得なくなります。これが、エチレンによる茎の肥大化の正体です。

 

参考）植物ホルモンであるエチレンの肥大成長の効果についてです。
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農業の現場では、この性質を逆手に取った活用法が存在します。例えば、苗の段階で物理的な接触刺激（手で撫でる、風を当てるなど）を与えると、植物体内でエチレンの生成が誘導されます。その結果、徒長（ひょろ長く伸びること）が抑えられ、茎が太くガッチリとした「ずんぐり苗」に仕上がります。これは倒伏防止や定植後の活着向上に直結する重要なテクニックです。また、肥料過多や日照不足で徒長しそうな時に、エチレン発生剤などを利用して草丈を抑えつつ茎を太らせるという調整も、プロの農家が行う高等技術の一つです。
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参考リンク：日本植物生理学会 - エチレンが茎の肥大成長を引き起こす細胞レベルのメカニズム

形成層の幹細胞を刺激するサイトカイニンの力

近年の研究により、樹木や根菜類の太り（二次成長）において、サイトカイニンが決定的な「スイッチ」の役割を果たしていることが明らかになってきました。植物が茎や根を太くするためには、中心にある「形成層」という組織で細胞分裂が活発に行われる必要があります。この形成層にある幹細胞を目覚めさせ、肥大成長モードへと移行させる鍵となるのがサイトカイニンです。

 

参考）植物が肥大成長を始める仕組みを解明
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最新の知見では、植物ホルモンのサイトカイニンに対する応答が一時的に強く起きることが、幹細胞を「覚醒」させ、肥大成長を開始させるトリガーになっていることが突き止められました。これは、大根や人参などの根菜類栽培において極めて重要な示唆を与えてくれます。初期成育段階でサイトカイニンの活性が高まるような環境（適切な窒素栄養や根の健全な発育）を整えることで、スムーズな肥大開始が期待できるからです。

 

参考）https://www.sci.osaka-u.ac.jp/ja/topics/15647/
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逆に、このメカニズムを悪用している例もあります。寄生植物の中には、宿主植物にサイトカイニンを送り込み、宿主の維管束を無理やり肥大成長させて栄養を奪い取るものが存在します。これは、サイトカイニンが維管束組織の太りを強制する強力なパワーを持っていることの裏返しでもあります。農業従事者としては、この「太らせるスイッチ」であるサイトカイニンの体内レベルを、土づくりや施肥管理によって高く維持することが、重量感のある作物を育てる秘訣と言えるでしょう。

 

参考）寄生植物は植物ホルモンを使い宿主を太らせる
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参考リンク：大阪大学 - 植物幹細胞が覚醒し肥大成長を開始するスイッチの発見について

収量アップの鍵！根圏細菌と植物ホルモンの連携

ここまでは植物自体のホルモンについて解説してきましたが、実は「土の中の微生物」が生産するホルモンを利用して肥大成長を促すという、検索上位の記事にはあまり出てこない独自視点の技術が注目されています。これはPGPR（植物生育促進根圏細菌）と呼ばれる微生物群の活用です。

 

参考）https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11157439/
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驚くべきことに、ある種の土壌細菌は、植物ホルモンであるオーキシンやサイトカイニン、ジベレリンなどを自ら合成し、それを植物の根に供給しています。例えば、根の周りに定着した細菌がオーキシンを分泌することで、植物の根の発生を促し、養分吸収能力を高めます。さらに、細菌由来のサイトカイニンやジベレリンが根から吸収され、地上部へ送られることで、作物の光合成能力向上や果実の肥大に寄与することがわかっています。

 

参考）https://www.mdpi.com/2223-7747/13/5/613/pdf?version=1708698846
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これは、単に肥料（チッソ・リン・カリ）をやるだけでなく、「微生物資材」や「堆肥」を使って土壌微生物相を豊かにすることが、結果的に植物ホルモン剤を天然供給しているのと同じ効果をもたらすことを意味します。特に、有機栽培や減農薬栽培においては、この微生物と植物の連携こそが、化学合成されたホルモン剤に頼らずに収量と品質を高める隠れた切り札となります。土壌環境を整えることは、単なる栄養供給以上の「ホルモン戦略」なのです。

 

ストレス環境下での肥大成長を守るアブシシン酸

最後に、肥大成長を「守る」という視点でアブシシン酸（ABA）の役割にも触れておきましょう。アブシシン酸は一般的に成長を抑制するホルモンと思われがちですが、乾燥や塩害などのストレス環境下においては、作物の収量を維持するために不可欠な働きをします。

 

参考）ABA内生量の上昇を誘導するセオブロキシド
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植物が水不足などのストレスを感じると、アブシシン酸が合成され、気孔を閉じて水分の蒸散を防ぎます。一見、成長が止まるように見えますが、これは枯死を防ぐための緊急回避行動です。さらに重要なのは、アブシシン酸が糖の転流（輸送）を制御し、果実や種子へのデンプン蓄積を助ける働きがある点です。つまり、過酷な環境下でも、子孫（種子や果実）に最低限の栄養を送り込み、実を充実させようとする作用に関わっています。

 

参考）https://www.jstage.jst.go.jp/article/jscrp/49/1/49_KJ00009349976/_pdf
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近年の研究では、特定の化合物を投与して植物体内のアブシシン酸濃度をコントロールし、乾燥ストレスに強い作物を作る試みも行われています。農業現場においては、適度な水ストレスを与えることでトマトの糖度を上げたりする「水切り栽培」が行われますが、この裏ではアブシシン酸が働き、果実の肥大スピードを調整しながら中身を凝縮させています。単に大きくするだけでなく、植物ホルモンのバランスを理解し、環境ストレスと上手く付き合うことが、質の高い農産物生産への近道です。
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堕ちた果実(字幕版)