レタスの種子は、水と温度がそろっていても、暗いところではほとんど発芽しません。光が当たると発芽する種子を、光発芽種子といいます。
反対に、カボチャやケイトウの種子は、光が当たると発芽しにくくなります。こうした種子を、暗発芽種子といいます。
光発芽種子には、レタスやタバコなど小さなものが多く見られます。種子にたくわえた養分が少ないので、光の届くところで発芽することが大切です。
レタスの種子に赤色光を当てると発芽しますが、赤色光のすぐあとに遠赤色光を当てると発芽しません。遠赤色光は、赤色光より波長の長い、目にはほとんど見えない光です。
赤色光と遠赤色光を何回か交互に当てると、最後に当てた光が赤色光なら発芽し、遠赤色光なら発芽しません。
この実験から、種子の中に、赤色光と遠赤色光の両方を受けとって切りかわるしくみがあると考えられました。
光を受けとっているのは、フィトクロムというタンパク質です。フィトクロムには、赤色光を吸収する Pr 型と、遠赤色光を吸収する Pfr 型があります。
Pr 型は赤色光を吸収すると Pfr 型に、Pfr 型は遠赤色光を吸収すると Pr 型にもどります。最後に当てた光で、どちらの形が多くなるかが決まります。
Pfr 型がふえると、種子の中でジベレリンがつくられ、発芽が始まります。花をさかせる時期の光中断で、夜中の光を受けとるのもフィトクロムです。
葉のクロロフィルは赤色光をよく吸収しますが、遠赤色光はあまり吸収しません。そのため、葉を通りぬけた光には、遠赤色光が多くふくまれます。
ほかの植物の葉の下では、種子のフィトクロムは Pr 型が多くなり、発芽しません。木が倒れて日光が地面まで届くと、発芽が始まります。
こうして種子は、ほかの植物の陰で芽を出して、光が足りずに枯れてしまうことを防いでいます。
畑の土の中には、たくさんの雑草の種子がうもれています。その多くは光発芽種子で、土の中の暗いところでは発芽しないまま生きています。
畑を耕すと、土の中の種子が表に出て光が当たります。すると、フィトクロムが Pfr 型になり、いっせいに発芽します。
耕したあとに雑草がたくさん生えてくるのは、このためです。光の当たる土の表で発芽するので、芽を出してすぐに光合成を始められます。