【研究領域課題番号】19K22343 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

光順化 / LMA / クロロフィル / 光合成 / キュウリ / 白色LED / PPFD / モデル / LED / 生育モデル

【研究成果の概要】

本研究の目的は、脳という記憶・情報処理器官を持たない植物が、いかにして自身が経験した環境、特に光強度の時間変動の情報を処理し、自身の「体づくり」、すなわち環境に応じた生理的・形態的特性の変化に利用しているのかを、数理モデルで表すことである。このことは、施設園芸において植物生育や収量を予測し、望ましい特性を有する植物を環境制御によって作り出すなど、植物生産の高効率化を図る上で重要であると考える。
本年度は、昨年度に引き続き、出葉後の明期における光合成有効光量子束密度（PPFD）の経日変化が、個葉の生理的・形態的特性に及ぼす影響を、キュウリ第1本葉をモデル実験系として、室内実験により調べた。播種後11～16日目の日ごとの明期PPFDの異なる種々の試験区を設定した。播種後16日目に、光順化に関する生理的・形態的特性として、葉面積あたり葉乾物重（LMA）、クロロフィル（Chl）a/b比、最大純光合成速度（Pnmax）、最大カルボキシレーション速度（Vcmax）および最大電子伝達速度（Jmax）を評価した。その結果、（1）種々のPPFD条件において、過去の日ごとの明期PPFDに固有の重みを与える加重平均PPFDを用いることで、過去の単純平均PPFDを用いるよりも、LMAをより精度よく推定することができた。（2）Pnmax、Vcmax、およびJmaxについては、加重平均PPFDと単純平均PPFDとで、推定精度はほぼ同程度であった。（3）Chl a/b比の推定精度は、加重平均PPFDと単純平均PPFDのいずれにおいても高くなかった。また、特に（2）の推定においては、日ごとの明期PPFDのみならず、過去からのPPFDの変化量の情報をも考慮することで、推定精度を高めうる可能性が示された。これらの成果をまとめ、論文として公表した。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2019-06-28 - 2023-03-31

【配分額】6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)

【研究分野】林学

【研究領域課題番号】14360078 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

個葉光合成 / 階層構造 / ギャップ / 散孔材 / 環孔材 / CO2分布 / クロロフィル / CO2拡散 / 不成績造林地 / 侵入広葉樹 / 光合成・蒸散機能 / 窒素利用効率 / クロロフィル組成 / 窒素負荷量 / バイオマス / 光順化

【研究成果の概要】

冷温帯葉落広葉樹の光合成生産機能を,森林を構成する高木の機能を樹冠レベルで評価するとともに,ギャップ更新稚樹や低木層構成樹種の光合成特性を基礎に考察した。樹冠部の光合成特性は林冠層をやや越えた高さ24mの樹冠観測タワーを用いて測定した。上層木の開葉と共に林床へ到達する光量は減少し,落葉とともに増加した。また,CO_2濃度の垂直変化は,風のない日中に樹冠部位では約320ppmまで低下し,夕方には林床付近で約560ppmに達した。高木層の開葉は雪解けの約1週間後から始まり樹冠基部から先端に向かって進行した。シラカンバやケヤマハンノキなどの散孔材樹種の開葉が早く,ハリギリやヤチダモなどの環孔材では約2週間遅かった。初夏には全ての樹種の樹冠部位での光合成速度は高かったが,真夏には樹冠のやや内部に位置する葉の光合成速度が最高であった。落葉が始まる初秋には先駆種であるシラカンバとケヤマハンノキの光合成速度は高かったが,全体としては樹冠部位での光合成速度に樹種間の差はなかった。樹冠下部の葉では集光機能を代表するクロロフィルb量が多く,また,窒素のクロロフィルへの分配量も多かった。林床では上層木の葉が展開して林冠が閉鎖する前に葉を展開し終える樹種や,上層木が落葉しても葉を保持し降霜まで緑葉を維持する樹種が存在した。林床に生育する稚樹では,光飽和での光合成速度(最大光合成速度)は大きな年変動を示した。この原因として春先の乾燥により厚く小さな葉が形成されることが考えられ,葉内部でのCO_2拡散抵抗が最大光合成速度を律速することが示唆された。窒素は最大光合成速度と高い正の相関を持つことから,非破壊で同一葉の機能を推定できる窒素計測器を導入することによって樹冠全体の光合成生産を非破壊で推定できる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2002 - 2004

【配分額】14,200千円 (直接経費: 14,200千円)