【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】21255001 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

気候変動 / 環境変動 / 生物圏現象 / 水循環 / 炭素循環 / 自然現象観測・予測 / フラックス / ガス交換 / 光合成 / 呼吸 / 蒸発散 / フェノロジー / 環境撹乱 / データベース / 安定同位体 / 降雨

【研究成果の概要】

われわれは,東南アジアの熱帯林(熱帯雨林,熱帯季節林,熱帯泥炭林)の11ヵ所において,二酸化炭素(CO2)の吸収(光合成)・放出(呼吸)や蒸発散の連続観測を行っている。得られた長期の観測データを用いて,熱帯林のガス交換過程(光合成,呼吸,蒸発散)の特性を解析し,ガス交換過程を規定する要因を明らかにするとともに,降雨パターンがガス交換過程に与える影響を評価した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】48,230千円 (直接経費: 37,100千円、間接経費: 11,130千円)

【研究分野】植物生理・分子

【研究領域課題番号】16207002 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

光合成 / 呼吸 / 最適化 / システミック制御 / 安定同位体 / C4光合成の漏れ率 / 温度依存性 / 糖シグナル / シンクとソース / 温度馴化 / C4植物 / 老化 / 蛍光 / CO_2拡散抵抗 / 最適制御 / 葉

【研究成果の概要】

1.インゲンの根にショ糖を投与しても、シンクの段階の若い葉の糖含量は増加せず光合成活性にも変化を与えなかったが、ソース葉では糖含量が著しく増加し光合成活性の低下を招いた。シンク期とソース期の糖応答制御が異なっていることが明らかになった。
2.インゲン個体内の特定の葉の環境のみを全体とは異なる環境に制御する部分環境制御システムを用いて、葉の光合成速度は、その葉の発生時の光合成環境にのみ依存するのではなく、下位葉の光合成環境に依存するシステミックな制御を受けることを明らかにした。このシステミック制御においては、下位葉のレドックス状態が上位葉の光合成系に反映される。
3.異なる温度で栽培したホウレンソウを用いて、栽培温度により、Rubiscoのキネティクス、活性化率、電子伝達速度の温度依存性、および、細胞間隙から葉緑体までのCO_2拡散抵抗の温度依存性が変化し、光合成の温度依存性の変化はその総和であることを明らかにした。
4.光合成時の炭素安定同位体の挙動の詳細な解析から、C4植物のCO_2濃縮時のCO_2の漏れ率が、測定光強度が低下すると大きくなることを見いだした。これが、C4植物が弱光環境に分布しない原因である可能性が大きい。
5.おもにシロイヌナズナを用いて、強光、窒素欠乏、低温において、シアン耐性呼吸経路経路が誘導されること、シアン耐性呼吸経路がこれらのストレス耐性に重要な働きを持つことが明らかになった。
6.呼吸コストの評価法を改良し、栽培温度による器官の一生にわたるコストの内訳の違いを明らかにした。
7.ヒマワリ葉表裏の気孔には、特に緑色光への光感受性の違いがあることを明らかにした。
8.シロザの葉柄の光屈性の素過程を明らかにし、葉の最適受光体制の確保への意義を検討した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2004 - 2006

【配分額】47,840千円 (直接経費: 36,800千円、間接経費: 11,040千円)

【研究分野】生態

【研究領域課題番号】10440235 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

呼吸 / シアン耐性呼吸 / 安定同位体 / 呼吸エネルギーコスト / 温度順化 / 呼吸エルギーコスト

【研究成果の概要】

高等植物のミトコンドリアには,シトクロム経路のほかに,ATPを生産しないシアン耐性経路がある.シアン耐性経路の寄与率を測定することは,呼吸から得られるエネルギーの収支を知る上で必須である.さらに,この経路の制御システムを知ることにより,呼吸系調節の生態学的意義が明らかになる.われわれはすでに,cytochrome c oxidaseとaltemative oxidaseの酸素の安定同位体分別が異なることを利用してin vivoにおける二つの経路の電子伝達速度を測定するシステムを構築した.この測定をルーチン化して,呼吸エネルギー生産・消費系を正確に理解することを目標として研究を進め,次のような成果が得られた.
1.陽生植物と陰生植物の呼吸調節様式の違いを明らかにした.陰生植物もシアン耐性経路を有するが,殆ど使わないことを明らかにした.
2.葉の呼吸によって得られるATP生産量をみつもり,それがどの様な用途に使われるのかを明らかにした.
3.低窒素栄養条件では葉に呼吸系の基質である炭水化物が蓄積し,細胞内が高エネルギー状態になりやすい.3段階の窒素条件で水耕栽培したホウレンソウの完全展開葉を用いて,シアン耐性呼吸経路の活性が増加するかどうかを検証した.低窒素条件下ではシアン耐性経路は働きやすい状態になっていた.
4.低温での栽培や根の活性測定が容易なネギ属のネギ4品種とニラ2品種を用いて,栽培温度が根の呼吸速度に与える影響を、シアン耐性呼吸経路に注目して解析した.根の呼吸速度の種による違いや温度による違いは,根の成長速度の違いでは説明できないが,イオン吸収の違いで説明できた.これは正味の窒素吸収速度と根の呼吸速度との相関が高いことからも支持された.呼吸速度に対するシアン耐性経路の最大活性は根の相対成長速度と高い相関が見られた.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1998 - 2000

【配分額】13,800千円 (直接経費: 13,800千円)