共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 寒冷地植物の光合成機能に及ぼす環境変動の影響評価
研究代表者／所属 北九州市立大学国際環境工学部
研究代表者／職名 助教授
研究代表者／氏名 原口昭

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

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 原登志彦 北大低温研

研究目的 　地球環境変動の生物の機能に対する影響、とりわけ地球温暖化の寒冷圏生物に対する影響は甚大であることが予測されているが、定量的な影響評価はまだ十分に行われていないのが現状である。寒冷圏生物の多くは、残存種として、より温暖な気候帯における特殊な環境、たとえば湿地や蛇紋岩土壌などの特殊な土壌環境に高度に適応することにより気候帯をまたがって分布していることが多く、このような特殊な生育地を含めて広域的に生理機能を評価し、環境変動の生物への影響を予測する上で有効な研究材料である。本研究では、特定植物種の光合成機能を広域的に評価することによって、環境変動の生物への影響を予測する新しい解析手法の開発をめざす。
　　
研究内容・成果 　本研究では、温度環境と植物の生理活性との関連を明らかにすることを目的として、寒冷圏から温帯域に広域的に分布する植物をモデル植物として選定し、光環境や土壌環境の異なる環境から採取した、あるいは異なる環境で育成したモデル植物の光合成活性、物質生産速度を評価することにより、環境変動の生物機能への影響のモデル化を試みた。
　具体的には、シロザ（Chenopodium album）に関する既存のデータを用い、温度環境と光合成活性との関連について検討した。北緯39.5度より45.5度までの7生育地において採取したシロザの種子を、太陽光のPARに対して100％及び32％の光条件化で発芽、生育させた個体の総光合成速度・呼吸速度に関する既存のデータの解析から、光飽和点におけるシロザの単位葉面積あたり、および単位葉重あたりの総光合成速度は生育地の違いによる有意な差を示したが、栽培条件の光環境の違いに関しては、単位葉面積あたりの総光合成速度に対してのみ有意な差が認められるた。一方、暗呼吸速度は個体群間の有意な差を示さず、単位葉面積あたりの暗呼吸速度のみが生育環境の違いに対する有意差を示した。形態的なパラメーターのうち、SLAは生育地間の差を示さなかったが、生育条件の違いによる差は有意であった。つまり、光飽和点における総光合成速度は遺伝的な差異を示したが、暗呼吸速度およびSLAは遺伝的な差異が少なかった。一方、単位葉面積あたりの光飽和点における総光合成速度、および暗呼吸速度、およびSLAは生育環境に対して高い可塑性を示した。この結果は、個体の光合成機能に対しては、生育地間の遺伝的な相違よりも、種の生育環境に対する生理生態的可塑性による環境応答の違いの方が決定的であることがわかった。
　植物の光合成系の機能と形態的可塑性に関しては、同様にホウセンカを用いた既存の実験データの解析を行った。ここでは、栄養塩レベルと個体群密度を調節した環境下でホウセンカを栽培し、植物体の形態的パラメーターと光合成機能に関するパラメーターに対する生育環境の影響についての解析を行った。その結果、10^2オーダーの栄養塩レベルの相違に対する種内競争の強度変化は観察されず、形態を可塑的に変化させることにより個体群内の競争を回避していることがわかった。さらに、栄養塩レベルの効果に関しては、低栄養塩環境下でSLAを大きくし、単位面積当たりの窒素レベルを一定に保つことによって葉の光合成機能を維持する形態的・機能的可塑性が観察された。
　これら2種の光合成機能の環境応答について、現在モデル解析を行っているが、この解析結果をもとに、地球温暖化の寒冷圏生物に対する影響を定量的に評価する実験システムのデザインについて検討中である。最終的には、広く気候帯をまたぐ広範な地域において同一手法で植物の生理機能を評価する簡便な方法の開発を目指す。
　　
成果となる論文・学会発表等 A. Haraguchi Study on the pH dependence of photosynthesis of Sphagnum spp. 2nd International Workshop on Environmental and Metabolic Biochemistry of Plants and Microorganisms， Xiamen， 25-27 September 2005