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の温度環境傾度への適応機構評価法の検討
新規・継続の別 新規
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 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、とりわけ地球温暖化の寒冷圏生物への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は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、広範な温度傾度上で生理機能を評価し、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。本研究では温度環境への植物の適応を解析する目的で、光環境や土壌環境の異なる環境で育成したモデル植物の光合成活性、物質生産速度の評価から、環境変動の生物機能への影響をモデル化する事の可能性について検討する。
　　
研究内容・成果 　本研究では、これまでの研究に引き続き、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かけて広域的に分布するシロザの光環境や土壌環境の異なる環境から採取した個体、および栄養塩・密度を変化させた環境で育成したホウセンカの光合成活性、物質生産速度に関する既存のデータを解析し、環境変動の生物機能への影響のモデル化を試みた。
　植物の光合成系の機能と形態的可塑性に関しては、ホウセンカ（Impatiens balsamina）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のホウセンカの栽培実験から、栄養塩レベルの相違に対する種内競争の強度変化が観察されなかったが、この現象についての理論的解析を試みた。葉群分布、比葉面積、個葉の光合成活性、構成呼吸、維持呼吸を含むモデルを用い、実験個体群における実測値（個体群密度、個体高、高さの標準偏差、茎重と個体高の関係より決定される変数、個体直径と個体高の関係より決定される変数、および積算葉面積指数と関連する変数）を投入し、個体の成長をシミュレートして一定期間後の個体のサイズ分布から種内競争の強度を求めたが、実験個体群で認められたような、種内競争の強度が土壌の栄養塩環境に依存しないと言う特性は、現在のところ再現されていない。このモデルに関しては、さらに有機物の分配や葉群分布などを考慮に入れて引き続き検討を加え、いかなる条件の下で種内競争に関する実験結果が再現できるのかについて考察する。
　一方、シロザ（Chenopodium album）に関する既存のデータを用いた温度環境と光合成活性との関連についての検討も継続して行った。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、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。シロザの光合成機能と生理生態的可塑性に関しては、ホウセンカを用いた解析で用いたモデルを適用し、現在、理論的な検証を行っているところである。
　現在、これら2種の光合成機能の環境応答についてのモデル解析を継続中であるが、気候帯をまたがって広域的に分布する蘚苔類の属であるミズゴケを用いた同様な解析を平行して行い、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 (2006) The photosynthesis of Sphagnum. In: Environmental and Metabolic Biochemistry of Plants and Microorganisms. (in press)