共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 寒冷地に分布する蘚苔類の光合成機能の寒冷適応機構と大気炭素固定速度評価法の検討
新規・継続の別 新規
研究代表者／所属 北九州市立大学
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

1

 原登志彦 北大低温研

2

 田中歩 北大低温研

研究目的 　植物群集による大気炭素の固定機能、とりわけ蘚苔類群集の炭素循環の中での機能に関しては、定量的な評価はまだ十分には行われていないのが現状である。ミズゴケ群集などの蘚苔類群集は、寒冷圏の泥炭地やツンドラなどの主要な群集であり、残存種として泥炭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、広範な温度傾度上で生理機能を評価することにより環境変動の生物への影響を予測する目的に有効な研究材料である。本研究では、蘚苔類の光合成パラメータの解析から環境変動の生物への影響を予測し、大気炭素固定機能を評価する簡便な解析手法の開発をめざした研究を行った。
　　
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、寒冷圏に分布の中心を有し、かつ寒冷圏から熱帯まで広域的に分布するミズゴケ属植物を対象として、その寒冷地適応、および環境変動の生物機能への影響のモデル化を試みた。
　本年度は、日本国内では北海道や高山帯の寒冷地に分布の中心を有し、かつ日本全国に広域的に分布するミズゴケ属植物であるオオミズゴケ、ヒメミズゴケ、チャミズゴケ、イボミズゴケの4種を対象として、その光合成速度の温度依存性について調べた。測定は、チャンバー内にミズゴケ個体を離散的に配置し、水浴を用いて温度を制御し、ハロゲンランプによりPPFDを700 micro-mol/m2/secまでの範囲で調節して光照射を行い、二酸化炭素吸収速度より光合成速度を求めた。温度範囲を5℃から45℃までの範囲で変化させて光合成速度を測定した結果、最大光合成速度を示す光量子密度の条件化での最適温度が、測定に用いた4種のミズゴケすべてについて30℃〜35℃の範囲にあった。また、ヒメミズゴケについては北海道落石地方に生育していた個体と、大分県九重タデ原湿原に生育していた個体との間で産地間の比較を行ったが、光合成の最適温度に有意差は認められなかった。
　さらに、これらの種に共通して、5℃の条件下では、PPFDが200-300 micro-mol/m2/secで最大光合成速度を示し、光量子密度がこれ以上になると光合成に対する強光阻害が認められることがわかった。強光阻害に関してはさらに生理学的な手法を用いて検討する必要があるが、光光合成曲線から判断した結果では、5℃の条件下における最適光量子密度は、より高温の条件化より低い値をとることがわかった。
　以上の結果から、寒冷圏に分布の中心を有するミズゴケ属植物の光合成の最適温度は寒冷圏における平均気温より高く、かつ5℃の条件化ですでに強光阻害が認められ、光合成の観点からは寒冷環境に十分適応していないことがわかった。
　現在、これらミズゴケ種を含めた植物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、今後、気候帯をまたがって広域的に分布する他のミズゴケ種を用いた同様な解析を行い、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する。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 (2007) The photosynthesis of Sphagnum. ITE Letters on Batteries， New Technologies & Medicine， Vol. 8， No. 4 75-82