共同研究報告書提出

共同研究報告書

研究区分	一般研究
研究課題	草本植物個体群の生理生態的寒冷適応機構の理論解析
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
1	原登志彦	北大低温研

研究目的	植物群集による大気炭素の固定と有機物分解による炭素の放散、すなわち炭素循環の中での群集の機能に関する解析において、個体群を単位とした生理機能の環境応答や可塑性に関する定量的な評価はまだ十分に行われていない。特に寒冷圏の主要な群系である泥炭地の湿生植物群集は、環境変動の影響を受けやすい寒冷圏の群集における炭素収支の気候変動に対する変化を予測する上で鍵となる群集である。昨年度までの共同研究において得られた、一年生植物と蘚苔類植物の光合成機能に及ぼす温度と光環境の影響に関する実験的、理論的解析結果をもとに、炭素循環の中での個体群および群集レベルでの機能の理論化のために必要な要素について検討した。

研究内容・成果	これまでの共同研究の結果をふまえ、主要な泥炭形成植物であるミズゴケ類の光合成活性の環境応答に関するデータの蓄積を行うとともに、個体レベルでの炭素収支に関するパラメータを、生理特性と寒冷適応との関連に関する個体群、群集レベルでの理論に組み込む際の問題点を抽出した。　北方圏の主要な生態系の一つである泥炭地は、巨大な土壌有機炭素のプールとなっており、その消長は全球レベルでの炭素循環に大きく作用する。森林における炭素収支と比較して、草本群集、とりわけ泥炭湿地における炭素収支にかかわる情報は限られている。従って、全球レベルでの炭素循環モデルを発展させるためには、泥炭湿地群集における炭素収支を正確に評価し、モデルに組み込むことが必要である。　ミズゴケ類の炭素固定機能に関しては、個体レベルでの二酸化炭素や酸素の収支から評価することができ、生理生態的にはこのような方法が採用されているが、維管束植物とは異なり、蘚苔類は個体の単位が不明瞭である事が多く、ミズゴケ類の場合には、成長点、光合成系、リター（枯死部）、腐植が混在している。従って、光合成系と非光合成系に分割した維管束植物の生理活性の評価法は適用することが出来ない。これまでは、成長点を含む光合成系の一部を計測対象として、ここでの物質生産速度から群集レベルでの一次生産速度の推定を行ってきたが、リターや腐植部分の分解と光合成系での一次生産との関連に関しては詳細な検討が行われてこなかった。本研究では、リター部分の有無による光合成系の光合成活性の違いを評価した。その結果、リター部分が光合成活性の計測値に大きく影響を及ぼすことが明らかになった。　さらに、ミズゴケ群集の炭素フラックスの計測では、快晴時の日中にしばしば正味の二酸化炭素フラックスがミズゴケ群集から大気への方向で正の値をとることが示されている。この理由の一つとして、土壌（泥炭）から放出された二酸化炭素の一部を直接ミズゴケが吸収するプロセスがある。ミズゴケ群集の炭素収支は、これまで大気と群集との間での輸送のみを考えてきたが、正確な炭素循環モデルへの組み込みのためには、土壌、大気と群集との3者間での輸送を考えなくてはならない。　これまでの研究結果も含め、ミズゴケ群集の炭素収支を正確に把握し、これを炭素循環モデルに組み込む際には、以下のプロセスについての解析が必要であると考えられる。（1）葉緑細胞と貯水細胞との間での物質輸送速度（2）植物体と気相あるいは液相との間での物質輸送速度（3）植生、土壌における有機物分解速度（4）植物体のリター部分（枯死部）と光合成系との間での物質輸送速度（5）泥炭（土壌）および腐植、植生、気圏もしくは水圏の3者間での物質輸送速度　今後は、これらの素過程を個別に検討し、これを全球レベルでの炭素循環モデルに組み込む手法について検討する。

成果となる論文・学会発表等	Akira Haraguchi and Nanae Yamada: Temperature Dependency of Photosynthesis of Sphagnum spp. Distributed in the Warm-Temperate and the Cool-Temperate Mires of Japan. American Journal of Plant Sciences 2 (5) 716-725， 2011