共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 北方泥炭地生態系の炭素収支をより正確に計測する手法の検討
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

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 原登志彦 北大低温研

研究目的 　寒冷域の泥炭地群集の主要な構成植物はミズゴケ類であるが、ミズゴケ類は泥炭を形成し、光合成で固定した大気中の炭素を長期にわたり蓄積するため、全球の炭素循環において重要な機能を果たしている。寒冷圏の生態系は環境変動の影響を受けやすいため、寒冷圏における気候変動に対する生物群集の応答を評価し、今後の変化を予測する上でミズゴケ類は鍵となる植物である。これまでの共同研究において、ミズゴケ植物の個体および個体群レベルでの光合成活性を正確に評価する方法、および光と水分環境に対する光合成の応答について継続的に解析を進めてきたが、本年度は、光合成計測手法の改良と、光合成活性の季節的変動についての解析を行った。
　　
研究内容・成果 　ミズゴケ植物の個体単位での光合成計測については、個葉計測用のチャンバーを用いた植物光合成解析システム(LiCor製）による気相中での二酸化炭素収支を計測する方法、および溶存酸素電極による液相中での酸素収支を計測する方法、を比較した。二酸化炭素収支による計測では、本来の維管束植物の葉の代わりにミズゴケ植物体を挟み込んで計測を試みた。この方法では乾燥空気をチャンバー内に導入するため、計測中に植物体が乾燥し、安定した計測値が得られなかった。酸素収支による計測では、水中で撹拌しつつ光照射を行い、セル内の溶存酸素濃度の変化を計測したが、安定な計測値が得られ、ミズゴケ植物の個体レベルでの光合成計測には適していることがわかった。しかしながら、ミズゴケ類の生育する水環境は多様で、沈水性の種の場合はこの方法で本来の生育環境における光合成活性を評価できるものの、陸生のミズゴケ類については本来の生育環境とは異なる水中での計測となるため、光合成活性を正確に評価できるかどうかの問題が残る。
　個体群単位での計測については、全植物体計測用チャンバーを接続した植物光合成解析システムを用いた方法、および密閉チャンバーに空気を循環させて二酸化炭素濃度の変化を計測する方法を比較した。全植物体計測用チャンバーは、ポットで発芽させた幼植物の根元の部分を樹脂などで密封した上で、幼植物を含む空間をチャンバーとして光合成計測を行うものであるが、このポットをあらかじめチャンバーの構造に改造しておき、ここにミズゴケ植物を植栽して育成した試料を用いて計測を行った。個葉チャンバーを用いた場合と比較して、植物体の乾燥は防止できたものの、光強度が高くなると水蒸気圧が上昇し、これが光合成速度に影響を及ぼすため、安定な計測値は得られなかった。一方、密閉チャンバーを用いた計測では、閉鎖系で空気を循環させるため、水蒸気飽和の状態で計測が可能で、水蒸気圧の変動の影響はほとんど無視できる。常時湿潤状態であり、また、植物体の茎頂部だけでなく、下部のリターも含めて計測が可能であるため、本来の生育状態に近い状態で計測が可能である。しかしながら、閉鎖系での計測であり、二酸化炭素濃度の変化速度から光合成速度を決定するため、二酸化炭素濃度が大きく変化しない程度の個体数で計測する必要がある。
　以上のうち、液相での酸素濃度および密閉チャンバーによる計測を用いて、ミズゴケ類の光合成曲線の季節性について調べた。その結果、5月、7月、10月の3回の計測を比較して、この順で光補償点が高くなり、光飽和点が低くなる傾向が認められた。しかしながら、データ数が限られているため、この結果については現在のところ結論には至っていない。光合成速度の計測値から一次生産速度を求めるためには、季節的な変動に関するデータが必須であり、今後データを蓄積して結論を導く予定である。
　　
成果となる論文・学会発表等 Zheng J， Haraguchi A (2018) Inorganic nitrogen source for autotrophic growth of Euglena mutabilis Schmitz. Phycological Research 66: 155-158

Haraguchi A， Matsuda T (2018) Effect of salinity on seed germination and seedling growth of the halophyte Suaeda japonica Makino. Plant Species Biology 33: 229-235

Kang H， Kwon MJ， Kim S， Lee S， Jones TG， Johncock AC， Haraguchi A， Freeman C (2018) Biologically driven DOC release from peatlands during recovery from acidification. Nature Communications 9: 3807(Article number)

Granath G et al. (2018) Environmental and taxonomic controls of carbon and oxygen stable isotope composition in Sphagnum across broad climatic and geographic ranges. Biogeosciences 15: 5189-5202