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Elucidation of functional evolution and environmental adaptation for solar radiation utilization of terrestrial plants

Research Project

Project/Area Number 18H02511
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 45040:Ecology and environment-related
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

Kume Atsushi  九州大学, 農学研究院, 教授 (20325492)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 奈佐原 顕郎 (西田顕郎)  筑波大学, 生命環境系, 准教授 (40312813)
富田 祐子 (半場祐子)  京都工芸繊維大学, 応用生物学系, 教授 (90314666)
秋津 朋子  筑波大学, 生命環境系, 助教 (90590597)
後藤 栄治  九州大学, 農学研究院, 助教 (90614256)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2018: ¥13,650,000 (Direct Cost: ¥10,500,000、Indirect Cost: ¥3,150,000)
Keywords日射 / 直達・散乱放射 / 光合成 / クロロフィル / 紫外線 / 分光放射計 / 野外観測 / リモートセンシング / 分光吸収特性 / 直達・散乱日射 / 光合成色素 / 放射測定 / 系統進化 / 光受容体 / 直達/散乱日射 / 色素 / 進化 / UV-A
Outline of Final Research Achievements

We developed and verified a method of operating a direct and diffuse spectroradiometer that can be used for long-term measurements in the field. We observed spectral solar radiation inside and outside vegetation and clarified the relationship between the directionality of radiation and its intensity and spectral distribution in the field. For the terrestrial solar radiation spectra, chlorophyll a (Chl a) worked in a complementary manner to Chl b, effectively utilizing both strong and weak light. On the other hand, Chl c and d, or phycobilins, which are used only by organisms in water environment, were suggested to be poorly adapted to the terrestrial radiation environment. The spectral characteristics of leaves at different evolutionary stages were related to the internal structure of the leaves. The results suggest that a significant convergence in spectral characteristics may have occurred in angiosperms.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

日射に照らされた野外の光環境は、太陽高度や天候、日陰の種類などによって、含まれる光波長分布が大きく異なっており、光合成効率や植物への成長影響が異なっている。本研究では野外の日射環境を正確に測定できる装置を利用し、植物の光合成や光受容体との関係を解析した。その結果、人の視覚では同じ色に見える環境でも、植物はその違いを感じることができ、自身の成長環境を判断できることが明らかになった。また、植物の花や葉組織は、日射環境と生育段階に応じて色素を合成・分解することでエネルギー吸収量を調節し、組織温度を調節していることがわかった。これらの知見は、植物の進化過程を理解し、品種改良や栽培技術の改善に役立つ。

Report

(4 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (26 results)

All 2021 2020 2019 2018 Other

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 4 results) Presentation (17 results) (of which Invited: 1 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] 光環境への適応における葉緑体光定位運動の役割2021

    • Author(s)
      後藤栄治
    • Journal Title

      BSJ-Review

      Volume: 12 Issue: A Pages: 45-51

    • DOI

      10.24480/bsj-review.12a6.00199

    • ISSN
      2432-9819
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    • Author(s)
      Ishishita K, Higa T, Tanaka H, Inoue S, Chung A, Ushizima T, Matsushita T, Kinoshita T, Nakai M, Wada M, Suetsugu N, Gotoh E
    • Journal Title

      Plant Physiology

      Volume: in press Issue: 1 Pages: 59-59

    • DOI

      10.1104/pp.20.00059

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  • [Journal Article] Light-Induced Chloroplast Movements in Oryza species2020

    • Author(s)
      Kihara Miki, Ushijima Tomokazu, Yamagata Yoshiyuki, Tsuruda Yukinari, Higa Takeshi, Abiko Tomomi, Kubo Takahiko, Wada Masamitsu, Suetsugu Noriyuki, Gotoh Eiji
    • Journal Title

      journal of Plant Research

      Volume: 133 Issue: 4 Pages: 525-535

    • DOI

      10.1007/s10265-020-01189-w

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    • Author(s)
      久米篤
    • Journal Title

      光合成研究

      Volume: 29 Pages: 116-124

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  • [Journal Article] Color of Photosynthetic Systems: Importance of Atmospheric Spectral Segregation Between Direct and Diffuse Radiation2019

    • Author(s)
      Kume Atsushi
    • Journal Title

      Astrobiology

      Volume: 1 Pages: 123-135

    • DOI

      10.1007/978-981-13-3639-3_9

    • ISBN
      9789811336386, 9789811336393
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    • Author(s)
      Kume Atsushi、Akitsu Tomoko、Nasahara Kenlo Nishida
    • Journal Title

      Journal of Plant Research

      Volume: 131 Issue: 6 Pages: 961-972

    • DOI

      10.1007/s10265-018-1052-7

    • NAID

      120006620456

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    • Author(s)
      Kiyomizu Takashi、Yamagishi Saya、Kume Atsushi、Hanba Yuko T.
    • Journal Title

      Trees

      Volume: 33 Issue: 1 Pages: 63-77

    • DOI

      10.1007/s00468-018-1759-z

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      北嶋諒太郎, 久米篤, 熊丸敏博, 渡辺敦史, 松田 修, 若林 宏樹, 清水 邦義,北嶋 諒太郎, 久米 篤, 熊丸 敏博, 渡辺 敦史, 松田 修, 若林 宏樹, 清水 邦義,
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      日本植物学会第84回大会
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      日本植物学会第84回大会
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      後藤栄治
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      若林宏樹,松田修,久米篤
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      久米篤, 秋津朋子, 奈佐原顕郎
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      久米 篤,秋津 朋子,奈佐原 顕郎
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      久米 篤
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    • Author(s)
      小池 孝良、北尾 光俊、市栄 智明、渡辺 誠
    • Total Pages
      264
    • Publisher
      共立出版
    • ISBN
      9784320058125
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  • [Remarks] 陸上植物がクロロフィルaとbだけを持つ理由 ~光の性質を生かした栽培技術の応用に期待~

    • URL

      https://www.kyushu-u.ac.jp/ja/researches/view/260

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URL: 

Published: 2018-04-23   Modified: 2022-01-27  

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