炭素分配戦略の視点から明らかにする天然スギ機能形質の地理変異

Research Project

Project/Area Number	21H02227
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 40010:Forest science-related
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	日浦勉東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (70250496)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	津村義彦筑波大学, 生命環境系, 教授 (20353774) 東若菜神戸大学, 農学研究科, 助教 (20780761) 斉藤拓也国立研究開発法人国立環境研究所, 地球システム領域, 主幹研究員 (40414370) 太田民久富山大学, 学術研究部理学系, 助教 (60747591)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥16,900,000 (Direct Cost: ¥13,000,000、Indirect Cost: ¥3,900,000) Fiscal Year 2023: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000) Fiscal Year 2022: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000) Fiscal Year 2021: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
Keywords	地理変異 / 水分生理 / 根滲出物 / BVOC / 遺伝変異 / 水利用 / カルシウム / 降雨遮断 / 機能形質 / スギ / 共通圃場 / 炭素分配 / 生態系機能
Outline of Research at the Start	近年、日本各地に分布する天然スギ集団が遺伝的に分化しているだけでなく、根浸出物や二次代謝物質などの機能形質にも大きな違いがあることが明らかになりつつある。しかしながら、機能形質の地理変異をもたらした要因や形質間の相互関係、更にはそれらの生態系機能への影響はほとんど明らかにされていない。本研究は全国14集団の天然スギを対象に、複数の共通圃場実験により機能形質の地理的変異を詳細に調べ、炭素分配を基軸にしたその機能間関係を明らかにする。これらをもとに、異なるスギ集団が地域の栄養塩動態や水循環を中心とする生態系機能に及ぼす潜在的影響の違いを明らかにする。
Outline of Annual Research Achievements	スギは日本の森林で最もバイオマスの大きい樹種であり、全国に分布し森林面積の約20％を占めている。すなわちスギという樹種が日本の温帯林生態系の骨格構造を形成していると言っても過言ではない。近年、日本各地に分布する天然スギ集団が遺伝的に分化しているだけでなく、根浸出物や二次代謝物質などの機能形質にも大きな違いがあることが明らかになりつつある。しかしながら、機能形質の地理変異をもたらした要因や形質間の相互関係、更にはそれらの生態系機能への影響はほとんど明らかにされていない。本研究は全国14集団の天然スギを対象に、複数の共通圃場での比較実験により機能形質の地理変異を詳細に調べ、炭素の配分を基軸としてその機能間関係を明らかにするとともに、降雨遮断・付加実験などによって、異なるスギ集団がCa動態や水循環を中心とする生態系機能に及ぼす潜在的影響の違いを明らかにする。本課題では炭素分配を基軸として成長と防御、水利用様式などの機能的連関を明らかにする。繁殖への投資の変異も林冠木では重要な要素と考えられるが、幼木を対象にすれば除外することが可能である。川渡、新潟、筑波、熊本の共通圃場には14集団のエコタイプ個体が十分な反復を持って生育し、樹高2-4m程度となっている。ここで共通してみられる機能形質の違いは自然選択による局所適応を反映していると考えられる。本研究では1）根からの浸出物放出量、2) BVOCの成分と放出量、3)葉のCaやリン（P）、窒素（N）を始め二次代謝物質など様々な化学的成分、4)光合成・蒸散における水利用特性、などの形質や機能の解析を数多くの個体を用いて行う。異なった環境下にある複数の共通圃場での結果を比較することで機能形質の反応基準（遺伝-環境交互作用）も明確にする。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 筑波大学実験林のスギ産地別共通圃場での実験を開始した。また、北海道大学和歌山研究林の共通圃場実験の結果など、これまでの成果を代表者、分担者が論文執筆し、現在Ecological Research誌の特集として5本投稿中である。
Strategy for Future Research Activity	筑波大学共通圃場の実験を継続し、BVOCや水利用様式について観測を行い、本年9月に降雨遮断処理を追加する。 8月に東北大学川渡農場の共通圃場で根浸出物の観測を行い、これまでの形質データと併せて論文を執筆する。