Analysing dormant buds and bud traces of hardwood using X-lay CT images

Research Project

Project/Area Number	22K05742
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 40010:Forest science-related
Research Institution	Niigata University
Principal Investigator	本間航介新潟大学, 佐渡自然共生科学センター, 准教授 (50323960)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2027-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000) Fiscal Year 2026: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000) Fiscal Year 2025: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000) Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000) Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000) Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords	萌芽 / 薪炭林施業 / 潜伏芽 / バッドトレース / X線CT画像 / bud trace / 落葉広葉樹 / バッド・トレース / ＣＴ画像解析
Outline of Research at the Start	本研究では、萌芽の発生原器となる潜伏芽の蓄積度合いが樹木の萌芽能力を決める因子となっているという仮説をたて、これをブナ科落葉高木で検証する。潜伏芽は芽が樹皮表面で休眠したもので、木部の肥大成長と共に樹体内を移動し木材内にその痕跡（bud trace）を残す。このため、潜伏芽の蓄積・喪失過程は、樹体内のbud traceの消長を年輪と合わせて解析することで明らかに出来る。本研究では、ブナ科落葉高木について1個体あたり10000枚超の高解像度切片画像を3D合成してbud traceの三次元画像を生成し、これを年輪データと合わせて解析することで個体内の全ての潜伏芽の消長パターンを明らかにする。
Outline of Annual Research Achievements	本研究では伐採試験とX線断層撮影による分析を併用して、日本の森林の主要構成種であるブナ科高木（ブナ・コナラ・ミズナラ・クリ・シイなど）の萌芽特性を、萌芽の原器となる潜伏芽の動態から明らかにすることを目的としている。本年度は、クリ（Castanea crenata）の伐採萌芽試験およびX線CT画像解析を行った。 2022年8月（夏伐採）、2022年11月（秋伐採）、2023年4月（春伐採）の３つの時期に、樹齢１５年以上のクリ各５個体を地際から２ｍの高さで伐採し、2023年11月まで15ヶ月間の試験期間内で計12回のモニタリングを行うことにより萌芽の発生量、潜伏芽の数と状態の変化を観察して結果を比較した。秋伐採の個体は、夏期には萌芽を一切生産せずそのまま枯死すると予測されたが、伐採年の翌年2023年春に大量の萌芽を発生した。発生した幹あたりの萌芽数は、萌芽薪炭施業において伐採適期とされる2022年冬期に伐採を行った個体（コントロール）と有意な差が無かった。これは、夏伐採を行うと残存部分の同化産物の消費が進み萌芽が発生しないという従来の経験則とは反対の結果であった。また、2022年８月伐採後18ヶ月経過した５個体を2023年1月に根茎から掘り起こし、高さ20cm毎に切断して計35個の試験片を作成した。各試験片について、新潟県立工業技術センターのマイクロX線CT撮影装置を用いて高さ0.12mm毎の断層画像を取得した。1個体につき約18000枚の断層画像をPC上で3次元結合し、萌芽の原器となる潜伏芽がクリ樹体内でどの様に発達衰退してきたか定量的に調べた。この結果、2022年8月に伐採したクリの潜伏芽は、2023年4月までの約8ヶ月間に単独芽からクラスター芽に発達することで芽の数を大幅に増加させ、これが2023年に萌芽を大量発生させる元となったことが明らかになった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 2023年冬に申請者が体調不良により入院・手術・加療を行った影響で2023年度前半の研究が遅延した。クリのデータサンプルは、2023年度後半に遅れを取り戻し、当初に予想したデータセットを解析することができた。一方で、クリ以外の新規樹種（シイ・カシなどブナ科常緑樹、イヌブナ・クヌギなどブナ科落葉樹）は伐採試験か可能な森林の選定を太平洋側地域で行うための出張時間が取れず、2024年度初頭に一部の樹種で試験を開始することとなった。また、現時点で解析が完了しているブナ・ミズナラ・コナラの3種については2024年度内の投稿論文化を予定している。都合、当初計画より半年程度の遅れで研究が進行しており、内容的には予想を上回る成果が出つつある。
Strategy for Future Research Activity	現時点で解析が完了しているブナ・ミズナラ・コナラの3種については2024年度内の投稿論文化を予定している。また、2024年度内に解析が完了する予定のクリについては、2025年度内の投稿論文化を予定している。 2024年度は、これらの落葉樹のデータ取りまとめ、論文化と並行して、シイ、シラカシ、アカガシなど太平洋側で照葉樹林を形成する主力樹種について、萌芽伐採試験地を設定し3年間の継続調査を開始する。