高CO2における土壌-植物系の炭素と窒素、リンの相互作用の解明

• Project Area: Comprehensive studies of plant responses to high CO2 world by an innovative consortium of ecologists and molecular biologists
• Project/Area Number: 22114506
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 舘野 正樹 東京大学, 大学院・理学系研究科, 准教授 (00179730)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2011: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2010: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: 環境 / CO2 / 植物 / 土壌 / 光合成 / 先カンブリア時代 / 窒素 / リン

Research Abstract

平成23年度には次のような進展があった。
1.剥皮したツユクサを用いた光合成のCO2濃度依存性を明らかにした
光強度1000μmol/m^2/sで光合成のCO_2濃度依存性を測定した。その結果、剥皮した葉とインタクトな葉の濃度依存性は一致することが明らかとなった。
インタクトな葉でA_<max>が異なる場合、CO_2濃度を上げていく際の初期勾配はA_<max>に比例していた。このことはルビスコの反応がミカエリス=メンテン式で近似的に記載できる反応であることを示している。別に得ていた酵素反応速度論の近似なしの解から、ルビスコは(もっとも量の多い酵素ではあっても)総酵素濃度がk_m(正確には最大反応速度の半分を与える遊離基質濃度のこと)よりも非常に低い状態にあることが示唆された。
2.門司・佐伯による群落光合成理論を再検討した
たとえオープンな環境であっても、弱い光の多い現実の光のもとでは門司・佐伯の予測(=葉を立てると純生産量が増加する)が成立するのは限られた植物の場合でしかないことが理論的に明らかとなった。すなわち、A_<max>の大きくなりがちな草本では葉を立てる効果はほとんどなく、A_<max>の小さな木本でのみ葉を立てることは効果的であった。これはここ数十年にわたって行われてきたイネの育種及び栽培法には大きなメリットのないことを意味している。
一方、常緑針葉樹のようにA_<max>が小さく、葉面積指数(LAI)の大きな植物では葉が立っていることは純生産量を上げるのに役立つことになる。ただし、この場合にはCO_2濃度が上昇した場合の純生産量の増加は少ないはずである。現在、スギの実生を用い、予測の検証を試みている。

Research Products

• [Journal Article] Long-term, short-interval measurements of the frequency distributions of the photosynthetically active photon flux density and net assimilation rate of leaves in a cool-temperate forest (2012)
  • Author(s): Miyashita, A., Sugiura, D., Sawakami, K., Ichihashi,R., Tani, T., Tateno, M.
  • Journal Title: Agricultural and Forest Meteorology Volume: 152 Pages: 1-10
  • Peer Reviewed