高CO_2環境制御下に生育する樹木の肥大成長と細胞壁構造に関する研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11460076
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 船田 良 北海道大学, 大学院・農学研究科, 助教授 (20192734)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 玉井 裕 北海道大学, 大学院・農学研究科, 助教授 (50281796) ; 佐野 雄三 北海道大学, 大学院・農学研究科, 助手 (90226043) ; 小池 孝良 北海道大学, 北方生物圏フィールド科学センター, 教授 (10270919) ; 丸山 温 森林総合研究所, 北海道支所, 室長(研究職)
• Keywords: 大気中二酸化炭素 / カラマツ / 成長特性 / 光合成 / シラカンバ / 木部細胞形態 / 順化 / 炭素固定

Research Abstract

大気中CO_2濃度の上昇に伴う、樹木の炭素固定能の評価を行う目的で研究を行った。本研究では、大気中CO_2濃度を上昇させた環境制御下でカラマツおよびシラカンバを長期間生育させ、樹木の生理学的な反応特性を解析した。高CO_2濃度(720ppm)下で1年間生育させたカラマツは、通常CO_2濃度(360ppm)下に比べ樹高が小さいが、地際部の樹幹直径が大きく肥大成長が促進したといえる。その結果、高CO_2濃度下で樹幹の形状が変化した。それに対し、高CO_2濃度(720ppm)下で3年間生育させた場合は、肥大成長の促進が認められなくなった。これらの結果は、1年間など短期間の高CO_2処理では樹木の肥大成長が促進する傾向にあるが、長期間の高CO_2処理では成長への促進効果は認められなくなることを示している。従って、高CO_2環境下における樹幹のCO_2固定能の増加は起こらないと結論づけられる。一方、高CO_2処理の年輪構造への影響は認められなかったことから、高CO_2濃度下においても材質は変化しないといえる。
定期的に個葉の光合成反応を解析したところ、光合成速度は通常CO_2濃度下に比べ高CO_2濃度下で高い値を示した。しかしながら、生育期間が長くなるについて高CO_2濃度下で生育した樹木の光合成速度が低下し、個葉の光合成反応の順化現象が認められた。従って、長期間高CO_2濃度下で生育したカラマツのCO_2吸収量は大きく増加するとはいえず、この順化現象が高CO_2濃度下と通常CO_2濃度下の成長量に差が生じなくなった原因の一つといえる。個葉の光合成反応の順化現象は、シラカンバでも同様に認められ、時間の経過と共に高CO_2処理の正の効果が認められなくなった。また、高CO_2濃度下で生育した樹木の葉内に含まれる可溶性のタンパク質量が時間の経過と共に減少しており、光合成カルビン回路におけるCO_2固定酵素であるRubisco量も減少した。高CO_2処理によるRubisco量の減少が、光合成反応の順化現象を引き起こした原因の一つと考えられる。
以上の研究成果により、将来の高CO_2環境下における森林の炭素固定能を評価するための新しい基礎的な知見が得られたといえる。得られた成果について、さらに公開する予定である。

Research Products

• [Publications] Yazaki K. et al.: "Growth and annual ring structure of Larix sibirica grown at different carbon dioxide concentrations and nutrient supply rates"Tree Physiology. 21. 1223-1229 (2001)
• [Publications] Funada R. et al.: "Involvement of localized cortical microtubules in the formation of a modified structure of wood"Journal of Plant Research. 114. 491-497 (2001)