2015 Fiscal Year Research-status Report
炭素安定同位体と遺伝的解析による気孔開度評価に基づいた街路樹の環境ストレス診断
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15K00566
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
富田 祐子 (半場祐子) 京都工芸繊維大学, その他部局等, 教授 (90314666)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
久米 篤 九州大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (20325492)
山田 悦 京都工芸繊維大学, 学内共同利用施設等, 教授 (30159214)
北島 佐紀人 京都工芸繊維大学, その他部局等, 准教授 (70283653)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 光合成 / 水利用効率 / 炭素安定同位体比 / 街路樹 / 気孔コンダクタンス / ヒートアイランド / 大気汚染 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では代表的な街路樹の葉の「炭素安定同位体比（δ13C）」を用いて気孔の開度判定を行うことにより環境ストレスを診断する。併せて気孔開閉に関連する遺伝子群の解析により、環境ストレスをもたらす遺伝的な背景を明らかにし、夏期の環境ストレスを緩和する管理用法や樹木種を見いだし、都市の高温化や二酸化炭素放出量の抑制に資することを目的としている。
平成27年度は京都市内において大気汚染レベルが異なる調査地を設定し、街路樹として国内で最も多く植栽されているイチョウ（高木）およびヒラドツツジ（低木）を対象に、ガス交換法および葉の炭素安定同位体を用いて光合成機能を比較・評価した。イチョウは調査地間で光合成機能はほとんど変わらなかった。また、炭素安定同位体の比率も調査地間でほぼ同等であった。
一方ヒラドツツジについては、大気汚染濃度が最も高い調査地「大宮」のヒラドツツジは、大気汚染濃度がもっとも低い調査地「西ノ京」と比較すると気孔開度（気孔コンダクタンス）が42％しかなく、気孔を閉じていることが分かった。「大宮」に植栽されていたヒラドツツジの葉の炭素安定同位体比は「西ノ京」と比較すると2パーミル高かった。また、乾燥ストレスをかけて栽培したヒラドツツジについて、葉の光合成機能と炭素安定同位体比を比較したところ、乾燥ストレスをかけた葉の光合成速度は52％に低下し、気孔開度は38％に低下、水利用効率は1.3倍になり、炭素安定同位体比は0.6パーミル増加した。これらの結果から、光合成機能、特に気孔開度の指標として炭素安定同位体比が有効な評価指標となりうることが示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画では、初年度である平成27年度は、京都市内に生育している樹木を使用して環境モニタや光合成機能の測定を中心に行う計画であった。
平成27年度は、京都市内に調査地を設定し、高木であるイチョウ、および低木であるヒラドツツジについて、気温、光強度、大気汚染物質濃度などの各種の環境モニタに加えて光合成機能の測定および炭素安定同位体比の測定をほぼ計画通りに行うことができた。イチョウについては調査地の間で差がなかったが、ヒラドツツジについては調査地間でほぼ予想通りの光合成機能および炭素安定同位体比の差を得ることができた。この成果は日本生態学会仙台大会にて発表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度以降は、次のように研究を推進する計画である。
（１）京都市内の街路樹の中低木5種について、乾燥ストレス実験を実施する。葉のδ13C測定を行ない、光合成速度および蒸散との関係を求める。葉のδ13Cによる樹種のランク分けを行ない、それぞれのランクについて平均的な光合成速度および蒸散速度を推算する。
（２）δ13Cランク別の管理方法の検証
δ13Cランク別に管理方法（夏期の潅水とマルチング）による蒸散量や二酸化炭素固定量の増加効果を検証する。管理にかかるコストもふまえ、最も効果的に蒸散量や二酸化炭素固定量が増加する樹木δ13Cランクと管理方法の組み合わせを明らかにする。
（３）街路樹の遺伝子解析：葉の凍結保存サンプルを用いて、アクアポリンをはじめとする気孔開度に関連する遺伝子群の発現量をRT-PCRで解析する。そのために、遺伝子抽出方法の検討や配列データベースの構築を行う。δ13Cによる樹種のランク分けとの関係を明らかにすることにより、街路樹の環境ストレスを決定する遺伝的な背景を解明する。
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| Causes of Carryover |
2016年4月に当該課題にかかる国際学会発表を計画しており、その旅費に差額を充当する計画である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
2016年4月19-21日に韓国で行われた第7回EAFES（東アジア生態学連合）に学生が参加し発表を行った。2015年度の残額はそのときの旅費として充当した。
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[Journal Article] The photosynthetic capacity in 35 ferns and fern allies: mesophyll CO<sub>2</sub> diffusion as a key trait2016
Author(s)
Tosens T, Nishida K, Gago J, Coopman RE, Cabrera HM, Carriqui; M, Laanisto L, Morales L, Nadal M, Rojas R, Talts E, Tomas M, Hanba YT, Niinemets, Flexas J
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Journal Title
New Phytologist
Volume: 209
Pages: 1576-1590
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Effect of aquaporin and mesophyll conductance on leaf photosynthesis2015
Author(s)
Yuko Hanba, Keisuke Nishida, Miki Kawase, Yusaku Onishi, Ayako Tsuchihira, Masayoshi Maeshima, Maki Katsuhara, Tetsu Kawazu
Organizer
ARC Centre of Excellence for Translational Photosynthesis Scientific Conference, Austrarian National University
Place of Presentation
Hyatt Hotel Canberra
Year and Date
2015-05-14 – 2015-05-14
Int'l Joint Research / Invited
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