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2016 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

Research Project

Project/Area Number 15K00566
Research InstitutionKyoto Institute of Technology

Principal Investigator

富田 祐子 (半場祐子)  京都工芸繊維大学, 応用生物学系, 教授 (90314666)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 久米 篤  九州大学, 農学研究院, 教授 (20325492)
山田 悦  京都工芸繊維大学, 環境科学センター, 教授 (30159214)
北島 佐紀人  京都工芸繊維大学, 応用生物学系, 准教授 (70283653)
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2019-03-31
Keywords乾燥ストレス / 大気汚染物質 / 光合成 / 街路樹 / 炭素安定同位体比
Outline of Annual Research Achievements

街路樹の光合成機能と炭素安定同位体との関係を調べるため、屋外における街路樹調査、およびポット植えした街路樹の苗に乾燥ストレス負荷を与える実験の2種類の研究を行った。
(1)京都市内における街路樹調査:
京都市内において、大気汚染物質濃度が異なっていることが分かっている3カ所の調査地を選定し、オゾンの濃度を実測するとともに、街路樹として植栽されているヒラドツツジおよびソメイヨシノの光合成機能および炭素安定同位体比の評価を行った。高木であるソメイヨシノについては、調査地間で光合成速度の差が見られたものの、大気汚染物質濃度とは関係がなかった。それに対して低木のヒラドツツジでは、NO2などの大気汚染物質濃度が1.5倍である調査地で光合成速度が16%低かった。さらにヒラドツツジでは、大気汚染物質濃度が高い調査地で葉の炭素安定同位体比が1パーミル高くなっていたことから、葉の光合成機能判定のために炭素安定同位体比が有用であることが強く示唆された。
(2)乾燥ストレス負荷実験:
ポット植えした5種の街路樹(カンツバキ、マルバシャリンバイ、レンギョウ、ヒラドツツジ、クルメツツジ)について、1ヶ月間灌水を停止することによって乾燥ストレスを与え、葉の光合成機能や水分状態、および炭素安定同位体比がどのように変化するかを調べた。乾燥ストレスに対する光合成の生化学機能の応答には大きな種間差はなかった。一方、気孔や水分状態の応答には樹種間で顕著な差異が認められた。調査を行った5種の中ではヒラドツツジおよびマルバシャリンバイは乾燥ストレスに対して水ポテンシャルの減少が約10%に留まっており、さらに乾燥ストレスからの回復率もほぼ100%であったことから、乾燥ストレスには強い樹種であることが示唆される。一方、炭素安定同位体比については、予想に反して、いずれの樹種でも1ヶ月間の灌水停止によって変化が生じなかった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成28年度は、平成27年度までに行った屋外における調査実験を継続してデータを補強するとともに、当初計画でも平成28年度に行う計画であった街路樹の苗木栽培実験を行った。
(1)京都市内における街路樹調査:
高木については平成27年度までとは異なる樹種を、低木については平成27年度までと同一の樹種を対象とし、平成27年度までに行った実験をもう一度行うことで研究結果の検証を行った。その結果、高木および低木いずれについても平成27年度までとほぼ同様の結果が得られ、「高木の光合成は大気汚染物質濃度に対してあまり応答しないが低木は敏感に応答する」というこれまでに得た結論を裏付けることができた。
(2)乾燥ストレス負荷実験:
苗木栽培実験については、街路樹の植栽を実施している事業者である西日本高速道路の担当者と議論を重ね、樹種を5種にまで絞り込み、ほぼ計画通りの実験を実施することができた。実験を行った5種の間ではストレス応答に明瞭な差異が認められ、期待した通りの結果を得ることができた。
さらに、当初計画にあったガス交換測定および葉の炭素安定同位体比の測定に加えて、新たに水ポテンシャルの計測を追加することにより、植物の水分状態/光合成機能/炭素安定同位体の3者の関係をより明確に把握することができるようになった。

Strategy for Future Research Activity

苗木にストレスを負荷する実験について、樹種を追加して平成28年度と同様の実験を行う。また、乾燥ストレス耐性に関与する遺伝子を明らかにするため、その遺伝子の候補として「アクアポリン」を取り上げ、大気の乾燥ストレスに対する発現量の変動、および炭素安定同位体比の変化との関連を明らかにする。
(1)乾燥ストレス負荷実験:
平成29年度は、新たに街路樹の低木樹種を5種選定し(ヤマブキ、ユキヤナギ、カルミア、アベリア、ツゲ)、平成28年度と同様の乾燥ストレス負荷実験を行う。平成27年度は、1ヶ月のストレス負荷により炭素安定同位体比の差が現れなかったことから、平成28年度はストレスの期間を延長し、どの程度の期間のストレスで炭素安定同位体比に変化が現れるのか、またその期間にはどのような種間差があるのかを明らかにする。
(1)アクアポリン遺伝子の発現解析
アクアポリン遺伝子の塩基配列が明らかになっている「ユーカリ」を対象とし、大気の乾燥ストレスをかけることによって、アクアポリン遺伝子群の発現量がどのように変動するのかをRT-PCRを用いて調査する。気孔の開度や炭素安定同位体比の測定を同時に行い、遺伝子発現量との関係を明らかにする。

Causes of Carryover

当初は光合成測定装置のメンテナンス費用、および人件費を見込んでいたが、光合成測定装置のメンテナンスは不要となり、また人件費は他の予算からの充当が可能となったため、次年度使用額が生じた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

今年度は昨年度と比較すると遺伝子解析用の試薬など高額な消耗品が必要となるため、「次年度使用額」からの充当を計画している。また、今年度は他予算から人件費の充当が困難であることが見込まれることから、「次年度使用額」は人件費にも使用する計画である。

  • Research Products

    (15 results)

All 2017 2016

All Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Acknowledgement Compliant: 7 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Comparative analysis of photosynthetic response to drought for four temperate ferns in Japan.2017

    • Author(s)
      Keisuke Nishida, Yuko T. Hanba
    • Journal Title

      Photosynthetica

      Volume: 55 Pages: 印刷中

    • DOI

      10.1007/s11099-017-0694-3

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] A hypergravity environment increases chloroplast size, photosynthesis, and plant growth in the moss Physcomitrella patens.2017

    • Author(s)
      Kaori Takemura, Hiroyuki Kamachi, Atsushi Kume, Tomomichi Fujita, Ichirou Karahara, Yuko T. Hanba.
    • Journal Title

      Journal of Plant Research

      Volume: 130 Pages: 181-192

    • DOI

      10.1007/s10265-016-0879-z

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [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
    • Journal Title

      New Phytologist

      Volume: 209 Pages: 1576-1590

    • DOI

      10.1111/nph.13719.

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Photosynthetic responses to soil water stress in summer in two Japanese urban landscape tree species (Ginkgo biloba and Prunus yedoensis) - effects of pruning mulch and irrigation management-2016

    • Author(s)
      Yuichi Kagotani, Keisuke Nishida, Takashi Kiyomizu, Keisuke Sasaki, Atsushi Kume and Yuko T. Hanba
    • Journal Title

      Trees

      Volume: 30 Pages: 697-708

    • DOI

      10.1007/s00468-015-1312-2

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Analyzing the Difference Between Floral Materials Water Potential When Cut by Ikebana Experts and Inexperienced Persons2016

    • Author(s)
      Yuki Ikenobo, Yuko Hanba, Noriaki Kuwahara, Akihiko Goto
    • Journal Title

      HCI International 2016 Proceedings

      Volume: HCI (15) 2016 Pages: 422-431

    • DOI

      10.1007/978-3-319-40247-5_42

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Py-GC/MS analysis of sediments from Lake Biwa, Japan: characterization and sources of humic acids2016

    • Author(s)
      Yasuro Fuse, Takahiro Okamoto, Kazuhide Hayakawa, Hajime Karatani, Etsu Yamada
    • Journal Title

      Limnology

      Volume: 17 Pages: 207-221

    • DOI

      10.2007/s10201-015-0470-7

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Transcriptome and proteome analyses provide insight into laticifer's defense of Euphorbia tirucalli against pests2016

    • Author(s)
      Kitajima, S., Miura, K., Aoki, W., Yamato, K. T., Taira, T., Murakami, R., & Aburaya, S.
    • Journal Title

      Plant Physiology and Biochemistry

      Volume: 108 Pages: 434-446

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1016/j.plaphy.2016.08.008

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 生態系への人為的な窒素負荷の増大は樹木にどのように影響す るのか2017

    • Author(s)
      久米 篤
    • Organizer
      第128回日本森林学会大会
    • Place of Presentation
      鹿児島大学郡元地区
    • Year and Date
      2017-03-27 – 2017-03-27
  • [Presentation] 京都市内において濃度が異なる大気汚染物質が街路樹に与える影響2017

    • Author(s)
      山岸彩, 山田悦, 半場祐子
    • Organizer
      日本生態学会第64回全国大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学早稲田キャンパス
    • Year and Date
      2017-03-15 – 2017-03-15
  • [Presentation] 大気の乾燥に対するソメイヨシノ・イチョウ・トウカエデ・ヒラドツツジの光合成応答について2017

    • Author(s)
      上田麻衣
    • Organizer
      日本生態学会第64回全国大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学早稲田キャンパス
    • Year and Date
      2017-03-15 – 2017-03-15
  • [Presentation] 乾燥条件下における中低木街路樹の光合成機能・水分状態の比較2017

    • Author(s)
      堀家広樹, 半場祐子
    • Organizer
      日本生態学会第64回全国大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学早稲田キャンパス
    • Year and Date
      2017-03-15 – 2017-03-15
  • [Presentation] 光合成の制御因子としての二酸化炭素拡散コンダクタンス -植物の生産性・乾燥耐性への効果―2016

    • Author(s)
      半場祐子
    • Organizer
      平成28年度 農業・工業原材料生産と光技術研究会
    • Place of Presentation
      クラウンパレスホテル浜松
    • Year and Date
      2016-10-13 – 2016-10-13
    • Invited
  • [Presentation] Analysis of plant photosynthetic functions using stable carbon isotope ratio2016

    • Author(s)
      Yuko T. Hanba
    • Organizer
      German-Japanese symposium: Plant trait workshop
    • Place of Presentation
      Techniche Universitat Dresden
    • Year and Date
      2016-05-09 – 2016-05-09
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Seasonal variation in carbon isotope discrimination and photosynthesis of a roadside tree Ginkgo biloba2016

    • Author(s)
      Tomomitsu Kinoshita, Yuko T.Hanba, Keisuke Nishida, Takashi Kiyomizu
    • Organizer
      7th EAFES
    • Place of Presentation
      Inter-Burgo DAEGU, Daegu, Korea
    • Year and Date
      2016-04-19 – 2016-04-19
    • Int'l Joint Research
  • [Book] 植物の百科事典(2項目の執筆)2016

    • Author(s)
      半場祐子
    • Total Pages
      802
    • Publisher
      丸善

URL: 

Published: 2018-01-16  

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