2016 Fiscal Year Annual Research Report

イネ科C4作物における群落レベルの光合成の実態と光環境順応・適応機構の解明

Research Project

Project/Area Number	16H04868
Research Institution	Kyushu University
Principal Investigator	上野修九州大学, 農学研究院, 教授 (70414886)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords	植物生産生理学 / C4作物 / 個体群 / 光合成 / 光環境順応
Outline of Annual Research Achievements	作物個体群では上層部の葉により下層部が遮光されるため，下位葉の弱光への順応が個体群の生産性に関わっていると考えられるが，C4作物については不明な点が多い。本研究では，圃場のトウモロコシ個体群の下位葉における弱光順応の実態を明らかにしようとした。トウモロコシは下位葉の受光量を変化させるため慣行区と疎植区を設けて夏期に九大圃場で栽培した。7～8月に上位より第3葉(上位葉)と第9葉(下位葉)について光合成特性や葉構造を調査した。下位葉における日中の平均光強度は、慣行区および疎植区で上位葉の16%，37%であった。疎植区の下位葉では光強度が変化し，数十分～数時間，70～90%の強光が当たる時間帯が日に数回見られたが，慣行区では見られなかった。光合成速度(Pn)については，慣行区では500 umol m-2 s-1以上の強光下では上位葉が下位葉よりも高かったが，弱光下(20 umol m-2 s-1)では上位葉よりも下位葉が高かった。疎植区ではいずれの光強度でもPnに上位葉と下位葉で差は見られなかった。慣行区では，クロロフィル(Chl)含量は上位葉と下位葉で差は見られなかったが，Chl a/b比は下位葉が低かった。慣行区では下位葉の葉内N含量は上位葉より低かったが，疎植区では上位葉と下位葉で差は見られなかった。葉の維管束間距離および葉厚には両区ともに上位葉と下位葉で差はなかった。一方，葉肉細胞と維管束鞘細胞の葉緑体サイズは，慣行区の下位葉が上位葉よりも小さくなっていたが，疎植区ではこの傾向は見られなかった。以上より，慣行区の下位葉では上位葉に比べ, 1) 弱光下でPnが高い，2) Chl a/b比が低い，3) 葉内N含量が低い等の特徴が見られ, 弱光下で光利用効率や光合成N利用効率を高くして，弱光に有利な光合成特性を獲得していることが明らかとなった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason トウモロコシ個体群における下位葉における光合成特性を、疎植区と通常区について比較調査し、その実態を明らかにすることができた。結果は、C4作物の葉でも弱光環境への順応が起こっていることを示しており、実際の圃場におけるトウモロコシの光合成特性を理解する上で価値あるデータと考えられる。このように当初予定していた成果を得ることができた。
Strategy for Future Research Activity	トウモロコシ個体群における光合成特性については、葉の構造レベルの光環境順応性をより明確にするため、葉緑体のグラナ構造等の観察を電子顕微鏡を用いて進める。また、イネ科植物の中で、弱光環境に適応した特殊なC4植物について光強度を変えて育成し、どのような光合成特性を獲得しているのかを調査する。