2017 Fiscal Year Research-status Report
イネ光合成改良に向けた光合成窒素利用効率のイネ科変異の解明
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16K18643
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
安達 俊輔 東京農工大学, グローバルイノベーション研究院, 特任助教 (30717103)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 光合成 / 窒素含量 / 炭酸固定速度 / 気孔伝導度 / 葉肉伝導度 / 光呼吸 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は植物の葉の窒素含量当たり光合成速度（光合成窒素利用効率, PNUE）に着目し、1. 複数のイネ科植物のPNUEの自然変異の解明、2. この自然変異をもたらす生理要因の解明、3. 主要作物であるイネのPNUEの向上に結びつく新たな視点の獲得を目的として実施する。
これまでの研究実績は以下のように要約される。1. C3、C4植物を含む複数のイネ科植物において幅広いPNUEの変異があることを示した。C4植物のPNUEはC3植物に比較して高いことに加え、C3植物種間にも幅広いPNUEの変異が認められた。2. イネ科、非イネ科植物を含めた7種のC3植物種を用いた生理解析において、イネのPNUEが他のC3植物に比べて高いこと、イネの品種間にもPNUEの大きな差異があることを示した。3. 重回帰分析によって、PNUEの差異は炭酸固定速度と気孔伝導度の差異に強く影響されることを示した。イネ（タカナリ）は窒素含量当たり炭酸固定速度・気孔伝導度が他の植物よりも大きく、このことが高いPNUEに関係していた。一方シロザの窒素含量あたり気孔伝導度はタカナリに比較してさらに大きかった。4. 光呼吸の指標であるC*はC3植物の間で違いがなく、窒素含量の増加に対して低下する傾向が見られた。ただシロザのみ他の種に比較して著しく小さいC*を示した。以上の結果より、タカナリはC3植物のなかでは特に高いPNUEを有するが、シロザの持つ気孔伝導度や光呼吸に関わる性質を導入することで、一層のPNUEの向上が期待できると考えられた。
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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
研究は当初研究計画に基づいて以下のように進展している。1. C3, C4植物を含む多様な種のPNUEを評価し、その多様な変異があること、イネはC3植物の中ではPNUEが大きいことを示した。またイネの品種間にも大きなPNUEの差異があることを明らかにした。2. PNUEに関わる種々の生理的形質データ（気孔伝導度、炭酸固定速度、最大光合成速度、葉の厚さ、光呼吸速度、暗呼吸速度）を取得した。さらにイネのPNUEが高い理由を上記生理的性質の解析を通じて明らかにした。3. 種々の植物の比較を通じてイネのPNUEを一層高めるために重要となる形質を指摘した。4. 安定同位体分別解析によって葉肉伝導度を算出するために、ガスサンプルを採取した。5. 光合成生理形質と密接な関係のある葉の内部微細構造を解析するために、葉の樹脂包埋サンプルを取得した。
以上のように当初計画に記載した多様な植物の光合成窒素利用効率の比較とその生理解析について順調に進んだ。
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| Strategy for Future Research Activity |
種々のC3植物の光合成窒素利用効率とその生理特性の解析を通じて、多様な変異があることを見出し、さらにその決定要因の一端を解明することが出来た。しかし、課題が２点残されている。１つは今回得られた炭酸固定速度はRubiscoの活性と葉肉伝導度の両方の影響を受けるため、葉肉伝導度を算出したうえでRubisco活性を比較する必要がある。２つは葉肉伝導度やC*、炭酸固定活性などの性質が、葉の内部の形態的性質と関連する可能性である。PNUEの種間差を詳細に解明するには、上記性質の比較が必要である。
解析に必要となるガスサンプルならびに葉樹脂包埋サンプルの取得はすでに終了している。次年度はガスサンプルの安定同位体分別解析によって葉肉伝導度の解析とRubiscoの活性の算出を行う。また葉の内部形態の観察を実施し、細胞サイズ、葉緑体サイズならびに細胞間隙に面した葉緑体の表面積率を算出する。これらの性質と炭酸固定速度などとの関係ならびにPNUEの種間差との関係を解析する。さらに得られた結果に基づいてモデル解析を行い、イネのPNUEを高めることに関わる生理形態的性質について考察を行う。
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| Causes of Carryover |
形態学的解析やガス交換に関わる一部の解析に予定より多少の遅れがあったためにこれらの実験に関わる消耗品、機器の発注が年度内に行えなかった。翌年度において、両実験に関わる消耗品、機器を中心に平成29年度未使用額分も含めて執行する予定である。
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Research Products
(4 results)
