2017 Fiscal Year Annual Research Report

Novel mechanisms of winter xylem dysfunction due to pit aspiration in conifer trees

Research Project

Project/Area Number	17H03825
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	種子田春彦東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (90403112)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	福田健二東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (30208954) 矢崎健一国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員等 (30353890)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2021-03-31
Keywords	水ストレス / 木部構造 / 仮道管 / 水輸送
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、これまでに壁孔の閉鎖が通水阻害の原因となることを明らかにした。一方で、これまでの多くの研究では木部に気泡が入ることで仮道管を詰めて通水阻害を起こすことが報告されている。今年度はこの2つの要因がどのように関わっているのかを、通水阻害の程度を定量すると同時に木部の水分布や壁孔の様子をcryo-SEMを用いて観察し、これらの季節変化を見ることで明らかにした。その結果、冬季で強い水ストレスがかかっていない時にも、木部の仮道管は水で満たされており、観察できた壁孔のうち90％で壁孔膜が閉鎖していた。このとき、最大の通水量に対して70％以上の通水阻害（PLC、percent loss of conductivity）が検出された一方で、3月末になると乾燥が進行し、PLCはほぼ100％に近い値が観察された。そして、木部では平均して65％程度の仮道管が空気で満たれていたのと同時に、観察された壁孔のうち30％で壁孔膜が閉鎖していた。これらの結果から、軽度の水ストレス条件下では通水阻害の原因が壁孔膜の閉鎖にあり、さらにストレスが深刻化するとエンボリズムによって起きることが示唆された。 4月の後半になるとPLCは70％まで減少した。木部にはエンボリズムの状態にある仮道管が多数、観察されたが、観察された75％以上の壁孔で壁孔膜が通常の位置へ戻っており、PLCの回復がこれによって起きたことを示唆している。その後、7月の展葉にまでの期間で測定を続けたところ、PLCは10％付近まで低下した。この低下は、木部の仮道管は徐々に水で再充填されることと同時に6月後半から新しく肥大成長を行うためにであると考えられる。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 今年度の測定によって通水阻害、木部水分布、そして壁孔膜の位置の季節変化を明らかにできた。この結果は、本研究が対象とする現象の全体像を明らかにするものである。
Strategy for Future Research Activity	風衝環境における常緑針葉樹の通水阻害とその回復のメカニズムを明らかにするため、来年度は以下の実験を予定している。（１）凍結時に生じる水の流れが壁孔の閉鎖を促す、という仮説を検証するために、壁孔が閉鎖する蒸散流の速度をシラビソで測定する。（２）MRIを用いた木部内の水分布の経時変化の非破壊的な測定によって通水阻害からの回復過程の可視化を引き続き行う。これは、研究分担者である福田健二教授と協力して行う。（３）シラビソにおける通水阻害や水分布の季節変化での測定の際に撮像したSEMの画像を解析して、エンボリズムの割合や壁孔膜の閉鎖の度合いを定量化する。