2020 Fiscal Year Annual Research Report
Physical implication of formation of S2L layer in cell wall of gymnosperm compression wood
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19H03016
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
山本 浩之 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (50210555)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 圧縮あて材 / 針葉樹 / 仮道管 / 細胞壁 / 成長応力 / 二次細胞壁 / リグニン / ミクロフィブリル傾角 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヒノキ、スギおよびイチョウの2種の裸子植物について、圧縮あて材部、正常材部および未成熟材部における、仮道管の繊維方向湿熱回復率（ひずみ）、同じく乾燥収縮率（ひずみ）を実測した。また、木部表面で繊維方向成長応力（解放ひずみとして測られる）をも測定した。その後、光学顕微鏡観察を行い、仮道管横断面形状、二次壁外縁部における高濃度リグニン堆積層（S2L層）の発達程度の観察、二次壁セルロースのエックス線回折パターン（ベータ回転パターン）からS2層のミクロフィブリル傾角（MFA）の測定と、S2L層の発達程度の評価を行った。
針葉樹のあて材では、顕微鏡学的にS2L層が発達しており、これはエックス線回折パターンによっても確認された。その発達程度は、圧縮の表面成長応力と正の相関関係にあり、このことは湿熱回復率、乾燥収縮率についても言えた（いずれも正常材の数十倍にも達する）。イチョウについては、従来はS2L層の発達は報告されていなかったが、本研究でその発達が確認され、表面成長応力、湿熱回復率、乾燥収縮率についても、針葉樹と同様な結果であった。
未成熟材では、MFAが圧縮あて材と同程度になったが、湿熱回復率は正常材とほとんど変わらなかった。なお乾燥収縮率は圧縮あて材のそれには及ばなかったが、MFAとはある程度の正の相関関係を示した。
まとめると、（１）圧縮あて材仮道管における繊維方向の圧縮成長応力、湿熱回復、乾燥収縮は、S2L層により強くコントロールされていること、（２）未成熟材仮道管では、乾燥収縮はMFAによるコントロールをも（ある程度）受けるが、湿熱回復はそうではないこと、である。これらの結果から、圧縮あて材の特異な寸法変化挙動は、MFAと言うよりもS2L層の形成によってコントロールされると結論した。以上は、繊維力学モデルを用いる数値シミュレーション（改良中）によっても説明することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
計画の年次計画は前後するものの、おおむね順調に進行している。しかしながら、研究の重要な眼目の一つである、熱帯針葉樹の調査とサンプリングが停滞している。
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| Strategy for Future Research Activity |
各種顕微鏡画像から、圧縮あて材・未成熟材・正常材の仮道管細胞壁に関する形態的・化学的特徴づけ（数値パラメータ化）を行い、その結果を繊維力学モデルを用いるシミュレーション（各種寸法変化挙動）に適用する。それにより、圧縮あて材仮道管の特異な寸法変化挙動を、S2L層の形成によって（組織力学の問題として）説明することができる。そのためには、繊維力学モデルを、独立した壁層としてS2L層を有するものへと発展させる必要がある（これまではミクロフィブリル傾角が類似しているS1層を代用してきた）。本年度は、実験データ収集・分析に併せ、その作業を遂行する。
さらに本年度は、年輪構造（早・晩材区分）を持たない熱帯針葉樹に関するデータを手に入れる（表面成長応力の現地測定とサンプリングが必要である）。インドネシア、マレーシア、フィリピン、あるいはブラジルのいずれかで実施する予定である。
実験データに関しては、複数樹種からの結果であっても、各1個体に限られているので、一般性ある結論を得るために、各樹種２～３個体の測定とサンプリング、および分析を目指す（このことは次年度にも亘るものと思われる）。
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