2021 Fiscal Year Annual Research Report
Outer-canopy autumn leaves protect inner-canopy leaves from strong light, contributing to carbon gain and nitrogen remobilization
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20H03036
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| Research Institution | Forest Research and Management Organization |
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Principal Investigator |
北尾 光俊 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 (60353661)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
飛田 博順 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 (10353781)
田中 亮一 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (20311516)
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)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 紅葉 / 光阻害 / 窒素回収 / 糖集積 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度に引き続き、森林総合研究所北海道支所樹木園に生育するハウチワカエデ成木を対象として、葉の糖・デンプン量、窒素量、色素量、光合成速度および光阻害の季節変化を測定した。光阻害の指標として、一晩暗順化した葉を対象にクロロフィル蛍光反応測定で得られる光化学系Ⅱの最大光化学効率（Fv/Fm）を用いた。測定は樹冠表層の葉（陽葉）と樹冠下部の葉（陰葉）を対象として行った。夏季から秋季にかけて、糖およびデンプン量は全般的に陽葉が陰葉よりも多かったが、糖とデンプン量を合計した非構造性炭水化物量（non-structural carbohydrate, NSC）に対する糖の割合の季節変化は陽葉と陰葉で違いがなく、10月初めから落葉にかけて増加する傾向を示した。昨年度の顕微鏡観察により、離層形成による維管束の分断が認められなかったこととあわせて、アントシアニン合成に必要な糖の集積は、葉での糖・デンプン代謝の変化が原因であることが示唆された。糖の集積は葉の老化のシグナルになることが知られているが、炭水化物の糖への分配増加のタイミングが陽葉と陰葉で同じだったことから、樹冠内の光環境にかかわらず、同時期に老化が始まっていたと考えられる。また、乾重当たりの光合成速度と窒素量に関しても陽葉と陰葉間の差は小さく、葉の老化にともない同じタイミングで低下していく傾向が見られた。一方で、陽葉においては、光合成の低下にともなうアントシアン含量の顕著な増加が認められた。老化のタイミングや窒素回収のタイミングが同じであること、また、光阻害の指標となるFv/Fmの低下が光合成速度や窒素含量の低下より遅れて生じていることを考慮すると、紅葉の原因となるアントシアニンの葉葉での集積は、光酸化ストレスから葉を守り、窒素回収を確実に行うための防御機能として働いていることが考えられる。
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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
本研究は落葉広葉樹を対象として、樹冠表層葉の紅葉化が表層葉ならびに樹冠内部の葉の離層形成、光合成と光阻害、光合成産物の転流、窒素の回収、光合成色素系の動態に及ぼす影響を時系列的に解析することで、紅葉現象の生理生態学的機能を解明することを目的としている。令和３年度は計画通り、令和２年度に引き続き、ハウチワカエデ成木樹冠内の陽葉と陰葉を対象として、光合成活性の測定、糖・デンプンおよび窒素の定量、光合成関連色素の季節変化を測定した。また、遺伝子発現解析に必要なRNA-seqも完了していることからおおむね順調とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和２年度と３年度の夏季から秋季において、樹冠表層の紅葉する葉および樹冠内部の紅葉しない葉を対象として、葉柄での離層の形成、光阻害と光合成、光合成産物の転流と窒素の回収について複数年のデータが得られている。それらのデータをベースとして、紅葉時の光合成や転流に関連する遺伝子発現を解析することにより、紅葉時に葉内で生じている生理的反応を解明する。さらに、追加実験として、庇陰条件で生育したポット苗を全天条件へ移すことで樹冠表層葉の早期落葉を想定し、紅葉による着葉期間の延長が樹冠内部の葉の窒素回収に貢献しているかを検証する。これらのデータ解析結果をとりまとめ、紅葉の持つ生理生態学的機能の解明を行う。
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