2022 Fiscal Year Final Research Report

Outer-canopy autumn leaves protect inner-canopy leaves from strong light, contributing to carbon gain and nitrogen remobilization

Research Project

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Project/Area Number	20H03036
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 40010:Forest science-related
Research Institution	Forest Research and Management Organization
Principal Investigator	Kitao Mitsutoshi 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)
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)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	光阻害 / 窒素回収 / 糖集積 / アントシアニン / デンプン
Outline of Final Research Achievements	We hypothesized that outer-canopy leaves protect themselves against photooxidative stress via anthocyanins while simultaneously shading inner canopy leaves and protecting them from strong light (holocanopy hypothesis). Based on seasonal changes in photosynthetic traits, leaf N, carbohydrates, and pigments in leaves grown under different light conditions within the canopy of an adult tree of fullmoon maple (Acer japonicum), anthocyanins accumulated in sun-exposed leaves might have a regulative role as a sugar buffer, retarding leaf senescence, and an indirect photoprotective role as an alternative sink for electron consumption, preventing photoinhibition under the seasonally-programmed starch depletion. Furthermore, based on an experiment transferring shade-grown seedlings to full sun, the photoprotective role of anthocyanins in outer-canopy leaves of fullmoon maple might also contribute to allow a safe N resorption in inner-canopy leaves by prolonged shading.
Free Research Field	樹木生理
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	紅葉現象の原因であるアントシアニンの機能については，１）光阻害の回避のための日陰効果（光防御仮説），と２）昆虫忌避のためのシグナル（共進化仮説），の２つの仮説を中心に研究が進められてきた。本研究によって，新たなアントシアニンの機能として，糖濃度の上昇を抑えることによる老化抑制および電子伝達によって生じたエネルギーの消費による光阻害の回避が示唆された。また，樹冠表層葉の早期落葉を想定したポット試験により，樹冠内部の葉の紅葉期の光阻害は窒素回収を阻害することが示された。アントシアニンにより樹冠表層の葉が守られ，樹冠表層の葉の遮光効果により樹冠内部の葉が守られるという「全樹冠仮説」を新たに提唱する。