2022 Fiscal Year Research-status Report

Is tree having thick and dense crown vulnerable for global warming? Validation of a new hypothesis for inter-species variations in crown structure

Research Project

Project/Area Number	21K19141
Research Institution	Shizuoka University
Principal Investigator	飯尾淳弘静岡大学, 農学部, 准教授 (90422740)
Project Period (FY)	2021-07-09 – 2024-03-31
Keywords	光合成 / 気孔コンダクタンス / 温度応答と順化 / 葉のガス交換モデル / 光合成の最適温度 / ブナ
Outline of Annual Research Achievements	葉の光合成速度の温度応答（温度カーブ）を再現するために、これまでに蓄積したブナのガス交換データを用いて、Farquharの光合成モデルとMedlynの気孔コンダクタンスモデルの鍵となるパラメータを決定した。各パラメータの気温や葉齢による変化を考慮することで、温度カーブの季節変化を再現可能なモデルを構築した。気温、葉齢の影響について重回帰分析を行ったところ、多くのパラメーターで強い葉齢の影響が検出された。温度カーブの季節変化の再現には気温よりも葉齢の影響が重要かもしれない。温度カーブの最適温度（Topt）の変化は植物の温度順化能力の指標としてよく用いられる。しかし、葉齢は順化と無関係な因子であるため、Toptの季節変化には温度順化以外の要因が含まれることを意味する。その程度を知るため、パラメーターの決定されたガス交換モデルを用いて温度カーブの季節変化（5～10月）と標高変化（550mと1500m）を再現した。そして、Toptの変化を順化による成分と葉齢変化による成分に分けて評価した。多くの研究が示してきたように、Toptは季節、標高に関わらず気温と強い正の相関を示した。この相関は葉齢の影響を除外しても維持されたが直線の傾きは大きく低下した。葉齢の影響を分析した結果、春の低いToptは未熟葉の低い気孔コンダクタンスに起因すること、秋の低いToptは葉の老化による光合成能力と活性化エネルギーの低下が関与すること、高標高の低いToptには大気の乾燥による気孔閉鎖が関与すること、が明らかになった。つまり、野外条件で得られた温度カーブとToptの変化には葉齢の影響が少なからず含まれており、Toptの変化を順化能力と解釈するのは危険といえる。野外では多くの要因が同時に変化し作用するため、光合成速度の温度順化を理解するには、気孔応答や生化学プロセスを調べる必要がある。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 陰樹について葉のガス交換パラメータの測定とモデルの構築は完了している。陽樹についても光合成に関するパラメータは測定済みであり、気孔コンダクタンスの応答に関するパラメータを測定するのみとなっている。また、個体光合成量の計算に必要な葉群データについてもほぼ測定を終了しており、あとは計算を残すのみとなっている。これらの状況を考え、おおむね順調と評価した。
Strategy for Future Research Activity	陽樹について葉のガス交換の日変化測定を行い、気孔コンダクタンスの環境応答に関するパラメータを決定し、陽樹、陰樹ともに葉のガス交換モデルを完成させる。すでに測定ずみの葉分布データを既開発の放射伝達モデルと統合して、個体の光環境の3次元分布を再現し、個体光合成の温度カーブを推定する。陽樹と陰樹の温度カーブを比較し、本課題の仮説を検証する。