2015 Fiscal Year Annual Research Report
Nitrogen acquisition strategy of boreal forest plants: Winter nitrogen assimilation and its energy source
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25712017
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
小山 里奈 京都大学, 情報学研究科, 准教授 (50378832)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 植物栄養代謝 / 北方林 / 冬季 / 光合成 / 窒素同化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、非常に厳しい環境下に成立している北方林の維持機構について、植物の窒素養分利用の観点から解明することを目指すものである。これまで無視あるいは軽視されてきた冬季に着目し、北方林を構成する植物の冬季における窒素利用とそれにかかるエネルギー源について明らかにすることで、先行研究によって示されてきた矛盾点を説明し、非生育期間とされてきた冬季が北方林の植物の生育に果たす役割を評価することを試みる。
植物の主要窒素源には土壌中のアンモニア態窒素と硝酸態窒素があるが、本研究では特に硝酸態窒素に着目した。窒素源としての硝酸態窒素には、硝酸態窒素の同化を司る酵素の活性を指標として用いることで窒素養分条件の撹乱を伴うことなく窒素利用について調査できること、硝酸態窒素を利用する能力には種間で大きな差があること、硝酸態窒素同化には多大なエネルギーが必要であること、といった興味深い点があるためである。
これまでに、米国アラスカ州内陸部において優占するクロトウヒを対象とした野外調査により、硝酸態窒素の同化を司る酵素が冬季にも生成され、活性が認められること、光合成能力に関して冬季の初期と後期では光に対する反応が異なることなどを明らかにした。
本年度はアカエゾマツを対象として低温インキュベーターを用いて温度変化に対する反応を調査する実験を行った。冬季を想定した温度条件の変化を設定し、気温の低下およびその後の上昇に伴って光合成能力がどのように変化するかを調査した。
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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
これまでに、野外調査地において冬季期間中の様々な時期における植物の硝酸態窒素同化に関して調査を行ってきた。その結果、対象としたクロトウヒは冬季期間中にも硝酸態窒素同化を司る酵素の活性を示し、冬季にも窒素を獲得する能力が保持されていることが明らかになった。また、硝酸態窒素同化には多大なエネルギーが必要とされることから、植物は何らかの方法で冬季にもエネルギー源を獲得していることが示唆された。
エネルギー獲得の観点から、冬季期間中の光合成に関する項目の測定も行った。野外調査地に生育するクロトウヒの光合成に関する特性は冬季期間中に変化し、冬季の初期には気温の変化に対応して最大光合成速度を変化させたが、冬季の後期には気温の変化と最大光合成速度との対応関係が失われている様子が認められた。
光合成に関する特性の冬季期間中の変化が、気温の季節的な変化によるものであるかどうかを確かめるため、低温インキュベーターを用いた実験を行った。アカエゾマツ苗木を低温インキュベーター中で育成し、冬季の環境を再現するために馴化期間をおきつつ温度条件を変化させて、光合成に関する特性を測定した。その結果、冬季の初期を想定した温度低下に伴って最大光合成速度が低下したが、冬季の後期を想定した温度上昇に対して、最大光合成速度の上昇は遅れる様子が観察された。
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| Strategy for Future Research Activity |
調査地において、冬季はおおよそ10月から4月までとされている。これまでの調査では、冬季期間中の様々な時期における植物の硝酸態窒素同化に関して調査を行ってきたが、冬季の最初期および最後期の情報はまだ得られていないため、今後の調査に含めることとする。また、これまでに採取したサンプルを含め、植物体内の硝酸態窒素濃度の測定を行い、濃度の変化とその他の項目の変化の対応関係を把握する。さらに、土壌の窒素利用可能性に関する調査も行う。
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| Causes of Carryover |
平成25年度に野外調査の回数を変更したことによって、使用した外国旅費が少なくなり、次年度使用額が発生した。平成26年度には当初計画で実施しないことになっていた野外調査を実施することとし、この計画変更に伴って外国旅費の不足分が発生する見込みであったため、その不足分を充当する計画であった。しかし、実際には平成26年度予算内で、当初計画通りにインキュベーターの導入と海外調査地における野外調査の両方が実施可能であった。そのために発生した次年度使用額は、冬季の野外調査後に必要と見込まれた光合成測定装置の追加メンテナンス・部品交換等に充当する計画であったが、これが平成27年度予算内で実施可能であったため次年度使用額が発生した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当初計画していた野外調査の回数変更が最初に次年度使用額が発生した理由であること、また冬季期間中のなるべく多様な状況における調査結果が望まれることを鑑み、調査回数を増やす予定である。この野外調査の旅費として次年度使用額を充当する。
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