植物のhydraulic lift現象における水放出経路の解明

• Project/Area Number: 17688015
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Boundary agriculture
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 矢野 勝也 Nagoya University, 大学院・生命農学研究科, 助教 (00283424)
• Project Period (FY): 2005 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥24,180,000 (Direct Cost: ¥18,600,000、Indirect Cost: ¥5,580,000); Fiscal Year 2007: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2006: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2005: ¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
• Keywords: 不均一系 / 蛍光X線 / 元素マッピング / 根系 / 灌漑 / 乾燥地 / 水素同位体 / hydraulic lift / 水素安定同位体 / 蛍光X線解析 / 菌根共生系 / 根系形態

Research Abstract

植物が野外で遭遇する環境は、実験室レベルの研究で採用されるような均一な環境条件とはほど遠く、むしろ不均一性を特徴としている。このような不均一な環境条件下における植物は、均一な環境条件では想像もできないような振る舞いを示すことがある。その一例が、乾燥地で植物が深い根を発達させて地下水を吸収する一方で、表層の乾いた土壌に根から水を放出する現象(hydraulic lift)である。本研究は、hydraulic lift現象における水の放出経路を解明し、放出能の種間差を評価することを目的とした。
まず、植物根からの水放出経路を追跡するための方法論に取り組んだ。すなわち、植物根の導管にあらかじめ取り込ませたトレーサーから、水移動を把握することを試みた。一部の根からトレーサーとしてセシウムやルビジウムを取り込ませた根系を、高浸透圧条件のゲル上に展開することでhydraulic liftを引き起こさせた。蛍光X線解析装置を用いて、ゲルを含めた根系全体の2次元元素マッピング画像を得ることで、非破壊的にトレーサーの動きを捉えることができた。同様に、導管から色素を取り込ませることによっても、導管内の水移動を追跡できた。これらの結果から、根の形態によって水放出能に違いのあることが示唆された。
上層・下層に分かれた栽培容器を用いて、深根性植物6種のhydraulic lift能を比較した。供試したいずれの植物種もhydraulic liftによって下層部から上層部へと水を供給したが、その供給能は種間差が大きかった。根量当たりの水放出能を調べると、供試した5種の植物間では有意差が認められず、主に根量の違いが水放出量を規定していたと考えられた。その一方で、供試した植物種の1つは根量当たりの水放出能が著しく高いことが明らかとなった。

Research Products

• [Journal Article] Stomatal density of cowpea correlates with carbon isotope discrimination in different phosphorus, water and CO_2 environments. (2008)
  • Author(s): Sekiya & Yano
  • Journal Title: New Phytologist(掲載確定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Heterogeneity in spatial P-distribution and foraging capability by Zea mays : Effects of patch size and barriers to restrict root proliferation within a patch (2006)
  • Author(s): Kume, Sekiya, Yano
  • Journal Title: Annals of Botany 98・6 Pages: 1271-1277
• [Journal Article] Water-extraction by split-roots of sesbania and pigeon pea exposed to spatially heterogeneous distribution of soil water (2006)
  • Author(s): Sekiya, Yano
  • Journal Title: Plant Production Science 9・3 Pages: 191-199
  • NAID: 110004775664
• [Journal Article] Hydrogen isotope composition of soil water above and below the hardpan in a rainfed lowland rice field (2006)
  • Author(s): Yano et al.
  • Journal Title: Field Crops Research 96・2-3 Pages: 477-480
• [Journal Article] Water-extraction by split-roots of sesbania and pigeon pea exposed to spatially heterogeneous distribution of soil water (2006)
  • Author(s): Sekiya, Yano
  • Journal Title: Plant Production Science (in press)
  • NAID: 110004775664
• [Journal Article] Nitrogen delivery to maize via mycorrhizal hyphae depends on the form of N supplied (2005)
  • Author(s): Tanaka, Yano
  • Journal Title: Plant, Cell & Environment 28・10 Pages: 1247-1254
• [Journal Article] Root morphological plasticity for heterogeneous phosphorus supply in Zea mays L. (2005)
  • Author(s): Yano, Kume
  • Journal Title: Plant Production Science 8・4 Pages: 427-432
  • NAID: 110001794548
• [Journal Article] Mycorrhizal alleviation of acid soil stress in the sweet potato (Ipomoea batatas). (2005)
  • Author(s): Yano, Takaki
  • Journal Title: Soil Biology & Biochemistry 37・8 Pages: 1569-1572
• [Presentation] 植物スプリンクラー:植物で植物を灌漑する (2007)
  • Author(s): 関谷・矢野
  • Organizer: 第18回日本MRS学術シンポジウム
  • Place of Presentation: 日本大学理工学部
  • Year and Date: 2007-12-07
• [Book] 根の生態学 (2008)
  • Author(s): 矢野(分担)
  • Total Pages: 364
  • Publisher: シュプリンガー・ジャパン