クローナル植物の物質転流様式がラメットの自己間引きを妨げる機構の栽培実験での解明
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18K06426
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 45040:Ecology and environment-related
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
鈴木 準一郎 東京都立大学, 理学研究科, 教授 (00291237)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2020: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | 生理的統合 / 自己間引き / 転流 / ラメット / 同化産物 / 季節的枯死 / クローナル植物 / 物質転流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
クローナル植物とは、葉と茎や花からなる地上茎と根からなる植物体（ラメット）が、地下茎や匍匐枝といった器官を介して栄養繁殖により、複数連結した植物の総称である。温帯以北の生態系に生育する草本種の70％以上を占めると言われているクローナル植物では、ラメットの自己間引きが一般的には見られない。なぜクローナル植物では自己引きが生じないのだろうか、本研究では、この「問い」に栽培実験により答えることを目指す。この「問い」に対する機構的な回答として、これまではラメット間の生理的統合（「稼ぎ」の良いラメットが「稼ぎ」悪いラメットに光合成による同化産物や地下部で吸収した水や栄養塩を輸送する）や温帯以北という生育環境に起因する季節的な枯死（多くの草の地上部は冬に枯れる）が強調されてきた。本申請では、クローナル植物に共通する特徴として、発達した地下貯蔵物質に着目した。多量の貯蔵物質を蓄えるためには、クローナル植物は、地上部を展開した直後の生育シーズンの初期（春先）から同化産物の貯蔵を行う必要があると考えられる。この貯蔵により個々のラメットの成長は抑制され、自己間引きが生じるようなサイズ依存性の強い成長をらメットが示
すことはない。つまり、同化産物は地上部の葉や茎の成長に使われるだけではなく、地下の貯蔵にも転流されるという仮説を、栽培実験によって検討する。そのために、古典的な植物生理学の実験手法であるsteam girdling（蒸気で植物の師部のみを焼き殺すという手法）を用い、地上部の同化産物の地下部への転流様式を変化させることで、ラメットの成長が制約から「解放」されることを明らかする。このことを通じて、温帯域のクローナル植物であっても、自己間引きをすることを示し、クローナル植物の研究者にとっての長年の疑問を栽培実験により明らかにすることを目指す。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
本研究の進捗は、予定より大きく遅れた。最大の理由は、covid-19の流行のため、実験の準備に際して、大学院生や学部生の協力を得られなかったためである。往時の状況から、複数の人間が密に集まって作業をすることが困難であり、特に、栽培後に実施を予定していた古典的な植物生理学の実験手法であるsteam girdling（蒸気で植物の師部のみを焼き殺すという手法）の実験は実施できなかった。
栽培実験では、ビニールハウスを利用してたキクイモの定植や栽培を行ったが、ハウス内でマスクをしたまま作業をすることは、すでに5月の段階で熱中症の危険が大きく、とくに熱源が必要なsteam girdling法の実施は、夏ごろから感染者が急激に増えたこともあり、実施できなかった。
そのため、ハウス内で一人で栽培やsteam girdling法を適用したが、解析が可能なサンプル数をえることはできなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
大学の方針の転換により、大学院生や学生の入構は可能となり、実験を再開している。しかし、高温多湿の温室内では熱中症予防のために、マスクを外さざるを得ず、作業する人数を制限せざるを得ない。そのため、実施する実験の反復数を少なくして、実験を実施する。
実験1：地下に貯蔵物質（塊茎）を有するが、塊茎間の繋がりはすぐに失われるキクイモを用いて、steam girdlingによって、物質分配様式を変更させる。steam girdlingによる損傷が増加すると、地下の根および塊茎への物質分配が減少し、地上茎のバイオマスが増加することを定量する。要因は、steam girdlingによる師部の損傷の程度とし、2水準（コントロール(損傷なし)、地際茎の1/2が損傷：計画時は4水準）を設定する。一つの塊茎を一つのポットに植え、本葉が3枚展葉した時点で、各条件5反復分の生残個体を確保できる数の個体にsteam girdling処理を施す。各条件5反復分の生残個体を、東京都立大学の圃場のビニールハウスに鉢を配置する。steam girdling処理の21日後に植物を刈り取り、地上茎の高さ、地際径を測定したのち、葉、茎、根、塊茎に分け、70度のオーブンで72時間乾燥後に秤量する。そこからsteam girdlingの処理の影響を一般線形モデルで解析できる。
実験2：実験1と同様にsteam girdlingによって物質分配様式を変更させるが、steam girdlingによる損傷の程度は、地際茎の1/4が損傷のみとする。一方で、一つのポットに植栽する塊茎の密度を変える。
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Report
(4 results)
Research Products
(3 results)
