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 首都大学東京, 理学研究科, 教授 (00291237)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2019)
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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 | ラメット / 同化産物 / 生理的統合 / 季節的枯死 / 転流 / クローナル植物 / 自己間引き / 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
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究は、予定よりもやや遅れ気味である。材料の採集予定地であった河川の大規模改修により、2018年度に材料のキクイモの入手が不十分で、実験に適したサイズの芋を十分に確保できなかった。そのため、2019年度には農業用に生産されているキクイモの提供をうけ、栽培を行った。比較的大型の種芋が多かったため、切断し栽培を行った。おそらく、その切断の影響と、2019年7月から8月初旬にかけて日照時間が少なく湿度が高い期間が続き、栽培中の植物の多くにカビが感染し、十分な数の実験用個体を確保できなかった。カビの発生に気づいた直後に殺菌剤（ペンレート水和剤）を散布したが、拡大を十分には阻止できなかった。路地植えした個体には、カビがほとんど見られなかったことから、ポット栽培あるいはビニールハウスに起因する原因が考えられ、ポット栽培にあたっては、定植直後から、殺菌剤の散布などの対策が必要であることが明らかになった。
一方で、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）の予備実験をキクイモ個体に対して実施できた。steam girdling直後のダメージから回復せず、そのまま枯死する個体が多かったが、一部の個体では、再成長がみられた。枯死の原因としては、steam girdling後の茎基部で見られた茎の物理的な支持力が十分でない可能性が考えられた。支柱を利用し、steam girdling後の茎基部を保護すれば、生残率の向上が期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
申請当初に計画した実験1および2を、反復数と水準を縮小して行う予定である。
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、3水準（コントロール(損傷なし)、地際茎の1/4が損傷、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4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30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。
ただし、2020年度の4／5月には、大学への入構が制限されたため、種芋の定植などの栽培を始められておらず、おそらく、計画全体の変更を実施せざるを得ない。
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Report
(2 results)
Research Products
(1 results)
