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植物の個体レベルのC・N分配調節メカニズムに関する生理生態学的研究

研究課題

研究課題/領域番号 14J07443
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 生態・環境
研究機関東京大学

研究代表者

杉浦 大輔  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2014年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード光合成 / ダウンレギュレーション / ルビスコ / 細胞壁 / 葉肉コンダクタンス / 物質分配 / CN比 / LMA / 非構造性炭水化物
研究実績の概要

植物体の光合成産物のシンク活性に対して、光合成器官である葉のソース活性が過剰なとき、葉に非構造性炭水化物 (TNC、デンプンや可溶性糖) が蓄積すると、光合成速度が低下する現象は、光合成ダウンレギュレーションとして知られている。しかし、その詳細なメカニズムや種間差、生態学的意義については不明な点が多かった。本研究ではこれらの問題を解決するために、以下の実験を行った。
アブラナ科植物5種、マメ科植物3種を用いた環境操作実験を行い、TNCが光合成速度に与える影響を評価した。その結果、TNCの蓄積による光合成速度の低下は、マメ科植物のインゲンのみにおいてしか見られなかった。
ダイズとインゲンを用いた詳細な比較実験から、シンク・ソース比の減少に応じて、葉にTNCだけでなく、細胞壁などの構造性炭水化物も蓄積することが分かった。そこで、細胞壁量の増加が細胞壁厚さによるものであれば、葉内から葉肉細胞内へのCO2透過性(葉肉コンダクタンス)も減少していると仮説を立て、炭素安定同位体方による葉肉コンダクタンスの測定と、透過型電子顕微鏡による細胞壁厚さの解析を行った。その結果、両種において、シンク・ソース比の減少に応じて細胞壁厚さが3倍近く増加していた。さらに、葉肉コンダクタンスと細胞壁量・厚さの間には明確な負の相関がみられた。
これらの結果から、シンク・ソース比の減少に応じた光合成ダウンレギュレーションにおいては、ルビスコなどの光合成タンパク質の減少による生理学的な調節だけでなく、細胞壁厚さの増加による形態的な調節も行われていることが示された。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2017 2016 2015 2014

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Phytohormonal regulation of biomass allocation and morphological and physiological traits of leaves in response to environmental changes in Polygonum cuspidatum2016

    • 著者名/発表者名
      Sugiura D, Kojima M, Sakakibara H.
    • 雑誌名

      Frontiers in Plant Science

      巻: 7

    • DOI

      10.3389/fpls.2016.01189

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Manipulation of the hypocotyl sink activity by reciprocal grafting of two Raphanus sativus varieties: its effects on morphological and physiological traits of source leaves and whole-plant growth.2015

    • 著者名/発表者名
      Sugiura D, Betsuyaku E, Terashima I
    • 雑誌名

      Plant Cell Env

      巻: 38 号: 12 ページ: 2629-40

    • DOI

      10.1111/pce.12573

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Roles of gibberellins and cytokinins in regulation of morphological and physiological traits in Polygonum cuspidatum responding to light and nitrogen availabilities2015

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Sugiura, Koichiro Sawakami, Mikiko Kojima, Hitoshi Sakakibara, Ichiro Terashima, Masaki Tateno
    • 雑誌名

      Functional Plant Biology

      巻: 42 号: 4 ページ: 397-409

    • DOI

      10.1071/fp14212

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 落葉広葉樹の標高分布を決定する生理生態学的要因は何か?:ブナとダケカンバのケーススタディ2017

    • 著者名/発表者名
      杉浦大輔、宮下彩奈、舘野正樹
    • 学会等名
      日本生態学会第64回全国大会
    • 発表場所
      早稲田大学(東京都新宿区)
    • 年月日
      2017-03-21
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] A decrease in mesophyll conductance contributes to photosynthetic down-regulation following a reduction in sink-source ratio2016

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Sugiura, Ichiro Terashima. John R Evans.
    • 学会等名
      The 17th International Congress on Photosynthesis Research
    • 発表場所
      Maastricht (Netherland)
    • 年月日
      2016-08-08
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] シンク-ソース比変化に応答した光合成ダウンレギュレーションの多様性2016

    • 著者名/発表者名
      杉浦大輔、John Evans、寺島一郎
    • 学会等名
      日本生態学会第63回全国大会
    • 発表場所
      仙台国際センター(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-03-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 葉の生理的特性と形態的特性はCNバランスの変化とどのようにリンクしているのか?2015

    • 著者名/発表者名
      杉浦大輔、別役恵理子、渡辺千尋、寺島一郎
    • 学会等名
      日本生態学会第62回全国大会
    • 発表場所
      鹿児島大学郡元キャンパス(鹿児島)
    • 年月日
      2015-03-20 – 2015-03-24
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] ダイコン (Raphanus sativus) におけるCNバランスと胚軸のシンク活性が葉の形態・生理的学的特性に与える影響の解析2015

    • 著者名/発表者名
      杉浦大輔、渡辺千尋、別役恵理子、寺島一郎
    • 学会等名
      第56回日本植物生理学会年会
    • 発表場所
      東京農業大学世田谷キャンパス (東京)
    • 年月日
      2015-03-16 – 2015-03-18
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] CNバランスの変化に応じた葉の内部構造と維管束構造変化のメカニズム解析2014

    • 著者名/発表者名
      杉浦大輔、別役恵理子、渡辺千尋、寺島一郎
    • 学会等名
      日本植物学会第78回大会
    • 発表場所
      明治大学生田キャンパス (神奈川)
    • 年月日
      2014-09-12 – 2014-09-14
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Modified sink-source relationships by reciprocal grafting of leafy and radish varieties change morphology and physiology of leaves in Raphanus sativus.2014

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Sugiura, Eriko Betsuyaku, Ichiro Terashima
    • 学会等名
      Gordon Research Conference: CO2 Assimilation in Plants.
    • 発表場所
      Waterville Valley, NH, USA
    • 年月日
      2014-06-08 – 2014-06-13
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2015-01-22   更新日: 2024-03-26  

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