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通水阻害と再充填のメカニズムからみた樹木のストレス耐性の解明

研究課題

研究課題/領域番号 15H02450
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 森林科学
研究機関東京大学

研究代表者

福田 健二  東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (30208954)

研究分担者 寺田 康彦  筑波大学, 数理物質系, 准教授 (20400640)
矢崎 健一  国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (30353890)
三木 直子  岡山大学, 環境生命科学研究科, 教授 (30379721)
内海 泰弘  九州大学, 農学研究院, 准教授 (50346839)
種子田 春彦  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (90403112)
伊藤 進一郎  三重大学, 生物資源学研究科, 招聘教授 (90092139)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
42,380千円 (直接経費: 32,600千円、間接経費: 9,780千円)
2019年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
2018年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
2017年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
2016年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
2015年度: 14,950千円 (直接経費: 11,500千円、間接経費: 3,450千円)
キーワードMRI / クライオSEM / 乾燥ストレス / 凍結ストレス / 流速分布 / 非破壊観察 / 可視化 / 通水阻害 / 樹液流速分布 / キャビテーション / エンボリズム / 再充填 / 樹液流速 / 貯水 / マイクロX線CT / 木部 / 木部構造 / X線CT / 凍結融解 / リフィル / 木部組織 / 壁孔 / 萎凋病 / 道管 / 仮道管 / 凍結
研究成果の概要

樹木の幹木部における非生物的ストレス(乾燥ストレスおよび凍結ストレス)による通水阻害の発生と道管の再充填による通水機能の回復、生物的ストレス(病害)による通水阻害の発生について、主にMRIによる非破壊観察手法と解剖学的手法、クライオSEM観察を併用して明らかにした。従来の通水測定手法におけるアーティファクトとして知られている切断や凍結によるエンボリズム、吸水による再充填を生じさせない実験手法を確立した。樹液流速の可視化手法を確立し、QSI法によるケヤキ成木の年輪内の通水部位の特定やPSI法による苗木の流速分布の可視化に成功した。針葉樹の凍結時の壁孔閉塞による通水阻害の発生を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ストレスによる木部通水阻害は、樹木の生育限界や森林の衰退枯死を決定する重要な生理学的プロセスであるが、従来は直接観察することが困難で、切枝を用いた通水測定によって評価されていた。MRIを用いた非破壊観察によって、従来の測定手法におけるアーティファクトの発生を抑える手法を確立したこと、実際の樹木内部の樹液流速分布をMRIにより可視化する手法を確立したことは、今後の樹木生理学的研究の基礎となる。また森林限界付近に分布する亜寒帯針葉樹の凍結ストレスによる通水阻害メカニズムとして、従来のエンボリズムとは異なる壁孔閉鎖というメカニズムが働いていることを発見した。

報告書

(6件)
  • 2021 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (53件)

すべて 2022 2020 2019 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (17件) (うち国際共著 3件、 査読あり 17件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (33件) 図書 (2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Preferential freezing avoidance localized in anthers and embryo sacs in wintering Daphne kamtschatica var. jezoensis flower buds visualized by MRI2022

    • 著者名/発表者名
      Ishikawa M, Ide H, Tsujii T, Stait-Gardner T, Kubo H, Matsushita N, Fukuda K, Price W, Arata Y
    • 雑誌名

      Plant Cell and Environment

      巻: in press 号: 7 ページ: 2109-2125

    • DOI

      10.1111/pce.14255

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Imperforate tracheary elements and vessels alleviate xylem tension under severe dehydration: insights from water release curves for excised twigs of three tree species2020

    • 著者名/発表者名
      Yazaki K, Levia DF, Watanabe M, Kabeya D, Miki N, Taneda H, Ogasa MY, Oguro M, Saiki S, Tobita H,Fukuda K
    • 雑誌名

      American Journal of Botany

      巻: 107 (8) 号: 8 ページ: 1122-1135

    • DOI

      10.1002/ajb2.1518

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Dynamics of xylem and phloem sap flow in an outdoor zelkova tree visualized by magnetic resonance imaging2019

    • 著者名/発表者名
      Terada Y, Horikawa Y, Nagata A, Kose K, Fukuda K
    • 雑誌名

      Tree Physiology

      巻: 40 号: 3 ページ: 290-304

    • DOI

      10.1093/treephys/tpz120

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Short-time xylem tension relaxation prevents vessel refilling and alleviates cryo-fixation artifacts in diffuse-porous Carpinus tschonoskii and Cercidiphyllum japonicum2019

    • 著者名/発表者名
      Ogasa MY, Yazaki K, Utsumi Y, Miki NH, Fukuda K
    • 雑誌名

      Tree Physiology

      巻: 39 号: 10 ページ: 1685-1695

    • DOI

      10.1093/treephys/tpz072

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 千葉市の東京湾岸地域における 2011 年および 2018 年の台風による都市樹木の潮風害2019

    • 著者名/発表者名
      福田健二
    • 雑誌名

      樹木医学研究

      巻: 23 ページ: 215-224

    • NAID

      130008001802

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Suppression of growth and death of meristematic tissues in Abies sachalinensis under strong shading: comparisons between the terminal bud, the terminally lateral bud and the stem cambium2018

    • 著者名/発表者名
      Yasuda, Y., Utsumi, Y., Tan, X., Tashiro, N., Fukuda, K. and Koga, S.
    • 雑誌名

      Journal of Plant Research

      巻: 131 号: 5 ページ: 817-825

    • DOI

      10.1007/s10265-018-1051-8

    • NAID

      40021652442

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Changes in quantity, morphology and nitrogen content of fine roots with stand development in a subalpine fir-wave forest2018

    • 著者名/発表者名
      Ugawa Shin、Miura Satoru、Hashimoto Shoji、Iwamoto Kojiro、Fukuda Kenji
    • 雑誌名

      Journal of Forest Research

      巻: 23 号: 6 ページ: 336-345

    • DOI

      10.1080/13416979.2018.1516919

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Seasonal changes in the occurrence of embolisms among broad-leaved trees in a temperate region2018

    • 著者名/発表者名
      Umebayashi T and Fukuda K
    • 雑誌名

      Botany

      巻: 96 号: 12 ページ: 873-881

    • DOI

      10.1139/cjb-2018-0145

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cessation of annual apical growth and partial death of cambium in stem of Abies sachalinensis under intensive shading2018

    • 著者名/発表者名
      Yasuda, Y., Utsumi, Y., Tashiro, N., Koga, S., Fukuda, K.
    • 雑誌名

      Journal of Plant Research

      巻: 131 号: 2 ページ: 261-269

    • DOI

      10.1007/s10265-017-0984-7

    • NAID

      40021495017

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] In situ observation of pinewood nematode in wood2017

    • 著者名/発表者名
      Umebayashi, T., Yamada, T., Fukuhara, K., Endo, R., Kusumoto, D., Fukuda, K.
    • 雑誌名

      European Journal of Plant Pathology

      巻: 147 号: 2 ページ: 463-467

    • DOI

      10.1007/s10658-016-1013-8

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実績報告書 2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 人為低温処理による茶樹の裂傷発生機構に関する一考察2017

    • 著者名/発表者名
      高橋淳・中島健太・平川雅文・福田健二
    • 雑誌名

      茶業研究報告

      巻: 124 ページ: 1-7

    • NAID

      130007779370

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 都市の環境と街路樹のストレス応答2017

    • 著者名/発表者名
      田中(小田)あゆみ・福田健二
    • 雑誌名

      樹木医学研究

      巻: 21 ページ: 44-47

    • NAID

      130006327328

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] patial distribution of xylem embolisms in the stems of Pinus thunbergii at the threshold of fatal drought stress2016

    • 著者名/発表者名
      Umebayashi, T., Morita, T., Utsumi, Y., Kusumoto, D., Yasuda, Y., Haishi, T., Fukuda, K.
    • 雑誌名

      Tree Physiology

      巻: 36 号: 10 ページ: 1210-1218

    • DOI

      10.1093/treephys/tpw050

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Differences in drought- and freeze-induced embolisms in deciduous ring-porous plant species in Japan2016

    • 著者名/発表者名
      Umebayashi, T., Utsumi, Y., Koga, S., Murata, I., Fukuda, K.
    • 雑誌名

      Planta

      巻: 244 号: 3 ページ: 753-760

    • DOI

      10.1007/s00425-016-2564-9

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cutting stems before relaxing xylem tension induces artefacts in Vitis coignetiae, as evidenced by magnetic resonance imaging2016

    • 著者名/発表者名
      Mayumi Ogasa, Yasuhiro Utsumi, Naoko Miki, Kennichi Yazaki, Kenji Fukuda
    • 雑誌名

      Plant, Cell and Environment

      巻: 39 号: 2 ページ: 329-337

    • DOI

      10.1111/pce.12617

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 根、茎、葉の水の流れやすさを測る2016

    • 著者名/発表者名
      種子田春彦、大條弘貴、大塚晃弘
    • 雑誌名

      日本生態学会誌

      巻: 66 号: 2 ページ: 447-464

    • DOI

      10.18960/seitai.66.2_447

    • NAID

      130005406236

    • ISSN
      0021-5007, 2424-127X
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Freezing xylem conduits with liquid nitrogen creates artifactual embolisms in water-stressed broadleaf trees2015

    • 著者名/発表者名
      Toshihiro Umebayashi, Mayumi Y. Ogasa, Naoko H. Miki, Yasuhiro Utsumi, Tomoyuki Haishi & Kenji Fukuda
    • 雑誌名

      Trees

      巻: 30 号: 1 ページ: 305-316

    • DOI

      10.1007/s00468-015-1302-4

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] カツラのエンボリズム発生・回復過程における水分通導の可視化2020

    • 著者名/発表者名
      平川雅文・松下範久・福田健二・寺田康彦
    • 学会等名
      第131回日本森林学会大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 高分解能MRIを用いた植物の凍結様式の非破壊3D可視化解析2020

    • 著者名/発表者名
      石川雅也・Stait-Gardner T・久保光・松下範久・福田健二・朽津和幸・Price WS
    • 学会等名
      第65回低温生物工学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] チシマザサにおける氷核活性物質の探索2020

    • 著者名/発表者名
      久保光,石川雅也, 松下範久, 福田健二
    • 学会等名
      第131回日本森林学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] MRIを用いた植物の凍結過程非破壊可視化法の開発2019

    • 著者名/発表者名
      石川雅也・Stait-Gardner T・村川裕基・山崎秀幸・朽津和幸・福田健二・Price WS
    • 学会等名
      第83回植物学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 高分解能MRIを用いた植物の凍結過程非破壊可視化法の開発2019

    • 著者名/発表者名
      石川雅也・Stait-Gardner T・村川裕基・山崎秀幸・朽津和幸・福田健二・Price WS
    • 学会等名
      第64回低温生物工学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 強度被陰環境におけるトドマツ茎頂分裂組織と形成層の成長抑制2019

    • 著者名/発表者名
      内海泰弘・安田悠子・談嫻芳・田代直明・福田健二・古賀信也
    • 学会等名
      第130回日本森林学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] コンパクトMRIを用いた樹幹内水分布の非破壊的観察手法の多樹種への適用2019

    • 著者名/発表者名
      小笠真由美・平川雅文・市原優・矢崎健一・飛田博順・福田健二
    • 学会等名
      第130回日本森林学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] MRIを用いたエンボリズムの発生・回復過程における水分通導の可視化2019

    • 著者名/発表者名
      平川雅文・松下範久・福田健二・寺田康彦
    • 学会等名
      第130回日本森林学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] MRI を用いた屋外樹木の樹液流イメージング:広葉樹と針葉樹の比較2018

    • 著者名/発表者名
      堀川友輔・福田 健二・寺田康彦
    • 学会等名
      第22回NMRマイクロイメージング研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ケヤキ苗における主幹の樹液流速分布と枝の関係2018

    • 著者名/発表者名
      平川雅文・松下範久・福田健二・寺田康彦
    • 学会等名
      樹木医学会第23回大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 亜高山帯性常緑針葉樹 シラビソ Abies veitchii の越冬戦略― 枝における冬の通水阻害とその回復 ―2018

    • 著者名/発表者名
      種子田春彦・小笠真由美・矢崎健一・宮沢良行・丸田恵美子
    • 学会等名
      第82回日本植物学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] コンパクト MRI を用いた苗木樹幹の木部樹液流速分布の日変化測定2018

    • 著者名/発表者名
      平川雅文・松下範久・福田健二・寺田康彦
    • 学会等名
      第129回日本森林学会大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 梅林利弘・福田健二・内海泰弘・楠本 大・佐野雄三2018

    • 著者名/発表者名
      梅林利弘・福田健二・内海泰弘・楠本 大・佐野雄三
    • 学会等名
      第129回日本森林学会大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 亜高山帯性常緑針葉樹シラビソAbies veitchii の越冬戦略― 枝における冬の通水阻害とその回復―2018

    • 著者名/発表者名
      種子田春彦,小笠 真由美,矢崎健一,宮沢良行,丸田 恵美子
    • 学会等名
      日本植物学会第82回大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Influence of temperature drift on flow measurements2018

    • 著者名/発表者名
      堀川友輔,寺田康彦
    • 学会等名
      第46回日本磁気共鳴医学会大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] MRI を用いた屋外樹木の樹液流イメージング:広葉樹と針葉樹の比較2018

    • 著者名/発表者名
      堀川友輔,福田健二,寺田康彦
    • 学会等名
      第22回NMRマイクロイメージング研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] コンパクトMRIを用いた樹幹の樹液流速分布の日変化測定2018

    • 著者名/発表者名
      平川雅文・市橋隆自・福田健二・寺田康彦
    • 学会等名
      樹木医学会第22回大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] コンパクトMRIを用いた樹幹の樹液流速分布の可視化2017

    • 著者名/発表者名
      平川雅文・長田晃佳・寺田康彦・福田健二
    • 学会等名
      第128回日本森林学会大会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] マツノザイセンチュウからの簡易RNA 抽出法2017

    • 著者名/発表者名
      田中克・横井寿郎・神崎菜摘・福田健二
    • 学会等名
      第128回森林学会大会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 広葉樹の乾燥ストレスによる通水コンダクタンスの低下と回復のメカニズム2017

    • 著者名/発表者名
      新村ゆい・矢崎健一・平川雅文・福田健二
    • 学会等名
      第128回森林学会大会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 亜高山帯針葉樹シラビソで冬季にみられるの枝木部の通水阻害は枝齢に依存する2016

    • 著者名/発表者名
      大條弘貴・大塚晃弘・種子田春彦・小笠真由美・矢崎健一・丸田恵美子
    • 学会等名
      第63回日本生態学会大会
    • 発表場所
      東北大学(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] 0.2T永久磁石MRIを用いた屋外樹木中の水輸送計測2016

    • 著者名/発表者名
      長田晃佳, 福田健二, 巨瀬勝美, 寺田康彦
    • 学会等名
      日本NMR学会大会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] コンパクトMRIを用いた位相法による樹幹の樹液流速分布の可視化2016

    • 著者名/発表者名
      平川雅文・長田晃佳・寺田康彦・福田健二
    • 学会等名
      樹木医学会第21回大会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 落葉環孔材樹種における乾燥および凍結ストレスにともなう通水阻害発生パターンの違い2016

    • 著者名/発表者名
      梅林利弘, 福田健二
    • 学会等名
      日本植物学会第80回大会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 永久磁石MRIを用いた屋外樹木内樹液の流速測定(II)2016

    • 著者名/発表者名
      長田晃佳, 福田健二, 巨瀬勝美, 寺田康彦
    • 学会等名
      NMRマイクロイメージング研究会
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 落葉広葉樹における木部通水機能の回復と樹体の生理活性2016

    • 著者名/発表者名
      粟飯原友・三木直子・小笠真由美
    • 学会等名
      第63回日本生態学会大会
    • 発表場所
      東北大学(宮城県仙台市)
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Respiration and anatomical analysis of Moso bamboo culms2016

    • 著者名/発表者名
      Megan E. Uchida, Ayumi Katayama, Yasuhiro Utsumi, Shinya Koga, Kyoichi Otsuki,
    • 学会等名
      第63回日本生態学会大会
    • 発表場所
      東北大学(宮城県仙台市)
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] The significant difference in hydraulic vulnerability to drought-stress-induced embolisms between two widely planted Japanese conifers2016

    • 著者名/発表者名
      Toshihiro Umebayashi, Toshimitsu Morita, Kenji Fukuda, Yasuhiro Utsumi, Daisuke Kusumoto
    • 学会等名
      第63回日本生態学会大会
    • 発表場所
      東北大学(宮城県仙台市)
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] モウソウチク稈における組織構造と呼吸速度の年変動2016

    • 著者名/発表者名
      内田詠子メガン・片山歩美・古賀信也・大槻恭一・内海泰弘
    • 学会等名
      第66回日本木材学会大会
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知県名古屋市)
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 超小型X線源を用いた立木用X線CT検査装置の開発2016

    • 著者名/発表者名
      古賀信也・内海泰弘・鈴木良一・加藤英俊・岡野哲郎・池田武文・大澤昌巳
    • 学会等名
      第66回日本木材学会大会
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知県名古屋市)
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] コンパクトMRIを用いた樹幹中の水分のADCマッピング2016

    • 著者名/発表者名
      平川雅文・長田晃佳・小笠真由美・福田健二
    • 学会等名
      第127回日本森林学会大会
    • 発表場所
      日本大学(神奈川県藤沢市)
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 森林限界のオオシラビソにおける冬季エンボリズムの発生メカニズム2016

    • 著者名/発表者名
      丸田恵美子・矢崎健一・小笠真由美・大條弘貴・大塚晃弘・種子田春彦
    • 学会等名
      第127回日本森林学会大会
    • 発表場所
      日本大学(神奈川県藤沢市)
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] フラットベッドスキャナと ImageJ 画像解析システムを用いたスギ心材色の簡易評価2015

    • 著者名/発表者名
      永井智・内海泰弘・矢崎健一
    • 学会等名
      木材加工技術協会第33回年次大会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道札幌市)
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [図書] 新しい生物科学 第8章 植物の形態と機能2018

    • 著者名/発表者名
      弥益恭・中尾啓子・野口航編
    • 総ページ数
      208
    • 出版者
      培風館
    • ISBN
      4563078247
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [図書] マツの絵本2016

    • 著者名/発表者名
      福田健二(編)
    • 総ページ数
      40
    • 出版者
      農文協
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [備考] 創成27 Frotier Sciences 6 「樹木の内部をMRIで診る」

    • URL

      http://www.k.u-tokyo.ac.jp/renewal/sousei/sousei_pdf/part/sousei27_12.pdf

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2023-01-30  

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