"未来の生態系"天然二酸化炭素噴出地における植物の適応と進化

• 研究課題/領域番号: 16687001
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 生態・環境
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 彦坂 幸毅 東北大学, 大学院・生命科学研究科, 助教授 (10272006)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 30,030千円 (直接経費: 23,100千円、間接経費: 6,930千円); 2006年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円); 2005年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円); 2004年度: 13,390千円 (直接経費: 10,300千円、間接経費: 3,090千円)
• キーワード: CO2増加 / 植物の成長 / 地球環境 / 適応 / 植物 / 生態学 / CO2 spring / 光合成特性 / CO2濃度上昇 / 窒素利用

研究概要

龍神沼、湯ノ川、丹生周辺の三つのCO2噴出地において環境測定、植生調査および生育植物の生理生態学的調査を行い、高二酸化炭素環境が葉の性質に影響していること、また、その影響が種によって異なることを報告した(Onoda et al. 2007)。
高二酸化炭素環境への適応を調べるため、現地の植物を東北大学実験圃場にあるオープントップチャンバーに移植し、植物の生理生態学的性質を調査した。小野田は龍神沼と湯ノ川からオオイタドリを、丹生からオオバコを移植し、光合成特性を比較した。その結果、湯ノ川から移植したオオイタドリの気孔コンダクタンスが対照区から移植した個体に比べ有意に低いこと、丹生のオオバコのデンプン蓄積濃度が低いことを見いだした。さらに大学院生中村伊都が個体成長について詳細な解析を行った。高二酸化炭素領域由来の個体はバイオマスを地上部に多く投資し個体重あたりの葉面積が大きいこと、好適栄養条件では成長速度が高いことなど多くの特性に違いがあることを発見した。
丹生のオオバコについては、東北大学生命科学研究科河田雅圭教授のグループの助けを得て遺伝学的解析に着手した。マイクロサテライトマーカーを用いた解析の結果、高二酸化炭素領域のオオバコと低二酸化炭素領域のオオバコの間では比較的遺伝的距離が離れていることを発見した。高二酸化炭素領域のオオバコはヘテロ接合度頻度が低く、繁殖様式が遺伝的分化に影響していることが示唆された。
これらの結果から、我々は丹生の高二酸化炭素領域のオオバコが通常領域のオオバコとは異なる遺伝的性質をもつこと、つまり何らかの進化が起こっていることを明らかにしたといえる。

研究成果

• [雑誌論文] Seasonal changes in temperature response of photosynthesis in canopy leaves of Quercus crispula in a cool-temperate forest. (2007)
  • 著者名/発表者名: Hikosaka K, Nabeshima E, Hiura T
  • 雑誌名: Tree Physiology 27 ページ: 1035-1041
• [雑誌論文] Temperature acclimation of photosynthesis (2006)
  • 著者名/発表者名: Hikosaka K, Muller O, et al.
  • 雑誌名: Journal of Expeimental Botany 57 ページ: 291-302
• [雑誌論文] Sesonal changes in temperature dependence of photosynthetic rate in rice under a free-air CO2 enrichment (2006)
  • 著者名/発表者名: Borjigidai A, Hikosaka K, et al.
  • 雑誌名: Annals of Botany 97 ページ: 549-557
• [雑誌論文] Resource allocation to vegetative and reproductive growth in relation to mast seeding in Fagus crenata (2006)
  • 著者名/発表者名: Yasumura Y, Hikosaka K, Hirose T
  • 雑誌名: Forest Ecology and Management 229 ページ: 228-233
• [雑誌論文] Leaf life span and lifetime carbon gain of individual leaves in a stand of an annual herb, Xanthium canadense (2006)
  • 著者名/発表者名: Oikawa S, Hikosaka K, Hirose T
  • 雑誌名: New Phytologist 172 ページ: 571-582
• [雑誌論文] Leaf anatomy and light acclimation in woody seedlings after gap formation in a cool-temperate deciduous forest. (2006)
  • 著者名/発表者名: Oguchi R, Hikosaka K, et al.
  • 雑誌名: Oecologia 149 ページ: 571-582
• [雑誌論文] Temperature acclimation of photosynthesis (2006)
  • 著者名/発表者名: Hikosaka K et al.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 57 ページ: 291-302
• [雑誌論文] Natural CO2 springs in Japan : a case study of vegetation dynamics. (2005)
  • 著者名/発表者名: Onoda Y, Hikosaka K, Hirose T
  • 雑誌名: Phyton 45 ページ: 389-394
• [雑誌論文] Plant responses to elevated CO2 concentration at different scales : leaf, whole plant, canopy, and population (2005)
  • 著者名/発表者名: Hikosaka K et al.
  • 雑誌名: Ecological Research 20 ページ: 243-253
• [雑誌論文] Leaf canopy as a dynamic system : ecophysiology and optimality in leaf turnover. (2005)
  • 著者名/発表者名: Hikosaka K
  • 雑誌名: Annals of Botany 95 ページ: 521-533
• [雑誌論文] Biomass allocation and leaf chemical defense in defoliated seedlings of Quercus serrata with respect to carbon-nitrogen... (2005)
  • 著者名/発表者名: Hikosaka K et al.
  • 雑誌名: Annals of Botany 95 ページ: 1025-1032
• [雑誌論文] Nitrogen partitioning in the photosynthetic apparatus of Plantago asiatica leaves grown at different temperature.... (2005)
  • 著者名/発表者名: Hikosaka K
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 46 ページ: 1283-1290
• [雑誌論文] Leaf canopy as a dynamic system : ecophysiology and optimality in leaf turnover (2005)
  • 著者名/発表者名: Hikosaka K
  • 雑誌名: Annals of Botany 95 ページ: 521-533
• [雑誌論文] Seasonal change in the balance between capacities of RuBP carboxylation and RuBP regeneration affects CO2 response of photosynthesis in Polygonum cuspidatum (2005)
  • 著者名/発表者名: Onoda Y, Hikosaka K, Hirose T
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 56 ページ: 755-763
• [雑誌論文] Photosynthetic rates and partitioning of absorbed light energy in photoinhibited leaves (2004)
  • 著者名/発表者名: Hikosaka K, Kato MC, Hirose T
  • 雑誌名: Physiologia Plantarum 121 ページ: 699-708
• [雑誌論文] Photosynthesis or persistence : nitrogen allocation in leaves of evergreen and deciduous Ouercus species (2004)
  • 著者名/発表者名: Takashima T, Hikosaka K, Hirose T
  • 雑誌名: Plant, Cell and Environment 27 ページ: 1047-1054
• [雑誌論文] Interspecific difference in the photosynthesis-nitrogen relationship : patterns, physiological causes, and ecological importance (2004)
  • 著者名/発表者名: Hikosaka K
  • 雑誌名: Journal of Plant Research 117 ページ: 481-494
  • NAID: 10014086798
• [雑誌論文] Allocation of nitrogen to cell walls decreases photosynthetic nitrogen-use efficiency (2004)
  • 著者名/発表者名: Onoda Y, Hikosaka K, Hirose T
  • 雑誌名: Functional Ecology 18 ページ: 419-425
• [図書] 地球環境と生態学 (2006)
  • 著者名/発表者名: 彦坂 幸毅(分担筆)
  • 総ページ数: 282
  • 出版者: 共立出版
• [図書] 植物生態学 (2004)
  • 著者名/発表者名: 寺島一郎, 彦坂幸毅他
  • 総ページ数: 431
  • 出版者: 朝倉書店