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日射利用に対する陸上植物の機能的進化と環境適応の解明

研究課題

研究課題/領域番号 18H02511
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分45040:生態学および環境学関連
研究機関九州大学

研究代表者

久米 篤  九州大学, 農学研究院, 教授 (20325492)

研究分担者 奈佐原 顕郎 (西田顕郎)  筑波大学, 生命環境系, 准教授 (40312813)
富田 祐子 (半場祐子)  京都工芸繊維大学, 応用生物学系, 教授 (90314666)
秋津 朋子  筑波大学, 生命環境系, 助教 (90590597)
後藤 栄治  九州大学, 農学研究院, 助教 (90614256)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2020年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2019年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2018年度: 13,650千円 (直接経費: 10,500千円、間接経費: 3,150千円)
キーワード日射 / 直達・散乱放射 / 光合成 / クロロフィル / 紫外線 / 分光放射計 / 野外観測 / リモートセンシング / 分光吸収特性 / 直達・散乱日射 / 光合成色素 / 放射測定 / 系統進化 / 光受容体 / 直達/散乱日射 / 色素 / 進化 / UV-A
研究成果の概要

野外フィールドで長期間測定可能な直達・散乱分光放射計の運用方法を開発・検証し、植生内外の分光日射観測を行い、野外における放射の方向性と強度・スペクトル分布との関係を解析した。陸上の日射スペクトルに対して、クロロフィル a(Chl a)はChl bと相補的に働き、強い光から弱い光まで効果的に利用することができるのに対して、水中の生物のみが利用するChl cやd、あるいはフィコビリン類は、陸上の放射環境にはうまく適応していないことが示唆された。進化段階別の葉の分光特性と葉の内部構造は関連しており、被子植物では分光特性的に顕著な収斂進化が生じている可能性が示された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

日射に照らされた野外の光環境は、太陽高度や天候、日陰の種類などによって、含まれる光波長分布が大きく異なっており、光合成効率や植物への成長影響が異なっている。本研究では野外の日射環境を正確に測定できる装置を利用し、植物の光合成や光受容体との関係を解析した。その結果、人の視覚では同じ色に見える環境でも、植物はその違いを感じることができ、自身の成長環境を判断できることが明らかになった。また、植物の花や葉組織は、日射環境と生育段階に応じて色素を合成・分解することでエネルギー吸収量を調節し、組織温度を調節していることがわかった。これらの知見は、植物の進化過程を理解し、品種改良や栽培技術の改善に役立つ。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (17件) (うち招待講演 1件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 光環境への適応における葉緑体光定位運動の役割2021

    • 著者名/発表者名
      後藤栄治
    • 雑誌名

      植物科学の最前線

      巻: 12 号: A ページ: 45-51

    • DOI

      10.24480/bsj-review.12a6.00199

    • ISSN
      2432-9819
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phototropin 2 contributes to the chloroplast avoidance response at the chloroplast-plasma membrane interface2020

    • 著者名/発表者名
      Ishishita K, Higa T, Tanaka H, Inoue S, Chung A, Ushizima T, Matsushita T, Kinoshita T, Nakai M, Wada M, Suetsugu N, Gotoh E
    • 雑誌名

      Plant Physiology

      巻: in press 号: 1 ページ: 59-59

    • DOI

      10.1104/pp.20.00059

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Light-Induced Chloroplast Movements in Oryza species2020

    • 著者名/発表者名
      Kihara Miki, Ushijima Tomokazu, Yamagata Yoshiyuki, Tsuruda Yukinari, Higa Takeshi, Abiko Tomomi, Kubo Takahiko, Wada Masamitsu, Suetsugu Noriyuki, Gotoh Eiji
    • 雑誌名

      journal of Plant Research

      巻: 133 号: 4 ページ: 525-535

    • DOI

      10.1007/s10265-020-01189-w

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 陸上の日射環境と光合成色素の吸収特性-高精度分光日射観測によって明らかになってきたこと-2019

    • 著者名/発表者名
      久米篤
    • 雑誌名

      光合成研究

      巻: 29 ページ: 116-124

    • 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
  • [雑誌論文] Color of Photosynthetic Systems: Importance of Atmospheric Spectral Segregation Between Direct and Diffuse Radiation2019

    • 著者名/発表者名
      Kume Atsushi
    • 雑誌名

      Astrobiology

      巻: 1 ページ: 123-135

    • DOI

      10.1007/978-981-13-3639-3_9

    • ISBN
      9789811336386, 9789811336393
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Why is chlorophyll b only used in light-harvesting systems?2018

    • 著者名/発表者名
      Kume Atsushi、Akitsu Tomoko、Nasahara Kenlo Nishida
    • 雑誌名

      Journal of Plant Research

      巻: 131 号: 6 ページ: 961-972

    • DOI

      10.1007/s10265-018-1052-7

    • NAID

      120006620456

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Contrasting photosynthetic responses to ambient air pollution between the urban shrub Rhododendron×pulchrum and urban tall tree Ginkgo biloba in Kyoto city: stomatal and leaf mesophyll morpho-anatomies are key traits2018

    • 著者名/発表者名
      Kiyomizu Takashi、Yamagishi Saya、Kume Atsushi、Hanba Yuko T.
    • 雑誌名

      Trees

      巻: 33 号: 1 ページ: 63-77

    • DOI

      10.1007/s00468-018-1759-z

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 稲穂の色と高さが穂温に与える影響について2021

    • 著者名/発表者名
      北嶋 諒太郎,松田 修, 熊丸 敏博, 久米 篤
    • 学会等名
      日本農業気象学会2021年全国大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 植物は日陰をどう区別しているか2021

    • 著者名/発表者名
      久米 篤
    • 学会等名
      第68回日本生態学会大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 空の色にはどのような情報が含まれているのか2021

    • 著者名/発表者名
      久米 篤
    • 学会等名
      雪氷生物研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Chloroplast accumulation response enhances leaf photosynthesis and plant biomass production2021

    • 著者名/発表者名
      後藤栄治
    • 学会等名
      第132回日本森林学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 青空が駆動する植物光受容体の進化 大気の役割2020

    • 著者名/発表者名
      久米 篤
    • 学会等名
      日本植物学会第84回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] マルチウェルプレート内で培養したヒメツリガネゴケの分光画像による成長評価法の検討2020

    • 著者名/発表者名
      若林 宏樹, 松田 修, 久米 篤
    • 学会等名
      日本植物学会第84回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] イネ頴果の分光反射特性が穂温に与える影響の評価2020

    • 著者名/発表者名
      北嶋諒太郎, 久米篤, 熊丸敏博, 渡辺敦史, 松田 修, 若林 宏樹, 清水 邦義,北嶋 諒太郎, 久米 篤, 熊丸 敏博, 渡辺 敦史, 松田 修, 若林 宏樹, 清水 邦義,
    • 学会等名
      日本植物学会第84回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 葉の内部構造が植物の光合成機能に与える影響;コケ植物から樹木まで〜2020

    • 著者名/発表者名
      半場 祐子, 木下 智光, 堀家 広樹, 安田 柚里, 藤田知道
    • 学会等名
      日本植物学会第84回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 葉緑体光定位運動における新たな制御機構2020

    • 著者名/発表者名
      後藤栄治
    • 学会等名
      日本植物学会第84回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 陸上の日射環境の指標となる波長の探索2020

    • 著者名/発表者名
      久米 篤,秋津 朋子,奈佐原 顕郎
    • 学会等名
      日本生態学会第67回全国大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 立山の光の色の多様性2019

    • 著者名/発表者名
      久米篤
    • 学会等名
      第15回立山研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] マルチウェルプレートによるヒメツリガネゴケの培養およびハイパースペクトルセンサを用いた成長解析2019

    • 著者名/発表者名
      若林宏樹,松田修,久米篤
    • 学会等名
      日本宇宙生物科学会第33回大会,
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 入射日射スペクトルの変化から植物が得られる情報2019

    • 著者名/発表者名
      久米篤, 秋津朋子, 奈佐原顕郎
    • 学会等名
      日本植物学会第83回大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 陸域の日射環境と積雪・雪氷藻の吸収スペクトル2019

    • 著者名/発表者名
      久米篤
    • 学会等名
      雪氷生物研究会2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 葉の構造の進化が分光吸収特性に及ぼしている影響2019

    • 著者名/発表者名
      久米 篤,秋津 朋子,奈佐原 顕郎
    • 学会等名
      日本生態学会第66回全国大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 針葉樹が広葉を付けない理由2018

    • 著者名/発表者名
      久米 篤
    • 学会等名
      第74回九州森林学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] クロロフィルbが陸上でも利用される理由2018

    • 著者名/発表者名
      久米 篤
    • 学会等名
      日本宇宙生物科学会第32回大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [図書] 木本植物の生理生態2020

    • 著者名/発表者名
      小池 孝良、北尾 光俊、市栄 智明、渡辺 誠
    • 総ページ数
      264
    • 出版者
      共立出版
    • ISBN
      9784320058125
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 陸上植物がクロロフィルaとbだけを持つ理由 ~光の性質を生かした栽培技術の応用に期待~

    • URL

      https://www.kyushu-u.ac.jp/ja/researches/view/260

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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