都市樹木における環境適性診断法の確立:アクアポリンによる気孔応答評価の導入

• 研究課題/領域番号: 19H04281
• 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63040:環境影響評価関連
• 研究機関: 京都工芸繊維大学
• 研究代表者: 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)
• 研究分担者: 馬場 啓一 京都大学, 生存圏研究所, 助教 (20238223) ; 久米 篤 九州大学, 農学研究院, 教授 (20325492) ; 奈良 久美 奈良女子大学, 自然科学系, 准教授 (30322663) ; 北島 佐紀人 京都工芸繊維大学, 応用生物学系, 准教授 (70283653)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 10,790千円 (直接経費: 8,300千円、間接経費: 2,490千円); 2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2020年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2019年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
• キーワード: 光合成 / 大気汚染 / 街路樹 / 気孔 / 炭素安定同位体比 / ヒラドツツジ / 交通量 / 窒素酸化物 / 水利用効率 / 気孔コンダクタンス / アクアポリン / 炭素安定同位体 / COVID19 / 葉肉コンダクタンス / 乾燥ストレス / VPD / 塩ストレス / 変異体 / 水透過活性 / 気孔応答 / 遺伝子解析

研究開始時の研究の概要

都市樹木は、樹冠による被陰や蒸散による冷却効果、大気汚染物質の捕捉・二酸化炭素吸収などにより都市環境を改善する。樹木活性の維持には光合成と蒸散を調節する気孔開閉特性が鍵となるが、樹種によって大きな差がある。この応答性の変異が生じる生理学的機構を明らかにし、都市樹木の樹冠形成と光合成生産を最適化するために、気孔応答の調節因子の一つである「アクアポリン」について、分子レベルから実際の植栽木レベルまでのスケールの実験的解析を実施する。モデル植物による解析と実際の街路環境との関係性を明らかにするための野外実験を実施して、気孔応答調節の生理学的・遺伝学的メカニズムを解明する。

研究成果の概要

京都市を中心とした調査により、主要な都市樹木であるヒラドツツジやソメイヨシノでは、窒素酸化物などの大気汚染に対して光合成機能が低下すること、またこの光合成機能の低下には、気孔の応答よりも生化学的な応答が強く関係していることが示された。また、シロイヌナズナのアクアポリンAtTIP2;2変異体で高湿度下での気孔閉鎖の程度が低下したことから、AtTIP2;2の欠損により気孔の閉鎖応答が阻害されていることが示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

葉の炭素安定同位体の値を利用して、都市部に植栽されている街路樹の光合成機能の歴史的な変化を日本において初めて明らかにすることができた。また、日本の都市部における大気汚染レベルの顕著な改善が、街路樹の光合成機能向上につながっている、という、環境政策的にも重要な成果を得ることができた。

研究成果

• [雑誌論文] Variation in leaf mesophyll anatomy of fern species imposes significant effects on leaf gas exchange, light capture, and leaf hydraulic conductance (2023)
  • 著者名/発表者名: FUJII S.、NISHIDA K.、AKITSU T.K.、KUME A.、HANBA Y.T.
  • 雑誌名: Photosynthetica 巻: 61 号: SPECIAL ISSUE 2023/1 ページ: 225-235
  • DOI: 10.32615/ps.2023.017
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Leaf optical properties and photosynthesis of fern species with a wide range of divergence time in relation to mesophyll anatomy (2023)
  • 著者名/発表者名: Hanba Yuko T、Nishida Keisuke、Tsutsui Yuuri、Matsumoto Mayu、Yasui Yutarou、Sizhe Yang、Matsuura Takumi、Kawaguchi Akitsu Tomoko、Kume Atsushi
  • 雑誌名: Annals of Botany 巻: 131 号: 3 ページ: 437-450
  • DOI: 10.1093/aob/mcad025
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of sex and soil water chemistry on leaf morphology and physiology of Myrica gale var. tomentosa (2022)
  • 著者名/発表者名: Mizuki Inoue、Sango Yoshiharu、Ishida Kiyoshi、Hanba Yuko T.、Chiwa Masaaki、Uehara Yoshitoshi、Kume Atsushi
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 17 号: 9 ページ: 01-5
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0275024
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Responses of photosynthesis and long-term water use efficiency to ambient air pollution in urban roadside trees (2022)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Mayu、Kiyomizu Takashi、Yamagishi Saya、Kinoshita Tomomitsu、Kumpitsch Luisa、Kume Atsushi、Hanba Yuko T.
  • 雑誌名: Urban Ecosystems 巻: 25 号: 4 ページ: 1029-1042
  • DOI: 10.1007/s11252-022-01212-z
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Experimental study of intra-ring anatomical variation in Populus alba L. with respect to changes in temperature and day-length conditions. (2022)
  • 著者名/発表者名: Kei' ichi Baba, Yuko Kurita, Tetsuro Mimura
  • 雑誌名: Forests 巻: 13 号: 7 ページ: 1151-1159
  • DOI: 10.3390/f13071151
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Visualization of phosphorus re-translocation and phosphate transporter expression profiles in a shortened annual cycle system of poplar. (2022)
  • 著者名/発表者名: Yuko Kurita;Satomi Kanno;Ryohei Sugita;Atsushi Hirose;Miwa Ohnishi;Ayumi Tezuka;Ayumi Deguchi;Kimitsune Ishizaki;Hidehiro Fukaki;Kei'ichi Baba;Atsushi J Nagano;Keitaro Tanoi;Tomoko M Nakanishi;Tetsuro Mimura
  • 雑誌名: Plant, cell & environment 巻: 45 号: 6 ページ: 1-16
  • DOI: 10.1111/pce.14319
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The role of chaperone complex HSP90-SGT1-RAR1 as the associated machinery for hybrid inviability between Nicotiana gossei Domin and N. tabacum L. (2021)
  • 著者名/発表者名: Katsuyama, Y., Doi, M., Shioya, S., Hane, S., Yoshioka, M., Date, S., Miyahara, C., Ogawa, T., Takada, R., Okumura, H., Ikusawa, R., Kitajima, S., Oda, K., Sato, K., Tanaka, Y., Tezuka, T., Mino, M.
  • 雑誌名: Gene 巻: 776 ページ: 145443-145443
  • DOI: 10.1016/j.gene.2021.145443
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gene expression of PLAT and ATS3 proteins increases plant resistance to insects (2021)
  • 著者名/発表者名: Savadogo, E.H., Shiomi, Y., Yasuda, J., Akino, T., Yamaguchi, M., Yoshida, H., Umegawachi, T., Tanaka, R., Suong, D.N.A., Miura, K., Yazaki, K., Kitajima, S.
  • 雑誌名: Planta 巻: 253 号: 2 ページ: 0-0
  • DOI: 10.1007/s00425-020-03530-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Responses of leaf photosynthetic traits, water use efficiency, and water relations in five urban shrub tree species under drought stress and recovery (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Horike, Tomomitsu Kinoshita, Atsuhi Kume, and Yuko T. Hanba
  • 雑誌名: Trees 巻: in press 号: 1 ページ: 53-67
  • DOI: 10.1007/s00468-021-02083-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] How plants grow under gravity conditions besides 1 g: perspectives from hypergravity and space experiments that employ bryophytes as a model organism (2021)
  • 著者名/発表者名: Kume Atsushi、Kamachi Hiroyuki、Onoda Yusuke、Hanba Yuko T.、Hiwatashi Yuji、Karahara Ichirou、Fujita Tomomichi
  • 雑誌名: Plant Molecular Biology 巻: - 号: 4-5 ページ: 279-291
  • DOI: 10.1007/s11103-021-01146-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact of reduced ozone concentration on the mountain forests of Mt. Tateyama, Japan (2020)
  • 著者名/発表者名: Kume A, Fujimoto M, Mizoue N, Honoki H, Nakajima H, Ishida M
  • 雑誌名: Environmental Pollution 巻: 267 ページ: 115407-115407
  • DOI: 10.1016/j.envpol.2020.115407
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular cloning and characterization of UDP-glucose: Volatile benzenoid/phenylpropanoid glucosyltransferase in petunia flowers (2020)
  • 著者名/発表者名: Koeduka Takao、Ueyama Yukiko、Kitajima Sakihito、Ohnishi Toshiyuki、Matsui Kenji
  • 雑誌名: Journal of Plant Physiology 巻: 252 ページ: 153245-153245
  • DOI: 10.1016/j.jplph.2020.153245
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sensitivity of stomatal conductance to vapor pressure deficit and its dependence on leaf water relations and wood anatomy in nine canopy tree species in a Malaysian wet tropical rainforest (2020)
  • 著者名/発表者名: Shoko Tsuji, Toru Nakashizuka, Koichiro Kuraji, Atsushi Kume, Yuko T. Hanba
  • 雑誌名: Trees 巻: 34 号: 5 ページ: 1299-1311
  • DOI: 10.1007/s00468-020-01998-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Seasonal variations in photosynthetic functions of the urban landscape tree species Gingko biloba: photoperiod is a key trait (2020)
  • 著者名/発表者名: Tomomitsu Kinoshita, Atsushi Kume, and Yuko T. Hanba
  • 雑誌名: Trees 巻: 35 号: 1 ページ: 273-285
  • DOI: 10.1007/s00468-020-02033-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] A high-performance system of multiple gas-exchange chambers with a laser spectrometer to estimate leaf photosynthesis, stomatal conductance, and mesophyll conductance (2019)
  • 著者名/発表者名: Yonemura Seiichiro、Kodama Naomi、Taniguchi Yojiro、Ikawa Hiroki、Adachi Shunsuke、Hanba Yuko T.
  • 雑誌名: Journal of Plant Research 巻: 132 号: 5 ページ: 705-718
  • DOI: 10.1007/s10265-019-01127-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Overexpressing the HD-Zip class II transcription factor EcHB1 from Eucalyptus camaldulensis increased the leaf photosynthesis and drought tolerance of Eucalyptus (2019)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Sasaki, Yuuki ida, Sakihito Kitajima, Tetsu Kawazu, Takashi Hibino,Yuko T. Hanba
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 14121-14121
  • DOI: 10.1038/s41598-019-50610-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 都市における環境ストレスに対する樹木の光合成応答 (2023)
  • 著者名/発表者名: 半場祐子, 松本真由, 清水啓史, 山岸彩, 木下智光, Luisa Kumpsh, 久米篤
  • 学会等名: 第13回日本光合成学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] ヒメツリガネゴケ仮根系のX線μCTに よる3D可視化-セグメンテーション精 度向上の取組- (2023)
  • 著者名/発表者名: 林孝尚, 山浦遼平, 玉置大介, 蒲池浩之, 山内大輔, 峰雪芳宣, 星野真人, 上杉健太朗, 嶋津徹, 笠原春夫, 鎌田源司, 鈴木智美, 日渡祐二, 久米篤, 半場祐子, 藤田知道, 唐原一郎
  • 学会等名: 日本宇宙生物科学会第37回大会
• [学会発表] "夜間都市照明が高木街路樹イチョウ・カエデの光合成機能と成長の季節変化に与える影響" (2023)
  • 著者名/発表者名: 藤村 風歌, 半場 祐子
  • 学会等名: 日本植物学会第87回大会
• [学会発表] 都市樹木の光合成機能評価ー高い適性を持つ樹種の探索 (2023)
  • 著者名/発表者名: 半場 祐子, 筒井 悠里, 堀家 広樹, 久米 篤, 前田 耕治
  • 学会等名: 日本植物学会第87回大会
• [学会発表] ヒメツリガネゴケが重力の大きさに応答し成長量を変化させることに関する研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 青木 真太郎, 山下 祐輝, 半場 祐子, 蒲池 浩之, 唐原 一郎, 久米 篤, 藤田 知道
  • 学会等名: 日本植物学会第87回大会
• [学会発表] " スペース・モス宇宙実験で得たヒメツリガネゴケ仮根系のX線マイクロCTによる3D可視化" (2023)
  • 著者名/発表者名: 唐原 一郎, 若林 孝尚, 山浦 遼平, 玉置 大介, 蒲池 浩之, 山内 大輔, 峰雪 芳宣, 星野 真人, 上杉 健太朗, 嶋津 徹, 笠原 春夫, 鎌田 源司, 鈴木 智美, 日渡 祐二, 半場 祐子, 久米 篤, 藤田 知道
  • 学会等名: 日本植物学会第87回大会
• [学会発表] 冠水ストレスに対するイネの光合成応答及び葉肉コンダクタンスへの影響 (2023)
  • 著者名/発表者名: 安井祐大郎, 半場祐子
  • 学会等名: 日本生態学会第70回全国大会
• [学会発表] 冠水ストレスに対するポプラの光合成・形態応答の評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岡本耀介, 半場祐子, 馬場啓一
  • 学会等名: 日本生態学会第70回全国大会
• [学会発表] 大気湿度環境の変化がイチョウの光合成機能に及ぼす影響 (2023)
  • 著者名/発表者名: 松浦拓海, 半場祐子
  • 学会等名: 日本生態学会第70回全国大会
• [学会発表] 工気象器を用いたギンドロにおける成長の日長応答 (2023)
  • 著者名/発表者名: 馬場啓一; 栗田悠子; 永野 惇; 三村徹郎
  • 学会等名: 第73回日本木材学会大会
• [学会発表] 野外ポプラにおける葉位ごとの季節的なシンク－ソース推移の解明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 栗田 悠子; 鹿島 誠; 馬場 啓一; 石崎 公庸; 小林 奈通子; 田野井 慶太朗; 三村 徹郎; 永野 惇
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会年会
• [学会発表] シロイヌナズナの葉のメタボロームに対する液胞膜型アクアポリンTIP2;2遺伝子の変異の影響 (2023)
  • 著者名/発表者名: 本廣夕佳、土井李里夏、松本朋子、菊地淳、桑形恒男、半場祐子、奈良久美
  • 学会等名: 第64回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Evaluation of photosynthesis and long-term water use efficiency to air pollution stress for urban roadside trees in Kyoto city (2022)
  • 著者名/発表者名: Mayu Matsumoto, Takashi Kiyomizu, Saya Yamagishi, Tomomitsu Kinoshita, Luisa Kumpitsch, Atsushi Kume, Yuko T. Hanba
  • 学会等名: The 12th Conference of International Consortium of Landscape and Ecological Engineering (ICLEEE 2022))
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 大気中の水蒸気量に対する葉の気孔応答にアクアポリンが与える影響 (2022)
  • 著者名/発表者名: 半場祐子, 松浦拓海, 冨田麟太郎, 山岸彩, 奈良久美
  • 学会等名: 日本植物学会第86回大会
• [学会発表] Evaluation of photosynthesis and long-term water use efficiency to air pollution stress for urban roadside trees in Kyoto city (2022)
  • 著者名/発表者名: Mayu Matsumoto, Takashi Kiyomizu, Saya Yamagishi, Tomomitsu Kinoshita, Luisa Kumpitsch, Atsushi Kume, Yuko T. Hanba
  • 学会等名: INTECOL 2022
  • 国際学会
• [学会発表] First contact to gravity : earliest land plants bryophytes adapt to increase in gravity via enhancements of photosynthesis and expression of AP2/ERF transcription factors (2022)
  • 著者名/発表者名: Yuko T. Hanba, Kaori Takemura, Sakihito Kitajima, Maki Yokoi, Akihisa Shinozawa, Ayuko Maeda, Yuichiro Yasuda, Naoya Sakaguchi, Ryuji Kameishi, Hiroyuki Kamachi, Atsushi Kume, Ichirou Karahara, Yoichi Sakata, Tomomichi Fujita
  • 学会等名: 18th International Congress on Photosynthesis
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A Small Talk on Plant Anti-Insect ATS3 and PLAT Proteins and Transient Gene Expression in Radish Sprouts. (2022)
  • 著者名/発表者名: 北島佐紀人
  • 学会等名: 3 rd JAPAN-ASEAN Seminar 2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 植物の乳液成分を手掛かりに新規な抗昆虫タンパク質を探す (2022)
  • 著者名/発表者名: 北島佐紀人
  • 学会等名: 第22回農薬バイオサイエンス研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 森林モニタリングから環境変動影響を評価することは何故難しいのか (2021)
  • 著者名/発表者名: 久米 篤
  • 学会等名: 第132回日本森林学会
• [学会発表] シロイヌナズナの液胞膜型アクアポリンTIP2;2の機能解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山成由佳子、中原由揮、藤本緋菜、本廣夕佳、桑形恒男、半場祐子、且原真木、奈良久美
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
• [学会発表] 短縮周年系で育成したポプラの木部構造と遺伝子発現の関係 (2020)
  • 著者名/発表者名: 馬場啓一, 栗田悠子, 永野 惇, 三村徹郎
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会 2020年9月20日
• [学会発表] 自動車排気ガス由来の一酸化窒素と道 路周辺樹木 の生理活性変化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 久米 篤，清水啓史・山岸 彩・半場祐子
  • 学会等名: 第131回日本森林学会大会
• [学会発表] 炭素安定同位体による植物の環境応答評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 半場 祐子、木下 智光、松本 真由、安田 柚里
  • 学会等名: 同位体環境学シンポジウム
• [学会発表] ヒメツリガネゴケ変異体(CDKA）の過重力応答 (2019)
  • 著者名/発表者名: 安田柚里，久米篤，森耀久，蒲池浩之，藤田知道，半場祐子
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] 京都市内において交通量の違いが街路樹の光合成機能に与える影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松本真由、山田悦、前田耕治、半場祐子
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] VPD の変化に対するユーカリの光合成応答にアクアポリンが果たす役割 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山岸 彩, 北島 佐紀人, 半場 祐子
  • 学会等名: 第66回日本生態学会大会
• [学会発表] "乾燥条件下における中低木街路樹の生理学的応答の比較 " (2019)
  • 著者名/発表者名: 堀家 広樹, 半場 祐子
  • 学会等名: 第66回日本生態学会大会
• [図書] 同位体環境学がえがく世界 (担当:分担執筆, 範囲:街路樹の炭素安定同位体比からCOVID19による産業活動停滞の影響検出を試みる) (2023)
  • 著者名/発表者名: 半場祐子
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: 総合地球環境学研究所
  • ISBN: 9784910834177
• [図書] 木本植物の生理生態 第8章 安定同位体から見た森林樹木 (2020)
  • 著者名/発表者名: 半場祐子
  • 総ページ数: 264
  • 出版者: 共立出版
  • ISBN: 9784320058125
• [図書] 木本植物の生理生態 第11.2章 (2020)
  • 著者名/発表者名: 久米篤
  • 総ページ数: 264
  • 出版者: 共立出版
  • ISBN: 9784320058125
• [備考] 「都市環境と宇宙環境の植物研究を進める」京都工芸繊維大学 半場祐子教授にインタビュー
  • URL: https://terra-rium.com/ja/articles/8101/
• [備考] 京都工芸繊維大学 応用生物学課程HP
  • URL: http://www.bio.kit.ac.jp/