| 研究課題/領域番号 |
21H04780
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分45:個体レベルから集団レベルの生物学と人類学およびその関連分野
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
北山 兼弘 京都大学, 農学研究科, 名誉教授 (20324684)
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| 研究分担者 |
江澤 辰広 北海道大学, 農学研究院, 准教授 (40273213)
向井 真那 山梨大学, 大学院総合研究部, 助教 (60909159)
和穎 朗太 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農業環境研究部門, 上級研究員 (80456748)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
36,660千円 (直接経費: 28,200千円、間接経費: 8,460千円)
2023年度: 10,530千円 (直接経費: 8,100千円、間接経費: 2,430千円)
2022年度: 10,530千円 (直接経費: 8,100千円、間接経費: 2,430千円)
2021年度: 15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円)
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| キーワード | 土壌リン / フォスファターゼ / 有機酸 / 共生菌根菌 / リン循環 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
必須元素のリンは生態系の循環過程で難溶性あるいは難分解性の形態に変化し、樹木はリン欠乏に陥るとされてきた。樹木細根あるいは共生菌根菌は難溶化した土壌無機態リンに対して有機酸を滲出し、難分解化した土壌有機態リンに対してフォスファターゼを分泌しリン獲得を最適化し維持している。本研究では、土壌中のリン画分の量比と樹木の窒素・リンへの資源要求性により、有機酸生産/フォスファターゼ生産/共生菌根菌の比率が樹種特異的に決定され、樹木群集が成り立つことを検証する。本研究では、この樹木の多様なリン獲得メカニズムを「リン獲得シンドローム」と呼び、その全容を解明し、新たな陸域生態系のリン循環モデルを構築する。
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| 研究実績の概要 |
東日本から西日本にかけて、土壌リン濃度が大きく異なるコナラ優占林8ヶ所を本年の調査地とした。各調査地において、コナラの林冠木を4本選び、各個体について細根フォスファターゼ活性と細根有機酸滲出速度を決定した。細根からの有機酸滲出速度は、シリンジ装着法(Sun et al. 2017)により決定した。選んだコナラ個体の根元を注意深く掘り、露出した細根を親木に付いたまま純水で洗浄、培養液とガラスビーズを加えたシリンジに挿入した。シリンジを24時間放置し、培養液を回収、実験室に保冷して持ち帰った。溶存の有機酸を高速液体クロマトグラフィーにより分離し、定量した。有機酸滲出物を採集した後、同じ個体から新鮮な細根を採集し、冷蔵して京都大学に輸送した。採集から24時間以内に、4つの基質を用いて、4種類のフォスファターゼ活性（ホスホモノエステラーゼ、ホスホジエステラーゼ、ピロホスファターゼ、フィターゼ）を測定した。林冠の生葉も採集し、N、P濃度を測定し、N/P比を求めた。細根については、画像処理し、根長、表面積および乾燥重量を求める。以上の解析を、1個体当り4反復の細根について行った。
有機酸滲出速度を測定した同じ個体から、新鮮な細根を採集し、RNAlater溶液に保存し、北大に輸送した。細根からDNAを抽出後に、真菌についてamplicon解析を行った。
各コナラ林においては、表層土壌（30cm深）を採集し、京都大学の実験室に持ち帰り、酸性シュウ酸溶液で土壌を抽出し、抽出されたAl、Fe、Si濃度をICP発光プラズム分光分析装置により決定し、非晶質物質濃度とした。さらに、土壌有機態リンを0.25 M NaOH + 50 mM EDTA溶液で抽出し、抽出試料を核磁気共鳴装置に導入して、モノエステル態、ジエステル態、ピロリン酸、フィチン酸の4画分を分画し決定した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
ほぼ計画通りに進展していると判断できる。成果については、日本生態学会と日本森林学会で発表を行った。これらは、全て計画通りである。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度は、広い地理的分布を持つ、外生菌根生とAM菌根生の樹木種をそれぞれ1種選び、細根のフォスファターゼ活性と有機酸滲出速度の種内変異を評価することで、樹木種におけるリン獲得の適応的意義を明らかにする。外生菌根生樹種についてはコナラ（ミズナラも含む）を、AM菌根生の樹木種についてはスギを候補として選んでいる。これらの樹種はリン可給性の異なる複数の土壌タイプにまたがり広く分布しているため、リン獲得の種内変異を解明するために理想的な種である。
これらの樹種が分布している、環境省のモニタリングサイトを10箇所ほど調査地として選ぶ。各調査地において、コナラ（ミズナラ）とスギの林冠木をそれぞれ4本選び、各個体から注意深く細根を掘り出し、細根のフォスファターゼ活性と有機酸滲出速度を測定する。測定方法は昨年度と同様である。まず、有機酸滲出速度は、シリンジ装着法(Sun et al. 2017)により決定する。各測定個体の根元を注意深く掘り、露出した細根を親木に付いたまま純水で洗浄、培養液とガラスビーズを加えたシリンジに挿入する。シリンジを24時間放置し、培養液を回収、実験室に保冷して持ち帰る。溶存の有機酸を高速液体クロマトグラフィーにより分離し、定量する。また、同じ樹木個体から新鮮な細根を切断して採集し、冷蔵して京都大学に輸送する。採集から24時間以内に、4つの基質を用いて、4種類のフォスファターゼ活性（ホスホモノエステラーゼ、ホスホジエステラーゼ、フィターゼ、ピロフォスファターゼ）を決定する。測定後の細根については、画像処理し、根長と表面積を求める。画像処理後には、凍結乾燥し、乾燥重量を求める。コナラ（ミズナラ）については、次年度の共通圃場試験に向けた播種を開始する。
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