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温帯落葉樹林の林床草本の葉の光合成電子伝達系の制御機構の多様性の解析

研究課題

研究課題/領域番号 23K23967
補助金の研究課題番号 22H02704 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
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
研究機関東京薬科大学

研究代表者

野口 航  東京薬科大学, 生命科学部, 教授 (80304004)

研究分担者 田中 亮一  北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (20311516)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2025年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2024年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2023年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2022年度: 11,050千円 (直接経費: 8,500千円、間接経費: 2,550千円)
キーワード林床草本 / 光合成電子伝達系 / フェノロジー / 光合成の保護機能
研究開始時の研究の概要

光環境が大きく季節変動する落葉樹林の林床では、葉をつける季節(フェノロジー)が異なる多様な草本種が季節に応じて入れ替わり光合成生産を行っている。林床草本には絶滅危惧種も多く、これらの草本種の光合成系の特徴を理解することは、生態系の理解や多様性の保全のために重要である。
本課題では、「落葉樹林の林床で葉をつける期間の異なる3種類のグループ(春植物、夏植物、常緑植物)における光合成電子伝達系の制御のしくみの違いを明らかにすること」を目的とする。キャンパス内の自生地での環境計測や非破壊的な計測、実験室内での詳細な測定や生化学的な実験を組み合わせて行う。

研究実績の概要

林床で同所的に生育する異なる3種類のフェノロジー(春植物、夏植物、常緑草本)の植物種を用いて、光合成電子伝達系の制御機構とその多様性を明らかにする。以下の仮説を立て、検証することを目的とした。
仮説1) 寿命が短い春植物の葉では、低温下でもCO2吸収速度を高くするために、高い光合成電子伝達が維持されるしくみがある。仮説2) 生育期間に被陰される期間が長い夏植物は少ない光でも有効に光合成生産するために、弱光下で光合成電子伝達速度が高い。仮説3) 葉の寿命が長い常緑草本では、林床が明るい冬に低温・強光からの保護機能が変化するとともに、光合成電子伝達速度が増加する。
2023年度は、東京薬科大学構内の落葉樹林下に同所的に自生する異なるフェノロジーを示す複数の草本種について、葉のガス交換と光合成電子伝達特性を調べ、光合成電子伝達系の制御機構を解析した。定期的に自生地から葉を採取し、光合成特定の季節変化を測定した。春植物のキクザキイチゲは葉を展開している短い期間中に高い光合成速度を維持していたが、A-Ciカーブの初期勾配は葉の展開初期から2週間後に最大値を示した。一方、他の種では葉の展開初期に高い光合成速度や初期勾配を示し、その後低下した。特に夏植物のウバユリでは低下が速かった。光合成電子伝達特性の測定温度依存性を調べた結果、キクザキイチゲは光化学系IIの電子伝達速度 (ETRII)の最大値が2月から4月に低温から高温にシフトした。同様の変化はエンレイソウにも見られた。他の種でも測定温度依存性が季節変化したが、変化の程度には種間差があった。キクザキイチゲでは季節が進むとETRIIの変化に伴い、低温下のプラストキノンの酸化度を示すqLは低下し、熱散逸を示すパラメータであるNPQが上昇した。

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

キャンパス内の落葉樹林に自生する草本種の光合成電子伝達パラメータやガス交換パラメータを定期的に測定し、フェノロジーが異なる植物種間で光合成電子伝達系の季節変化の応答性の違いやその詳細を明らかにできた。光合成タンパク質量や光合成色素量の測定のために、定期的に葉をサンプリングし、葉の内部形態を観察するために、葉の一部を固定包埋している。

今後の研究の推進方策

2023年度に用いた草本種である春植物キクザキイチゲ、エンレイソウ、夏植物ムサシアブミ、ウバユリ、常緑草本オウレン、ショウジョウバカマを用いる。自生地での光強度と気温の変化を光量子センサーと温度計で継続測定をする。
2023年度に行なった光合成速度を継続し、2023年度のデータの再現性を確認する。2023年度にサンプリングし、保存していた試料を光合成タンパク質量や光合成色素量の解析を進め、フェノロジーが異なる植物種間で光合成電子伝達系の季節変化の応答性の違いの背景にあるしくみを明らかにする予定である。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2024 2023 2022 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 3件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 4件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Differential nighttime decreases in leaf respiratory CO2-efflux and O2-uptake.2024

    • 著者名/発表者名
      Bruhn D, Noguchi K, Griffin KL, Tjoelker MG
    • 雑誌名

      New Phytologist

      巻: 241 号: 4 ページ: 1387-1392

    • DOI

      10.1111/nph.19494

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 落葉樹林の林床草本の光合成制御機構2023

    • 著者名/発表者名
      野口 航
    • 雑誌名

      アグリバイオ

      巻: 7 ページ: 34-37

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] Dynamic seasonal changes in photosynthesis systems in leaves of Asarum tamaense, an evergreen understorey herbaceous species2023

    • 著者名/発表者名
      Naoki Wada, Issei Kondo, Ryouichi Tanaka, Junko Kishimoto, Atsuko Miyagi, Maki Kawai-Yamada, Yusuke Mizokami, Ko Noguchi
    • 雑誌名

      Annals of Botany

      巻: 131 号: 3 ページ: 423-436

    • DOI

      10.1093/aob/mcac156

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cost-benefit analysis of mesophyll conductance: diversities of anatomical, biochemical and environmental determinants2022

    • 著者名/発表者名
      Mizokami Yusuke、Oguchi Riichi、Sugiura Daisuke、Yamori Wataru、Noguchi Ko、Terashima Ichiro
    • 雑誌名

      Annals of Botany

      巻: 130 号: 3 ページ: 265-283

    • DOI

      10.1093/aob/mcac100

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Low N level increases the susceptibility of <scp>PSI</scp> to photoinhibition induced by short repetitive flashes in leaves of different rice varieties2022

    • 著者名/発表者名
      Ozaki Hiroshi、Takagi Daisuke、Mizokami Yusuke、Tokida Takeshi、Nakamura Hirofumi、Sakai Hidemitsu、Hasegawa Toshihiro、Noguchi Ko
    • 雑誌名

      Physiologia Plantarum

      巻: 174 号: 2 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1111/ppl.13644

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Tight relationship between two photosystems is robust in rice leaves under various nitrogen conditions2022

    • 著者名/発表者名
      Ozaki Hiroshi、Mizokami Yusuke、Sugiura Daisuke、Sohtome Takayuki、Miyake Chikahiro、Sakai Hidemitsu、Noguchi Ko
    • 雑誌名

      Journal of Plant Research

      巻: 136 号: 2 ページ: 201-210

    • DOI

      10.1007/s10265-022-01431-7

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Temperature dependence of <scp> O <sub>2</sub> </scp> respiration in mangrove leaves and roots: implications for seedling dispersal phenology2022

    • 著者名/発表者名
      Inoue Tomomi、Akaji Yasuaki、Baba Shigeyuki、Noguchi Ko
    • 雑誌名

      New Phytologist

      巻: 237 号: 1 ページ: 100-112

    • DOI

      10.1111/nph.18513

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 越冬中の常緑樹の光合成応答2024

    • 著者名/発表者名
      田中亮一
    • 学会等名
      第65回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 呼吸鎖阻害下の光合成電子伝達系の解析2023

    • 著者名/発表者名
      小西達久, 野口 航
    • 学会等名
      第13回日本光合成学会年会およびシンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 温帯落葉樹林の林床草本の葉の光合成電子伝達系の制御機構の解析2023

    • 著者名/発表者名
      橋本幸紀, 溝上祐介, 野口 航
    • 学会等名
      日本植物学会第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ミトコンドリア呼吸鎖阻害による光合成電子伝達の低下要因の解析2023

    • 著者名/発表者名
      小西達久, 野口 航
    • 学会等名
      日本植物学会第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 林冠落葉樹落葉期から積雪期にかけての気温や光環境の季節変化に対する林床ササの光合成系の応答2023

    • 著者名/発表者名
      島田康平, 岸本純子, 高林厚史, 田中亮一, 小野清美
    • 学会等名
      日本植物学会第87回大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 窒素栄養条件に対するイネの葉の光化学系Iの応答性と頑健性2023

    • 著者名/発表者名
      野口 航, 尾崎洋史, 溝上祐介, 杉浦大輔, 早乙女孝行, 三宅 親弘, 酒井 英光
    • 学会等名
      第64回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ミトコンドリア呼吸鎖の阻害による光合成電子伝達系の制御機構への影響2023

    • 著者名/発表者名
      小西達久, 野口 航
    • 学会等名
      第64回日本植物生理学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 常緑樹は低温下でどのように光障害を防いでいるのか?2023

    • 著者名/発表者名
      田中亮一
    • 学会等名
      第134回日本森林学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 寒冷圏の常緑樹はなぜ低温下でも緑を保つことができるのか?2022

    • 著者名/発表者名
      田中亮一
    • 学会等名
      日本生化学会北海道支部会特別講演
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] タマノカンアオイの光合成の季節変動に関する論文がAnnals of Botany誌に掲載されました

    • URL

      https://www.toyaku.ac.jp/lifescience/newstopics/2022/0327_5583.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 応用生態学研究室の論文がJournal of Plant Research誌に掲載されました

    • URL

      https://www.toyaku.ac.jp/lifescience/newstopics/2022/0227_5528.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 応用生態学研究室の野口先生らの論文がNew Phytologist誌に掲載されました

    • URL

      https://www.toyaku.ac.jp/lifescience/newstopics/2022/1228_5442.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

URL: 

公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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