針葉樹のシュートの水分生理特性における体積弾性率の役割とその成り立ち

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K06154
• 研究機関: 国立研究開発法人森林研究・整備機構
• 研究代表者: 齋藤 隆実 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (30403108)
• 研究分担者: 秋山 拓也 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (50553723) ; 三好 由華 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 研究員 (50781598)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 細胞壁 / 弾性的性質 / 水ポテンシャル / 膨圧維持 / 圧力ー体積曲線 / 水分生理

研究実績の概要

葉の水分生理特性は、葉の細胞の圧力―体積曲線（P-V曲線）によって理解することができる。P-V曲線が示す体積弾性率という指標については、1970年代からほとんど理解が進んでいない。この指標は、葉の細胞が失った水分量に対して細胞の膨圧が低下する割合から求められ、細胞壁の物理的性質を表していると考えられてきた。
これまで研究代表者らは、葉が乾燥ストレスを受けた際に、体積弾性率が低下することを示した。しかし、文献では上昇する例もあり十分な理解に至っていない。また研究代表者らは、葉の体積弾性率が葉肉細胞の細胞壁の弾性的性質と強く関係していることを示した。しかし、この結果は広葉樹の葉で得たものであり針葉樹では明らかでない。
本課題の初年度（2020年度）には、共同研究者二名と課題設定を根底から再考した。理由として、研究代表者の事前の計画に従って実験が進行するにつれて、共同研究者の発想が失われてしまうのではないかと危惧したからである。共同研究者については異分野から招いたので、研究代表者とは異なる背景を持っている。異なるものの見方や考え方は、葉の体積弾性率の理解の大きな発展につながる可能性がある。
「水と細胞壁」というテーマについて議論を重ね、本課題における本質的な問題は何か、参画者全員の興味が向かう先はどこかを探った。一般的に、細胞壁の物理的性質が変化する原因として、細胞壁の三成分（セルロース、ヘミセルロース、リグニン）の変化が考えられている。本課題の研究計画も、無意識にこの前提の上に立っていることに気が付いた。しかし、生きている葉の細胞壁には一定量の水分が必ず含まれており、この水分の物理化学的な働きによって細胞壁の物理的性質が大きく変化する可能性が指摘された。その意味で、水分も細胞壁の重要な構成成分であるという認識に至った。この認識を念頭に、計画の基本路線を踏まえて研究を進める予定である。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

本研究課題は昨年度から開始した。研究代表者および共同研究者の意見交換に予想以上の時間を要したため、研究計画の進捗が遅れることとなった。研究代表者の研究分野は植物生理生態学であるが、共同研究者の研究分野は木材物性学および木質化学である。これらの分野間の交流は乏しく研究の背景が全く異なっているため、参加者間の相互理解に時間をかけた。しかしながら、本課題の参加者全員の関心は同じく細胞壁である。議論を重ねることで、研究代表者の分野になかった研究対象の見方を共有し、利用されたことのない研究手法を応用できる可能性が生まれた。このように議論に十分な時間を割くことで、今後の研究の発展の基礎を築くことができた。

今後の研究の推進方策

計画の基本路線は変更せずに、実験計画を一年後ろ倒しする。とくに細胞壁に含まれる水分の物理化学特性を変化させたときに、個葉の体積弾性率にどのような変化が現れるか調べる予定である。

次年度使用額が生じた理由

（理由）R2年度に予定していた、ＰV曲線の測定および引張試験の検討をR3年度に予定している。これらの実験に使用する窒素ガスなどの消耗品を購入する必要があるため。

（使用計画）実験で使用する消耗品を購入する。