2020 Fiscal Year Annual Research Report
Scaling of whole root/shoot respiration from seedlings to giant trees
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19H02987
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
森 茂太 山形大学, 農学部, 教授 (60353885)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山路 恵子 筑波大学, 生命環境系, 教授 (00420076)
石田 厚 京都大学, 生態学研究センター, 教授 (60343787)
吉村 謙一 山形大学, 農学部, 准教授 (20640717)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 個体光合成 / 個体蒸散速度 / 地上部呼吸 / 根系呼吸 / 根系配分 / 個体レベル / 水利用効率 / スケーリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、昨年度に開発しその精度等を検討した「個体レベルの光合成、蒸散速度の測定方法」を用いて芽生え～小型個体（H=約2ｍ）の個体レベルの蒸散速度、光合成最大値、個体呼吸速度を測定した。樹木サイズに応じ、約数百ccから約数百Ｌの装置を使い分けた。
個体蒸散速度は一定気温（約30±１℃）で光飽和時の時間当たりの個体重量減少速度を蒸散速度として測定した。測定には10ｍｇの精度で重量計測できる電子天秤を用いた。また、個体の光合成速度最大値は光飽和光の下で個体全体を透明なアクリルチャンバーに短時間（1分以内）密閉し内部CO2減少速度を測定して評価した。測定に際し、内部の温度上昇は1度以内に抑えた。光合成チャンバー内部にはCO2センサーとともにDCファンを入れ空気を十分に攪拌してCO2濃度の減少速度を均一に保った。
国内ブナ６産地（山形、高知、静岡、長野、岩手）、アメリカブ、ヨーロッパブナ合計79個体を材料に用いた。測定の結果、個体光合成最大値は個体葉面積の1.77乗に比例していた（r2=0.86）。一方、個体蒸散速度最大値は葉面積の1.03乗倍に比例していた(r2=0.95)。以上の測定値は、これまでブナについて報告されてきた個葉面積当たりの光合成速度、蒸散速度とほぼ同じ範囲にあった。
我々が測定した光合成、蒸散速度はともに個体レベルの値であり、これより水利用効率（個体光合成の最大値/個体蒸散速度の最大値）を個体レベルで評価した。その結果、産地間の差は不明確で、個体サイズの増加とともに水利用効率は急速に高まった。従来、個葉光合成に産地間差が知られるが、一方で、サイズに応じた光合成のシフトも知られている。今後は、個体レベルの根系配分のシフトと個体レベルの水利用効率の関係を関連付けて、成長とともに水獲得中心から炭素獲得中心へと資源獲得の生理特性がシフトする様子を個体サイズを説明変数にして明らかにする予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2020年度も、コロナ禍のため県境を越えた移動が制限され、研究者間での議論を十分に行うことができなかった。しかし、計画を変更することにより最低限度の測定を行った。また、国際誌に複数の論文が掲載されるなど一定の成果を上げることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度は、樹木個体レベルの光合成、蒸散の測定方法を開発し検証し、2020年度はその方法を用いて、芽生え～小型木の測定を行った。その結果、材料としたブナ個体の生育環境や遺伝的に異なる系統にかかわりなく、主に個体サイズに応じてシフトする個体生理特性のontogenetic shiftを定量化することができた。
2021年度はブナ個体の根系配分（呼吸、重量、表面積）を測定して、上記のontogenetic shiftとの関連性を検討する予定である。このほか、既に、我々は樹高34mの根を含む個体全体を測定装置に入れて呼吸測定を行う等、ほぼ樹木の個体サイズの全レンジ幅（芽生え～大木）にわたる1000個体の個体呼吸データベースを構築してきた。今後は、これらのデータベースも活用しながら個体呼吸、光合成、蒸散速度の実測から、当初の最終目的である「CO2収支の林齢シフトモデル、樹木大型化の適応的意義の解明、根系発達が制御する革新成長モデル」等を進める予定である。
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