植物は自らが過去に経験した光環境の情報をどのように処理・利用しているのか？

植物如何处理和利用它们过去经历过的光环境信息？

基本信息

批准号：
19K22343
负责人：
松田怜
金额：
$ 4.08万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-06-28 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K22343/
关键词：
光順化 LMA クロロフィル光合成キュウリ白色LED PPFD モデル LED 生育モデル

项目摘要

本研究の目的は、脳という記憶・情報処理器官を持たない植物が、いかにして自身が経験した環境、特に光強度の時間変動の情報を処理し、自身の「体づくり」、すなわち環境に応じた生理的・形態的特性の変化に利用しているのかを、数理モデルで表すことである。このことは、施設園芸において植物生育や収量を予測し、望ましい特性を有する植物を環境制御によって作り出すなど、植物生産の高効率化を図る上で重要であると考える。本年度は、まず昨年度までに実施した実験データを取りまとめて解析を進めた。実験の概要は次のとおりである。出葉後の明期における光合成有効光量子束密度（PPFD）の経日変化が、個葉の生理的・形態的特性に及ぼす影響を、キュウリ第1本葉をモデル実験系として、室内実験により調べた。播種後11～16日目の日ごとの明期PPFDの異なる種々の試験区を設定した。播種後16日目に、光順化に関する生理的・形態的特性として、葉面積あたり葉乾物重（LMA）、最大純光合成速度（Pnmax）、最大カルボキシレーション速度（Vcmax）および最大電子伝達速度（Jmax）を評価した。解析の結果、Pnmax、Vcmax、およびJmaxの推定については、日ごとの明期PPFDの変化量の関数を用いることで、過去の日ごとの明期PPFDを単純に平均した単純平均PPFDや、日ごとの明期PPFDに固有の重みを与える加重平均PPFDを用いた従来の方法よりも、精度の高い推定を行うことが可能であることが明らかとなった。この結果は、LMAの推定とは異なるものであり、推定する特性ごとに異なる推定方法を適用する必要性が示された。また、これまでのデータに基づいて得られた仮説を実証するための新たな実験も実施した。

这项研究的目的是解释没有大脑的记忆和信息处理器官的植物如何处理它们所经历的环境，特别是有关光强度的时间波动的信息，以及它们如何“构建自己的身体”，也就是说，适应环境的目标是用数学模型来表明生理和形态特征是否得到了相应的利用。我们相信，这对于提高植物生产效率非常重要，例如预测温室园艺中的植物生长和产量，以及通过环境控制培育具有所需特性的植物。今年，我们首先对去年为止的实验数据进行了整理和分析。实验的概要如下。以黄瓜第一片真叶为模型实验系统，通过室内实验，研究出叶后光照期间光合有效光子通量密度（PPFD）的每日变化对单叶生理形态特征的影响。。播种后11至16天设置不同日光照周期PPFD的试验田。播种后第16天，测定与光驯化相关的生理和形态特征：每叶面积叶片干重（LMA）、最大净光合速率（Pnmax）、最大羧化速率（Vcmax）和最大电子传递速率（ Jmax）进行了评估。分析的结果是，为了估计 Pnmax、Vcmax 和 Jmax，通过使用每日光照周期 PPFD 变化量的函数，我们可以计算简单平均 PPFD，即过去每日光照周期 PPFD 的平均值，并且已经清楚的是，与使用加权平均 PPFD 的传统方法相比，可以做出更准确的估计，加权平均 PPFD 为每个光周期 PPFD 赋予唯一的权重。这个结果与LMA估计不同，表明需要对每个待估计的特征应用不同的估计方法。他们还进行了新的实验来验证根据之前的数据获得的假设。