Eludication of the mechanisms making the leaf Si concentration diverse

阐明叶片硅浓度多样化的机制

• 批准号: 22K20661
• 负责人: 梶野 浩史
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-08-31 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K20661/
• 关键词: 樹木機能形質; バイオメカニクス; 葉寿命; 多様性; トレードオフ

本研究の目的は、植物のケイ素利用様式が多様化するメカニズムを解明するために、「植物のケイ素の利用にはどのような制約がかかっているか」を明らかにすることである。ケイ素は植物の葉の力学的な支持等に用いられる有用元素であるが、ケイ素を葉の支持等に用いる種は植物の中でも一部であり、多くの種はケイ素を根で排除して体内に取り入れないようにする。そのため、ケイ素の利用にはメリットだけでなく何かしらのデメリットや制約が存在すると考えられるが、ケイ素の利用が一部の種に限定的である理由を定量的に示した研究はまだない。本研究はケイ素とセルロースをはじめとする細胞壁構成成分のもつ力学特性の違いに着目して、多くの種がケイ素を用いない理由の解明を目指す。申請者のこれまでの研究では、葉のケイ素濃度の高い種では、葉は硬いがより小さな変形で壊れる（つまり脆い）ことが明らかになった。本研究ではさらに、葉の力学特性と葉寿命の関係に着目し、「ケイ素を多く含む葉は硬いが脆いため、長期間の使用には適さない」という仮説を検証する。初年度である当該年度は実験に用いるために、さまざまな系統群の常緑樹と落葉樹を含む樹木の実生苗を共通圃場にて育成した。しかしながら、実生苗の生育が予想していたよりも遅く、十分な量の葉を採取できなかったため、今年度は葉のケイ素濃度と力学特性の測定を行わなかった。令和5年度は育成した実生苗を用いて葉のケイ素濃度と力学特性を多種間で比較し、葉のケイ素濃度、力学特性、葉寿命が種間でどのように関係するかを検証する。また、野外に自生する樹木を用いて、葉寿命の異なる近縁種間のの葉のケイ素濃度と力学特性の比較も行う。

这项研究的目的是阐明硅在植物中使用的方式变得更加多样化，并阐明“对植物中硅的使用受到哪些约束”。硅是用于支撑植物叶片等的有用元素，但是有些物种使用硅来支撑叶子等，许多物种用根部消除了硅，以防止其被吸收到体内。因此，尽管人们认为使用硅不仅具有优势，而且存在一些缺点和局限性，但没有进行定量证明为什么硅限于某些物种的研究。这项研究重点是包括硅和纤维素在内的细胞壁成分的机械性能差异，并旨在阐明为什么许多物种不使用硅。申请人先前的研究表明，在高浓度的叶子的物种中，叶子硬但破裂（即脆性），变形较小。这项研究进一步关注叶子机械性能和叶片寿命之间的关系，并检验了“含有高硅的叶子很难但脆弱的假设，因此它们不适合长期使用”。在第一年，一年，在一个共同的领域中种植了来自各种谱系的常绿和落叶树的树木幼苗，以用于实验。但是，由于幼苗的增长速度慢，未收集足够的叶子，因此今年未进行硅浓度和叶子的机械性能的测量。在2023年，我们使用种植的幼苗来比较物种之间叶子的硅浓度和机械性能，并检查硅浓度，机械性能和叶片叶片的寿命如何相关。此外，在田间自然生长的树木被用来比较与叶片寿命不同的密切相关物种之间的硅浓度和叶子的机械性能。