植物の個体レベルのC・N分配調節メカニズムに関する生理生態学的研究

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植物は個体レベルの葉、茎、根への炭水化物 (C) や窒素 (N) の分配や、葉の面積あたりの重さ (LMA) を、環境条件に応じて変化させる。本研究では、このようなC・N分配パターンや、LMAを調節するメカニズムについて、植物ホルモンであるジベレリン (GA) やサイトカイニン (CK) の役割や、シンクソースバランスに応じて葉に蓄積する糖が果たす役割を解明することを目的として行った。(1) 草本植物イタドリ (Polygonum cuspidatum) を用いて、光やN条件の変化に応じた個体レベルのC分配の変化と、内生GAやCKの変化の関係を解析した。強光・弱光の各条件下では、高N条件ほど、地上部全体のCK濃度が高く、同時に個体レベルの葉へのC分配比も高かった。活性型GA濃度も同様に高N条件ほど高く、強光・低N条件ではほとんど検出されなかった。外生GA、CK添加時に見られる葉へのC分配比と、内生GA、CK濃度が高いときに見られる葉へのC分配比は同様の傾向を示すため、これらの植物ホルモンが個体レベルのC分配の変化を調節するメカニズムに深く関わっていることが示唆された。(2) 草本植物ダイコン (Raphanus sativus) の、胚軸が肥大する品種 (コメット：貯蔵シンク活性が高い) と肥大しない品種 (葉大根：活性が低い) を接ぎ木することでシンクソースバランスを変化させ、葉へ蓄積する糖がLMAや葉の構造に与える影響を評価した。どちらの品種でも、貯蔵シンク活性が低い葉大根の胚軸を台にすると、シンク活性が高いコメットを台にした時と比べ、LMAが大幅に増加した。増加分はデンプンだけでは説明できず、葉の厚さはほとんど変化していなかったため、デンプンが蓄積するほど細胞壁成分が増加している可能性が示された。葉の横断切片の構造解析を行ったところ、細胞数や細胞密度がデンプン量に応じて変化していることが分かった。