樹木の木材形成の細胞メカニズム

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本研究は、木質バイオマスの量や質を決定する、樹木の形成層分裂活動や木部細胞分化の制御機構を細胞生物学的に詳細に明らかにすることを主目的とした。そこで、針葉樹であるスギ、ヒノキ、モミを用いて、冬期の形成層活動が休眠中の樹幹に人為的な加温処理を行い、樹幹温度の上昇により形成層細胞の分裂が誘導され、分裂のためのエネルギーには貯蔵デンプンが使用されていることを明らかにした。また、形成層分裂活動の開始時期と最高気温との間に密接な関連性があることを統計学的に明らかにし、形成層活動を制御する最高気温の閾値を基にした新しい形成層再活動指標を提唱した。形成層再活動指標は、気象データのみで形成層再活動時期を予測することが出来ることから、肥大成長量の年変動要因を年輪年代学的な方法で明らかにする上でも有効である。さらに、冬季に加温処理を行うことにより形成層活動を誘導した後に低温処理を行うと、細胞直径が減少し細胞壁厚が増加した晩材様仮道管が形成されることを明らかにした。また、初夏の形成層活動が活発で、細胞直径が大きく細胞壁が薄い早材仮道管を形成中の樹幹に低温処理を行っても、晩材様仮道管の形成が誘導されることを明らかにした。低温処理を行うと、細胞直径の減少が細胞壁厚の増加よりも早く起こることから、低温処理は、まず分化中仮道管の細胞径の拡大を抑制するといえる。したがって、針葉樹における早材から晩材への移行は、樹幹温度の低下が誘導要因の一つであると結論づけられる。また、細胞内の微小管の低温安定性を免疫抗体染色法により解析したところ、安定性は季節的に変化し、形成層活動の季節的変化と密接な関係があることを明らかにした。本研究により樹木の形成層分裂活動の季節的変化や木部細胞分化過程における環境要因の重要性を実験的に明らかに出来たといえる。