Development of a state-space model of leaf photosynthetic characteristics for regulation and forecast of whole-plant photosynthesis

开发用于全植物光合作用调控和预测的叶片光合特性状态空间模型

• 批准号: 17J04736
• 负责人: 村上 貴一
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Yamaguchi University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J04736/
• 关键词: 光合成能力; 順化; Cytochrome; 変動光; 光環境; 分光画像計測; PRI; 光合成光利用効率; 光合成電子伝達; モニタリング; 空間分布

本研究の目的は、光環境に応じた植物個体の各個葉の光合成特性の推移を時系列モデルとして表現することである。このモデルを用いて、近い将来までの環境条件のもとでの個体総光合成量を制御・予測することを目指す。平成30年度は、個葉の光・CO2飽和条件下での光合成速度 (光合成能力) の推移に着目し、光環境制御が光合成能力およびその律速要因である光合成タンパク質複合体cytochrome b6f (cyt-bf) の分解・合成に及ぼす影響を解析した。光合成能力の順化に関する既往の研究では、成熟葉の光合成能力は受光量の低下に応じて速やかに低下し、それ以降の受光量の再上昇は光合成能力の強光順化応答を誘導しないとされていた。これらの研究成果を受け「葉の強光順化の柔軟性は成熟後徐々に失われる」という作業仮説のもと、成熟葉に対して2-8日間の弱光処理ののち再び強光処理を行う試験区を設け、葉の強光順化応答の柔軟性を調査した。エンドウを供試植物として、グロースチャンバ内で光環境制御実験を行った。栽培期間を通して強光条件下に置かれた陰性対照区の葉の光合成能力およびcyt-bf量は概ね一定の値となった。一方、弱光処理された陽性対照区の葉のそれらは弱光処理開始以降、指数関数的に減衰した。再強光処理を行った試験区の葉では、弱光処理の日数に依らず、再強光処理後に光合成能力およびcyt-bf量が上昇した。さらにcyt-bfの分解・合成に基づく統計モデリングでは、弱光処理日数が再上昇の時定数に及ぼす影響は小さいことを示唆する結果が得られた。したがって、本研究では、既往の研究から予想される結果とは異なり、少なくともエンドウでは 1) 葉の光合成能力は成熟以降も柔軟に強光に対して順化すること、2) 一週間程度の弱光処理は光合成能力の可逆的な順化を損ねないこと、が明らかとなった。

The objective of this study was to investigate the temporal evolution of photosynthetic characteristics of individual leaves in light environments. The objective is to control and predict the environmental conditions in the near future In 2003, the change of photosynthetic rate (photosynthetic ability) under the condition of light and CO2 saturation of individual leaves was analyzed. The effect of light environment control on photosynthetic ability and the rate of photosynthesis on the decomposition and synthesis of cytochrome b6f (cyt-bf) was analyzed. Previous studies on the relationship between photosynthetic ability and assimilation showed that photosynthetic ability of mature leaves decreased rapidly due to the decrease of light reception, increased rapidly due to the decrease of light reception, and induced by strong light assimilation. The results of this study were as follows: "The softness of strong light naturalization of leaves is lost after maturity." The soft response of strong light naturalization of leaves was investigated in the experimental area. The test plants are under control of the light environment. The photosynthetic ability of leaves in the negative illumination area under the condition of strong light during the cultivation period is almost equal to that of cyt-bf A square, low light treatment, positive light area of the leaf, but low light treatment began to reduce the number of exponential decline The photosynthetic ability and cyt-bf increased with the number of days under strong and weak light treatment. The results of the analysis and synthesis of cyt-bf are as follows: The results of this study are different from those of previous studies. 1) The photosynthetic ability of leaves is mature to reduce the soft and strong light, 2) The photosynthetic ability of leaves is reversible to reduce the weak light during the star period.

项目成果

Time course of the photochemical reflectance index (PRI) during photosynthetic induction: its relationship with the photochemical yield of photosystem II

光合诱导过程中光化学反射指数（PRI）的时程：与光系统II光化学产率的关系

• DOI: 10.1111/ppl.12745
• 发表时间: 2018
• 期刊: Physiologia Plantarum
• 影响因子: 6.4
• 作者: Murakami Keach;Ibaraki Yasuomi
• 通讯作者: Ibaraki Yasuomi

分光反射画像計測による葉位別光合成速度推定にむけて: PRIの光応答の評価

使用光谱反射图像测量通过叶子位置估计光合作用速率：PRI 光响应的评估

• 发表时间: 2017
• 作者: 村上貴一;荊木康臣
• 通讯作者: 荊木康臣