東京薬科大学 生命科学部 応用生命科学科 応用生態学研究室

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陸上植物は動き回ることができないため、環境変化に対して、柔軟でかつ適切な応答をしています。当研究室では、陸上植物の成長や生存に関係する呼吸系や光合成系が、環境変化にどのように応答し、どのような生態学的な意義があるかを解明するために、モデル植物や野外の植物を使って研究を進めています。
  (1) 呼吸系と光合成系の相互作用 昼間の葉の呼吸系の役割
  (2) シロイヌナズナの葉の光合成系や呼吸系のエコタイプ間差の解析
  (3) 光化学系Iの頑健性の維持機構の解明
  (4) 葉の光合成系の季節変化をもたらすしくみの解明
  (5) 呼吸系バイパス経路の環境応答
共同研究を積極的に進めています。研究内容について質問のある方や詳細が知りたい方、植物の呼吸系について相談がある方は遠慮なく(knoguchi@toyaku.ac.jp)までご連絡ください。
(1) 呼吸系と光合成系の相互作用

昼間に光を受けて光合成をしている葉では、葉緑体でおきる光合成とミトコンドリアでおきる呼吸との相互作用が重要であると考えられています。これまでに、シロイヌナズナの葉のミトコンドリア呼吸鎖を阻害した条件では、強光条件下で光合成の光化学系IIの活性や電子伝達系全体の活性が低下することを明らかにしていきました。現在、それらの低下要因を葉の分光学的測定や生化学的な実験を組み合わせて明らかにしようとしています。今後は、光が当たっている葉でミトコンドリア呼吸鎖がもつ役割の生理学的機構の詳細を明らかにすることや、植物種による相互作用の多様性を明らかにしていきたいと考えています。

(2) シロイヌナズナの葉の光合成系や呼吸系のエコタイプ間差の解析

モデル植物のシロイヌナズナには、さまざまな温度環境や光環境に適応して分化したエコタイプ(生態型)が見られます。現在、葉の光合成速度や呼吸速度に注目し、エコタイプ間で見られるそれらの速度の違いがどのような生理学的な要因によるか、その違いの生態学的な意義は何かを明らかにするために、生理学的な実験を進めています。

(3) 光化学系Iの頑健性の維持機構の解明

光合成電子伝達系の光化学系Iは、ストレス下で活性酸素の生成する場であることが知られていますが、さまざまな保護機構がはたらいて、その活性が維持されています。そのような頑健性がもたらされる機構や環境変化に対する応答機構に注目しています。保護機構の1つである光呼吸活性が低下する高CO2環境下のイネの葉を用いて、光化学系Iの頑健性の維持機構や品種による違いを調べています。

(4) 葉の光合成系の季節変化をもたらすしくみの解明

東京薬科大学キャンパス内に広がる落葉樹林は春から秋に葉をつけます。そのため、林床では夏季はうす暗く、冬季から春先まで明るいという季節変化が見られ、林床の草本植物種はその季節変化に適応していると考えられています。
 キャンパス内には、そのような植物種に、絶滅危惧II類のタマノカンアオイが見られます。タマノカンアオイの葉は春に展開し、翌年の春に落葉します。1年の間に光強度や温度が大きく季節変動する環境で、タマノカンアオイの葉の光合成系がどのように変化するか、冬季の低温・強光というストレス環境ではどのような耐性機構をもっているのかに注目し、研究を進めています。

(5) 呼吸系バイパス経路の環境応答

植物の呼吸系のいくつかの特徴的な経路のなかでも、呼吸鎖末端酸化酵素であるalternative oxidase (AOX)は、ATP合成と共役しないため、AOXに全電子が渡るとエネルギー生成速度は1/3程度になります。このユニークな酵素AOXに注目し、生態学的意義も探りながら研究を進めています。
 これまで、光・栄養塩・温度環境への順化や応答のときに、AOXにどのようなはたらきがあるかについて調べてきました。AOX1a欠損変異株を使ったリン欠乏下でのシロイヌナズナのAOXの役割や、低リン環境に適応しているシロバナルピナス(右写真)やホソバルピナスの根の呼吸系と根からの有機酸分泌との関連性を調べています。