Photosynthetic light-use efficiency of conifer shoots
針葉樹シュートの光合成における光利用効率

Conifer shoots exhibit three-dimensional changes in morphology in responce to environmental conditions. How does morphological acclimation affect shoot photosynthesis? and can we increase photosynthetic light-use efficiency by manipulating shoot morphology?

針葉樹シュートでは環境条件に対応した三次元的な形態変化がみられる。このような形態的順化反応はシュートの光合成能力とどのように関係しているのだろうか？また，シュート形態を操作することで光合成における光利用効率を促進できるのだろうか？

　
Sun and shade shoots of Pinus sylvestris (left) and fertile and infertile shoots of Picea (right).
ヨーロッパアカマツの陽・陰樹冠シュート（左）およびトウヒの豊・貧栄養シュート（右）　

Picea study (Hokkaido)

Measurement of photosynthesis using the LiCor6400 (left) and shoot silhouette area (right).
LiCor6400によるシュート光合成（左）および画像解析による投影面積（右）の測定．

From 2001, we began investigating the relationship between shoot morphology and photosynthesis in two Picea species growing on fertile and infertile soils. We found that morphological changes at the needle and shoot levels compensate for reduced nutrient availability by increasing area-based photosynthesis (Ishii, Ooishi et al. 2003). We also found that morphological plasticity decreases on infertile soils (Ishii, Kitaoka et al. 2007).

２００１年よりトウヒにおけるシュート構造と光合成の関係解明に取り組んでいる。その結果，貧栄養土壌ではシュートや針葉レベルでの形態変化により面積ありの光合成が維持されること（Ishii, Ooishi et al. 2003）．また，貧栄養土壌では形態的可塑性が減少すること明らかになった（Ishii, Kitaoka et al. 2007）．

1996年の夏にE. David Ford教授（ワシントン大学）とともにフィンランド森林研究所のスオネンヨキ支局を訪れた。Heikki Smolander 博士や Pauline Oker-Blom Stenberg博士らとともにヨーロッパアカマツのシュート上の針葉の配置がシュートレベルの光合成に与える影響を研究するためである。技官のPekka Voipio氏がつくった測定機器を用いて、異なる光条件下で育ったシュートを測定した。その結果、シュートレベルの光合成の変化には生理的な順応よりも形態的な順応のほうがより大きく寄与していることが明らかになった。

During the summer of 1996, E. David Ford and I traveled to the Finnish Forest Research Institute, Suonenjoki Field Station, to collaborate with Heikki Smolander and Pauline Oker-Blom Stenberg to investigate the effects of needle arrangement on shoots on the photosyntheic capacity. The techincian at the field station, Pekka Voipio, had build a huge chamber (above) that could house 20-cm-long current-year shoots of Scots pine and measure whole-shoot photosynthesis. We also quantified needle arrangement on the shoots by taking area measurements from various angles and calculating silhouette-to-area-ratios (below). We showed that differences among shoots in photosynthetic capacity was largely due to morphological rather than physiological adaptation to local light conditions.

Publications

Ishii, H.T., Kitaoka, S., Fujisaki, T., Maruyama, Y., Koike, T. (2007) Plasticity of shoot and needle morphology and photosynthesis of two Picea species with different site preferences in northern Japan.
Tree Physiology. In press.

Ishii, H.T., Dannoura, M. (2004) Measurement of three-dimensional morphology and surface area of conifer shoots and roots using the desktop scanner and silhouette image analysis.
Eurasian Journal of Forest Research. 7: 27-32.

Ishii, H., Ooishi, M., Maruyama, Y., Koike, T. (2003) Acclimation ofshoot and foliage morphology and photosynthesis of two Picea speciesto differences in soil nutrient availability.
Tree Physiology. 23:453-461.