根圏呼吸の定量化を目指して：樹木細根ー菌根菌間相互作用の実態と機能解明

概要

２版

様 式 Ｃ−１９、Ｆ−１９−１、Ｚ−１９ （共通）

科学研究費助成事業  研究成果報告書
平成 ３０ 年

６ 月 ２５ 日現在

機関番号： １３６０１
研究種目： 若手研究(B)
研究期間： 2015 ∼ 2017
課題番号： １５Ｋ１８７１９
研究課題名（和文）根圏呼吸の定量化を目指して：樹木細根ー菌根菌間相互作用の実態と機能解明

研究課題名（英文）Relationship between root respiration and mycorrhizae associations

研究代表者
牧田 直樹（Makita, Naoki）
信州大学・学術研究院理学系・助教

研究者番号：４０７２３０８６
交付決定額（研究期間全体）：（直接経費）

3,200,000 円

研究成果の概要（和文）：本研究は、樹木細根‐菌根菌相互作用の実態と機能を解明するため、細根生理特性に
影響を及ぼす菌根菌の探索と根圏呼吸の野外観測を行った。菌根菌の感染の有無は、根呼吸速度を変化させ、炭
素交換機能を高めることが明らかとなった。また菌根菌の感染は、根の形態特性を変化させ、資源獲得に最適な
形態を形成させることが示された。さらに感染の率は、それらの影響の度合いを左右するということもまた示唆
された。以上より、菌根菌との相利共生は、樹木の生理機能を高める重要な役割を担っており、森林の炭素フロ
ーを評価する上でも、必要不可欠な要素であると考えられる。

研究成果の概要（英文）：Mycorrhizal fungi can play important in regulation of plant metabolism, but
less is known about how the differences of mycorrhizal species and their colonization determine the
variation of physiological and morphological traits of roots. Here, we measured respiration rate of
one lateral root segment and specific root length with different fungus species. Root respiration
was positively correlated with mycorrhizal colonization across fungus species. Relationships between
physiology and morphology have significant correlations and link with fungus species
characteristics and their colonization. These results indicated that the changes of physiological
and morphological traits of roots could associate with fungus species and their colonization.

研究分野： 森林科学
キーワード： 森林 細根 呼吸 菌根菌

様 式 Ｃ−１９、Ｆ−１９−１、Ｚ−１９、ＣＫ−１９（共通）
１．研究開始当初の背景
菌根菌は、土壌中に張り巡らした菌糸からの
リンや窒素等の供給や、土壌中の毒性物質の
吸収阻止、病原菌の感染阻止など、菌根菌が
植物の生育に与える影響は大きい。近年、樹
木と菌根菌の共生関係における物質交換機
構は、培養や接種など室内実験の結果に基づ
いて解明されてきている。しかし、野外にお
いて、菌根共生が樹木細根の生理特性及び根
圏呼吸（根と菌根菌からの呼吸）に及ぼす影
響については、一定の結論を得られていない。

５．主な発表論文等
（研究代表者、研究分担者及び連携研究者に
は下線）

２．研究の目的
本研究は、森林における細根‐菌根菌共生の
機能解明から根圏呼吸の定量評価を目的と
し以下の３点に注目して研究を進める：
1) 森林で生育する樹木細根系の根端には、何
種類の菌根菌種が共生しているのか？
2) 樹木細根系の生理特性および根圏呼吸速
度は、菌根菌種の多様性と関係するのか？
3) 根圏呼吸と菌根菌群集の関連性は、樹種
内・間によってどの程度の類似性・相似性を
もつのか？

② Makita N, Kosugi Y, Sakabe A, Kanazawa A,
Ohkubo S, Tani M. Seasonal and diurnal
patterns of soil respiration in an evergreen
coniferous forest: Evidence from six years of
observation with automatic chambers. PLoS
ONE 13: e0192622, 2018 (査読有)
DOI: 10.1371/journal.pone.0192622

３．研究の方法
本研究は、樹木細根‐菌根菌相互作用の実態
と機能を解明するため、細根生理特性に影響
を及ぼす菌根菌の探索と根圏呼吸の野外観
測を行った。また根長・乾燥重量を測定し、
比根長(SRL: m g-1)をもとめた。

４．研究成果
菌根菌の感染の有無は、根呼吸速度を変化
させ、炭素交換機能を高めることが明らかと
なった。また菌根菌の感染は、根の形態特性
を変化させ、資源獲得に最適な形態を形成さ
せることが示された。さらに感染の率は、そ
れらの影響の度合いを左右するということ
もまた示唆された。以上より、菌根菌との相
利共生は、樹木の生理機能を高める重要な役
割を担っており、これらの知見は、国内にと
どまらず国際的においても森林の炭素の流
れをより精度高く評価することに貢献でき
ると期待している。
今後の展望として、より多くの樹種におけ
る細根−菌根菌の関連性を精査し、樹種内及
び樹種間の特徴を明らかとする。それらの結
果を用いて、栄養資源獲得戦略および地下部
炭素動態の樹種特異性を評価したいと考え
る。

〔雑誌論文〕
（計 12 件）
① Tsuruta J, Okumura M, Makita N, Kosugi Y,
Miyama T, Kume T, Tohno S. A comparison
of the biogenic volatile organic compound
emissions from the fine roots of 15 tree
species in Japan and Taiwan. Journal of
Forest Research, 2018 (査読有)
DOI: 10.1080/13416979.2018.1483129

③ Palviainen M, Berninger F, Bruckman V,
Köster K, Assumpção MCR, Aaltonen H,
Makita N, Mishra A, Kulmala L,
Adamczyk B, Zhou X, Heinonsalo J, Köster
E, Pumpanen J. Effects of biochar on carbon
and nitrogen fluxes in boreal forest soil.
Plant and Soil. 425: 71-85. 2018 (査読有)
DOI: 10.1007/s11104-018-3568-y
④ Miyatani K, Tanikawa T, Makita N, Hirano Y.
Relationships between specific root length
and respiration rate of fine roots across
stands and seasons in Chamaecyparis obtusa.
Plant Soil. 423:215-227. 2018 (査読有)
DOI: 10.1007/s11104-017-3499-z
⑤ Ueyama M, Tahara N, Nagano H, Makita N,
Iwata H, Harazono Y. Leaf- and
ecosystem-scale photosynthetic parameters
for the overstory and understory of boreal
forests in interior Alaska. Journal of
Agricultural Meteorology, 74: 79-86. 2018
(査読有)
DOI: 10.2480/agrmet.D-17-00031
⑥ Freschet GT, Valverde-Barrantes OJ, Tucker
CM, Craine JM, McCormack ML, Violle C,
Fort F, Blackwood CB, Urban-Mead KRU,
Iversen CM, Bonis A, Comas LH,
Cornelissen JHC, Dong M, Guo D, Hobbie
SE, Holdaway RJ, Kembel SW, Makita N,
Onipchenko VG, Picon-Cochard C, Reich
PB, De la Riva EG, Smith SW,
Soudzilovskaia NA, Tjoelker M, Wardle DA,
Roumet C. Climate, soil and plant functional
types as drivers of global fine-root trait
variation.
Journal
of
Ecology.
105:1182–1196. 2017 (査読有)
DOI: 10.1111/1365-2745.12769

⑦ Hirano Y, Tanikawa T, Makita N. Biomass
and morphology of fine roots in eight
Cryptomeria japonica stands in soils with
different acid-buffering capacities. Forest
Ecology and Management. 384: 122–131.
2017 (査読有)
DOI: 10.1016/j.foreco.2016.10.043
⑧ Makita N, Pumpanen J, Köster K, Berninger
F. Changes in very fine root respiration and
morphology with time since last fire in a
boreal forest. Plant and Soil. 402:303-316.
2016 (査読有)
DOI: 10.1007/s11104-016-2801-9
⑨ Fujii S., Makita N., Mori AS., Takeda H.
Plant species control and soil faunal
involvement in the processes of above- and
below-ground litter decomposition. Oikos
125: 883–892. 2016 (査読有)
DOI: 10.1111/oik.02457
⑩ Ohashi M, Nakano A, Hirano Y, Noguchi K,
Ikeno H, Fukae R, Yamase K, Makita N,
Finér L. Applicability of the net sheet
method for estimating fine root production in
forest ecosystems. Trees 30: 571-578. 2016
(査読有)
DOI: 10.1007/s00468-015-1308-y
⑪ Miyatani K., Mizusawa Y., Okada K.,
Tanikawa T., Makita N., Hirano Y. Fine root
traits in Chamaecyparis obtusa forest soils
with different acid buffering capacities.
Trees 30: 415-429. 2016 (査読有)
DOI: 10.1007/s00468-015-1291-3
⑫ Fujii S., Makita N., Mori AS., Takeda H. A
stronger
coordination
of
litter
decomposability between leaves and fine
roots for woody species in a warmer region.
Trees 30: 395-404. 2016 (査読有)
DOI: 10.1007/s00468-015-1221-4
〔学会発表〕
（計 ４０件）
① Makita N, Kosugi Y, Sakabe A, Kanazawa
A, Ohkubo S, Tani M. Seasonal and diurnal
patterns of soil respiration in an evergreen
coniferous forest: Evidence from six years
of observation with automatic chambers.
The 8 th East Asian Federation of
Ecological Societies. 2018
②

牧田直樹. あなたとわたしの樹木根研究
の発展のために∼データベースとの付き
合い方∼
. 第 129 回日本森林学会大会.
2018

③

Makita N. Short-term N fertilization effects
on roots with contrasting life span;
comparing root sizes in a cool-temperate
forest. Japan-Finland Joint Seminar on
Biogeochemical Cycles Forest Ecosystems.
2017

④

牧田直樹. 森林生態系における根圏炭素
放出. 大気-森林-土壌循環ワークショッ
プ. 2017

⑤

牧田直樹, Heljä-Sisko Helmisaari. フィン
ランド亜寒帯林における細根特性の樹
種特異性. 第 46 回根研究集会. 2017

⑥

牧田直樹, 中路達郎, 片山歩美, 高木理
恵, 日浦勉. 大規模窒素施肥が樹木細根
の現存量及び生産量に与える影響の解
明. 第 128 回日本森林学会全国大会児島
2017

⑦

牧田直樹, 杉山暁史, 鈴木史郎, 谷川東
子. 樹木根を介した植物ー土壌フィード
バックの解明∼根滲出物の樹種特異性
を探る∼. 生存圏ミッションシンポジウ
ム. 2017

⑧

牧 田 直 樹 , Jussi Heinonsalo, Jukka
Pumpanen, Jaana Leppälammi-Kujansuu,
Heljä-Sisko Helmisaari. フィンランド亜
寒帯林における細根と菌根菌の機能的
な関わり. 第 127 回日本森林学会. 2016

⑨

Kume T, Ohashi M, Makita N, Kho LK,
Katayama A, Matsumoto K. Applicability of
optical scanner method for fine root
dynamics. EGU General Assembly 2016.
2016

⑩

Katayama A. Kho LK, Kume T, Makita N,
Matsumoto K, Ohashi M. Estimate of fine
root production including the impact of
decomposed roots in a Bornean tropical
rainforest. EGU General Assembly 2016.
2016

⑪

Ohahsi M, Makita N, Katayama A, Kume T,
Kho
LK.
Characteristic
of
root
decomposition in a tropical rainforest in
Sarawak, Malaysia. EGU General Assembly
2016. 2016.

⑫

Ide J, Ohashi M, Köster K, Berninger F,
Miura I, Makita N, Yamase K, Pumpanen J.
Changes in the quality of dissolved organic
matter in soil water with time since last fire
in a boreal forest. EGU General Assembly
2016. 2016

⑬

Makita N, Pumpanen J, Köster K, Berninger
F. Changes in very fine root respiration and
morphology with time since last fire in a
boreal forest. ...

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