University of the Ryukyus · Faculty of Agriculture · 准教授

Research keywords(archaeology)・Abiotic・Agronomy・Botany・Canopy・Crop・Cryptomeria・Ecology

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• Leaf trichomes can alleviate water deficit stress and maintain diurnal photosynthesis by increasing leaf wetness and water absorption in Metrosideros polymorpha2026 · Amada, G; Miyazawa, Y; Kominami, Y; Kitayama, K; Onoda, Y
• Transpiration and plant hydraulics of Abies veitchii under fluctuating environmental conditions in cool montane forest2024 · Abstract In subalpine fir wave forests, strips of dead and weakened trees occur perpendicular to the slope next to strips of healthy trees. To reveal the transpiration by weakened Abies veitchii trees exposed to increased atmospheric evaporative demand, we investigated the ecophysiological traits closely related to the growth and transpiration, comparing them with those of the healthy trees and saplings in the fir wave of Mt. Shimagare in central Japan. The transpiration rate (E) was investigated using sap flux sensors to measure heat pulse velocity and compared with the surrogate for the needle water demand, which was computed using a multilayered gas and energy transfer model (modeled E, E_mod). Weakened trees exhibited smaller diameter growth and narrower sapwood than healthy trees, as well as lower heat pulse velocity compared with healthy saplings. However, needle‐level traits did not differ significantly between weakened and healthy trees. Needle water potential at midday was as negative as the needle turgor loss point, and the measured heat pulse velocity increased linearly with E_mod but leveled off above a certain E_mod value in weakened trees and healthy saplings, suggesting that trees restricted E to balance the needle water budget. Heat pulse velocity of weakened trees leveled off at E_mod lower than that of healthy saplings, probably due to lower capacity for water supply to the needles. Restriction of E would occur less frequently but be necessary for both weakened and healthy A. veitchii on Mt. Shimagare to avoid hydraulic failure, sacrificing photosynthetic carbon assimilation.
• Microcontroller-based water control system for evaluating crop water use characteristics2024 · <title>Abstract</title> <bold>Background</bold> Climate change and the growing demand for agricultural water threaten global food security. Understanding water use characteristics of major crops from leaf to field scale is critical, particularly for identifying crop varieties with enhanced water-use efficiency (WUE) and stress tolerance. Traditional methods to assess WUE are either by gas exchange measurements at the leaf level or labor-intensive manual pot weighing at the whole-plant level, both of which have limited throughput.<bold>Results</bold> Here, we developed a microcontroller-based low-cost system that integrates pot weighing, automated water supply, and real-time monitoring of plant water consumption via Wi-Fi. We validated the system using major crops (rice soybean, maize) under diverse stress conditions (salt, waterlogging, constant drought). Salt-tolerant rice maintained higher water consumption and growth under salinity than salt-intolerant rice. Waterlogged soybean exhibited reduced water use and growth. Long-term experiments revealed significant WUE differences between rice varieties and morphological adaptations represented by altered shoot-to-root ratios under constant drought conditions in maize.<bold>Conclusions</bold> We demonstrate that the system can be used for varietal differences between major crops in their response to drought, waterlogging, and salinity stress. This system enables high-throughput, long-term evaluation of water use characteristics, facilitating the selection and development of water-saving and stress-tolerant crop varieties.
• 萌芽枝整理が行われたアラカシ株立ち個体における萌芽の発生および残存シュートの成長2024 · 渡部颯太, 作田耕太郎, 宮沢良行

• 作物群落レベルのソース・シンク能の新規評価系開発を通じたイネの多収要因解析2023 · 基盤研究(B)
• 淡水紅藻希少種オキチモズクの個体群維持機構の解明2022 · ・生育調査 定例の生育調査を幸川（福岡県福岡市）で2022年11月、2023年1月、3月に実施した。本調査では、生育地点を含むよう流呈方向104 m（川幅3m）の調査区間を設定し、1 m方形枠を使って枠内の株数を計数して分布地図を作成した。その際、１ m方形枠内を20 cm 刻みの25マスに区切り、計数した20 cm 枠内の株数を合算して株密度（1 mあたり）を算出した。2021年のデータと比較した結果、2022年11月、2023年1月は2021年とほぼ同様の地点に生育が見られたものの、株数は大きく減少していた。一方、2023年3月ではこれまでに見られなかった地点で株の出現が見られた。釜蓋川（長崎県雲仙市）の調査は2022年5月、6月、11月から2023年3月の各月に実施した。 ・系統地理学的解析 マイクロサテライトマーカーの開発として、培養株（福岡県朝倉市産）より抽出したRNAをもとにRNA-Seq解析を実施した結果、100遺伝子座のマイクロサテライト領域を抽出することに成功した。国内4地点（長崎県雲仙市、東京都立川市、沖縄県、鹿児島県奄美大島）より採集された1個体を用いてプライマーテストを行い、46遺伝子で良好な結果を得ることができた。また、系統地理学的解析を実施するためのサンプルとして、福岡県福岡市（幸川）、長崎県雲仙市（釜蓋川）、鹿児島県（奄美大島）、東京都立川市の既知の生育地から各20個体を採集した。今後、これらのサンプルに加え、熊本県、鹿児島県、福岡県の既知の生育地での採集に加えて、2022年に新たな生育地が報告された岐阜県産のサンプルを入手し、開発した遺伝子座を使った系統地理学的解析を進める予定である。
• 極端な降雨時に森林で何が起きているのか？－豪雨時の遮断蒸発機構の解明－2022 · 本課題のメイン研究対象地の一つである森林総合研究所千代田苗畑の平地スギ林分において遮断蒸発計測システムを設置するとともに、スギ樹冠部の微気象計測を開始し、当該林分における遮断蒸発量の評価に着手した。 <BR> 千代田苗畑の開空地に0.5mm転倒マス型雨量計を設置し、林外雨の計測を開始した。同苗畑の平地スギ林分において遮断計測プロットを設置し、同プロット内に生育するスギ13個体の胸高直径、樹高、樹冠投影面積を実測した。樋を用いて集水した樹冠通過雨、ならびに合計13個体のスギ樹幹にウレタンマットを固定して集水した樹幹流について、それぞれ個別に転倒マス型流量計を用いて計量を開始した。樹冠通過雨は空間不均質性が高いことが指摘されているため、直径21cmの受水部を有する貯留型雨量計をプロット内に30個配置し、空間分布の把握に向けた計測に取り掛かった。空間的代表性が担保された樹冠通過雨の評価のため、今後1年間程度の期間について貯留型雨量計による測定が必要であると考えられる。隣接する林分に建設されたタワーにおいて、スギ樹冠上の微気象要素である風速、日射、温湿度、乾球温度、湿球温度の計測を開始した。また、プロット内のスギ5個体に加速度計を設置し、樹体の揺れのモニタリングを開始した。分担者と共同して樹体の揺れを表す加速度データから固有振動数を算出した結果、降雨開始から固有振動数が減少する傾向が得られた。このことは、降雨によって樹体が濡れ、樹体の重量が増加したことを示唆している。今後、他の計測データとの比較検討を行うことで、遮断過程の動態をより詳しく把握することが可能になるものと期待される。葉面吸水実験では、重水を吸水させた凍結切片を大気にリークさせることなく採取する必要がある。このための定まった手法は存在しなかったが、比較的簡便な方法を確立したことから、次年度以降の効率的な実験の遂行が期待される。
• 東ユーラシア低～高緯度域を縦断した大気－森林生態系の物質交換機能解明2021 · フラックス観測地に既設のタワーの整備が進み、観測休止していたところも多数、観測再開が行われた。また、東ユーラシア域における69サイトのフラックスデータベースの構築に着手し、順調に進行中である。 これからの観測実行のため、当該年度は、集中的に観測機器購入を行い、その試運転・不具合の検知、そして、その不具合の修正に注力する予定であったが、これは適切に遂行された。 既存データを解釈するための数理モデルの構築、数理解析技術の高度化を進めた。特に、マレーシア熱帯雨林のフラックスデータは10年の蓄積があり、この観測期間はエルニーニョ南方振動（ENSO）イベントを複数含むため、ENSOの東南アジア熱帯雨林生態系に及ぼす影響を検出するのに世界的にも貴重なデータである。このデータの解析が飛躍的に進み、初期段階の成果発表にまで辿り着いた。 大規模野外実験のための設備整備が順調に進んでいる。特に、北海道大学苫小牧研究林における各種実験の設定は完了し、順次、基礎データの取得にまで進んだ。

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