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生態系における植物の役割は光合成による炭素の固定・供給である。全ての生物の生存は植物の光合成に依存している。本講義では光合成および植物の物質生産を中心に、その生化学・生理学・生態学という様々なスケールから植物の物質生産について概説する。
Plants play a role of the producer in ecosystems and all of organisms rely on carbon produced by photosynthesis. In this class, photosynthesis is discussed at different scales from biochemistry, physiology and ecology.
生物群集過程
特定の生態学データを題材に、生物群集の特徴を捉え、その構造決定機構を解析する実習を行う。具体的には、データが持つ生物学・生態学的背景を学習した後、データに含まれる各種の生物量や群集の多様性といった特徴を要約・抽出し、それら「群集構造」の違いがどのような生物・無生物環境と関係しているかを解析し考察する。以上の実習を通して、マクロ生物学の研究に欠かせない、統計モデリングの概念と結果の可視化・アウトプットの仕方を学習する。また、これらを効率的に行うためのツールであるプログラミング言語RやRStudioなどに親しむことも目的とする。得られた結果は班ごとに議論してまとめ、実習最終日にプレゼンテーションを行うことで理解を深めていく。実習には各自のPCを持参（BYOD）すること。
植物の成長・競争
オオオナモミの純群落内の各個体の成長を追跡し、光をめぐる植物の種内競争のしくみを理解する。また、層別刈取法を用いて群落全体の生産構造を解析し、光環境の違いに各個体がどのように応答しているかを理解する。異なる高さに存在する葉の光合成測定を行い、葉の光合成特性が葉の生育環境によってどのように異なるかを理解する。
Analysis of ecological community
This course is planned to learn the way to capture the characteristics of ecological community and analyze its structure, with several ecological dataset. Specifically, students will format 'dirty' raw data into a format easy for the ecological analysis. Then, you will extract community features, such as biomass and biodiversity, and analyze how the differences in the community structure are related to biotic/abiotic environments. Through the analysis, students will get used to the tools like a programming language R, RStudio, etc. The results will be discussed by each group and presented on the final day. Note: the course will be held with BYOD (Bring Your Own Device).
Growth and competition of plants
To learn the mechanisms of intraspecific competition for light among plants using a growth analysis of Xanthium canadense plants in a monoculture stand. Students also analyse the productive structure of the stand using a stratified-clipping method and learn different responses of plants depending on their light environment.
本授業の目的は、植物と地球環境のかかわりについて、光合成生物の誕生から今日までの変遷を科学的に理解し、近未来の地球環境と食糧生産について学ぶことにある。酸素が多く二酸化炭素の少ない今日の地球大気はすべての光合成生物が持つ炭酸固定酵素ルビスコのはたらきによってつくられ、生物の陸上進出を可能にした植物の多くの不思議を学ぶ。さらに、太陽エネルギーを使う光合成はすべての食物連鎖の起点であることを知る。
The purpose of this lecture is to scientifically understand the transition of photosynthetic organisms from their birth to the present day with regard to the relationship between plants and the global environment, and to learn about the global environment and food production in the near future. Students learn that today's Earth's atmosphere, which has lots of oxygen and low carbon dioxide, has been created by the function of carbon-dioxide fixation enzyme, Rubisco, in all photosynthetic organisms. Furthermore, students learn that photosynthesis using solar energy, is the starting point of all food chains.
独立栄養生物である植物の光合成に関して、光エネルギー獲得から物質生産までの基礎的な生理学を分子レベルで理解する。また、植物の呼吸経路の特徴について理解する。さらに、各種環境ストレスに対する応答と適応機構を学び、植物の物質生産のための基本的な成長戦略を知り、人類の食糧としての植物科学を学ぶ。
Students learn about basic physiology on photosynthetic system from light harvesting to carbon production. Students also learn characteristics of plant respiration. In addition, students also understand adaptation of photosynthesis and respiration to various environmental stresses and learn about plant science in relation to human foods and biomass production.
本授業の目的は、食糧問題とその解決をめざす光合成研究、および持続的な作物増産に挑戦する科学を学ぶことにある。まず、人類の食糧増産に貢献してきた植物科学の歴史と現在進行する食糧問題の解決をめざす作物増産の課題について考える。続けて、光合成と光呼吸の基礎的な生化学を学ぶ。次に、現場での作物増収の課題と光合成機能の改変による作物増産に関する研究例を学び、人類の食糧問題の未来について論議する。
The purpose of this lecture is to learn about food problems and photosynthesis research aimed at solving them, as well as science challenging sustainable increases in crop production. First, students consider the history of plant science, which has contributed to increasing food production, and the challenge of increasing crop production to solve the ongoing food problem. Next, the students learn about the basic biochemistry of photosynthesis and photorespiration. Last, students will understand the issues of increasing crop yield in the field levels, and discuss increasing crop production with improving photosynthesis.
・植物の分布は標高とともに垂直的に変化する。植物群落の相観には不連続な変化が見られ、これによって垂直分布帯を区分できる。八甲田山系に見られる垂直分布を観察し、異なる垂直分布帯にまたがって生育する種の形質の違いを調査し、その適応的意義を考察する。
・ブナ林は日本の冷温帯を代表する森林である。ブナ林の個体群調査を行い、その構造について解析する。
・湿原は小さな面積に多種が共存する群集である。また、局所的な環境の変化により種組成も変化する。湿原で植生と環境の調査を行い、その関係を解析する。
Here we study changes in plant distribution along altitude, population dynamics in a beech forest and plant community structure in a moorland in Hakkoda Mountain, Aomori Prefecture.
本授業の目的は、食糧問題とその解決をめざす光合成研究、および持続的な作物増産に挑戦する科学を学ぶことにある。まず、人類の食糧増産に貢献してきた植物科学の歴史と現在進行する食糧問題の解決をめざす作物増産の課題について考える。続けて、光合成と光呼吸の基礎的な生化学を学ぶ。次に、現場での作物増収の課題と光合成機能の改変による作物増産に関する研究例を学び、人類の食糧問題の未来について論議する。
The purpose of this lecture is to learn about food problems and photosynthesis research aimed at solving them, as well as science challenging sustainable increases in crop production. First, students consider the history of plant science, which has contributed to increasing food production, and the challenge of increasing crop production to solve the ongoing food problem. Next, the students learn about the basic biochemistry of photosynthesis and photorespiration. Last, students will understand the issues of increasing crop yield in the field levels, and discuss increasing crop production with improving photosynthesis.
植物による無機物の同化は、地球上のすべての生物の生活を支えている。本講義では窒素と炭素を中心に、それらの吸収や同化のしくみ、体内での利用や分配、代謝とその制御機構、さらには環境との関わり合いや生産性との関係などを題材とし、教員による講義と討論、ならびに受講生による英語文献を中心とした最新知見の紹介と討論を通じて、植物栄養学に関する深い理解と思考力の発展を目指す。
Assimilation of inorganic substances by plants supports life of all living things on earth. This lecture focuses on how plants efficiently utilize inorganic carbon and nitrogen: absorption and assimilation of inorganic carbon and nitrogen, allocation and metabolism of assimilated products, regulatory mechanisms of respective processes, and the relationship to the environment and productivity. Through lectures, student presentations, and discussions about state-of-the-art findings, we aim to develop a deep understanding and thinking skills on plant autotrophic metabolism.
植物の生態学的特性（形態や繁殖特性など）は多様である。たとえば、花の色や形、種子の大きさや生産種子数は植物種によって非常にさまざまに異なる。このような多様性はなぜ進化したのであろうか？本講義では、「より多くの子を残した型は次世代での頻度を増す」という原理の元にこれらの多様性の進化を理解することを試みる。そして、植物の繁殖や成長戦略、動物との共進化などを対象に、どのような性質がなぜ進化したのかを解明していく。
I explain the adaptive strategies of plants.