ＲＩイメージング技術を用いたイチゴの高精度動的転流モデルの構築と栽培現場への応用

• Project/Area Number: 17J09858
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Agricultural environmental engineering/Agricultural information engineering
• Research Institution: National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
• Principal Investigator: 三好 悠太 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子ビーム科学研究部門高崎量子応用研究所放射線生物応用研究部, 研究員 (60855724)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 放射性同位体 / RIイメージング / 光合成産物 / 転流 / 炭素転流 / PETIS / PET / 蒸散 / 光合成 / 生体計測 / モデル / ソース・シンク関係 / イチゴ / 施設園芸

Outline of Annual Research Achievements

農業生産において、光合成産物のソース（葉）からシンク（果実）への転流は、収穫対象器官の肥大成長や物質集積を支配し、収量や品質に直接影響を及ぼす重要な生理機能である。高収益かつ安定した農業生産の実現のためには、転流のメカニズムを明らかにし、転流プロセスを適切に制御する栽培管理技術を確立することが求めらる。本研究課題では、放射性同位元素（RI）である11Cを利用し、転流動態を非破壊かつリアルタイムで可視化できるポジトロンイメージング技術（PETIS：Positron-emitting tracer imaging system）を用いて、転流メカニズムの詳細を解明し、転流を基盤とした栽培技術の確立に資する知見を得ることを目的とする。
研究代表者は前年度までの研究でイチゴ葉に投与した11Cが果実へと転流し、特に果実表面の痩果へと集積する様子を発見した。従来の転流モデルでは、果托や痩果等を含む果実全体を光合成産物の転流におけるシンクとして捉えているが、真にシンクとしての役割を持つのは痩果であると考えられる。そこで本年度の研究では、光合成産物の転流モデルにおけるソースとシンクを定義することを目的として、イチゴ果実への光合成産物の転流に対する痩果の影響について検討した。PETISを用いて、同一果実の痩果有無時の転流動態を比較したところ、痩果を除去することで果実への11C転流速度が46.7%に抑制されていた。果実全体に対する痩果の乾物重割合は16.1%であり、果実の中でも痩果のシンク強度が特に大きく、果実への光合成産物の転流が痩果によって駆動されていることが示唆された。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] ポジトロンイメージング技術(PETIS)を用いたイチゴ果実への光合成産物転流動態の評価 (2019)
  • Author(s): 三好悠太、日高功太
  • Journal Title: Agricultural biotechnology Volume: 3 Pages: 761-764
  • NAID: 40021995800
• [Journal Article] On-line rapid purification of [13N]N2 gas for visualization of nitrogen fixation and translocation in nodulated soybean (2019)
  • Author(s): Yin Yong-Gen、Ishii Satomi、Suzui Nobuo、Igura Masato、Kurita Keisuke、Miyoshi Yuta、Nagasawa Naotsugu、Taguchi Mitsumasa、Kawachi Naoki
  • Journal Title: Applied Radiation and Isotopes Volume: 151 Pages: 7-12
  • DOI: 10.1016/j.apradiso.2019.05.034
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamic Analysis of Photosynthate Translocation Into Strawberry Fruits Using Non-invasive 11C-Labeling Supported With Conventional Destructive Measurements Using 13C-Labeling (2019)
  • Author(s): Hidaka Kota、Miyoshi Yuta、Ishii Satomi、Suzui Nobuo、Yin Yong-Gen、Kurita Keisuke、Nagao Koyo、Araki Takuya、Yasutake Daisuke、Kitano Masaharu、Kawachi Naoki
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 9 Pages: 1946-1946
  • DOI: 10.3389/fpls.2018.01946
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] . Fruit PET: 3-D imaging of carbon distribution in fruit using OpenPET. (2019)
  • Author(s): Keisuke KURITA, Yuta MIYOSHI, Yuto NAGAO, Mitsutaka YAMAGUCHI, Nobuo SUZUI, Yong-Gen YIN, Satomi ISHII, Naoki KAWACHI, Kota HIDAKA, Eiji YOSHIDA, Sodai TAKYU, Hideaki TASHIMA and Taiga YAMAYA
  • Journal Title: Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A Volume: 印刷中 Pages: 161843-161843
  • DOI: 10.1016/j.nima.2019.01.069
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Characteristics of low-light LED as supplemental lighting and its effects on leaf gas exchange in strawberry. (2018)
  • Author(s): Nur Iman MUZTAHIDIN, Daisuke YASUTAKE, Kota HIDAKA, Yuta MIYOSHI, Ayami YONEDA, Koyo NAGAO, Masaharu KITANO and Takashi OKAYASU
  • Journal Title: Journal of the Faculty of Agriculture, Kyushu University Volume: 63 Pages: 139-142
  • NAID: 120006425540
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effects of Local CO<SUB>2</SUB> Enrichment on Strawberry Cultivation during the Winter Season (2017)
  • Author(s): 6.Miyoshi Y., Hidaka K., Okayasu T., Yasutake D. and Kitano M.
  • Journal Title: Environment Control in Biology Volume: 55 Issue: 4 Pages: 165-170
  • DOI: 10.2525/ecb.55.165
  • NAID: 130006171679
  • ISSN: 1880-554X, 1883-0986
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Does photosynthate translocation change depending on light intensity? (2019)
  • Author(s): Yuta Miyoshi, Jens Mincke, Jan Courtyn, Christian Vanhobe, Naoki Kawachi, Kathy Steppe
  • Organizer: 第56回アイソトープ・放射線研究発表会
• [Presentation] イチゴ種子の有無が果実への光合成産物の転流へ及ぼす影響 (2019)
  • Author(s): 三好悠太、栗田圭輔、長尾悠人、山口充孝、鈴井伸郎、尹永根、石井里美、河地有木、日高功太、吉田英治、田久創大、田島英朗、山谷泰賀
  • Organizer: アグリバイオ公開シンポジウム
• [Presentation] イチゴ果実への光合成産物の転流に対する種子の影響 (2019)
  • Author(s): 三好悠太、栗田圭輔、長尾悠人、山口充孝、鈴井伸郎、尹永根、石井里美、河地有木、日高功太、吉田英治、田久創大、田島英朗、山谷泰賀
  • Organizer: 日本生物環境工学会2019年千葉大会
• [Presentation] イチゴの種子は果実への炭素転流を駆動する (2019)
  • Author(s): 三好悠太、栗田圭輔、長尾悠人、山口充孝、鈴井伸郎、尹永根、石井里美、河地有木、日高功太、吉田英治、田久創大、田島英朗、山谷泰賀
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2019年度静岡大会
• [Presentation] 施設内光環境に応じた適時CO2施用がイチゴの収量および燃費効率に及ぼす影響 (2018)
  • Author(s): 日高功太，安武大輔，壇和弘，北野雅治，三好悠太，岡安崇史
  • Organizer: 日本生物環境工学会2018年東京大会
• [Presentation] 弱光LED補光が温室イチゴの生理生態に及ぼす長期的影響の評価 (2018)
  • Author(s): 安武大輔，Nur Iman Muztahidin，日高功太，米田彩美，三好悠太，北野雅治，岡安崇史
  • Organizer: 日本生物環境工学会2018年東京大会
• [Presentation] トマトの各葉位と果実間における維管束連絡網の可視化 (2018)
  • Author(s): 尹永根，鈴井伸郎，石井里美，栗田圭輔，三好悠太，長尾悠人，山口充孝，河地有木
  • Organizer: 日本生物環境工学会2018年東京大会
• [Presentation] 果実肥大最盛期のみの適時環境調節技術 －温室イチゴ栽培における補光およびCO2施 用の長期的効果 (2018)
  • Author(s): 米田彩美，安武大輔，日高功太，Nur Iman Muztahidin，三好悠太，北野雅治，岡安崇史
  • Organizer: 日本生物環境工学会2018年東京大会
• [Presentation] Dynamics of Photosynthate Translocation to Strawberry Fruits Dramatically Changes Depending on The Leaf Position (2018)
  • Author(s): Yuta Miyoshi, Kota Hidaka, Satomi Ishii, Nobuo Suzui, Yong-Gen Yin, Keisuke Kurita, Takuya Araki, Daisuke Yasutake, Masaharu Kitano, Naoki Kawachi
  • Organizer: International Symposium on Agricultural Meteorology 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 潜熱蓄熱材を利用したカンキツ栽培ハウスの省エネルギー温度管理に関する研究 (2017)
  • Author(s): 三好悠太、矢野拓、松原公明、下岡萌、小春修、矢野直達、安武大輔、北野雅治
  • Organizer: 2017生態工学会年次大会
• [Presentation] ポジトロンイメージング技術の利用によるイチゴ果実への光合成産物の分配動態および時間変動の評価 (2017)
  • Author(s): 三好悠太、日高功太、石井里美、鈴井信郎、尹永根、 栗田圭輔、河地有木
  • Organizer: アグリ・バイオ公開シンポジウム
• [Presentation] RIイメージング技術による転流動態の可視化 (2017)
  • Author(s): 三好悠太、日高功太、石井里美、鈴井伸郎、尹永根、栗田圭輔、安武大輔、北野雅治、河地有木
  • Organizer: 日本生物環境工学会2017年松山大会
• [Presentation] RIイメージングによる光合成産物の師管内移動速度の評価－イチゴ果実へのアンローディングの動的モデル構築に向けて－ (2017)
  • Author(s): 三好悠太、日高功太、石井里美、鈴井伸郎、尹永根、栗田圭輔、安武大輔、北野雅治、河地有木
  • Organizer: 日本生物環境工学会2017年松山大会
• [Presentation] ポジトロンイメージング技術を用いたイチゴ果実への光合成産物転流動態の評価 (2017)
  • Author(s): 三好悠太、永尾航洋、日高功太、石井里美、鈴井伸郎、尹永根、栗田圭輔、安武大輔、北野雅治、河地有木
  • Organizer: 日本土壌肥料学会2017年度仙台大会
• [Presentation] 光合成産物の転流の最適化による高収益イチゴ生産の実現：葉‐果実の対応関係の解明 (2017)
  • Author(s): 三好悠太、日高功太、尹永根、鈴井伸郎、石井里美、栗田圭輔、安武大輔、北野雅治、河地有木
  • Organizer: QST高崎サイエンスフェスタ2017