Elucidation of the adaptation mechanism of plants to heterogeneous nutrient environments using a three-dimensional nutrient management device
Publicly Offered Research
| Project Area | Multi-layered regulatory system of plant resilience under fluctuating environment |
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| Project/Area Number |
21H05653
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (III)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
反田 直之 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (10816292)
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| Project Period (FY) |
2021-09-10 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
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| Keywords | 植物栄養学 / 不均一環境 / イオノーム / 栽培装置 / 植物栄養 |
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| Outline of Research at the Start |
新規植物栽培デバイスの確立により、3次元栄養分布環境を任意にコントロールしつつ根系全体像の観察を可能にすることで、不均一栄養環境での根系形成におけるローカルな生育制御の役割とメカニズムを解明するとともに、不均一栄養環境が栄養の局所的な動態と根系全体に与える影響を明らかにする。ホウ素への応答をケーススタディとするが、三次元栽培デバイスの確立によって、これまで根分け実験のような二次元・二分的な実験系から明らかになってきている根系の様々な応答メカニズムが、三次元的な不均一栄養環境においてどのように個体レベルの適応に貢献するのかを空間的・経時的に検証可能なプラットフォームを提供する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
自然拡散による不均一栄養分布の消失を回避しつつ、根系の観察が可能な栽培デバイスを実現するため、これまで土壌の代わりにポリアクリル酸ナトリウム(吸水性ポリマー)を支持体とする植物栽培デバイスの作成を行ってきた。組成の異なる培地を吸収させたボール状のポリアクリル酸ナトリウムを3次元的に区画分けするアクリル製デバイス骨格を作成し、空間的に組成の異なる水耕液を持続的に投与するための仕組みを実装することで不均一栄養環境の維持と根系の非破壊的観察を可能にしてきた。しかしながら、使用していたポリアクリル酸ナトリウム製品の廃盤に伴い代替製品を用いたところ、原因不明の生育不良が見られた。この問題を解決するために、新たにゲランガムを用いた保水性ポリマーボールの製造と使用を検討した。その結果、根系の可視性はポリアクリル酸ナトリウムポリマーに劣るものの、良好な植物の生育が得られた。さらに市販のポリマーでは困難であったポリマーの粒子サイズを任意に変更することが可能になるなど実験設計の自由度も向上した。ポリマーの変更に伴う可視性の低下に対応するため、栽培デバイスの奥行きを短くする改良を行った。これによって左右2区画の不均一な栄養環境で栽培した植物の根系を非破壊的に観察することが可能になった。
さらに作成したゲランガムポリマーを用いて、自然拡散を利用した濃度勾配のある不均一栄養環境での根系の観察系の確立を行った。円柱形の透明な栽培装置を低濃度の栄養を含ませたゲランガムポリマーで満たし、高濃度の栄養を含ませたゲランガムポリマーを局所的に配置することで、そこを起点とする栄養勾配の形成を可能にした。これによって、栄養の濃度勾配が存在する環境下で形成される根系構造の観察が可能になった。この実験系を用いて、複数の植物種に対して栄養屈性をはじめとする根系応答の3次元的観察を試みている。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(4 results)
