過去約100年のイネの遺伝的改良は高CO2濃度への応答性を高めたか?

• Project Area: Comprehensive studies of plant responses to high CO2 world by an innovative consortium of ecologists and molecular biologists
• Project/Area Number: 22114515
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: National Institute for Agro-Environmental Sciences
• Principal Investigator: 長谷川 利拡 独立行政法人農業環境技術研究所, 大気環境研究領域, 上席研究員 (10228455)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥12,220,000 (Direct Cost: ¥9,400,000、Indirect Cost: ¥2,820,000); Fiscal Year 2011: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000); Fiscal Year 2010: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
• Keywords: イネ / 開放系大気CO2増加 / 気候変化 / CO_2施肥効果 / 遺伝的変異 / 品種改良 / 開放系大気CO_2増加

Research Abstract

イネの交雑育種が組織的に行われるようになって100余年が経過した。この間に大気CO_2濃度はおおよそ80ppmも上昇したが、これまでの品種改良によって高CO_2濃度に適応した品種が作出されてきたかは明らかではない。今後さらに大気CO_2濃度の上昇が予測される中、これまでの品種の変遷と高CO_2に対する応答性との関連を明らかにすることは、将来の育種の方向性を検討する上で重要である。そこで、過去約100年間の遺伝的改良が高CO_2に対する応答に与えた影響を圃場条件で明らかすることを目的に、茨城県つくばみらい市のFACE実験施設で高CO_2処理(外気+200ppm)を2か年行い、明治時代から現在までに育成された新旧主要イネ品種の収量応答を比較した。供試品種は愛国(1882年品種登録)、農林8号(1934年)、コシヒカリ(1956年)、アキヒカリ(1976年)、あきだわら(2009年)の5品種である。
籾収量はFACEにより有意に増加した(p=0.03)。FACEによる収量の増加率は、2ヵ年ともに農林8号が最も高く、アキヒカリが最も低かった。登録年と収量増加率の関係では、現代品種のあきだわらを除き、旧品種(愛国、農林8号)と新品種(コシヒカリ、アキヒカリ)を比較した場合、旧品種の収量増加率が高かった(p=0.01)。収量構成要素では、単位面積あたりの穂数の増加率が旧品種ほど高い傾向がみられたのに対し、1穂籾数の増加率は新品種ほど高い傾向がみられ、これまでの遺伝的改良によりCO_2増加に対する応答が穂数の増加から穂のサイズの拡大に移行したことが示された。登熟歩合の増加率は、粗籾収量と同様の傾向であった。稔実籾数に登熟籾1粒重を乗じて計算した登熟シンクキャパシティーと実収量との間には、年次・品種・CO_2処理にかかわらず非常に高い正の相関がみられた。この結果から、シンクサイズのCO_2応答性が収量応答を決定していたと推察された。

Research Products

• [Journal Article] 50年後の水稲生産を予測する:温暖化・CO_2濃度上昇が水稲生産に及ぼす影響を実際の水田で調べる (2012)
  • Author(s): 長谷川利拡
  • Journal Title: 化学と生物 Volume: 50 Pages: 298-301
  • NAID: 10030819560
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Performance of the enlarged Rice-FACE system using pure CO_2 installed in Tsukuba, Japan (2012)
  • Author(s): Nakamura H
  • Journal Title: Journal of Agricultural Meteorology Volume: 68 Pages: 15-23
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 2010年の異常高温下におけるイネの開放系大気CO2増加実験 (2011)
  • Author(s): 長谷川利拡
  • Journal Title: 月刊食料と安全 Volume: 9 Pages: 34-39
• [Journal Article] Gene expression profiling of rice grown in free air CO_2 enrichment (FACE) and elevated soil temperature (2011)
  • Author(s): Fukayama H.
  • Journal Title: Field Crops Research Volume: 121 Pages: 195-199
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Combined effects of elevated [CO2] and high night temperature on carbon assimilation, nitrogen absorption, and the allocations of C and N by rice (2010)
  • Author(s): Cheng W.
  • Journal Title: Agricultural and Forest Meteorology Volume: 150 Pages: 1174-1181
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 温暖化環境における水稲生産について (2010)
  • Author(s): 長谷川利拡
  • Journal Title: 月刊食料と安全 Volume: 8(4) Pages: 20-24
  • NAID: 40017105353
• [Presentation] Adaptation and mitigation study in the agriculture sector in Japan and its contribution to the Asia Pacific (2012)
  • Author(s): Hasegawa, T.
  • Organizer: APEC Workshop on Food Security
  • Place of Presentation: 東京国際フォーラム
  • Year and Date: 2012-01-17
• [Presentation] Climate change impacts on rice agriculture and potentials for adaptation and mitigation (2011)
  • Author(s): Hasegawa, T.
  • Organizer: Workshop on Agricultural Production and Environ mental Adaptations for Coping with Climate Change
  • Place of Presentation: 台中、台湾
  • Year and Date: 2011-10-25
• [Presentation] 茨城県つくばみらい市における新たな水田開放系大気CO_2増加(FACE)実験 (2011)
  • Author(s): 長谷川利拡
  • Organizer: 日本作物学会
  • Place of Presentation: 東京農業大学
  • Year and Date: 2011-03-31
• [Presentation] 開放系大気CO_2濃度増加が水稲の生殖成長とコメ品質に与える影響 (2011)
  • Author(s): 常田岳志
  • Organizer: 日本作物学会
  • Place of Presentation: 東京農業大学
  • Year and Date: 2011-03-31
• [Presentation] 大気CO_2濃度の上昇に対する国内の水稲新旧品種の収量応答の比較 (2011)
  • Author(s): 酒井英光
  • Organizer: 日本作物学会
  • Place of Presentation: 東京農業大学
  • Year and Date: 2011-03-31
• [Presentation] Performance of the enlarged rice-FACE system using pure-CO_2 installed in Tsukuba (2011)
  • Author(s): 中村浩史
  • Organizer: 農業気象学会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学
  • Year and Date: 2011-03-17
• [Presentation] Rice production technologies for climate change (2011)
  • Author(s): Hasegawa, T.
  • Organizer: JIRCAS International Symposium 2011 Trends of International Rice Research and Japanese Scientific Contribution-Support to GRiSP and CARD
  • Place of Presentation: つくば国際会議場
• [Presentation] Rice genotypes responses to elevated CO2 obtained from two free air CO_2 enrichment field trials (2011)
  • Author(s): Hasegawa, T.
  • Organizer: XVIII International botanical congress
  • Place of Presentation: メルボルン,オーストラリア
• [Presentation] 大気二酸化炭素濃度の上昇と窒素栄養が作物の収量・品質に及ぼす影響 (2010)
  • Author(s): 長谷川利拡
  • Organizer: 日本土壌肥料学会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2010-09-07
• [Book] Yadav, S.S., Redden, R.J., Hatfield, J.L.(Eds).Crop Adaptation to Climate Change. DOI : 10.1002/9780470960929.ch21 (2011)
  • Author(s): Lafarge T, Peng S, Hasegawa T, et al
  • Publisher: Genetic Adjustment to Changing Climates : Rice
• [Remarks]
  • URL: http://www.niaes.affrc.go.jp/outline/face
• [Remarks]
  • URL: http://www.niaes.affrc.go.jp/sinfo/publish/niaesnews/094/09403.pdf
• [Remarks]
  • URL: http://www.niaes.affrc.go.jp/magazine/129/mgzn12902.html