2017 Fiscal Year Annual Research Report

農業現場における精密農業の熟成

Research Project

Project/Area Number	15H02469
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	中西友子東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任教授 (30124275)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	二瓶直登東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任准教授 (50504065) 岩田錬東北大学, サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター, 名誉教授 (60143038) 山岸順子東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (60191219) 大前芳美東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任研究員 (80726042) [Withdrawn] 廣瀬農東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任講師 (90708372)
Project Period (FY)	2015-04-01 – 2020-03-31
Keywords	放射線計測 / 養分動態 / ベータ線
Outline of Annual Research Achievements	これまでは、植物体の一部の領域を解析の対象とし、リアルタイムRIイメージングシステム（RRIS)の開発を行ってきた。現在の可視化可能範囲は10x20cmである。しかし、イネやダイズなど、種子が結実する生育ステージでは1メートル程の大きさとなるものの、可食部における養分動態の解析は農業上、非常に重要である。そこで今年度では視野範囲の拡大を試みた。RRISでは、植物体内から放出される放射線をシンチレータで光に変換し、CCDカメラで撮像するが、これまで開発してきたCsI(Tl)シンチレータは微小結晶を蒸着して作成するため、製作には非常に長い時間がかかりコストが高かった。そこで加工性、経済性や汎用性を考慮して、プラスチック製シンチレータのRRISへの適用を目指した。具体的には、様々なシンチレータを用いて、定量性や画像解像度等の評価を行い、RRISに最適なシンチレータの探索を行った。その結果、これまで用いてきたシンチレータと比較して、定量性がほとんど低下することなく視野範囲を大きくすることに成功し、視野範囲は600x800cmと拡大した。しかし、プラスチック製シンチレータは無色透明であるため、植物の自家蛍光を遮光する必要が生じた。そこで、植物から放出される放射線を極力遮蔽せず、かつ自家蛍光を遮光できる素材を検討した。樹脂や金属など様々な素材、厚みの遮光材を用いて、放射線の透過率、自家蛍光の遮光率の比較検討を行った結果、2μm厚のアルミ製シートが最適であることを見出した。さらには、イネやトウモロコシなどを用いて養分や光合成産物の動態解析も試みるに至った。これまでのシステムでは視野範囲が小さいため、葉から葉への養分輸送などを解析することが困難であったが、新たなシステムにより解析が可能となり、植物種によって光合成産物の転流様式が大きく異なる等の新たな知見を見出しつつある。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason これまでの視野範囲よりも面積としては24倍の拡大に成功したことにより、解析対象となる植物種、生育ステージを格段に広げることができた。その結果、RIライブイメージングシステムにおいて、解像度のみならず視野範囲も世界トップレベルとなった。シンチレータの性能評価には、高いエネルギーのベータ線放出核種である32P、および、低いエネルギーのベータ線放出核種である14Cを用いて検討した結果、今まで用いてきたシンチレータと遜色のない結果が得られた。今後はガンマ線など、異なる線質を放出する核種を用いて、より詳細な性能評価を行っていく予定である。植物を用いた養分輸送の解析においては、イネを用いた導管輸送のイメージング解析を行った。使用した核種は28Mg、32P、42K、45Ca、および137Csである。その結果、リンは水の導管輸送に非常に大きく影響を受けることが示された。リンと水の導管輸送における関係をさらに詳細に解析した結果、水の輸送がリンの輸送に与える影響は葉鞘においてはまったく見られなかった一方で、葉身においては非常に大きな影響を与えることがわかった。さらに、カルシウムにおいては、導管内の輸送が水の流れにはまったく依存していないことも示された。これらの結果は論文に纏めて出版済みである。
Strategy for Future Research Activity	視野範囲の拡大により、大型植物を解析の対象とすることが可能となった。しかしこれからさらに、大型植物をどのようにシンチレータに固定するかを検討する必要がある。その上で、これまで撮影対象として取り扱うことができなかった成熟期のイネやダイズ等の養分動態解析を行っていきたい。これまでの撮影システムでは暗箱を用いて行っていたが、植物工場などの現場へのシステムの適応を考慮した場合、持ち運び等の汎用性に欠ける。そこで暗箱を用いずに撮影を行える新たなシステムの構築も併せて行っていく予定である。具体的には、放射線を光に変換するシンチレータとカメラとの間のみを遮光するというシステムである。この新しいシステムでは、対象とする試料の向き、角度、および位置等に柔軟に対応できるようにしたいと考えている。このような工夫を加えることにより、他の研究機関、施設への持ち運び等が非常に簡便になると見込まれ、本装置の汎用性の向上が期待される。