2017 Fiscal Year Research-status Report
養液栽培における根域統合環境制御に向けた根の生理機能の環境応答解析
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17K15351
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
佐合 悠貴 山口大学, 大学院創成科学研究科, 助教(テニュアトラック) (20648852)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 根域環境 / 吸収モデル / 養液栽培 / 養水分吸収 / シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，地下部および地上部の環境と植物の養分吸収との関係を，新規に構築する測定システムを用いて評価し，根の生理活性や吸収機構を考慮したモデルにより解析することを目標としている。この目的を達成するために，本年度（初年度）においては，様々な環境条件下における根の物質吸収の評価と培地耕栽培条件下における根域の環境要素の評価を試みた。課題Ⅰでは，植物生産場の環境と植物の養分吸収との関係の解析を目標として，まず，地下部および地上部の環境を自由に設定可能な人工光型植物工場において植物サンプルを育成し，養水分吸収に対する養液温度，養液濃度および品目の作用を評価し，これまで構築してきた蒸散統合型イオン吸収モデルにて解析した。その結果，吸水速度やイオン吸収速度と養液温度および養液濃度との関係をモデルにより評価することができた。また，品目による吸水速度や養分吸収速度の違いや，イオン種間の吸収拮抗作用の程度についても定量化できた。次に，課題Ⅱでは，培地耕条件下における根域環境の解析と調節法の検討を目的として，まず，測定に用いる培地耕式システムの培地水分条件を評価・制御するために，培地耕水分センサーを構築した。本センサーは，非常に安価な部品のみで構成され，多数のポットに設置することで，それぞれの培地水分条件を評価・制御することが可能であった。次に，培地内の酸素条件を評価するため，ニードル式マイクロ酸素濃度計を用いて培地内の酸素分布を測定し，培地内水分含量が高い条件において根の呼吸による酸素濃度の低下を測定可能であることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
課題Ⅰの植物生産場の環境と植物の養分吸収との関係の解析においては，まず，地下部および地上部の環境を自由に設定可能な人工光型植物工場において植物サンプルを育成し，養水分吸収に対する養液温度，養液濃度および品目の作用を評価し，これまで構築してきた蒸散統合型イオン吸収モデルにて解析した。その結果，当初の計画通り，構築した根の養水分吸収速度測定システムは，測定中の操作の多くを自動化でき，根の養水分吸収速度を簡易的に測定可能であった。また，異なる養液温度における測定の結果，養液温度が高くなるほど，根の養水分吸収速度も高くなるという関係性を評価でき，構築したシステムは根の養水分吸収速度測定に適用可能であることが明らかになった。また，吸水速度やイオン吸収速度と養液温度および養液濃度との関係をモデルにより評価することができた。また，品目による吸水速度や養分吸収速度の違いや，イオン種間の吸収拮抗作用の程度についても定量化できた。
課題Ⅱでは，まず，測定に用いる培地耕式システムの培地水分条件を評価・制御するために，培地耕水分センサーを構築した。本センサーは，非常に安価な部品のみで構成され，多数のポットに設置することで，それぞれの培地水分条件を評価・制御することが可能であった。次に，培地内の酸素条件を評価するため，ニードル式マイクロ酸素濃度計を用いて培地内の酸素分布を測定し，培地内水分含量が高い条件において根の呼吸による酸素濃度の低下を測定可能であることを明らかにした。これらのことから，当初の計画通り，培地耕条件下における根域環境を解析することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに実施した，様々な環境条件下における根の物質吸収の評価と培地耕栽培条件下における根域の環境要素の評価をふまえて，今後は，培地耕条件下における環境と植物の養分吸収との関係の評価と制御法の確立を進めていく。
課題Ⅰでは，前年に引き続き，様々な環境条件下における物質吸収の評価と解析を進め，培地が根の物質吸収プロセスに影響を与えるメカニズムを詳細に解析し，その作用を表現する客観的な数値パラメータの導入を検討する。
課題Ⅱでは，前年に引き続き，培地耕栽培条件下における根域の環境要素の評価を進めるとともに，物質吸収モデルの培地耕栽培条件下における適用を試みる。さらに，「培地内塩類集積」，「チップバーン」，「成り疲れ現象」，「昼寝現象」などの根の養水分吸収や植物水分生理が関わる問題が生産性の制限要因となっている生産現場を想定して，モデルを用いた根域の物質輸送動態の解析を試みる。
課題Ⅲでは，余剰廃液の節減に向けた肥培管理法の開発を目指して，環境保全型の肥培管理法の提案を目指す。課題Ⅰおよび課題Ⅱ にて構築した物質吸収評価・解析結果を，養液を循環利用する養液栽培へ適用し，培地内の養水分動態をシミュレートする。これにより，植物の必要な養分量のみを適宜追肥する，あるいは養液栽培における根の養水分吸収機能を積極的に利用して廃液中の無機成分量を低減する等の新たな肥培管理ロジックの構築を試みる。
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