2021 Fiscal Year Annual Research Report
スピーキングプラントアプローチによるサフラン子球の生育制御法解明
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21H02316
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
伊藤 博通 神戸大学, 農学研究科, 教授 (00258063)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宇野 雄一 神戸大学, 農学研究科, 教授 (90304120)
黒木 信一郎 神戸大学, 農学研究科, 准教授 (00420505)
中島 周作 神戸大学, 農学研究科, 助教 (00896938)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | サフラン / 子球肥大 / トランスクリプトーム解析 / 非破壊計測 / スピーキングプラントアプローチ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
温度条件が異なる三試験区でサフラン子球育成実験を行った。温度条件を一定に保つ低温区に加え温度を栽培前半から段階的に上昇させる早期昇温区と栽培後半から昇温する晩期昇温区を設けた。早期昇温区および低温区では２週間毎、晩期昇温区では毎週４株を収穫し子球のスペクトルを測定した。ハロゲンランプを光源に用いた。526 nm ~ 920 nmの波長帯の分光器 (波長分解能2 nm)および、920 nm~ 1640 nmの波長帯の分光器(波長分解能3 nm)にて分光した。また子球の赤道上の3点から得たスペクトルを平均した後二次微分等の前処理を行い予測モデル構築に使用した。吸光スペクトルを取得後、凍結乾燥を行った球茎試料にメタノールを添加し摩砕試料から糖抽出を行った。得られた抽出液からフルクトース濃度、グルコース濃度およびスクロース濃度をHPLCにて測定した。前処理を行ったスペクトルを説明変量、子球重量または各糖濃度を説明変量として主成分回帰分析にて予測モデル構築を行った。
フルクトース濃度は肥大に伴って増加傾向が、グルコース濃度およスクロース濃度では減少傾向がみられた。多品種の先行研究で確認された肥大に伴うヘキソース・スクロース比の低下が本研究では確認されなかった。このことから改めてシンク強度の指標となり得るパラメーターに関して解析が必要となった。非破壊計測検量線の推定精度（実測値と推定値との間の相関係数）はフルクトースで0.74、グルコースで0.72、スクロースで0.82となった。波長範囲を広げることにより精度向上が期待できる。子球重量については相関係数は0.91となった。これら非破壊計測の結果からシンク強度の新指標を定義した。この指標値は葉の枯れ始めを境に減少に転じる傾向が見られ、非破壊測定可能なシンク強度の新指標となり得ると考えられた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
子球育成実験が昨年９月から開始され，５月中に収穫が完了する予定である。収穫後にトランスクリプトーム解析を実施する。
昨年度の成果から子球シンク強度の低下が葉の老化を誘発し、子球成長を抑制することが示唆された。葉の老化を防ぐことができれば子球の成長を維持することができると考えられる。この仮説を検証すべく子球育成実験を進めている。
子球育成実験の概要は次の通りである。人工気象器２台で子球肥大実験を行い、一方を強光区、他方を弱光区とする。その他の環境条件は両試験区で同一とする。両試験区共に収穫まで毎月３株を採取し、葉および子球の生体重を測定した後に各部位を凍結・粉砕し保存する。子球サンプルについては各子球個体別に2種類（SucとHex）の糖濃度をHPLCにより測定する。糖濃度測定には２試験区全サンプルを、トランスクリプトーム計測には毎月採取する葉と子球のサンプルを各試験区1検体供試し、肥大期間を通して両試験区で合計20サンプル供試する。
子球育成実験とは別に子球内糖濃度変動を大きくするために光量を定期的に増加させる昇光区を設け、毎週３株を採取し、１株から２個の子球それぞれの近赤外スペクトルを２台の分光計で測定している。測定波長範囲・波長分解能は分光計Ａで530-1100nm・2nm、分光計Ｂで900-2500nm・6.3nmである。さらに各子球個体別に2種類の糖濃度をHPLCにより測定する。これらの計測結果から説明変量を近赤外吸光スペクトル、目的変量を糖濃度とする重回帰式（検量線）を２種類の糖別に作成する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
葉の老化を防ぐことができれば子球の成長を維持することができるという仮説を検証する。子球シンク強度の低下は子球への過剰なスクロース（Suc）転流が原因と考えられる。そこで子球育成期間中の光強度を変えた２試験区を設け、子球へのSuc転流量に差を生じさせて葉の老化が始まるまでの期間を確かめる。葉の老化の確認のためにシュート長や葉色等の外観情報の他にトランスクリプトーム解析による集光性クロロフィルタンパク質関連遺伝子等の発現を計測する。
人工気象器２台で子球肥大実験を行い、一方を強光区、他方を弱光区とする。収穫まで定期的に採取する子球サンプルから2種類（SucとHex）の糖濃度をHPLCにより測定する。葉と子球のサンプルをトランスクリプトーム計測に供試する。収穫子球から各試験区で16球茎ずつを選抜して開花誘導実験で開花させ、開花数、柱頭乾物重、柱頭内クロシン濃度を測定する。この実験とは別に昇光区を設け、定期的に採取する子球の近赤外スペクトルを２台の分光計で測定する。さらに各子球個体別に2種類の糖濃度をHPLCにより測定する。
以上の測定結果を使用して次の解析を行う。解析①：説明変量を近赤外吸光スペクトル、目的変量を糖濃度とする重回帰式（検量線）を２種類の糖別に作成する。解析②：子球肥大期間のSucおよびHex濃度が葉の老化および子球の成長に及ぼす影響、及び開花時柱頭収量に及ぼす影響を解明し、糖濃度や子球重量などからシンク強度の指標となる新規の変数を定義する。トランスクリプトーム解析では主にSuc分解系、デンプン合成・分解系および集光性クロロフィルタンパク質関連遺伝子の発現を解析してシンク強度と葉の老化との関係を解明する。
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[Presentation] 植物工場におけるサフランの生育制御 －光散乱画像による球茎内デンプン濃度および可溶性糖濃度が柱頭収量に与える影響の解明－2021
Author(s)
小澤 こまり, 伊藤 博通, 宇野 雄一,黒木 信一郎, 中島 周作, 馬塲 加奈子,座古 健世, 夏原 里佳, 西村 友香, 小林 雛子, 魚田 春花
Organizer
第79 回農業食料工学会年次大会
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