2022 Fiscal Year Research-status Report

Does the improvement of source ability by applying silicic acid fertilizer enhance the tolerance to high-temperature on ripening stage?

Research Project

Project/Area Number	21K05541
Research Institution	Shimane University
Principal Investigator	氏家和広島根大学, 学術研究院農生命科学系, 准教授 (60465276)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2025-03-31
Keywords	イネ / ケイ酸 / 玄米外観品質 / 窒素 / 葉面積 / 吸水能
Outline of Annual Research Achievements	令和3年度までの実験より、ケイ酸の葉面散布が出穂期以降の葉面積を高く維持し、これによってソース能が向上することを示した。しかし、ソース能が向上したにも関わらず玄米の整粒率は向上しなかった。この理由として、下位葉の老化が遅れることで穂への窒素転流が抑制され、穂での窒素不足を招いたのではないかと考えた。幼玄米では各種デンプン合成酵素をはじめ、多数の酵素群によって輸送炭水化物の受け入れ、デンプン合成・蓄積が行われており、窒素不足になると白未熟粒が多発するとされている。令和4年度の実験では、この仮説を検証するため、ケイ酸の葉面散布に加えて、窒素追肥 (実肥) を強化した区も設けた。その結果、葉面散布と窒素追肥強化を同時に実施した区で、葉面散布や窒素追肥強化を単独で行った区よりも整粒率が向上する傾向にあった。近年では、栽培後期に玄米の外観品質向上を目的として実肥の施用が推奨されるケースが増えている。その際、ケイ酸の葉面散布を併用することで、効果をより高められることが期待できる。今後、窒素やケイ素の部位別含有量を調査することで、ケイ酸の葉面散布が出穂期以降の窒素動態に及ぼす影響を解析し、仮説の検証を進める。また、土壌表面へのケイ酸追肥は、根の活性維持に有効であることを示した。出穂期や出穂前1週程度にケイ酸を追肥すると、茎部切断面からの溢泌液量が増加した。根長や根の本数には変化がなかったことから、ケイ酸の追肥は、根の吸水活性を高く維持することが示唆された。ただし、この効果はケイ酸の葉面散布では確認できていない。したがってケイ酸は、葉から吸収された場合には葉の老化を遅らせ葉面積を高く維持する効果を、根から吸収された場合には根の老化を遅らせ吸水能を高く維持する効果を持つと考えられた。ただし、葉と根の両者へケイ酸を供給した場合、これらの効果が両立できるのかについては更なる検証が必要である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当初の予定通り、令和4年度までの研究によってソース能を安定的に向上させる方法が確立できた。加えて、土壌表面へのケイ酸追肥によって根の吸水活性が高く維持できることについても確認できた。ただし、これらの現象について論理的、学術的な裏付けが一部不十分なまま残されており、今後の研究で解析する必要がある。成果の公表に関しては、日本作物学会講演会において発表を計画しており、現在準備中である。これらのことから、全体的には概ね順調に進展していると評価している。
Strategy for Future Research Activity	令和5年度については、当初の計画通り、高温下におけるケイ酸施用の効果を実証を目標とする。前年度までの試験結果より適切と考えられたケイ酸施肥体系に則って栽培し、対照および高温処理区間で白未熟粒発生率や整粒率を比較する。加えて、なぜケイ酸の葉面散布が葉の老化を遅らせるのかについても解析するため、葉位別の葉色値や窒素、ケイ酸含有率、個葉光合成速度、気孔伝導度、水ポテンシャル、穂温、葉身傾斜角を調査する。更に根の吸水能について評価するため、トリパンブルー染色を行って顕微鏡観察を行う。イネは、登熟期以降、徐々に根が活性を失って枯死していくことが知られている。ケイ酸の追肥によって活性が維持されるとすれば、根の細胞死が遅延していると予想される。そこでトリパンブルー染色によって根細胞の生死状態を評価すれば、吸水能が高く維持される理由を明確にできると考えた。以上の実験よって、ケイ酸施用の効果を実証すると共に、その理論的な裏付けを明確にしていく。
Causes of Carryover	当初計画では、令和3年度からトランスクリプトーム解析を実施する予定であったが、実際には予備実験を行うのみに留まった。このため、解析に必要な経費を使用せず、次年度に繰り越すこととなった。また、旅費についても学会のオンライン化等の影響もあり、実使用額が大きく減少した。令和4年度については、研究の進展状況を鑑み、トランスクリプトーム解析を延期し、他の実験に注力した。令和5年度はトランスクリプトーム解析を当初計画よりも大規模に実施する予定であり、それに伴って支出額が多くなる見込みである。繰り越し分は主にその補填に充てる。