2021 Fiscal Year Research-status Report
Evaluation for Water Stress Tolerance in Plants Using Gas Exchange as an Indicator and Construction of Irrigation Control System based on the Plant Water Status
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21K14840
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
冨永 淳 広島大学, 統合生命科学研究科(生), 助教 (20788632)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 気候変動 / 節水農業 / スマート農業 / フェノミクス / 光合成 / 水分生理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地球温暖化に伴い、安定した水供給を前提とした多収品種の開発だけでなく、干ばつ下の生存率や水利用効率の高い耐乾性品種、あるいは、豪雨や長雨に強い耐湿性品種の開発が望まれる。また、作物の水需要に合わせて灌水を精密に制御することで、作物生産の水利用効率を高める必要がある。本研究では、葉面クチクラ層の水透過性や気孔の漏れが作物の耐乾性や耐湿性を左右するのかを明らかにし、こうした大気との境界面の特徴が作物育種の新たな指標になるのかを検証する。また、葉内のCO2濃度（Ci）や葉内の湿度（RHi）と作物の水利用効率・水ストレス状態の関係を明らかにし、植物の水分状態に応じた自動潅水制御システムの構築を目指す。
本研究における研究項目は、１）クチクラ層の水透過性（gcw）や気孔の漏れ（gleak）と作物の耐乾性・耐湿性の関係解明、２）Ciや葉内の湿度と作物の水利用効率・水ストレス状態の関係解明、３）これら生体パラメーターを迅速に測定・モニタリングできる装置や方法の開発である。実施内容の概要は以下の通りである。
本年度は主に、各研究項目における測定システムの構築、植物材料の栽培・測定環境や装置の開発環境の整備をおこなった。具体的には、従来の測定法では困難であった気孔のある葉でのgcwを非破壊で測定する装置および測定法を開発した。また、非破壊の膨圧センサーを用いて、植物の水分状態を継続的に捉えられることが分かった。また、植物のストレス状態をセンシングするシステムの構築に向けて、汎用型のマイクロコントローラーを用いた計測用IoTデバイスの開発を進めている。来年度は開発した測定法や装置を用いて、gcwやgleakと耐乾性の関係解明と水ストレス状態の新たなセンシング技術開発を主に行う予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究を推進するにあたり、作物の葉におけるgcwおよびgleakや水分状態の測定が重要になる。gcwおよびgleakについては測定法を新たに開発した。非破壊・高精度・短時間でgcwおよびgleakを測定することで従来の測定時間を大幅に短縮できた。一方で、当初予定していたin vivoの植物水分計測については、コロナの影響によりデモ機を用いた機器の選定および納期が遅れてしまい、本年度中に測定機器を調達することができなかった。植物のストレス状態のセンシング技術の開発に必要なセンサー類やマイクロコントローラーは調達済みである。また、今年度から新たに栽培環境を整備する必要が生じたため、水ストレス条件下での栽培試験の実施にやや遅れが生じている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も当初の計画に従って、研究を進める予定である。
植物のin vivo水分状態計測用として代替的に導入した接触型の膨圧センサーによってトマト葉の膨圧変化を計測し、水ストレスの兆候を捉えられることが分かった。また、来年度の6月には当初予定していた水ポテンシャル計を調達できる見込みである。これらの測定機器を用いて水ストレス状態をgcwなどのガス交換パラメーターとともに評価する予定である。
植物生体パラメーターを迅速に測定・モニタリングできるシステムの構築については、まずはセンシング部分の開発を目標とする。引き続き汎用型のマイクロコントローラーを用いた測定装置の開発を進める予定である。
水分状態の計測やシステム構築はUniversity of New MexicoのDavid Hanson博士と協力しながら推進する。
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| Causes of Carryover |
コロナの影響によりデモ機を用いた機器の選定および納期が遅れてしまい、本年度に予定していた植物水分計測器の購入ができなかった。既にデモと選定作業は終えて発注済みであり、来年度6月には納品予定である。また、コロナの影響により学会がオンライン開催となったり、調査を延期したため、旅費の計上分に差額が生じた。旅費は来年度に使用する予定である。
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