2023 Fiscal Year Research-status Report
急変する気象条件に対する植物適応能力を強化する超音波処理技術の開発
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22K05611
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
切岩 祥和 静岡大学, 農学部, 教授 (50303540)
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2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | ストレス耐性 / 種子プライミング / 超音波 / 育苗技術 / 抗酸化応答 / 変温処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、植物の安定生産を脅かす生育環境の急激な変化に対する植物の適応力を高めるための超音波処理技術の可能性について検討している。
これまで超音波の処理効果は、作物間や処理条件によって異なり、その原因が不明であった。本研究において処理槽内の音圧の分布を指標として処理条件について考えてみると、種子処理時の音圧は周波数ごとにその分布にムラがあり、種子に作用する超音波の特性が、周波数や処理条件によって異なっている可能性が明らかとなった。このことが、超音波の作用効果が作物によって異なる要因になっていると考えられた。
また、「急変する条件」が高温ストレス程度に及ぼす影響を評価したところ、短周期で快適条件と不適条件が繰り返されると、不適な条件で一定の場合に比べて成育阻害の程度が激しくなることがレタスを供試した実験で確認された。また、急変の処理に加えて、2時間の緩衝温度帯を設けた緩変の処理での生育の改善効果が高かった。このように急変の処理は短周期で耐性応答と耐性解除が繰り返されるため、耐性を維持し続ける高温一定の処理に比べて環境適応が不良になることが確認された。このような急変環境でのレタスの生育は超音波の処理により改善されることが確認された。
コマツナを供試して急変時のストレス応答について活性酸素種の消去系の酵素活性を調査したところ、急変処理の初期でカタラーゼ活性が適温区の2～3倍に増加し、処理期間が進むとアスコルビン酸ペルオキシダーゼとスーパーオキシドディスムターゼ活性が2倍程度に増加した。
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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
植物にとってのストレス条件について考える場合、急激にストレスに遭遇するとそのダメージは大きい。本実験によって急激な温度変化により高温ストレス処理を行ったところ、高温一定条件とは明らかに異なる応答が確認された。近年の異常高温は作物生産において安定生産を脅かす一因となっているため、それに近い条件を再現して植物のストレス適応を評価し、その条件を克服するための技術開発を進めるための条件を確定できたことは大きな進捗である。しかし、超音波の処理による種子に対する作用については、いまだに多くの課題があり、さらに詳細な検討を必要としている。
音圧を一つの指標として種子処理等を行ったが、音圧の強弱だけでは超音波の周波数間での作用を表現することができないことが確認された。その点からも、より詳細に条件検討を進め、種子に対する作用とそれによって得られるストレス耐性の仕組みについての理解を明らかにしていきたいと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では急変環境に適応できるようなストレス耐性を向上するための技術を確立することを目指している。急変条件は、高温一定条件よりもストレス耐性のメカニズムが複雑で、ストレスからの回復とストレスへの再遭遇を短期的に繰り返される条件である。急変条件にも耐えうる育苗技術とするためにも、上述したような生理的な応答の理解を踏まえた環境制御を組み合わせて、超音波によるストレス耐性向上効果を高めるような、超音波の種子に対する作用機構を明らかにしたいと考えている。
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| Causes of Carryover |
備品として購入予定であったパワーブロックインキュベータ（25万円×3台）を利用した実験系を想定していたが、既存の人工気象器を活用した実験系で急変条件を検討して、順調に進めることができたため、次年度使用額が発生している。加えて、電気代の高騰により、実験に利用する人工気象器の稼働にあてる次年度の費用を確保することも視野にマネジメントしたためである。
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