2014 Fiscal Year Research-status Report
植物工場の環境調節に資する植物個体における物質輸送機能の環境反応モデルの構築
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26850157
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
佐合 悠貴 山口大学, 農学部, 助教 (20648852)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | モデル化 / 養水分吸収 / チップバーン / 硝酸態窒素 / 高付加価値化 / 人工光型植物工場 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，植物の物質輸送現象を中心とした環境生理反応のモニタリングやモデリングの手法を開発し，チップバーン（Ca欠乏）の回避，野菜中の硝酸態窒素含量低減および野菜の高付加価値化などの技術の開発を目標としている。この目的を達成するために，本年度（初年度）においては，様々な環境下において植物を育成し，これまでに開発してきたモデルや新規に開発する評価システムなどを駆使して植物の物質輸送現象を中心とした生理反応を評価・解析した。
課題1では，Ca吸収・分配モデルおよび生長モデルによる葉菜類のチップバーンの回避を目標として，様々な環境条件に設定した人工光型植物工場において，環境要素やチップバーン発症程度との関係を解析するとともに，様々な環境条件下において根におけるCa吸収速度および植物体中の個葉へのCa分配を評価し，Ca吸収・分配に対する環境要素および蒸散速度の影響を評価した。その結果，根域Ca濃度や根域温度を高めることによってCa吸収速度が増加し，チップバーン発生が抑制されることが明らかとなった。
課題2では，窒素吸収・代謝モデルによる葉内の硝酸態窒素含量の低減を目的として，根の窒素吸収速度に対する環境要素および蒸散速度の影響を定量的に評価した。ある程度の光強度，根域窒素濃度および根域温度まではそれぞれが高くなるほど根による窒素吸収速度が高くなることが明らかとなった。また，植物の光合成速度および生長速度や，植物体中の窒素代謝活性についても評価し，環境要素との関係および窒素吸収速度を解析した。
課題3については，環境ストレス反応モデルに基づいた野菜の高付加価値化を目標として，環境ストレス下における根の物質吸収および植物水分生理の定量的な評価を実施した。その結果，人工光型植物工場での葉菜類栽培において，低温ストレスを導入することによって，糖度や抗酸化物質含量の高くなることが明らかとなった。
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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
本年度（初年度）においては，主に様々な環境条件下における植物の物質輸送現象を中心とした生理反応を評価や解析を実施し，概ね当初の予定通りの研究項目を実施した。
課題1では，様々な環境条件に設定した人工光型植物工場において，環境要素やチップバーン発症程度との関係の解析や様々な環境条件下において根におけるCa吸収速度および植物体中の個葉へのCa分配を評価し，今後のモデル化に繋がる基礎的データを蓄積できた。
課題2では，根の窒素吸収速度に対する環境要素および蒸散速度の影響を定量化した。さらに，植物の光合成速度および生長速度の評価などについても予定通り進展した。
課題3については，環境ストレス下における根の物質吸収および植物水分生理の定量的な評価を実施し，本研究の実験手法を構築するとともに。今後構築を目指す環境ストレス下における葉内機能性成分蓄積モデルの基礎的データが収集できた。
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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植物の物質輸送現象を中心とした生理反応の評価や解析の結果をふまえて，今後は，植物の物質輸送現象や代謝などそれぞれの環境生理反応のモデル化を試みていく。さらには，各生理反応モデルを統合し，チップバーン発生予測モデル，葉内硝酸態窒素含量予測モデル，環境ストレス反応モデルなどを構築していく。
課題1では，Ca吸収・分配モデルおよび成長モデルによる葉菜類のチップバーンの回避を目標として，前年に引き続き，Ca吸収・分配に対する環境要素および蒸散速度の影響の評価・解析を進め，それらの結果を基に個葉中のCa濃度の予測モデルを構築していく。さらに，個葉中のCa濃度とチップバーン発症との関係を定量的に解析する。
課題2では，窒素吸収・代謝モデルによる葉内の硝酸態窒素含量の低減を目標として，窒素吸収・代謝窒素に対する環境要素および蒸散速度の影響の解析を進める。さらに，これらの情報を統合し，窒素吸収・代謝を考慮した葉内硝酸態窒素含量予測モデルを構築する。
課題3では環境ストレス反応モデルに基づいた野菜の高付加価値化を目標として，様々な環境下において植物を育成し，葉内の機能性成分含量の変化を評価する。既に判明している糖・ビタミン・アミノ酸などの機能性成分の代謝経路を参考に，これに関わる代謝産物も含めて分析することにより，環境要素や根の物質吸収および植物水分生理などが葉内の機能性成分含量に与える影響について詳細に解析する。
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