| Project/Area Number |
23K18019
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 39:Agricultural and environmental biology and related fields
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
加藤 洋一郎 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (50463881)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中島 大賢 北海道大学, 農学研究院, 助教 (70710945)
友部 遼 東京科学大学, 環境・社会理工学院, 助教 (90880005)
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| Project Period (FY) |
2023-06-30 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | 倒伏 / トウモロコシ / 植物頑強性 |
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| Outline of Research at the Start |
強風による作物の倒壊（倒伏）は甚大な減収を引き起こす農学の重要課題である．倒伏メカニズムの詳細は解明が進んでおらず，作物構造の強度についてはほとんど分かっていない．本研究は，地震工学の建造物の強度解析を農学に応用し，生体微振動解析手法を開発する．さらに，フィールド作物の微振動計測・形態計測を構造力学モデルによって融合し，作物構造の倒壊現象を大規模シミュレーションすることで植物頑強性解明に迫りたい．
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| Outline of Annual Research Achievements |
作物において、倒伏に対する高い抵抗性を持つ品種を開発するためには、茎部の頑強性、すなわち茎のヤング率を正確かつ高効率で測定することが必要不可欠である。近年では、超音波を用いて茎のヤング率を非破壊的に測定する技術が開発されてきている。これらの方法の中でも、茎の長軸方向に伝播する超音波の波速度から茎のヤング率を推定する方法（衝撃弾性波法）は、従来の測定方法よりも高速であることが、我々のグループの最近の研究成果から得られている（Nakashimaら、2023. Sci. Rep.）。そこで本年度はまず、前年度にも供試した耐倒伏性の異なる飼料用トウモロコシ10品種について、衝撃弾性波法を用いて登熟初期の茎部頑強性を評価し、品種間差異の年次間での再現性を検証することを目的とした。その結果、ヤング率の品種間差異には概ね昨年度と同様の傾向が認められた。また、本手法を用いて推定したヤング率を目的変数とする重回帰分析の結果、推定ヤング率は着雌穂高および厚壁組織の厚さに左右されることが示唆された。さらに、測定手法の精度の向上を図るため、加速度センサの増設とセンサ間距離を短縮したことに加えて、起振方法についても改良し、Torsional modeの弾性波の観測を可能とした。改良後の手法を用いて茎部強度が異なる3品種の茎ヤング率を推定したのち、測定部位を切り出し、破壊的に曲げ試験によるヤング率の実測を行ったところ、推定値と実測値には高い正の相関が認められた。上記の研究成果について、査読付き論文の発表、一般紙への解説記事発表、そして国際学会において発表を行った。
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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
研究目標に対して予期していないいくつかの細かい問題は発生したが、当初の研究ターゲットに対して概ねデータ取得と取りまとめが進んでいると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
超音波を用いて茎のヤング率を非破壊的に測定する衝撃弾性波法については、得られるヤング率が、テンシロン等を用いて実施する破壊的計測によって得られる値と一致しない問題が依然として残されている。今後の計画として、改良後の手法を用いてさらに幅広い飼料用トウモロコシ系統・品種について茎部の頑強性の比較を行う。そのためには、測定手法のさらなる迅速化が必要である。そこで、あらかじめ加速度センサを等間隔固定した携帯型センサアレイプローブを作成することで、茎部へのセンサ設置を省力化するとともに、トウモロコシ群落内での移動を容易にするための改良を行う。また、起振強度や入力角度についても再現性を高めるため、電磁ハンマーなどの利用を検討する。改良した装置を用いて、トウモロコシ育種圃場での多系統・品種を対象に計測を行い、作物育種現場での利用可能性を検証する。さらに、これらの供試材料の中から推定ヤング率が顕著に異なる系統・品種を選抜し、内部構造との関連についても検討し、飼料用トウモロコシの茎部物性を決定する構造形質の同定を試みる。また、超音波伝播の理論解や有限要素法による数値シミュレーションを援用することで、既存の送受信方法では正確なヤング率を得ることが非常に困難であることを示していく予定である。そして、正確かつ頑健なヤング率を得ることができる送受信法の理論解と数値シミュレーションを見出した後、圃場においてトウモロコシの茎に対して実地試験を行って実測値との対応比較を進めていく。以上の研究を通じて、弾性衝撃波法が破壊的曲げ試験の代替法として、非破壊的かつオンサイトで（フィールドにおいて直接）作物の茎のヤング率を推定できる手法であることが示していく予定である。
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