| 研究課題/領域番号 |
24K08856
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分39020:作物生産科学関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
中島 大賢 北海道大学, 農学研究院, 助教 (70710945)
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| 研究分担者 |
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)
郭 威 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (70745455)
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| 研究期間 (年度) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2026年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2025年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2024年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | 茎葉構造 / 耐倒伏性 / 倒伏モーメント / 受風態勢 / トウモロコシ / 倒伏 / 地上部構造形質 / 収量維持 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
作物の倒伏現象は，地上部の倒伏モーメントが根系支持力や茎の物理強度を上回った際に生じ，多くの作物種・地域において主要な減収要因となっている．既往研究では，根系支持力や茎物性の強化による耐倒伏性品種の育成が試みられてきた．一方で，実際に風を受ける地上部の茎葉構造が倒伏モーメントに及ぼす影響や風圧を軽減するうえで有利な草型については知見が少ない．そこで本研究では，飼料用トウモロコシを対象として，1) 草型評価を可能にする構造解析技術，および2) 地上部の風応答を定量的に評価するための計測手法を開発することで，受風態勢と受光態勢を両立しうる茎葉構造の解明を目指す．
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| 研究実績の概要 |
本年度は，大型動力扇を用いてトウモロコシ地上部の倒伏モーメントを実測するためのシステムを構築した．まず，最大風速30 m/sを出力可能なエンジン駆動式の大型動力扇を回転軸の高さが1.4 mとなる位置に設置した．次に，群落から刈り出したトウモロコシ個体の基部をトルク計に固定し，熱線式風速計とともに風源から3 mの距離に配置した．これに風速0-25 m/s程度の人工風を断続的に60-100秒間送風し，データロガーを用いて10 Hzで風速計とトルク計の出力を同時計測した．風速とトルクの関係を累乗関数で回帰することで，地上部モーメントの風応答曲線を作成した．これにより，自然風条件下では頻繁に観測することが困難な強風域での風応答の評価が可能となった．
構築した計測システムを用いて，茎葉構造および耐倒伏性が異なる2品種の風応答を絹糸抽出期に計測した結果，耐倒伏性品種では倒伏感受性品種に比べ，風速5 m/s以上での地上部モーメントが有意に小さかった．地上部モーメントの品種間差は，強風域で特に顕著であり，風速20 m/sでは耐倒伏性品種で14％低い値を示した．本実験で供試した耐倒伏性品種では，倒伏感受性品種に比べて着雌穂葉付近の葉面積が小さく，上中位層の葉身が細長いこと，また，地上部の乾物率が高いため総体新鮮重が小さいことが明らかとなっており，これらの地上部形質が強風域における耐倒伏性品種の地上部モーメントの低減に寄与したものと考察された．さらに，早晩性の異なる10品種についても糊熟期頃に同様の品種間比較を実施したところ，風速20 m/sにおける地上部モーメントには約1.9倍の品種間変異が認められた．このことから，理想的な受風態勢とそれに関わる形質の探索には，さらに多くの品種について地上部風応答と茎葉構造の関係を解析する必要があると考えられた．
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の計画通り，人工動力扇を用いたトウモロコシ地上部の風応答測定手法を開発し，強風下における地上部モーメントの品種間変異を明らかにすることができた．また，今後の改良に向けた技術的課題も明確となったことから，本研究はおおむね順調に進んでいると判断した．
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度構築した測定システムでは，大型動力扇の回転軸を地表から1.4mの高さに設置した．しかし，品種ごとに草丈や葉の垂直分布が異なるため，受風位置の差異が品種間比較の結果に影響する可能性が考えられた．今後は，植物体地上部を固定するトルク計の高さを各品種の草丈に応じて調整し，最大風速が植物体上部に当たるように改良を加えることで，群落内部での受風条件に近づける必要がある．また，強風暴露後に茎部の折損や塑性変形が生じた個体も認められたことから，風速，送風周期および時間についても適切な条件を検討する必要がある．さらに，より幅広い品種について効率的に計測できるよう，計測作業の迅速化にも取り組む．次年度は，これらの技術的課題を踏まえて計測システムを改良する．
加えて，受風態勢の最適化に必要な構造形質を同定するためには，茎葉構造の定量的評価が不可欠である．これまでに，NeRFなどを活用したトウモロコシ個体の点群再構築技術はほぼ確立しており，高精度な3Dメッシュ化データの取得にも成功している．今後は，得られた3Dデジタルオブジェクトから構造情報を省力かつ非破壊的に抽出・解析する手法の確立に向けた検討を進める予定である．
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