| 研究課題/領域番号 |
19K06346
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| 研究機関 | 群馬工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
大和田 恭子 群馬工業高等専門学校, 物質工学科, 教授 (10203952)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 土壌改良資材 / 線虫 / バイオマス / 活性汚泥 |
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| 研究実績の概要 |
植物寄生性線虫による連作障害抑制の為の土壌改良資材の開発を目的とし、地域の未利用バイオマスとして林業の余剰杉バークと下水処理場の余剰活性汚泥を用いていることは本研究の特徴の一つである。連作障害抑制の為の指標生物を自活性線虫とBachillus subchillusとし、圃場土と改良資材に含まれる自活性線虫・植物寄生性線虫種の簡便かつ効率的なDNA抽出方法、及び分子系統解析による種の同定を行うために、自活性線虫と植物寄生性線虫の両方の種の同定に適用できるPCRプライマーを独自に設計してヤマトイモの実圃場試験を行った。設計したプライマー情報、同定した線虫の種類及びヤマトイモ圃場試験を論文として発表した（K. Owada et al., Transactions on GIGAKU, 2020.）。
ヤマトイモ農家の協力を得て実圃場試験を2020年度に行った。土壌改良資材投入区（実験区）と土壌改良資材非投入区（対照区）から定期的土壌採取後、線虫数の推移と種の同定を行った。対照区と実験区の数の推移から、資材はヤマトイモ栽培開始時の一度だけの投入で収穫まで自活性線虫数増加をもたらすことが示された。本研究において改良資材中の捕食性線虫が植物寄生性線虫を捕食することが連作障害抑制効果の一因となっているという仮説を立てている。圃場から同定した捕食性線虫種は3種はいずれもDorylaimia属であった。開発した改良資材はDorylaimia属の捕食性線虫の増加に特異的な環境をもたらすかは現時点では不明だが、圃場から分離した捕食性線虫が線虫を捕食する様子を得た。DNA解析によってヤマトイモ圃場には複数種の植物寄生性線虫種が存在していたがヤマトイモ自体に寄生した線虫は特定の一種であったことから、作物特異性が示唆された。2020年度に得た新たな知見は、2021年度の学会で発表予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
昨年度天候の影響により、改良資材を投入したヤマトイモ圃場の試験において対照区との比較が継続的に実施できなかったが、今年度は、改良資材投入区（実験区）と非投入区（対照区）から定期的に土壌試料を得て実験を進めることができた。農家の協力を得ながら実圃場の試験を実施できたことで貴重なデータを得ることができた。圃場試験期間は2020年6月のヤマトイモ植え付けから12月の収穫までであった。圃場中の線虫数の推移から、栽培開始時の1度だけの改良資材投入で対照区と比較して実験区の自活性線虫数増加が収穫まで認められた。農家の追肥の手間を省けることが期待される。このことは、未利用バイオマスを活用した持続可能な社会の実現に向けて、化学農薬の使用を抑えた農業の生産者サイドに利用しやすいという利点をもたらす。
改良資材中の捕食性線虫が植物寄生性線虫を捕捉した様子を顕微鏡観察した例は1例のみに留まったため、次年度において捕食・被捕食線虫の観察例数を増やし、両方の線虫のDNA解析を実施したいと考えている。独自に設計したプライマーによる分子系統解析は、簡便な押しつぶし法とPCRの組み合わせで非特異的なPCR産物なくシーケンス解析を実施できた。2019年度の研究結果は論文として発表した。ヤマトイモ本体から植物寄生性線虫と卵を分離してDNA解析を行い、土壌試料から同定された植物寄生性線虫種と比較したところ、圃場の土壌試料から異なる4種類の植物寄生性線虫が同定されたが、ヤマトイモ本体にはそのうちの1種のみの寄生が確認された。作物特異的な寄生の機構が存在する可能性が考えられた。実験区に確認された捕食性線虫種はいずれもDorylaimia属に分類されるものであった。この特定の属に分類される捕食性線虫の連作障害抑制との関連性や作物特異的植物寄生のしくみの解明は、本改良資材の実用化に有効性をもたらす新たな結果である。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究の独自性の一つである生物指標としての自活性線虫をDNAレベルで解析することを来年度においても基軸として研究を進める。連作障害抑制効果をもつ土壌改良資材の作製にあたって、生物指標として自活性線虫は1000頭/ 10g、Bacillus属細菌は10の7乗個コロニー/ 10g以上のものを圃場に投入するが、これまでBacillus属細菌については抗菌・抗生物質を生産し、植物病原菌や植物寄生性線虫を抑制する効果が報告されている。一方、自活性線虫を生物指標として活用している報告は我々の研究がパイロット的なものである。昨年までの研究で、土壌改良資材投入の量、時期、回数はおおよそ最適なものを得ることができた。
今後は改良資材中の捕食性線虫の種類と頭数を調査し、捕食性線虫を含む自活性線虫が改良資材の原料の何に由来しているのかを原料別に調査する。特に杉バークからもたらされる線虫の数と種類を明らかにする。杉や松などのバークは、現在未利用バイオマスとして用途が殆どないことから、本研究はもちろんのこと利活用への新たな展開が期待される。植物寄生性線虫に関しては、ヤマトイモ本体に寄生している種の同定をサンプル数を増やしてDNA解析を行うとともに、ヤマトイモ圃場に生息している種類を個体別にDNA解析する。昨年度の結果から、圃場試験を実施した場所では、植物寄生性線虫は特定の種が寄生していた。適切な防除には、原因となっている植物寄生性線虫の生態を明らかにすることが重要である。
開発した改良資材によって圃場内の線虫叢がどのように変化するかを明らかにする。そのために、実験区と対照区の自活性線虫と植物寄生性線虫等の線虫叢の解析を進める。これまでの個体別に顕微鏡観察下で線虫の口針の形状確認後、DNA抽出とそれに続くPCR・シーケンス解析と線虫叢の解析により改良資材の有効性の評価が確かなものとなる。
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