1.多年生作物の生育特性と適応性の解明
／Elucidation of Growth Characteristics and Adaptability of Perennial Crops

近年、環境と調和したエコ作物栽培体系が注目されています。熱帯アジア・アフリカ地域においては、低コスト・省力化および生産性の向上を目指した、二期作コメ生産体系、いわゆる“ひこばえ”を利用した稲作の導入が進められています。通常の二期作を行うには降雨量等自然環境の点から不適であっても、収穫後に再生する茎から得られる子実を収穫することで、生産量の増大につながり、安定的水稲栽培体系の開発に貢献できると考えています。また、土壌攪拌による負のインパクトを回避できる利点もあります。そこで、本研究では、イネ、サトウキビ、ソルガム等多年生作物を対象に、多様な品種を用いて再生ポテンシャル評価を行うとともに、多回収穫技術の適正化と再生メカニズムを明らかにします。

In recent years, eco-crop cultivation systems that are in harmony with the environment have been attracting attention. In tropical Asia and Africa, ratoon rice production system is being introduced in order to reduce costs and labor and improve productivity. Even though the natural environment is not suitable for cropping due to rainfall and other factors, harvesting the regenerating tiller and panicle after harvest can lead to increased production and contribute to the development of a stable rice cultivation system. It also has the advantage of avoiding the negative impact of soil agitation. Therefore, in this study, we are evaluating the ratooning potential of perennial crops such as rice, sugarcane, and sorghum using cultivars and promoting the optimization of multiple-harvesting technology.

インドネシアにおけるフィールド実験
/Ratoon cropping system in Indonesia

イネの本作刈り取り前後の施肥方法が再成長に及ぼす影響
/Effect of fertilizer application before and after harvest of main crop on ratoon growth

2.嫌気応答のメカニズム解明
／Analysis of The Mechanism of Anaerobic Response

近年、温暖化による地球規模的な洪水被害が多発しています。特に熱帯の洪水常襲地域では、短期間の激しい降雨、いわゆるゲリラ豪雨の発生件数が増大しており、農作物への被害が報告されています。例えば、イネは一定の冠水条件においても生存を維持できる冠水耐性の特徴を示します。この冠水耐性の機能については、その一部が明らかになってきました。冠水耐性遺伝子のSUB1はSUB1A、SUB1B、SUB1Cの3つの遺伝子を有し、SUB1AはSUB1A-1とSUB1A-2の対立遺伝子を有しています。これらは、冠水中の地上部伸長を抑制して、好気条件の変化に適応する特徴を示します。一方で、畑作物においても湛水条件に遭遇する可能性が十分にあることから、主要な畑作物の嫌気応答についても明らかにしておくことは将来的な気候変動下の農業生産において重要です。本研究では、様々な作物種における嫌気応答メカニズムを明らかにするため、生理学、形態学的な比較・検討を行っています。

In recent years, global floods have become more frequent due to global warming. Especially in tropical flood-prone areas, the number of short-period intense rainfall events have been increasing, and damage to crops has been reported. For example, rice plants exhibit a flood-tolerant trait that allows them to survive under certain flooding conditions. Some of the functions of this flooding tolerance have been elucidated. The SUB1 submergence tolerance gene has three genes, SUB1A, SUB1B, and SUB1C, with SUB1A having SUB1A-1 and SUB1A-2 alleles. They exhibit characteristics that suppress above-ground elongation during complete submergence and adapt to changes in aerobic conditions. On the other hand, it is important to clarify the anaerobic response of major upland crops for future agricultural production under climate change, since field crops may well encounter waterlogging conditions. In this study, physiological and morphological comparisons and investigations are being conducted to elucidate the mechanisms of anaerobic response in various crop species.

冠水耐性品種（SUB1A）の冠水中及び冠水解除後の生育
/Growth of cultivar with Sub1A and shoot-elongation at submergence and recovery period

微小酸素電極による作物の根内部の酸素濃度の測定
/Measuring Oxygen Concentration Inside Roots of Sorghum Using
an Oxygen Microsensor

3.植物へのプライミング付与による不良環境耐性の向上
／Priming Plants to Improve Tolerance to Poor Environments

2050年には世界人口が95億にまで増加すると推測されています。世界人口を養う食料生産の持続性と収量の向上は人類の喫緊の課題です。一方で、地球温暖化など環境要因が農業生産に影響を及ぼすことは様々な報告がありますが、その主な不良環境要因として、降雨量パターンの変動による乾燥、湛水、極度な気温、酸性・アルカリ土壌などがあげられます。例えば、播種直後の初期成育は、土壌水分条件に大きく左右され、土壌水分が一定以下になると作物の出芽・苗立ちが低下することが分かっています。そこで、不良水分条件下においてもすばやく発芽・出芽することは勿論のこと、さらに、苗立ちの斉一性を高める技術革新が必要です。そこで、種子の吸水と乾燥を繰り返すハイドロプライミング処理によって発芽・苗立ち速度が向上する効果が期待できます。本研究では、様々なプライミング効果を作物に付して、不良環境を回避する技術を開発しています。具体的には、作物の種子のハイドロプライミング及びハロプライミングのメカニズムや生育向上効果を明らかにします。また、イネの苗にリン浸漬処理を行い、リンの吸収利用効率を向上させるP-dipping技術の効果についても比較・検討しています。さらに、種子保存条件とプライミング効果の関係についても生物化学の面から検討します。

It is estimated that the world population will grow to 9.5 billion by 2050. Sustainability and yield improvement of food production to feed the world population is an urgent issue for mankind. On the other hand, various environmental factors such as global warming have been reported to affect agricultural production. The main poor environmental factors include drought due to fluctuating rainfall patterns, waterlogging, extreme temperatures, and acidic and alkaline soils. For example, initial growth immediately after sowing is greatly affected by soil moisture conditions, and it is known that crop germination and seedling establishment are reduced when soil moisture falls below a certain level. Therefore, it is necessary to innovate technologies that not only ensure rapid germination and emergence even under poor moisture conditions, but also improve the uniformity of seedling establishment. Hydro-priming treatment, in which water absorption and drying of seeds are repeated, is expected to improve the rate of germination and seedling establishment. In this research, we are developing technologies to avoid poor environments by attaching various priming effects to crops. Specifically, we are clarifying the mechanisms of hydropriming and halopriming of crop seeds and their effects on improving growth. We are also comparing and examining the effects of P-dipping technology, in which rice seedlings are treated with phosphorus soaking to improve the efficiency of phosphorus absorption and utilization. In addition, the relationship between seed storage time and priming effectiveness will be examined in terms of biochemistry.

イネの種子プライミングの効果
/Effect of seed priming of rice

キャッサバ苗のプライミング
/Stalk priming in Cassava

4.植物の非生物的ストレスの軽減に向けた栽培・生理学的研究
／Agro-Physiological Studies to Reduce A-Biotic Stresses in Plants

作物の根系分布と収量は関係が深く、特に旱魃条件において根の働きは重要です。地球温暖化にあって、作物の生産体系は複雑化しており、地域の環境に適した適正作物と持続的収量維持を実現する栽培管理方法の確立が必要です。作物は根系を土壌空間的に伸長させ、適切に養水分を吸収しています。このような根の伸長は、土壌の物理的また化学的なストレスに影響を受けています。また、温暖化にあって高温や強光による障害も顕著であるが、それらに最も影響を受ける葉の役割である光合成や葉緑体の機能強化が重要です。本研究では、乾燥、光、温度などの要因が植物の生育に及ぼす影響を栽培・生理学的に比較・検討しています。

Crop root system distribution and yield are closely related, and root function is especially important under drought conditions. With global warming, crop production systems are becoming more complex, and it is necessary to establish appropriate crops suited to the local environment and cultivation management methods to maintain sustainable yields. Crops absorb nutrients and water appropriately by extending their root systems in the soil space. This root elongation is affected by physical and chemical stresses in the soil. In addition, in a warming climate, high temperatures and intense light are also noticeably damaging, and it is important to enhance photosynthesis and chloroplast function, the roles of the leaves that are most affected by these factors. This study compares and examines the effects of factors such as drought, light, and temperature on plant growth in terms of cultivation and physiology.

Root distribution to different water status in several crop
/異なる土壌水分における作物の根の伸長

赤外線サーモカメラによる植物の葉の表面温度
/Leaf surface temperature by inferred thermo camera

5.遺伝子型・環境型交互作用の解析と導入
／Introduction and Analysis of Gene by Environment Interaction

最近の作物研究における一般的な傾向として、土地(地域)の環境特性が重視されるようになっている。これは、変化のある自然・社会条件から、ある特定の地域で開発され奨励されている品種が、環境条件の違う他の地域で必ずしも同様の適応性を示すとは限らない事を指し示している。地域の有用品種の特定には、条件の異なる地域における栽培試験結果の比較による経年的で広範囲なデータ解析が必要である。その点から、本研究の研究手法である遺伝型・環境型交互作用の解析は極めて重要で、複数の地域において遺伝的要素と環境的要素の関係を収量形成と関連付けながら解析が進められる点で信頼性は高く、その解析の結果は広範囲の地域に適応できる。本研究では、サトウキビとサツマイモを材料に、多収・高品質に関連する環境要因を解明するとともに、広域適応性を有する系統を見出すことを目的としている。

A general trend in crop research these days is to emphasize the environmental characteristics of the land (region). This implies that varieties developed and promoted in a particular region may not necessarily show the same adaptability in other regions with different environmental conditions due to variable natural and social conditions. Identification of useful local varieties requires extensive data analysis over time by comparing the results of cultivation trials in different regions under different conditions. In this regard, the genotype by environment interaction analysis, which is the research method used in this study, is extremely important and reliable in that it relates the relationship between genetic and environmental factors to yield formation in several regions, and the results of the analysis can be applied to a wide range of regions. This study aims to elucidate environmental factors associated with high yield and high quality using sugarcane and sweet potato as materials, and to find lines with wide-area adaptability.

Photograph of sweet potato field with different varieties, taken from 20m above the ground
/サツマイモの品種比較圃場