乾燥耐性のスクリーニング

Screening for drought tolerance

小麦の乾燥耐性のスクリーニングは、見かけ以上に難しい。 温室での干ばつスクリーニングの多くは、土壌のタイプやその結果生じる土壌含水量、かさ密度、根量、根の深さ、株の大きさなどの形質に関する遺伝的差異などの交絡問題に悩まされている。

さらに、干ばつストレスを分離するのは非常に難しいため、再現性のあるスクリーニング方法を見つけるのは不可能に近いと考える科学者もいる。しかし、アンドリュー・グリーン研究員による最近の試験的研究は、それが間違っていることを証明するかもしれない。

再現性の追求

干ばつストレスを集中的に研究する試みは以前にもあったが、干ばつストレスを暑さや病気などから切り離すのは難しい。グリーンと彼のアドバイザーであるジェラード・クルーテンバーグ博士とアラン・フリッツ博士は、土壌中の水ポテンシャルをモニターすることが、一貫した再現性のある治療を施す唯一の定量化可能な方法だと考えている。均質な生育培地に対する土壌水分保持曲線を開発することで、干ばつストレスを分離するために水分処理を維持できると彼らは考えている。私たちの目標は、遺伝子を統合する作業が行われる前に、私たちが見ているものが実際の干ばつ反応であると確信できるような再現性のあるスクリーニングシステムを開発することです。

なぜ今までなかったのか?

アンドリュー・グリーンは植物育種家として、問題は遺伝学者の多くが土壌学者ではないという事実にあると考えている。過去の実験では、最も洗練された干ばつスクリーニングは、植物をある時点まで育て、水やりを止め、どの植物が最も長生きするかを見るというものでした。生理学者と土壌学者が協力するようなアプローチはありませんでした。だから研究者たちは、生物学的に無関係な過酷なストレスを与え、基本的に消耗研究としてきたのです」。グリーン氏は、自然界に存在するものを模倣したストレスレベルを維持するためのフィードバック機構として土壌を利用することを研究において望んでいると言う。

A photograph of a research scientist holding a TEROS 21 sensor over rows of soil in a field

パイロット・スタディ

Greenは、高さ182cmのポリ塩化ビニル(PVC)生育管と均質な生育培地を用いた温室実験において、METER体積含水率センサー、METERマトリックポテンシャルセンサー、およびカラムテンシオメーターを用いて土壌水分状態をモニタリングした。測定は1日4回行い、体積含水率、土壌水ポテンシャル、老化、バイオマス、シュート、根の比率、発根形質、収量成分、葉の水ポテンシャル、葉の相対含水率、その他の生理学的観察を行い、水分制限区と対照区の比較を行った。

土壌媒体:利点と欠点

異なる土壌タイプの問題を解決するため、アンドリューと彼のチームは、宇宙や他の用途での使用について幅広く研究されているプロファイル・グリーングレードという均質な土壌改良材を選んだ。グリーンは言う。「粒径が大きく、非常に多孔質な素材です。実験の最後に、土壌培地から植物の根を分離することができ、その根を測定し、画像化し、収集されたデータと合わせて研究することができるからです」。しかし、土壌培地での作業は完璧ではない。透水性の問題があり、培地を注意深く監視しなければならない。

この研究のどこがユニークなのか?

グリーン氏は、基質が非常に特殊で、水ポテンシャルセンサーと土壌水分センサーが同じ場所に設置されていたため、すべての水分放出曲線が一貫しているかどうかを判断することができたと考えている。嵩比重が均一になるようにカラムを詰め、水やりの際には、どの深さでも一定になるように目を光らせています。今のところ、かなりうまくいっている。含水率も水ポテンシャルも、それぞれのカラムで再現性がある」。

将来計画

グリーンのパイロット研究は春に終了し、彼はこのプロジェクトの拡大版である、小麦の野生近縁種を使った反復試験の準備を進めている。つまり、カラムの水ポテンシャルが12個のソレノイド・バルブを作動させ、そのバルブが水を散布して、目標ストレスゾーン、つまり理想的な水ポテンシャルを維持するのである。究極の目標 グリーンの研究の究極の目標は、野生種の小麦を農家で栽培できるような生産性の高い品種に育成することである。彼はパイロット研究の結果を楽観視している。これまでに得られた、再現性のないごくわずかなデータを基にすれば、これらの素材をスクリーニングする再現性のある方法を開発することは可能だと思います。現在我々が見ているデータと、地下で何が起こっているのかについての情報があれば、これらを生物学的に適切なストレスゾーンに保持することが可能になると思います」。

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