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生産環境の変動に対する日本稲作の適応に資する未利用遺伝子資源の導入および活用技術に関する研究

中込, 弘二 京都大学 DOI:10.14989/doctor.r13411

2021.03.23

概要

日本の主食用米の生産は,温暖化,大規模経営化および高齢化により高品質の維持が難しくなる一方,需要の減少により主食用以外の水稲生産を行うことが必要になっている.本論文は,このような生産環境の変化への稲作技術の適応として,胴割れ米の発生対策と発酵粗飼料用水稲生産を取り上げ,それらを進めるための未利用遺伝子資源の導入および活用技術の開発を行った研究の成果を取りまとめたものであり,主な内容は以下のように要約される.

 第1章緒言では,日本の稲作をめぐる気候および社会環境の変化とそれらに対応するための課題を概説するとともに,胴割れ米対策と飼料用水稲生産の重要性を述べた.近年発生頻度が高まっている胴割れ米については,これを防ぐには栽培技術のみでは限界があり耐性品種の育成が求められること,しかし,胴割れ米の発生は栽培環境,収穫時期,収穫後の管理によりその程度が変動するため品種系統の耐性の評価が行いにくくかつ産地を超えた再現性が低いことを述べ,選抜の効率化には胴割れ耐性基準品種ならびに胴割れ耐性分子マーカーの開発が有効であるとした.発酵粗飼料用水稲では,飼料価値を高めるためには牛での消化性が劣る籾の割合が少なく,茎葉部に多くの可溶性糖を蓄積する品種が適していること,短穂遺伝子sp1を持つ極短穂性品種の育成が進んでいるが,それらは極短穂性ゆえに採種効率が著しく劣ることが普及と安定栽培の障害になっていること,このため一穂籾数の増加が求められることを述べた.

 第2章では,水稲玄米の胴割れ耐性品種選抜のための基準品種を選定するとともに,それを用いた新奇QTLの探索を行っている.耐性品種選抜の指標となる基準品種を得るために,寒冷地北部,寒冷地南部および温暖地西部それぞれについて早晩が異なる2~3つの熟期品種群,計7つの熟期品種群を対象に,3~4カ年にわたり異なる場所および作期で行ったのべ19の試験結果から,“強”~“弱”の基準品種を選定した.そして‘奥羽431号’(寒冷地北部早生,寒冷地南部早生),‘羽系1210’(寒冷地北部中生),‘笑みの絆’(寒冷地南部中生),‘やまだわら’(温暖地西部中生)を“強”として選定した.選定した基準品種を用いて,O. rufipogonを供与親とした‘いただき’の染色体断片置換系統群から新奇の胴割れ耐性“強”の2系統を見出し,それらを用いた遺伝解析から新奇の胴割れ耐性QTLを同定するとともに,2つの有用な育種母本を選抜した.

 第3章では,短穂遺伝子sp1を利用した発酵粗飼料用水稲品種の効率的採種方法を開発している.短穂遺伝子sp1を導入した極短穂性品種において課題となっている効率的採種技術の開発を行うため,種子収量への寄与率が高い一穂籾数あるいは一穂籾重と生育条件との関連を解析した.これまでに窒素施用の効果や栽植密度の効果がある程度明らかになっていたが,極短穂性品種では一般の栽培品種と異なり種子収量の著しい変動が必ずしも地上部乾物重の増大のみでは説明できないなど,種子収量の形成機構に不明な点が多い.極短穂性品種‘たちあやか’を用いて,既往の知見から種子収量への効果が期待される要因を組み込んだ多元配置試験,標高や緯度の異なる地点から採取した試料の調査および異なる標高の試験地を因子に組み込んだ直交表試験を行った.その結果,出穂期前30~10日の平均日最低気温が低い程‘たちあやか’の一穂籾数は多くなることが示唆された.同期間にポット栽培した‘たちあやか’を冷水または温水に浸す実験から,一穂籾数に及ぼす温度の影響を確認した.加えて,sp1遺伝子を導入した品種系統などを用いた試験から,一定以下の到穂日数の条件下で,到穂日数が短い品種・系統あるいは作期ほど一穂籾重が重くなること,それらは,幼穂形成期間における日長あるいは温度に対する反応とは独立したものであることを明らかにした.

 第4章では上述の研究成果を総括している.胴割れ耐性品種の開発については,基準品種の選定と新奇QTLの同定により胴割れ耐性の評価および選抜が場所や年次・作期を超えて可能になるとともに,得られた知見は水稲栽培における品種選択や収穫時期の決定に有用な情報になるとした.極短穂性の発酵粗飼料用水稲品種については,種子の安定生産のための最適な地域および移植時期の設定が可能になったことを述べた.これらにより,胴割れ耐性品種の育成と極短穂性品種の活用を促進する基盤が構築された.

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