膜輸送に着目した根の養分吸収モデルの構築と植物生産場の養水分管理への応用

以膜运输为核心的根系养分吸收模型构建及其在植物产区营养水管理中的应用

基本信息

批准号：
10J03157
负责人：
佐合悠貴
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

過剰施肥の回避および肥培管理コストの抑制のための合理的な節肥技術や,砂漠化進行地域の畑作圃場における塩類集積の緩和技術が求められており,これらの技術の確立のためには,根の物質吸収機能に対する環境作用の定量的評価が必須である.根の吸水は,日射強度,湿度,風速などの気象条件によって変化する葉の蒸散に連動して引き起こされ,イオンチャンネルなどの膜輸送タンパク質が存在する根の細胞膜へのイオンのマスフローを駆動している.したがって,各イオン種と各イオン種固有の膜輸送タンパク質の邂逅頻度は,水耕液のイオン濃度だけではなく,マスフローによるイオンの輸送量,すなわち水耕液のイオン濃度と吸水(蒸散)速度の積に支配されると考え,ミカエリス・メンテン式に基づく濃度依存型イオン吸収モデルとは異なる蒸散統合型イオン吸収モデルを新たに提案した.蒸散統合型イオン吸収モデルに基づいて根のイオン吸収に対する環境作用解析したところ,環境作用はミカエリス・メンテン式を構成する2つのパラメータ,すなわち最大吸収速度とミカエリス定数により評価できることを確認した.本年度では,植物生産場における養水分管理のモデルに基づく最適化を試みるため,蒸散統合型イオン吸収モデルにより,植物生産場の変動環境下における養水分必要量を評価することで,過剰施肥の回避を可能にする養水分管理のロジックの構築を検討した.土耕大型コラム式評価システムを用いて持続型の植物生産技術を検証する吸塩性植物(アイスプラントなど)や好塩性植物などの栽培,休耕などを取り入れた輪作体系ロジックの構築を検討した.提案したモデルの応用によって,根のイオン吸収に対する環境作用を定量的に評価できることを実証するとともに,養液栽培における節肥(過剰施肥の回避)技術および乾燥地の塩類集積条件下での根のイオン吸収の評価への応用の可能性を示唆した.

需要合理的节肥技术以避免过度施肥并降低化肥管理成本，以及缓解荒漠化地区旱地盐分积累的技术。为了建立这些技术，环境对土地的影响根系的物质吸收功能根部吸水量是由叶片蒸腾作用引起的，根部吸水量根据太阳辐射强度、湿度和细胞膜离子质量等天气条件而变化。因此，每种离子种类与其独特的膜转运蛋白相遇的频率不仅取决于水培溶液的离子浓度，还取决于由于质量流而产生的离子转运量，即水培溶液的离子浓度。溶液和水的吸收（蒸腾作用）。我们提出了一种新的蒸腾积分离子吸收模型，该模型不同于基于 Michaelis-Menten 方程环的浓度依赖性离子吸收模型。通过对环境影响的分析，我们确认可以使用构成米氏方程的两个参数（即最大吸收率和米氏常数）来评估环境影响。为此，我们使用了蒸腾积分离子吸收。建立了植物生产田在波动环境下所需营养水量的模型，并研究了营养水管理逻辑的构建，以避免过度耕作。我们使用柱式评估系统研究了可持续植物生产技术。我们考虑构建一个将吸盐植物（如冰植物）和嗜盐植物的种植与休耕相结合的作物轮作系统逻辑。我们证明了可以定量评估环境对根离子吸收的影响，以及水耕栽培中的施肥保存（避免过量施肥）技术和干旱地区积盐条件下的根离子吸收的应用可能性。来评价