植物の根が作る土壌環境解明へ―「根圏」可視化に新技術：量子科学技術研究開発機構/環境科学技術研究所/北海道大学/農業・食品産業技術総合研究機構
(2020年6月11日発表)
（国）量子科学技術研究開発機構と（公財）環境科学技術研究所、北海道大学、（国）農業・食品産業技術総合研究機構の研究グループは6月11日、植物の根が土の中で微生物に働きかけて自らの生育環境「根圏（こんけん）」を最適化する様子を画像化することに成功したと発表した。少ない化学肥料でも十分な生産性が確保できる栽培技術の開発など、環境にやさしい農業の発展などに役立つと期待している。
根圏は植物が地中に延ばす根の周り数mmの空間を指す。自ら動くことができない植物はこの根圏に生息する微生物やウイルス、虫などさまざまな生物やストレスにうまく対応するため、根から分泌物を出して土や微生物に働きかけ、自身の生育環境を最適化している。ただ、こうした分泌物が根のどこから分泌されるのかなど、詳しいことはほとんど分かっていなかった。
研究グループは今回、植物の根を四角いナイロンメッシュの袋で包んで薄い板状にし、両側から土の入った箱でサンドイッチ状に挟む栽培容器「根箱」を作った。植物をこの栽培容器で育てると、根はナイロンメッシュ袋に閉じ込められたまま土の箱から水や養分を吸収して成長する。根と土の関係を壊さずに、根の周囲にどんな分泌物がどう広がるのかなどが観察できる。
実験では、この根箱を用いて同じマメ科の植物であるダイズとルーピンを育てた。放射性同位元素「炭素11」で印をつけた二酸化炭素を空気と一緒に与え、植物が光合成で作る生成物の行方を追えるようにした。根の周囲の土の中に広がる炭素11が出す放射線をとらえ、その分布を画像化した。その結果、①ダイズ、ルーピンとも光合成産物は約1時間以内に根の隅々にまで運ばれる、②根からの分泌物は、ルーピンでは根の周囲数カ所の土に数mmの範囲でスポット状に集中、一方ダイズでは土全体にほぼ均一に分布などが明らかになった。
ルーピンは、自らの分泌物で土壌に働きかけてリン酸などの養分を効率よく吸収し、貧弱な土壌でもよく育つことが知られているが、これまでは観察手法がなかったためにその詳しい仕組みを解明することができなかった。
今回、初めて根圏の可視化技術を開発したことで「その特殊な能力の核心に迫るための強力なツールになる」と研究グループは話している。
