Evaluation of the effect of low-phosphorus stress response by plant on "rhizosphere" using RI imaging technology

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植物はリンが欠乏しストレス状態におちいると、養分吸収領域である「根圏」土壌に対して光合成産物を分泌することで、土壌中のリンを獲得可能な状態に変換する。こうした根圏土壌環境の変化は、リンに対してのみでなく根圏土壌中に存在する他の元素や微生物等にも影響を与えるが、副次的作用に関する知見は乏しい。本研究では「根圏イメージング」技術により、「植物が積極的に光合成産物を分泌している根圏領域」を特定し、どのような影響が根圏に生じているのかを評価する。2022年度は、これまでの科研費研究課題で獲得した試料の分析及び解析を行うとともに、2023年度に行う根圏イメージング試験の予備試験を計画した。ホワイトルーピンを対象とした調査から、リン欠乏条件ではリン十分条件と比較して初期光合成産物に占める根から分泌される割合が高く、またリン欠乏条件では根から分泌される光合成産物がスポット状に存在していたが、リン十分条件ではそのような特徴が見られないことが示された。これらの結果は植物のリン栄養状態が初期光合成産物の分配に強く影響し、特定の根圏領域に集中して働きかけていることを示した世界初の成果である。さらに同化直後の光合成産物分泌活性が高い根に接する根圏土壌から採取した土壌溶液には相対的に高濃度のクエン酸が含まれていることが示された。また逐次抽出法を用いた解析の結果、こうした根圏土壌ではAl態リンやFe態リンの含有率が低下していた。さらに、土壌溶液中に含まれるFeやMn、NH4+イオン等の濃度が高まることも確認された。さらに微生物群集やメタゲノム構造にも変動が確認され、嫌気性細菌が有する酵素と相同性が高い配列の存在比が高まることも示された。これらの結果は、植物による低Pストレス応答がPに留まらず、さまざまな土壌生化学性に対して局所的に大きな影響を与えることを示された。