培育耐盐害水稻——土壤传感器为智能农业做出贡献

　　开发耐盐害水稻以应对气候变化

　　全球变暖导致的气候变化引起气温上升和海平面上升，世界各地不断出现干旱和大雨的灾害。这对全世界的农作物生长产生了重大影响。目前，世界各地都需要能够应对气候变化的农作物品种，以应对这些事态。在这样的背景下，东北大学和农研机构开发出了耐盐害的水稻。

　　盐害是指因土壤和水中含有的高浓度盐分而引起的农作物发育不良。为了分析这种水稻的耐盐害性要素，东北大学和村田制作所于2022年6月到2023年3月，在联合开展一项使用土壤传感器进行的“分析地表根系水稻耐盐害性要素的实证实验”。传感技术是如何对农作物的品种改良做出贡献的呢?关于具备耐盐害性的水稻的概况以及传感技术的活用，我们听取了从事研究工作的东北大学技术专业员半泽荣子女士的见解。

　　通过遗传育种开发耐盐害水稻

　　半泽女士的专业学术“遗传育种学”是研究什么的呢?

　　植物的遗传因素控制其功能性状。“遗传育种学”的研究领域就是解析植物的遗传因素，并导入与目标性状相关的遗传因素等，通过这些技术，去开发前所未有的品种。“功能性状”是指例如决定植物的姿态形状，或可适应各种环境的性质等。说到品种改良，最近备受关注的是基因编辑等，而我们是将品系间的杂交和遗传解析进行结合，通过这种遗传学式的方法，开发出新的品系。

　　2020年公布说，通过遗传育种技术开发出了耐盐害的水稻，这种水稻与以往的水稻有什么不同呢?

　　2020年公布的耐盐害水稻是根据东北大学和农研机构的联合研究，在世界上首次发现的一种水稻基因。这种基因能使水稻在地表或地表附近横向伸展根部，形成地表根(照片1)。实际上，将这种基因导入水稻栽培品种中，并使用该品系在我们管理的盐害实验用的农场进行评估后的数据结果显示，一般的水稻会因盐害造成产量(农作物的收获量)减少，而根系横向伸展的水稻的减产量低于一般水稻。

　　为什么水稻的根横向伸展就不容易受到盐害的影响呢?

　　虽然笼统说是盐害，但农田和水田所受到的影响略有不同。农田中的盐害是由于土壤中高浓度的盐分本身对植物细胞造成伤害。而另一方面，水田中的盐害是由于来自盐的过量钠离子增加了土壤的紧密性，土和土之间难以积存氧气，使土壤变成缺氧状态，从而导致农作物发生根部腐烂等发育不良的问题。

　　用于有关水稻地表根形成的遗传解析及品种培育的双亲系水稻(左：Sasanishiki，右：Gemdjah Beton)

　　除盐也是一种保护农作物免受盐害的方法，那么采用品种改良水稻的益处是什么呢?

　　我认为在日本发生大规模的盐害就像东日本大地震后那样是比较少见的情况，所以从水田表层注入淡水将盐分冲入地下的这种除盐作业或许见效会比较快。但是，据报道，目前由于全球变暖引起的气候变化，世界各地的许多国家和地区都发生了盐害。

　　干燥地带的盐害是由于不下雨，地下水的盐分上升到地表而造成的。从世界范围来看，除了干燥地带以外，还有因海平面上升，海水流入农业用地造成的沿岸地区的盐害等，所以有必要做好应对大规模且长期性课题的准备。在预想这些情况时，仅凭除盐作业是不够的，所以我认为，从一开始就种植耐盐害品种是一种有效的方法。

　　实时掌握土壤盐分浓度变化

　　东北大学和村田制作所于2022年6月至2023年3月在联合开展“分析地表根系水稻的耐盐害性要素的实证实验”。

　　这个实证实验调查的是什么呢?

　　2020年开发出耐盐害的水稻后，我开始想了解水稻根部的伸展方向和深度与土壤盐分浓度之间有着什么样的关联性。所以，这次实证实验就是调查盐分浓度在土壤的地表、中间层以及最深层是如何产生变化的(照片2)。

　　土壤的盐分浓度是如何随着时间发生变化的?盐分是如何对根系产生影响的?对于这些问题，我希望能获取新的知识见解。

　　在盐害实验农场开展盐分浓度监测实证实验的情形

　　也就是说，要想了解盐分浓度在不同深度的土壤中所产生的不同变化，也需要土壤传感器?

　　最初我是因为知道了土壤传感器的存在，所以产生了一个想法，这个想法就是包括自然环境的影响在内，或许可以实时监测盐分浓度在不同深度的土壤中所产生的变化和差异。

　　2019年左右，我咨询了东北大学(当时)的菅野均志老师，想知道能否更有效地测定出盐害实验农场的水田表面灌水的盐分浓度。这个水田是我所属的东北大学研究生院生命科学研究科附属的淹灌生态系野外实验设施(宫城县大崎市鹿岛台)长年管理的水田。通过这次咨询的契机，我知道了土壤传感器的存在。当时菅野均志老师将传感器的装置借给了我，于是我就使用这个装置对盐分浓度进行了持续监测。

　　盐害实验农场的盐分浓度的管理是由农场的工作人员每天采集1次水田表面的水，用盐分浓度计进行测量，并通过加入一般用水等来调整浓度。一天中盐浓度有时会因降雨和气温上升等天气的变化出现很大的波动，但我们当时并无法实时了解其变化的倾向。

　　本次实证实验所获得的成果，对于未来也一定具有重大意义。

　　我们人类既要进一步加深对自然环境的理解，将灾害的发生控制在最低限度，同时也要一边尽量获取自然的恩惠一边去创造共生的时代。要做到这一点，我认为活用传感器之类的最新设备去收集数据并解析技术将变得至关重要。

　　活用传感器

　　解决农业领域问题的尖端技术

　　今后在农业领域，您认为以土壤传感器为首的环境传感器会发挥什么样的作用?

　　农业的现场与自然环境是共存的，所以要正确评估农业所处的环境并将其可视化，我认为今后继续积极引进此类技术将变得越来越重要。另外，利用各种传感器，不仅对农业的节约人力化和高效化有所帮助，还能增加年轻一代的农业从事者，一定会带来好的影响。所以要进一步确保可持续性的稳定产量，我认为传感器也具有可充分做出贡献的潜力。

　　但是，我感觉目前人类还远远没有充分活用设备和数据获取到好的结果。所以我希望能有人开发出可获取有关产量和质量的详细数据的技术，或者增加一些能更加容易操作的技术。另外，我还认为引进设备和维护管理等确保成本和人才也是重大课题。

　　在活用传感器方面存在课题吗?

　　要活用传感器，我认为前提是要有长年积累的农业经验、知识、技术的基础。在开发这类新技术的同时，如果不能与以往的方法建立联系，也就是不能顺利进行数据融合的话，就有可能造成技术独行。这方面必须考虑到各种问题。

　　我觉得与其他产业领域相比，农业的IT化一直发展迟缓的原因是存在一种“从事农业的人不擅长IT”的普遍印象。在这样的情况下，今后要想在农业领域积极推进IT活用，需要采取什么样的措施呢?

　　我觉得最好能让农业工作者获得更多轻松接触IT技术的机会。例如，在一定期限内可以免费试用装置的措施等也很有效。我通过老师们的帮助，很幸运地遇到了土壤传感器，在监测时活用传感器，切实感受到了IT技术的益处，所以才有了现在的实证实验。

　　今后，如何理解通过传感器等获得的数据?如何使用这些数据去改善农事的流程?要加强对这些数据的活用，我认为首先要在农业工作者的身边增加他们接触IT技术的机会，让他们感受到利用IT技术的益处，这一点非常重要。

　　由于工作的场所不同，农业和其他领域的跨领域交流给人一种很困难的印象。作为沟通交流的场所，您认为可以为他们提供什么样的环境呢?

　　我认为可以活用各研究领域定期举办的研究集会和学会等，增加不同领域的研究者可以交流的机会。另外环境整备和信息发布等也很关键，通过这些可以将农业现场的需求和IT技术结合起来。我期待每一项技术都能跨越领域界限，发展成新的产业。

　　半泽荣子女士是东北大学研究生院生命科学研究科技术专业员。创价大学工学部生物工学系(当时)毕业，信州大学研究生院农学研究科硕士课程结业。2002年起任东北大学研究生院生命科学研究科技术人员，现作为技术专业员从事研究。她在开展有关研究教育活动的技术支持的同时，十多年以来一直在进行与水稻根系形态相关的遗传育种的研究。