ベルギー、干ばつに強い品種を見つけるために仮想樹木を開発

数値シミュレーションモデルを実行するために、UCLouvain のバイオエンジニアリング チームは、ショーモン ジストゥーにある UCLouvain の専門農場と、フランダース農業研究所 (Ilvo) のセンサーを備えた圃場で、数千本の小麦の芽を栽培する準備を進めています。畑と作物は、掘り起こされて再検査され、顕微鏡で精査され、写真撮影され、さらにはIRMでスキャンされて根や水分の吸収を調べる前に、詳細に測定されます。

「気候変動により、平均的に水が少なくなり、大きな変動が生じる可能性があります。ベルギーでも、春と夏は乾燥しつつあります。そのため、大作物の水不足が起こり始めており、これは収穫量に直接影響し、将来的にはより深刻になるでしょう。この研究により、降雨量に関連する不確実性に対処できる、将来的に回復力のある農業システムの構築に貢献したいと考えています。また、避けたい要素の 1 つは灌漑の使用です。これは、水の問題を疑うことなく症状を治療することになるからです。私たちの戦略は、成長中に水をより少なく必要とする作物を作ろうとすることです」と、研究チームを率いたギヨーム・ロベ教授は説明します。

では、植物の水分使用量を減らすにはどうすればよいのでしょうか?ギヨーム・ロベ教授は、これまでのように葉や茎に焦点を当てるのではなく、植物の根、つまり植物が必要な水を吸収できるようにする土壌と接触する表面を攻撃することに決めました。たとえば、この根は、土壌の表層が最初に乾燥することを知っているので、さらに深く伸びる可能性があります。研究チームはまた、根の直径にも特に興味を持っていた。直径が狭いほど、植物が吸収できる水が少なくなるからだ。直径は、同じ木の根系内でも変化し、小さな根や大きな根が含まれることもあります。 「植物の根系を特徴づけて、それが適切に水を吸収できるかどうかを理解したかったのです」とギヨーム・ロベット教授は説明する。根系の特徴により耐性が高まりますか?しかし、根系は非常に複雑で、非常に太く、小麦の植物では、根の総長さは数百メートルに達することもあります。また、根系を素早く特徴付けるツールも不足しています。」

現在、この植物の根に関する情報はなく、つまり、この植物が長期にわたる水ストレスに耐える能力についてもほとんどわかっていない。

「例えば、農業で使われる小麦のほとんどの種の根系がどのようなものかはわかっていません」とギヨーム・ロベット教授は付け加えます。「根系は地下にあり、形成されるまでに時間がかかるからです。また、10年前、あるいは5年前まで、作物の改良の取り組みは、水、栄養、農薬など、植物に必要なすべてのものを提供する最適な条件下での収穫量の増加に重点が置かれていました。これらの条件下では、根系は大きな役割を果たしませんでした。しかし、現在、私たちは最適ではない状況に陥り始めており、根のレベルで何が起こっているのかを調べ始めなければなりません。しかし、まだそれを実行した人はあまりいません。」

ギヨーム・ロベット教授の研究室は、その使命を遂行する上で有利な立場にある。それは「仮想樹木」を専門にしているということだ。実際、この研究室では過去 10 年間に開発されたコンピューター ツールを活用して植物を研究することができます。これらには、根系の写真を具体的に分析できるソフトウェアや、植物の成長と水分吸収のコンピューター シミュレーション モデルが含まれます。現場で収集された情報や発掘された木の根の画像から、シミュレーション モデルのデータが得られます。

「植物の水分吸収能力を判断するには、まず根系の一連の物理的特性を判断します。 「そのためには、根を掘り起こし、洗浄し、写真を撮り、私たちが開発した特殊な画像分析ソフトウェアでこれらの写真を処理し、根の特性を数値化します」とギヨーム・ロベ教授は説明します。次に、根の物理的特性を実際の集水「機能」に変換できるように、専門家は植物の成長と活動のコンピューターモデルを使用します。研究室での彼らの具体的な仕事は、仮想の土壌上でこれらの植物の成長と水分吸収のシミュレーションを実行することです。したがって、彼らは仮想の植物を扱います。ここでは、現場で得られた植物のサイズと健康、メレの特別な装置による水のサンプリング、磁気波を使用した土壌水分含有量などの情報がモデルに入力され、研究チームが植物の収穫量を予測するのに役立ちます。

根は非常に可塑性のあるシステムであり、同じ栽培条件下で同じ植物が異なる根系を発達させる可能性があるため、変動性を組み込むために、同様のサンプリングキャンペーンがフランス、ポルトガル、スイス、ドイツで継続される予定です。

ギヨーム・ロベット教授とその同僚は、すべての情報を活用して、小麦畑全体の成長のシミュレーションを設計したいと考えました。そして今回は、これまで存在しなかったルートシステムも含まれています。この作物成長ダイナミクスのモデルは、ヨーロッパのすべての小麦栽培環境の気候予測モデルと組み合わせることができます。 「私たちの目標は、現場の人々に、より良い作物の選択をするためのツールを提供することです。 「どの植物がこの干ばつに耐えられるかを知ることができる」とギヨーム・ロベ氏は強調した。

このように、さまざまな組み合わせモデルを使用すると、各地域環境の干ばつの可能性がわかり、同時にその環境の土壌の種類もわかります。...これにより、たとえば干ばつの場合には、最初からゆっくり成長して水をあまり必要とせず、後の成長段階のために水を節約する特定の種類の木を植える方が良い、または別の木を植える方が良いことを証明できます。

ベルギーの科学者グループは、小麦の研究から、トウモロコシ、モロコシ、大麦、米などの他の穀物に研究を広げることができます...