硝酸イオンの吸収がイネにおけるリンの利用を促進する

背景・ねらい

植物の三大栄養素のひとつであるリンは将来的に枯渇が懸念されている。また、昨今の肥料価格高騰も重なり、特に食料需要の高い開発途上地域においてはリン施肥が不足しがちである。これらの地域で特に重要な作物であるイネの安定生産には、施肥したリンの吸収（リン吸収効率）、および吸収したリンあたりのバイオマス生産能力（リン利用効率）を改善したイネの作出が喫緊の課題となっている。しかし、イネのリン利用効率には多数の遺伝的要因が関わっており、その仕組みは未解明のままである。一方で、リン利用効率の高いイネ系統において、窒素含有化合物の含量が高く、窒素代謝とリン利用の関連が示唆されている。そこで本研究では、主要な窒素源のうち、硝酸イオンとアンモニウムイオンの吸収がイネのリン利用効率に与える影響に焦点を当て、窒素利用とリン利用効率との関係を明らかにする。

成果の内容・特徴

低リン水耕条件では、アンモニウムイオンのみを窒素源とする場合と比較して、硝酸イオンを添加した場合、イネの根におけるリン濃度が有意に低く、リン利用効率が高い（図１）。
過去にリン利用効率が調べられている５つのイネ系統を比較すると、リン利用効率が高い系統(Mudgo, Yodanya, DJ123)では、リン利用効率が低い系統(IR64, Taichung)に比べて、窒素源として硝酸イオンへの依存度が高く、かつ、イネにおいて硝酸イオンの吸収に主に寄与すると考えられるNRT1.1B遺伝子の発現量が高い（図２）。一方、リン利用効率が高い系統では、アンモニウムイオンの吸収に寄与する主な輸送体のひとつであるAMT1;1遺伝子の発現量が有意に低い（図２）。
低リン条件下での水耕栽培における硝酸イオンの吸収効率と圃場における根のリン吸収効率の相関は高い（図３）。
これらの結果は、硝酸イオンの利用により、リン利用に重要な２つの要因である、根圏からのリン吸収効率と、リン利用効率の両方が上昇することを示唆する。また、硝酸イオンの利用が根圏リンを可溶化し、リン吸収効率を高めるという、過去に提唱された仮説を支持し、リン利用の新たな側面を示唆する。