諸 言
イネにとって葉群の展開は乾物生産性を決定する重要な 形質の一つであり，成長過程に応じて指数関数やロジス ティック関数があてはめられ，葉群の相対成長速度や最大 増加速度が求められている（Milthorpe and Moorby 1979）． その算出には異なる 2 時期の葉面積指数（LAI）の測定点 があれば可能ではあるものの，精度が悪いため，通常複数 の測定点に対して関数を近似することにより算出される． したがって従来の破壊的な計測では，非常に労力を要し， このことが葉群展開の遺伝子型間変異の評価が進まない原 因の一つとなっている（de Jesus et al. 2001）．しかしながら 近年，LAI-2000（LI-COR，Inc.，Lincoln，NE；LI-COR．1992， LI-COR．2004）や Sunscan（Delta-T Devices，Cambridge，UK； Potter et al．1996）と言ったプラントキャノピーアナライザー と総称される機器を用いることで，非破壊的に群落の LAI 計測を行うことが普及しつつある．この計測は従来の破壊 計測と比較すると労力を要さず，特に LAI-2000 は，品種 や環境によらずイネの LAI を評価するのに適した装置で あることが知られている（山本ら 1995, Sone et al. 2009, Wilhelm et al. 2000）．廣岡ら（2012）は LAI-2000 を用いて 数品種の LAI を数環境で経時的に計測して葉群展開の成 長解析を行い，多系統の葉群展開に関する表現型を量的に 評価することも可能であることを示唆している．
イネにおける表現型の多様な遺伝子型間変異を評価する 集団として，農業生物資源研究所（NIAS）で選抜した世界 のイネ・コアコレクション（RDRS：Rice Diversity Research
Set of germplasm；Kojima et al. 2005）が知られている． RDRSは NIASのジーンバンクに保存されるOryza sativa の 約 3 万点の品種の中から乱数表により 332 点を選択後， RFLPマーカーの多様性に着目して選抜された研究セット で，日本晴やカサラスを含む 69 品種で構成されている． 表現形質の遺伝子間変異に関する基礎的な解析用としての ほか，実験材料や育種材料の遺伝資源としての使用が期待 されている（Kojima et al. 2005）．RDRS を用いて，収量性 や光合成速度，気孔コンダクタンスなどが調べられつつあ る（高橋ら 2007，Ohsumi et al. 2007a，Ohsumi et al. 2007b， Kanemura et al．2007）． 本研究では，RDRS および多収性品種を対象に LAI-2000 を用いて LAI と群落の日射透過率を計測し，葉群発達に 関する遺伝子型間変異を評価することを目的とした．廣岡 ら（2012）を参考に 1 週間に 1 回行った LAI-2000 による 計測値から，生育初期の LAI の相対成長速度，生育中期 の受光率の最大増加速度，吸光係数（Dingkuhn et al. 1999） および被覆到達日数を求め，さらに出穂期に破壊計測によ り算出した LAI を加えて葉群発達について評価を行った． さらにこれらの指標を用いて主成分分析を行い，多収性品 種群および RDRS の遺伝子型グループ間における差異に ついても検討を行った．
材料および方法
栽培概要 2007 年から 2009 年までの 3 か年，京都大学農学部附属 京都農場（以下京都圃場）の水田で実験をおこなった．本研 究では，RDRS の 69 品種のうち京都の通常作期で登熟を迎プラントキャノピーアナライザーを利用したイネの葉群動態の
遺伝子型間変異に関する解析
廣岡義博・入江拓也・本間香貴・白岩立彦・鳥海明子
京都大学大学院農学研究科（〒 606 − 8052 京都市左京区北白川追分町） 要旨：イネにおいて葉群動態は乾物生産性を決定する重要な形質の一つであるにもかかわらず，その遺伝子 型間変異については評価に乏しい．本研究では世界のイネ・コアコレクションおよび多収性品種群を対象に， 計測が簡易なプラントキャノピーアナライザーを利用して，生育初期における葉面積指数（LAI）の相対成 長速度（α），生育中期における受光率の最大増加速度（γ／4），被覆到達日数（DAT0.8）および吸光係数（K） を求めた．さらに破壊計測による出穂期 LAI を加えて，計 5 指標を用いて葉群動態に関する遺伝子型間変異 を評価した．2007 年から 2009 年に京都大学農学部付属農場で行った実験により，5 指標にはそれぞれ大き な遺伝子型間変異が存在し，αやγ，DAT0.8に有意な品種群間差が検出された．IRRI で育成された多収性 品種は，γが大きく，葉面積展開に関してある程度の改良がおこなわれていると考えられた．一方，同じ 多収性品種でもタカナリや Milyang23 はそのような特徴が見られず，葉群展開に関して更なる改良が可能で あると考えられた． キーワード：世界のイネ・コアコレクション，多収性品種，葉群動態，成長解析，主成分分析 2013年 4 月 12 日受理 連絡責任者：本間香貴（homma@kais.kyoto-u.ac.jp）えることのできる 54 品種に，京都圃場で多収を示す 4 品 種（タカナリ，IR72，IR55423-01（APO），B6144F-MR-6-0-0 （B6144F））を加えた計 58 品種を供試した．5 月 7 日（2007 年，2008 年）および 4 月 30 日（2009 年）に，ペーパーポッ トに 1 ポット 1 粒で播種を行い，育苗後 5 月 31 日（2007 年）， 5月 28 日（2008 年）および 5 月 21 日（2009 年）に移植 を行った．移植は一株一本植えで，栽植密度 22.2 株 m−2， 株間 30cm，条間 15cm とした．RDRS の日本晴と Kasalath， タカナリ，IR72，APO および B6144F を 4 反復，残りの品 種を各 1 反復として，拡張乱塊法で配置し，1 反復の大き さを 7 条× 8 株（2007 年，2009 年）および 7 条 ×11 株（2008 年）とした．施肥は 3 年とも即効性肥料の基肥のみとし，N， P2O5，K2Oを成分量でそれぞれ 5 g m−2ずつ施した．除草 剤や殺菌剤，殺虫剤などの農薬は必要に応じて適宜散布し た． 測定項目 各年次とも各反復において LAI-2000 を用いて，移植 3 週間後から出穂期まで 1 週間に 1 回の頻度で測定をおこ なった．LAI-2000 の測定は群落内の直達光がより少なくな る曇りの日や晴天の日の朝や夕方におこない，群落上部を 2回，群落内部を 4 回測定し，各プロットの値を算出した． また，プロットの大きさや測定者の影響を少なくするため に 90°の view-cap をつけて測定した．LAI-2000 によって計 測される値のうち，LAI と DIFN（Diffuse non-interceptance： 群落の日射透過率）の 2 つの値を用いた．本研究では， 1-DIFNを日射受光率と定義した．出穂期には各品種 4 株 を刈り取り，自動葉面積計（LI-1700；LI-COR）により葉 面積を測定し，LAI を求めた．成熟期には各品種 8 株刈り 取り，精籾乾物収量を測定した． 解析方法 京都圃場で多収を示す 4 品種に，RDRS のうち同程度の 収量性を示す Milyang23 を加えた 5 品種を多収性品種群 （HYV）と定義した．残りの RDRS53 品種は Kojima et al. （2005）に従って，RFLP マーカーの情報により 3 グルー プ（I1，I2，J）に分類した．I1 はインドなどのアウスを 中心とするインディカにより構成され，I2 はその他のイ ンディカ，J はジャポニカに対応する品種で構成される． LAI-2000 の測定によって求められた LAI と DIFN を用 いて，次の第 1 ∼ 3 式を用いて近似し，パラメータα，γ および K を推定した． LAI＝a e αDAT （1） （αは回帰係数，a は初期値を示す回帰係数，DAT は移植 後日数；移植後 3 週から 6 週までの値を用いて近似した．） 1− DIFN＝1 ／（1 ＋ c e−γDAT） （2） （γは回帰係数，c は回帰係数で，1／ (1 ＋ c) が初期値を示 す；移植後 3 週から出穂までの値を用いて近似した．） DIFN＝ e− K LAI （3） （K は回帰係数；移植後 3 週から出穂までの値を用いて近 似した．） 推定されたパラメータのうちα（day− 1）は初期の相対 成長速度を示し，γ／ 4（day− 1）は生育中期の受光率の最 大増加速度を示す．また，K は群落の吸光係数に相当する （Dingkuhn et al. 1999）．これら 3 つのパラメータに加えて， 受光率（1-DIFN）が 0.8 に達するときの移植後日数（被覆 到達日数；DAT0.8）を求め，さらに破壊計測による出穂期 LAIを含めた 5 つを解析対象指標とした．これら 5 指標の 変異を評価し，さらに主成分分析もおこなった．また，品 種群間差を調べるために一元配置の分散分析をおこない， 平均値間の差の検定は，Tukey-Kramer 法の多重比較を用 いて行った．
結 果
2007 年から 2009 年までの 3 か年の平均値において成熟 期における精籾乾物量（収量）は Khau Mac Kho（J）の 109.3 g m− 2から B6144F（HYV）の 666.6 g m− 2までと大 きな変異を示した（第 1 表）．葉群動態を示す各指標の上 位および下位 5 品種を第 1 表に示した．初期の相対成長速 度を示すαは Qingyu（I2）の 0.064 から Ratul（I1）の 0.197 まで，受光率の最大増加速度に関するγは Kalo Dhan（I1） 第 1 表 収量，葉群動態に関する指標の最上位 5 品種と最下位 5 品種の 0.054 から APO（HYV）の 0.120 まで，被覆到達日数 （DAT0.8）は Jena035（I1）の 28.3 から Dianyu1（J）の 52.0
までの変異を示した．各指標の上位および下位 5 品種には I1に属する品種が多く，他の遺伝子型グループと比較し て相対的に変異が大きいと推察された（第 1 表）．初期の 相対成長速度を示すαに関して，インディカ品種は変異 が大きく，遺伝子型グループ I1 は J よりも有意に高かっ た（第 1（a）図；第 2 表）．受光率の最大増加速度に関す るγに関してもインディカ品種で変異が大きく，また， HYVは J よりも有意に高く，他の遺伝子型グループと比 較しても高い傾向が見られた（第 1（b）図；第 2 表）．こ れは B6144F，IR72，APO の 3 品種が特に高い値を示した ためである（第 1 表）．被覆到達日数（DAT0.8）に関しては， 変異の大きさにグループ間差は見られず，I1 が HYV に比 第 1 図 葉群動態に関する指標の品種群間変異． （a）生育初期の相対成長速度（α）；（b）生育 中期の受光率の最大増加速度に関するパラ メータ（γ）；（c）被覆到達日数（DAT0.8）；（d） 群落の吸光係数（K）；（e）出穂期 LAI． 第 2 表 収量，葉群動態に関する指標および第 3 表の主成分分析による主成分値の品種群間差異 平均値±標準誤差． 同一行の同じ英文字間には 5% 水準で有意差のないことを示す． 収量は精籾乾物量を示す
べて有意に少なかった（第 1（c）図；第 2 表）．群落の吸 光係数（K）および出穂期 LAI に関しては，変異の大きさ と値の大きさのいずれにも遺伝子グループ間に差は見られ なかった（第 1（d），（e）図；第 2 表）． これらの葉群動態に関する 5 指標を用いて主成分分析を おこなった．第 1 主成分は寄与率が 30.03% であり，DAT0.8 と K の因子負荷量が大きく，出穂期 LAI の負荷量が負で あった（第 3 表）．一方，第 2 主成分は寄与率が 26.85% で あり，αとγおよび出穂期 LAI の因子負荷量が大きかっ た．第 1 主成分に関して遺伝子型グループ間に大きな差異 はないが，第 2 主成分に関しては HYV と I1 で大きく，J で小さい傾向を示した（第 2 図）．
考 察
世界のイネ・コアコレクション（RDRS）および多収性 品種を対象に，葉群展開に関する成長解析を，プラントキャ ノピーアナライザーと呼ばれる LAI-2000（LI-COR，Inc.，et al. 2006，Sone et al．2008）．測定誤差を減らすには計測 回数を増やすことが必要ではあるが，本研究では測定頻度 を増やし，関数近似を併用することで測定誤差を小さくす ることを考えた．廣岡ら（2012）では 1 週間に 1 回の測定 を行うことにより，初期の相対成長を示す指数関数（第 1 式）に関しては R2＝ 0.73 ∼ 1.00（平均 0.91），受光率の増 加を示すロジスティック関数（第 2 式）に関しては R2＝ 0.79 ∼ 1.00（平均 0.95）の決定係数を得ており，成長の指標化 には十分であることを示唆している．吸光係数（K）は Dingkuhn et al.（1999）が同じ方法で得た値とほぼ等しい 値が得られたが，一般的なイネの吸光係数である 0.4 ∼ 0.5 （斉藤ら 1993）より大きな値である．これは LAI-2000 の 計測に 320 − 490 nm の光が用いられているためであり，葉 の全天放射の吸収率を 0.5，320 − 490 nm の光の吸収率を 0.9 と す る と 理 論 的 に は K は 1.8 倍 と な る（Campbell and Norman 1998）．従って本研究の K ＝ 0.8 は全天放射におけ る K ＝ 0.44 に相当する．しかしながら本方法で得た K は 遺伝子型間変異が小さく，計測時期や計測方法の検討が必 要であると考えられる． 多様な遺伝的背景を持つ RDRS については，これまでに 光合成や気孔コンダクタンス，水の利用効率における遺伝 子型間変異が評価されており（Ohsumi et al．2007a，Ohsumi
et al. 2007b，Kanemura et al. 2007，Matsunami et al．2012）， 本研究によりさらに葉群展開に関する指標について評価が 加わった．生育初期の相対成長速度（α）には約 3 倍，生 育中期の受光率の最大増加速度（γ／4）に関しては約 2 倍の変異が存在し，イネの葉群展開には多大な変異が存在 すると考えられる．出穂期の LAI に関しては高橋ら（2007） も評価を行っており，遺伝子型グループ I1 が J と比較して 有意に大きかったことを報告している．本研究でも I1 は J に比べて大きい傾向が得られたが，有意ではなかった．こ れには高橋ら（2007）が 2 週間おきに肥料を与え，栽植密 度も 25 株 m−2（20 × 20cm）と高かったことも関与している と考えられる．葉群展開は遺伝子型だけではなく，窒素な どの栄養条件や気温などの影響を受けるため，今後は環境 と品種の交互作用に関する解析が必要と考えられる． 廣岡ら（2012）は，6 品種だけではあるが施肥や土壌な どの栄養条件が異なる 5 環境を対象に，葉群展開に関して 解析を行った．そこでは生育初期の LAI の相対成長速度 （α）や出穂期 LAI に関しては，有意な品種および環境間 差に加え，品種と環境の有意な相互作用を報告している． 一方，受光率の最大増加速度（γ／4）と被覆到達日数 （DAT0.8）に関しては，品種および環境間差が有意であるも のの，それらの交互作用は有意でなかった．したがって受 光率に基づく指標に関しては交互作用が小さいことが考え られ，遺伝的な形質の評価対象として適していると考えら れる． 第 3 表 主成分分析における各指標の因子負 荷量および主成分の寄与率 第 2 図 葉群動態に関する 5 つの指標（第 1 図）を用いた 主成分分析（第 3 表）における品種群の分布．
りには，被覆到達日数が長く，出穂期 LAI が小さいと考え られる．一方，第 2 主成分はα，γ，出穂期 LAI の因子負 荷量が大きく，この成分が大きい品種は初期の葉面積成長 および中期の受光率の増加が大きく，出穂期 LAI も大きい と考えられる．これらを合わせて考えると，第 2 主成分は 初期から中期の葉面積成長の良さを表し，第 1 主成分はそ の後の生長の悪さを示すと考えられる．したがってともに 成長がよい品種は第 2 象限に位置すると考えられ，実際に I1の ARC7291 と HYV の IR72 がこれに該当した．有意な 遺伝子型グループ間差は第 2 主成分値において検出され， 特に HYV において高かった．これは B6144F，IR72，APO が高いγ値を持つためであり，これら 3 品種はいずれも IRRIにより育成されたものである．したがって葉面積の 成長，特に受光率の増加速度に関しては IRRI による育種 に よ り 顕 著 に 改 善 さ れ て い る と 考 え ら れ る． 一 方， Milyang23は韓国で育成され，タカナリも密陽 25 号と密陽 42号の韓国育成系統より日本で育種されたため，韓国系 の多収品種に関しては葉面積展開に関する改善が進んでい ないと考えられる．この 2 品種は単位葉面積当たりの窒素 濃度が高く，光合成も高いため（Kanemura et al. 2007），葉 面積展開を犠牲にして光合成能力を高める方向で育種され てきたと考えられる．したがって組換え自殖系統（RIL： recombinant inbred line）や染色体断片置換系統（CSSL： chromosome segment substitution lines）などの育種材料を用 いて本研究の方法による表現型の評価を行い，遺伝子を同 定していくことによって今後のさらなる改善も可能である と思われる． 以上のように，本研究では主に出穂期までのデータを用 いて解析をおこなった．しかし葉群展開を考えるにあたっ て出穂期以降の減少率も重要な要素の一つである（Yoshida et al. 2007）．プラントキャノピーアナライザーは葉群と穂 や葉鞘との区別ができず，出穂期以降の精度が極端に落ち ることが指摘されている．しかし穂揃い期以降では葉群以 外の面積が変わらないと考えると，LAI の減少率は原理的 に計測可能であるため，今後プラントキャノピーアナライ ザーを用いて出穂期以降の葉群の変化をパラメータ化して 数値化できるかについても検討を行っていく予定である．
引用文献
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Analysis of Genotypic Variation of Leaf Canopy Dynamics in Rice by Using Plant
Canopy Analyzer
Yoshihiro Hirooka, Takuya Irie, Koki Homma, Tatsuhiko Shiraiwa and Akiko Toriumi
Graduate school of Agriculture, Kyoto University （Kitashirakawa, Sakyo, Kyoto 606 − 8052, Japan）
Summary: Leaf dynamics is one of the important characteristics in rice (Oryza sativa L.) because it determines dry matter productivity. Nevertheless, few studies have evaluated the genotypic variation in leaf dynamics. This study conducted one-week-interval nondestructive measurements by using plant canopy analyzer, and parameterized leaf dynamics for a rice diversity research set of germplasm (RDRS) and high yielding varieties. Three year experiment in Kyoto University showed large genotypic variations in 5 indexes of leaf dynamics, which consisted of 4 parameters from the nondestructive measurements (relative growth rate of LAI, the maximum growth rate of light interception, days to 80% coverage and extinction coefficient) and LAI at heading from destructive measurement. The significant differences among genotypic groups were observed in relative growth rate of LAI, the maximum growth rate of light interception, days to 80% coverage. High-yielding varieties released by IRRI had higher values of the maximum growth rate of light interception, suggesting that the varieties have been improved in terms of canopy development. In contrast, since Takanari and Milyang23 didn’t have extreme characteristics in leaf dynamics, further improvement may be possible.
Key words: rice diversity research set of germplasm, plant canopy analyzer, leaf dynamics, principal component analysis, growth analysis
Journal of Crop Research 58 : 51− 56（2013） Correspondence : Koki Homma（homma@kais.kyoto-u.ac.jp）
