気候変動により、一部の地域では農業部門にストレスがかかっている。
MITの研究者らは、発芽期に水不足のストレスから種子を守る方法を開発した。
この方法では、種子をゲル状の物質でコーティングする。この物質は水分を保持するとともに、種子に追加の栄養も供給する。
コーティングの作製に必要な材料は、すでに食品業界で入手可能である。
この方法が広く普及する前に、さらなる研究を行う必要がある。
地球温暖化が進むなか、すでに農業に適さない条件にある乾燥地域の多くで、ストレスが一層強まり、深刻な食料不足を招くおそれがある。このようななか、MITの研究者らは、重要な発芽期に種子を水不足のストレスから守り、同時に植物に追加の栄養を与えることもできる有望な方法を考案した。
モロッコの研究者と協力して継続的な試験が行われているこの方法は、簡単かつ低コストで、乾燥地域に広く導入できる可能性があると研究者らは述べている。研究成果は今週、学術誌『Nature Food』に掲載された。論文の著者は、MITの土木環境工学教授Benedetto Marelli、MIT博士課程学生Augustine Zvinavashe（’16年卒）、そしてMITおよびモロッコのKing Mohammed VI Polytechnic Universityの他8名の研究者である。
研究チームが開発した二層のコーティングは、種子に様々な効果をもたらす種子コーティングの開発に関してMarelli氏と共同研究者たちが長年行ってきた研究の直接的な成果である。Aの以前のバージョンでは、種子が土壌の高い塩分に耐えられるようになったが、新しいバージョンは水不足への対策を目的としている。
「干ばつへの対策に特化したコーティングを作りたかった」とMarelli氏は説明する。「気候変動が地中海地域の流域に影響を及ぼすことは明らかな証拠があるため」と同氏は述べ、「農業に利用できる水が減少するような気候パターンの変化を緩和するために、新たな技術を開発する必要がある」と続けた。
新しいコーティングは、チアやバジルなど一部の種子に自然に存在するコーティングに着想を得たもので、種子が乾燥するのを防ぐよう設計されている。ゲル状のコーティングが、近くにある水分を粘り強く保持し、その水分で種子を包み込む。
コーティングの内側の第二層には、リゾビウム菌と呼ばれる保存された微生物と、その成長を助ける栄養分が含まれている。土壌と水に触れると、これらの微生物が土壌に窒素を固定し、発芽した苗に栄養豊富な肥料を供給して生育を助ける。
「種子コーティングに複数の機能を持たせることが私たちの考えだった」とMarelli氏は述べる。「この水の層を標的にするだけでなく、リゾビウム菌も標的にしている。これこそが私たちの種子コーティングの真の付加価値だ。というのも、これらは自己複製する微生物で、植物のために窒素を固定できるため、供給する窒素系肥料の量を減らし、土壌を豊かにできるからだ」。
モロッコの試験農場の土壌を用いた初期試験では有望な結果が得られており、現在は種子の圃場試験が進行中であると研究者らは述べている。
さらなる試験でコーティングの有効性が証明されれば、最終的には、開発途上国の遠隔地でも地域レベルで適用できるほど簡単な方法になる可能性がある。「現地で行うことができる」とZvinavashe氏は言う。「これは設計時に考えていたことの一つだ。第一層はディップコーティングし、第二層はスプレーで吹き付ければよい。農家が自分で行える非常に簡単な工程だ」。ただし、全体としては、窒素固定細菌をより容易に保存・安定化できる施設で、集中的にコーティングを行う方が経済的だとZvinavashe氏は述べている。
コーティングに必要な材料は入手しやすく、すでに食品業界で多く使われているとMarelli氏は言う。また、これらの材料は完全に生分解性であり、化合物の一部は食品廃棄物から得ることも可能であるため、自ら廃棄物を継続的に再利用する循環型システムが将来的に実現する可能性もある。
この方法では種子自体のコストがわずかに増加するが、水や肥料の必要量を減らすことで節約にもつながる可能性があるとMarelli氏は述べる。コストと利益の差し引きの正味の収支は、さらなる研究によって明らかにする必要がある。
普通のインゲンマメを用いた初期試験では、根の重量、茎の高さ、葉緑素含量などの指標により有望な結果が得られているが、研究チームはまだ、新しいコーティングを施した種子から収穫まで一連の作物を育てるには至っていない。収穫こそが本当の有効性の試験となる。乾燥地域で収穫量が向上すると仮定すると、次の段階では、他の多くの重要な作物の種子にも研究を広げる予定であると研究者らは述べている。
「このシステムは非常にシンプルなので、あらゆる種子に適用できる」とMarelli氏は述べる。「また、異なる気候パターンに対応するよう種子コーティングを設計することも可能だ」。特定の栽培期の予測降雨量に合わせてコーティングを調整することさえ可能かもしれないと同氏は言う。
「これは非常に重要な研究だ」と、本研究に関与していないConnecticut Agricultural Experiment Stationの所長であり、Yale University疫学教授のJason C. White氏は述べる。「今後数十年にわたり世界の食料安全保障を維持することは、人類が直面する最も重大な課題の一つとなるだろう。……このアプローチは、その取り組みにおける重要なツールの特徴を備えている。持続可能で、対応力があり、効果的だ。」
White氏は次のように述べる。「種子コーティング技術は新しいものではないが、既存のほぼすべてのアプローチには、汎用性や対応力が欠けている。」同氏によれば、今回の研究は「斬新かつ革新的」であり、「生物学的及び非生物学的ストレス要因の幅広い範囲に対する耐性を媒介する、応答性のある種子コーティングの新たな研究分野を切り開くもの」だという。
研究チームには、Julie Laurent、Salma Mouhib、Hui Sun、Henri Manu Effa Fouda、Doyoon Kim、Manal Mhada、Lamfeddal Kouisniが含まれ、所属はMITおよびモロッコBen-GuerirのKing Mohammad VI Polytechnic Universityである。本研究は、OCP S.A.、Université Mohammed VI Polytechnique–MIT研究プログラム、米国海軍研究局、米国国立科学財団、およびMIT Paul M. Cook Career Development Professorshipによって一部支援された。
