この研究は、中国の研究機関の研究論文です。

掲載誌：Frontiers in Plant Science

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

施設育苗の弱光という課題から出発した研究

イネは世界人口の半数以上にとっての主要な食料であり、中国の長江中下流域では二期作が行われています。近年は育苗を工場のような施設で行い、機械で田に植える方式が主流になりつつあります。この方式は作業面積や労力を抑え、丈夫な茎と根を備えた苗を規格どおりに育てられる利点があります。

ただし施設内では、被覆材による光の吸収・反射、骨組みによる日陰、何段にも重ねた育苗トレイによる減衰などが重なり、屋外の自然な白色光とは光の強さも波長の構成も大きく変わります。著者らは、こうした弱光環境では苗が徒長し、節が伸びすぎ、根の発達が悪くなるといった問題が起きると述べています。白熱灯や高圧ナトリウムランプなどの従来の補光は光を強くするだけで、作物に合わせて波長の構成を整えるものではありません。

そこで研究チームは、赤色光と青色光がイネの葉に吸収され光合成と形態形成を担う主要な波長帯であることを踏まえ、白色光を土台にどれだけ赤色光を足すのが適切かを定量的に調べることを目的としました。従来の研究の多くが単色光だけを使い白色光を基準にしていなかったこと、品種による反応の違いの比較が少なかったことも、著者らが挙げる出発点です。

6段階の光を当てて、形・根・葉・光合成を測る

材料には、二期作で広く使われる2品種——慣行品種の湘早籼24（XZX24）と交雑品種の華浙優261（HZY261）——が選ばれました。発芽させた種子を育苗用培土に播き、人工気象室で6種類の光を当てています。白色光のみ（W、対照）、赤色光のみ（R）、そして白色光に赤色光を20％きざみで混ぜたWR20・WR40・WR60・WR80の4段階です。たとえばWR40は白色光60％に赤色光40％を組み合わせたものにあたります。

昼間の光の強さ・温度・湿度・明期の長さはすべての区で同じにそろえられており、違いは波長の構成だけです。赤色光の主波長は665nmでした。処理は苗の出芽率が95％に達した時点から始められています。

測定したのは、草丈・第一葉鞘長・茎基部の幅といった形の指標、葉と根の形態（長さ、面積、体積、直径など）、地上部と根の生重・乾物重、葉の色素量、クロロフィル蛍光、ガス交換のパラメータ、そして二酸化炭素を固定する酵素ルビスコの活性と関連遺伝子の発現量です。クロロフィル蛍光のうちNPQは、余った光エネルギーを熱として逃がし葉を守るはたらきの目安になる指標です。

報告された主な結果——赤色光40％で乾物重が最大に

赤色光の割合が増えるほど、草丈と第一葉鞘長は伸び続け、赤色光のみのR区で最大になりました。白色光区と比べると、R区ではXZX24の草丈が19.34％、第一葉鞘長が17.19％増え、HZY261ではそれぞれ20.38％、25.18％増えたと報告されています。一方、茎の幅は増減が一様ではなく、いったん増えてから減る山型を示し、WR40で最大となりました（XZX24で5.84％、HZY261で7.35％の増加）。

乾物重では、白色光に赤色光を合わせた区がいずれも対照を上回り、WR40のときにXZX24で25.75％、HZY261で28.56％の増加が報告されました。著者らは、この配合で苗が独立した表現型のまとまりを形成し、丈夫な茎とバランスのとれた根、最も高い乾物蓄積を示したとしています。

根については様相が異なります。赤色光のみのR区では、HZY261の根長・根表面積・根体積がそれぞれ22.42％、18.32％、32.74％減り、根の直径だけが15.08％増えました。著者らはこれを、単色の赤色光は根を太くするだけで、根系全体の分岐や広がりは促せないと解釈しています。赤色光だけでは葉や茎の縦方向の伸長は進むものの、根の分岐と炭素同化の効率を両立できなかった、というのが論文の整理です。

葉の色素は赤色光の割合とともに増え続け、総クロロフィル量はWR80で最大になりました（対照比でXZX24が37.50％、HZY261が74.89％の増加）。光保護のはたらきを示すNPQはWR60で最もよく整えられ、ルビスコ活性は赤色光を適度に足したWR20〜WR60の範囲で高く保たれました。遺伝子のうちOsRBCS2とOsRBCS3の転写は増加しましたが、OsRBCS4はどの光の条件でも有意な差が見られませんでした。指標によって最適な赤色光の割合がずれる点は、この研究が示した特徴のひとつです。

この研究が示すこと

赤色光は多いほどよいわけではない、というのがこの研究から読み取れる要点です。色素の蓄積のように割合が高いほど増える指標がある一方で、茎の太さや乾物の蓄積には中間の配合がもっとも適しており、赤色光だけにすると地上部は伸びても根とのつりあいが崩れました。

著者らはこの成果を、工場的なイネ育苗におけるLED補光のための定量的な波長構成の参照値であり、段階的な赤白混合光に対する苗の生理・分子レベルの反応の違いを整理したものと位置づけています。同時に、WR40の配合が変動する自然環境下でも通用するかどうかは、さらなる圃場試験による検証が必要だとも述べています。

著者：Maofei Ren（Henan Environmental and Health Engineering Research Center, Henan Agricultural Remote Sensing Big Data Development and Innovation Laboratory & Henan Green Technology Innovation Demonstration Base, Shangqiu Normal University）、Guiling Mao（College of Horticulture, Hunan Agricultural University）、Zhihao Wang（Henan Fengcai Agricultural Development Co. LTD）、Jinping Ding（Henan Environmental and Health Engineering Research Center, Henan Agricultural Remote Sensing Big Data Development and Innovation Laboratory & Henan Green Technology Innovation Demonstration Base, Shangqiu Normal University）、Junna Liu（Henan Environmental and Health Engineering Research Center, Henan Agricultural Remote Sensing Big Data Development and Innovation Laboratory & Henan Green Technology Innovation Demonstration Base, Shangqiu Normal University）、Lingling Zhao（Henan Environmental and Health Engineering Research Center, Henan Agricultural Remote Sensing Big Data Development and Innovation Laboratory & Henan Green Technology Innovation Demonstration Base, Shangqiu Normal University）、Xiangyan Wang（Henan Environmental and Health Engineering Research Center, Henan Agricultural Remote Sensing Big Data Development and Innovation Laboratory & Henan Green Technology Innovation Demonstration Base, Shangqiu Normal University）、Boyan Du（Henan Environmental and Health Engineering Research Center, Henan Agricultural Remote Sensing Big Data Development and Innovation Laboratory & Henan Green Technology Innovation Demonstration Base, Shangqiu Normal University）、Zhao Lijun（Henan Environmental and Health Engineering Research Center, Henan Agricultural Remote Sensing Big Data Development and Innovation Laboratory & Henan Green Technology Innovation Demonstration Base, Shangqiu Normal University）、Hongxing Zheng（Henan Environmental and Health Engineering Research Center, Henan Agricultural Remote Sensing Big Data Development and Innovation Laboratory & Henan Green Technology Innovation Demonstration Base, Shangqiu Normal University）、Chenyao Song（Henan Environmental and Health Engineering Research Center, Henan Agricultural Remote Sensing Big Data Development and Innovation Laboratory & Henan Green Technology Innovation Demonstration Base, Shangqiu Normal University）、Qiankun Ding（Henan Environmental and Health Engineering Research Center, Henan Agricultural Remote Sensing Big Data Development and Innovation Laboratory & Henan Green Technology Innovation Demonstration Base, Shangqiu Normal University）、Yanhao Ma（Henan Environmental and Health Engineering Research Center, Henan Agricultural Remote Sensing Big Data Development and Innovation Laboratory & Henan Green Technology Innovation Demonstration Base, Shangqiu Normal University）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Maofei Ren, Guiling Mao, Zhihao Wang, et al. Red light regulation on growth, root-leaf architecture and photosynthetic performance of rice seedlings. Frontiers in Plant Science 2026-09-09. DOI: 10.3389/fpls.2026.1919485. 原著ライセンス：CC BY.