著者の所属・活動拠点の国は、中国、カナダです。

掲載誌：Plants

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

研究チームによると、ゴビ地域は日射や熱の資源が豊富な一方、雨が少なく蒸発が激しく、土壌もやせているため、通常の農業が難しい地域です。そこで、太陽光を利用する温室で、土を使わずに作物を育てる養液栽培が重要な生産方式になっています。この研究では、土の代わりに、ココナッツの殻の繊維を砕いた「ココヤシ繊維（ココピート）」を培地に使っています。

ココヤシ繊維は土とすき間の構造や水の動き方が異なります。また、培地栽培では根が広がれる範囲が限られるため、根の周りの水分状態や環境が灌水の管理に敏感に反応します。著者らは、土で得られてきた「水分・根の発達・微生物」の関係が、そのままココヤシ繊維栽培に当てはまるとは限らないと考えました。

そこで研究チームは、灌水を始める水分の基準である「灌水下限」と、点滴灌水の流量という二つの条件を組み合わせて変え、培地の温度と水分、トマトの根の性質、根の周りの細菌群集がどう変わるか、またそれらがどう関係するかを調べました。灌水下限とは、培地の水分が保水力に対してこの割合まで下がったら水を与える、という設定値です。

何を、どのように調べたか

実験は中国・新疆ウイグル自治区南部のカシュガルにある試験拠点の温室で行われました。年平均気温11.3℃、年降水量67mmの乾燥した気候の地域です。トマト品種「Provence」の苗を2024年8月25日に植え付け、2025年1月15日まで栽培しました。培地には、細かいココヤシ繊維（0〜6mm）と粗いもの（10〜20mm）を1対1で混ぜたものを使いました。

灌水下限は、培地の保水力の30%、50%、70%の3段階（W1、W2、W3）としました。点滴灌水の流量は低流量（Q1）と高流量（Q2）の2段階です。これらを組み合わせた6通りの処理を比べる、2要因の乱塊法という配置で実験を行いました。

培地の深さ10cmにセンサーを設置し、水分（培地の体積に占める水の割合）と温度を30分ごとに記録して、日平均値を求めました。果実が成熟した段階で、各処理から健全な株を3株ずつ選んで根を掘り取りました。根はスキャナーで画像化し、根の総延長、表面積、体積、平均直径、根の先端の数を解析ソフトで求めたほか、根の活力も測りました。

根の周りの細菌については、細菌が共通して持つ16S rRNAという遺伝子の一部を読み取る方法で、どのような細菌がどれだけいるかを調べました。そのうえで、種類の豊富さや多様性の指標、群集全体の構成の違いを比べました。さらに、量の多い上位100の細菌配列の間で増減が連動する組み合わせを統計的に結び、「共起ネットワーク」を作りました。既存のデータベース（FAPROTAX）を使って、細菌群集が持ちうる代謝機能も推定しました。

主な報告結果

根の性質に最も大きく影響したのは灌水下限でした。二元配置分散分析という統計手法では、灌水下限は測定したすべての根の性質に有意な影響を与えていました。灌水下限が高いほど、根の総延長、表面積、体積、先端の数、根の活力はおおむね増え、平均直径は小さくなりました。一方、流量の影響と、流量と灌水下限の組み合わせによる影響（交互作用）が有意だったのは、根の体積だけでした。

培地の水分は、栽培期間を通じておよそ11〜39%の範囲で、灌水と吸水に応じて周期的に上下しました。この水分の変化を主に左右したのも灌水下限です。70%区（W3）では水分が29.6〜37.4%と高い状態に保たれました。30%区（W1）では10.3〜36.2%と変動の幅が大きくなりました。水分の上下の回数は、W3と高流量の組み合わせ（W3Q2）で43回と最も多く、W1と低流量の組み合わせ（W1Q1）の22回より有意に多い結果でした。培地温度は季節とともに下がり、観測終盤に最低約13.6℃となりました。この傾向はどの処理でも同じで、W1Q1でやや高く、W3Q2でやや低い傾向がありました。

細菌群集では、全体の構成が処理によって大きく変わった一方、種類の豊富さの指標（Chao1）には灌水下限・流量・その組み合わせのいずれも有意な影響を示しませんでした。多様性の指標（Shannon指数とSimpson優占度指数）は、灌水下限や流量の単独では有意な差が出ませんでした。ただし、両者の組み合わせによる影響は高度に有意でした。たとえば灌水下限50%では、低流量区の多様性が高流量区より有意に高くなりました。群集構成を比べる解析（主座標分析）でも、処理ごとに細菌群集が明確に分かれました。

増えた細菌の種類も処理によって異なりました。灌水下限が低い条件では、乾燥に強いとされる放線菌の仲間（ストレプトマイセス科など）が多くなりました。灌水下限70%・高流量ではシュードモナス属が多くなりました。

共起ネットワークは、灌水下限を上げるにつれて一方向に変わるわけではありませんでした。灌水下限50%・高流量（W2Q2）のネットワークは、結びつきの数が1622本と最も多く、まとまり（モジュール性）の指標も0.662と最も高い値でした。これに対し、70%・高流量（W3Q2）では結びつきが1447本に減りました。推定された代謝機能の全体像は処理間で似ており、有機物を分解して利用する機能がどの処理でも中心でした。

この報告が示すこと

研究チームは、ココヤシ繊維の培地では、灌水下限が根の周りの水分の水準と変動を決め、根の性質を左右する主な要因であると結論づけています。流量は、灌水下限と組み合わさることで細菌群集に作用するとしています。細菌については、灌水条件が種類の数そのものを大きく増減させるのではなく、どの細菌が優勢になるかを組み替えていると解釈しています。また、根の形、根の活力、根の周りの微生物環境のすべてを同時に最適にする単一の灌水方法は見つからなかったと述べています。そのため、生産の目的や根域管理の目標に応じて、灌水下限と流量を適切に組み合わせるべきだとしています。

著者らは解釈の限界も挙げています。今回用いた遺伝子領域の解析では、同じ属の中で性質の違う菌株を見分けられません。たとえばシュードモナス属には、植物の生育を助ける菌も病原となりうる菌も含まれます。そのため、特定の細菌が増えたことが、生育促進や病気の抑制、あるいは病原性の強まりを直接示すわけではありません。ネットワークの結びつきは量の増減の統計的な関連にすぎず、細菌どうしの協力や競争、群集の安定性を示すものではないため、探索的な証拠として扱うべきだとしています。推定された代謝機能の変化も、実際の炭素や窒素の変換速度が変わったことの証明にはならないとしています。

原著論文の著者・所属：Mengfan Liu（College of Horticulture and Forestry, Tarim University, Alar 843302, China; Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China）、Xiaokun Feng（College of Life Sciences and Food Engineering, Hebei University of Engineering, Handan 056038, China; Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China）、Haitao Wang（Department of Bioresource Engineering, McGill University, Montreal, QC H9X 3V9, Canada; Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China）、Zhanming Tan（College of Horticulture and Forestry, Tarim University, Alar 843302, China）、Xiaoyang Liang（Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China）、Qi Wang（College of Horticulture and Forestry, Tarim University, Alar 843302, China）、Yujie Wang（College of Horticulture and Forestry, Tarim University, Alar 843302, China）、Jiandong Wang（Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China）

※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）：Mengfan Liu, Xiaokun Feng, Haitao Wang, et al. Effects of the Lower Irrigation Limit and Drip Irrigation Flow Rate on Root Traits and Bacterial Community Structure of Tomatoes Grown in Coconut Coir. Plants（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-08-31. DOI: 10.3390/plants15172672. 原著ライセンス：CC BY.