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日本バイオスティミュラント協議会講演会 第3回「温暖化による農作物への影響とその対策」 レポート (前編)

公開日:2021.1.13

2020年11月2日~31日、日本バイオスティミュラント協議会による第3回講演会がオンラインで開催された。
バイオスティミラントは、植物や自然環境が持つ本来の力を活用して、植物の成長や品質の向上、貯蔵性を高めるための新しい農業資材。第3回の講演会では、「温暖化による農作物への影響とその対策」をテーマに、これからの果樹、野菜栽培のあり方とバイオスティミュラントの可能性について4名の研究者が講義した。
今回は、「わが国の果樹生産で顕在化している温暖化の影響と対策」「高温状況下におけるリンゴの着色不良について」の2つの講演をレポートする。

わが国の果樹生産で顕在化している温暖化の影響と対策

農研機構 果樹茶業研究部門 生産流通研究領域 園地環境ユニット長 杉浦 俊彦氏による講演「わが国の果樹生産で顕在化している温暖化の影響と対策」では、温暖化による果樹への影響のメカニズムと被害の事例を挙げながら、具体的な対策方法について解説した。

温暖化による果樹への影響

気象庁の統計データによれば、日本の平均気温は過去100年で約1.2℃上昇しているという。果樹は一般的な野菜に比べて温度の変化に敏感で、わずか1℃の差でも影響を受けやすい。
高温の影響としては、「発育の速度変化」、「一時的に極端な高温による障害」、「生産環境(病虫害など)の変化」の3つが挙げられる。

植物は気温が高い方がより早く成長すると考えがちだが、植物の生育には品種ごとに最適気温があり、低すぎても高すぎても成長のスピードは落ちてしまう。例えば、春先に気温が上がると桜の開花が早まるが、秋に十分に温度が下がらなければ落葉樹は色付かず、紅葉時期は遅れる。また、たった1日でも気温が極端に高ければ、果実に火傷のような障害が起きる。さらに、気温の変化によって果樹の周りに生息する虫や雑草が変われば、果樹の生産環境に悪影響を及ぼす場合がある。

温暖化の影響発生のメカニズム

実際に近年の温暖化により、果樹の着色不良や遅延、品質の変化、耐凍性・自発休眠覚醒の遅延、日焼け、病害虫の発生地域の変化といった影響が起きている。

リンゴやブドウは、アントシアニンの色素が合成されることで着色するが、適正気温を超えるとアントシアニンの合成速度が遅くなる。アントシアニンの合成の最適気温は13℃で、25℃以上ではほとんど合成されないため、着色時期の気温が高いままだと、収穫に遅れが生じてしまう。

カロチノイドの成分によって色づくミカンやカキも同様に、気温が低いほど着色が早く、温度が高いと着色不良が起きてしまう。

リンゴの着色不良・遅延。(写真提供/農研機構)
ミカンの着色不良・遅延。(写真提供/農研機構)

 

植物は気温が高いと、開花が早まる。リンゴやミカンの場合、開花は早いにもかかわらず着色が遅れるので、果実の生育期間が長くなるわけだ。
ウンシュウミカンは生育期間が長いと果皮が老化し、果肉とのあいだにスキマができる「浮皮現象」が発生する(写真)。出荷前に浮皮したミカンは傷つきやすく、輸送や貯蔵性が悪く、生産量低下の原因になる。

また果実は、生育期間が長いほど、糖分が蓄積され、酸は抜けていく傾向があり、長野県産のふじリンゴは、この30~40年の間に年々甘くなり、酸味が低下してきている。

ウンシュウミカンの浮皮。(写真提供/農研機構)

秋は、冬の寒さに耐えられるように耐凍性を獲得する大切な期間だ。気温が下がることで、樹木の細胞から水分が抜け、凍りにくくなるのだが、秋に気温が高いと、この機能が働かず、十分な耐凍性を獲得できない。そのため、近年は暖冬にも関わらず、クリやモモの木が枯れる現象が起きている。

また秋から冬の間は、自発休眠に入る。自発休眠の適温は約6℃で、一定期間は6℃前後の低温に当たらなければ発芽の準備ができず、休眠が不十分だと発芽不良を起こしてしまう。

気温が高く果実が温まっている状態で、一時的に極端に気温が高まると、果皮が日焼けを起こす。日焼けは、ほとんどの果実で発生するが、最も被害が大きいのはリンゴで、直射日光に当たっている果実の表面温度が51℃以上を超えると褐変する。日当たりの良い場所で栽培するリンゴは、気温が36.5℃以上になると日焼けを多発し、特に西日が当たる場所に発生しやすい。

果皮の日焼けは、最高気温が高いと発生する。リンゴでは36.5℃以上。(写真提供/農研機構)

果樹へ被害を与える病気や害虫の発生エリアが南から北へ移動してきている。もともと日本にはなかった「カンキツグリーニング病」が沖縄で発生し始めている。カンキツグリーニング病は柑橘に甚大な被害を及ぼすが、現在は有効な農薬がない。シークワーサーに発生するミカンキジラミは奄美大島以南のものだったのが、九州南部でも越冬できるようになってきており、ミカンキジラミによってカンキツグリーニング病が運ばれると、蔓延する可能性もある。

果樹の温暖化対策3つのステージ

1年生の作物栽培は、暑さに強い作物に切り替える、といった抜本的な対策を取ることができるが、果樹の場合、植え付けから収穫までに3~5年かかるため、品種の変更や栽培地域の移転はコストがかかり過ぎる。そこで、短期、中期、長期の3つのステージに分けて、段階的に対策を講じるのが現実的だ。

短期的には、遮光資材や散水で温度を下げる、高温になりやすい樹冠上部の摘果、施肥調整、といった栽培技術による対策をとる。

西側を遮光して温度を下げている。(写真提供/農研機構)

リンゴ栽培では窒素が多すぎるとアントシアニンが合成されにくく、着色が悪くなる。高温下では大気中の窒素量が増えるため、土壌への窒素施肥量を減らして調整する。
また、ナシは樹帯の窒素レベルが高いと耐凍性が下がるため、従来は秋に散布していた肥料を春に変更することで、発芽不良を減らすことができる。

中期的には、温暖化対応品種への樹種変更を検討する。柑橘類は、ウンシュウミカンとオレンジなど、温帯性と亜熱帯性との交配種、リンゴは着色のいい品種との交配、ナシは自発休眠が起こりにくい品種との交配などの研究開発が進められている。

長期的には、樹種転換・園地移動も検討しなくてはならないだろう。現在は、リンゴは高冷地や東北が中心だが、2060年代には北海道が産地の中心になる可能性もある。すでに、北東北のリンゴの産地でモモが植えられるなど、少しずつ樹種転換が始められている。このまま温暖化が進めば、亜熱帯性の果樹が九州や四国などで栽培できるようになるかもしれない。そうなれば、ライチ、パッションフルーツ、スイートオレンジ、アボカドなどの亜熱帯果樹も作物転換の選択肢になりうる。

温暖化は今後も進んでいくと予測される。短期的には、生産者が栽培技術や品種変更で被害を抑えつつ、中長期的には、産地レベルで樹種の変更や園地の移動について検討していく必要があるだろう、と締めくくった。

 

高温条件下におけるリンゴの着色不良について
―バイオスティミュラント利用の糸口―

東京農業大学 国際食料情報学部 国際農業開発学科 教授  小塩 海平氏による講演「高温条件下におけるリンゴの着色不良について―バイオスティミュラント利用の糸口―」では、温暖化の影響によるリンゴの着色不良への植物ホルモンに代わる対処方法として、バイオスティミュラントの組み合わせ例が紹介された。

ここ数年、地球温暖化の現象が続いており、2020年9月の平均気温は、平年よりも全国的に2~5℃気温が高かった。このまま温暖化が続くと、コメは減収、かつ一等米が少なくなり、水産は漁場の変化や構造的な変化が起こることが予測されている。果樹のような永年作物の場合、生産地が形成されており、すぐには他の作物への移行が難しい。耐暑性のある品種の育種には時間がかかるうえ、収穫できるまでには数年がかかってしまう。

短期的な対策のひとつとして、植物ホルモンなど植物成長調整剤を使う方法もあるが、こうした薬剤は即効性が高い半面、使用のタイミングと用量の見極めが難しい。
バイオスティミュラントは、効果は緩やかではあるが、時期や濃度が多少ズレても問題が生じにくく、周囲の生態系への影響も少ないといったメリットがある。バイオスティミュラントは、さまざまな組み合わせが考えられる。その一例として、リンゴの着色に必要なアントシアンの生成促進に有効なバイオスティミュラントの組み合わせを紹介した。

アントシアニン合成に必要な成分

色づく前のリンゴに模様の形の紙を貼ると、その部分だけ白く抜けてリンゴに模様が描ける。これは、紙を貼ることで光を遮断し、リンゴを赤くするアントシアンの生成を抑えている。しかし、リンゴ栽培ではしばし袋がけをして遮光する。これは、クロロフィルを退化させるため。つまり、きれいに着色させるには、クロロフィルの退化×アントシアンの生成の2つのプロセスが必要だ。

高温の場合、クロロフィルの退化とアントシアンの合成の両方が阻害される。クロロフィルの退化には、クロロフィラーゼという酵素が担っている。アントシアニンの合成にはPAL(フェニルアラニンアンモニアムリアーゼ)という酵素が関与し、この2つはいずれも植物ホルモンの「エチレン」によって活性化される。

そこで、高温条件下では、エチレンの前駆物質であるメチオニン等のバイオスティミュラントを処理すると、色付けの向上に貢献できる可能性がある。

また、アントシアンの合性には、エチレンだけではなく、ジャスモン酸とショ糖も関係している。高温条件では呼吸が活発になり、ショ糖が消費されやすい。果実に転流される分が少なくなるので、そこで、バイオスティミュラントとしてショ糖を補えば、着色促進に効果があるのではないかと考えられる。

マンニトールとショ糖を加えると、アントシアニンが蓄積する。

活性酸素を抑えて日焼けを防ぐ

9月に長野県千曲市のリンゴ園で7本のリンゴの樹冠上部温度を計測したところ、西・南向きの枝の果面温度は43~45℃で、多くの日焼け症状が見られた。強い直射日光が当たると、反応性の強い活性酸素が生じ、細胞膜や酵素にダメージを与える。日焼けが進むと褐変が起こり、芯のほうまで茶色く組織が腐敗する。
そこで、ビタミンCなどの抗酸化作用のあるバイオスティミュラントを使うと日焼け防止への効果が期待できる。

日焼けの程度がひどいほど、スーパーオキシドラジカルが多い。

最後に、リンゴのアントシアニンの着色、日焼け対策として有効なバイオスティミュラントの組み合わせの一例を紹介した。

  • メチオニン(100ppm):エチレン生成の促進
  • ビタミンC:ラジカル消去剤
  • グリセリン:日焼け防止、保湿
  • システイン(ヒスチジン):チオール基の保護
  • ショ糖(5%):アントシアニン生合性促進
  • プロリン:ストレス緩和

小塩氏は、上記の組み合わせで現在テスト中で、経過は良好とのこと。

ちなみに、トマトやカキなどを着色成分であるカロチノイドも高温条件下で生成が抑制される。
カロチノイドの着色に有効な組み合わせの例は、以下の通り。

  • メチオニン:エチレン生成促進
  • トコフェロール:ラジカル消去剤
  • グリセリン:日焼け防止、保湿
  • システイン(ヒスチジン):チオール基の保護
  • ショ糖(5%):アセチルCoAの前駆体として
  • プロリン:ストレス緩和

こうした組み合わせを参考に、栽培品目や状況に合わせてバイオスティミュラントで対処してみてはいかがだろうか。

取材協力/日本バイオスティミュラント協議会
取材 ・文/松下典子

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