Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
スイートソルガムの単位面積当たりの平均収量および乾物重量、糖分含有率は2010年に茨城大学フィールドサイエンスセンター内の圃場で実測された橋本ら（2011）の値を引用した。エタノール変換効率は発酵効率、遠心分離効率、精製効率を乗じて求めた。Table 1にこれを示す。スイートソルガムの単位面積当たりの平均収量に糖含有率および変換効率を乗じて算出したエタノール生産量は1,900L/haとなった。エタノール製造コストは、設備費、人件費、運転費、運搬費および原料調達費の5つの費用項目から算出した。Fig. 2にエタノール生産コストの算出フローチャートを示す。まず、耕作放棄地面積と単位面積当たりのスイートソルガムの収量からA町で得られるバイオマス量を算出し、仮想プラントの規模を決定した。このプラント規模に対応した設備費、人件費および運転費を求めた。次にバイオマス量と耕作放棄地の分布から、運搬費を求めた。また、耕作放棄地面積と単位面積当たり原料生産費から、原料調達費を求めた。

Table 1 スイートソルガム実測データ

平均收量	46.46t/ha
乾物重量	10.39t/ha
糖分含有率	0.11
エタノール変換効率	0.53
エタノール生産量	1,900L/ha

Figure. 2 エタノール生産コストフローチャート

システム全体におけるエネルギー投入量をFig.3に示す。燃料使用（農作業）、燃料製造、機械製造、肥料、および運搬の項目に分けて積算を行った。対象市町村に対するエネルギー投入量の合計値は、7.8TJとなった。作業プロセス別でみると、運搬におけるエネルギー投入量が2.6TJと最も大きくなった。A町は平地農業地域であり、耕作放棄地が小規模であり分散的に地域内に存在するといった特徴により、運搬にかかるエネルギーが増大したと考えられる。また、燃料使用と肥料におけるエネルギー投入量も相対的に大きな割合を占めている。本分散型システムでは、農作業の効率化は低い状態にあると考えられる。実際に、農家や農業経営体においては、スイートソルガム専用の農業機械は持っていないため、代用可能な農業機械での作業を想定しており、この点の効率化は今後の課題である。また、施肥量をできるだけ減らし、営農管理を極力行わない粗放的な作業体系で、一定の収量を目指す方法を検討することも必要である。Fig.4にエネルギー収支を、Fig.5にCO2収支を示す。エネルギー収支とはエネルギー産出量からエネルギー投入量を減じたものとして定義する。エネルギー産出量はエタノール収量を発熱量換算したものであり、エネルギー投入量はスイートソルガム栽培プロセス・運

Figure 3 エネルギー投入量
搬プロセス・バイオエタノール製造プロセスにおける投入エネルギーの合計である。結果、産出エネルギーは14.7TJ、投入エネルギーは7.8TJであり、エネルギー収支は6.9TJのプラス、780tのCO2削減効果があることもわかった。しかし、エネルギー収支の観点からは、産出エネルギー/投入エネルギーが1.0よりも大きいことが不可欠で、3.0以上が望まれる。本システムの産出エネルギー/投入エネルギーは1.9であり、これについては、労働力・肥料等の削減やより効率の良いエネルギー生産など、今後更なる検討が必要である。A町での年間のバイオエタノール製造コストをFig.6に示す。年間で約1億4,000万円の費用が必要であることがわかった。また、項目別にみると原料調達費が6,400万と最も大きいが、原料調達費のうち約6000万が原料調達費内の人件費によるところである。プラントにおける人件費3900万と合わせて、システム内での総人件費は約1億円であり、これはシステムの年間製造コストの約7割を占める。本研究ではシステムにおける発酵プロセスから販売に至るまでの担い手については、エネルギー生産に関わる企業もしくは販売に関わる企業、あるいはNGO的な団体を想定しているが、詳細な設定をしていないため、雇用形態や勤務状況等を想定することが難しい。したがって、プラントの運用に関する人件費等について、実際の運用を評価するものではない。これについては、将来システムに対する詳細なシナリオ設定を行う必要がある。しかしながら、以上の想定に基づいて1L当たりのバイオエタノール製造コストをみると、スイートソルガムを原料とする場合の製造コストは118.3円/Lであり、およそのガソリン販売価格である120円/Lを下回り、ある程度の価格競争力を持つことがわかった。

Figure. 4 エネルギー収支

(百万円) ☐ブラント建設費 ☑原料調達費 ☑運搬費 ☐人件費

Figure.6 エタノール年間製造コスト

### 5. 本研究により得られた主な成果

## (1) 科学的意義

栽培制御研究は、茎の構成要素である伸長節間の数と栽培条件、糖収量との関係を明らかにした。また、バイオアルコール生産のためのスイートソルガム最適品種を明らかにし、効率的生産のための耕種条件を構築した。高次倍数体の開発では、スイートソルガムにおいて人為的な倍数性操作が可能であることを初めて科学的に示し、さらにその獲得効率を改善し、混数体を獲得して開花まで育成し、自殖種子を得ることに成功した。今後、倍数性の操作が糖含量等の諸形質に及ぼす影響の解析が期待できる。共生菌を用いた安定生産技術の開発では低温耐性を付与する共生菌、P. fortiniiおよびV.
simplexを冷涼環境下でもスイートソルガム根に内生的に定着し生育を促進するDSEとして選抜することに成功した。さらにスイートソルガムは、13℃ではP. fortinii、23℃及び30℃ではV. simplexと共生関係を結ぶことでより大きなバイオマス量を獲得することができることが明らかにし、これにより、北方から南方までの異なる気候条件下での栽培にエンドファイトの利用が可能となった。

エタノール生産研究により、スイートソルガム搾汁液がアルコール発酵において極めて良好な基質となりうることを明らかにした。本成果は食料作物であるサトウキビに次ぐものと考えられる。また、その残渣の有効利用法として家畜への飼料としても目途を可能とした。スイートソルガム搾汁液からブタノールを生産する菌株を分離した。

これまで不明であったバイオ燃料作物としてのスイートソルガムの栽培にかかわるインベントリが明らかになった。スイートソルガムは家畜の餌として利用される場合がこれまでは多く、栽培方法も糖含有量の蓄積には、それほど注意がはらわれてこなかった。そのため、ライフサイクルインベントリを明らかにしようという試みはされてこなかったが、本研究の成果としてバイオ燃料作物のデータベースに新たに付け加えることができた。

## (2) 環境政策への貢献

本研究では茨城県A町を対象として、耕作放棄地栽培のスイートソルガムを原料としたバイオエタノール生産システムにおいて、耕作放棄地の空間分布を考慮したエネルギー評価、経済評価を地域レベルで行った。その結果、システム全体での投入エネルギーは7.8TJであった。また、A町の耕作放棄地の分布が広く薄く存在するという特徴から、運搬におけるエネルギー投入が2.6TJで最も大きかった。CO₂削減効果は780tであった。システムにおけるエネルギー収支は6.9TJのプラス、780tのCO₂削減効果があることもわかった。しかし、算出エネルギー/投入エネルギーの値は1.9であり、エネルギー収支については原料の栽培方法について検討が必要である。経済評価では、コストとして年間で約1億4000万円の費用が必要である。また、1L当たりの製造コストをみると、スイートソルガムを原料とする本システムの場合は118.3円であり、近年の平均的なガソリン販売価格を下回ったが、詳細な経済評価については、実際の価格を見積もるにはシステムに対する詳細なシナリオ設定を行う必要があることが判明した。

#### 6. 研究成果の主な発表状況（別添.作成要領参照）

## (1) 主な誌上発表

## <查読付き論文>

1) Ousmane D., Takahashi T., Yonekura A., Nitta Y. and Narisawa K. (2010) A new fungal endophyte, Helminthosporium velutinum, promoting growth of bioalcohol plant, sweet sorghum. Microbes and Environments 25: 216–219.

2) Chohnan S., Nakane M., Habibur R., Nitta Y., Yoshiura T., Ohta H. and Kurusu Y., Journal of Bioscience and Bioengineering 111, 433–436 (2011) “Fuel ethanol production from sweet sorghum using repeated-batch fermentation”

3) Nitta Y., Ohta H. and Kato T., In Morioka, T., Hanaki, K. and Moriguchi, Y. eds Establishing a resource-circulating society in Asia: Challenges and opportunities, United Nations University Press, Tokyo. 218–234 (2011) “Regional sustainability-oriented agricultural technology and biomass circulation system development”

4）吉田貢士、加藤亮、乃田啓吾、Krissandi Wijaya、黒田久雄。（2011）播種日、施肥量の違いが燃料作物スイートソルガムの窒素吸收に及ぼす影響。応用水文No.23、11-20。

く査読付論文に準ずる成果発表＞（「持続可能な社会・政策研究分野」の課題のみ記載可）

特に記載すべき事項はない。

## (2) 主な口頭発表 (学会等)

1) Hommaら(他10名): 日本作物学会第231回講演会(2011) “Effect of Fertilizer Application Rate on Sugar Yield and Above Ground Biomass of Sweet Sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench)”

2) Hommaら(他10名): 日本作物学会第232会講演会(2011) “Effect of Fertilizer Application Rate on Growth and Yielding Characters of Sweet Sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench)”

3) Homma (他9名): The 7th ASIAN CROP SCIENCE ASSOCIATION CONFERENCE, Bogor, Indonesia, 2011
"Sweet Sorghum Cultivation for Bio-ethanol Production in the Southern Region of Ibaraki Prefecture, Japan"

4) Asagiら(他9名): 日本作物学会第231回講演会(2011) “Sweet Sorghum Growth and Soil Nitrogen Distribution Following Bagasse Application”

5) Asagiら(他9名): The 7th ASIAN CROP SCIENCE ASSOCIATION CONFERENCE, Bogor, Indonesia, 2011 "Plant Growth and Distribution of N Derived from Inorganic Fertilizer Following Sweet Sorghum Bagasse Application"

6) Asagiら(他4名): 日本作物学会関東支部第100回講演会(2011) “Effects of Sweet Sorghum Bagasse Application and Sowing Time on Growth of Sweet Sorghum and Weed”

7) Asagiら(他4名): 日本作物学会関東支部第100回講演会(2011) “Effect of Sowing Time and Density in Sweet Sorghum Cultivation on Growth of Sweet Sorghum and Weed”

8) Nittaら(他10名): 日本作物学会第231回講演会(2011)“Suitable Cultivars for Sweet Sorghum Cultivation as a Bio-fuel Crop for Alcohol Production in the Southern Region of Ibaraki Prefecture”

9) 米倉茜、成澤才彦: 成23年度日本植物病理学会大会(2011)「亜熱帯起源の根部エンドファイト Veronaeopsis simplexによるトマト根腐萎凋病に対する抑制効果」

10) 河合由貴、成澤才彦: 日本微生物生態学会第27回大会(2011)「根部エンドファイト3種を利用したスイートソルガムによるCd汚染土壌浄化について」

11) Khastini, ら (他3名): 日本微生物生態学会第27回大会 (2011) “Change in the community of associated bacteria with Veronaeopsis simplex in the response of high temperature stress”

12）橋本紗希、Krissanndi Wijaya、乃田啓吾、吉田貢士、加藤亮：平成23年度農業農村工学会（2011）「スウィートソルガム栽培における圃場レベルの窒素・リン収支解析」

13）吉田薫平、乃田啓吾、吉田貢士、加藤亮：平成23年度農業農村工学会（2011）「バイオ燃料作物スウィートソルガムの耕作放棄地栽培におけるLCA評価」

14) Miho Kanemoto, M. Habibur Rahman, Yoshinori Sato, Shigeru Chonan, Youji Nitta, Yasurou Kurusu, and Hiroyuki Ohta 国際環境生物地球科学シンポジウム (ISEB)、2011

15）金本美穂、M. Habibur Raman、佐藤嘉則、長南茂、新田洋司、久留主泰朗、太田寛行、日本微生物生態学会、2011、スイートソルガム搾汁液からブタノールを高生産する細菌株の選抜Selection of high butanol producing strain able to grow in sweet sorghumjuice

16) 新田ら(他3名): 日本作物学会第233回講演会(2012)「スイートソルガムによる放射性物質の吸収効果」

### 7. 研究者略壓

## 課題代表者：久留主泰朗

広島大学大学院農学研究科修了、農学博士、現在茨城大学農学部教授

（1）新田洋司

1963年生まれ、東北大学大学院農学研究科博士課程前期修了、博士（農学）、

現在茨城大学農学部教授

（2）久留主泰朗（同上）

（3）吉田貢士

1974年生まれ、東京大学大学院農学生命科学研究科博士課程修了、博士（農学）、現在茨城大学農学部准教授
# E-0905 バイオ燃料農業生産を基盤とした持続型地域社会モデルに関する研究

（１）食料経済リスク低減型燃料作物の開発・栽培に関する研究

茨城大学農学部 新田洋司・浅木直美・井上栄一・成澤才彦

<研究協力者>

茨城大学農学部 本間貴司

平成21(開始年度)～23年度累計予算額：31,678千円

（うち、平成23年度予算額：8,720千円）予算額は、間接経費を含む。

## [要旨]

本サブテーマでは、バイオ燃料作物スイートソルガムの栽培管理方法を検討し、効率的安定生産技術を確立することを目的として研究を行なった。また、高次倍数体の作出により、糖含量が増大したスイートソルガムの開発、およびスイートソルガムに共生し栄養供給の働きを担う菌類を用いた生産性向上を図り、粗放的でも可能な栽培方法の確立を目指して研究を行なった。

栽培研究ではまず、スイートソルガムの糖収量に影響をおよぼす個体形質として、これまで研究報告が見られない茎の構成要素である伸長節間の数に注目して解析を行なった。その結果、伸長節間数は栽培条件の影響を強く受け、糖収量とも相関関係が認められることが明らかになった。つぎにバイオアルコールの原料として適した品種の選抜を行い、スーパーシュガー、クミアイソルガムハチミツ、甘味ソルゴーの3品種が有望であり、これら3品種は類似した形質を有していることを明らかにした。さらに、省力・低コスト栽培を目標として、施肥量とスイートソルガムの生長・収量との関係および無除草栽培に向けた栽培条件の検討を行なった。その結果、最適な施肥量は栽培年次によって変動すること、無除草栽培には播種時期を遅くし栽植密度を高めることが有効であることを明らかにした。高次倍数体の作出では、倍加試薬としてコルヒチンが適していることや、倍加処理に適した生育ステージ、倍加処理の時間、倍加試薬の濃度、倍加試薬の処理方法などの基礎的な倍加技術を確立させ、実際に倍加個体の作出に成功した。共生菌に関する研究では、スイートソルガムの生育促進に効果が認められる根部エンドファイトを見いだすことに成功し、それらの環境耐性への影響についても明らかにした。

以上より、スイートソルガムを利用したバイオ燃料生産のためにもとも基礎的で重要な原料作物の生産に関する知見を獲得することに成功し、本研究結果は今後のバイオ燃料生産の発展に寄与するものと考えられた。

## [キーワード]

スイートソルガム、糖、高次倍数体、共生菌、栽培

### 1. はじめに

イネ科の1年生作物であるスイートソルガム（学名：Sorghum bicolor Moench）は、従来、飼料用あるいは土壌改良用作物として利用されてきた。しかし、茎に高濃度（17～22%）の糖を蓄積することから、近年、バイオ燃料作物としての利用が期待されている。日本を含むアジア諸国ではスイートソルガムの遺伝資源も豊富であり、栽培適用地域が広いのも利点である。
糖溶液から酵母による発酵によってアルコールを生産する技術は従前より確立されている。しかし、スイートソルガム茎搾汁液を用いて、バイオアルコール生産を目的としたスイートソルガムの効率的な栽培管理方法を明確にした研究事例はみあたらない。

本小課題では、昨年度までにスイートソルガムの栽培方法等のマニュアル（耕種概要）を作成した。スイートソルガム利用の有利性が明らかになり、CO₂削減、環境修復等に有効であることを明示した。また、茨城県、日立市、かすみがうら市、阿見町など地域社会との連携のもと、その実現に向けての基礎的知見を明らかにした。

本年度、本小課題では、耕種概要にしたがって栽培実験を行い、搾汁液量および糖収量を点検することを目的とした。そして、栽培管理方法が適切であるかどうかや、効率的安定生産技術策定の観点から評価することを目的として研究を行なった。また、高次倍数体の有効性を明らかにし、共生菌類の有効利用等の観点から、粗放的な栽培管理方法の確立を目指して研究を行なった。

## 2 ．研究開発目的

本サブテーマ「食料経済リスク低減型燃料作物の開発・栽培に関する研究」では、バイオエタノール原料作物として高いポテンシャルを有している糖料作物であるスイートソルガムを対象作物として、以下（1）～（3）の3小課題を設定して研究を行なった。

## （1） 栽培制御研究

本小課題では、熱帯原産のC₄植物であるスイートソルガム（Sorghum bicolor）からの糖を採取し、バイオアルコールを生産すること目的としている。スイートソルガムは、種としてはソルガム類に分類される植物である。また、ソルガムはその生態的特徴や利用形態などによりいくつかに分類されるが、そのなかでスイートソルガムはソルゴー型に分類される糖料系ソルガム品種群のなかでも、とくに多量の糖を蓄積するソルガムを指す。スイートソルガムは現在わが国では、飼料作物や緑肥作物として利用されることがほとんどであり、乾物生産に着目した栽培方法の検討は行なわれているものの、糖を直接の収穫対象とした栽培条件の確立はいまだなされていない。そこで栽培制御研究ではスイートソルガムを利用したバイオアルコール生産の基本となる、原料作物の効率的栽培方法を確立することを目的として研究を行なった。栽培研究の具体的目標としては、まず糖収量に関連するスイートソルガム個体の形質を解析することとした。これまでは、地上部バイオマス等から糖収量に関連する形質が解析されてきたが、本研究ではより多角的に収量関連形質を見いだすことを目的として、これまで解析が行なわれていなかったスイートソルガムの茎の構成要素である伸長節間に焦点を当て、糖収量との関係性や栽培条件への反応を明らかにすることを目的とした。次に、実際栽培を行なう上で重要である、スイートソルガムからのアルコール生産に適した品種を選定するため、市販品種を中心とする品種群からの高糖量品種の選定を目的として栽培試験を行なった。さらに、本研究では耕作放棄地を対象とした栽培体系を確立すること想定しているが、スイートソルガムによる糖生産のための省力・低コスト栽培方法は未だ確立されていない。そこで、経済コストとして肥料の投入量、労働コストとして除草作業に着目し、省力・低コスト栽培による効率的栽培方法の確立のための研究蓄積を目的とした。
## （２）高次倍数体の開発

本小課題では、バイオエタノール原料である糖料作物スイートソルガムのさらなる高糖含量化を目指して検討を行った。代表的な糖料作物の倍数性をみると、テンサイ（Beta vulgaris ssp. vulgaris）は主要栽培品種の多くが3倍体であり、サトウキビ（Saccharum officinarum）にいたっては複数ゲノム由来の8倍体（2n=8x=80）または10倍体（2n=10x=80）である。これらの高次倍数化が糖料作物の貯蔵器官の大型化や高糖含量化に寄与している可能性がある。一方、スイートソルガムは単一ゲノム由来の2倍体（2n=2x=20）が中心であり、倍数性育種の報告もみあたらない。そこで本小課題では、スイートソルガムにおける染色体倍加による高次倍数化が、個体あたりの糖含量および大規模栽培に影響する草型や生育特性などの重要形質にどのような影響をおよぼすかを明らかにすることを目的とした。まずスイートソルガムの倍数性を操作するための基礎的な知見を得るため、染色体倍加剤としてコルヒチンまたはオリザリンを用いて、芽生え期と幼植物期のシュートを浸漬処理する方法を検討した。さらに、倍加剤への浸漬方法を改良することによって倍加効率を改善すると同時に、倍加植物体の自殖による増殖と世代の更新を行った。

## （３）共生菌を用いた安定生産技術の開発

本小課題では粗放的な環境下におけるスイートソルガムの安定生産を目的として、菌類エンドファイトに着目して研究を行った。菌類エンドファイトとは、生きている植物体の組織や細胞内で生活する菌類の総称である。とくに根部をおもな住みかとする根部エンドファイト（dark-septate endophytic fungus:DSE）は、宿主に定着することによって窒素やリン酸などの吸収促進や、Fusarium属菌やVerticillium属菌などによる萎凋病に対する耐病性を付与することが報告されている。本研究グループは2008年に、スイートソルガムに定着し生育促進効果を示すDSE、Phialocephala fortiniiの選抜に成功している。スイートソルガムは、播種後の低温条件において初期生育が遅延し、収穫時のバイオマス量の減少を引き起こすため問題となっている。そこで本小課題では、まず貧栄養や低温条件でのP. fortiniiによる生育促進効果の検討を目的とした。つぎに、実際の栽培条件下でスイートソルガムの生育促進効果を示すDSE選抜のため行なった土壌試験の結果、新たに選抜されたD. lagerstroemiae 24L-4およびVeronaeopsis simplex Y34を供試して、ピートモスを使用した低温条件下での栽培を行い、接種による生育への影響を明らかにすることを目的とした。さらに、これまでのエンドファイトの研究は、冷涼環境下によるものが主であったが、最近の研究から、冷涼環境下とは異なる地域でのDSEの生態解明や新規DSEを得ることを目的とした調査が行われ、西南暖地より新規DSEとして前出のV. simplexが獲得された¹。このV. simplexに関する研究は始まったばかりであり、生育促進効果に加えて、スイートソルガムやナタネに対してのCd耐性付与の効果が報告されている。また、茨城県内の森林土壌からはHelminthosporium velutinumが獲得され、スイートソルガムの生育を促進するエンドファイトとして報告されている²。これまでの研究から、スイートソルガムおよびナタネの生育を促進するDSE、V. simplex Y34, H. velutinum 41-I, およびP. fortinii BCaPC1という3菌株を選抜したが、これら3菌株は分離起源の気候帯がそれぞれ亜熱帯、温帯および亜寒帯気候と異なっている。そこで最後に、これら選抜菌株の温度に対する特徴及び植物-根部エンドファイト共生系栽培環境における温度の影響を明らかにすることを目的とした。
### 3. 研究開発方法

## （1） 栽培制御研究

## 1 ）スイートソルガム茎の伸長節間と糖収量との関係

2009年までに蓄積された栽培データを用いて解析を行なった。栽培は茨城大学農学部附属フィールドサイエンス教育研究センター内の圃場で行った。供試品種は高糖分ソルゴー、ビッグシュガーソルゴー、スーパーシュガーを用いた。施肥量はN- $ P_{2}O_{5} $ - $ K_{2}O $ それぞれ緩効性肥料（エコロング424-100）で9.0-7.7-9.0 $ g m^{-2} $ 、速効性肥料（クミアイ化成8-8-8）で3.0-3.0- $ 0.0 g m^{-2} $ を施与した。施肥方法は全量基肥で施与する方法と、速効性肥料を追肥する方法の2種類を用いた。2008年に6月10日および6月30日に植栽密度は条間80 cm、株間15 cm（8.3 plant $ m^{-2} $ ）で播種した。播種方法は1箇所3粒播きの点播とし、苗立後に1株1個体となるように間引きした。追肥は節間の急速伸長開始期（播種後45～50日）に行った。

処理区内の個体の半数以上が出穂した日を出穂日とし、出穂後15、30、45、60日に刈り取り調査を行った。調査項目は、草丈、稲長、葉枚数、伸長節間数（1cm以上の節間数）、各伸長節間における汁液のBrix値、各伸長節間中央部における茎の縦径と横径、葉身、葉鞘、伸長節間および穂の生体重と乾物重とした。これらの結果をもとに「茎水分含有量×Brix値/(100-Brix値)」の計算式で理論的茎糖含有量を求めた。得られた数値データはすべて分散分析およびTukey法による多重比較によって統計解析を行なった。

## 2 ）高糖量品種の選定

2010年および2011年の2シーズン栽培試験を行なった。両栽培年とも茨城大学農学部附属フィールドサイエンス教育センター内圃場で栽培した。2010年は、スクリーニングと位置づけ、広い範囲からバイオ燃料作物として適した品種を選抜するため、ソルゴー型ソルガムに加えて、子実型ソルガム、スーダン型ソルガムおよびスーダングラスを含む計12品種を供試した（表(1)-1）。施

肥は $ N-P_{2}O_{5}-K_{2}O $ それぞれ緩効性肥料（エコロング424-100）で9.0-7.7-9.0 g m $ ^{-2} $ 、速効性肥料（クミアイ化成8-8-8）で3.0-3.0 g m $ ^{-2} $ を全量基肥で施与した。圃場設計は1プロット4 m×4 mとし、各品種3反復を乱塊法で配置した。播種は2010年の6月1日に行なった。栽植密度は条間80 cm、株間15 cm（8.3 plant m $ ^{-2} $ ）で1個所3～5粒播種し、株立ち後に間引きして1株1個体とした。出芽後14、28、56、84日に生育調査として草丈、稈長、茎直径（基部の長径）、完全展開葉数を測定した。なお、出穂前の稈長は、最上

表(1)-1. 2010年の品種選抜試験に用いた品種

品種名	タイプ
ビッグシュガーソルゴー	ソルゴー型
風立	ソルゴー型
高糖分ソルゴー	ソルゴー型
スーパーシュガー	ソルゴー型
クミアイソルガムハチミツ	ソルゴー型
甘味ソルゴー	ソルゴー型
SIL-05	ソルゴー型
高消化ソルゴー	ソルゴー型
ゴールドソルゴーⅡ	ソルゴー型
ミニソルゴー	子実型
BMRスイート	スーダン型
シュガースリム	スーダングラス

位展開葉のカラーの位置とした。調査個体数は各プロット5個体、各品種計15個体とした。収穫調査は出穂日（各プロット内の半数以上の個体が出穂した日）を基準として、出穂日、出穂後30および60日の計3回行なった。調査項目は草丈、稲長、伸長節間数、茎直径（基部の長径と短径）、
茎生体重、薬生体重、穂生体重、茎乾物重、葉乾物重、穂乾物重、茎搾汁効率、茎搾汁液容積、茎搾汁液重量、茎搾汁液Brix値とした。搾汁にはサトウキビ用搾汁機をスイートソルガム用に改良した搾汁機（Model SA-L、奥原鉄工、沖縄）を用いた。搾汁液容積にBrix値を乗じて理論的糖収量とした。

2011年は2010年の結果と、本研究グループの以前の栽培研究結果から糖収量が優れると判断さ

れた4品種（表(1)-2）を用いた。播種は2011年5月16日、6月1日、6月15日の3回行なった。施肥量は2010年の栽培試験と同量とした。各品種6月1日播種区のみ、速効性肥料を追肥として施与した追肥区を設置した。追肥は節間急

表(1)-2. 2011年の品種選抜試験に用いた品種

品種名	タイプ
ビッグシュガーソルゴー	ソルゴー型
スーパーシュガー	ソルゴー型
クミアイソルガムハチミツ	ソルゴー型
甘味ソルゴー	ソルゴー型

速伸長開始期と判断された播種後54日に行なった。生育調査は2010年の栽培試験と同様に行なった。収穫調査は、2010年の栽培試験と同様の項目について行なったが、収穫調査を行なった日を出穂後30、45、60日に変更した。この変更は2010年の結果を受けて、より糖蓄積量が高まる時期を詳細に検討するために行なった。また、5月16日播種区のビッグシュガーソルゴーは台風による倒伏のため、一部の収量データが欠落した。

統計処理には分散分析およびTukeyの多重比較を行なった。年次間差異、播種日間差異の検定には2元配置分散分析を行なった。なお、本報告書では一部のデータを割愛して記載している。

## 3 ）最適な施肥量の検討

2010年および2011年の2シーズン栽培試験を行なった。両栽培年とも茨城大学農学部附属フィールドサイエンス教育センター内圃場で栽培試験を行なった。品種はスーパーシュガーを用いて、4水準の施肥量で栽培研究を行なった（表(1)-3）。圃場設計は1プロット6 m×9 mとし、各処理区3

表(1)-3. 施肥量の検討に用いた各処理区の施肥量

处理区	缓効性肥料（g m^{-2}）	速効性肥料（g m^{-2}）	合計
N	P_{2}O_{5}	K_{2}O	N	P_{2}O_{5}	K_{2}O	N	P_{2}O_{5}	K_{2}O
N0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0
N6	4.5	3.9	4.5	1.5	1.5	1.5	6.0	5.4	6.0
N12	9.0	7.7	9.0	3.0	3.0	3.0	12.0	10.7	12.0
N24	18.0	15.4	18.0	6.0	6.0	6.0	24.0	21.4	24.0

緩効性肥料：エコロング424（100日溶出タイプ）

速効性肥料：クミアイ化成8-8-8

反復を乱塊法で配置した。2010年6月2日および2011年6月1日に条間80 cm、株間15 cm（8.3 plant m^{-2}）で1個所3～5粒播種し、株立ち後に間引きして1株1個体とした。出芽後14、28、56、84日に生育調査として稲長、完全展開葉数、SPAD値（最上位展開葉の1枚下の葉を測定）、茎直径（基部の長径と短径）を測定した。出穂後30、45、60日に収穫調査として茎生体重、葉生体重、穂生体重、茎乾物重、葉乾物重、穂乾物重、茎搾汁液容積、茎搾汁液重量、茎搾汁液Brix値を測定した。統計処理には分散分析およびTukeyの多重比較を行なった。年次間差異の検定には2元配置分散分析を行なった。なお、本報告書では一部のデータを割愛して記載している。
## 4 ）無除草栽培の検討

2010年に茨城大学農学部附属フィールドサイエンス教育センター内圃場で栽培試験を行なった。2010年6月2日および7月15日の2回播種した。供試品種はスーパーシュガーを用いた。栽植密度および除草の有無によって処理区を設けた（表(1)-4）。播種は既出の播種方法と同様、1個所3～5粒播種し、株立ち後に間引きして1株1個体とした。生育期間中に雑草の発生量および雑草の被覆率を測定した。すべての処理区について出穂後30日に収穫調査を行ない、稲長、茎直径、茎生体重、茎乾物重、伸長節間数、搾汁液容積、搾汁

表(1)-4 無除草栽培の検討に用いた各処理区における除草の有無と栽植密度の違い

除草の有無	条間(cm)	株間(cm)	栽植密度(本 m^{-2})
慣行区	除草	80	15	8.3
80×15区	80	15	8.3
40×15区	無除草	40	15	16.7
80×7.5区	80	7.5	16.7

液Brix値を測定した。得られた数値データはすべて分散分析およびTukey法による多重比較によって統計解析を行なった。

## （２）高次倍数体の開発

## 1 ）染色体倍加剤と処理ステージの検討

材料として、スイートソルガムの高糖含量純系品種SIL-05を用いた。染色体倍加薬剤としては、0.01または0.1%濃度のコルヒチンおよび0.001または0.01%濃度のオリザリンを用いた。倍加処理は以下の手順で行った（図(1)-1）。ペトリ皿に敷いたろ紙上にSIL-05の種子をプラスチックメッシュで固定し、蒸留水に浸して発芽させた。発芽直後の芽生え期および2～3葉展開期に各濃度の薬剤に24または120時間浸漬し処理した（表(1)-5）。倍加処理した個体を洗浄後、黒土を詰めたポットに移植して育成し、約30日後に生存率を調査した。生存個体については、薬を材料としてフローサイトメトリー（FCM）によって倍数性を評価した。

(a)

(d)

(b)

(c)

図(1)-1. スイートソルガムの染色体倍加操作および評価手順(a)SIL-5の種子をペトリ皿に播種し，プラスチックメッシュで固定した。(b)芽生え期または2-3葉期（写真）まで育成した後、(c)シャーレとともに裏返してコルヒチンまたはオリザリンに浸漬処理した。(d)処理後の個体を洗浄後に鉢上げし、約30日育成した後に生存率を調査した。生存個体の倍数性はフローサイトメトリー（FCM）で評価した。
表(1)-5．染色体倍加处理の処理時期、処理時間、処理剤および処理濃度

倍加処理した生育段階	浸責時間	倍加薬剤	処理濃度(%)
芽生え期	24	コルヒチン	0.1
0.01
オリザリン	0.01
0.001
蒸留水
120	コルヒチン	0.1
0.01
オリザリン	0.01
0.001
蒸留水
2-3葉期	24	コルヒチン	0.1
0.01
オリザリン	0.01
0.001
蒸留水
120	コルヒチン	0.1
0.01
オリザリン	0.01
0.001
蒸留水

## 2 ）染色体倍加剤への浸漬方法の改良

1）と同様にスイートソルガムの高糖含量純系品種SIL-05を用いた。染色体倍加薬剤としては、0.01または0.1％濃度のコルヒチンを用いた。1）において結果が良好であった発芽直後の芽生え期および2～3薬展開期に各濃度の薬剤に24時間浸漬処理する方法を対照とした（以降、従来法と記す）。従来法の欠点である茎基部の生長点へのコルヒチンの浸透を促進するため、薬を切り詰めた後に切断部を薬剤に浸漬する改良法（以降、改良法Ⅰと記す）、さらにこれに加えて減圧下で浸漬処理を行う改良法（以降、改良法Ⅱと記す）をそれぞれ検討した（図(1)-2）。薬液処理後の個体は、よく洗浄した後に黒土を詰めたポットに移植して育成し、約30日後に生存率を調査した。生存個体については、薬を材料としてフローサイトメトリー（FCM）により倍数性を評価した。
図(1)-2. スイートソルガムの染色体倍加方法の改良. ‘SIL-5’の種子をペトリ皿に播種し、プラスチックメッシュで固定し、芽生え期または2-3葉期まで育成した。改良法ⅠおよびⅡでは倍加処理前に薬液の浸透を促進するために葉を切りつめた後、シャーレとともに裏返してコルヒチンに浸漬処理した。さらに改良法Ⅱでは、浸漬時に減圧処理を行った。処理後の個体を洗浄後に鉢上げし、約30日育成した後に生存率を調査した。生存個体の倍数性はフローサイトメトリー（FCM）で評価した。

## 3 ）倍加個体の自殖による増殖

高次倍数化が確認された個体を鉢上げし、自殖種子の採種を行った。さらに、採種後に切り戻しを行い、栄養体の維持を試みた。

## （３）共生菌を用いた安定生産技術の開発

## 1 ）貧栄養、低温条件での生育促進効果

最適な栄養条件を検討するため、硝酸態窒素、バリン、およびNA：ネイチャーエイド（アミノ酸態窒素を含む有機の液肥）の3種の異なる窒素源を添加した寒天培地を作成し、それぞれ窒素濃度を10 mg/L、100 mg/Lに調整した。また、窒素を添加しない無窒素条件の寒天培地も作成した。低温条件の検討として、スイートソルガムを圃場栽培した際に低温による生育遅延が認められた月の平均気温が約13℃であったことから、今回は低温条件を13℃と設定した。P. fortiniiを寒天培地上で培養した後、同コロニー上に表面殺菌したスイートソルガム種子を直接播種し、低温条件（13℃）においてグロウスチャンバー内で3週間無菌的に植物の栽培を行った。栽培後、地上部の乾燥重量を求め、さらに薬緑素を測定し対照区と比較した（図(1)-3）。
### 図(1)-3. 貧栄養、低温条件での生育効果促進における実験手順

1. 供試菌をOat Meal（OM）寒天培地に接種し、菌を培地上にコロニー形成させる。

2. 表面殺菌したスイートソルガム種子（ビッグシュガーソルゴー）をあらかじめ供試菌を培養しておいたOM寒天培地に播種。

3．プラスチックポットを使用して無菌的に3週間23℃、16/8（Light/Dark）、60μmol m^{-2} s^{-2}の条件にて栽培。

4. 栽培後、地上部の乾燥重量を測定し、対照区（菌非接種区）と比較。

## 2 ）低温条件下における影響解析

### a. エンドファイト接種用培養土の作成

スイートソルガム種子を水洗後、2時間吸水させた。121℃で15分間オートクレーブ滅菌を2回行なった。この滅菌したソルガムにD. lagerstroemiaeおよびV. simplexの菌糸片懸濁液を添加し、接種した。これを、室温にて2～3週間培養し、クリーンベンチ内で約1週間風乾させた。乾燥した菌体を、粉末化し、菌体粉末とした。プラントボックス内の滅菌ピートモスと菌体粉末を1:9=(v:v)の割合で混和し、これを室温にて5～7日間培養し、接種用培養土を作製した。N源として、100mg N/lに調整した有機の液肥・ネイチャーエイドを10mlずつ添加した。

### b. スイートソルガムへのエンドファイトの接種

表面殺菌後、発根させたソルガム苗をプラントボックス内の培養土に静置し、13℃、16時間明期、60μmol m⁻² s⁻¹の育苗棚で育苗した。21日後にソルガムの地上部および地下部を回収し、地上部は植物バイオマス量を求め、地下部は定着様式の観察に用いた。各処理区4反復行った。

### c. 宿主根の横断切片観察および植物バイオマスの測定

育苗したソルガムの根を回収し、クリオスタットミクロトームで約10～16μmの横断切片を作成した。0.05%コットンブルー（50%酢酸）で染色後、光学顕微鏡観察した。植物バイオマスは、回収した植物体を60℃で48時間以上乾燥させ、乾燥重量を測量した。

## 3 ) 植物—根部エンドファイト共生系栽培環境における温度の影響

### a. 供試菌株至適温度の調査

それぞれの接種源を培地中央に静置し、6℃、13℃、23℃、30℃及び37℃にて14日間培養を行った。培養後、生育した菌叢をフィルターごと回収し60℃で72時間以上乾燥させ、乾燥重量をバイオマス量とした。
### b. Cd含有条件における根部エンドファイト最適接種温度の調査

培地上で供試菌が室温にてコロニーが培地全体に広がるまで培養した。その後、表面殺菌し、素寒天培地上で発根させておいた供試植物苗を1〜トリディッシュあたり2苗ずつ静置し、滅菌したプラスチックポット(幅約7 cm、高さ約10 cm)内で13℃、23℃及び30℃、16時間明期、60 μmol m⁻²s⁻¹の育苗棚で育苗した。なお、エンドファイトを接種していない処理区を対照区とした。21日後に供試植物の地上部を回収し、バイオマスの測定を行った。

### c. 宿主根の横断切片観察および植物バイオマスの測定

育苗したソルガムの根を回収し、クリオスタットミクロトームで約10～16μmの横断切片を作成した。0.05%コットンブルー（50%酢酸）で染色後、光学顕微鏡観察した。植物バイオマスは、回収した植物体を60℃で48時間以上乾燥させ、乾燥重量を測量した。

## 4 ．結果及び考察

## （1） 栽培制御研究

1）スイートソルガム茎の伸長節間と糖収量との関係

施肥区、収穫日を込みにして品種間で伸長節間数を比較すると、それぞれの播種日において品種間差異が認められた（表(1)-6）。両播種日ともビッグシュガーソルゴーがもっとも伸長節間数が多かった（表(1)-6）。

施肥区、収穫日を込みに

種間差異が認められた（表(1)-6）。

播種日間で伸長節間数を比較すると、6月10日播種区で比較的多い傾向を示し、とくにビッグシュガーソルゴーで顕著であった（表(1)-6、7）。施肥方法による一定の傾向は認められなかった（表(1)-7、8）。

播種日間における播種か

表(1)-6. それぞれの品種における施肥区、収穫時期を こみにしたときの伸長節間数

品種	播種日
6月10日	6月30日
高糖分ソルゴー	14.1 c	13.4 c
ビッグシュガーソルゴー	18.0 a	14.8 a
スーパーシュガー	15.5 b	13.8 b

同一播種日内で同一ビアルファベットを含む数値間には5％水準におけるTukey法による有意差はない

ら出穂まで日数の変動は品種によって異なっていた（表(1)-9）。すなわち、ビッグシュガーソルゴーでは6月10日播種に比べて6月30日播種では14日間短かったのに対し、高糖分ソルゴーでは6日、スーパーシュガーでは8日短かった（表(1)-9）。この播種から出穂まで日数の変化は伸長節間数に大きく影響を与えていると考えられた。これらのことから伸長節間数の品種間差異と播種日に対する反応は、品種の早晚性に強く影響を受けていると考えられた。播種日と施肥区を込みにした場合、伸長節間数と茎糖含有量との間には相関係数は低いものの、有意な正の相関関係が認められた（表(1)-10）。ビッグシュガーソルゴーでは、6月30日播種では6月10日播種に比較して茎糖含有量、伸長節間数ともに低い値を示した。すなわち、伸長節間数の増加はシンク器官である茎のバイオマス量を増加させるため、茎糖含有量の向上に寄与すると考えられた。以上の結果、播種日が伸長節間数におよぼす影響は品種によって異なり、晩生の品種ほど播種日の影響を強く受け、糖含有量の増減にも強い影響をおよぼすものと考えられた。これらの結果から、安定多収栽培条件を得るためには、品種の早晚を考慮した播種日の設定が重要であることが示唆された。
表(1)-7. 各処理区における伸長節間数

播種日	収穫日(出穗後日数)	施肥区	品種
高糖分	ビッグ	スーパー
6月10日	15	基肥	13.5 cd	18.1 b	16.1 a
追肥	14.6 b	17.1 c	15.5 b
30	基肥	14.4 bc	17.7 b	15.1 b
追肥	14.0 bc	17.8 d	15.2 b
45	基肥	13.9 c	18.8 a	16.2 a
追肥	14.6 b	18.3 ab	14.5 c
60	基肥	14.0 c	19.2 a	16.1 a
追肥	14.3 bc	17.0 c	15.1 b
6月30日	15	基肥	13.4 cd	14.4 e	13.3 de
追肥	11.9 e	14.7 e	13.0 e
30	基肥	13.4 cd	14.7 e	14.3 c
追肥	13.5 cd	14.7 e	13.2 de
45	基肥	13.0 d	14.5 e	13.7 d
追肥	15.4 a	14.4 e	13.8 cd
60	基肥	13.3 cd	14.9 e	14.6 bc
追肥	13.6 cd	15.8 d	14.5 c

同一品種内で同一アルファベットを含む数値間には5％水準におけるTukey法による有意差はない

表(1)-8. それぞれの処理区における伸長節間数の播種日間での比較

収穫日(出穗後日数)	施肥区	播種日	品種
高糖分	ビッグ	スーパー
15	基肥	6月10日	13.5	ns	18.1	***	16.1	***
6月30日	13.4	14.4	13.3
追肥	6月10日	14.6	***	17.1	***	15.5	***
6月30日	11.9	14.7	13.0
30	基肥	6月10日	14.4	**	17.7	***	15.1	*
6月30日	13.4	14.7	14.3
追肥	6月10日	14.0	ns	17.8	***	15.2	***
6月30日	13.5	14.7	13.2
45	基肥	6月10日	13.9	**	18.8	***	16.2	***
6月30日	13.0	14.5	13.7
追肥	6月10日	14.6	*	18.3	***	14.5	*
6月30日	15.4	14.4	13.8
60	基肥	6月10日	14.0	*	19.2	***	16.1	***
6月30日	13.3	14.9	14.6
追肥	6月10日	14.3	*	17.0	**	15.1	*
6月30日	13.6	15.8	14.5

*, **, ***, それぞれ5%, 1%および0.1%水準でt検定による有意あり

ns, 有意差なし
表(1)-9. それぞれの品種における出穂日および播種から出穂まで日数

播種日	品種	出穂日	播種から出穂まで日数
6月10日	高糖分	9月10日	92
ビッグ	10月6日	118
スーパー	9月15日	97
6月30日	高糖分	9月25日	86
ビッグ	10月12日	104
スーパー	9月28日	89

表(1)-10. 伸長節間数と茎糖含有量との間の相関係数

品種	6月10日播種	6月30日日播種
NEI	SSC	相関係数	NEI	SSC	相関係数
高糖分	14.1	63.6	0.4437**	13.4	65.9	0.7181**
ビッグ	18.0	91.2	0.5781**	14.8	65.1	0.4896**
スーパー	15.5	64.9	0.3530**	13.8	75.3	0.6045**

**，1%水準で有意；NEI，伸長節間数；SSC，茎糖含有量（g plant $ ^{-1} $ ）.

## 2 ）高糖量品種の選定

2010年の栽培試験における各品種の生育を比較すると、草丈はビッグシュガーソルゴーがもっとも高く、次に甘味ソルゴー、クミアイソルガムハチミツの順であった（表(1)-11）。稲長も同

表(1)-11. 2010の品種選抜試験に用いた品種における草丈（cm）の推移

品種	出芽後日数
14	28	56	84
ビッグシュガーソルゴー	27.2	±	2.6	abc	82.5	±	4.1	abc	247.8	±	9.0	a	379.2	± 9.0 a
風立	31.1	±	2.2	ab	75.5	±	3.4	abcd	144.5	±	4.4	f	253.1	± 8.1 d
高糖分ソルゴー	20.8	±	1.8	c	65.8	±	4.0	cd	192.9	±	3.9	e	293.8	± 9.7 c
スーパーシュガー	22.9	±	1.4	bc	73.1	±	3.1	bcd	206.6	±	5.3	de	316.2	± 9.9 bc
ミニソルゴー	31.3	±	2.5	ab	80.0	±	3.6	abc	140.4	±	2.6	f	142.8	± 1.2 f
クミアイソルガムハチミツ	27.9	±	1.3	abc	82.2	±	2.4	abc	237.7	±	5.1	abc	342.5	± 7.0 b
シュガースリム	32.0	±	2.9	ab	84.8	±	6.0	ab	229.0	±	7.6	abcd	-
高消化ソルゴー	33.4	±	1.1	a	93.5	±	3.0	a	237.9	±	4.3	ab	244.5	± 3.3 de
甘味ソルゴー	24.5	±	1.3	abc	75.2	±	2.7	bcd	208.6	±	3.7	bcde	346.9	± 5.1 ab
ゴールドソルゴーⅡ	29.6	±	2.4	abc	77.8	±	4.2	abc	207.3	±	10.9	cde	210.7	± 11.7 e
SIL-05	23.4	±	2.0	abc	59.2	±	3.7	d	180.4	±	5.9	e	328.7	± 8.4 bc
BMRスイート	33.3	±	3.1	a	78.8	±	4.8	abc	223.6	±	9.4	abcd	-

同一調査日内で同一アルファベットを含む数値間には5％水準におけるTukey法による有意差はない；-，データ無し；±標準誤差

様にビッグシュガーソルゴー、甘味ソルゴー、クミアイソルガムハチミツの3品種が高かったが、その序列は草丈とは異なり、甘味ソルゴー、クミアイソルガムハチミツ、ビッグシュガーソルゴーの順であった（表(1)-12）。草丈の高くなる品種はいずれもソルゴータイプに分類される品種であり、最終生育調査日である出芽後84日ではグレインタイプであるミニソルゴーは草丈、稈長ともにもとも高い品種の半分にも満たなかった（表(1)-1、11、12）。また、草丈、稈長の品種間差異は生育初期には小さく、生育が進むにつれて拡大する事が明らかになった（表(1)-11、12）。茎直径は出芽後14日では品種間差異は認められなかったが、出芽後28日以降は大きくなる傾向が認められた（表(1)-13）。出芽後84日の茎直径は風立のみ極めて太く、35mm程度であり、他品種