| 2022.07.07（木） |
[研究発表]イネが被害を受けやすい時期と害虫の発生時期が
重なることが斑点米の発生を助長することを長期データと
シミュレーションから解明
|
|---|
主にカメムシ類が引き起こす斑点米(注1)の発生は、コメの品質を落とし、価格を下落させるため、コメ農家にとって最も悩ましい課題の一つだ。近年、東北地方では斑点米被害を起こすカメムシ類の発生面積が増加傾向にあり、各地で対策が行われている。
しかし、斑点米被害を引き起こす主要なカメムシ類は複数種にわたること、これらの多くは在来種であり、年ごと•地域ごとに発生数が大きくばらつくこと等から、その被害予測は困難であった。
東京都立大学大学院 都市環境科学研究科の田村優衣大学院生(当時)、大澤剛士准教授、中央大学の高田まゆら教授、農研機構 東北農業研究センターの田渕研上級研究員、国立環境研究所の吉岡明良主任研究員らの研究チームは、イネの出穂時期データと気象データに基づくカメムシ２種の発生シミュレーションを組み合わせることで、斑点米はイネとカメムシの成長タイミングが一致したときに発生する可能性が高いことを明らかにした。
この成果は斑点米被害の発生を予測すること、更にはイネの脆弱期間とカメムシの攻撃期間が重ならないように作付け時期や防除時期をコントロールする等、気候変動下における農業の適応策につながることが期待される。
■本研究成果は７月６日付けで、Springer-Natureが発行する英文誌『Scientific Reports』上で発表された。本研究はJSPS科研費16H05061の助成を受けたものだ。
＜ポイント＞
・斑点米被害は、わが国の水稲作に多大なる被害をもたらしている重要課題。
・イネの出穂時期データとカメムシの発生シミュレーションを組み合わせることで、斑点米はイネとカメムシの成長タイミングが一致したときに発生する可能性が高いことが明らかになった。これはその年の気象条件が斑点米発生に強く関連することを示唆する。
・本研究の成果を活用することで、気候変動下において斑点米被害がどのように変化するかを予測する等、将来的な被害予測や被害回避に貢献することが期待できる。
＜研究の背景＞
食料の安定的な生産は農業の最も重要な役割だ。加えて農業を行う農地は、良好な景観の形成や生物多様性の保全等、食料生産以外にも多面的な機能を持ち、様々な利益を私たちにもたらしてくれる。
但し農業活動は自然環境を利用する活動であるため、害虫発生をはじめとする様々な困難を避けることができない。水稲作はわが国の農地の約半分を占める主要な農業形態だが、これまで様々な病害虫の被害に悩まされてきた。
農業関係者は安定的な食料生産に向け、これら病虫害に対する研究や技術開発に取り組み、克服してきた。それでも新たな課題は尽きることなく発生する。現在の水稲作においては、カメムシ類の吸汁によってコメが変色し、価格が下落する「斑点米」(図1)の抑制が、最も重要な課題の一つとなっている。
斑点米の被害は全国各地で発生しているが、東北地方では近年その発生面積が増加傾向にある。東北における斑点米発生の主要因はアカスジカスミカメ(Stenotus rubrovittatus)(以下「アカスジ」という)及びアカヒゲホソミドリカスミカメ(Trigonotylus caelestialium)(「アカヒゲ」という)(図２)によるものと考えられている。
これらカメムシはいずれも体長4-5 mm程度の在来種であり、それぞれ野外での発生数が年ごと、地域ごとで大きくばらつくことが知られている。さらに斑点米自体の発生も年や地域で大きくばらつき、どういった条件下で被害が発生するのかというメカニズムは不明のままで、農業関係者もこの対策に苦慮している。一つの可能性として気候変動の影響が挙げられていたが、詳細な原因については未解明のままであった。
図１.カメムシのの吸汁によって発生した斑点米。米粒が部分的に黒や茶褐色に変色してしまう。
図２.左からアカスジカスミカメ、アカヒゲホソミドリカスミカメ。
<研究の詳細＞
東京都立大学、中央大学、農研機構、国立環境研究所らの研究チームは、気象条件に対する応答がイネとカメムシで異なるのではないかという予測の下、長期観測データと気象データに基づくシミュレーションを組み合わせることで、斑点米の発生メカニズムを検討した。
まず秋田県の農業関係機関の協力の下、県内全域を対象に2003年から2013年までの11年分という長期的なイネの観測データおよび斑点米被害データを一元化した。このデータを分析した結果、アカスジ、アカヒゲの両種が餌資源として好み、積極的に攻撃を仕掛けるイネの出穂期(イネの茎から穂が出てくる時期:図3)は11年間で基本的に変わっていないことが明らかになった。
図３.出穂期のイネ。
続いて毎日の温度から、対象生物ごとに設定される基準値を超えた温度の合計値によって生物の成長段階を推定する有効積算温度(注2)という考え方に基づいて、イネのデータと同じ期間のアカスジ、アカヒゲの生活史を日別の気象データを用いたシミュレーションによって推定した。
既往研究においてアカスジは第二世代(注3)の成虫期に、アカヒゲは第三世代の幼虫期にイネを積極的に加害することが明らかになっている。そこで各年のいつ、両種の攻撃期間があったかを推定した結果、両種とも11年間でイネを攻撃する期間が早期化している傾向が見出された。
さらにこれらイネの観測データと推定したカメムシの攻撃期間を組み合わせ、斑点米被害の発生との関係を検討した。具体的には既往研究によって各カメムシがイネを積極的に攻撃するとされる出穂後の一定期間、すなわちイネの脆弱期間とカメムシの攻撃期間が一致した年には斑点米が発生するという予想に基づいた統計的な検討を行った。
その結果、秋田県においてアカヒゲが優占していた期間(2003年～2005年)は、イネの出穂期とアカヒゲの幼虫期間が重複していた地域で斑点米が発生する傾向が強いこと(図4)、アカスジが優占していた期間(2006年～2013年)においては、イネの出穂期とアカスジの成虫期間が重複している地域で斑点米が発生する傾向が強いことがそれぞれ示された(図5)。
これらの結果は、気象条件に対するイネとカメムシの反応が異なること、その年、地域の気象条件にそれぞれ反応して決まるイネの脆弱期間とカメムシの攻撃期間が一致した場合に、斑点米の被害が発生している可能性を示唆している。
図４.イネの出穂期とアカヒゲホソミドリカスミカメ第三世代の幼虫期間(イメージ)。
図５.イネの出穂期とアカスジカスミカメ第二世代の成虫期間(イメージ)。
＜研究の意義と波及効果＞
既往研究においても、植物と動物では気候変動に対する応答性が異なることは議論されており、その結果として生物間の相互作用も変化しうる可能性が考えられてきたが、この検証には長期かつ広域的な観測データが必要となるため、実証研究は限られていた。
本研究は農作物と有効積算温度によるシミュレーションを組み合わせ、気候変動に応じて生物間の相互作用が実際に変化しうることを実証したものとなる。気象条件はコントロールできないが、農作物であるイネの成長は栽培スケジュール等を工夫することで、ある程度コントロール可能であるため、将来的にはイネの脆弱期間とカメムシの攻撃期間をずらし、斑点米の発生を防ぐ農法等を確立することが可能になるかもしれません。
さらには将来気候を予測する研究は多々行われているため、これら将来気候の予測結果を利用してカメムシの発生を予測することも可能になるかもしれません。本研究は斑点米の発生を予測する上で重要な知見になるとともに、現在も進行する気候変動が様々な生物間の相互作用にどう影響するかに対して、一つの重要な示唆を与えてくれるものでもある。
【用語解説】
注１)斑点米：主にカメムシ類の吸汁によってコメが傷つき、そこから細菌類が入り込んだ後、カビが繁殖することで変色してしまう被害。法律で定められたコメの品質を示す「等級」を大きく低下させ、玄米の買い取り価格を下落させてしまう。
【論文情報】
＜タイトル＞
“Estimating plant-insect interactions under climate change with limited data.”
＜著者名＞
Yui Tamura, Takeshi Osawa, Ken Tabuchi, Kazuhisa Yamasaki, Tokumitsu Niiyama, Shigeto Sudo, Yasushi Ishigooka, Akira Yoshioka, Mayura B. Takada
＜雑誌名＞
Scientific Reports（2022）
＜DOI＞
10.1038/s41598-022-14625-9
お問い合わせ先
＜研究に関すること＞
東京都立大学大学院 都市環境科学研究科 准教授 大澤剛士
TEL：042-677-2623 E-mail：arosawa(末尾に“@tmu.ac.jp”をつけてください）
中央大学理工学部 教授 高田まゆら
E-mail：mayura.203(末尾に“@g.chuo-u.ac.jp”をつけてください）
農研機構 東北農業研究センター 上級研究員 田渕研
E-mail：tabuchik(末尾に“@affrc.go.jp”をつけてください）
国立研究開発法人国立環境研究所 福島地域協働研究拠点 主任研究員 吉岡明良
E-mail：yoshioka.akira(末尾に“@nies.go.jp”をつけてください）
＜大学•機関に関すること＞
東京都公立大学法人
東京都立大学管理部 企画広報課 広報係
EL：042-677-1806 E-mail：info(末尾に“@jmj.tmu.ac.jp”をつけてください）
中央大学 広報室
E-mail：kk-grp(末尾に“@g.chuo-u.ac.jp”をつけてください）
国立研究開発法人 農業•食品産業技術総合研究機構
東北農業研究センター広報チーム
TEL：019-643-3414 E-mail：www-tohoku(末尾に“@naro.affrc.go.jp”をつけてください）
国立研究開発法人 国立環境研究所
企画部広報室
TEL：029-850-2308 E-mail：kouhou0(末尾に“@nies.go.jp”をつけてください）
しかし、斑点米被害を引き起こす主要なカメムシ類は複数種にわたること、これらの多くは在来種であり、年ごと•地域ごとに発生数が大きくばらつくこと等から、その被害予測は困難であった。
東京都立大学大学院 都市環境科学研究科の田村優衣大学院生(当時)、大澤剛士准教授、中央大学の高田まゆら教授、農研機構 東北農業研究センターの田渕研上級研究員、国立環境研究所の吉岡明良主任研究員らの研究チームは、イネの出穂時期データと気象データに基づくカメムシ２種の発生シミュレーションを組み合わせることで、斑点米はイネとカメムシの成長タイミングが一致したときに発生する可能性が高いことを明らかにした。
この成果は斑点米被害の発生を予測すること、更にはイネの脆弱期間とカメムシの攻撃期間が重ならないように作付け時期や防除時期をコントロールする等、気候変動下における農業の適応策につながることが期待される。
■本研究成果は７月６日付けで、Springer-Natureが発行する英文誌『Scientific Reports』上で発表された。本研究はJSPS科研費16H05061の助成を受けたものだ。
＜ポイント＞
・斑点米被害は、わが国の水稲作に多大なる被害をもたらしている重要課題。
・イネの出穂時期データとカメムシの発生シミュレーションを組み合わせることで、斑点米はイネとカメムシの成長タイミングが一致したときに発生する可能性が高いことが明らかになった。これはその年の気象条件が斑点米発生に強く関連することを示唆する。
・本研究の成果を活用することで、気候変動下において斑点米被害がどのように変化するかを予測する等、将来的な被害予測や被害回避に貢献することが期待できる。
＜研究の背景＞
食料の安定的な生産は農業の最も重要な役割だ。加えて農業を行う農地は、良好な景観の形成や生物多様性の保全等、食料生産以外にも多面的な機能を持ち、様々な利益を私たちにもたらしてくれる。
但し農業活動は自然環境を利用する活動であるため、害虫発生をはじめとする様々な困難を避けることができない。水稲作はわが国の農地の約半分を占める主要な農業形態だが、これまで様々な病害虫の被害に悩まされてきた。
農業関係者は安定的な食料生産に向け、これら病虫害に対する研究や技術開発に取り組み、克服してきた。それでも新たな課題は尽きることなく発生する。現在の水稲作においては、カメムシ類の吸汁によってコメが変色し、価格が下落する「斑点米」(図1)の抑制が、最も重要な課題の一つとなっている。
斑点米の被害は全国各地で発生しているが、東北地方では近年その発生面積が増加傾向にある。東北における斑点米発生の主要因はアカスジカスミカメ(Stenotus rubrovittatus)(以下「アカスジ」という)及びアカヒゲホソミドリカスミカメ(Trigonotylus caelestialium)(「アカヒゲ」という)(図２)によるものと考えられている。
これらカメムシはいずれも体長4-5 mm程度の在来種であり、それぞれ野外での発生数が年ごと、地域ごとで大きくばらつくことが知られている。さらに斑点米自体の発生も年や地域で大きくばらつき、どういった条件下で被害が発生するのかというメカニズムは不明のままで、農業関係者もこの対策に苦慮している。一つの可能性として気候変動の影響が挙げられていたが、詳細な原因については未解明のままであった。
図１.カメムシのの吸汁によって発生した斑点米。米粒が部分的に黒や茶褐色に変色してしまう。
図２.左からアカスジカスミカメ、アカヒゲホソミドリカスミカメ。
<研究の詳細＞
東京都立大学、中央大学、農研機構、国立環境研究所らの研究チームは、気象条件に対する応答がイネとカメムシで異なるのではないかという予測の下、長期観測データと気象データに基づくシミュレーションを組み合わせることで、斑点米の発生メカニズムを検討した。
まず秋田県の農業関係機関の協力の下、県内全域を対象に2003年から2013年までの11年分という長期的なイネの観測データおよび斑点米被害データを一元化した。このデータを分析した結果、アカスジ、アカヒゲの両種が餌資源として好み、積極的に攻撃を仕掛けるイネの出穂期(イネの茎から穂が出てくる時期:図3)は11年間で基本的に変わっていないことが明らかになった。
図３.出穂期のイネ。
続いて毎日の温度から、対象生物ごとに設定される基準値を超えた温度の合計値によって生物の成長段階を推定する有効積算温度(注2)という考え方に基づいて、イネのデータと同じ期間のアカスジ、アカヒゲの生活史を日別の気象データを用いたシミュレーションによって推定した。
既往研究においてアカスジは第二世代(注3)の成虫期に、アカヒゲは第三世代の幼虫期にイネを積極的に加害することが明らかになっている。そこで各年のいつ、両種の攻撃期間があったかを推定した結果、両種とも11年間でイネを攻撃する期間が早期化している傾向が見出された。
さらにこれらイネの観測データと推定したカメムシの攻撃期間を組み合わせ、斑点米被害の発生との関係を検討した。具体的には既往研究によって各カメムシがイネを積極的に攻撃するとされる出穂後の一定期間、すなわちイネの脆弱期間とカメムシの攻撃期間が一致した年には斑点米が発生するという予想に基づいた統計的な検討を行った。
その結果、秋田県においてアカヒゲが優占していた期間(2003年～2005年)は、イネの出穂期とアカヒゲの幼虫期間が重複していた地域で斑点米が発生する傾向が強いこと(図4)、アカスジが優占していた期間(2006年～2013年)においては、イネの出穂期とアカスジの成虫期間が重複している地域で斑点米が発生する傾向が強いことがそれぞれ示された(図5)。
これらの結果は、気象条件に対するイネとカメムシの反応が異なること、その年、地域の気象条件にそれぞれ反応して決まるイネの脆弱期間とカメムシの攻撃期間が一致した場合に、斑点米の被害が発生している可能性を示唆している。
図４.イネの出穂期とアカヒゲホソミドリカスミカメ第三世代の幼虫期間(イメージ)。
図５.イネの出穂期とアカスジカスミカメ第二世代の成虫期間(イメージ)。
＜研究の意義と波及効果＞
既往研究においても、植物と動物では気候変動に対する応答性が異なることは議論されており、その結果として生物間の相互作用も変化しうる可能性が考えられてきたが、この検証には長期かつ広域的な観測データが必要となるため、実証研究は限られていた。
本研究は農作物と有効積算温度によるシミュレーションを組み合わせ、気候変動に応じて生物間の相互作用が実際に変化しうることを実証したものとなる。気象条件はコントロールできないが、農作物であるイネの成長は栽培スケジュール等を工夫することで、ある程度コントロール可能であるため、将来的にはイネの脆弱期間とカメムシの攻撃期間をずらし、斑点米の発生を防ぐ農法等を確立することが可能になるかもしれません。
さらには将来気候を予測する研究は多々行われているため、これら将来気候の予測結果を利用してカメムシの発生を予測することも可能になるかもしれません。本研究は斑点米の発生を予測する上で重要な知見になるとともに、現在も進行する気候変動が様々な生物間の相互作用にどう影響するかに対して、一つの重要な示唆を与えてくれるものでもある。
【用語解説】
注１)斑点米：主にカメムシ類の吸汁によってコメが傷つき、そこから細菌類が入り込んだ後、カビが繁殖することで変色してしまう被害。法律で定められたコメの品質を示す「等級」を大きく低下させ、玄米の買い取り価格を下落させてしまう。
【論文情報】
＜タイトル＞
“Estimating plant-insect interactions under climate change with limited data.”
＜著者名＞
Yui Tamura, Takeshi Osawa, Ken Tabuchi, Kazuhisa Yamasaki, Tokumitsu Niiyama, Shigeto Sudo, Yasushi Ishigooka, Akira Yoshioka, Mayura B. Takada
＜雑誌名＞
Scientific Reports（2022）
＜DOI＞
10.1038/s41598-022-14625-9
お問い合わせ先
＜研究に関すること＞
東京都立大学大学院 都市環境科学研究科 准教授 大澤剛士
TEL：042-677-2623 E-mail：arosawa(末尾に“@tmu.ac.jp”をつけてください）
中央大学理工学部 教授 高田まゆら
E-mail：mayura.203(末尾に“@g.chuo-u.ac.jp”をつけてください）
農研機構 東北農業研究センター 上級研究員 田渕研
E-mail：tabuchik(末尾に“@affrc.go.jp”をつけてください）
国立研究開発法人国立環境研究所 福島地域協働研究拠点 主任研究員 吉岡明良
E-mail：yoshioka.akira(末尾に“@nies.go.jp”をつけてください）
＜大学•機関に関すること＞
東京都公立大学法人
東京都立大学管理部 企画広報課 広報係
EL：042-677-1806 E-mail：info(末尾に“@jmj.tmu.ac.jp”をつけてください）
中央大学 広報室
E-mail：kk-grp(末尾に“@g.chuo-u.ac.jp”をつけてください）
国立研究開発法人 農業•食品産業技術総合研究機構
東北農業研究センター広報チーム
TEL：019-643-3414 E-mail：www-tohoku(末尾に“@naro.affrc.go.jp”をつけてください）
国立研究開発法人 国立環境研究所
企画部広報室
TEL：029-850-2308 E-mail：kouhou0(末尾に“@nies.go.jp”をつけてください）
