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成果報告書詳細
管理番号20170000000427
タイトル平成25年度ー平成28年度成果報告書 バイオマスエネルギー技術研究開発 バイオ燃料製造の有用要素技術開発事業 ゲノム育種及び高効率林業によるバイオマス増産に関する研究開発
公開日2017/7/25
報告書年度2013 - 2016
委託先名日本製紙株式会社 国立大学法人東京農工大学 国立大学法人千葉大学
プロジェクト番号P13011
部署名新エネルギー部
和文要約ブラジル北部に日本製紙グループが保有するユーカリ植林地にて、植林木の単位面積あたりのセルロース量を飛躍的に増大させるバイオマス増産技術・測定技術の開発を行った。これを実現するために、具体的には、下記の3項目を実施した。

1)バイオ燃料用に適した形質に関与するDNAマーカーの獲得と育種への応用
 生産性に優れた形質の植林木の開発を目的とし、DNAマーカーによる育種システムの開発を行った。ユーカリ植林木918個体の実生林の集団の形質とDNA情報を獲得し、形質予測式(プロトタイプ、R=0.6)を構築した。また、父母の明確な686個体を用いて統計解析し、系統等の条件を設定することで、目標のR=0.7となる形質予測式を作成した。さらに、実生林選抜木244個体のDNA情報から、作成した予測式(プロトタイプ)を用いて、31個体の優良候補系統を選抜し、25個体を増殖・植栽試験を行った。各系統の植栽試験(9ヵ月)を行った。選抜3系統の6年後の単位面積当たりのαセルロース推定生産量は、事業用クローンの1.4倍を超えた。また、αセルロースや容積重と発現相関性のある遺伝子候補を選定し、新規マーカー5個以上の獲得を達成した。

2)土壌センシング技術を用いた大面積土壌評価システムの開発
 ブラジル植林地で実用可能なトラクタ搭載型土壌センサ(土壌センサ)を用いた大面積土壌評価システムの開発を目的とした。ブラジル植林地にて土壌を調査した結果、土壌成分のばらつきが大きく、回帰モデル推定も可能と判断した。土壌センサは固い土壌に対応可能なフレーム構造とした。目標の年間6,000 haの土壌センシングは時速4kmで測定することで0.1ha単位の土壌マップ作成が可能であると試算した。開発した土壌センサ(SAS2600)をブラジルで試験する予定であったが、一時輸入の許可が下りず、プロジェクトの期間内での送付が難しいと判断し、国内圃場で走行試験を実施した。一方、ブラジルでは携帯型分光放射計(FieldSpec)を用いて土壌評価を行うことに変更した。SAS2600の国内走行試験では、目標の時速4 km走行を行い、設計仕様を満たしていることを確認した。ブラジルでは、FieldSpec向け多項目の回帰モデル(R=0.7ー0.9)及び土壌成分から成長量を推定する式(R=0.7)を構築した。また、FieldSpecの目標である50 ha以上の土壌マップを作成した。カリウム、硫黄、粘土含有量を用いた成長量予測が可能であることを解明し、植林木の成長性を予測できるシステムを構築した。成長量予測システムで作成した成長量予測マップを活用することで、目標であるバイオマス量が1.3倍となる植栽地を選択する植栽運用システムを構築した。

3)地上3Dレーザースキャナによる高精度な大面積バイオマス評価システムの開発
 植林地で実用可能な高精度で大面積に対応したバイオマス量評価システムの開発を目的とした。3Dレーザースキャナ(3DLS)を用いて単幹木のバイオマス量を計算する自動毎木調査プログラム及びバイオマス量計算ソフトウェア(誤差率3.5%以下)を作成した。また、無人航空機(UAV)を用いて上空から撮影した写真より植林地の3D情報を取得する試験を実施し、林地の空間体積からバイオマス量を評価する推定式(R=0.88)を作成してソフトウェア化を行った。
英文要約Title: Research and Development for Increased Woody Biomass Production through Genome Breeding and High Efficiency Forestry Operations (FY2013-FY2016) Final Report

We developed a biomass increase production technology and measurement technology to dramatically increase the amount of cellulose per unit area of afforested trees at the eucalyptus afforestation site owned by the Nippon Paper Group in the northern part of Brazil. Specifically, the following three items were implemented to realize this.

1. Acquisition of DNA-markers relating to traits for biofuel production and its application to breeding
 We analyzed the trait and DNA information of the population of the eucalyptus plantation tree (918 individuals) and constructed a trait prediction formula (prototype, R = about 0.6). In addition, we created a trait prediction formula that aims at R = 0.7 by using 686 individuals of clear parents and defining the number of strains. By the prediction formula of trait (prototype), we selected 31 trees that are expected to have high growth performance and high cellulose contents from 244 trees at the plantation site. We planted the 23 selected trees lines in the field (9 months). Estimated production of α-cellulose content per unit area after 6 years of selected 3 lines exceeds 1.4 times that of commercial clone. DNA markers were identified in 11 genes that were correlation with gene expression and trait.

2. Development of large-area soil evaluation system using a soil sensing technology
Our purpose is to develop large-scale agricultural field evaluation system using a tractor mounted soil analyzing system (SAS2600) for eucalyptus plantation in Brazil. It was expected to field experiment in Brazil using developed SAS2600, but could not get permission for temporary import. And then, field experiment using SAS2600 was conducted at agricultural field in Japan. On the other hand in Brazil, the experimental plan was fixed to measure plantation soil using a field spectroradiometer (FieldSpec). Demonstration experiment of SAS2600 with targeted speed of 4 km was conducted in Japan. In Brazil, multiple multivariate regression model (R=0.7 ー 0.9) for FieldSpec and an equation model to predict amount of growth using soil properties(R=0.7) was developed. We developed a planting operation system that enables selection of eucalyptus planting field with biomass volume of 1.3 times, using the growth prediction map predicted by the growth prediction system.

3. Development of biomass estimation system using terrestrial laser scanner
We developed a software to estimate individual tree level biomass automatically from three dimensional point cloud obtained by terrestrial laser scanner. In addition, we created three dimensional data over afforestation sites from aerial photos taken by unmanned aerial vehicles (UAV). The result has good correlation (R = 0.88) to evaluate biomass from the canopy volume quantified from UAV based data acquisition.
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