JP2014045664A

JP2014045664A - 植物体内での特定物質の産生の高効率化と生育促進方法

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Publication number: JP2014045664A
Application number: JP2012188824A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Watanabe; 博之渡邊; Mao Kojika; 真央小鹿
Original assignee: Hodogaya Chemical Co Ltd; Tamagawa Gakuen
Current assignee: Hodogaya Chemical Co Ltd; Tamagawa Gakuen
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2014-03-17

Abstract

【課題】温室等施設栽培や一般的な植物工場など、特に施設等での水耕栽培において、植物体中の有用な抗酸化物質の含有量を増加させ、植物体内での特定物質の産生高効率化を促し、かつ／又は、その生育促進・増収化を実現する。
【解決手段】水耕栽培施設において、過酸化水素水を適切な濃度範囲で植物体に直接に吸収させることにより、植物体中の有用な抗酸化物質の含有量を増加させ、かつ／又はその植物体の生育を促進・増収化する。
【選択図】なし

Description

本発明は、植物栽培施設、特に、水耕栽培施設において、係る施設で栽培される植物体に過酸化水素水を直接吸収させることにより、植物体内の有用な抗酸化物質含有量を増加させ、かつ／または植物体の生育を促進させる方法に関する。

温室等施設栽培や、現在急速に普及しているような、基本的には人工光を伴って環境を制御することを特徴とする栽培施設（植物工場）など、特に水耕栽培施設では、栽培植物を安定して生産することが望まれている。これらの施設で栽培される植物は、天然や露地栽培での植物に比べて、より安全、安心、高品質なものを、より安定的に生産することが求められている。
さらに、特に水耕栽培による生産では、乾燥、低温、又は高塩濃度など、植物の生長や収量に悪影響を及ぼす原因となる環境ストレスを低減し、あるいはコントロールすることで、安定かつ高品質な生産を目指している。
また、生育環境をコントロールすることで、植物体の生育速度を向上させ、生産施設の生産性を向上させる取り組みも進んでいる。

乾燥、低温、高塩濃度などの環境ストレスは、通常、植物の生長を阻害するなど、様々な障害を引き起こす。こうした環境ストレス下の植物体内では、葉緑体内や細胞小器官に過酸化水素の急激な合成が導かれる。このとき合成された過酸化水素は環境ストレス下の植物体内においてシグナル分子として機能すると考えられており（非特許文献１、２）、過酸化水素を用いて、植物の生長や収量に影響を与える方法などが開示されている。

過酸化水素を用いて植物の生長や収量に影響を与える方法として、果樹又は果菜類の葉面へ過酸化水素水を散布する、果樹又は果菜類の成熟促進法（特許文献１）が公知である。特許文献１には、果樹又は果菜類の葉面へ過酸化水素水を散布することにより、ミカン、メロン、又はブドウの果実糖度が向上することが開示されているが、過酸化水素水を土壌にのみ散布する方法では効果が得られないことが記載されている。
また、特許文献１に記載の過酸化水素の利用濃度は、「１００〜６０００ｐｐｍ、好ましくは、６００〜１２００ｐｐｍ」と記載されており、比較的高濃度の過酸化水素を散布し利用する方法が記載されている。

また、特許文献２には、植物の生育を促進するために、茎葉等の地上部の生長に見合った根部の生長が必要なことを指摘し、この根部の生長促進のために、過酸化水素水を木酢液と組み合わせて使用することが開示されている。具体的には、山東菜、ラディシュ、又はかいわれ大根に過酸化水素水を与えたところ、山東菜では総重量が増加し、かいわれ大根では、地上部（茎葉部）及び地下部（根部）の各重量が増加し、ラディシュでは、地上部（茎葉部）の重量が増加したことが開示されている。

特許文献３には、過酸化水素により植物の根を直接的に酸化させ、植物の根にさらに毛細根を発生させることにより、栄養分の吸収を促進させることで、植物体の生育を促進させる方法が記載されている。
これは、植物の根に毛細根を大量に発生させることにより、土壌中から栄養分を吸収するための根の表面積が拡大し、通常よりも多量の栄養分を吸収できることによるものである。

特許文献４には、根部から過酸化水素水を吸収させることにより、トマトやメロンなどの果実の糖度を上昇させ、かつ、果実の収量を増加させる方法が開示されている。
また、過酸化水素使用濃度については、「１ｍｍｏｌ／L以上、好ましくは５ｍｍｏｌ／L以上」、「効果の飽和や薬害の点から、５００ｍｍｏｌ／L以下であることが好ましく、１００ｍｍｏｌ／Lであることがさらに好ましい」と記載されている。
しかしながら、５ｍｍｏｌ／L以上の過酸化水素濃度では、葉菜類やハーブ類においては薬害を引き起こす可能性が高い。

また、植物体に効果的にストレスを与えて植物体中の抗酸化物質の含有量を増加させる方法として、ラジカルや過酸化水素を含む荷電微粒子液を発生させて植物体に作用させる方法がある。（特許文献５）
これは、酸化性効果のある薬剤を植物体の様々なところに直接作用させるために微粒子化し、噴霧する方法であり、専用の装置が必要となる。

特開昭５８−８９１１４号公報（NPONo,151：登録No.1520461）特開昭５９−１０６４０７号公報（NPONo.164：登録No.1371428）特開平１１−７１２１４号公報特願２００６−５１１７８６号公報特開２０１１−３６２１３号公報

植物環境工学（J．SHITA）２０（４）：２１０−２１８．２００８．「溶液栽培における根への環境ストレスの応用による野菜の高付加価値化」園学雑（J．JAPAN．Soc．Hort．Sci．）６６（２）：３３１−３３７．１９９７．「トマトおよびキュウリ幼植物の生長と無機栄養に及ぼす培養液の溶存酸素濃度の影響」

温室等施設栽培や一般的な植物工場においては、より効率的に植物を栽培する技術が求められている。特に、限られた面積・容積となる施設内栽培においては、対象植物の効率的な生育促進・増収化は、期間的にも収穫量的にも重要な課題である。
また、農作物であれば栄養面、薬用植物などであれば成分面において、有用な成分を多く含むといった、より高付加価値的な植物育成技術が望まれている。
さらには、遺伝子組み換え等の技術で育種された植物体などで目的産物などを産生させる技術においては、収穫後の処理における目的産物の収量、またその分取・精製のしやすさといった点から、その高効率産生が課題となる。
本発明は、温室等施設栽培や一般的な植物工場など、特に施設等での植物水耕栽培において、過酸化水素を利用し、植物体内での特定物質の産生高効率化を促し、かつ／又は、その生育促進・増収化が期待できる方法を提供することを課題としている。

環境ストレス下では、植物体内で過酸化水素が合成され、これがシグナル分子として作用することで、抗酸化酵素や抗酸化物質の産生を促すことが知られている。本発明者らは、この過酸化水素を、葉面散布あるいは植物体の根から等植物体に直接に吸収させることで、植物体中の抗酸化物質の含有量を増加させ、かつ生育を促進させることを見出し、さらに、鋭意検討した結果、そうした効果を発揮するための適切な濃度範囲など、過酸化水素の投与方法を見出して本発明を完成させた。

すなわち、本発明は以下の構成を有する。

［１］植物栽培施設、特に、水耕栽培施設において、過酸化水素水を植物体に直接吸収させることにより、植物体内の抗酸化物質含有量を増加させ、かつ／又は植物体の生育を促進する方法。

［２］植物体に吸収させる過酸化水素濃度が５×１０^−６M〜１×１０^−４Mである、［１］に記載の植物体内の抗酸化物質含有量を増加させ、かつ／又は植物体の生育を促進する方法。

［３］植物体に吸収させる過酸化水素濃度が５×１０^−６M〜５×１０^−５Mである、［１］に記載の植物体内の抗酸化物質含有量を増加させ、かつ／又は植物体の生育を促進する方法。

［４］対象となる植物体が、葉菜類、ハーブ類、薬草類である［１］に記載の植物体内の抗酸化物質含有量を増加させ、かつ／又は植物体の生育を促進する方法。

植物を含むさまざまな生体においては、その生体内（細胞内）で種々の元素・分子が生体内シグナルとして生理活性作用を示すことが知られている。普遍的なものとしては、ナトリウム・カリウム・カルシウムなどの元素、またｃＡＭＰなどの分子などがよく知られており、その作用機作や作用濃度などが詳しく調べられているが、いずれも濃度的には１０^−６Ｍ前後と、きわめて低い濃度で厳密にコントロールされている。

本発明者らが、本発明に適した過酸化水素の濃度として見出した値は、約１０^−６M〜１０^−４Mであり、前記した生体内シグナルとして知られている元素・分子が生体内でコントロールされている濃度にきわめて近いものであった。そうした点から、本発明における過酸化水素は、直接的に植物体に投与して、その根部、あるいは葉面等から吸収させることによって、本来植物体内で環境ストレスによりシグナルとして産生され作用する過酸化水素と、同程度の濃度で、同様の働きを植物体内で行っているものと推察される。

本発明は、植物体内におけるシグナル分子である過酸化水素を、適切な濃度で直接的に植物体に投与し、有用産物の産生促進、植物体の生育促進、植物体の収量増を行う方法である。

本発明によって、過酸化水素を植物体に直接吸収させることにより、植物（特に葉菜類やハーブ類、果菜類、薬草類等）の抗酸化物質含有量を向上させ、かつ／又は植物（特に葉菜類やハーブ類、果菜類、薬草類等）の生育を促進させることができる。

本発明で用いる過酸化水素濃度は、対象植物体の吸収性などによって適宜決定されるが、５×１０^−６M〜１×１０^−４Mが好ましく、より好ましくは５×１０^−６M〜５×１０^−５Mである。
特に、葉菜類、ハーブ類、果菜類、薬草類などに過酸化水素を直接作用させる場合、過酸化水素濃度が１０^−３Mを超えると生育を阻害する恐れがある。

本発明を適用することのできる植物は、特に限定されないが、例として葉菜類やスプラウト類、ベビーリーフ類、ハーブ類、薬草などを挙げることができる。
葉菜類としては、レタスやホウレンソウ、チンゲンサイ、コマツナ、ミズナ、ネギ、ニラなどが挙げられる。
スプラウト類としては、ブロッコリースプラウト、豆苗、もやしなどが挙げられる。
ベビーリーフ類としては、カラシナ、ツマミマなどが挙げられる。
ハーブ類としては、シソ、バジル、ルッコラ、シュンギク、ミツバ、ワサビなどが挙げられる。
薬草としては、ニチニチソウ、ゲンノショウコ、甘草、朝鮮人参、ウコンなどが挙げられる。
果菜類としては、イチゴ、トマトなどが挙げられる。

本発明では、過酸化水素の分子構造は水のそれと類似しているため、植物体のいずれの部位からでも吸収され、導管・篩管等を経由して植物体全体で効果を発揮できると考えられる。そのため、植物体に直接過酸化水素水を吸収させることができる限り、その処理方法は特に限定されるものではない。特に、水耕栽培においては、水耕液中へ過酸化水素を適量混合することにより、容易に根部から吸収させることができる。また、葉面に散布することで直接吸収させてもよい。

本発明を実施するための水耕栽培施設としては、太陽光型の温室等施設栽培や人工光型の植物工場、家庭用小型栽培装置など各種栽培施設が挙げられるが、水耕液中に過酸化水素を添加させることができれば、特に限定はされない。また、栽培装置としては、湛液式水耕装置（例えばＤＦＴ方式）や薄膜式水耕装置（例えばＮＦＴ方式）、噴霧式水耕装置（例えばエアロポニックス方式）などが挙げられるが、そのいずれでも適用可能である。

本発明によって含量が増加する抗酸化物質としては、例えば、アスコルビン酸やカロテノイド、α-トコフェロール、ポリフェノールなどを挙げることができる。

アスコルビン酸は、そのＬ体はビタミンＣと呼ばれ、生体内の水溶性還元剤として作用するが、人の生体内では作り出すことができない成分である。抗酸化作用に加え、メラニンの抑制やコラーゲン合成の促進などの様々な性質を有しており、新鮮な野菜中で多くは還元型として存在する。１日の必要摂取量は、成人で１００ｍｇ、乳児は母乳から摂取する４０ｍｇ、幼児や青少年は４５〜９０ｍｇと言われており、パセリやブロッコリー、ピーマンなどの緑黄色野菜に特に多く含まれている。

ポリフェノールの１種であるアントシアンは、植物界において広く存在する色素であり、抗酸化作用のほか、眼精疲労の改善や予防、免疫力向上などの効果があるとされている。さつまいもやブルーベリー、カシスなどに特に多く含まれている。

本発明では、効果を減退する作用のない限り、過酸化水素と他の農薬及び／又は肥料とを混用して実施することができる。

以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。

［実施例1］
＜リーフレタスの生育試験＞
植物工場施設内でのリーフレタス（ＲｅｄＦｉｒｅ）栽培において、１６日間育苗した苗を、水耕溶液中の過酸化水素水を表１の条件に保持した状態で、２１日間栽培を行った。栽培はDFT式栽培装置を用いて、室温２５℃±２℃、溶存酸素濃度８±１ｐｐｍ、白色蛍光灯（１５０±１０μｍｏｌ・ｍ^−２・ｓ^−１）下において１６時間照射、８時間遮光の条件で行った。
その結果、表２に示すように、過酸化水素水で処理することにより、地上部新鮮重量、地上部乾燥重量、葉面積、根乾燥重量は、処理を行わないものに対して有意な増加を確認した。

［実施例２］
＜リーフレタスの抗酸化物質含有量＞
実施例１と同様の生育条件下で、表３の過酸化水素濃度条件で栽培を行った。抗酸化物質であるアスコルビン酸含有量はヒドラジン法にて測定し、アントシアニン含有量は溶媒抽出後に分光光度計により測定を行った。
その結果、表４に示すように、過酸化水素水で処理することにより、アスコルビン酸含有量及びアントシアニン含有量が、過酸化水素処理を行わないものに対して、有意に増加したことを確認した。

本発明方法は、植物の抗酸化物質含有量の増加及び／又は植物の生育促進による収量向上の用途に適用することができる。
これにより、植物工場などの栽培施設における植物生産において、農作物であれば栄養面や風味の向上、薬用植物などであれば成分面において有用な成分を多く含むといった、より高付加価値的な植物育成に、また、人工育種された植物体などで目的産物などを効率的に産生させる「植物工場」的な技術においては、収穫後の処理における目的産物の収量、またその分取・精製のし易さといった高率産生などに適用することができる。

Claims

植物栽培施設、特に、水耕栽培施設において、過酸化水素水を植物体に直接吸収させることにより、植物体内の抗酸化物質含有量を増加させ、かつ／又は植物体の生育を促進する方法。
植物体に吸収させる過酸化水素濃度が５×１０^−６M〜１×１０^−４Mである、請求項１に記載の植物体内の抗酸化物質含有量を増加させ、かつ／又は植物体の生育を促進する方法。
植物体に吸収させる過酸化水素濃度が好ましくは５×１０^−６M〜５×１０^−５Mである、請求項１に記載の植物体内の抗酸化物質含有量を増加させ、かつ／又は植物体の生育を促進する方法。
対象となる植物が、特に葉菜類、ハーブ類、薬草類である請求項１に記載の植物体内の抗酸化物質含有量を増加させ、かつ／又は植物体の生育を促進する方法。