JP2019529305A - ケラチンを含有する有機肥料および土壌改良剤 - Google Patents

Abstract

本発明は植物の生長促進に利用され、ケラチンを含有し、好ましくは羊毛から得られる肥料および／または土壌改良剤に関する。また、ケラチンを含有する肥料および／または土壌改良剤を利用して植物の生長を促進させる方法が記載される。【選択図】図１

Description

本発明は有機肥料および土壌改良剤に関する。より具体的には、本発明は肥料および／または土壌改良剤として使用される窒素原としての有機タンパク質に関する。

肥料と土壌改良剤は農産業に加えて、家庭菜園でも幅広く使用されており、また肥料と土壌改良剤には両者の間に数多くの用途と使用例が存在する。肥料を利用して植物による吸収される養分を提供し、また土壌改良剤を利用して植物が成長する土壌の有効性を高めることにより、植物の生長を促進することができる。肥料および土壌改良剤の栄養的側面は、様々な成長促進活性に対して、３つの主要な主要栄養素である、窒素、リンおよびカリウムのうちの１つ以上の供給が関係している場合がある。

肥料および土壌改良剤は多くの場合は合成あるいは無機的である。通常、これらの製造には種々の化学処理が必要とされる。無機の肥料および土壌改良剤は、植物または土壌に施用されると、通常は天然または有機の肥料および土壌改良剤と比較して、より大きな成果が得られる。しかしながら、有機の肥料や土壌改良剤は様々な理由により好まれており、これは環境への配慮のみに留まらない。したがって、新規で効果的な有機の肥料および土壌改良剤を同定する必要性がある。

これまで、土壌にタンパク質として自然に存在する窒素を、植物が直接利用することはできないものと考えられてきた。これは植物がこれら有機質を分解して利用するために、微生物や地中動物群に依存しているという考え方による。しかし近年になって、根がタンパク質分解酵素を用いて植物自身の根以外を酵素消化するか、またはエンドサイトーシスによる根吸収を利用することなどにより、根がタンパク質に直接アクセスすることができることが近年わかってきた。（ＰＮＡＳ，２００８，１０５：１１，４５２４を参照）

さらに、タンパク質源としての羊毛は豊富に利用可能であって、また利用不能となった大量の羊毛が定期的に廃棄されている。したがって、羊毛を有益に再生利用することは経済的にも環境的にも利点がある。

本発明は、従来の肥料および土壌改良剤に存在していた上記の欠点の少なくとも一部を解消しようと試みるものである。

本発明に係る一態様により、ケラチンを含有し、植物の生長促進に使用される肥料および／または土壌改良剤が提供される。

植物丈、生物量、正規化植生指標（Ｎｏｒｍａｌｉｓｅｄ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ Ｉｎｄｅｘ：ＮＤＶＩ）、根重量、茎葉重量および全植物重量からなる植物成長パラメターのうち、一以上のパラメターを促進させることができる。

羊毛からケラチンを得ることができる。ケラチンは共晶融液を用いた羊毛の分解から得ることができる。

共晶融液は塩化コリンと尿素を含有することができる。塩化コリンと尿素の混合物は加熱される場合がある。尿素に対する塩化コリンのモル比は、約２０：１から約１：２０とすることができる。

共晶融液を用いた羊毛の分解に加熱を含むことができる。共晶融液に対する羊毛の重量容積比は、約１ｇ：１ｍｌから約１ｇ：１００ｍｌまでとすることができる。

本発明に係る第２の態様により、ケラチンを含有する肥料および／または土壌改良剤を利用して植物の生長を促進させる方法が提供される。

本方法により、植物丈、生物量、正規化植生指標（Normalised Difference Vegetation Index:NDVI）、根重量、茎葉重量および全植物重量からなる植物成長パラメターのうち一以上のパラメターを促進させることができる。

植物の生長を促進させる本方法には、既知の肥料および／または土壌改良剤への添加剤として、ケラチンを含有する肥料および／または土壌改良剤を使用することを含むことができる。

本方法には、植物にケラチンを含有する肥料および／または土壌改良剤を複数回に分けて与えることを含むことができる。

ケラチンを含有する肥料および／または土壌改良剤は、土壌の表面、土壌内における植物位置の近傍に、液体として施用することができる。

次に添付の図面を参照しながら実施例として本発明を説明する。

図１は実施例１に係る植物丈の結果を示すグラフである。 図２は実施例１に係る植物生物量の結果を示すグラフである。 図３は実施例１に係るＮＤＶＩの結果を示すグラフである。 図４は実施例１に係る茎葉重量の結果を示すグラフである。 図５は実施例１に係る根重量の結果を示すグラフである。 図６は実施例１に係る全植物重量の結果を示すグラフである。

ケラチンとは上皮細胞に自然に存在する繊維状の構造タンパク質のことである。ケラチン繊維には２種類あり、１つは毛髪および羊毛などに認められるαケラチンであって、もう１つは爪や嘴などの材質に認められ、より硬いとされるβ−ケラチンである。タンパク質として、ケラチンにはその構造を構成するアミノ酸に由来する窒素が含まれている。植物における窒素の働きはよく知られている。

ケラチン、より具体的には羊毛抽出物に由来するケラチンを含む組成物には著しい生物刺激活性があり、これにより有機窒素源、ひいては肥料および／または土壌改良剤、または肥料および／または土壌改良剤への添加剤として有効と示されることが最近になってわかってきた。

本発明によれば、羊由来の羊毛を分解することにより、植物の吸収に利用可能なケラチンタンパク質が得られる。この羊毛抽出物は、肥料および／または土壌改良剤そのものとして、または肥料および／または土壌改良剤への添加物としての活性を示した。

この抽出物の調製には、安全な塩化コリン−尿素深共晶溶媒融液を用いた羊毛の分解によるケラチンの生成が含まれる。共晶融液は、塩化コリンと尿素を約２０：１から約１：２０までのモル比で混合し、数分加熱することにより形成することができる。その後、この共晶融液に羊毛が熱を利用して約１ｇ：ｌｍｌから約１ｇ：１００ｍｌまでの重量容積比で溶解される。このような羊毛加工は材質の有機成分を破壊しない。（ＲＳＣＡｄｖ．，２０１６，６，２００９５の調製方法が反映されている）

上記プロセスの加熱ステップにより、少なくとも一部の尿素成分がアンモニアに変換されることが当業者に理解されよう。得られたアンモニアガスが外部に放たれることにより、混合物中の窒素成分が減少する。このアンモニアの存在により刺激臭も確認される。

以下の実施例は本発明の効果を示している。
実施例１−生物活性

本発明に係る組成物を鉢植えのグロッセ・リッセトマトに対して試験することにで、植物成長を評価した。適応された処理は、Ｖｅｒｉｇｒｏｗ−１：塩化コリン＋尿素（加熱なし）；Ｖｅｒｉｇｒｏｗ−２：塩化コリン＋尿素（加熱あり）；Ｖｅｒｉｇｒｏｗ−３：塩化コリン＋尿素＋羊毛（加熱あり）であって、何れも水により植物（１ポット）あたり５．４ｍＬ，１０．８ｍＬおよび２１．６ｍＬで１：１０に希釈されて調整された。適応された処理はまた、１植物あたり１４１．３ｍＬの市販の海藻植物処理（シーソル（登録商標））であった。処理は、植え替え時（主稈葉数３〜４）と花序の出現が５０％の時に二度施用されたか、または、５０％の花序出現の時に一度だけ施用された。イベント時系列と処理は表１と表２にそれぞれ下記の通り示される。

図１〜図６には、Ａの施用後またはＢの施用後（ＤＡＡＡまたはＤＡＡＢ）における様々な日における結果が示されている。

植物丈、生物量、正規化植生指標（ＮＤＶＩ）および重量（根および茎葉）が測定され、３つのＶｅｒｉｇｒｏｗ製剤すべてに対してすべてのファクターが大きく上昇し、全部のＶｅｒｉｇｒｏｗ配合の増加率に対して著しい用量反応があった。Ｖｅｒｉｇｒｏｗ製剤の二度の施用により、一度の施用と比較して、植物丈、生物量、正規化植生指標（ＮＤＶＩ）および重量（根および茎葉）が大きく上昇した。海藻による植物処理の一度と二度の処理は、植物丈、生物量、ＮＤＶＩおよび重量（根および茎葉）に関して、未処理の対照群と比較して大きい変化はなかった。

Ｖｅｒｉｇｒｏｗ−２と比較したときのＶｅｒｉｇｒｏｗ−１の優れた結果から認められるように、共晶融液の加熱により窒素が失われていることがこれらの結果から確認される。しかし、ケラチン含有製剤であるＶｅｒｉｇｒｏｗ−３により得られた結果は、未加熱の混合物と類似しているため、加熱プロセスにも関わらず、残っている窒素は植物に利用可能であった。

以前示した通り（ＰＮＡＳ，２００８，１０５：１１，４５２４を参照のこと）、有機窒素はタンパク質またはアミノ残の形態で植物に利用可能である。本発明に係る羊毛処理の効果は、得られたケラチンタンパク質が有機窒素源として生物学的に利用可能となる点にある。この窒素は、エンドサイトーシスによりタンパク質そのものの形態で、または酵素消化から生じるより単純なアミノ酸として（根のタンパク質分解活性または土壌に存在する微生物に由来する）、根吸収により植物が利用することができる。

本発明は無機窒素源と比べてより長い持続性などを有するという利点を有することがわかった。さらに、窒素源としてのタンパク質により、植物がより広範囲に根を張り巡らせる能力が高くなる。羊毛の分解により本組成物から利用可能となるケラチンタンパク質は、植物への有機窒素源として、生物学的に利用可能であるものとして理解される。本発明は羊毛廃棄物を無くすかあるいは低減させるための道を切り開き、また羊毛生産者の追加資金源として役立つという利点をさらに提供する。

当業者に明らかであろう修正および変形は本発明の範囲内にあるとみなされる。

Claims (14)

1. 植物の生長促進に利用されケラチンを含有する肥料および／または土壌改良剤。
2. 植物丈、生物量、正規化植生指標（ＮＤＶＩ）、根重量、茎葉重量および全植物重量からなる植物成長パラメターのうち一以上の植物成長パラメターが高くなることを特徴とする請求項１に記載の肥料および／または土壌改良剤。
3. 前記ケラチンが羊毛から得られたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の肥料および／または土壌改良剤。
4. 前記ケラチンが共晶融液を用いた羊毛の分解により得られたものであることを特徴とする請求項３に記載の肥料および／または土壌改良剤。
5. 前記共晶融液に塩化コリンおよび尿素が含まれていることを特徴とする請求項４に記載の肥料および／または土壌改良剤。
6. 塩化コリンおよび尿素の混合物が加熱されたものであることを特徴とする請求項５に記載の肥料および／または土壌改良剤。
7. 尿素に対する塩化コリンのモル比が約２０：１から約１：２０までにあることを特徴とする請求項５または６に記載の肥料および／または土壌改良剤。
8. 共晶融液を用いた羊毛の分解に加熱が含まれることを特徴とする請求項４〜７の何れか一項に記載の肥料および／または土壌改良剤。
9. 共晶融液に対する羊毛の重量容積比が約１ｇ：１ｍｌから約１ｇ：１００ｍｌまでにあることを特徴とする請求項４〜８の何れか一項に記載の肥料および／または土壌改良剤。
10. ケラチンを含有する肥料および／または土壌改良剤を利用して植物の生長を促進させる方法。
11. 植物丈、生物量、正規化植生指標（ＮＤＶＩ）、根重量、茎葉重量および全植物重量からなる植物成長パラメターのうち一以上の植物成長パラメターを高くすることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 既知の肥料および／または土壌改良剤への添加剤として、ケラチンを含有する肥料および／または土壌改良剤を利用することを含む請求項１０または１１に記載の方法。
13. ケラチンを含有する肥料および／または土壌改良剤を複数回に分けて施用することを含む請求項１０〜１２の何れか一項に記載の方法。
14. ケラチンを含有する肥料および／または土壌改良剤を、土壌の表面、土壌内における植物位置の近傍に、液体として施用することを含むことを特徴とする請求項１０〜１３の何れか一項に記載の方法。