JP2024044093A - Biostimulant composition, foliar spray agent, and plant cultivation method - Google Patents
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Abstract
【課題】植物の病害抵抗性を誘導する、単位質量当たりの活性が高いバイオスティミュラント組成物を提供すること。【解決手段】植物の病害抵抗性誘導に使用される、セロトリオースを含むバイオスティミュラント組成物であって、グルコース及び重合度2~10のセロオリゴ糖の合計質量を基準としてセロトリオースの含有量が30質量%以上である、バイオスティミュラント組成物。【選択図】なし[Problem] To provide a biostimulant composition that induces disease resistance in plants and has high activity per unit mass. [Solution] The biostimulant composition contains cellotriose and is used to induce disease resistance in plants, and the cellotriose content is 30% by mass or more based on the total mass of glucose and cellooligosaccharides having a polymerization degree of 2 to 10. [Selected Figure] None
Description
本発明は、バイオスティミュラント組成物、葉面散布剤及び植物栽培方法に関する。 The present invention relates to a biostimulant composition, a foliar spray, and a plant cultivation method.
植物は、日照時間、気温及び降雨量等の非生物的ストレス、並びに病害虫等の生物的ストレスによって収穫量が減少する。農業作物の収穫量を増加させるために、これまで、各種の肥料及び農薬が使用されてきた。肥料は、植物の生長に必要とされる栄養源であるがストレスを緩和する機能は有さない。農薬は、植物に寄生する病害虫を直接駆除し、生物的ストレスを排除する。しかし、農薬を使用する場合には、安全性は十分確認されているとはいえ、過剰摂取による人体又は環境への影響が懸念され、特に化学合成法によって製造される農薬等の薬剤は、いったん散布すると土壌中等に長期間残存する懸念もあることから、他の方法により生物的ストレスに対して対処することが望まれていた。そのため、近年これらに加えて、人体にも環境にも安全な物質としてバイオスティミュラントの利用が注目されている。 Plant yields are reduced by abiotic stresses such as sunlight hours, temperature, and rainfall, as well as by biotic stresses such as pests and diseases. To date, various fertilizers and pesticides have been used to increase crop yields. Fertilizers are a source of nutrients necessary for plant growth, but do not have the function of alleviating stress. Pesticides directly eliminate pests that parasitize plants and eliminate biotic stress. However, when using pesticides, although their safety has been fully confirmed, there are concerns about the effects on the human body or the environment from overdosing. In particular, there is a concern that pesticides and other chemicals manufactured by chemical synthesis may remain in the soil for a long time once sprayed, so there has been a desire to deal with biotic stress by other methods. For this reason, in addition to these, the use of biostimulants has been attracting attention in recent years as substances that are safe for both the human body and the environment.
「バイオスティミュラント」は、「生物刺激剤」、「植物活力剤」等とも称され、多種多様な物質群又は微生物を含有し、植物体又はその根系に施用された場合に、自然な状態の植物体内でも起こっている一連のプロセスを刺激することによって、養分吸収を向上させたり、施肥効率を高めたり、ストレス耐性を付与したりすることにより、作物の品質を向上させることができるものであって、病害虫に対して直接の作用は示さず、それゆえ、いかなる殺虫・殺菌剤にも分類されないものをいう。すなわち、バイオスティミュラントとは、自然界に存在する成分(微生物を含む)であって、植物ホルモン又は栄養分ではないが、ごく少量でも植物の活力を刺激し、生育を促進する物質を指す。バイオスティミュラントを植物に施用することにより、植物の養分吸収と養分利用率を高め、生育が促進され、農作物の収量と品質が良くなるとされている。農業用バイオスティミュラントには、作物の生理学的プロセスを制御及び強化するために、植物又は土壌に施用される化合物、物質及び他の製品等の多様な製剤が含まれる。バイオスティミュラントは、作物の活力、収量、品質及び収穫後の保存性を改善するために、栄養素とは異なる経路を通じて植物生理に作用する。 "Biostimulants", also called "biostimulants" or "plant revitalizers", contain a wide variety of substances or microorganisms that, when applied to a plant or its root system, stimulate a series of processes that also occur naturally in the plant body, thereby improving the quality of the crop by improving nutrient absorption, increasing fertilization efficiency, and imparting stress resistance. They do not have a direct effect on pests and diseases, and therefore are not classified as any insecticide or fungicide. In other words, biostimulants are naturally occurring components (including microorganisms) that are not plant hormones or nutrients, but that stimulate plant vitality and promote growth even in very small amounts. It is said that applying biostimulants to plants increases the plant's nutrient absorption and nutrient utilization rate, promotes growth, and improves the yield and quality of agricultural crops. Agricultural biostimulants include a variety of formulations such as compounds, substances, and other products that are applied to plants or soil to control and enhance the physiological processes of crops. Biostimulants act on plant physiology through pathways different from nutrients to improve crop vigor, yield, quality and post-harvest storability.
このように、バイオスティミュラントにより、従来の農薬又は肥料による問題を生じさせることなく、植物が本来有する能力を刺激してその成長を促進することができる。 In this way, biostimulants can stimulate the natural abilities of plants to promote their growth without causing the problems associated with traditional pesticides or fertilizers.
特許文献1(特開昭63-215606号公報)にはオリゴ糖を用いる植物の栽培方法が記載されており、実施例14には重合度2~10のセロオリゴ糖の植物生長促進作用をかいわれ大根を用いて調べた結果が記載されている。 Patent Document 1 (JP Patent Publication 63-215606) describes a method for cultivating plants using oligosaccharides, and Example 14 describes the results of investigating the plant growth-promoting effect of cellooligosaccharides with a degree of polymerization of 2 to 10 using radish sprouts.
引用文献1に記載された重合度2~10のセロオリゴ糖は、重合度の異なる複数のセロオリゴ糖を含む混合物である。引用文献1では、セロオリゴ糖の添加量について検討されているが、植物生長促進作用の有効成分は具体的に解明されておらず、植物生長促進作用以外の作用機序も開示されていない。
The cellooligosaccharide having a degree of polymerization of 2 to 10 described in
本発明の課題は、植物の病害抵抗性を誘導する、単位質量当たりの活性が高いバイオスティミュラント組成物を提供することである。 An object of the present invention is to provide a biostimulant composition with high activity per unit mass that induces disease resistance in plants.
本発明者らは、重合度3のセロオリゴ糖すなわちセロトリオースが、植物の病害抵抗性を誘導するバイオスティミュラントとしての活性を有する化合物であり、また、セロトリオース部位が当該活性を有することを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors have discovered that cellooligosaccharide with a degree of polymerization of 3, that is, cellotriose, is a compound that has an activity as a biostimulant that induces disease resistance in plants, and that the cellotriose moiety has this activity, The present invention has now been completed.
すなわち、本発明は以下の[1]~[5]を包含する。 That is, the present invention includes the following [1] to [5].
[1]
植物の病害抵抗性誘導に使用される、セロトリオースを含むバイオスティミュラント組成物であって、グルコース及び重合度2~10のセロオリゴ糖の合計質量を基準として前記セロトリオースの含有量が30質量%以上である、バイオスティミュラント組成物。
[2]
グルコース及び重合度2~10のセロオリゴ糖の合計質量を基準としてグルコース及びセロビオースの合計含有量が30質量%以下である、[1]に記載のバイオスティミュラント組成物。
[3]
[1]又は[2]に記載のバイオスティミュラント組成物を含有する葉面散布剤。
[4]
[1]又は[2]に記載のバイオスティミュラント組成物を葉面散布することを含む植物栽培方法。
[5]
植物の病害抵抗性を誘導するバイオスティミュラントとしてのセロトリオースの使用。
[1]
A biostimulant composition containing cellotriose, which is used to induce disease resistance in plants, wherein the content of the cellotriose is 30% by mass or more based on the total mass of glucose and cellooligosaccharides having a polymerization degree of 2 to 10.
[2]
The biostimulant composition according to [1], wherein the total content of glucose and cellobiose is 30% by mass or less based on the total mass of glucose and cellooligosaccharides having a degree of polymerization of 2 to 10.
[3]
A foliar spray agent containing the biostimulant composition according to [1] or [2].
[4]
A plant cultivation method comprising foliar spraying of the biostimulant composition according to [1] or [2].
[5]
Use of cellotriose as a biostimulant to induce disease resistance in plants.
本発明によれば、植物の病害抵抗性を誘導する、単位質量当たりの活性が高いバイオスティミュラント組成物が提供される。これにより、バイオスティミュラントの使用量(質量)を低減することができる。 According to the present invention, a biostimulant composition is provided that has high activity per unit mass in inducing disease resistance in plants. This allows the amount (mass) of biostimulant used to be reduced.
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は本発明の代表的な例を示したものであり、それらに限定されるものではない。 The following describes embodiments of the present invention. Note that the embodiments described below are representative examples of the present invention and are not intended to be limiting.
[バイオスティミュラントとしてのセロトリオースの使用]
一実施態様は、植物の病害抵抗性を誘導するバイオスティミュラントとしてのセロトリオースの使用である。
[Use of cellotriose as a biostimulant]
One embodiment is the use of cellotriose as a biostimulant to induce disease resistance in plants.
バイオスティミュラントは、エリシター活性を持つ資材であり、植物の免疫活性を増強する効果を有する。バイオスティミュラントを植物に施用することにより、病害虫、菌、カビ、ウィルスなどの生物学的ストレスに対する防御が活性化される。植物の防御の活性化に伴う効果として、植物の成長を促進する目的でも使用することができる。バイオスティミュラントは、植物の生育に関係する温度、光、水、塩などの非生物的ストレスの緩和作用をもたらす場合もある。 A biostimulant is a material that has elicitor activity and has the effect of enhancing the immune activity of plants. By applying biostimulants to plants, their defenses against biological stresses such as pests, fungi, molds, and viruses are activated. It can also be used to promote plant growth as an effect associated with activation of plant defenses. Biostimulants may also provide a moderating effect on abiotic stresses such as temperature, light, water, and salt that are related to plant growth.
エリシターとは、高等植物の組織又は培養細胞において生体防御反応を誘導する物質の総称であり、植物の免疫機構において病害抵抗性を誘導する。植物は、葉面等に存在する受容体でエリシターを感知して病原抵抗反応を発動する。これにより、病原菌等に対して様々な化合物が分泌される生体防御作用(免疫)が生じる。エリシターが植物に作用すると、ファイトアレキシン又は感染特異的タンパク質の合成及び蓄積、活性酸素(ROS)の生成、活性窒素の生成、カロース沈着、MAPKリン酸化、過敏感反応性細胞死、遺伝子発現変化などの防御反応が誘導され、これらの防御反応により、植物は病原菌等の生物学的ストレスから身を守り、耐病性を高めることができると考えられている。 An elicitor is a general term for a substance that induces a biological defense response in the tissues or cultured cells of higher plants, and induces disease resistance in the plant's immune system. Plants sense elicitors with receptors present on the leaf surface, etc., and initiate a pathogen resistance response. This results in a biological defense action (immunity) in which various compounds are secreted against pathogens, etc. When an elicitor acts on a plant, defense responses such as the synthesis and accumulation of phytoalexins or infection-specific proteins, the production of reactive oxygen species (ROS), the production of reactive nitrogen, callose deposition, MAPK phosphorylation, hypersensitive reactive cell death, and changes in gene expression are induced, and it is believed that these defense responses enable plants to protect themselves from biological stress caused by pathogens and the like, and increase disease resistance.
ファイトアレキシンとは、エリシターの作用によって植物体内で合成及び蓄積される抗菌性化合物であり、植物種ごとに異なる抗菌性化合物が生産される。代表的なファイトアレキシンとしては、例えば、フラボノイド、テルペノイド、及び脂肪酸誘導体が挙げられる。活性酸素は病原微生物を殺す作用を有する。活性酸素及び活性窒素は、単独で又は協調して様々な防御反応を発動するシグナルとして機能する。 Phytoalexins are antibacterial compounds that are synthesized and accumulated in plants through the action of elicitors, and different plant species produce different antibacterial compounds. Representative phytoalexins include, for example, flavonoids, terpenoids, and fatty acid derivatives. Reactive oxygen has the ability to kill pathogenic microorganisms. Reactive oxygen and nitrogen function as signals that initiate various defense reactions, either alone or in concert.
植物の細胞壁に由来するオリゴ糖は、生体防御反応の誘導へとつながるパターン認識受容体によって認識されるDAMPs(damage-associated molecular patterns)の供給源である。本発明者らは、転写調節因子であるAtWRKY33遺伝子のプロモーターの制御下にあるルシフェラーゼマーカー遺伝子を含むシロイヌナズナ形質転換体を蛍光バイオセンサーとして利用することにより、重合度の異なるセロオリゴ糖のエリシター活性を評価したところ、セロトリオースがエリシター活性に係る本質的な化合物及び部位であることを見出した。WRKY遺伝子は植物の全身獲得抵抗性の制御因子である。WRKY遺伝子は植物に特有の転写因子のファミリーであり、病害虫、病原菌等の生物学的ストレス及び他のストレスへの反応における調節機能を有すると考えられている。シロイヌナズナの病害防御システムは、その大部分について他の植物と共通であることが知られている。そのため、シロイヌナズナWRKY33遺伝子のプロモーターを含む形質転換体を用いたエリシター活性評価は、多種多様な植物の病害抵抗性に適用することができる。したがって、本発明者らの上記知見に基づき、セロトリオースを様々な植物の病害抵抗性を誘導するバイオスティミュラントとして使用することできる。 Oligosaccharides derived from plant cell walls are a source of damage-associated molecular patterns (DAMPs) that are recognized by pattern recognition receptors leading to the induction of biological defense responses. The present inventors evaluated the elicitor activity of cellooligosaccharides with different degrees of polymerization by using an Arabidopsis transformant containing a luciferase marker gene under the control of the promoter of the transcriptional regulator AtWRKY33 gene as a fluorescent biosensor. As a result, they found that cellotriose is the essential compound and site involved in elicitor activity. The WRKY gene is a regulator of systemic acquired resistance in plants. WRKY genes are a family of transcription factors unique to plants, and are thought to have regulatory functions in response to biological stresses such as pests, pathogens, and other stresses. It is known that most of Arabidopsis' disease defense systems are shared with other plants. Therefore, elicitor activity evaluation using a transformant containing the Arabidopsis WRKY33 gene promoter can be applied to disease resistance in a wide variety of plants. Therefore, based on the above findings of the present inventors, cellotriose can be used as a biostimulant to induce disease resistance in various plants.
[バイオスティミュラント組成物]
一実施態様のバイオスティミュラント組成物は、植物の病害抵抗性誘導に使用されるものであって、セロトリオースを含む。バイオスティミュラント組成物は、グルコース及び重合度2~10のセロオリゴ糖の合計質量を基準としてセロトリオースを30質量%以上含有する。バイオスティミュラント組成物は、グルコース及び重合度2~10のセロオリゴ糖の合計質量を基準としてセロトリオースを好ましくは40質量%以上、より好ましくは50質量%含有する。一実施態様では、バイオスティミュラント組成物は、グルコース及び重合度2~10のセロオリゴ糖の合計質量を基準としてセロトリオースを30質量%~100質量%、好ましくは40質量%~100質量%、より好ましくは50質量%~100質量%含有する。
[Biostimulant composition]
In one embodiment, the biostimulant composition is used for inducing disease resistance in plants and includes cellotriose. The biostimulant composition contains cellotriose in an amount of 30% by mass or more based on the total mass of glucose and cellooligosaccharide having a degree of polymerization of 2 to 10. The biostimulant composition preferably contains cellotriose in an amount of 40% by mass or more, more preferably 50% by mass, based on the total mass of glucose and cellooligosaccharide having a degree of polymerization of 2 to 10. In one embodiment, the biostimulant composition comprises from 30% to 100% by weight, preferably from 40% to 100% by weight of cellotriose, based on the total weight of glucose and cellooligosaccharides with a degree of polymerization of 2 to 10. Preferably it is contained in an amount of 50% to 100% by mass.
セロトリオースは、重合度3のセロオリゴ糖、すなわち3つのグルコースがβ-グリコシド結合により重合した少糖類である。セロトリオースは、β-1,4-グリコシド結合を有することが好ましく、下記の化学構造を有することがより好ましい。
セロトリオースは、混合物であるセロオリゴ糖からセロトリオースを単離することにより得ることができる。単離手段は特に限定されないが、HPLC分取であることが好ましい。 Cellotriose can be obtained by isolating cellotriose from a mixture of cellooligosaccharides. The isolation method is not particularly limited, but HPLC separation is preferred.
セロオリゴ糖は、酵素的手法で又は化学的手法でセルロースをオリゴマー化することにより得ることができる。セルロース原料は特に限定されないが、セロオリゴ糖をセルロースの加水分解反応により得る場合、アビセル(Merck社製)などの結晶性微粉セルロース、又はコットンリンターパルプが好ましい。セルロース原料として植物性バイオマスを使用することもできる。 Cellooligosaccharides can be obtained by oligomerizing cellulose using enzymatic or chemical methods. There are no particular limitations on the cellulose raw material, but when cellooligosaccharides are obtained by the hydrolysis reaction of cellulose, crystalline fine cellulose such as Avicel (manufactured by Merck) or cotton linter pulp is preferred. Plant biomass can also be used as the cellulose raw material.
バイオスティミュラント組成物は、セロトリオース(重合度:3)以外のセロオリゴ糖として、セロビオース(重合度:2)、セロテトラオース(重合度:4)、セロペンタオース(重合度:5)、セロヘキサオース(重合度:6)、セロヘプタオース(重合度:7)、セロオクタオース(重合度:8)、セロノナオース(重合度:9)、セロデカオース(重合度:10)又はこれらの組み合わせを含んでもよい。 The biostimulant composition contains, as cellooligosaccharides other than cellotriose (degree of polymerization: 3), cellobiose (degree of polymerization: 2), cellotetraose (degree of polymerization: 4), cellopentaose (degree of polymerization: 5), cello May contain hexaose (degree of polymerization: 6), celloheptaose (degree of polymerization: 7), cellooctaose (degree of polymerization: 8), cellononaose (degree of polymerization: 9), cellodecaose (degree of polymerization: 10), or a combination thereof. .
一実施態様では、グルコース及び重合度2~10のセロオリゴ糖の合計質量を基準として、グルコース及びセロビオースの合計含有量は、30質量%以下、好ましくは20質量%以下、より好ましくは10質量%以下である。グルコース及びセロビオースはエリシター活性を有さないため、グルコース及びセロビオースの合計含有量を30質量%以下とすることにより、バイオスティミュラント組成物に含まれる糖成分の単位質量あたりのエリシター活性を高めることができる。 In one embodiment, the total content of glucose and cellobiose is 30% by mass or less, preferably 20% by mass or less, and more preferably 10% by mass or less, based on the total mass of glucose and cellooligosaccharides with a degree of polymerization of 2 to 10. Since glucose and cellobiose do not have elicitor activity, by setting the total content of glucose and cellobiose to 30% by mass or less, the elicitor activity per unit mass of the sugar components contained in the biostimulant composition can be increased.
一実施態様では、グルコース及び重合度2~10のセロオリゴ糖の合計質量を基準として、重合度4~10のセロオリゴ糖の合計含有量は、70質量%以下、好ましくは50質量%以下、より好ましくは30質量%以下である。重合度4~10のセロオリゴ糖はセロトリオース部位を有するためエリシター活性を有するが、これらのセロオリゴ糖と比較して、単位質量あたりのエリシター活性はセロトリオースが最も高い。そのため、重合度4~10のセロオリゴ糖の合計含有量を70質量%以下とすることにより、バイオスティミュラント組成物に含まれる糖成分の単位質量あたりのエリシター活性を高めることができる。 In one embodiment, based on the total mass of glucose and cellooligosaccharides with a degree of polymerization of 2 to 10, the total content of cellooligosaccharides with a degree of polymerization of 4 to 10 is 70% by weight or less, preferably 50% by weight or less, more preferably is 30% by mass or less. Cellooligosaccharides with a polymerization degree of 4 to 10 have cellotriose moieties and therefore have elicitor activity, but compared to these cellooligosaccharides, cellotriose has the highest elicitor activity per unit mass. Therefore, by controlling the total content of cellooligosaccharides with a degree of polymerization of 4 to 10 to 70% by mass or less, the elicitor activity per unit mass of the sugar component contained in the biostimulant composition can be increased.
バイオスティミュラント組成物は添加剤を更に含んでもよい。添加剤としては、他の植物成長促進剤、農薬、展着剤、防腐剤、沈殿防止剤、増粘剤、賦形剤、溶剤、及びこれらの組み合わせが挙げられる。 The biostimulant composition may further include additives. Additives include other plant growth promoters, pesticides, spreading agents, preservatives, suspending agents, thickeners, excipients, solvents, and combinations thereof.
展着剤は界面活性剤を主成分とする粘稠な液体である。展着剤としては、例えば、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル、及びポリオキシエチレンヘキシタン脂肪酸エステルが挙げられる。 A spreading agent is a viscous liquid whose main component is a surfactant. Examples of the spreading agent include polyoxyethylene nonylphenyl ether, sorbitan fatty acid ester, and polyoxyethylene hexitane fatty acid ester.
防腐剤としては、例えば、ソルビン酸カリウム、パラオキシ安息香酸エステル、デヒドロ酢酸ナトリウム、ヒノキチオール、フェノキシエタノール、ポリアミノプロピルビグアニド、及びポリリジンが挙げられる。 Preservatives include, for example, potassium sorbate, paraoxybenzoic acid esters, sodium dehydroacetate, hinokitiol, phenoxyethanol, polyaminopropyl biguanide, and polylysine.
溶剤は、バイオスティミュラント組成物の植物への散布を容易にするため、あるいはバイオスティミュラント組成物を適切な濃度でエリシター活性成分を含む液状組成物にするために使用することができる。溶剤は、好ましくは水である。 Solvents can be used to facilitate application of the biostimulant composition to plants or to render the biostimulant composition into a liquid composition containing the elicitor active ingredient at a suitable concentration. The solvent is preferably water.
バイオスティミュラント組成物の形態は特に限定されず、例えば、液状、粉状、及び顆粒状が挙げられる。バイオスティミュラント組成物は、そのまま散布する、あるいは希釈して散布液を調製することが容易であることから、液状であることが好ましい。 The form of the biostimulant composition is not particularly limited, and examples of the form include liquid, powder, and granule. The biostimulant composition is preferably in liquid form, since it can be easily sprayed as is or diluted to prepare a spray solution.
バイオスティミュラント組成物は、セロトリオースと、必要に応じて他のセロオリゴ糖、及び/又は添加剤を混合することによって製造することができる。バイオスティミュラント組成物の製造に使用されるセロトリオースは、精製されたものであってもよく、他のセロオリゴ糖との混合物の形態であってもよい。 The biostimulant composition can be produced by mixing cellotriose with other cellooligosaccharides and/or additives as necessary. The cellotriose used in the production of the biostimulant composition may be purified or may be in the form of a mixture with other cellooligosaccharides.
バイオスティミュラント組成物は、使用時に希釈される高濃度の原液として供給されてもよく、使用濃度に予め調整された組成物として供給されてもよい。原液は、使用時に例えば水で1000倍に希釈して植物に施用される。原液のセロトリオースの含有量は、好ましくは0.05質量%~10質量%、より好ましくは0.1質量%~8質量%、更に好ましくは0.5質量%~6質量%である。 The biostimulant composition may be supplied as a high-concentration stock solution that is diluted at the time of use, or may be supplied as a composition that has been adjusted in advance to the concentration to be used. The stock solution is diluted, for example, 1000 times with water at the time of use and applied to plants. The cellotriose content of the stock solution is preferably 0.05% to 10% by mass, more preferably 0.1% to 8% by mass, and even more preferably 0.5% to 6% by mass.
[バイオスティミュラント組成物の使用方法]
バイオスティミュラント組成物は、様々な植物の病害抵抗性誘導に適用することができる。バイオスティミュラント組成物が適用される対象植物は特に限定されないが、典型的には農作物であり、例えば、アブラナ科、ナス科、キク科、ウリ科、アカザ科、セリ科、マメ科、ヒルガオ科、ユリ科、バラ科、アオイ科、ショウガ科、ハス科、イネ科などの植物が挙げられる。
[How to use biostimulant composition]
The biostimulant composition can be applied to induce disease resistance in various plants. The target plants to which the biostimulant composition is applied are not particularly limited, but are typically agricultural crops, such as Brassicaceae, Solanaceae, Asteraceae, Cucurbitaceae, Chenopodiaceae, Apiaceae, Fabaceae, and Convolvulaceae. Examples include plants of the family Liliaceae, Rosaceae, Malvaceae, Zingiberaceae, Lotus family, and Poaceae.
具体的には、ハクサイ、キャベツ、ブロッコリー、ハナヤサイ類、コマツナ、ミズナ、ダイコン、カブなどのアブラナ科植物、ジャガイモ、トマト、ナス、ピーマン、トウガラシ、シシトウ、タバコなどのナス科植物、シュンギク、レタス、リーフレタス、ゴボウ、フキなどのキク科植物、スイカ、メロン、カボチャ、キュウリ、ニガウリ、へちま、ひょうたんなどのウリ科植物、ホウレン草、ふだん草、スイスチャード、おかひじき、ビート等などのアカザ科植物、ニンジン、セロリ、パセリ、ミツバなどのセリ科植物、大豆(エダマメ)、小豆、インゲンマメ、ソラマメ、エンドウマメ、シカクマメ、落花生などのマメ科植物、サツマイモ、エンサイなどのヒルガオ科植物、ニラ、ネギ類、タマネギ、ニンニク、アスパラガスなどのユリ科植物、イチゴ、リンゴ、ナシ、ビワなどのバラ科植物、オクラ、綿などのアオイ科植物、ショウガなどのショウガ科植物、ハスなどのハス科植物、とうもろこし、米、大麦、小麦、サトウキビなどのイネ科植物等が挙げられる。これらの中でも、キャベツ、コマツナなどのアブラナ科植物、トマト、ナスなどのナス科植物、レタス、リーフレタスなどのキク科植物、及びイチゴ、リンゴなどのバラ科植物が好ましく、コマツナ、及びトマトがより好ましい。 Specifically, cruciferous plants such as Chinese cabbage, cabbage, broccoli, Japanese radish, komatsuna, mizuna, radish, and turnip, solanaceous plants such as potatoes, tomatoes, eggplants, green peppers, chili peppers, shishito peppers, and tobacco, Chinese chrysanthemum, lettuce, Asteraceae plants such as leaf lettuce, burdock, and butterbur; Cucurbitaceae plants such as watermelon, melon, pumpkin, cucumber, bitter melon, loofah, and gourd; Chenopodiaceae plants such as spinach, common grass, Swiss chard, hijiki seaweed, and beets; carrots , Apiaceae such as celery, parsley, and honeysuckle; Legumes such as soybeans (edamame), adzuki beans, kidney beans, fava beans, peas, deer beans, and peanuts; Convolvulaceae such as sweet potatoes and cabbage; chives, alliums, and onions. , garlic, asparagus and other plants in the lily family, strawberries, apples, pears, loquats and other plants in the rose family, okra and cotton and other plants in the mallow family, ginger and other plants in the ginger family, lotus and other plants in the lotus family, corn, and rice. , barley, wheat, sugarcane, and other grasses. Among these, Cruciferae plants such as cabbage and Komatsuna, Solanaceae plants such as tomatoes and eggplants, Asteraceae plants such as lettuce and leaf lettuce, and Rosaceae plants such as strawberries and apples are preferred, and Komatsuna and tomatoes are more preferred. preferable.
バイオスティミュラント組成物は、一般に、その原液に水等を加えて所望の濃度に希釈(例えば1000倍に希釈)して、バイオスティミュラント組成物中のエリシター活性成分の合計含有量が、好適には0.1質量ppm~500質量ppmとなる濃度にて植物に適用される。バイオスティミュラント組成物中のエリシター活性成分の濃度は、より好ましくは0.5質量ppm~200質量ppm、更に好ましくは1質量ppm~100質量ppmである。本開示において「エリシター活性成分の濃度」とは、セロトリオース、及びセロトリオース部位を有するセロオリゴ糖、例えば重合度4~10のセロオリゴ糖の合計濃度であり、エリシター活性成分の濃度の計算に際して、セロトリオース部位を有するセロオリゴ糖の質量は、物質量基準でセロトリオースに換算した値である。例えば、エリシター活性成分の濃度に関して、セロテトラオース1.00gは、セロトリオースに換算して0.76g(=1.00/666.58(セロテトラオースの分子量)×504.44(セロトリオースの分子量))として扱われる。 The biostimulant composition is generally diluted to the desired concentration by adding water or the like to the original solution (e.g., diluted 1000 times) and applied to plants at a concentration such that the total content of the elicitor active ingredient in the biostimulant composition is preferably 0.1 mass ppm to 500 mass ppm. The concentration of the elicitor active ingredient in the biostimulant composition is more preferably 0.5 mass ppm to 200 mass ppm, and even more preferably 1 mass ppm to 100 mass ppm. In this disclosure, the "concentration of the elicitor active ingredient" refers to the total concentration of cellotriose and cellooligosaccharides having a cellotriose moiety, for example, cellooligosaccharides having a degree of polymerization of 4 to 10, and when calculating the concentration of the elicitor active ingredient, the mass of the cellooligosaccharide having a cellotriose moiety is a value converted to cellotriose on a substance mass basis. For example, in terms of the concentration of the elicitor active ingredient, 1.00 g of cellotetraose is converted to 0.76 g of cellotriose (= 1.00/666.58 (molecular weight of cellotetraose) x 504.44 (molecular weight of cellotriose)).
バイオスティミュラント組成物の施用方法は特に限定されないが、例えば、葉面散布、土壌散布、培養基散布、灌漑、及び種子塗布が挙げられる。土壌散布、培養基散布及び灌漑の場合、バイオスティミュラント組成物を肥料に配合してもよい。肥料としては、例えば、窒素、リン酸、カリウムを含有する化学肥料;及び油カス、魚カス、骨粉、海藻粉末、アミノ酸、糖類、ビタミン類などの有機質肥料が挙げられる。 The method of applying the biostimulant composition is not particularly limited, and examples thereof include foliar spraying, soil spraying, culture medium spraying, irrigation, and seed application. For soil application, medium application and irrigation, biostimulant compositions may be incorporated into fertilizers. Examples of fertilizers include chemical fertilizers containing nitrogen, phosphoric acid, and potassium; and organic fertilizers such as oil cake, fish cake, bone meal, seaweed powder, amino acids, sugars, and vitamins.
バイオスティミュラント組成物を葉面散布することにより、施用効率を高めつつエリシター活性を有効に発現させることができる。葉面散布の手法は特に限定されず、例えば、動力噴霧器、肩掛け噴霧器、ブロードキャスター、スプレイヤー、有人又は無人ヘリコプター、ドローン、煙霧器、ハンドスプレーなどにより行うことができる。 By spraying the biostimulant composition on the leaves, the elicitor activity can be effectively expressed while increasing application efficiency. The method of foliar spraying is not particularly limited, and can be performed using, for example, a power sprayer, a shoulder sprayer, a broadcaster, a sprayer, a manned or unmanned helicopter, a drone, a smoker, a hand sprayer, or the like.
一実施態様では、バイオスティミュラント組成物を葉面散布することを含む植物栽培方法が提供される。 In one embodiment, a method of growing plants is provided that includes foliar spraying a biostimulant composition.
葉面散布は、葉面1cm2あたりへのエリシター活性成分の散布量が0.1ng~100ngとなるように行われることが好ましく、葉面1cm2あたりへのエリシター活性成分の散布量が1ng~20ngとなるように行われることがより好ましい。実際の圃場においては、葉面のみに選択的に散布すること、及び散布したものをすべて葉面に付着させることは困難であるため、バイオスティミュラント組成物中のエリシター活性成分の濃度が1質量ppm~500質量ppm、好ましくは10質量ppm~100質量ppmとなるように希釈などにより調整し、耕作面積100m2あたり0.01g~20g、好ましくは0.1g~10gのエリシター活性成分を植物体の上から均等に散布することが好ましい。例えば、典型的な葉面散布は、バイオスティミュラント組成物の原液を1000倍に希釈して、得られた希釈液を耕作面積10アール(1000m2)あたり100L(場合によっては30L~200L)散布することを含む。ドローン散布の場合は、バイオスティミュラント組成物の原液を10倍に希釈して、得られた希釈液を耕作面積10アール(1000m2)あたり10L散布してもよい。 Foliar spraying is preferably performed such that the amount of the elicitor active ingredient sprayed per 1 cm2 of the leaf surface is 0.1 ng to 100 ng, and the amount of the elicitor active ingredient sprayed per 1 cm2 of the leaf surface is 1 ng to 100 ng. More preferably, the amount is 20 ng. In actual fields, it is difficult to selectively spray only the leaf surface and to make all the sprayed material adhere to the leaf surface, so the concentration of the elicitor active ingredient in the biostimulant composition is The active ingredient of the elicitor is adjusted by dilution to a concentration of 0.01 g to 20 g, preferably 0.1 g to 10 g per 100 m2 of cultivated area, to a concentration of 0.01 g to 20 g per 100 m2 of cultivated area. It is preferable to spread it evenly over the body. For example, a typical foliar application involves diluting the stock solution of the biostimulant composition 1000 times and applying the resulting diluted solution at 100 L (in some cases 30 L to 200 L) per 10 are (1000 m 2 ) of cultivated area. Including spraying. In the case of drone spraying, the stock solution of the biostimulant composition may be diluted 10 times, and 10 L of the resulting diluted solution may be sprayed per 10 are (1000 m 2 ) of cultivated area.
一実施態様では、バイオスティミュラント組成物は、当該組成物を含有する葉面散布剤の形態で提供される。 In one embodiment, the biostimulant composition is provided in the form of a foliar spray containing the composition.
バイオスティミュラント組成物の施用時期及び回数は特に限定されない。例えば、バイオスティミュラント組成物を、植物の病害が発生する前に施用することもできるし、病害が発生した植物に施用することもできる。 The timing and number of applications of the biostimulant composition are not particularly limited. For example, the biostimulant composition can be applied before a plant develops a disease, or it can be applied to a plant that has a disease.
以下の実施例により、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるも
のではない。
The present invention will be described more specifically with reference to the following examples, but the present invention is not limited thereto.
[実施例1]
1.セロオリゴ糖の製造
コットンリンターパルプ(東工コーセン株式会社、セルロース含有率97%)271g(含水率1.8%、乾燥質量266g)を、フードブレンダー(型番:HBF500S、ハミルトンビーチ社製)を用いて85質量%リン酸(富士フイルム和光純薬株式会社製特級試薬)38gと混合して、反応原料309g(含水率3.4%、リン酸含有率10.4%)を取得した。
[Example 1]
1. Production of cellooligosaccharides 271 g (moisture content 1.8%, dry mass 266 g) of cotton linter pulp (Toko Kosen Co., Ltd., cellulose content 97%) was mixed with 38 g of 85% by mass phosphoric acid (special grade reagent, Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) using a food blender (model number: HBF500S, Hamilton Beach Chemical Industries, Ltd.) to obtain 309 g of reaction raw material (moisture content 3.4%, phosphoric acid content 10.4%).
続いて、反応原料30.9gを振動ミル(装置名:MB-1型、中央化工機株式会社製、ポットサイズ5L)にφ3/4インチカーボンスチールボール13kgと一緒に投入して全振幅8mm、振動数16.2Hz、ジャケット流通水温度75℃の条件で、24時間、乾式粉砕による加水分解反応を行った後、反応粉体を回収した。
Subsequently, 30.9 g of the reaction raw material was put into a vibration mill (equipment name: MB-1 type, manufactured by Chuo Kakoki Co., Ltd., pot size 5L) together with 13 kg of
この反応粉体10gとイオン交換水90gを200mLビーカーに入れて、マグネチックスターラーを用い25℃で1時間撹拌を行い、セルロース加水分解物の抽出液を得た。 10 g of this reaction powder and 90 g of ion-exchanged water were placed in a 200 mL beaker and stirred at 25°C for 1 hour using a magnetic stirrer to obtain a cellulose hydrolysate extract.
続いて、抽出液に、40質量%水酸化カルシウム水溶液1.3gを加え、マグネチックスターラーを用い25℃で1時間撹拌を行って調製した中和液から、遠心分離装置により上清液を回収した後、凍結乾燥してセロオリゴ糖粉末を取得した。 Next, 1.3 g of 40% by weight calcium hydroxide aqueous solution was added to the extract, and the mixture was stirred for 1 hour at 25°C using a magnetic stirrer to prepare a neutralized solution. The supernatant was then collected using a centrifuge and freeze-dried to obtain cellooligosaccharide powder.
得られたセロオリゴ糖粉末0.2gを純水10mLに溶解して、高速液体クロマトグラフ(HPLC)で分析した。HPLC分析結果を図1に示す。図1においてピークの上に付された番号はセロオリゴ糖の重合度(数字1はグルコースを指す。)を示す。
0.2 g of the obtained cellooligosaccharide powder was dissolved in 10 mL of pure water and analyzed by high performance liquid chromatography (HPLC). The HPLC analysis results are shown in FIG. In FIG. 1, the numbers placed above the peaks indicate the degree of polymerization of cellooligosaccharides (the
詳細な分析条件は以下のとおりであった。
HPLC装置:株式会社島津製作所製
カラム:Shodex(登録商標)OHpak(登録商標)SB-802.5 HQ(内径8.0mm×300mm、昭和電工株式会社製)×3本、直列接続
溶離液:H2O
流量:0.5mL/min
検出器:Shodex(登録商標)RI(昭和電工株式会社製)
カラム温度:55℃
The detailed analysis conditions were as follows.
HPLC device: Shimadzu Corporation Column: Shodex (registered trademark) OHpak (registered trademark) SB-802.5 HQ (inner diameter 8.0 mm x 300 mm, manufactured by Showa Denko Corporation) x 3, connected in series Eluent: H 2 O
Flow rate: 0.5mL/min
Detector: Shodex (registered trademark) RI (manufactured by Showa Denko K.K.)
Column temperature: 55℃
2.セロトリオース含有水溶液の製造
得られたセロオリゴ糖粉末0.2gを純水10mLに溶解して、セロオリゴ糖溶液を得た。HPLC分取装置にセロオリゴ糖溶液をセットし、50μL単位で注入した。カラムからの溶出物のうち、51分~53分の画分を採取した。120回注入して得られた画分を合わせて濃縮し、純水で容積を5mLに調整した。得られた溶液の濃度をセロオリゴ糖粉末と同じ分析条件でHPCL分析により定量し、純水で濃度を50質量ppmに調整してセロトリオース含有水溶液を得た。HPLC分析結果を図2に示す。
2. Production of cellotriose-containing aqueous solution 0.2 g of the obtained cellooligosaccharide powder was dissolved in 10 mL of pure water to obtain a cellotriose-containing solution. The cellooligosaccharide solution was set in an HPLC fractionation device and injected in 50 μL increments. A fraction from 51 to 53 minutes was collected from the eluate from the column. The fractions obtained by 120 injections were combined and concentrated, and the volume was adjusted to 5 mL with pure water. The concentration of the obtained solution was quantified by HPLC analysis under the same analytical conditions as for the cellooligosaccharide powder, and the concentration was adjusted to 50 ppm by mass with pure water to obtain a cellotriose-containing aqueous solution. The HPLC analysis results are shown in FIG. 2.
詳細な分取条件は以下のとおりであった。
HPLC装置:株式会社島津製作所製
分取装置:フラクションコレクタ FRC-10A(株式会社島津製作所製)
カラム:Shodex(登録商標)OHpak(登録商標)SB-802.5 HQ(内径8.0mm×300mm、昭和電工株式会社製)×3本、直列接続
溶離液:H2O
流量:0.5mL/min
検出器:示差屈折率検出器 RID-10A(株式会社島津製作所製)
カラム温度:55℃
The detailed preparative conditions were as follows.
HPLC device: Shimadzu Corporation Fractionation device: Fraction collector FRC-10A (Shimadzu Corporation)
Column: Shodex (registered trademark) OHpak (registered trademark) SB-802.5 HQ (inner diameter 8.0 mm x 300 mm, manufactured by Showa Denko K.K.) x 3, connected in series Eluent: H 2 O
Flow rate: 0.5 mL/min
Detector: Differential refractive index detector RID-10A (manufactured by Shimadzu Corporation)
Column temperature: 55°C
[比較例1~比較例5]
実施例1と同様の方法で、53分~55分の画分からセロビオース含有水溶液(比較例1)、49分~51分の画分からセロテトラオース含有水溶液(比較例2)、47分~49分の画分からセロペンタオース含有水溶液(比較例3)、46分~47分の画分からセロヘキサオース含有水溶液(比較例4)、43分~46分の画分から重合度7~9のセロオリゴ糖含有水溶液(セロヘプタオース、セロオクタオース及びセロノナオースの混合物含有)(比較例5)をそれぞれ得た。
[Comparative Examples 1 to 5]
Using the same method as in Example 1, a cellobiose-containing aqueous solution was obtained from the 53-55 minute fraction (Comparative Example 1), a cellotetraose-containing aqueous solution was obtained from the 49-51 minute fraction (Comparative Example 2), a cellopentaose-containing aqueous solution was obtained from the 47-49 minute fraction (Comparative Example 3), a cellohexaose-containing aqueous solution was obtained from the 46-47 minute fraction (Comparative Example 4), and a cellooligosaccharide-containing aqueous solution having a degree of polymerization of 7 to 9 (containing a mixture of celloheptaose, cellooctanoose, and cellononaose) (Comparative Example 5) was obtained from the 43-46 minute fraction.
比較例1~比較例5のセロオリゴ糖含有水溶液のHPLC分析結果を図3~図7にそれぞれ示す。比較例5については保持時間の参照のために少量のセロトリオースを混合した。そのため、図7ではセロトリオースのピークが観察された。 HPLC analysis results of cellooligosaccharide-containing aqueous solutions of Comparative Examples 1 to 5 are shown in FIGS. 3 to 7, respectively. For Comparative Example 5, a small amount of cellotriose was mixed for reference of retention time. Therefore, in FIG. 7, a cellotriose peak was observed.
実施例1及び比較例1~5のセロオリゴ糖含有水溶液の固形分組成を表1に示す。 The solid composition of the cellooligosaccharide-containing aqueous solutions of Example 1 and Comparative Examples 1 to 5 is shown in Table 1.
[エリシター活性測定]
セロオリゴ糖のエリシター活性を以下の手順で測定した。
[Elicitor activity measurement]
The elicitor activity of cellooligosaccharides was measured by the following procedure.
AtWRKY33遺伝子(AT2G38470)は、シロイヌナズナの病害抵抗性応答に中心的な役割を担う転写調節因子をコードする遺伝子である。AtWRKY33遺伝子プロモーターの制御下にあるルシフェラーゼマーカー遺伝子を含むシロイヌナズナ形質転換体(H. Kato et al., Recognition of pathogen-derived sphingolipids in Arabidopsis, Science, 376(6595), 857-860 (2022))の種子を、滅菌液(3%過酸化水素、50%エタノール)中で穏やかに振盪しながら1分間表面殺菌し、更に殺菌水で洗浄した。その後、殺菌された種子を150μLのルシフェリン添加ムラシゲ・スクーグ(MS)液体培地(1/2 ムラシゲ・スクーグ培地用混合塩類、0.05%[w/v]MES、0.5%[w/v]ショ糖、NaOHでpH5.8に調整、50μM D-ルシフェリン)を含む96マイクロウェルプレートのウェルに一つずつ入れ、透明プラスチックカバーでシールした。このプレートをグロースチャンバー内で約12日間、23℃、24時間点灯で静置し、シロイヌナズナを育成した。生育した実生にセロオリゴ糖(濃度15質量ppm)を散布した後、発現したルシフェラーゼに由来する化学発光強度の経時変化をマルチプレートリーダーMithras LB940(Berthold社製)を用いて8回測定し、その平均値を求めた。 The AtWRKY33 gene (AT2G38470) is a gene encoding a transcriptional regulatory factor that plays a central role in the disease resistance response of Arabidopsis. Seeds of an Arabidopsis transformant containing a luciferase marker gene under the control of the AtWRKY33 gene promoter (H. Kato et al., Recognition of pathogen-derived sphingolipids in Arabidopsis, Science, 376(6595), 857-860 (2022)) were surface sterilized for 1 minute with gentle shaking in a sterilizing solution (3% hydrogen peroxide, 50% ethanol), and then washed with sterile water. Thereafter, the sterilized seeds were added to 150 μL of Murashige-Skoog (MS) liquid medium supplemented with luciferin (1/2 mixed salts for Murashige-Skoog medium, 0.05% [w/v] MES, 0.5% [w/v ] sucrose, adjusted to pH 5.8 with NaOH, 50 μM D-luciferin) and sealed with a transparent plastic cover. This plate was left standing in a growth chamber for about 12 days at 23°C with the light on for 24 hours to grow Arabidopsis. After spraying cellooligosaccharide (concentration 15 mass ppm) on grown seedlings, the time-dependent change in chemiluminescence intensity derived from the expressed luciferase was measured eight times using a multiplate reader Mithras LB940 (manufactured by Berthold), and the average I found the value.
図8に、実施例1及び比較例1~5のセロオリゴ糖水溶液のエリシター活性の測定結果を示す。図9及び表2に、実施例1及び比較例1~5のセロオリゴ糖水溶液の15ppmあたりのエリシター活性(質量濃度基準)を示す。図9及び表2には、グルコース水溶液を用いて実施例1と同様の手順で行った対照実験(コントロール)の結果も合わせて示す。図9及び表2の数値は蛍光強度(a.u.)である。 Figure 8 shows the results of measuring the elicitor activity of the aqueous cellooligosaccharide solutions of Example 1 and Comparative Examples 1 to 5. Figure 9 and Table 2 show the elicitor activity (mass concentration basis) per 15 ppm of the aqueous cellooligosaccharide solutions of Example 1 and Comparative Examples 1 to 5. Figure 9 and Table 2 also show the results of a control experiment (control) conducted in the same manner as in Example 1 using an aqueous glucose solution. The values in Figure 9 and Table 2 are fluorescence intensity (a.u.).
図9及び表2から、セロトリオースが最も高い単位質量あたりのエリシター活性を有することが分かる。また、エリシター活性が、セロトリオース、セロテトラオース、セロペンタース、セロヘキサオース、及び重合度7~9のセロオリゴ糖で見られ、一方で、グルコース及びセロビオースではエリシター活性が見られないことから、セロトリオース単位がエリシター活性部位であることが示唆される。 From FIG. 9 and Table 2, it can be seen that cellotriose has the highest elicitor activity per unit mass. In addition, elicitor activity is observed in cellotriose, cellotetraose, cellopentase, cellohexaose, and cellooligosaccharides with a degree of polymerization of 7 to 9, while no elicitor activity is observed in glucose and cellobiose. It is suggested that this is an elicitor active site.
本発明のバイオスティミュラント組成物は、植物の病害抵抗性誘導に有利に使用することができる。 The biostimulant composition of the present invention can be advantageously used to induce disease resistance in plants.
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