JP5586792B2 - 植物の収穫時バイオマス量の管理方法、及び管理システム - Google Patents
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Description
また、本発明にかかるシステムは、植物中の脂肪酸の含有量を測定するための測定手段と、測定した全脂肪酸に対するリノレン酸の割合を取得する取得手段と、算出したリノレン酸の割合に基づいて、植物の収穫時バイオマス量を推定する推定手段とを備えている、植物の収穫時バイオマス量を管理するシステムである。
(管理方法の概要)
本発明にかかる植物の収穫時バイオマス量の管理方法は、植物中の脂肪酸の含有量を測定する測定工程、測定した全脂肪酸量に対するリノレン酸の割合を取得する取得工程、取得したリノレン酸の割合に基づいて、植物の収穫時バイオマス量を推定する推定工程を含む方法である。
上記測定工程は、植物中の脂肪酸の含有量を測定する工程である。脂肪酸の含有量の測定は、破壊的方法、又は非破壊的方法で行われる。そして測定した各種脂肪酸の含有量から、植物中の全脂肪酸の含有量を得る。
上記取得工程は、測定工程で測定した全脂肪酸量に対するリノレン酸の割合を取得する工程である。リノレン酸を含んだ全脂肪酸量の測定値、及びリノレン酸のみの脂肪酸量の測定値は、上記の測定工程を行うことでそれぞれ得られる。取得工程では、例えば、リノレン酸のみの脂肪酸量の測定値を、リノレン酸を含んだ全脂肪酸量の測定値で除して、全脂肪酸量に対するリノレン酸の含有割合(例えば、重量ベースの含有割合(単位%))が取得される。例えば、脂肪酸量の測定を上記した近赤外光分析で行う場合は、リノレン酸量を反映したピーク面積を、全脂肪酸量を反映したピーク面積で除することで、全脂肪酸量に対するリノレン酸の割合が取得される。なお、植物における全脂肪酸量に対するリノレン酸の割合を、「リノレン酸/全脂肪酸」割合と称する場合がある。
上記推定工程は、リノレン酸の割合に基づいて、植物の収穫時バイオマス量を推定する工程である。植物では種類を問わず、「リノレン酸/全脂肪酸」割合が高くなるほど、収穫時総バイオマス量が低くなる傾向がある。推定工程では、取得工程で取得した「リノレン酸/全脂肪酸」割合を推定用の基準値と比較し、当該比較の結果に基づいて、植物の収穫時バイオマス量を推定する。なお、以下の説明では、推定工程で得られた収穫時バイオマス量の推定値を、「収穫時バイオマス推定量」と称する。
上記の判定工程は、推定工程で得た収穫時バイオマス推定量と、目標とする収穫時バイオマス量(収穫時バイオマス量の目標値)とを比較して、植物の収穫時バイオマス量を調整する必要があるか否かを判定する工程である。
本発明に係る収穫時バイオマス量の管理方法では、上記判定工程以降であって、かつ植物を利用する時期よりも前に、必要に応じて、収穫時バイオマス推定量に基づいて、植物の収穫時バイオマス量を目標値に近づけるための処置を行う、バイオマス量の調整工程を含んでいてもよい。調整工程の一例は、推定工程及び判定工程を行った後も植物を利用する時期になるまで当該植物を継続して生育させつつ、植物中のグルタチオン濃度、特に当該濃度の日周変動のパターンを変更させる工程である。
本発明に係る収穫時バイオマス量の管理方法では、上記判定工程の後に植物を利用に供することなくその生育を中止する工程をさらに含んでいてもよい。植物の生育を早期に中止すれば、過剰生産の防止に加えて、生育の継続に要する労力及びコストを削減できるという利点もある。さらに、植物の生育を中止して他の植物に植え替えれば、耕作面積の利用の最適化に結びつけることができる。
本発明にかかる収穫時バイオマス量の管理方法では、植物は、収穫時のバイオマス量が適切となるように管理及び生育される。生育された植物は、最終的には利用に供される。ここで、植物を利用に供するとは、植物を収穫して所定の目的に利用すること、及び、植物を収穫せずに利用することを指す。
本発明にかかる管理方法が適用される植物の種類は特に限定されず、野生植物のみならず栽培植物も対象となるが、収穫時バイオマス量を管理するという目的から好ましくは栽培植物である。
本発明において植物の収穫時バイオマス量とは、植物を利用する段階における当該植物のバイオマス量(乾燥重量)を指す。植物を利用する段階とは、収穫して利用される植物の場合は収穫時を指し、収穫せずに利用される植物の場合は当該利用の時を指す。収穫時バイオマス量は、当該植物の収穫時の総バイオマス量であってもよいが、地上部を利用する植物、特に果実又は種子を利用する植物の場合は、総結実量(乾燥重量)、又は、収穫時における植物の地上部総バイオマス量(乾燥重量)であることが好ましい。なお、植物体全体或いは植物体の地上部の充実度合いと総結実量との間には、比較的に相関関係が見られるため、総結実量と収穫時における植物の地上部総バイオマス量とは比較的に相関する。
本発明にかかる管理方法によれば、バイオマスの生産性(種子収量を含む。)が管理できるようになる。この管理方法を、特に広域での植物生産管理に活用すれば、生産量の好適化及び流通の好適化にも寄与し、省コスト及び省エネルギー化による低炭素社会の構築にも寄与する。また、農作物の生産量管理を広域に対して行うことで、生産量、流通量を管理する技術としての運用が可能となる。
以下、上記した植物の収穫時バイオマス量の管理方法を実行するシステムの一例について、図1に基づき具体的に説明する。
本発明にかかる方法(1)は、植物中の脂肪酸の含有量を測定する測定工程、測定した全脂肪酸量に対するリノレン酸の割合を取得する取得工程、取得したリノレン酸の割合に基づいて、植物の収穫時バイオマス量を推定する推定工程を含む、植物の収穫時バイオマス量の管理方法である。
本発明にかかる方法(2)は、方法(1)において、前記測定工程が、植物の花芽形成の時期又はそれ以前に行われるものである。
本発明にかかる方法(3)は、上記方法(1)又は(2)において、収穫時バイオマス量が管理される植物の生育が、前記測定工程の前後にわたって維持されているものである。
本発明にかかる方法(4)は、上記方法(1)から(3)の何れかにおいて、前記測定工程が、非破壊にて行われるものである。
本発明にかかる方法(5)は、上記方法(1)から(4)の何れかにおいて、前記測定工程が、前記植物からの反射光または透過光に含まれる近赤外光を分光学的手法で分析することにより行われるものである。
本発明にかかる方法(6)は、上記方法(1)から(5)の何れかにおいて、前記推定工程で推定した収穫時バイオマス量に基づいて、植物の収穫時バイオマス量を目標値に近づけるための処置を行う、バイオマス量の調整工程をさらに含むものである。
本発明にかかる方法(7)は、上記方法(6)において、前記調整工程は、バイオマス量の調節剤を植物に供給することによって行うものである。
本発明にかかる方法(8)は、上記方法(7)において、前記調節剤がグルタチオンを含むものである。
本発明にかかる方法(9)は、上記方法(1)から(8)の何れかにおいて、前記収穫時バイオマス量は、植物の総結実量(重量)、又は、収穫時における植物の地上部総バイオマス量(重量)である。
また、本発明にかかるシステム(1)は、植物中の脂肪酸の含有量を測定するための測定手段と、測定した全脂肪酸に対するリノレン酸の割合を取得する取得手段と、算出したリノレン酸の割合に基づいて、植物の収穫時バイオマス量を推定する推定手段とを備えている、植物の収穫時バイオマス量を管理するシステムである。
本発明にかかるシステム(2)は、上記システム(1)において、推定手段により推定された植物の収穫時バイオマス量に基づいて、植物の収穫時バイオマス量を目標値に近づけるための処置を診断する診断手段をさらに備えているものである。
予備実験として、水の近赤外光吸収スペクトル及びその二次微分波形の解析を行った。測定は近赤外分光計AOTF-NIR Spectrometer Model:C (Infrared Fiber Systems, Inc., USA)を用いて、以下の計測条件で測定スポットからの反射光を測定した。
計測条件は、以下、
・波長範囲(Wavelength):1.300μm〜2.500μm
・計測間隔(Measurement slit width):1nm
・走査回数(Scan times):25回
・計測時間(Time):12秒
に示す通りである。
上記参考例1と同様の方法を用いてリノレン酸の標準試料(Aldrich社 USA, Code No.85,601-0)の近赤外光吸収スペクトルを取得し、次いで、当該吸収スペクトルの二次微分波形を波形解析ソフトウェア32/AI(Gram社)によって計算した。図3に示すように、波長1.250μm以上で2.400μm以下の範囲内に、リノレン酸に特徴的なピークを少なくとも10カ所で見出すことができた。具体的には、波長が1.350μm以上で1.420μm以下の範囲内、1.690μm以上で1.740μm以下の範囲内、1.750μm以上で1.760μm以下の範囲内、1.910μm以上で1.920μm以下の範囲内、1.940μm以上で1.950μm以下の範囲内、2.150μm以上で2.180μm以下の範囲内、2.190μm以上で2.220μm以下の範囲内、2.290μm以上で2.310μm以下の範囲内、2.330μm以上で2.350μm以下の範囲内、及び2.370μm以上で2.400μm以下の範囲内のそれぞれに存在するピークである。このうち、参考例1で挙げた、水の吸収による影響の受けない波長域に含まれる吸光ピークは、1.690μm以上で1.740μm以下の範囲内、2.150μm以上で2.180μm以下の範囲内、2.190μm以上で2.220μm以下の範囲内、2.290μm以上で2.310μm以下の範囲内、及び2.330μm以上で2.350μm以下の範囲内のそれぞれに存在するピークである。なお、図3には、参考として、水の吸収スペクトルの二次微分波形(図中で黒塗り)も示している。
植物材料として、温州ミカン(Citrus unshiu)を用い非破壊で脂肪酸含有量の測定を行った。温州ミカンは、和歌山県有田郡(和歌山県農林水産総合技術センター内)のミカン畑で栽培されている立木であり、2009年7月1日に上記参考例1と同様の方法により、AOTF-NIR Spectrometer Model:C(Infrared Fiber Systems, Inc., USA)を用いて脂肪酸含有量の測定に供した。
計測条件は、以下、
・波長範囲(Wavelength):1.25μm〜2.5μm
・計測間隔(Measurement slit width):1nm
・走査回数(Scan times):25回
・計測時間(Time):10秒
に示す通りである。
シロイヌナズナのリノレン酸生合成経路に関わる遺伝子であるFAD3、FAD7、FAD8の全てを欠失した三重変異体(fad3, fad7, fad8/リノレン酸欠乏株)、FAD7及びFAD8を欠失した二重変異体(fad7, fad8/リノレン酸欠乏株)、FAD3過剰発現体(35S−FAD3/リノレン酸過剰株)、及び野生株(Col 野生型)に含まれるリノレン酸含有量についてガスクロマトグラフィーにより計測をおこなった。なお、リノレン酸欠乏株(三重変異体)、及びリノレン酸過剰株は、特許文献1(日本国特許 特許第4095112号)に記載したものと同一であり、リノレン酸欠乏株(二重変異体)は参考文献(Plant Physiology 106, 1609-1614, 1994)に記載のある植物と同一である。
・波長範囲(Wavelength):1.3μm〜2.5μm
・計測間隔(Measurement slit width):1nm
・走査回数(Scan times):平均25回
・計測時間(Time):12秒
スムージング係数を79, 11、ポイント数を17, 19, 23に設定し、そこから得た二次微分波形について、上記参考例等に記載の方法でリノレン酸量、及び植物中の全脂肪酸量の解析を行った。
異なる3種の針葉樹の樹葉について解析を行った。測定に供した3種は、アカエゾマツ(Picea glehnii)、グイマツ(Larix gmelinii)、カラマツ(Larix kaempferi)であり、すべて北海道立林業試験場内(北海道美唄市)で栽培されている樹木である。測定は2008年6月8日に行い、リノレン酸量の非破壊分析法として、参照例1と同様の近赤外分光法を用い、樹葉にAOTF-NIR Spectrometer Model:Cを接触させて波長2.600μmまでの近赤外光領域の反射光を分析した。図8は、得られた吸収スペクトルを二次微分して得られた波長−吸光度の関係を示す図であり、波長1.690μm〜1.750μmについて拡大して示している。図8に示すように、いずれの種においても、帰属波長1.712μmの吸光ピークが存在しており、リノレン酸が計測できることが示された。また、リノール酸、オレイン酸などの他の脂肪酸についても同様に測定可能なことが分かる。このように、本発明の方法を適用すれば、シロイヌナズナ以外の植物(特に針葉樹)においても、全脂肪酸量に対するリノレン酸の割合を解析できることが分かった。
本参考例では、参考例4で使用したシロイヌナズナの各株について、バイオマス量の計量と、グルタチオンの施用によるバイオマス量の調整効果の確認とを行った。
植物材料として、3個体の温州ミカン(Citrus unshiu:品種名 宮川早生)を用いて、リノレン酸の含有割合と着花数との関係を調べた。温州ミカンは、ミカン畑で栽培されている立木であり、2009年9月10日、10月9日、11月9日、及び12月9日に、1年目の枝から葉を採取し、ガスクロマトグラフィーによって、葉中に含まれる全脂肪酸量及びリノレン酸量を測定し、全脂肪酸量に対するリノレン酸の割合を算出した。また、これら3個体の温州ミカンについて、2010年5月26日に、着花数を目視によりカウントした。図10は、全脂肪酸量に対するリノレン酸の割合と、100節当りの着花総数及び有葉花数との関係を示している。
植物材料として、複数個体のグイマツを用いて、リノレン酸の含有割合と結実球果量との関係を調べた。グイマツは、北海道立総合研究機構林業試験場美唄本場内にある立木であり、結実球果の観測年の2年前の8月〜10月にかけて各月1回ずつ、1〜3年生枝(主には1年生枝)から葉を採取し、ガスクロマトグラフィーによって、葉中に含まれる全脂肪酸量及びリノレン酸量を測定し、全脂肪酸量に対するリノレン酸の割合を算出した。
植物材料として、複数個体のグイマツを用いて、リノレン酸の含有割合と雄花/雌花割合との関係を調べた。グイマツは、互いに近接して植生された立木を対象としており、各個体から葉を採取し、ガスクロマトグラフィーによって、葉中に含まれる全脂肪酸量及びリノレン酸量を測定し、全脂肪酸量に対するリノレン酸の割合を算出した。
2 取得手段
3 推定・診断手段
4 表示手段
5 記憶手段
6 コンピュータ
10 管理システム
Claims (11)
- 植物中の脂肪酸の含有量を測定する測定工程、
測定した全脂肪酸量に対するリノレン酸の割合を取得する取得工程、
取得したリノレン酸の割合を基準値と比較して、植物の収穫時バイオマス量を推定する推定工程を含み、上記基準値は、上記植物と同種の植物(基準植物)における全脂肪酸量に対するリノレン酸の割合と収穫時バイオマス量の実測値との関係を複数組セットにしたものである、植物の収穫時バイオマス量の管理方法。 - 前記測定工程が、植物の花芽形成の時期又はそれ以前に行われる請求項1に記載の方法。
- 収穫時バイオマス量が管理される植物の生育が、前記測定工程の前後にわたって維持されている請求項1又は2に記載の方法。
- 前記測定工程が、非破壊にて行われる請求項1から3の何れか1項に記載の方法。
- 前記測定工程が、前記植物からの反射光または透過光に含まれる近赤外光を分光学的手法で分析することにより行われる請求項1から4の何れか1項に記載の方法。
- 前記推定工程で推定した収穫時バイオマス量に基づいて、植物の収穫時バイオマス量を目標値に近づけるための処置を行う、バイオマス量の調整工程をさらに含んでいる、請求項1から5の何れか1項に記載の方法。
- 前記調整工程は、バイオマス量の調節剤を植物に供給することによって行う請求項6に記載の方法。
- 前記調節剤がグルタチオンを含む請求項7に記載の方法。
- 前記収穫時バイオマス量は、植物の総結実量、又は、収穫時における植物の地上部総バイオマス量である請求項1から8の何れか1項に記載の方法。
- 植物中の脂肪酸の含有量を測定するための測定手段と、
測定した全脂肪酸に対するリノレン酸の割合を取得する取得手段と、
取得したリノレン酸の割合を基準値と比較して、植物の収穫時バイオマス量を推定する推定手段とを備え、上記基準値は、上記植物と同種の植物(基準植物)における全脂肪酸量に対するリノレン酸の割合と収穫時バイオマス量の実測値との関係を複数組セットにしたものである、植物の収穫時バイオマス量を管理するシステム。 - 推定手段により推定された植物の収穫時バイオマス量に基づいて、植物の収穫時バイオマス量を目標値に近づけるための処置を診断する診断手段をさらに備えている、請求項10に記載のシステム。
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