JP6217980B2 - トマト育苗方法、育苗装置及び植物工場 - Google Patents

Description

本発明は、ウイルス病の発病を抑制可能なトマト育苗方法、育苗装置及び植物工場に関する。

トマトモザイクウイルス（ＴｏＭＶ）は、トマトに感染し、モザイク症状及び壊疽症状による減収被害をもたらす重要病原体である。近年、海外から抵抗性遺伝子を打破する新系統のウイルスが侵入し、トマトに減収被害をもたらしている。作物のウイルス病は、主に媒介虫や農作業中の手指を介して感染発病するため、ウイルス病を防除するには媒介虫を駆除すればよいが、害虫の薬剤抵抗性が発達しており完全ではない。作物の抵抗性遺伝子を利用する方法もあるが、遺伝子打破系のウイルスには効果がない。

うどんこ病など糸状菌による病害に対しては、植物に２８０〜３４０ｎｍのＵＶ−Ｂを照射することで糸状菌の細胞形成や菌糸の成長を抑制し、植物の病害抵抗性を誘導可能にする技術がある（例えば特許文献１参照）。さらに２８０〜３４０ｎｍのＵＶ−Ｂを照射するだけでは、菌糸の成長抑制、植物の病害抵抗性の誘導が不十分であるとし、２８０〜３４０ｎｍのＵＶ−Ｂと２５５〜２８０ｎｍのＵＶ−Ｃとを重畳して照射することで、従来以上に、菌糸の成長を抑制し、植物の病害抵抗性を誘導可能にする技術が提案されている（例えば特許文献２参照）。

特開２００５−３２８７３４号公報 特許第５１６２７４０号公報

特許文献１及び２に記載の技術を含め、植物に紫外線を照射し発病を抑制する技術は、育苗装置、さらには植物工場での使用が期待される。発病抑制技術を、育苗装置あるいは植物工場で使用する場合には、発病抑制効果が高いことはもちろんのこと、安全性、経済性も重要である。

特許文献２に記載の技術では、２８０〜３４０ｎｍのＵＶ−Ｂと２５５〜２８０ｎｍのＵＶ−Ｃとを重畳して照射するが、２５５〜２８０ｎｍのＵＶ−Ｃは人体に極めて有害であるので、好ましい方法とは言い難い。

また従来の紫外線ランプを使用し発病を抑制する技術の場合、照射量が１日当たり５〜７ｋＪであるためランニングコストが高くなる。

特許文献２に記載の技術を含め、菌糸の成長を抑制する技術はこれまでに幾つか開発されているが、遺伝子打破系のウイルスによるウイルス病を防除する方法はこれまで開発されておらず、開発が待たれている。このウイルス病の防除方法が、安全で経済性に優れる方法であれば、実用上、非常に好ましいことは言うに及ばない。

本発明の目的は、ウイルス病の発病を抑制可能な、安全で経済性に優れるトマト育苗方法、育苗装置及び植物工場を提供することである。

本発明は、ＬＥＤ光源を用いてトマト苗に光を照射する工程を有し、当該工程は、有効波長成分として２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の光を１日当たり０．７ｋＪ／ｍ^２以上１．４ｋＪ／ｍ^２以下照射し、これによりＵＶ障害を抑制しつつ、トマトのウイルス病の発病を抑制することを特徴とするトマト育苗方法である。

本発明のトマト育苗方法において、前記ＬＥＤ光源から放出する光は、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域のみからなることを特徴とする。

本発明のトマト育苗方法において、前記ＬＥＤ光源は、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域のみからなる光を放出することを特徴とする。

本発明のトマト育苗方法において、前記ＬＥＤ光源は、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域を含む光を放出する光源と、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光のみを透過する透過手段とからなることを特徴とする。

また本発明は、トマト苗の育苗装置であって、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域のみからなる光を、１日当たり０．７ｋＪ／ｍ^２以上１．４ｋＪ／ｍ^２以下の照射量でトマト苗に照射可能なＬＥＤ光源を備えることを特徴とする育苗装置である。

本発明の育苗装置において、前記ＬＥＤ光源は、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域のみからなる光を放出することを特徴とする。

本発明の育苗装置において、前記ＬＥＤ光源は、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域を含む光を放出する光源と、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光のみを透過する透過手段とからなることを特徴とする。

また本発明は、前記育苗装置を備えることを特徴とする植物工場である。

本発明によれば、ウイルス病の発病を抑制可能な、安全で経済性に優れるトマト育苗方法、育苗装置及び植物工場を提供することができる。

本発明のトマト育苗方法を実施可能な育苗装置１の構成図である。 図１の育苗装置１で使用する光源の配置を模式的に示す平面図である。 本発明のトマト育苗方法を実施可能な植物工場２の概略構成を示す模式図である。 本発明の実施例で使用したＬＥＤパッケージの発光パターンを表した図である。 本発明の実施例で使用した照射モジュールの外観図である。 本発明の実施例に記載の各波長のＬＥＤのＴｏＭＶ抑制効果に関する実験で使用した実験装置の外観図である。 本発明の実施例に記載の各波長のＬＥＤのＴｏＭＶ抑制効果に関する実験結果である。 本発明の実施例に記載の各波長のＬＥＤのＴｏＭＶ抑制効果に関する実験結果である。 本発明の実施例に記載の接種前後のＵＶ照射がＴｏＭＶの発病抑制に及ぼす影響に関する実験結果である。 本発明の実施例に記載のＴｏＭＶの発病を抑制する深紫外線ＬＥＤの最適照射量特定実験の結果である。

本発明のトマト育苗方法は、ＬＥＤ光源を用いてトマト苗に光を照射する工程を有し、当該工程で使用するＬＥＤ光源は、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域を含み、トマト苗に照射する光は、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長成分の照射量が１日当たり０．７ｋＪ／ｍ^２以上１．４ｋＪ／ｍ^２以下であることを特徴とする。

本発明のトマト育苗方法は、本質的にはトマト苗に対して、ＬＥＤ光源を用いて、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長成分の照射量が１日当たり０．７ｋＪ／ｍ^２以上１．４ｋＪ／ｍ^２以下となるように照射することでウイルス病の発病を抑え、病害抵抗性を誘導するものである。

本発明のトマト育苗方法において、照射される光は、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長成分のみに限定されるものではなく、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光がトマト苗に及ぼす効果を阻害しない範囲、あるいはトマト苗に障害など悪影響を与えない範囲で他の波長域の光を含んでいてもよい。

後述の実施例に記すように、２９５〜３０５ｎｍの波長域の光をトマト苗に照射した場合、トマト苗に障害が発生しなかった。一方でＴｏＭＶの発病を抑制する効果はなかった。このことから２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光と２９５〜３０５ｎｍの波長域の光とを含む光をトマト苗に照射しても、トマト苗に悪影響はないと考えられる。

これに対して、後述の実施例に記すように２６０〜２７０ｎｍの波長域の光を照射すると、ＴｏＭＶの発病を抑制する効果がある一方でＵＶ障害が発生した。また２６０〜２７０ｎｍの波長域の光は、ＵＶ−Ｃの領域の紫外線であり、人体にとって極めて危険である。よって２６０〜２７０ｎｍの波長域の光は含まれないことが望ましく、含まれる場合であっても可能な限り少ないことが好ましい。

２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光がトマト苗に及ぼす効果を阻害しない範囲、あるいはトマト苗に障害など悪影響を与えない範囲で他の波長域の光を含んでいてもよいことは既に記載の通りであるが、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長成分の照射量が１日当たり０．７ｋＪ／ｍ^２以上１．４ｋＪ／ｍ^２以下となるように照射する必要があることを考えれば、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光のみを照射することが効率的であり、好ましい。

光源には、ＬＥＤを使用する。上記の通り、トマト苗に照射する必要がある光は、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光であるから、当該波長域の光を放出するＬＥＤを１個又は複数個使用すればよい。ＬＥＤは、半値幅が狭いため有害な波長２５５〜２８０ｎｍのＵＶ−Ｃを含まない２８０〜２９０ｎｍのＵＶ−Ｂを照射することが可能であり、特に２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光のみを放出するＬＥＤを好適に使用することができる。ここで２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光のみを放出するＬＥＤとは、実質的に２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光を放出するＬＥＤであり、２８０ｎｍ未満及び／又は２９０ｎｍを超える波長の光を全く放出しないことを意味するものではない。

２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光のみを放出するＬＥＤとしては、例えば、後述の実施例で使用した日機装株式会社製の深紫外線ＬＥＤパッケージ（Ａ２８５ＴＯ４６ＦＷ、λpeak＝２８５ｎｍ、発光強度１．２５ｍＷ）がある。

またＬＥＤ光源として、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域を含む光を放射するＬＥＤと、当該ＬＥＤが放出する光のうち２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光のみを透過するフィルター等の透過手段とを用い、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光のみをトマト苗に照射するようにしてもよい。

前記透過手段は、特定の手段に限定されるものではないがフィルター等が望ましい。ここで２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光のみを透過する手段とは、実質的に２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光を透過するものであり、２８０ｎｍ未満及び／又は２９０ｎｍを超える波長の光を全く透過しないことを意味するものではない。

トマト苗に照射する光の照射量は、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光が１日当たり０．７ｋＪ／ｍ^２以上１．４ｋＪ／ｍ^２以下となるように照射する。２８０ｎｍ未満及び／又は２９０ｎｍを超える波長の光を含んでもよいが、その場合でも２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光の照射量が、１日当たり０．７ｋＪ／ｍ^２以上１．４ｋＪ／ｍ^２以下となるように照射する。

２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光の照射量が１日当たり０．７ｋＪ／ｍ^２未満では、ウイルス病の発病を十分に抑え、病害抵抗性を誘導することができない。一方、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光の照射量が１日当たり１．４ｋＪ／ｍ^２を超えると、ウイルス病の発病を抑え、病害抵抗性を誘導することができるが、ＵＶ障害が大きくなるので好ましくない。

トマト苗に２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光を照射する時期は、特定の時期に限定されるものではない。一例を示せば、トマト苗に本葉が出てから３日間、１日８時間程度の照射を行えばよい。２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光を照射するときは、同時に、トマト苗に可視光が照射されていることが好ましい。可視光は、自然光であっても人工光であってもよい。

後述の実施例で示すようにトマト苗に３日間、１日８時間、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光を照射すると、照射期間も含め１０日間程度の効果が持続することを確認済である。よって、３日間照射後、１週間程度の待機期間を設け、これを繰り返せばよい。

また後述の実施例で示すように、ＴｏＭＶ接種前だけ、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光を１日当たり０．７ｋＪ／ｍ^２の照射量で照射（以下、本発明ＵＶを照射と記す）した場合でもＴｏＭＶの発病抑制効果は高かった。このことは予め本発明ＵＶを照射することで獲得抵抗性が付与されたことを示している。一方、ＴｏＭＶ接種前照射よりは劣ったが、ＴｏＭＶ接種後の照射でも発病抑制効果が認められた。このことは、本発明ＵＶの照射がウイルス感染だけでなく、植物体内でのウイルスの増殖抑制にも寄与していることを示唆している。以上から本発明ＵＶの照射によってウイルス病を抑制するためには、感染前からの予防的な照射が重要であると考えられる。

育苗施設で育成したトマト苗を、本圃に移した後は、本発明ＵＶを照射することは難しいが、閉鎖型施設、例えば完全制御型植物工場のような場合には、育苗室から栽培室に移設した後に、本発明ＵＶを照射してもよい。

トマト苗に照射する光の照射位置は、トマト苗の上方からを基本とするが、上方からのみでは十分に照射することができない場合には、上方に加え横方向、あるいは下方からの照射を追加すればよい。

本発明のトマト育苗方法を使用することで、少ない照射エネルギーでかつ少ない副作用で、効率的にウイルス病の発病を抑え、かつ病害抵抗性を誘導することができる。本発明のトマト育苗方法は、農薬による防除が不可能なウイルス病害の抑制に好適に使用することができる。

従来から、うどんこ病など糸状菌による病害の抑制に紫外線照射が行われているが、本方法は、従来の方法に比較して一日当たりの光（紫外線）の照射量が１／５〜１／７と小さいため、育苗施設、植物工場に好適に使用することができる。また本発明のトマト育苗方法は、ＵＶ−Ｃを含まない光を照射するため万一人間が浴びても被害は少なく、安全な方法といえる。

次に本発明のトマト育苗方法を実施可能な育苗装置及び植物工場について説明する。図１は、本発明のトマト育苗方法を実施可能な育苗装置１の構成図、図２は、図１の育苗装置１の育苗装置で使用する光源の配置を模式的に示す平面図である。

育苗装置１は、本発明のトマト育苗方法を使用した育苗装置であり、閉鎖施設３を有し、当該施設３内にトマト苗１００を収容する育苗棚１１と、トマト苗１００に光を照射する照明装置１５と、照明装置１５を制御する照明制御装置２１と、紫外線照射を報知する報知灯２２と、空調装置２３とを備える。

トマト苗１００は、セルトレイ２５内に収容された状態で、育苗棚１１に収容される。育苗棚１１は、セルトレイ２５を２段収容可能に構成され、各段に４枚のセルトレイ２５が収容される。また育苗棚１１は、各段の上方にトマト苗１００に光を照射する照明装置１５が設置されている。ここでは２段の育苗棚１１を示すが、育苗棚１１の段数は２段に限定されるものではなく、１段であっても３段以上であってもよい。また育苗棚１１の各段のセルトレイ２５の収容枚数も４枚に限定されるものではない。

照明装置１５は、可視光を放出する蛍光灯１６と２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光を放出するＬＥＤ光源１７とを有し、図２（Ａ）に示すように蛍光灯１６とＬＥＤ光源１７とが交互に配置されている。

蛍光灯１６は、トマト苗１００に生育に必要な可視光を照射可能であり、ＬＥＤ光源１７は、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光を、１日当たり０．７ｋＪ／ｍ^２以上１．４ｋＪ／ｍ^２以下の照射量で照射可能である。

ＬＥＤ光源１７は、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光のみを放出するＬＥＤ、又は２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域を含む光を放射するＬＥＤと、当該ＬＥＤが放出する光のうち２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光のみを透過する透過手段との組合せであってもよい。

本実施形態の照明装置１５は、可視光を放出する蛍光灯１６と２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光を放出するＬＥＤ光源１７とで構成されるが、可視光を放出する蛍光灯１６に代え、図２（Ｂ）に示すように可視光を放出するＬＥＤ１８を使用してもよい。なお、図２（Ａ）、（Ｂ）の光源の配置は一例であり、これに限定されるものではない。

可視光の光源には、蛍光灯１７、ＬＥＤ１８の他、高圧ナトリウムランプ、ハロゲン電球、水銀灯などを使用することができる。

照明制御装置２１は、照明装置１５の点灯、消灯を制御する。照明制御装置２１は、可視光を放出する蛍光灯１６と２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光を放出するＬＥＤ光源１７とを同時に、又は蛍光灯１６のみを単独で点灯させることができる。照明制御装置２１は、タイマーを有し、例えば、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光を放出するＬＥＤ光源１７と可視光を放出する蛍光灯１６とを一緒に１日８時間点灯させるように制御する。

報知灯２２は、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光が放出されていることを育苗装置１内に居る人に報知するための手段であり、照明制御装置２１がＬＥＤ光源１７を点灯させると同時に報知灯２２も点灯させる。報知灯２２は、育苗装置１内に居る人に２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光が放出されていることを報知し、注意を喚起するためのものであるから、報知灯２２の以外の機器、例えば音声を発するような機器であってもよい。

また報知灯２２に代え、育苗装置１内に人間を感知するセンサー、例えば動体センサー、赤外線センサーなどを設置し、当該センサーが人を感知している間は、ＬＥＤ光源１７を点灯できないように制御してもよい。さらには、遮光板を設置し、作業員に直接、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光が当たらないようにすることも好ましい。ＬＥＤ光源１７から放出される光には、ＵＶ−Ｃが含まれないが、上記対策により安全性がより向上する。

空調装置２３は、閉鎖施設３の温度、湿度を所定の値に制御する。この他、育苗装置１は、図示を省略した光合成を行わせるための炭酸ガス供給手段、トマト苗に養分を与える灌水装置を備える。

以上からなる育苗装置１は、少なくともトマト苗１００の生育に必要な可視光を照射可能な光源と、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光を、１日当たり０．７ｋＪ／ｍ^２以上１．４ｋＪ／ｍ^２以下の照射量で照射可能なＬＥＤ光源とを備えるので、本発明のトマト育苗方法を実行することができる。これにより少ないエネルギーで効率的にウイルス病の発病を抑え、かつ病害抵抗性を誘導したトマト苗を得ることができる。

図３は、本発明のトマト育苗方法を実施可能な植物工場２の概略構成を示す模式図である。植物工場２は、完全人工型植物工場（閉鎖型植物工場、完全制御型植物工場）であり、閉鎖された施設内４に育苗室６と栽培室８とを備える。図１及び図２に示す育苗装置１と同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。

育苗室６は、苗を集中的に育苗する場所であり、図１に示した育苗装置１と同様の照明装置１５（図示省略）が設置された育苗棚１１が複数設置され、照明制御装置２１（図示省略）が照明装置１５の点灯、消灯を制御する。栽培室８には、複数の栽培棚１２が設置されている。栽培棚１２も育苗棚１１と同様に、照明装置が設置されているが、栽培棚１２の照明装置は、可視光のみを放出する。

植物工場２は、この他、施設内の温度、湿度を制御する空調装置（図示省略）、光合成を行わせるための炭酸ガス供給手段（図示省略）、苗に養分を与える灌水装置（図示省略）を備える。

本植物工場も、少なくとも、トマト苗に生育に必要な可視光を照射可能な光源と、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光を、１日当たり０．７ｋＪ／ｍ^２以上１．４ｋＪ／ｍ^２以下の照射量で照射可能なＬＥＤ光源とを備えるので、本発明のトマト育苗方法を実行することができる。これにより少ないエネルギーで効率的にウイルス病の発病を抑え、かつ病害抵抗性を誘導したトマト苗を得ることができる。

上記植物工場２では、育苗室６でのみ２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光を照射可能に構成したが、栽培室８においても２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光を照射可能に構成してもよい。また上記植物工場２においても、図１及び図２に示す育苗装置１と同様に、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光が放出されていることを植物工場２内、あるいは育苗室６に居る人に報知するための報知手段、人のいないときにのみ２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光を放出すべく人を検知するセンサー、あるいは遮光板を設置することが好ましい。

また本実施形態では、植物工場として完全人工型植物工場を示したが、植物工場には、太陽光を使用する太陽光利用型植物工場、人工光源を併用する太陽光・人工光併用型植物工場があり、これら植物工場においても本発明のトマト育苗方法を適用することができる。

以上、本発明のトマト育苗方法、並びに本発明のトマト育苗方法を実施可能な育苗装置及び植物工場を説明したが、本発明のトマト育苗方法、育苗装置及び植物工場は、上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲で変更して使用することができる。特に、育苗装置、植物工場については、上記実施形態に示した以外の装備、設備を備える育苗装置、植物工場もあるが、本発明の要旨を含む限りこれら育苗装置、植物工場も本発明に含まれる。

ＬＥＤモジュール
ＬＥＤには、２６０−２７０ｎｍの深紫外線ＬＥＤパッケージ（日機装株式会社製、Ａ２６５ＴＯ４６ＦＷ、λpeak＝２６５ｎｍ、発光強度０．４ｍＷ）、２８０−２９０ｎｍの深紫外線ＬＥＤパッケージ（日機装株式会社製、Ａ２８５ＴＯ４６ＦＷ、λpeak＝２８５ｎｍ、発光強度１．２５ｍＷ）、２９５−３０５ｎｍの深紫外線ＬＥＤパッケージ（日機装株式会社製、Ａ３００ＴＯ４６ＦＷ、λpeaｋ＝３００ｎｍ、発光強度１．２５ｍＷ）を使用した。各ＬＥＤパッケージの発光パターンを図４に示した。

照射モジュール
図５に示すように、各深紫外線ＬＥＤパッケージを４個、基板上に５ｃｍピッチで正方形に配置し、照射モジュールを作成した。定電流ダイオードＣＲＤを用いて電流を１６ｍＡに設定した。なお、２６０−２７０ｎｍの深紫外線ＬＥＤパッケージの場合、個数を５個（一辺が５ｃｍの正方形の４角とその中央部に配置）とし、電流を１２ｍＡに設定した。ＬＥＤの照射強度は、測定器Ｘ１−１（Ｇｉｇａｈｅｒｔｚ−Ｏｐｔｉｋ Ｉｎｃ．，ドイツ製）と、ＵＶ用検出デテクターＵＶ３７１９−４を使用した。デテクターは２６５ｎｍ、２８５ｎｍ、３００ｎｍで校正した（相対誤差５．５％）

接種源ウイルス
接種源には広島県の施設トマトから分離した抵抗性遺伝子打破系統トマトモザイクウイルス（以下ＴｏＭＶ）広島株を使用した。本ウイルスは、抵抗性遺伝子Ｔｍ−２ａをヘテロに持つトマトに黄化、えそを引き起こし、Ｔｍ−１を有するトマトでも増殖しモザイクを生じる。接種源を１０倍量（Ｖ／Ｗ）の０．２Ｍリン酸緩衝液ｐＨ７で磨砕し、４倍量のカーボランダムを加え、本葉２葉期の実験用トマト品種桃太郎８（Ｔｍ−２ａ／＋）の本葉１および２葉に汁液接種した。このウイルス濃度は、サムソンＮＮタバコに局部病斑を４００−６００個形成する濃度である。

各波長のＬＥＤのＴｏＭＶ抑制効果に関する実験（実験１〜４）

実験要領は、以下の通りである。桃太郎８（Ｔｍ−２ａ／＋）を９ｃｍのプラスチックポットに３粒播種し、２２℃，湿度８５％、照度２２０μｍｏｌｍ^−２ｓ^−１、１６時間照明の人工気象器で栽培した。本葉２葉が展開した後、照射モジュールによりＵＶを明期に照射した。ＵＶの照射は、図６に示すようにプラスチックポットの上方２０ｃｍに照射モジュールを配置し、上方から照射した。各波長のトマト葉面での１日当たり照射量は、２６０−２７０ｎｍ、２８０−２９０ｎｍ、２９５−３０５ｎｍでそれぞれ、７２０Ｊ／ｍ^２、１４４０Ｊ／ｍ^２、１４４０Ｊ／ｍ^２（紫外線照射強度２５ｍＷ／ｍ^２、５０ｍＷ／ｍ^２、５０ｍＷ／ｍ^２で１日８時間照射）とした。

３日間の照射の後、本葉第１および２葉にＴｏＭＶを機械的に汁液接種し、再び、同様の条件で７日間照射した。実験は、照射モジュールあたり１ポット（３株）を照射し、５反復（計１５株)で行った。同一条件でＵＶ照射をしない株を対照区とした。

接種７日後の本葉第４葉期に発病程度を評価した。すなわち、０；無発病、１；僅かに黄化、えそあり、２；黄化，えそが明瞭、３；黄化、えそが全体に発生し、わい化、４；枯死。第４葉の葉を裁断し、３５ｍｇを凍結保存した。トマト植物体内のウイルス濃度は定量ＰＣＲ法で測定した。

凍結サンプルからＱｉａｇｅｎ社のキットで全ＲＮＡを抽出し、４０μＬの水で溶出した。そのうち２μＬをＲｅｖｅＴｒａＡ（登録商標）でｃＤＮＡを合成し、合成した鋳型を定量ＰＣＲに供試した。ＴｏＭＶのＣＰ領域からＦプライマー、Ｒプライマー、Ｔａｑｍａｎプローブを用いて増幅した。検量線作成には、ＴｏＭＶのＣＰ領域をＲＴ−ＰＣＲ後、切り出し精製した断片を１０倍段階希釈したものを使用した。

図７に各種波長のＵＶの照射がトマトにおける発病程度およびＴｏＭＶの−ＲＮＡ蓄積量に及ぼす影響を示した。図７中の縦棒は、標準誤差を表す。図８は、各種波長のＵＶ照射がトマトにおけるＴｏＭＶの発病とＵＶ障害の発生に及ぼす影響を示す図である。

ＵＶ無照射区ではウイルス接種７日後に上位葉（第３、４葉）に激しい、黄化とえそが発生し、株のわい化が認められた（図８（Ｃ））。波長２６０−２７０ｎｍ、２８０−２９０ｎｍのＬＥＤ照射区では、発病はほとんど認められなかった（図７（ａ）、図８（Ａ）、図８（Ｂ））。一方、波長２９５−３０５ｎｍにおける発病程度は無照射と同等であった（図７）。波長２９０ｎｍ以下のＬＥＤ照射区における単位総ＲＮＡ量あたり標的ＴｏＭＶ ＲＮＡ量は、無照射区に比べて、有意に低かった（ｐ＜０．００１）（図７（ｂ））。一方、波長２９５−３０５ｎｍのＬＥＤ照射区におけるウイルスＲＮＡ量は無照射区と有意差は認められなかった（図７（ｂ））。波長２６０−２７０ｎｍのＬＥＤを照射したトマト植物体では、激しい縮葉とわい化を含むＵＶ障害が発生した。波長２８０−２９０ｎｍのＬＥＤを照射したトマト株でも，縮葉と小形化の障害が発生したが、２６０−２７０ｎｍの場合よりも軽度であった（図８（Ａ）、（Ｂ））。

２９０ｎｍ以下の波長のＬＥＤを照射したトマト植物体内ではウイルス量が無照射に比べて著しく低かった。このことから、発病抑制効果はトマト体内でのウイルスの増殖が抑制されたことに起因すると考えられた（図７（ｂ））。以上から、トマトにおけるＴｏＭＶ発病を抑制するためには、ＵＶ障害の比較的少ない２８０−２９０ｎｍの波長領域のＬＥＤ照射モジュールを利用するのが適していると考えられる。

接種前後のＵＶ照射がＴｏＭＶの発病抑制に及ぼす影響に関する実験（実験５〜７）

実験要領は、以下の通りである。ＬＥＤ照射モジュールには２８０−２９０ｎｍ波長を用い、１日当たり１４４０Ｊ／ｍ^２の照射量で照射した。接種前３日間のみ照射した区、接種後７日間のみ照射した区、紫外線照射を行わない区を設定し実験した。それ以外はすべて各波長のＬＥＤのＴｏＭＶ抑制効果に関する実験と同様である。実験は、処理区あたり７反復（計２１株）で行った。

結果を図９に示した。図９は、接種前または接種後の照射が発病程度およびウイルス蓄積量に及ぼす影響を示す図である。接種前にＵＶを照射した植物におけるウイルスＲＮＡ量は、無照射に比べて有意に低かった（Ｐ＜０．００１）。接種後に照射した植物におけるウイルスＲＮＡ量は、無照射区に比べて有意に低かったが、その抑制効果は接種前照射と比べて僅かに劣った（Ｐ＜０．０１）。接種後に照射した植物では軽いＵＶ障害が認められたが、接種前に照射した植物では、接種７日後の上位葉におけるＵＶ障害は認められなかった。

タバコにＵＶ−Ｃを照射すると照射から２４時間後、または５日後にＴｏＭＶ感染に対する抵抗性が誘導されると報告されている。本実験でも、接種前だけ照射した場合でもＴｏＭＶの発病抑制効果は高かった。このことは予めＵＶを照射することでトマト植物に獲得抵抗性が付与されたことを示している。一方、接種前照射よりは劣ったが、ウイルス接種後の照射でも発病抑制効果が認められた。このことは、ＵＶの照射がウイルス感染だけでなく、植物体内でのウイルスの増殖抑制にも寄与していることを示唆している。以上からＵＶ照射によってウイルス病を抑制するためには、感染前からの予防的な照射が重要であると考えられる。

ＴｏＭＶの発病を抑制する深紫外ＬＥＤの最適照射量特定実験（実験８〜１１）

実験要領は、以下の通りである。ＬＥＤ照射モジュールにはウイルス抑制効果が高く、ＵＶ障害が比較的少ない２８０−２９０ｎｍを用い、植物体表面での照射強度が５０ｍＷ／ｍ^２になるように設定し、接種前３日と接種後７日間照射した。１日あたり照射量は、１４４０Ｊ／ｍ^２（照射強度５０ｍＷ／ｍ^２で１日８時間照射）、７２０Ｊ／ｍ^２（照射強度５０ｍＷ／ｍ^２で１日４時間照射）、３６０Ｊ／ｍ^２（照射強度５０ｍＷ／ｍ^２で１日２時間照射）および無照射とした。それ以外はすべて各波長のＬＥＤのＴｏＭＶ抑制効果に関する実験と同様である。

図１０に各照射量がトマトにおける発病程度とウイルス蓄積量に及ぼす影響を示した。１日単位ｍ^２当たり７２０Ｊ以上の照射量で照射したトマトでの発病程度並びにウイルス濃度は無照射に比べて顕著に低かった（図１０）。一方、３６０Ｊの照射量では、無照射と比べて差は認められなかった（図１０）。

以上から波長として２８０−２９０ｎｍ、照射量として１日当たり０．７−１．４ｋＪ／ｍ^２の範囲内に、トマトでＴｏＭＶを効果的に抑制できる最適値があると推察された。

照射量によるトマトのＵＶ障害評価実験（実験１２〜１５）

実験要領は、以下の通りである。ウイルス病抑制効果の高い波長２８０−２９０ｎｍのＬＥＤ照射モジュールを使用した。第２葉期のトマト（桃太郎８）に植物体表面での照射量が１日当たり１４４０Ｊ／ｍ^２、７２０Ｊ／ｍ^２および３６０Ｊ／ｍ^２(それぞれ照射強度５０ｍＷ／ｍ^２で８時間、４時間および２時間照射)で７日間照射した。その後、地上部重量を計測した。巻葉は程度別に目視で評価した。クロロフィル含量は第３葉０．１ｇを２．５ｍＭリン酸緩衝液で磨砕し、８０％セトンで抽出後、Ｐｏｒｒａの方法で吸光度を測定した。クロロフィル蛍光（Ｆｖ／Ｆｍ）は、携帯クロロフィル蛍光測定器ＯＳ−３０ｐ（Ｏｐｔｉ−Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｉｎｃ．，ＮＨ，ＵＳＡ)で、３０分間暗黒条件にした後、第３葉を計測した。これにより光化学反応IIの活性を評価した。実験は４反復（計１２株）で実施した。

各照射量で７日間照射したトマトにおけるＵＶ障害程度を表１に示した。各照射エネルギーで地上部重量に有意差は認められなかった。１４４０Ｊでは明瞭または激しい巻葉が観察されたが、７２０Ｊ以下では巻葉はほとんど観察されなかった。いずれの照射エネルギーにおけるクロロフィル蛍光およびクロロフィル含量も無照射と比べて有意差は認められず、光化学系IIはＵＶで障害を受けていないと推察された。

１ 育苗装置
２ 植物工場
３ 閉鎖施設
４ 閉鎖施設
６ 育苗室
８ 栽培室
１１ 育苗棚
１２ 栽培棚
１５ 照明装置
１６ 蛍光灯
１７ ＬＥＤ光源
１８ 可視光ＬＥＤ
２１ 照明制御装置
２２ 報知灯
２３ 空調装置
２５ セルトレイ
１００ トマト苗

Claims (8)

1. ＬＥＤ光源を用いてトマト苗に光を照射する工程を有し、
   当該工程は、有効波長成分として２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の光を１日当たり０．７ｋＪ／ｍ^２以上１．４ｋＪ／ｍ^２以下照射し、
   これによりＵＶ障害を抑制しつつ、トマトのウイルス病の発病を抑制することを特徴とするトマト育苗方法。
2. 前記ＬＥＤ光源から放出する光は、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域のみからなることを特徴とする請求項１に記載のトマト育苗方法。
3. 前記ＬＥＤ光源は、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域のみからなる光を放出することを特徴とする請求項２に記載のトマト育苗方法。
4. 前記ＬＥＤ光源は、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域を含む光を放出する光源と、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光のみを透過する透過手段とからなることを特徴とする請求項２に記載のトマト育苗方法。
5. トマト苗の育苗装置であって、
   ２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域のみからなる光を、１日当たり０．７ｋＪ／ｍ^２以上１．４ｋＪ／ｍ^２以下の照射量でトマト苗に照射可能なＬＥＤ光源を備えることを特徴とする育苗装置。
6. 前記ＬＥＤ光源は、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域のみからなる光を放出することを特徴とする請求項５に記載の育苗装置。
7. 前記ＬＥＤ光源は、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域を含む光を放出する光源と、２８０ｎｍ以上２９０ｎｍ以下の波長域の光のみを透過する透過手段とからなることを特徴とする請求項５に記載の育苗装置。
8. 請求項５から７のいずれか１項に記載の育苗装置を備えることを特徴とする植物工場。