JP6487304B2 - 水耕栽培方法、葉菜類の製造方法、培養液、及び培養液製造方法。 - Google Patents
水耕栽培方法、葉菜類の製造方法、培養液、及び培養液製造方法。 Download PDFInfo
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Description
世界の40億人以上が鉄欠乏であり、そのうち約20億人が鉄欠乏性貧血であり、世界保健機構(WHO)によれば、鉄欠乏症が栄養障害のうち最大のものである(非特許文献2)。
鉄欠乏症は、食物からの鉄供給不足や腸管吸収機構の低下、鉄需要の充進、失血などに起因する(非特許文献2)。
鉄摂取不足の改善策として、鉄欠乏に対する意識づけをはかることの他、食品に鉄を添加する方法が提唱されている。したがって、機能性植物の一種として、鉄含有量が高い植物ができれば、これらの問題を解決するために有効な手段の一つとなり得ると考えられる。
しかし、非特許文献5や非特許文献6のように遺伝子組み換え作物については、安全性に対する不安から、消費者に受け入れられ難かった。
特許文献1では、栽培時にクエン酸鉄水溶液を散布し、スプラウトの生重量100g当たり、2.5〜10mgの鉄を含有させることを可能にする。また、非特許文献7では、カイワレ大根種子を鉄の濃度が高い溶液に浸漬して栽培することで、鉄含有量の高いカイワレ大根の栽培を可能にしている。非特許文献8では、鉄貯蔵タンパク質であるフェリチン含有量の高いダイスを鉄の濃度が高い溶液を用いて栽培することで鉄含有量の高いダイズスプラウトの栽培を可能にしている。
このように種子からの栽培期間の短いスプラウト、加えて非特許文献8のようなダイズスプラウトのような場合は、鉄濃度の高い溶液での栽培によって、鉄濃度を高めたスプラウトの栽培が可能である。
このため、一般に行われている栽培方法に加えて鉄の施肥量を増やすだけでは、高い鉄含有量を持つ葉菜類を栽培することはできなかった。
本発明の水耕栽培方法は、前記高鉄含有培養液は、pHが4.5〜7.5である
ことを特徴とする。
本発明の水耕栽培方法は、前記キレート鉄は、エチレンジアミン四酢酸鉄キレートを含むことを特徴とする。
本発明の葉菜類の製造方法は、葉菜類を、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の水耕栽培方法により栽培することを特徴とする。
本発明の培養液は、葉菜類を栽培するための水耕栽培用の培養液であって、0.36mMより多く6.0mM以下の鉄を含有し、収穫の1〜4日前から替えたままで使用され、前記鉄は、キレート鉄であることを特徴とする。
本発明の培養液製造方法は、培養液濃縮組成物を溶媒により希釈し、請求項5に記載の培養液を製造することを特徴とする。
上述したように、鉄含有量を高めるために鉄濃度が高い条件下で植物を栽培した場合、生育障害が発生することが明らかになっている。このため、一般に行われている栽培方法に加えて鉄の施肥量を増やすだけでは高い鉄含有量を持つ野菜、特に葉菜類を栽培することはできなかった。
このため、本発明の発明者らは鋭意研究を行い、水耕栽培の栽培期間中に水耕液の組成を変化させ、培地の鉄濃度と鉄施用の時期を調節することにより、植物体内における鉄含有量の増加に伴う生長障害を起こさずに、収穫時の可食部における単位新鮮重あたりの鉄含有量を従来の栽培方法で栽培したものよりも増加させることが可能な葉菜類の栽培方法を確立するに至った。
この普通処方培養液は、養液栽培で使われている通常の配合割合の培養液を使用可能である。たとえば、この水耕栽培用の普通処方培養液は、葉菜類の培養栽培向けの多量必須元素及び微量必須元素を含有する。この多量必須元素は、例えば、窒素、リン、カリウム、カルシウム、マグネシウム、イオウの6元素である。また、微量必須元素は、例えば、鉄、マンガン、亜鉛、銅、モリブデン、ホウ素、塩素の7元素である。
このように、収穫前の特定期間になるまで、多量必須元素及び微量必須元素を含有する普通処方培養液だけで、葉菜類を通常の栽培方法で水耕栽培することができ、特に特別な処理をする必要がないため、コストを抑えることができる。
また、本実施形態の水耕栽培方法として、例えば、噴霧水耕方式又は湛液方式で栽培してもよい。湛液方式の場合、培養液の流れを作らない静置状態で栽培してもよいし、流れのある培養液で栽培してもよい。これは、下記で説明する特定期間でも同様である。
また、本実施形態の水耕栽培方法は、太陽光を利用した通常のハウス水耕栽培等に適用されても、LED(Light Emitting Diode)を利用した植物工場での水耕栽培等に適用されてもよい。
ここで、本実施形態の水耕栽培方法においては、この高鉄含有培養液により葉菜類を栽培する特定期間は、1〜4日であることが好適である。
より具体的には、特定期間として、ベビーリーフでは、収穫1日前、通常の大きさの葉菜類では収穫1日〜4日前に、高鉄含有培養液に換えて、収穫日まで水耕栽培する。この特定期間よりも短い期間、高鉄含有培養液で培養しても、葉菜類の鉄含有量を十分高めることができない。また、この特定期間よりも長い期間、高鉄含有培養液で培養すると、枯死、しおれ、葉の黄変や斑点等の生育障害(生理障害)を起こす確率が高まる。また、通常の大きさの葉菜類では、特定期間が3日程度であると、最も鉄含有量を高められる。
具体的には、本実施形態の高鉄含有培養液は、一般の水耕栽培用の普通処方培養液に比べ非常に高い鉄濃度である、Fe−EDTA等の濃度が0.3mM以上、6.0mM以下の特定濃度であることが好適である。ここで、Fe−EDTA等で0.3mM以上、6.0mM以下の特定濃度は、重量あたりの金属鉄換算で16.7mg/L以上334.8mg/L以下となる。すなわち、特に最適なFe−EDTA等の濃度は3.0mM程度(金属鉄換算で167.4mg/L)の前後であり、葉菜類の種類により調整可能である。濃度が0.3mM未満であると鉄分を十分に葉菜類の植物体に含ませることができず、濃度が6.0mMより大きいと生育障害を起こす確率が高まる。
クエン酸鉄アンモニウム等の別の鉄化合物を100mg/L以上使用した場合には、生育障害が発生する可能性がある。これに対して、本実施形態に係るFe−EDTA等を特定期間だけ使用する場合、上述のように334.8mg/L程度までは生育障害を起こす確率を低くすることができる。
なお、本実施形態のFe−EDTAとしては、EDTA(Ethylenediamine−N,N,N',N'−tetraacetic acid)のナトリウム塩(Na2−EDTA)と硫酸鉄(FeSO4)の水溶液を反応させて生成させても、Fe(III)−EDTAの各種塩をそのまま使用等してもよい。
また、本実施形態の各種鉄化合物として、クエン酸鉄及びこの塩については、特に葉菜類のベビーリーフでない植物体において生育障害を起こす確率が、Fe−EDTA等より高くなるため、本実施形態では使用しないことが好適である。
なお、本実施形態の高鉄含有培養液は、浸透圧等を下げ、葉菜類に鉄を多く含有させるため、葉菜類の種類に合わせて適宜、多量要素の濃度を上述の普通処方培養液よりも低くしてもよい。
この培養液濃縮組成物は、溶媒による希釈により、水耕栽培用培養液を製造することが可能な水耕栽培用培養液の濃縮物である。この溶媒としては、普通処方培養液又は水が好適に用いられる。また、溶媒が水の場合、本実施形態の培養液濃縮組成物は、普通処方培養液と同様の多量要素及び微量要素を含める。また、上述したように、この培養液濃縮組成物は、希釈時にFe−EDTA等が特定濃度になるような容量含まれている。
なお、本実施形態の高鉄含有培養液は、上述の普通処方培養液に水耕液内に上述のFe−EDTA等を溶解する、又は、鉄が溶解された濃縮液を上述の普通処方培養液で希釈することで製造してもよい。また、高鉄含有培養液及び培養液濃縮組成物は、各成分を高濃度で含有する溶液として提供されても、溶媒に溶解させるための粉末や顆粒等の固体形状で提供されてもよい。
また、本実施形態の葉菜類は、カリウム、カルシウム、マグネシウム等の含有量も増加させることができる。これは、Fe−EDTA等によるキレート作用等により、他の金属イオンも取り込みやすくなり、細胞毒性を低下させることができるためと考えられる。
従来、一般に農産物の機能性を変化させる手法としては、交雑育種や遺伝子組み換え技術が挙げられるが、両者とも長い時間と多くのコストがかかる。また遺伝子組み換え技術は、市場では受け入れられていなかった。
これに対して、栽培条件を改良して植物に機能性を付加する方法もある。しかし植物の鉄含有量を高めるために鉄濃度が高い条件下で植物を栽培した場合には、生育障害が発生することが明らかになっているため、一般に行われている栽培方法に加えて鉄の施肥量を増やすだけでは高い鉄含有量を持つ植物を栽培することはできなかった。
たとえば、非特許文献9によると、10ppmの鉄を含む溶液でトマトを栽培すると、葉に斑点がみられたことが報告されていた。
また、非特許文献10によると、通常、鉄過剰はほとんど発生しないが、水耕栽培ではキレート鉄を多量に投与するとキュウリでは葉緑が黄化するとともに上葉は下向きにカッピングし、葉脈間の所々が黄変していた。また、ピーマンやエダマメでは葉に褐色の斑点が生じていた。高鉄分条件下における生育障害はトウガラシ(非特許文献11)やイネ(非特許文献12)等、多数報告されていた。
したがって、従来の水耕栽培方式では、栽培期間中は、均一の養液組成の下で野菜の栽培が行われる。このため、鉄濃度の高い水耕液で野菜の水耕栽培を行うことにより、生育障害をおこしていた。
このため、市場価値が高まる。また、流通上でも新鮮な期間を長くすることができるため、売れ残りの廃棄コスト等も少なくすることができる。
このため、機能性の葉菜類を栽培する際のコストを抑えることができ、環境への悪影響を少なくすることができる。
また、本実施形態の水耕栽培方法は植物工場等の栽培施設に適用することが可能であり、大規模なレベルで安定的、恒常的に葉菜類を生産させることが可能である。よって、鉄欠乏の消費者に向けて合理的な値段での葉菜類の提供が可能となる。
このため、本実施形態の水耕栽培方法で製造した高鉄含有葉菜類を提供することで、世界40億人の鉄欠乏性貧血の症状緩和に貢献できる。
(実験目的)
コマツナ、ミズナのベビーリーフを用いて、生育障害がなく、且つ生産物の鉄含有量が多くなるようなFe−EDTAを含む高鉄含有培養液による栽培(以下、「鉄処理」という。)の条件を検討した。
材料として晩成コマツナ(Brassica rapa var. perviridis、品種:ピノグリーン)とミズナ(Brassica rapa var. nipposinica)を用いた。
ろ紙を敷いたシャーレに薬さじで種子を散布し、蒸留水をかけた後、ふたをし、湿度70%、明期12時間(20℃)、暗期12時間(20℃)のグロースチャンバー(MLR−350H、SANYO社製)内で4日間、催芽した。催芽した植物体をピンセットでスポンジにはさみ、水耕液の上に浮かべた発泡スチロール板の穴に差し込んで、7L容バットで各8個体ずつ、湿度70%、明期12時間(18℃)、暗期12時間(14℃)の人工気象室で12日間水耕栽培した。通常処方の水耕液(普通処方培養液)として、水道水7Lとハイポニカ肥料A、B液(協和株式会社製)の500倍希釈液を用いた。水耕液には十分に通気を行った。栽培期間は移植後12日間とした。
0mM区(対照区)、0.03mM区、0.3mM区、3mM区、6mMの異なる鉄濃度処理区を設け、収穫1日前(移植後11日目)、3日前(移植後9日目)、又は6日前(移植後6日目)に、通常処方の水耕液にFe−EDTA(同仁化学研究所製、エチレンジアミン−N,N,N',N'−四酢酸鉄(III)ナトリウム塩三水和物、Ethylenediamine−N,N,N',N'−tetraacetic acid, iron(III), sodium salt, trihydrate.)を通常の水耕液に含有させた水耕液(高鉄含有培養液)に入れ替えた。なお、収穫1日前、3日前処理区は、人工気象室への移植後1週間後に、通常処方の水耕液と入れ替えた。
12日間の水耕栽培後に双葉を除く地上部を収穫し、新鮮重を測定した。その後80 ℃の乾燥機で十分に乾燥させた。乾燥させたサンプルをるつぼに入れ定量し、550℃のマッフル炉(FUL220FA、ADVANTEC社製)で6時間燃焼し灰化した。灰化したサンプルの入ったるつぼに1M硝酸5mL加え、15mL遠心チューブに移した。これをもう1度行った後、1M硝酸を4mL、15mL遠心チューブに加え合計14mLとした。この溶液7mLを新しい15mL遠心チューブに移し、1M硝酸7mL加え、2倍溶液希釈した。希釈した溶液の鉄含有量をICP発光分光分析装置(iCAP 6000 SERIES、Thermo社製)で測定し、新鮮重100gあたりの鉄含有量を算出した。
本実施例の試験1のコマツナの試験結果について、下記の表1に示す。
結果として、収穫時の新鮮重は、鉄濃度が濃く、期間が長くなるほど減少する傾向にあった。収穫1日前に鉄を処理した場合、対照区(0mM区)と比較して0.3mM処理区、3mM処理区で新鮮重に有意差はなかった。
一方、収穫1日前に鉄処理した場合、対照区と比較して 0.03mM処理区で有意に増加し、6mM処理区で有意に減少した。また、収穫3日前及び6日前に鉄を処理した場合、0.3mM処理区では有意差がなかったが、対照区と比較して、3mM処理区で有意に減少した。
結果として、各処理区における鉄含有量は、収穫1日前に鉄を処理した場合、0.3mM処理区で対照区の1.6倍、3mM区で6.7倍、6mM区で9.0倍となった。また、収穫3日前に鉄処理した場合、0.3mM区で3.2倍、3mM区で6.2倍となった。また、収穫6日前に鉄処理した場合、3mM区で2.5倍増加した。一方で収穫1日前に0.03mMで鉄処理した場合、及び収穫1日前に0.3mMで鉄処理した場合は、対照区と比較して鉄含有量に有意差は認められなかった。
以上の結果より、コマツナにおいては、収穫1日前に鉄3mMの高鉄含有培養液に移植することで、生育障害が出ず、鉄含有量が有意に増加する。すなわち、これが、鉄含有量を増加させるうえで最も有効な処理条件であった。
コマツナの結果より、ミズナの実験区は、収穫1日前及び6日前処理区に限定した。
このミズナの試験結果について、下記の表2に示す。
結果として、ミズナは、コマツナ同様、鉄濃度が濃く、期間が長くなるほど新鮮重が減少する傾向にあった。ミズナにおいては、収穫1日前鉄処理0.3mM区及び3mM区で有意に新鮮重が減少した。収穫1日前鉄処理0.03mM区、0.3mM区、及び3mM区においては、有意差はなかった。
結果として、ミズナにおいては、対照区と比較して、収穫1日前鉄処理0.3mM区以外で鉄含有量は増加した。収穫1日前鉄処理0.3mM区で対照区の1.6倍、3mM区で2.8倍、収穫、6日前鉄処理0.3mM区で2.5倍増加した。
よって、枯死せず、鉄含有量が有意に増加した、収穫1日前の3mM処理が、ミズナにおいても最も有効な鉄処理条件であった。
(実験目的)
試験例1において、どちらも収穫1日前にFe−EDTAを含む高鉄含有培養液を3mM加えた鉄処理が有効であったため、この濃度の鉄処理を、他種の葉菜類のベビーリーフに適用できるか否かを試験した。
材料として、ホウレンソウ(Spinacia oleracea L)、レタス(Lactuca sativa L.、品種:レッドロメイン)、カラシナ(Brassica juncea (L.) Czern. et Coss. var. cernua Jorb. et Hem、品種:レッドマスタード)、ルッコラ(Eruca vesicaria)を用いた。
栽培条件は試験例1と同様であった。なお、各葉菜類の催芽日数、水耕栽培日数を、下記の表3に示す。
試験例1で確立した栽培方法と同様に、0mM区(対照区)、3mM区を設け、収穫1日前に、高鉄含有培養液に入れ替えることで鉄処理した。なお、人工気象室への移植後1週間後に、普通処方培養液に入れ替えた。
測定方法は試験例1に従い鉄含有量の測定を行った。
下記の表4に、試験例2の鉄処理による可食部の鉄含有量の変化を示す。
(実験目的)
試験例1と試験例2において、ベビールーフで有効な栽培法を確立したため、鉄処理を通常の大きさの植物体に適用できるか検討した。
材料としてリーフレタス(学名 Lactuca sativa var. crispa、品種:ノーチップ、横浜植木株式会社社製)を供試した。
種子を葉菜用培地(スポンジ)に播種し、湿度70%、明期12時間(20℃)、暗期1時間(20℃)のグロースチャンバー(MLR−350、SANYO社製)内で10日間発芽処理をした。発芽した植物体を8個体選抜し、発砲スチロール板の穴に差し込み、水耕液の入った7Lバットの上に移植した。空気ポンプを用いて、水耕液に十分に酸素を送った。人工気象室(KODIC−2100、KOITO社製)内で、湿度70%、明期12時間(18℃)、暗期12時間(14℃)の条件で、4週間水耕栽培した。普通処方培養液はハイポニカ肥料(A、B液、協和株式会社社製)の500倍希釈液を用いた。普通処方培養液は、1週間ごとに交換した。普通処方培養液には十分に通気を行った。栽培期間は移植後21日間とした。
試験例1で確立した栽培方法と同様に、Fe−EDTAを含む高鉄含有培養液の0mM区(対照区)、3mM区を設け、収穫1日前及び3日前に、通常処方の水耕液に鉄を処理した水耕液に入れ替えた。
測定方法は試験例1と同様に、鉄含有量の測定を行った。
図5に収穫時の各処理区の新鮮重を示す。具体的に、図5は、収穫1日前及び2日前において、3mMで鉄処理したレタスの新鮮重を示す。各値は、新鮮重の平均値±標準誤差を示す。
結果として、対照区と比較して、鉄を収穫1日前及び2日前に処理した処理区では、新鮮重に有意差は認められなかった。
結果として、鉄含有量は、収穫1日前鉄処理した処理区において対照区の2.7倍、収穫2日前処理区では対照区の5.6倍に増加した。収穫2日前鉄処理した処理区では、収穫時に数枚の葉で錆び状斑点の見られた植物体もあった。収穫したものの根を切り取り、暗所4度で3日間保存したが、収穫1日前処理区及び2日前処理区の植物体では対照区との外見的な差は認められなかった。
これらの結果、通常の大きさの葉菜類においてはベビーリーフと同様に収穫1日前に鉄処理を行うことで鉄含有量を高められる。また、僅かに生育障害が出る可能性もあるものの、鉄含有量を高めるために収穫2日前に鉄処理を行うことも好適であった。
本発明の試験例1〜試験例3では、収穫の短期間に鉄を適切な濃度で処理することで、生育障害を起こすことなくベビーリーフ及び通常の大きさの植物体において鉄含有量を大きく増加させることが可能になった。
Claims (6)
- 水耕栽培用の普通処方培養液により葉菜類を栽培し、
収穫の1〜4日前から、0.36mMより多く6.0mM以下の鉄を含有する高鉄含有培養液に替えたままで前記葉菜類を栽培し、
前記鉄は、キレート鉄である
ことを特徴とする水耕栽培方法。 - 前記高鉄含有培養液は、pHが4.5〜7.5である
ことを特徴とする請求項1に記載の水耕栽培方法。 - 前記キレート鉄は、エチレンジアミン四酢酸鉄キレートを含み、
3.0mM〜6mMの濃度である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の水耕栽培方法。 - 葉菜類を、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の水耕栽培方法により栽培する
ことを特徴とする葉菜類の製造方法。 - 葉菜類を栽培するための水耕栽培用の培養液であって、
0.36mMより多く6.0mM以下の鉄を含有し、
収穫の1〜4日前から替えたままで使用され、
前記鉄は、キレート鉄である
ことを特徴とする培養液。 - 培養液濃縮組成物を溶媒により希釈し、請求項5に記載の培養液を製造する
ことを特徴とする培養液製造方法。
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