JP7240309B2 - 栽培材料組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、栽培材料組成物に関し、特に、作物の生産量および質を高めて肥料および水の使用量を低減させる栽培材料組成物に関する。
農業の生産方式が工業化・密集化へ段々と発展していくため、作物の産量が明らかに増えて、糧食が不足する問題を解決できたが、このような農業の生産方式では、往々にして大量の化学肥料および成長ホルモン等が使用されている。生産量を増やすために肥料および成長ホルモン等を過剰に使用する状況は頻繁に発生し、それによって栽培コストが上昇するのみならず、環境にも激しい汚染および破壊、例えば水質の富栄養化の問題、土壌酸性化や塩分化の問題等が引き起こされることで、作物を再び栽培できなくなり、または休耕する必要があるため、数多くの農家に大きな困難を与えた。
なお、現在、農業用水は、全世界の用水の７０％以上を占めているが、作物の栽培期間で土壌の保水が適切ではないため、毎回供水の後にまた大量の水分が流失し、栽培期間で供水を繰り返す必要があるため、水資源の浪費になり、特に、水資源が不足している区域では、地下水の過剰揚水により、地盤沈下が発生し、更なる影響が引き起こされる。
よって、どうすれば栽培作物の生産量および質を高めて収穫期間を短縮し、水を節約し、栄養源の使用量を低下させることができるのか、業界が直面している課題である。
本発明は、栽培基材と、前記栽培基材に接している立体網状構造を有する生物繊維膜材とを含む、栽培材料組成物を提供する。
前記生物繊維膜材とは、微生物を指し、例えば本発明に記載の細菌により、培養液中の炭素源を利用して細胞内でβ－１，４－グリコシド鎖を合成した後、エキソサイトーシスで排出された繊維から形成したものである。
前記生物繊維膜材は、立体網状構造を有し、立体網状構造において複数のナノ孔を構成しており、前記複数のナノ孔で水分および養分が流失しないようにすることで、さらに作物の種または作物の苗の根部をより細くより濃密に育て、栽培作物の生長周期を加速させる。
一つの具体的な実施態様において、前記生物繊維膜材は、グルコンアセトバクター属（Ｇｌｕｃｏｎａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ）、アセトバクター属（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ）、リゾビウム属（Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍ）、サルシナ属（Ｓａｒｃｉｎａ）、シュードモナス属（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）、アクロモバクター属（Ａｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅｒ）、アルカリゲネス属（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ）、エンテロバクター属（Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ）、アゾトバクター属（Ａｚｏｔｏｂａｃｔｅｒ）およびアグロバクテリウム属（Ａｇｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの細菌を含んで形成したものである。
一つの具体的な実施態様において、前記生物繊維膜材は、細菌を、炭素源、窒素源およびゲル支持物を有する培養液で培養することで形成したものである。前記培養としては、例えば静置培養、前記炭素源としては、例えばグルコース、マンニトール等、前記窒素源としては、例えばペプトン、酵母エキストラクト等、前記ゲル支持物としては、例えば寒天である。さらに、前記炭素源と、ペプトンと、酵母エキストラクトとの重量比は、５：１：１～４：１：１であってもよい。
一つの具体的な実施態様において、前記立体網状構造は、複数の互いに平行な骨幹繊維および隣接する任意の二つの前記骨幹繊維に織り合わされた複数の層間繊維である生物繊維を有し、前記複数の繊維間の隙間により、ナノ孔を構成する。
もう一つの具体的な実施態様において、前記骨幹繊維の直径は前記層間繊維の直径以上である。
一つの具体的な実施態様において、前記生物繊維の直径は２０～１００ｎｍである。
一つの具体的な実施態様において、前記生物繊維膜材の単位面積あたりの生物繊維量は０．００５～０．００８ｇ／ｃｍ２である。
一つの具体的な実施態様において、前記栽培材料組成物における前記生物繊維膜材はさらに水または肥料を含む。例えば、前記生物繊維膜材と水または肥料との重量比は、０．１：２であってもよい。
一つの具体的な実施態様において、前記生物繊維膜材と前記栽培基材との重量比は、１：１００～３０：１００であってもよい。具体的には、前記生物繊維膜材と前記栽培基材との重量比は、１：１００、２：１００、３：１００、４：１００、５：１００、６：１００、７：１００、８：１００、９：１００、１０：１００、１１：１００、１２：１００、１３：１００、１４：１００、１５：１００、１６：１００、１７：１００、１８：１００、１９：１００、２０：１００、２１：１００、２２：１００、２３：１００、２４：１００、２５：１００、２６：１００、２７：１００、２８：１００、２９：１００、または３０：１００であってもよい。
一つの具体的な実施態様において、前記栽培基材は、有機材、無機材、または有機材と無機材とのハイブリッド材料である。
前記有機材は、木材、木屑、泥炭、樹皮、籾殻、キノコ栽培廃棄物、ココナッツの殻、家畜糞、麩、米糠、ミズゴケ、バガス、藁、雑草、綿実殻、ポリエチレンフォーム、不織布からなる群から選ばれる少なくとも一つを含む。
前記無機材は、土、砂、礫、ナクル石、バーミキュライト、軽石、フォームスポンジ、エキスパンド粘土、岩綿、石炭からなる群から選ばれる少なくとも一つを含む。ここで、「土」とは主にミネラルの無機材であり、無論、前記栽培基材が有機材と無機材とのハイブリッド材料である場合、本分野では土壌と汎称する。
一つの具体的な実施態様において、前記生物繊維膜材は、前記栽培基材に均一に分散されるか（例えば前記栽培基材と混合）、前記栽培基材の上に置かれるか、または前記栽培基材の下に置かれる。
一つの具体的な実施態様において、前記栽培材料組成物は、栽培作物の育成に用いられ、前記栽培作物は、植物の苗、植物の種またはキノコ類である。一つの具体的な実施態様において、前記生物繊維膜材は、前記植物の苗の根部の周り、または前記植物の種の周りに置かれる。
前記栽培作物がキノコ類である場合、前記生物繊維膜材は、前記栽培基材に均一に分散し、菌糸体が子実体に生長することに寄与する。
本発明の栽培材料組成物は、生物繊維膜材を、栽培基材に接触または添加し、前記生物繊維膜材の吸収および放出の特性により、保水性を向上させることができ、具体的には、本発明は、生物繊維膜材の立体網状構造におけるナノ孔により、水分および養分をナノ孔に保持させ、時間と共にゆっくりと放出して、栽培作物に水分および養分を効率的に吸収させることができるため、肥料および水の使用量を低下させながら、栽培作物の生産量および質を高められる。
図１Ａは、本発明の栽培材料組成物における生物繊維の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。 図１Ｂは、本発明の栽培材料組成物における生物繊維の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。 図２Ａは、本発明の栽培材料組成物を使用したキンカンの開花の度合および対照群のキンカンの開花の度合を説明するための図であり、図２Ａは、対照群のキンカンの開花の度合を示す。 図２Ｂは、本発明の栽培材料組成物を使用したキンカンの開花の度合および対照群のキンカンの開花の度合を説明するための図であり、図２Ｂは、本発明の栽培材料組成物の表面敷き群のキンカンの開花の度合を示す。 図２Ｃは、本発明の栽培材料組成物を使用したキンカンの開花の度合および対照群のキンカンの開花の度合を説明するための図であり、図２Ｃは、本発明の栽培材料組成物の表面振り掛け群のキンカンの開花の度合を示す。 図３Ａは、対照群の黄花系カイランの生長状況を示し、図３Ａは対照群である。 図３Ｂは、本発明の栽培材料組成物を使用した黄花系カイランの生長状況を示し、図３Ｂは表面振り掛け群である。 図３Ｃは、本発明の栽培材料組成物を使用した黄花系カイランの生長状況を示し、図３Ｃは５％土壌混合群である。 図３Ｄは、本発明の栽培材料組成物を使用した黄花系カイランの生長状況を示し、図３Ｄは８．３％土壌混合群である。 図４Ａは、対照群のチューリップ球根の生長状況を示し、図４Ａは対照群である。 図４Ｂは、本発明の栽培材料組成物を使用したチューリップ球根の生長状況を示し、図４Ｂは５％および１０％根部群である。 図４Ｃは、本発明の栽培材料組成物を使用したチューリップ球根の生長状況を示し、図４Ｃは５％および１０％土壌混合群である。 図５Ａは、対照群の菜の花の生長状況である。 図５Ｂは、本発明の栽培材料組成物を使用した菜の花の生長状況である。 図６Ａは、対照群のトマト苗の根部の生長状況である。 図６Ｂは、本発明の栽培材料組成物を使用したトマト苗の根部の生長状況である。
以下、本発明の実施形態は特定の具体的な実施態様により説明するが、当業者は本発明の利点および効果を本明細書に記載の内容により容易に理解することができる。本発明は、他の異なる実施態様によって行うまたは適用することができ、本明細書における各詳細説明は、さまざまな観点や適用に基づいて、本発明の精神から逸脱することなく、異なる修飾および変更を行うことができる。なお、本明細書のすべての範囲と値は、包括的で組み合わせ可能である。本明細書に列挙された範囲内に入る任意の値または点、例えば、任意の整数は、サブ範囲などを導き出すための最小値または最大値として使用できる。
本発明の栽培材料組成物の生物繊維膜材の製作において、培養液を入れた容器で、グルコンアセトバクター属（Ｇｌｕｃｏｎａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ）、アセトバクター属（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ）、リゾビウム属（Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍ）、サルシナ属（Ｓａｒｃｉｎａ）、シュードモナス属（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）、アクロモバクター属（Ａｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅｒ）、アルカリゲネス属（Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ）、エンテロバクター属（Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒ）、アゾトバクター属（Ａｚｏｔｏｂａｃｔｅｒ）およびアグロバクテリウム属（Ａｇｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの細菌を、静置培養することであり、好ましくは、単一種類の菌、例えばグルコンアセトバクター属またはアセトバクター属を選択して培養することである。培養時間は２４～９６時間であり、前記培養液は、寒天と、重量比が５：１：１～４：１：１である、炭素源としてのマンニトール、ペプトンおよび酵母エキストラクトとを有することで、生物繊維膜材を形成し、さらには、前記生物繊維膜材を栽培基材に接触させる。
一つの具体的な実施態様において、前記培養液は、酸性、例えばｐＨ０．５～６の間に制御され、培養液における微生物の濃度範囲は、１０２～１０５個／ｍＬに制御され、かつ培養温度は２５～２８℃であり、培養時間は２４～７６時間である。扁平状の容器を使用できるため、前記の立体網状構造は、扁平フィルム状であり、その後、２４時間～７２時間を経てから取り出して、本発明の生物繊維膜材を得られる。検測すると、前記生物繊維膜材の厚さは、少なくとも２０μｍであり、例えば、２０～３０μｍ、２０～２６μｍ、または２４～２６μｍであり、本発明の生物繊維膜材の生物繊維の直径は、約２０～１００ｎｍである。また、前記生物繊維膜材の単位面積あたりの生物繊維量は、０．００５～０．００８ｇ／ｃｍ２である。
前記静置培養とは、細菌に、培養液の表面でノンウーブンの方式により生物繊維を形成させる。また、静置培養に使用される容器は、好ましくは、扁平状の容器であり、容器の高さが比較的に低く、生長面積が比較的に広いことにより、細菌の酸素消費量を制御し、さらに生物繊維の直径を調整する。一方、合成した生物繊維膜材において、表面で形成した網状結構は、内部の網状結構の密度より大きいため、前記の静置培養および条件によれば、その後の複数の織り合わされた生物繊維膜材の分離には有利である。
一つの具体的な実施態様において、前記生物繊維膜材は、グルコンアセトバクター属の細菌を、マンニトール、ペプトン、酵母エキストラクトおよび寒天を有する培養液に静置発酵させることで形成したものである。
前記グルコンアセトバクター属の細菌は、得られた生物繊維の太さを容易に制御できるという特性がある、グルコンアセトバクター・キシリナス（Ｇｌｕｃｏｎａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ ｘｙｌｉｎｕｍ）を選択することが好ましい。
一つの具体的な実施態様において、本発明の栽培材料組成物における立体網状構造を有する生物繊維膜材は、図１Ａに示すように、前記生物繊維膜材の培養の際に必要に応じて布膜を設けるため、図に示されている布膜繊維１２の所は、生物繊維膜材と布膜との境目である。図に示すように、立体網状構造１０１は表層１０ｂと布膜繊維１２との間に挟まれ、前記立体網状構造１０１は前記表層１０ｂから前記布膜繊維１２まで伸びており、また、前記立体網状構造は複数の生物繊維からなる。具体的には、前記立体網状構造１０１は、複数の互いに平行な骨幹繊維１０１ａと、隣接する任意の二つの骨幹繊維１０１ａに織り合わされた層間繊維１０１ｂとを有することで、水平方向および垂直方向で隣接する任意の二つの前記骨幹繊維１０１ａを連接して三次元立体網状構造１０１を形成し、また、前記骨幹繊維１０１ａおよび層間繊維１０１ｂはいずれも生物繊維であり、且つ骨幹繊維１０１ａの直径は層間繊維１０１ｂの直径より大きい。
さらに、生物繊維膜材１の断面写真を示す図１Ｂを参照すると、生物繊維膜材１は、両表層の間に位置する立体網状構造を有し、前記立体網状構造は、複数の互いに平行な、または前記生物繊維膜材１の長さ方向あるいは幅方向に伸びる骨幹繊維１０１ａと、前記骨幹繊維１０１ａに織り合わされた層間繊維１０１ｂとを有する。
本発明の栽培材料組成物を用意する際には、必要に応じて前記生物繊維膜材のサイズを減縮してもよく、通常、均質化処理により、すなわち、前記生物繊維膜材を水と混合した後、せん断力を持つ固定した外部刀および鋸歯状の回転可能の内部刀からなる均質化装置で粉砕処理を行うことにより、分散液を得られる。次に、栽培材料組成物の調製の必要に応じて、前記分散液から生物繊維膜材を分離して乾燥させる、または前記分散液をそのまま栽培基材にスプレーあるいは混合する。
本発明の栽培材料組成物を使用して作物を栽培する場合、異なる分布方式により、異なる効果が得られ、例えば、植物の種を栽培する場合、生物繊維膜材を栽培基材に均一に分散した栽培材料組成物を使用して、種の発芽率を高められ、芝を栽培する場合、生物繊維膜材を栽培基材の下に置いた栽培材料組成物を使用して、芝の艶および量を高められ、野菜の苗を栽培する場合、生物繊維膜材を栽培作物の根部の周りに置いた栽培材料組成物を使用して、収穫重量を高められ、花および果物の苗を栽培する場合、土壌の保湿量を高めて開花率を高められる。
本発明の栽培材料組成物は、立体網状構造を有する生物繊維膜材により、水分および養分を収容し、時間と共に水分および養分を放出し、栽培作物の根部（または機能的には植物の根部機能に相当する部位）の発展を促進または強化し、比較的太い根をより長く生長させるのみならず、比較的細い根を外部へより広く細く伸ばせることで、栽培作物が効率的に水分および養分を吸収でき、同じ栽培時間内で栽培作物の生長の高さおよび重量を増加させることができる。同じ量の栽培基材を使用する場合、または同じ量の栽培基材および肥料を使用する場合には、立体網状構造を有する生物繊維膜材を添加した方は、生物繊維膜材を添加していない方に比べて、栽培作物の生長をより加速させ、さらに収穫周期を短縮することができる。肥料の使用量を減少する場合には、立体網状構造を有する生物繊維膜材を添加した方は、生物繊維膜材を添加していない方とほぼ同じの栽培作物の重量および高さを有し、コストを削減し、肥料の過剰使用を避けることができる。また、本発明の栽培材料組成物は、保水性が優れているため、栽培基材の湿度を維持できるので、灌漑の回数および水の使用量を減らし、コストを削減し、環境を保護するという優れた効果を奏する。
製作例１ 単一種類の菌により生成した生物繊維膜材
１０４個／ｍＬのグルコンアセトバクター・キシリナス（Ｇｌｕｃｏｎａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ ｘｙｌｉｎｕｍ）を、寒天と重量比が５：１：１であるマンニトール、ペプトンおよび酵母エキストラクトとを含むｐＨ＝５の培養液を入れた培養皿に、培養温度２７℃で、７２時間培養させ、生成した生物繊維膜材を集めた。
製作例２ 複数種類の菌により生成した生物繊維膜材
合計１０４個／ｍＬのグルコンアセトバクター・キシリナス（Ｇｌｕｃｏｎａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ ｘｙｌｉｎｕｍ）およびアセトバクター・パスツリアナス（Ａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ ｐａｓｔｅｕｒｉａｎｕｓ）を培養すること以外は、培養条件を製作例１と同じようにして、生成した生物繊維膜材を集めた。
試験例１ キンカンの開花の度合の比較
前記製作例１の方法で生物繊維膜材を製作し、キンカンの盆栽を１０個用意し、うち４個のキンカンの盆栽は、生物繊維膜材を添加せず、キンカンのみを２ｋｇの土壌に植えて、対照群とし；他の３個のキンカンの盆栽は、１００ｇの生物繊維膜材を２ｋｇの土壌の表面に直接に置いて、表面敷き群とし；残りの３個のキンカンの盆栽は、予め１００ｇの生物繊維膜材を２００ｇの水と混合して均一に分散した後、２ｋｇの土壌の表面に置いて、表面振り掛け群とした。キンカンの盆栽の開花の度合を観察し、その結果を図２Ａ～図２Ｃに示し、図中、ハートのマークが付いている盆栽は開花の度合が顕著であることを示す。
結果、図２Ａの対照群は、僅か２個の盆栽しか開花しておらず（開花率５０％）、図２Ｂの表面敷き群および図２Ｃの表面振り掛け群のいずれも開花率（表面敷き群の開花率は１００％、表面振り掛け群の開花率は６６％）は、対照群より優れていた。
試験例２ 黄花系カイランの収穫状況の比較
前記製作例１の方法で生物繊維膜材を製作し、黄花系カイランの栽培に使用し、８１日後で収穫し、各群の黄花系カイランの平均高さおよび平均重量を観察した。群の分けについては、生物繊維膜材を添加せず、土壌のみを使用した、対照群；生物繊維膜材と土壌との重量比が５：１００である栽培材料組成物を使用し、生物繊維膜材を２倍重量の水と混合した後、土壌の表面に振り掛けた、５％表面振り掛け群；生物繊維膜材と土壌との重量比が８．３：１００である栽培材料組成物を使用し、生物繊維膜材を２倍重量の水と混合した後、土壌の表面に振り掛けた、８．３％表面振り掛け群；生物繊維膜材と土壌との重量比が５：１００である栽培材料組成物を使用し、生物繊維膜材を２倍重量の水と混合した後、土壌に均一に混合した、５％土壌混合群；および、生物繊維膜材と土壌との重量比が８．３：１００である栽培材料組成物を使用し、生物繊維膜材を２倍重量の水と混合した後、土壌に均一に混合した、８．３％土壌混合群の五つの群に分けた。結果を下記の表１および表２に示す。なお、説明の方便のために、下記試験例において、栽培材料組成物における生物繊維膜材の含有量を簡易に表示し、例えば、５％とは、生物繊維膜材と土壌（栽培基材）との重量比が５：１００である。
Figure 0007240309000001
Figure 0007240309000002
本試験例において、８．３％表面振り掛け群および８．３％土壌混合群で栽培した黄花系カイランの初期高さは、対照群の黄花系カイランの初期高さより低いが、上記結果から、栽培材料組成物（表面振り掛け群および土壌混合群）を使用した黄花系カイランの平均高さおよび平均重量は、８１日目の収穫日では、いずれも対照群より高く、特に、５％土壌混合群および８．３％土壌混合群の平均高さは対照群の１．１３倍であり、その平均重量は対照群の１．８８１倍および１．９４０倍であることが分かった。なお、上表のデータは、葉菜類の生長高さにおいて、生物繊維膜材を土壌に混合することで、より優れた結果が得られることを示した。
図３Ａ～図３Ｄは、各群の黄花系カイランの収穫時の写真であり、図３Ａは対照群であり、図３Ｂは表面振り掛け群であり、図３Ｃは５％土壌混合群であり、図３Ｄは８．３％土壌混合群であり、虫食い程度が高いことは、黄花系カイランの成長が優れていることを示している。対照群に対して、８．３％土壌混合群および５％土壌混合群における黄花系カイランの虫食い程度が高かった。
試験例３ チューリップ球根の発芽状況の比較
前記製作例１の方法で生物繊維膜材を製作し、チューリップ球根の栽培に使用し、３５日後で球根の発芽状況を観察した。群の分けについては、生物繊維膜材を添加せず、土壌のみを使用した、対照群；生物繊維膜材と土壌との重量比が５：１００である栽培材料組成物を使用し、生物繊維膜材を２倍重量の水と混合した後、チューリップ球根の周りに置いた、５％根部群；生物繊維膜材と土壌との重量比が１０：１００である栽培材料組成物を使用し、生物繊維膜材を２倍重量の水と混合した後、チューリップ球根の周りに置いた、１０％根部群；生物繊維膜材と土壌との重量比が５：１００である栽培材料組成物を使用し、生物繊維膜材を２倍重量の水と混合した後、土壌に均一に混合した、５％土壌混合群；および、生物繊維膜材と土壌との重量比が１０：１００である栽培材料組成物を使用し、生物繊維膜材を２倍重量の水と混合した後、土壌に均一に混合した、１０％土壌混合群の五つの群に分けた。結果を下記表３および図４Ａ～図４Ｃに示す。
Figure 0007240309000003
表３および図４Ａ～図４Ｃから、栽培材料組成物における根部群および土壌混合群のチューリップ球根の発芽の平均高さは、いずれも対照群より高く、特に、５％土壌混合群および１０％土壌混合群の高さの成長率は、対照群に対して１１１％および１２８％上昇したことが分かった。
試験例４ バラの栽培時の土壌湿度の比較
前記製作例１の方法で生物繊維膜材を製作し、バラの栽培に使用し、バラの土壌湿度を２２日間観察した。群の分けについては、生物繊維膜材を添加せず、土壌のみを使用した、対照群；生物繊維膜材と土壌との重量比が１０：１００である栽培材料組成物を使用し、生物繊維膜材を土壌の表面に置いた、１０％表面敷き群；生物繊維膜材と土壌との重量比が１０：１００である栽培材料組成物を使用し、生物繊維膜材を２倍重量の水と混合した後、土壌に均一に混合した、１０％土壌混合群；および、生物繊維膜材と土壌との重量比が１０：１００である栽培材料組成物を使用し、生物繊維膜材を２倍重量の水と混合した後、土壌の表面に振り掛けた、１０％表面振り掛け群の四つの群に分けた。各群のバラの土壌湿度を下記表４に示す。
Figure 0007240309000004
表４から、対照群の土壌の平均湿度が最も低く、本発明の栽培材料組成物を使用した土壌の平均湿度のいずれも対照群より高く、そのうち、１０％表面振り掛け群の土壌の平均湿度が最も高いことが分かった。
試験例５ ネギの生長状況の比較
前記製作例１および製作例２の方法で生物繊維膜材を製作し、ネギの栽培に使用し、２７日後にネギの生長状況を観察した。群の分けについては、生物繊維膜材を添加せず、土壌（１５ｍＬ肥料含有）のみを使用した、対照群；製作例１の生物繊維膜材と土壌との重量比が８．３：１００である栽培材料組成物を使用し、生物繊維膜材を１５ｍＬの肥料と混合した後、ネギ根部の周りに置いた、第一の８．３％根部群；および、製作例２の生物繊維膜材と土壌との重量比が８．３：１００である栽培材料組成物を使用し、生物繊維膜材を１５ｍＬの肥料と混合した後、ネギ根部の周りに置いた、第二の８．３％根部群の三つの群に分けた。結果を下記表５に示す。
Figure 0007240309000005
表５から、２７日後の第一の８．３％根部群および第二の８．３％根部群のネギの平均高さは、いずれも対照群のネギの平均高さより高く、また、単一種類の菌により生成した生物繊維膜材を使用した第一の根部群のネギの平均高さが最も高く、その生長高さは、対照群に対して約４０％上昇し、第二の８．３％根部群に対して約６％上昇したことが分かった。このことから、栽培材料組成物は、ネギの生長速度を向上させ、収穫周期を短縮することができ、また、単一種類の菌により生成した生物繊維膜材を使用した栽培材料組成物は、複数種類の菌により生成した生物繊維膜材を使用したものに比べて、より優れた効果を奏した。
さらに、本発明の栽培材料組成物を使用し、通常の肥料の添加量を減らしたネギの生長状況を観察した。群の分けについては、生物繊維膜材を添加せず、土壌（３０ｍＬ肥料含有）のみを使用した、対照群；製作例１の生物繊維膜材と土壌との重量比が８．３：１００である栽培材料組成物を使用し、生物繊維膜材を１５ｍＬの肥料または３０ｍＬの肥料と混合した後、ネギ根部の周りに置いた、第一の８．３％根部群；および、製作例２の生物繊維膜材と土壌との重量比が８．３：１００である栽培材料組成物を使用し、生物繊維膜材を１５ｍＬの肥料または３０ｍＬの肥料と混合した後、ネギ根部の周りに置いた、第二の８．３％根部群の五つの群に分けた。結果を下記表６に示す。
Figure 0007240309000006
表６には、同じく３０ｍＬの肥料を使用した場合、植えてから２７日後のネギの平均高さの傾向は、第一の８．３％根部群＞第二の８．３％根部群＞対照群であり、表５の１５ｍＬの肥料を使用した場合の傾向と同じであることが示されている。また、第一の８．３％根部群および第二の８．３％根部群の肥料を１５ｍＬに半減した後、第一の８．３％根部群は、３０ｍＬの肥料を使用した対照群とは同じ程度のネギの平均高さを有し、第二の８．３％根部群のネギの平均高さは対照群より少しだけ低く、本発明の栽培材料組成物を使用すると、肥料の使用量を、５０％低減できることが示されている。なお、本発明の栽培材料組成物における生物繊維膜材の割合を２．５％または４％に調整した群でも、ネギの生長高さを向上できる。
試験例６ 油麦菜（Ｌａｃｔｕｃａ ｓａｔｉｖａ ｖａｒ． ｓａｔｉｖａ）の収穫時の平均重量の比較
前記製作例１の方法で生物繊維膜材を製作し、油麦菜の栽培に使用し、８１日後に収穫して油麦菜の平均重量を観察した。群の分けについては、生物繊維膜材を添加せず、土壌のみを使用した、対照群；および、生物繊維膜材と土壌との重量比が８．３：１００である栽培材料組成物を使用し、生物繊維膜材を２倍重量の水と混合した後、土壌に均一に混合した、８．３％土壌混合群の二つの群に分けた。結果として、対照群の収穫時の油麦菜の平均重量は、１００．０ｇであり、８．３％土壌混合群の油麦菜の平均重量は１７０．０ｇであり、対照群に対して、平均重量が７０％上昇したことが示されている。
試験例７ レモンバームの種の育苗状況の比較
前記製作例１の方法で生物繊維膜材を製作し、レモンバームの種の栽培に使用し、レモンバームの種の発芽率を観察した。群の分けについては、生物繊維膜材を添加せず、土壌のみを使用した、対照群；生物繊維膜材と土壌との重量比が１．５：１００である栽培材料組成物を使用し、生物繊維膜材を２倍重量の水と混合した後、土壌に均一に混合した、１．５％土壌混合群；および、生物繊維膜材と土壌との重量比が３：１００である栽培材料組成物を使用し、生物繊維膜材を２倍重量の水と混合した後、土壌に均一に混合した、３％土壌混合群の三つの群に分けた。育苗の結果としては、対照群の発芽率が０％であり、１．５％土壌混合群の発芽率が７６％～８２％に達し、３％土壌混合群の発芽率が８９％と高かった。このことから、本発明の栽培材料組成物を使用すると、種の発芽率を向上させることができる。
試験例８ ベルノニア苗木の生長状況の比較
前記製作例１の方法で生物繊維膜材を製作し、ベルノニア苗木の栽培に使用し、ベルノニア苗木の生長状況を観察した。群の分けについては、生物繊維膜材を添加せず、土壌のみを使用した、対照群；および、生物繊維膜材と土壌との重量比が８．３：１００である栽培材料組成物を使用し、生物繊維膜材を２倍重量の水と混合した後、ベルノニア苗木の根部の周りに置いた、８．３％根部群の二つの群に分けた。結果として、対照群は径が生長した後に葉が出始め、葉が短くて小さく、対照群に対して、８．３％根部群のベルノニア苗木は、径が短い時に葉が生長し、かつ茂っており、葉が広くて大きいことが示されている。
試験例９ 菜の花の生長状況の比較
前記製作例１の方法で生物繊維膜材を製作し、菜の花の栽培に使用し、菜の花の生長状況を観察した。群の分けについては、生物繊維膜材を添加せず、土壌のみを使用した、対照群；および、生物繊維膜材と土壌との重量比が８．３：１００である栽培材料組成物を使用し、生物繊維膜材を２倍重量の水と混合した後、土壌に均一に混合した、８．３％土壌混合群の二つの群に分けた。育成の結果を図５Ａおよび図５Ｂに示し、図５Ａは対照群の植込み初期および植込み後の育成結果を示し、図５Ｂは８．３％土壌混合群の植込み初期および植込み後の育成結果を示す。二つの図を比較して、対照群の菜の花は、生長が疎らで高さが低く、８．３％土壌混合群の菜の花は、生長が比較的茂っており、且つ高さが比較的高いことが分かった。
試験例１０ トマト苗の生長および収穫状況の比較
前記製作例１の方法で生物繊維膜材を製作し、トマト苗の栽培に使用し、トマト苗の生長および収穫状況を観察した。群の分けについては、生物繊維膜材を添加せず、土壌のみを使用した、対照群；生物繊維膜材と土壌との重量比が８．３：１００である栽培材料組成物を使用し、生物繊維膜材を２倍重量の水と混合した後、トマト苗の根部の周りに置いた、８．３％根部群の二つの群に分けた。植込んでから６３日目で収穫し始め、収穫の結果を下記表７に示す。
Figure 0007240309000007
表７の結果から、１８回摘んだ結果、８．３％根部群の摘取り量の合計が１３８．６斤（１斤＝６００ｇ）であり、対照群の摘取り量の合計が１０２．９斤であることが分かり、すなわち、本発明の栽培材料組成物を使用すると、トマトの収穫を約３５％上昇でき、また、８．３％根部群は８７日目の時でさえ１００％の摘取り樹（２６／２６×１００％）が存在し、対照群は８７日目の時で僅か約８６％の摘取り樹（１８／２６×１００％）が存在し、本発明の栽培材料組成物を使用すると、栽培作物の残存率を向上させることができることが示されている。
図６Ａおよび図６Ｂは、トマト苗を植込んでから８７日目後の根部の写真であり、図６Ａは対照群であり、図６Ｂは８．３％根部群である。対照群に対して、８．３％根部群の根系はより発達し、髭根が多くて濃密であり、すなわち、比較的細い根が外部へ広く細く伸びている。根部は植物の栄養を吸収する重要な部位であり、根部が発達するほど、より優れた吸収能力を有し、図６Ａおよび図６Ｂの結果から、本発明の栽培材料組成物を使用すると、根部の発育を促進させることができ、植物の成長がより優れ、果実の摘取り量および植物の残存率を向上させることが証明された。
以上の試験で、本発明の栽培材料組成物を使用すると、ナノ孔構造を有する生物繊維膜材を添加したため、水および水に溶けた養分が生物繊維膜材に吸着され、生物繊維膜材から周りの栽培基材へゆっくりと放出され、栽培作物の吸収効率を向上させ、作物の生長速度を加速させ、作物の高さおよび重量を増加させ、作物の開花および発芽を促進することが示されている。また、灌漑の回数および肥料の使用量を減らし、コストを削減し、環境を保護する効果を達成できる。
上記の試験例は、例示的な説明に過ぎず、本発明を制限するものではない。本発明の精神に反しない限り、当業者が上記の試験例を修飾および変更を行ってもよい。したがって、本発明の権利保護範囲は、本発明の特許請求の範囲によって定義され、本発明の効果および実施の目的に影響を及ぼさない限り、本開示の技術内容に含まれる。
１ 生物繊維膜材
１０ｂ 表層
１０１ 立体網状構造
１０１ａ 骨幹繊維
１０１ｂ 層間繊維
１２ 布膜繊維

Claims (13)

  1. 栽培基材と、
    前記栽培基材に接している立体網状構造を有する生物繊維膜材と、を含み、
    前記生物繊維膜材は、グルコンアセトバクター属（Ｇｌｕｃｏｎａｃｅｔｏｂａｃｔｅｒ）の細菌を、炭素源、窒素源およびゲル支持物を有する培養液に静置培養させ、前記グルコンアセトバクター属の細菌により、前記培養液中の炭素源を利用して細胞内でβ－１，４－グリコシド鎖を合成した後、エキソサイトーシスで排出された繊維から形成してなるものであり、
    前記生物繊維膜材と前記栽培基材との重量比は、３：１００～３０：１００である、栽培材料組成物。
  2. 前記炭素源は、マンニトールであり、前記窒素源は、ペプトンおよび酵母エキストラクトであり、前記ゲル支持物は、寒天である、請求項１に記載の栽培材料組成物。
  3. 前記炭素源と、前記ペプトンと、前記酵母エキストラクトとの重量比は、５：１：１～４：１：１である、請求項２に記載の栽培材料組成物。
  4. 前記立体網状構造は、複数の互いに平行な骨幹繊維と、隣接する任意の二つの前記骨幹繊維に織り合わされた複数の層間繊維とを有する、請求項１に記載の栽培材料組成物。
  5. 前記骨幹繊維および前記層間繊維はいずれも生物繊維であり、前記骨幹繊維の直径は、前記層間繊維の直径以上である、請求項４に記載の栽培材料組成物。
  6. 前記生物繊維の直径は、２０～１００ｎｍである、請求項５に記載の栽培材料組成物。
  7. 前記生物繊維膜材の単位面積あたりの生物繊維量は、０．００５～０．００８ｇ／ｃｍ２である、請求項１に記載の栽培材料組成物。
  8. 前記栽培基材は、有機材、無機材、または有機材と無機材とのハイブリッド材料である、請求項１に記載の栽培材料組成物。
  9. 前記有機材は、木材、木屑、泥炭、樹皮、籾殻、キノコ栽培廃棄物、ココナッツの殻、家畜糞、麩、米糠、ミズゴケ、バガス、藁、雑草、綿実殻、ポリエチレンフォーム、不織布からなる群から選ばれる少なくとも一つを含む、請求項８に記載の栽培材料組成物。
  10. 前記無機材は、土、砂、礫、ナクル石、バーミキュライト、軽石、フォームスポンジ、エキスパンド粘土、岩綿、石炭からなる群から選ばれる少なくとも一つを含む、請求項８に記載の栽培材料組成物。
  11. 前記生物繊維膜材は、前記栽培基材と混合されるか、前記栽培基材の上に置かれるか、または前記栽培基材の下に置かれる、請求項１に記載の栽培材料組成物。
  12. 前記栽培材料組成物は、栽培作物の育成に用いられ、前記栽培作物は、植物の苗、植物の種またはキノコ類である、請求項１に記載の栽培材料組成物。
  13. 植物の苗の根部の周りに請求項１～１２のいずれか一項に記載の栽培材料組成物を置くことを特徴とする、植物の栽培方法。
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