JPS62232321A - 水耕栽培装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は水耕栽培システムに関する。詳しくは水耕栽培
装置の循環液路の途中に固定化した光合成細菌その他の
微生物を組み込み、そこに循Ｑｍ液を通すことにより、
水耕栽培作物の根から分泌された有害な有機酸を光合成
細菌のエサとして利用し有機酸の量を減少せしめるとい
った水耕栽培システムに関するものである。

したがって本発明は、微生物の技術分野だけでなく、園
芸１作物、果樹等植物栽培の技術分野においても重要な
役割を果すものである。

（従来の技術） 近年、水耕栽培法が発達し、各地で栽培が行なわれてお
り１例えば、水耕栽培方式としては次のようなものが知
られている。

湛液耕（ハイポニカ、Ｍ式など）　ＮＦＴ（みかどＮＦ
Ｔなど）砂耕、れき耕、ロックウール耕。

しかしながら、これら既知の水耕栽培方式は、いずれも
、単に培養液タンクで調整した養液を流して作物を栽培
する方式であって、微生物を積極的に利用するシステム
は知られておらず、ましてや本発明のように固定化した
微生物を使用するシステムにいたっては全く夢想だにさ
れていないのが現状である。

（発明が解決しようとする問題点） 水耕栽培法は無農薬で清浄な野菜が得られるという効果
があり、各種の野菜類（トマト、イチゴ。

レタス、ミツバ、キュウリ、メロンなど）の栽培に利用
されている。

水耕栽培は、作物の根に通常ρ）１．ＥＣ１培養液濃度
などが自動コントロールされた養液を与え、循環された
養液は供給タンク内で自動検査をされ、減少した水分や
肥料分を自動的に添加されるようになっている。

作物の根からは種々のものが分泌され１通常畑地や水田
などの土耕中では土壌に吸着されたり、微生物のエサと
なったりして自然条件下で調整が行なわれているが、７
；（耕栽培法では、それができず、根から分泌されたも
のがすべて養液中に入り、長く全面換水なしで栽培を行
なうとこれらが蓄積されてくる。

特に、根から分泌されるギ酸、酢酸、プロピオン酸など
の有機酸が蓄積されると作物の生育阻害が起こることが
判明し、養液を交換しなければ水耕栽培を行うことがで
きず、この点が工業化、大量処理化の重大な欠点となっ
ていた。

また、水耕栽培システムでは、土壌中とは異なり、微生
物の共同作用がないために、植物病害が発生しやすく、
養分の自給ということもあり得ない。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、このような水耕栽培が本来的に有している致
命的欠陥を解決するためになされたものであって、水耕
栽培システムを天然土壌中での栽培と同レベルにまで上
昇せしめることを目的とし、水耕栽培を工業化し、工業
化とは無縁であった農園芸栽培といった一次産業を完全
に工業化する目的でなされたものである。

この目的を達成するために、植物栄養学、植物生理学、
作物学、園芸学といった直接関連する技術分野だけでな
く、生化学、微生物学、特に土壌微生物学その他の技術
分野に亘っでも広く検討した結果、本発明者は光合成細
菌が有機酸（ギ酸。

酢酸、プロピオン酸、ピルビン酸、酪酸、乳酸、コハク
酸、フマル酸、リンゴ酸など）を基質として利用するこ
とに着目し、根より分泌された有機酸が蓄積された水耕
養液を光合成細菌に接触させてみたところ、有機酸を減
少させることを見出した。

しかしながらこの新知見にしたがって、光合成細菌を水
耕液中に添加したところ、養液中に拡散し又は根に付着
したりして、不安定である。又光合成細菌が増殖すると
水耕液のバランスがくずれてしまう。そこで、この点を
解決するために各方面から鋭意検討して、光合成細菌を
固定化することで半固体状（ゲル状物）とし水中に溶出
しないようにしたものをカラムに充てんし、そこに養液
を通したところ、予期せざることに上記した欠点を全く
生じることなく有効に有害な有機酸類を除去できること
を発見した。

本発明は、この有用な新知見に基づき、更に検討の結果
完成されたものであって、固定化した微生物を用いるこ
とを重要なポイントとする水耕栽培システムである。

微生物としては各種の微生物が広く使用されるが細菌、
放線菌及び糸状菌が有用であり、中でも特に次のものが
好適である。

例えば、硫黄細菌、光合成細菌、硝酸菌、メタン細菌、
窒素固定菌、根粒菌、活性汚泥、バチルス属菌、アゾト
バクタ−属菌といった細菌；ストレプトマイセス属菌、
ミクロモノスポラ属菌、ノカルディア属菌といった放線
菌；トリコデルマ属菌、アスペルギルス属菌、ペニシリ
ウム属菌といった糸状菌；が微生物として広く利用でき
る。

これらの具体例としては以下のものが挙げられ、自由に
入手することができる。

（１）細菌 紅色非硫黄細菌 Ｒｈｏｄｏｐｓｅｄｏｍｏｎａｓ　５ｐｈｅｒｏｉｄｅ
ｓ（ＩＦＯ１２２０３）紅色非硫黄細菌 Ｒｈｏｄｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍ　ｒｕｂｒｕｍ（ＩＦＯ
３９８６）紅色硫黄細菌 Ｃｈｒｏｍａｔｉｕｍ　５ｐ−（京都大学小林達治助教
授より分譲） バチルス　ズブチルス Ｂａｃｉｌｌｕｓ　５ｕｂｔｉｌｉｓ（ＩＦＵ　３１３
４）バチルス　メガテリウム Ｂａｃｉｌｌｕｓ　ｍｅｇａｔｅｒｉｕ＋＋＋（ＩＦＯ
３００３）アゾトバクタ−りロロコッカム Ａｚｏｔｏｂａｃｔｅｒ　ｃｈｒｏｏｃｏｃｃｕｍ（Ｉ
ＦＯ１２９９４）アゾトバクタ−ビネランディ Ａｚｏｔｏｂａｃｔｅｒ　ｖｉｎｅｌａｎｄｉｉ（ＩＦ
ｏ　１３５８１）メタノバクテリウム　テルモオートト
ロフィカＭｅｔｈａｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ　ｔｈｅｒ
ｍｏａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃｕｍ（ＡＴＣＣメタノサリ
シナ　パルケリ Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｉｃｉｎａ　ｂａｒｋｅｒｉｉ（
ＡＴＣＣ２９８９４）メタノモナス　メチロポーラ Ｍｅｔｈａｎｏｍｏｎａｓ　ｍｅｔｈｙｌｏｖｏｒａ（
ＡＴＣＣ２１９６３）リゾビウム　ジャポニクム Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍ　、ｉａｐｏｎｉｃｕｍ（ＩＦｏ　
１３３３ｇ）ニトロソモナス　ユーロパエ Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ　ｅｕｒｏｐａｓａ（ＡＴＣ
Ｃ２５９７８）ニトロソコツカス　モビリス Ｎ１ｔｒｏｓｏｃｏｃｃｕｓ　ｍｏｂｉｌｉｓ（ＡＴＣ
Ｃ２５３８０）ニトロバクタ−ウイノグロドスキイ Ｎ１ｔｒｏｂｕｃｔｅｒ　ｖｉｎｏｇｒａｄｓｋｙｉ（
ＡＴＣＣ２５３９１）（２）放線菌 ストレプトマイセス　フラディア Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ　ｆｒａｄｉａｅ（ＩＦＯ３
３６０）ストレプトマイセス　アルボロンガス ５ｔｒｅｐｔｏＩＩｌｙｃａｓ　ａｌｂｏｌｏｎＨｕｓ
（ＩＦＯ１３４６５）ストレプトマイセス　アルバス Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ　ａｌｂｕｓ（ＩＦＯ３１９
５）ノカルディア　エリスロポリス Ｎｏｃａｒｄｉａ　ｅｒｙｔｈｒｏｐｏｌｉｓ（ＡＴＣ
Ｃ２１０３５）ミクロモノスポラ　プルプレア Ｍｉｃｒｏｍｏｎｏｓｐｏｒａ　ｐｕｒｐｕｒｅａ（Ｎ
ＲＲＬ　２９５３）（３）糸状菌 トリコデルマ　ビリデ Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒａ＋ａ　ｖｉｒｉｄｅ（ＩＦＯ３０
５４７）アスペルギルス　フミガラス Ａｓｐａｒｇｉｌｌｕｓ　ｆｕａｉｇａｔｕｓ（ＩＦＯ
７８３９）ペニシリウム　フリクエンタンス Ｐｅｎ１ｃｉｌｌｉｕ＋ｓ　ｆｕｒａｑｕｅｎｔａｎｃ
ｅ（ＩＦＯ７９２１）本発明においては、これらの微生
物は固定化される。固定化法としては、微生物を内部及
び／又は表面に固定できる方法であればすべての方法が
利用でき、例えば担体結合法、架橋法、包括法のいずれ
もが自由に使用できる。固定の態様としては、ビーズや
ペレットに固定化してこれをカラムに充填したり、カラ
ム内壁に直接固定したり、ホローファイバー内壁に直接
固定化した後これらのホローファイバーを多数結束した
り、膜状物に固定化したり、養液循環パイプ内に設けた
プレートに固定化したりする方法が適宜使用される。

固定化微生物の設置個所、設置数等については何ら限定
はなく、養液循環パイプの途中、水耕栽培容器の出入口
、水耕液タンクの出入口及び／又はその内部等、水耕栽
培装置内の適宜の場所に適宜数設置する。複数設ける場
合には直列、並列のいずれでもよいし、ポンプその他に
よりバイパスに設けた固定化微生物に養液を別途送って
やりそこで処理してもよい。固定化微生物としては同一
種を使用してもよいが、各種の微生物を用い、目的に応
じてコックやバルブ等で養液の流入を切換えれば、目的
とする処理を自由に実施することができる。

固定化法としては上記したように各種の方法が自由に使
用できるが、固定化や取扱いの容易性、施用後の微生物
の生存及び増殖性、植物に対する無毒性といった面から
みて、高分子物質ヲ用いる固定化法が好適であり、例え
ば次のような方法が挙げられる。

セルロース、デキストラン、アガロース等多糖類、ポリ
アクリルアミドゲル、アルブミン等を担体として用いる
共有結合法：　ＤＥＡＥ−セルロース、ＤＥＡＥ−セフ
ァデックス等を用いるイオン結合法；デンプン、グルテ
ン、コンカナバリンＡ、多孔性ガラス、アルミナ、カオ
リナイト、活性炭、ベントナイト等に物理的に吸着させ
る物理的吸着法；といった担体結合法。

グルタルアルデヒド、インシアナート類を用いる架橋法
。

マイクロカプセル型又は格子型といった包括法。

例えば、高分子物質としてアルギン酸ナトリウムを用い
て包括法によって微生物を固定化する場合は、アルギン
酸ソーダ水溶液に菌体培養液や胞子懸濁液を加えてよく
攪拌した後、塩化カルシウムといった固化剤水溶液に添
加して、ビーズ状その他の形状に固定化する。そしてし
ばらく放置した後固化剤溶液又は殺菌水を用いて濾過洗
滌して固定化微生物を得る。同様にして、カラギーナン
（固化剤：塩化カリウム）、寒天（冷水）その他前記し
た天然高分子物質を用いて微生物を固定化する。

固定化は、上記のように天然高分子物質のほかに合成高
分子物質も使用でき、例えば、ポリビニルアルコールを
利用する場合には、ｌＯ％程度のｐｖ＾を湯浴中で溶解
し、冷却した後菌体（又は胞子）液を加えて充分攪拌し
、ＰＶＡ最終濃度を７．５％程度とした後、注射筒を用
いて気泡が入らないようマルチプレートに分注し、凍結
乾燥したり、又は。

菌体（胞子）を含んだ７．５％ＰＶＡ液を注射筒に移し
、１０％硫酸ソーダ、２％四ホウ酸ソーダ混合液中に滴
下してビーズ状に固定化する。また、ポリアクリルアミ
ドゲルを利用する場合には、アクリルアミドモノマーに
、架橋剤（Ｎ、　Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド等
）、重合促進剤（β−ジメチルアミノプロピオニトリル
、Ｎ、　Ｎ、　Ｎ’、　Ｎ’−テトラメチルエチレンジ
アミン、アンモニウムミョウバン等）、重合開始剤（ベ
ルオクソニ硫酸カリウム、リボフラビン等）を菌体培養
液（懸濁液）又は胞子懸濁液に加えて重合させ、微生物
をゲル内に包含せしめるようにすればよい。

これら高分子物質で固定化した後、崩壊防止の目的でエ
ピクロルヒドリン等助剤を添加するようにしてもよい。

このようにして固定化した微生物は、既述したように、
適宜な容器に収容し又はパイプ内に直接充填して水耕栽
培装置内に組込む。本発明に係る固定化微生物は、市販
ないし既知の水耕栽装はであれば、湛液耕、ＮＦＴ、砂
耕、れき耕、ロックウール耕等すべてのタイプのものに
組み込むことができ、この点も本発明のすぐれた特徴の
１つである。

本発明に係る装置の１実施例を、添付図面を参照しなが
ら説明する。

植物根から分泌される各種有機酸（ギ酸、酢酸、プロピ
オン酸、ピルビン酸、酪酸、乳酸、コハク酸、フマル酸
、リンゴ酸など）を基質として利用することのできる光
合成細菌（Ｒｈｏｄｏｐｊｅｕｄｏｍｏｎａｓｓｐｈｅ
ｒｏｉｄｅｓ　　ＩＦＯ１２２０３，Ｒｈｏｄｏｓｐｉ
ｒｉｌｌｕｍ　　ｒｕｂｒｕｍＩＦＯ３９８６，Ｃｈｒ
ｏａ＋ａｔｉｕｍ　ｓｐ、京都大学小林達治助教授より
分譲）を液体培地（下記）に接種し、嫌気明条件下で培
養を行ない、（３０℃〜３５℃）ｃｅｌｌｗａｌｌ　１
０’　／　ｍｕの培養菌体液をアルギン酸ナトリウムで
それぞれ固定化した。

固定化は、アルギン酸ナトリウムを用いた包括法で行な
った。まず、３％アルギン酸ナトリウムを湯冷中で溶解
し冷却した後、培養菌体液をアルギン酸ナトリウムの最
終濃度が２％となる様に加え十分に攪拌した。しばらく
放置後注射筒を用いて０．１Ｍ　ＣａＣｌ２溶液中に気
胞が入られない様に滴加しビーズ状に固定化した。１５
ｍ１ｎ程度放置後０．ＩＭＣａＣ１，溶液または殺菌水
ですばやく濾過洗浄した。

固定化した製剤は培地上で菌体の生育が認められたため
製剤中での菌体の生存が認められた。

紅色硫黄細菌の培地組成 紅色非硫黄細菌の培地組成 嫌気明条件下での培養ではＮａＨＣｏｌｏ、１％を加え
る微量元素溶液 このようにして調製した固定化微生物製剤を透明なポリ
スチレン製円筒容器に充填して、ＰＳＢカラム２を製造
した。このカラム２を、水耕栽培容器１と水耕液タンク
３とをパイプで結合してなる市販のＮＦＴ及びロックウ
ール（ロックファイバー）水耕液肥循環栽培装置の水耕
液循環系の途中に取りつけて水耕栽培装置を組立てた。

この装置を用いて、ＰＳＢカラム２には光源から光を照
射しながらレタスの種を植付けて１ケ月間栽培した。そ
の結果、レタスの生育に関して、外見上は全く異常がな
くまた養液にも何の変化も認められなかった。そして更
に養液サンプルを採ってクロマト分析したところ有機酸
含量にも異常が認められず、したがって、本発明にした
がってこのＰＳＢカラムをＮＦＴまたはロックウール（
ロックファイバー）水耕液循環栽培での水耕液循環系の
途中に取りつけることにより、根から分泌される老廃物
（有機酸）を除去し新鮮な水耕液をタンクに送ることが
認められ、所期の目的が達成されたことが確認された。

（発明の効果） 本発明によれば、固定化微生物を利用することによって
、水耕栽培をここにはじめて完全な工業化レベルにまで
上げることに成功したものである。

すなわち、微生物の種類、量を選択することにより、養
液の全面換水を行うことなく長期間装置を運転すること
ができるのみでなく、植物病虫害を抑制し、必要な養分
を自給し、きわめて清浄な状態で植物を栽培することが
でき、サラダ等生食用野菜、果実の栽培に特に有利に適
用することができる。

また、これらの野菜、果実のみでなく、他の作物一般の
栽培にも本装置は有利に使用することができ、温室内で
の促成栽培や抑成栽培もきわめて自由に行うことができ
るといつ著効が得られるし、微生物の代謝産物を有効に
利用して、植物に対して微量成分を強化したりすること
も自由にでき、本発明はまさに画期的なシステムである
。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明装置の１実施例を図示したものである。 ７　　　　ｔＪＦＴＩＮＩＤｑ：）’）−ｒＶＯ＝ｔ７
２ｙイハ”−）”：”ｌ？ブｆｌｆ　ラ９　Ｖ２　　β
ダＢララ４ ３　　　イｔ４４：６；ｐンク 手粘１εネ市正書 昭和６１年　６月２０日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水耕栽培装置の系内に、固定化した微生物を設置したこ
   とを特徴とする水耕栽培装置。