WO2020027342A1 - イネの生産方法 - Google Patents

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WO2020027342A1
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plasma
rice
irradiation
irradiated
experiment
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French (fr)
Inventor
勝 堀
博司 橋爪
水野　正明
英己 北野
正義 前島
省吾 松本
健治 石川
宏昌 田中
元気 湯浅
Original Assignee
国立大学法人名古屋大学
富士通クライアントコンピューティング株式会社
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01C—PLANTING; SOWING; FERTILISING
    • A01C1/00—Apparatus, or methods of use thereof, for testing or treating seed, roots, or the like, prior to sowing or planting
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G22/00—Cultivation of specific crops or plants not otherwise provided for
    • A01G22/20—Cereals
    • A01G22/22—Rice

Definitions

  • the technical field of the present specification relates to a method for producing rice.
  • Plasma technology is applied to the fields of electricity, chemistry and materials. Inside the plasma, ultraviolet rays and radicals are generated in addition to charged particles such as electrons and ions. These have been found to have various effects on living tissues, including sterilization of living tissues.
  • Patent Literature 1 discloses a technology for sterilizing microorganisms and the like in water by irradiating water with plasma.
  • the plasma device disclosed in Patent Document 1 can irradiate plasma into water without flowing current into the water.
  • rice is mainly consumed as edible rice in Japan.
  • rice suitable for sake brewing (sake rice) typified by Yamada Nishiki is used for sake brewing.
  • rice exports are increasing while domestic rice consumption is decreasing.
  • Japan where the birthrate and aging population are rapidly increasing, the number of producers is steadily decreasing, and maintaining productivity is a problem. Under such circumstances, improvement of rice production technology is desired.
  • an object of the present invention is to provide a rice production method that promotes rice growth using atmospheric pressure plasma.
  • the rice production method includes a plasma irradiation step of irradiating rice seeds with atmospheric pressure plasma.
  • rice growth can be promoted.
  • a first group of rice that has irradiated the rice seed with plasma and a second group of rice that has not irradiated the rice seed with plasma can be prepared.
  • the first group of rice can be harvested early. Therefore, two types of groups with different harvest times can be set, and the farmer can intentionally extend the harvest time.
  • This specification provides a rice production method that promotes rice growth using atmospheric pressure plasma.
  • FIG. FIG. 1A is a cross-sectional view showing the configuration of the first plasma generator, and FIG. B is a diagram showing the shape of the electrode.
  • FIG. FIG. 1A is a cross-sectional view showing the configuration of the second plasma generator, and FIG. B is a diagram showing the shape of the electrode.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a timing of performing a plasma irradiation step in the first embodiment. It is a figure for explaining the irradiation method of atmospheric pressure plasma to a rice seed in a 1st embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining an experimental procedure of an experiment B. It is a photograph which shows a mode that rice germinated in experiment B.
  • 11 is a graph (part 1) illustrating a relationship between the timing of irradiation of atmospheric pressure plasma and the length of cotyledon sheath of rice in Experiment B. It is a graph (the 2) which shows the relation between the timing of irradiation of atmospheric pressure plasma in Experiment B, and the cotyledon sheath length of rice.
  • It is a figure for explaining an experimental procedure of experiment C. It is a schematic diagram which shows the structure of the seedling in Experiment C. It is a graph which shows the length of the leaf sheath of the young seedling in experiment C.
  • FIG. A is a sectional view showing a schematic configuration of the plasma generator P10.
  • the plasma generator P10 is a first plasma generator that ejects plasma in a point-like manner.
  • FIG. B. FIG. It is a figure which shows the detail of the shape of the electrodes 2a and 2b of the plasma generator P10 of A.
  • the plasma generation device P10 includes a housing unit 10, electrodes 2a and 2b, and a voltage application unit 3.
  • the casing 10 is made of a sintered body made of alumina (Al 2 O 3 ) as a raw material.
  • the shape of the housing part 10 is cylindrical.
  • the inner diameter of the housing 10 is 2 mm or more and 3 mm or less.
  • the thickness of the housing 10 is 0.2 mm or more and 0.3 mm or less.
  • the length of the housing 10 is 10 cm or more and 30 cm or less.
  • a gas inlet 10i and a gas outlet 10o are formed at both ends of the housing 10.
  • the gas inlet 10i is for introducing a gas for generating plasma.
  • the gas ejection port 10o is an irradiation unit for irradiating the outside of the housing unit 10 with plasma.
  • the direction in which the gas moves is the direction of the arrow in the figure.
  • the electrodes 2a and 2b are a pair of opposing electrodes arranged to face each other.
  • the length of the electrodes 2a and 2b in the facing surface direction is smaller than the inner diameter of the housing 10. For example, it is about 1 mm.
  • a large number of hollows (hollows) H are formed in each of the facing surfaces. Therefore, the opposing surfaces of the electrodes 2a and 2b have a fine uneven shape.
  • the depth of the recess H is about 0.5 mm.
  • the electrode 2a is disposed inside the housing 10 and near the gas inlet 10i.
  • the electrode 2b is disposed inside the housing 10 and near the gas outlet 10o. Therefore, in the plasma generator P10, gas is introduced from the side opposite to the surface facing the electrode 2a, and gas is ejected to the side opposite to the surface facing the electrode 2b.
  • the distance between the electrodes 2a and 2b is, for example, 24 cm. The distance between the electrodes 2a, 2b may be a smaller distance.
  • the voltage applying unit 3 is for applying an AC voltage between the electrodes 2a and 2b.
  • the voltage application unit 3 raises the voltage to 9 kV using a commercial AC voltage of 60 Hz and 100 V, and applies a voltage between the electrodes 2 a and 2 b.
  • FIG. 1 a region where plasma is generated is referred to as a plasma generation region P.
  • the plasma generation region P is covered by the housing 10.
  • FIG. A is a sectional view showing a schematic configuration of the plasma generator P20.
  • the plasma generator P20 is a second plasma generator that ejects plasma in a linear manner.
  • FIG. B, FIG. FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of a plasma generation region P of a plasma generation device P20 of FIG.
  • the plasma generator P20 includes a housing 11, electrodes 2a and 2b, and a voltage applying unit 3.
  • the housing 11 is made of a sintered body using alumina (Al 2 O 3 ) as a raw material.
  • a gas inlet 11i and a number of gas outlets 11o are formed.
  • FIG. A has a slit shape whose longitudinal direction is the left-right direction of A.
  • the slit width (width in the left-right direction in FIG. 2B) from the gas inlet 11i to immediately above the plasma generation region P is, for example, 1 mm.
  • the gas outlet 11o is an irradiator for irradiating the outside of the housing 11 with plasma.
  • the gas outlet 11o has a cylindrical shape or a slit shape.
  • the gas outlet 11o in the case of a cylindrical shape is formed in a straight line along the longitudinal direction of the plasma generation region.
  • the inner diameter of the gas ejection port 11o is in the range of 1 mm or more and 2 mm or less.
  • the slit width of the gas ejection port 11o is preferably set to 1 mm or less. Thereby, stable plasma is formed.
  • the gas inlet 11i is configured to introduce a gas in a direction intersecting a line connecting the electrode 2a and the electrode 2b.
  • the electrodes 2a and 2b and the voltage applying unit 3 are the same as those of the plasma generator P10 shown in FIG. Then, similarly, a voltage is applied between the electrodes 2a and 2b using a commercial AC voltage. Thereby, plasma can be ejected in a straight line.
  • a plasma generator P20 for ejecting plasma in a straight line is shown in FIG. By arranging them in a row in the left-right direction of B, plasma can be ejected in a plane over a rectangular area.
  • the plasma generated by the plasma generators P10 and P20 is a non-equilibrium atmospheric pressure plasma.
  • the atmospheric pressure plasma refers to a plasma having a pressure in a range from 0.5 atm to 2.0 atm.
  • Ar gas is mainly used as the plasma generating gas.
  • electrons and Ar ions are generated inside the plasma generated by the plasma generators P10 and P20.
  • the Ar ions generate ultraviolet rays.
  • this plasma is released into the atmosphere, it generates oxygen radicals, nitrogen radicals, and the like.
  • the plasma density of this plasma is in the range of 1 ⁇ 10 14 cm ⁇ 3 to 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 .
  • the plasma density of the plasma generated by the dielectric barrier discharge is about 1 ⁇ 10 11 cm ⁇ 3 or more and 1 ⁇ 10 13 cm ⁇ 3 or less. Therefore, the plasma density of the plasma generated by the plasma generators P10 and P20 is about three orders of magnitude higher than the plasma density of the plasma generated by the dielectric barrier discharge. Therefore, more Ar ions are generated inside the plasma. Therefore, a large amount of radicals and ultraviolet rays are generated.
  • This plasma density is substantially equal to the electron density inside the plasma.
  • the plasma temperature at the time of this plasma generation is in the range of about 1000K or more and 2500K or less.
  • the electron temperature in the plasma is higher than the gas temperature.
  • the temperature of the gas is in the range of about 1000 K to 2500 K in spite of the fact that the electron density is in the range of 1 ⁇ 10 14 cm ⁇ 3 to 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 .
  • the temperature of the plasma is the temperature in the plasma generation region P where the plasma is generated. Therefore, the plasma temperature at the position of the target can be set at about room temperature by setting the conditions of the plasma and the distance from the gas ejection port to the target different.
  • the rice seeds are directly irradiated with atmospheric pressure plasma during the water absorption step of the rice seeds.
  • Germination Step In order to germinate the rice seeds, a water absorption step of immersing the rice seeds in water is performed. Then, during the water absorption step, rice seeds are directly irradiated with atmospheric pressure plasma.
  • Water absorption step The water absorption step is performed for several days. Then, as described later, a plasma irradiation step described later is performed during the water absorption step.
  • rice seeds In the initial stage (about one day) of the water absorption step, rice seeds absorb water in low-temperature water of, for example, 0 ° C. or more and 10 ° C. or less (physical water absorption).
  • the water temperature is preferably, for example, about 4 ° C.
  • rice seeds absorb water in water at 25 ° C. or higher and 35 ° C. or lower (physiological water absorption).
  • the water temperature at this time is preferably, for example, about 30 ° C.
  • physiological water absorption rice germinates.
  • the water temperature at physiological absorption is higher than the water temperature at physical absorption.
  • Plasma Irradiation Step As shown in FIG. 4, a plasma irradiation step is performed during the water absorption step. Specifically, the non-equilibrium atmospheric pressure plasma is directly applied to the rice seed C1 after the physical water absorption. At this time, the atmospheric pressure plasma is irradiated toward the embryo E1 of the rice seed C1. For this purpose, atmospheric pressure plasma is irradiated with the rice embryo E1 and the irradiation ports of the plasma generators P10 and P20 facing each other.
  • the plasma density time product when irradiating the rice seed C1 with the atmospheric pressure plasma is preferably 6 ⁇ 10 16 sec ⁇ cm ⁇ 3 or more and 2 ⁇ 10 17 sec ⁇ cm ⁇ 3 or less. This numerical range corresponds to, for example, a case where an atmospheric pressure plasma having a plasma density of 2 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 is irradiated for 3 seconds to 10 seconds.
  • the plasma density time product is an amount that defines an approximate amount of the plasma product irradiated on the rice seed C1.
  • the emission region of the atmospheric pressure plasma may or may not be in contact with the rice embryo E1.
  • the irradiation distance of the plasma is preferably 5 mm or more and 30 mm or less.
  • the irradiation distance of the plasma is a distance from the irradiation ports of the plasma generators P10 and P20 to the rice embryo E1.
  • the irradiation distance of the plasma may be outside the above range. This is because the plasma product is still irradiated to the rice embryo E1.
  • the rice seed C1 is in a state with rice husks.
  • the rice seed C1 is in a state before germination.
  • Rice planting Well-grown seedlings are planted in rice fields. Alternatively, it may be grown inside an artificial weather device.
  • group a a paddy field for cultivating rice treated with plasma
  • group b a paddy field for cultivating rice not treated with plasma
  • the rice embryo E1 may be irradiated with plasma after the rice seed C1 has germinated.
  • the plasma generators P10, P20, etc. may be further miniaturized. By sufficiently reducing the size, a pen-type plasma generator can be manufactured. Even in this case, a plasma density equivalent to that of the plasma generators P10 and P20 can be obtained.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the irradiation time of atmospheric pressure plasma and the germination rate of rice.
  • the horizontal axis in FIG. 6 is the plasma irradiation time.
  • the vertical axis in FIG. 6 is the germination rate of rice.
  • irradiation distances of 10 mm, 15 mm, and 20 mm were employed.
  • the notation of ctrl in FIG. 6 indicates rice which was not irradiated with plasma.
  • the shorter the irradiation distance of the plasma the smaller the germination rate of rice tends to be. It is considered that the longer the irradiation distance of the plasma, the lower the plasma density. As shown in FIG. 6, the influence of the plasma irradiation distance is not so large as compared with the plasma irradiation time.
  • Experiment B (Timing of plasma irradiation) 2-1. Rice Water Absorption Step
  • the variety of rice in Experiment B is the same as in Experiment A.
  • the water absorption process of rice in Experiment B is the same as in Experiment A.
  • the first plasma irradiation time T1 was set immediately before physiological water absorption, and the second plasma irradiation time T2 was set one day after physiological water absorption.
  • Plasma was irradiated at least at one of the first plasma irradiation time T1 and the second plasma irradiation time T2.
  • seeds are also included in which germination, that is, elongation of the cotyledon sheath can be visually confirmed.
  • the plasma generator P20 and other plasma conditions are the same as those in Experiment A. Note that an irradiation distance of 10 mm was employed.
  • FIG. 8 is a photograph showing rice germinated.
  • FIG. 8 shows the cotyledon sheath length.
  • FIGS. 9 and 10 are graphs showing the relationship between the irradiation timing of the atmospheric pressure plasma and the cotyledon sheath length of rice.
  • the vertical axis in FIGS. 9 and 10 is the cotyledon sheath length.
  • the graphs in FIGS. 9 and 10 are the results of experiments performed on different days.
  • the notation “5s” means that plasma irradiation was performed for 5 seconds at the first plasma irradiation time T1, and no plasma was irradiated at the second plasma irradiation time T2. ing.
  • the notation of “10 s” is also the same, although the irradiation time per one time is different.
  • the notation “5s ⁇ 2” means that plasma irradiation was performed for 5 seconds at both the first plasma irradiation time T1 and the second plasma irradiation time T2.
  • the notation of “10 s ⁇ 2” is also the same, although the irradiation time per one time differs.
  • the notation “5s (+ 1d)” means that the plasma was not irradiated at the first plasma irradiation time T1 and the plasma irradiation was performed at the second plasma irradiation time T2 for 5 seconds.
  • the cotyledon sheath length was about 6 to 7 mm.
  • the cotyledon sheath length was about 11 mm.
  • the cotyledon sheath length was about 11 mm.
  • the cotyledon sheath length was about 12 mm.
  • the distance was about 8 mm.
  • the cotyledon sheath length was about 10 mm.
  • Experiment C seedling 3-1. Rice water absorption process The rice variety was Yamadanishiki. The water absorption process of rice in Experiment C is the same as in Experiment A.
  • the artificial weather device has a fluorescent LED light, a metal halide lamp, and control software.
  • the control software can control the daylight hours by these lights.
  • the temperature of the artificial weather device was 30 ° C.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing the structure of a seedling.
  • the seedling has a first incomplete leaf, a second leaf sheath, a third leaf sheath, and a fourth leaf sheath.
  • FIG. 13 is a graph showing the length of leaf sheath of young seedlings.
  • the vertical axis in FIG. 13 is the leaf sheath length.
  • the second leaf sheath has a substantially constant length regardless of plasma irradiation.
  • the length of the third sheath and the fourth sheath in the seedlings irradiated with plasma is longer than the length of the sheath in the seedlings not irradiated with plasma.
  • the lengths of the third sheath and the fourth sheath are sufficiently long.
  • the lengths of the third and fourth leaf sheaths become longer. That is, rice growth is promoted.
  • Experiment D (early harvest) 4-1. Rice Water Absorption Process
  • the rice varieties in Experiment D are the same as those in Experiment A.
  • the water absorption process of rice in Experiment D is the same as in Experiment A.
  • Seedlings were grown in a mini-plant and then grown inside an artificial weather vessel.
  • the artificial weather device is the same as in Experiment C. As shown in FIG. 14, they were divided into two groups during the breeding. The first group is seedlings grown under normal conditions. The second group is seedlings that grew under conditions of early short days. Generally, the duration of sunshine decreases from summer to autumn. Therefore, when seedlings are grown using an artificial weather device, a long day period (corresponding to summer) and a short day period (corresponding to autumn) are set. In the second group, the long day period was set short, and the period was shifted to the short day period early. In other words, an early short day corresponds to a case where cultivation is performed in a short summer area. In addition, the sunshine time (noon: light period) of the long day period was 14 hours. The short day light duration (noon: light period) was 10 hours. Table 1 shows the conditions of the long day condition and the short day condition.
  • FIG. 15 is a graph showing the passage of days of leaf age.
  • the horizontal axis in FIG. 15 is the date.
  • the vertical axis in FIG. 15 is the leaf age.
  • the upper diagram in FIG. 15 shows the leaf age under normal cultivation conditions.
  • the lower part of FIG. 15 shows the leaf age of the cultivation condition on the early short day.
  • seedlings under normal cultivation conditions were cultivated under long-day conditions until week 12 after sowing, and cultivated under short-day conditions from week 13 after sowing.
  • the seedlings under the cultivation conditions of the early short day were cultivated under the long day condition until 9 weeks after sowing, and cultivated under the short day condition from the 10th week after sowing.
  • the transition to the short day condition is performed at an early stage.
  • the control plot in FIG. 15 is a seedling that was not subjected to plasma irradiation.
  • FIG. 16 is a graph showing the number of days from sowing to heading. Under the condition of early short day growth, heading occurred about 93 days after sowing regardless of plasma irradiation. On the other hand, under normal growth conditions, irradiation with plasma reduced the number of days from sowing to heading. In rice plants irradiated with plasma for 10 seconds at the first plasma irradiation time T1, the number of days from sowing to heading was the shortest. The shortened days are about two weeks.
  • FIG. 17 is a graph showing the yield of brown rice. As shown in FIG. 17, the yield of brown rice in the rice irradiated with plasma tends to be larger than the yield of brown rice in the control section not irradiated with plasma.
  • the harvest time can be shifted. That is, rice harvesting may be started from a rice field irradiated with plasma to rice, and then rice harvested in a rice field not irradiated with plasma to rice.
  • the workability of the farmhouse is improved.
  • the rice production method includes a plasma irradiation step of irradiating rice seeds with atmospheric pressure plasma.
  • the rice seed embryo in the plasma irradiation step, is irradiated with atmospheric pressure plasma.
  • the rice production method has a water absorption step of causing rice seeds to absorb water. During the water absorption step, a plasma irradiation step is performed.
  • a plasma irradiation step is performed before the rice seeds germinate.
  • P10, P20 Plasma generators 10, 11: Housing sections 10i, 11i: Gas inlets 10o, 11o: Gas outlets 2a, 2b: Electrodes P: Plasma generation area H: Concavities (hollows) C1: Seed E1: Embryo

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Abstract

【課題】　大気圧プラズマを用いてイネの成長を促進することを図ったイネの生産方法を提供することである。 【解決手段】　このイネの生産方法では、イネの種子Ｃ１に大気圧プラズマを照射するプラズマ照射工程を有する。プラズマ発生装置Ｐ１０が発生させたプラズマをイネの種子Ｃ１の胚Ｅ１に向けて直接照射する。このプラズマ照射工程は、イネの種子Ｃ１に吸水させる吸水工程の途中で実施する。つまり、プラズマ照射工程を、イネの種子Ｃ１の発芽前に実施する。

Description

イネの生産方法
　本明細書の技術分野は、イネの生産方法に関する。
　プラズマ技術は、電気、化学、材料の各分野に応用されている。プラズマの内部では、電子やイオン等の荷電粒子の他に、紫外線やラジカルが発生する。これらには、生体組織の殺菌をはじめとして、生体組織に対する種々の効果があることが分かってきている。
　例えば、特許文献１には、水にプラズマを照射することにより水中の微生物等を殺菌する技術が開示されている。また、特許文献１のプラズマ装置は、水中に電流を流すことなくプラズマを水中に照射することができる。
特開２００９－１８３８６７号公報 特開２０１４－１９５４５０号公報
　ところで、特許文献２には、酵母に大量の大気圧プラズマを照射した場合には酵母の生菌数は減少するが、酵母に少量の大気圧プラズマを照射した場合に酵母の生菌数は増加することが記載されている。このように、プラズマを照射することにより酵母を活性化する可能性および死滅させる可能性について研究されてきている。しかし、その他の生物へのプラズマの影響については必ずしも明らかではない。
　ところで、お米は日本国内で主に食用米として消費されている。また、山田錦に代表される酒造好適米（酒米）は、酒造に用いられる。また、国内のお米の消費量が減少傾向にある中でお米の輸出量は増加傾向にある。他方では、少子高齢化が急激に進む我が国においては生産者が減少の一途をたどっており、生産性の維持が問題となっている。このような状況下において、お米の生産技術の向上が望まれている。
　本明細書の技術は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは、大気圧プラズマを用いてイネの成長を促進することを図ったイネの生産方法を提供することである。
　第１の態様におけるイネの生産方法は、イネの種子に大気圧プラズマを照射するプラズマ照射工程を有する。
　このイネの生産方法においては、イネの成長を促進することができる。また、イネの種子にプラズマを照射した第１のグループのイネと、イネの種子にプラズマを照射していない第２のグループのイネと、を準備することができる。この場合には、第１のグループのイネは、早期収穫することができる。そのため、収穫時期の異なる２種類のグループを設定することができ、農家が意図的に収穫時期を拡張することができる。
　本明細書では、大気圧プラズマを用いてイネの成長を促進することを図ったイネの生産方法が提供されている。
図１．Ａは第１のプラズマ発生装置の構成を示す断面図であり、図１．Ｂは電極の形状を示す図である。 図２．Ａは第２のプラズマ発生装置の構成を示す断面図であり、図２．Ｂは電極の形状を示す図である。 第１の実施形態におけるプラズマ照射工程の実施時期を説明するための図である。 第１の実施形態におけるイネの種子への大気圧プラズマの照射方法を説明するための図である。 実験Ａの実験手順を説明するための図である。 実験Ａにおける大気圧プラズマの照射時間とイネの発芽率との関係を示すグラフである。 実験Ｂの実験手順を説明するための図である。 実験Ｂにおけるイネの発芽した様子を示す写真である。 実験Ｂにおける大気圧プラズマの照射のタイミングとイネの子葉鞘長との間の関係を示すグラフ（その１）である。 実験Ｂにおける大気圧プラズマの照射のタイミングとイネの子葉鞘長との間の関係を示すグラフ（その２）である。 実験Ｃの実験手順を説明するための図である。 実験Ｃにおける幼苗の構造を示す模式図である。 実験Ｃにおける幼苗の葉鞘の長さを示すグラフである。 実験Ｄの実験手順を説明するための図である。 実験Ｄにおける葉齢の日数経過を示すグラフである。 実験Ｄにおける播種から出穂までの日数を示すグラフである。 実験Ｄにおける玄米の収穫量を示すグラフである。
　以下、具体的な実施形態について、イネの生産方法を例に挙げて図を参照しつつ説明する。なお、プラズマ発生装置の寸法等は例示であり、例示されている数値範囲以外の数値を用いてもよい。
（第１の実施形態）
　第１の実施形態について説明する。第１の実施形態のイネの生産方法においては、イネの種子に大気圧プラズマを直接照射する。そのため、まず、プラズマを照射するプラズマ照射装置について説明する。
１．プラズマ装置
１－１．第１のプラズマ発生装置
　図１．Ａはプラズマ発生装置Ｐ１０の概略構成を示す断面図である。ここで、プラズマ発生装置Ｐ１０は、プラズマを点状に噴出する第１のプラズマ発生装置である。図１．Ｂは、図１．Ａのプラズマ発生装置Ｐ１０の電極２ａ、２ｂの形状の詳細を示す図である。
　プラズマ発生装置Ｐ１０は、筐体部１０と、電極２ａ、２ｂと、電圧印加部３と、を有している。筐体部１０は、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を原料とする焼結体から成るものである。そして、筐体部１０の形状は、筒形状である。筐体部１０の内径は２ｍｍ以上３ｍｍ以下である。筐体部１０の厚みは０．２ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。筐体部１０の長さは１０ｃｍ以上３０ｃｍ以下である。筐体部１０の両端には、ガス導入口１０ｉと、ガス噴出口１０ｏとが形成されている。ガス導入口１０ｉは、プラズマを発生させるためのガスを導入するためのものである。ガス噴出口１０ｏは、プラズマを筐体部１０の外部に照射するための照射部である。なお、ガスの移動する向きは、図中の矢印の向きである。
　電極２ａ、２ｂは、対向して配置されている対向電極対である。電極２ａ、２ｂの対向面方向の長さは、筐体部１０の内径より小さい。例えば１ｍｍ程度である。電極２ａ、２ｂには、図１．Ｂに示すように、対向面のそれぞれに多数の凹部（ホロー）Ｈが形成されている。そのため、電極２ａ、２ｂの対向面は、微細な凹凸形状となっている。なお、この凹部Ｈの深さは、０．５ｍｍ程度である。
　電極２ａは、筐体部１０の内部であってガス導入口１０ｉの近傍に配置されている。電極２ｂは、筐体部１０の内部であってガス噴出口１０ｏの近傍に配置されている。そのため、プラズマ発生装置Ｐ１０では、電極２ａの対向面の反対側からガスを導入するとともに、電極２ｂの対向面の反対側にガスを噴出するようになっている。そして、電極２ａ、２ｂ間の距離は、例えば２４ｃｍである。電極２ａ、２ｂ間の距離は、これより小さい距離であってもよい。
　電圧印加部３は、電極２ａ、２ｂ間に交流電圧を印加するためのものである。電圧印加部３は、商用交流電圧である、６０Ｈｚ、１００Ｖを用いて９ｋＶに昇圧するとともに、電極２ａ、２ｂ間に電圧を印加する。
　ガス導入口１０ｉからアルゴン等の希ガスを導入するとともに、電圧印加部３により、電極２ａ、２ｂ間に電圧を印加すると、筐体部１０の内部にプラズマが発生する。図１．Ａの斜線で示すように、プラズマが発生する領域をプラズマ発生領域Ｐとする。プラズマ発生領域Ｐは、筐体部１０に覆われている。
１－２．第２のプラズマ発生装置
　図２．Ａはプラズマ発生装置Ｐ２０の概略構成を示す断面図である。ここで、プラズマ発生装置Ｐ２０は、プラズマを線状に噴出する第２のプラズマ発生装置である。図２．Ｂは、図２．Ａのプラズマ発生装置Ｐ２０のプラズマ発生領域Ｐの長手方向に垂直な断面における部分断面図である。
　プラズマ発生装置Ｐ２０は、筐体部１１と、電極２ａ、２ｂと、電圧印加部３と、を有している。筐体部１１は、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を原料とする焼結体から成るものである。筐体部１１の両端には、ガス導入口１１ｉと、多数のガス噴出口１１ｏとが形成されている。ガス導入口１１ｉは、図２．Ａの左右方向を長手方向とするスリット形状をしている。ガス導入口１１ｉからプラズマ発生領域Ｐの直上までのスリット幅（図２．Ｂの左右方向の幅）は、例えば１ｍｍである。
　ガス噴出口１１ｏは、プラズマを筐体部１１の外部に照射するための照射部である。ガス噴出口１１ｏは、円筒形状もしくはスリット形状である。円筒形状の場合のガス噴出口１１ｏは、プラズマ発生領域の長手方向に沿って一直線状に形成されている。ガス噴出口１１ｏの内径は１ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲内である。また、スリット形状の場合には、ガス噴出口１１ｏのスリット幅を１ｍｍ以下とすることが好ましい。これにより、安定したプラズマが形成される。また、ガス導入口１１ｉは、電極２ａと電極２ｂとを結ぶ線と交差する向きにガスを導入するようになっている。
　電極２ａ、２ｂおよび電圧印加部３については、図１に示したプラズマ発生装置Ｐ１０と同じものである。そして、同様に、商用交流電圧を用いて、電極２ａ、２ｂ間に電圧を印加する。これにより、プラズマを一直線状に噴出することができる。
　また、この一直線状にプラズマを噴出するプラズマ発生装置Ｐ２０を図２．Ｂの左右方向に列状に並べて配置すれば、プラズマをある長方形の領域にわたって平面的に噴出することができる。
２．プラズマ発生装置により発生されるプラズマ
　プラズマ発生装置Ｐ１０、Ｐ２０により発生されるプラズマは、非平衡大気圧プラズマである。ここで、大気圧プラズマとは、０．５気圧以上２．０気圧以下の範囲内の圧力であるプラズマをいう。
　本実施の形態では、プラズマ発生ガスとして、主にＡｒガスを用いる。プラズマ発生装置Ｐ１０、Ｐ２０により発生されるプラズマの内部では、もちろん、電子と、Ａｒイオンとが生成されている。そして、Ａｒイオンは、紫外線を発生させる。また、このプラズマは大気中に放出されているため、酸素ラジカルや窒素ラジカル等を発生させる。
　このプラズマのプラズマ密度は、１×１０14ｃｍ-3以上１×１０17ｃｍ-3以下の範囲内である。なお、誘電体バリア放電により発生されるプラズマにおけるプラズマ密度は、１×１０11ｃｍ-3以上１×１０13ｃｍ-3以下の程度である。したがって、プラズマ発生装置Ｐ１０、Ｐ２０により発生されるプラズマのプラズマ密度は、誘電体バリア放電により発生されるプラズマのプラズマ密度に比べて、３桁程度大きい。したがって、このプラズマの内部では、より多くのＡｒイオンが生成する。そのため、ラジカルや、紫外線の発生量も多い。なお、このプラズマ密度は、プラズマ内部の電子密度にほぼ等しい。
　そして、このプラズマ発生時におけるプラズマ温度は、およそ１０００Ｋ以上２５００Ｋ以下の範囲内である。また、このプラズマにおける電子温度は、ガスの温度に比べて大きい。しかも、電子の密度が１×１０14ｃｍ-3以上１×１０17ｃｍ-3以下の範囲内の程度であるにもかかわらず、ガスの温度はおよそ１０００Ｋ以上２５００Ｋ以下の範囲内である。このプラズマの温度は、プラズマの発生しているプラズマ発生領域Ｐでの温度である。したがって、プラズマの条件や、ガス噴出口から対象物までの距離を異なる条件とすることにより、対象物の位置でのプラズマ温度を室温程度とすることができる。
３．イネの生産方法
　図３に示すように、本実施形態のイネの生産方法は、イネの種子の吸水工程の途中で大気圧プラズマをイネの種子に直接照射する。
３－１．発芽工程
　イネの種子を発芽させるために、イネの種子を水に漬ける吸水工程を実施する。そして、その吸水工程の途中で、イネの種子に大気圧プラズマを直接照射する。
３－１－１．吸水工程
　吸水工程は、数日間実施される。そして後述するように、吸水工程の途中で、後述するプラズマ照射工程を実施する。吸水工程の初期（１日程度）には、例えば０℃以上１０℃以下の低温の水中でイネの種子に吸水させる（物理的吸水）。水温は例えば４℃程度であるとよい。そして、吸水工程の後期（２日程度）には、例えば２５℃以上３５℃以下の水中でイネの種子に吸水させる（生理的吸水）。このときの水温は例えば３０℃程度であるとよい。生理的吸水の途中で、イネは発芽する。生理的吸水における水温は、物理的吸水における水温より高い。
３－１－２．プラズマ照射工程
　図４に示すように、吸水工程の途中で、プラズマ照射工程を実施する。具体的には、物理的吸水が終わったイネの種子Ｃ１に、非平衡大気圧プラズマを直接照射する。このとき、大気圧プラズマをイネの種子Ｃ１の胚Ｅ１に向けて照射する。そのために、イネの胚Ｅ１とプラズマ発生装置Ｐ１０、Ｐ２０の照射口とを向かい合わせにした状態で、大気圧プラズマを照射する。
　イネの種子Ｃ１に大気圧プラズマを照射する際のプラズマ密度時間積は、６×１０16ｓｅｃ・ｃｍ-3以上２×１０17ｓｅｃ・ｃｍ-3以下であるとよい。この数値範囲は、例えば、プラズマ密度が２×１０16ｃｍ-3の大気圧プラズマを３秒以上１０秒以下で照射した場合に相当する。プラズマ密度時間積は、イネの種子Ｃ１に照射するプラズマ生成物のおおよその量を規定する量である。
　また、大気圧プラズマの発光領域が、イネの胚Ｅ１に接触していても、接触していなくてもよい。プラズマの照射距離は、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であるとよい。プラズマの照射距離とは、プラズマ発生装置Ｐ１０、Ｐ２０の照射口からイネの胚Ｅ１までの距離である。プラズマの照射距離は、上記の範囲外であってもよい。プラズマ生成物がイネの胚Ｅ１に照射されることに変わりないからである。
　なお、プラズマを照射する段階では、イネの種子Ｃ１は籾殻のついた状態である。また、イネの種子Ｃ１は、発芽する前の状態である。
３－２．育苗工程
　次に、発芽した種子を苗代に播種する。そして、種子から苗に成長させる。
３－３．田植え
　よく育った苗を水田に植える。または、人工気象器の内部で成長させてもよい。
３－４．その後の工程
　その後、苗は通常の育成方法により育てられる。
４．プラズマをイネに直接照射する効果
　イネの胚Ｅ１に大気圧プラズマを照射することにより、後述するように、イネの成長速度は早くなる。日照時間が短くなってから出穂までの日にちが短縮される。
　そのため、例えば、（グループａ）プラズマ処理されたイネを栽培する水田、（グループｂ）プラズマ処理されていないイネを栽培する水田、の２つのグループを設置する。これにより、早く収穫できるグループａのイネを収穫した後に、通常の収穫時期のグループｂのイネを収穫すればよい。このように、イネの収穫時期を意図的にずらすことができる。したがって、農家の負担が軽減される。
　また、日照時間が短くなってから出穂までの日にちが短いため、夏が短い地域でもイネの生産が可能となる可能性がある。つまり、イネの品種ごとの北限が向上する可能性がある。
５．変形例
５－１．イネの籾殻
　本実施形態では、籾殻のついた状態のイネの種子Ｃ１にプラズマを照射する。しかし、籾殻を取り除いた後に、イネの種子にプラズマを照射してもよい。
５－２．イネの発芽
　イネの種子Ｃ１が発芽した後にプラズマをイネの胚Ｅ１に照射してもよい。
５－３．イネの配置
　イネにプラズマを照射する際に、イネの胚Ｅ１を上に向けた状態でイネの種子を並べる。そして、プラズマ発生装置Ｐ１０、Ｐ２０の照射口を下に向けた状態でイネの胚Ｅ１に向けて大気圧プラズマを照射するとよい。例えば、上記のペン型プラズマ発生装置を用いると、イネの胚Ｅ１にプラズマを照射することが容易である。
５－４．小型化したプラズマ発生装置
　プラズマ発生装置Ｐ１０、Ｐ２０等をさらに小型化してもよい。十分に小型化することにより、ペン型のプラズマ発生装置を製造することができる。その場合であっても、プラズマ発生装置Ｐ１０、Ｐ２０と同等のプラズマ密度が得られる。
５－５．組み合わせ
　上記の変形例を適宜組み合わせてもよい。
１．実験Ａ（プラズマ照射時間）
１－１．イネ
　本実験では、酒造好適米の山田錦（イネの品種）を栽培した。
１－２．イネの吸水工程
　まず、イネの種子を４℃の水に一晩浸漬した（物理的吸水）。その後、イネの種子を３０℃の水に２日間浸漬した（生理的吸水）。この段階において、イネの種子は発芽した。つまり、生理的吸水の途中で、イネの種子は発芽した。
１－３．プラズマの直接照射
　図５に示すように、生理的吸水の直前に大気圧プラズマをイネの種子の胚に向けて直接照射した。その際に、プラズマ発生装置Ｐ２０を用いた。プラズマ発生装置Ｐ２０におけるプラズマ密度は、２×１０16ｃｍ-3であった。プラズマガスはアルゴンガスであった。照射時間については、適宜変更した。
１－４．実験結果
　図６は、大気圧プラズマの照射時間とイネの発芽率との関係を示すグラフである。図６の横軸はプラズマの照射時間である。図６の縦軸はイネの発芽率である。図６に示すように、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍの照射距離を採用した。なお、図６中のｃｔｒｌの表記は、プラズマを照射しなかったイネを示している。
　図６に示すように、プラズマの照射時間が長くなるほど、イネの発芽率は減少する傾向にある。ただし、プラズマの照射時間が１０秒以内であれば、イネの発芽率はおよそ８０％以上であった。
　また、プラズマの照射距離が短いほど、イネの発芽率はやや減少する傾向にある。プラズマの照射距離が長くなるほど、プラズマ密度が低くなることに対応していると考えられる。図６に示すように、プラズマの照射距離の影響は、プラズマの照射時間に比べてそれほど大きくはない。
２．実験Ｂ（プラズマ照射のタイミング）
２－１．イネの吸水工程
　実験Ｂのイネの品種は実験Ａと同じである。実験Ｂのイネの吸水工程についても、実験Ａと同じである。
２－２．プラズマの直接照射
　図７に示すように、生理的吸水の直前に第１回目のプラズマ照射時期Ｔ１を設定し、生理的吸水の１日経過後に第２回目のプラズマ照射時期Ｔ２を設定した。第１回目のプラズマ照射時期Ｔ１と第２回目のプラズマ照射時期Ｔ２との少なくとも一方でプラズマを照射した。第２回目のプラズマ照射時期Ｔ２の段階では、発芽すなわち子葉鞘の伸長が目視で確認できる種子も含まれている。プラズマ発生装置Ｐ２０およびその他のプラズマ条件は実験Ａと同様である。なお、照射距離として１０ｍｍを採用した。
２－３．実験結果
　図８は、イネの発芽した様子を示す写真である。図８に子葉鞘長を示す。
　図９および図１０は、大気圧プラズマの照射のタイミングとイネの子葉鞘長との間の関係を示すグラフである。図９および図１０の縦軸は子葉鞘長である。なお、図９および図１０のグラフは、異なる日に行った実験結果である。
　図９および図１０において、「５ｓ」の表記は、第１回目のプラズマ照射時期Ｔ１に５秒のプラズマ照射を行い、第２回目のプラズマ照射時期Ｔ２にプラズマを照射しなかったことを意味している。「１０ｓ」の表記も１回当たりの照射時間が異なるが、同様である。「５ｓ×２」の表記は、第１回目のプラズマ照射時期Ｔ１および第２回目のプラズマ照射時期Ｔ２の双方において５秒ずつプラズマ照射を行ったことを意味している。「１０ｓ×２」の表記も１回当たりの照射時間が異なるが、同様である。「５ｓ（＋１ｄ）」の表記は、第１回目のプラズマ照射時期Ｔ１にプラズマを照射せず、第２回目のプラズマ照射時期Ｔ２に５秒のプラズマ照射を行ったことを意味している。
　図９および図１０に示すように、プラズマを照射しなかった場合（ｃｔｒｌ）には、子葉鞘長は６～７ｍｍ程度であった。第１回目のプラズマ照射時期Ｔ１に５秒のプラズマを照射した場合には、子葉鞘長は１１ｍｍ程度であった。第２回目のプラズマ照射時期Ｔ２に５秒のプラズマを照射した場合には、子葉鞘長は１１ｍｍ程度であった。第１回目のプラズマ照射時期Ｔ１および第２回目のプラズマ照射時期Ｔ２に５秒ずつプラズマを照射した場合には、子葉鞘長は１２ｍｍ程度であった。第１回目のプラズマ照射時期Ｔ１および第２回目のプラズマ照射時期Ｔ２に１０秒ずつプラズマを照射した場合には、８ｍｍ程度であった。第１回目のプラズマ照射時期Ｔ１に１０秒のプラズマを照射した場合には、子葉鞘長は１０ｍｍ程度であった。
　このように、少量のプラズマを照射した場合には、子葉鞘が十分に大きく成長する。また、第１回目のプラズマ照射時期Ｔ１および第２回目のプラズマ照射時期Ｔ２に５秒ずつプラズマを照射すると、子葉鞘が最も長くなった。このように、プラズマを照射することにより、イネの生育は促進される。
３．実験Ｃ（幼苗）
３－１．イネの吸水工程
　イネの品種は山田錦であった。実験Ｃのイネの吸水工程は、実験Ａと同じである。
３－２．プラズマの直接照射
　図１１に示すように、生理的吸水の直前に大気圧プラズマをイネの種子の胚に向けて直接照射した。プラズマ発生装置Ｐ２０およびその他のプラズマ条件は実験Ａと同様である。なお、照射時間については、適宜変更した。
３－３．育苗
　その後、人工気象器の内部で２週間にわたって苗を成長させた。人工気象器は、蛍光灯型ＬＥＤ照明と、メタルハライドランプと、制御ソフトと、を有する。制御ソフトは、これらの照明による日照時間を制御することができる。人工気象器の温度は３０℃であった。
３－４．実験結果
　図１２は、幼苗の構造を示す模式図である。幼苗は、第１不完全葉と、第２葉鞘と、第３葉鞘と、第４葉鞘と、を有する。
　図１３は、幼苗の葉鞘の長さを示すグラフである。図１３の縦軸は葉鞘長である。図１３に示すように、第２葉鞘については、プラズマの照射によらずほぼ一定の長さである。プラズマを照射した幼苗における第３葉鞘および第４葉鞘の長さは、プラズマを照射しなかった幼苗における葉鞘の長さに比べて長い。
　また、プラズマの照射時間が３秒以上１０秒以下の場合に、第３葉鞘および第４葉鞘の長さが十分に長い。
　このように、イネの種子の胚に大気圧プラズマを照射することにより、第３葉鞘および第４葉鞘の長さが長くなる。すなわち、イネの成長が促進される。
４．実験Ｄ（早期収穫）
４－１．イネの吸水工程
　実験Ｄのイネの品種は実験Ａと同じである。実験Ｄのイネの吸水工程についても、実験Ａと同じである。
４－２．プラズマの直接照射
　図１４に示すように、生理的吸水の直前に大気圧プラズマをイネの種子の胚に向けて直接照射した。また、生理的吸水の直前に第１回目のプラズマ照射時期Ｔ１を設定し、生理的吸水の１日経過後に第２回目のプラズマ照射時期Ｔ２を設定した。プラズマ発生装置Ｐ２０およびその他のプラズマ条件は実験Ａと同様である。なお、照射距離として１０ｍｍを採用した。
４－３．育苗
　ミニプラントで苗を生育した後、人工気象器の内部で苗を成長させた。人工気象器は、実験Ｃと同様である。図１４に示すように、育成の途中で、２グループに分けた。１グループ目は、通常の条件で生育した苗である。２グループ目は、早期短日の条件で生育した苗である。一般に、夏から秋にかけて日照時間が短くなる。そのため、人工気象器を用いて苗を成長させる場合に、長日期間（夏に相当）と、短日期間（秋に相当）と、を設定する。２グループ目においては、長日期間を短く設定し、早期に短日期間へと移行した。つまり、早期短日は、夏の短い地域で栽培する場合に相当する。なお、長日期間の日照時間（昼：明期）は１４時間であった。短日期間の日照時間（昼：明期）は１０時間であった。長日条件および短日条件の条件を表１に示す。
［表１］
　　条件　　　　日長　　　温度（昼）　温度（夜）
　長日条件　　１４時間　　３０℃　　　２５℃
　短日条件　　１０時間　　２８℃　　　２５℃
４－４．実験結果
　図１５は、葉齢の日数経過を示すグラフである。図１５の横軸は日付である。図１５の縦軸は葉齢である。図１５の上段の図は、通常の栽培条件の葉齢を示している。図１５の下段の図は、早期短日の栽培条件の葉齢を示している。
　図１５の上段に示すように、通常の栽培条件の苗は、播種後１２週目まで長日条件で栽培され、１３週目から短日条件で栽培された。図１５の下段に示すように、早期短日の栽培条件の苗は、播種後９週目まで長日条件で栽培され、１０週目から短日条件で栽培された。このように、早期短日では、短日条件への移行が早い段階で実施されている。
　なお、図１５の対照区とは、プラズマ照射を実施しなかった苗である。
　図１６は、播種から出穂までの日数を示すグラフである。早期短日の成長条件では、プラズマの照射によらず、播種からおよそ９３日程度で出穂した。一方、通常の成長条件では、プラズマを照射すると、播種から出穂までの日数が短縮された。第１回目のプラズマ照射時期Ｔ１にプラズマを１０秒間照射したイネでは、播種から出穂までの日数が最も短かった。その短縮日数は２週間ほどである。
　図１７は、玄米の収穫量を示すグラフである。図１７に示すように、プラズマを照射していない対照区における玄米の収穫量に比べて、プラズマを照射したイネにおける玄米の収穫量は多い傾向にある。
５．実験のまとめ
　実験Ｂ、Ｃで説明したように、イネの種子へのプラズマの直接照射を用いることにより、イネの苗の成長は促進される。これは、イネが早く生育されていることを示している。
　また、実験Ｄで説明したように、イネの種子へのプラズマの直接照射を用いることにより、出穂までの期間が短縮される。つまり、プラズマを用いることで、収穫までの期間が短縮されたことを示している。
　したがって、例えば、イネにプラズマを照射した水田と、イネにプラズマを照射していない水田と、を設けることにより、収穫時期をずらすことができる。つまり、イネにプラズマを照射した水田から稲刈りを開始し、その後イネにプラズマを照射していない水田の稲刈りを実施すればよい。このように、本明細書の技術を用いることにより、農家の作業性が向上する。
　また、実験Ｄで説明したように、イネの種子へのプラズマの直接照射により、米の収穫量も増加する傾向にある。
（付記）
　第１の態様におけるイネの生産方法は、イネの種子に大気圧プラズマを照射するプラズマ照射工程を有する。
　第２の態様におけるイネの生産方法においては、プラズマ照射工程では、イネの種子の胚に向けて大気圧プラズマを照射する。
　第３の態様におけるイネの生産方法は、イネの種子に吸水させる吸水工程を有する。吸水工程の途中で、プラズマ照射工程を実施する。
　第４の態様におけるイネの生産方法においては、イネの種子が発芽する前に、プラズマ照射工程を実施する。
Ｐ１０、Ｐ２０…プラズマ発生装置
１０、１１…筐体部
１０ｉ、１１ｉ…ガス導入口
１０ｏ、１１ｏ…ガス噴出口
２ａ、２ｂ…電極
Ｐ…プラズマ発生領域
Ｈ…凹部（ホロー）
Ｃ１…種子
Ｅ１…胚

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

Claims (4)

  1. イネの種子に大気圧プラズマを照射するプラズマ照射工程を有すること
    を特徴とするイネの生産方法。
  2. 請求項１に記載のイネの生産方法において、
    　前記プラズマ照射工程では、
    　　イネの種子の胚に向けて大気圧プラズマを照射すること
    を特徴とするイネの生産方法。
  3. 請求項１または請求項２に記載のイネの生産方法において、
    　イネの種子に吸水させる吸水工程を有し、
    　前記吸水工程の途中で、
    　　前記プラズマ照射工程を実施すること
    を特徴とするイネの生産方法。
  4. 請求項１または請求項２に記載のイネの生産方法において、
    　イネの種子が発芽する前に、
    　　前記プラズマ照射工程を実施すること
    を特徴とするイネの生産方法。

    　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
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