WO2023214592A1 - 農産物用肥料 - Google Patents
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
- C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
- C05F11/00—Other organic fertilisers
- C05F11/08—Organic fertilisers containing added bacterial cultures, mycelia or the like
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
- C12N1/20—Bacteria; Culture media therefor
Definitions
- the present invention relates to fertilizers for agricultural products.
- Patent Document 1 discloses an agricultural and horticultural fertilizer containing an extract of cyanobacteria and an extract of photosynthetic bacteria belonging to the genus Halobacterium, Rhodopseudomonas, and Rhodospirum.
- Patent Document 1 discloses that an extract of Rhodopseudomonas blastica can be used as an agricultural and horticultural fertilizer as an extract of photosynthetic bacteria.
- Patent Document 1 the problem of increasing the nitrogen content of agricultural and horticultural fertilizers is not found, and it is considered that a fertilizer for agricultural products with a high nitrogen content has not been provided.
- the problem to be solved by the present invention is to provide a fertilizer for agricultural products with a high nitrogen content of 8.0% by mass or more.
- the present invention is as follows.
- [1] A fertilizer for agricultural products that contains crushed marine purple photosynthetic bacteria and has a nitrogen content of 8.0% by mass or more.
- [2] The fertilizer for agricultural products according to [1], wherein the ratio of carbon content to nitrogen content (C/N) is 3.0 or more and 7.0 or less.
- [4] The fertilizer for agricultural products according to any one of [1] to [3], which has slow-release properties and thus maintains its effect for 30 days or more.
- the results of cultivating Komatsuna in Example 1 are shown.
- 2 shows changes over time during cultivation of broccoli in Example 4.
- the harvest results of broccoli in Example 4 are shown.
- 2 shows the change over time in the SPAD value of broccoli in Example 4.
- *** indicates a significant difference when tested using one-way analysis of variance at a significance level of 0.001.
- 10 shows changes over time in the maximum length of broccoli leaves in Example 4. *, **, and *** in the figure indicate significant differences when tested using one-way analysis of variance at significance levels of 0.05, 0.01, and 0.001, respectively.
- 10 shows changes over time in the maximum diameter of broccoli florets in Example 4.
- ** and *** indicate significant differences when tested using one-way analysis of variance at significance levels of 0.01 and 0.001, respectively.
- the weight of broccoli immediately after harvesting in Example 4 is shown.
- the figure on the left shows the weight of the floret, and the figure on the right shows the weight of the whole broccoli.
- bars assigned the same letter did not show a significant difference when tested using one-way analysis of variance at a significance level of p ⁇ 0.05; Bars assigned different letters indicate significant differences.
- the weight of broccoli in a dry state in Example 4 is shown.
- the figure on the left shows the weight of the floret, and the figure on the right shows the weight of the whole broccoli.
- bars assigned the same letter did not show a significant difference when tested using one-way analysis of variance at a significance level of p ⁇ 0.05; Bars assigned different letters indicate significant differences.
- the fertilizer for agricultural products of this embodiment contains a crushed product of marine purple photosynthetic bacteria, and has a nitrogen content of 8.0% by mass or more.
- the fertilizer for agricultural products of this embodiment is a fertilizer for agricultural products that does not depend on fossil resources and has a high nitrogen content.
- the nitrogen content is 8.0% by mass or more, preferably 9.0% by mass or more, and more preferably 10% by mass or more.
- the upper limit of the nitrogen content is not particularly limited, and may be, for example, 30% by mass, 20% by mass, or 15% by mass.
- the nitrogen content may be 8.0% by mass or more and 30% by mass or less, and within this range, the above lower limit and upper limit may be arbitrarily selected.
- the agricultural fertilizer of this embodiment it is preferable that the agricultural fertilizer contains carbon in consideration of the balance with nitrogen content, and the ratio of carbon content in the above nitrogen content value is as follows. It is more preferable that it is within the range of .
- the ratio of carbon content to nitrogen content may be, for example, 1.0 or more and 10.0 or less, preferably 2.0 or more and 8.0 or less, in terms of mass ratio. It is more preferably 5 or more and 7.0 or less, and even more preferably 3.0 or more and 7.0 or less.
- the C/N ratio may be within the range of 1.0 or more and 10.0 or less, and may be obtained by arbitrarily selecting the above lower limit and upper limit.
- the nitrogen content and carbon content in agricultural fertilizers are determined by the dry combustion method and are determined as the total nitrogen and carbon content in agricultural fertilizers.
- the carbon content is not particularly limited as long as the ratio of carbon content to nitrogen content (C/N) is within the above range, but for example, 30% by mass or more and 80% by mass or less It is preferably 40% by mass or more and 70% by mass or less, and even more preferably 50% by mass or more and 60% by mass or less.
- Purple photosynthetic bacteria can be broadly classified into freshwater purple photosynthetic bacteria and marine purple photosynthetic bacteria depending on the habitat, but in this embodiment, marine purple photosynthetic bacteria that live in seawater are used.
- Marine purple photosynthetic bacteria are bacteria that can use seawater, nitrogen, carbon dioxide, and light, which are abundant on earth, for growth. can carry out photosynthesis and fix atmospheric nitrogen using nitrogenase.
- Marine purple photosynthetic bacteria include marine purple sulfur bacteria and marine purple non-sulfur bacteria.
- Purple sulfur bacteria are bacteria that photosynthesize using near-infrared light and grow photoautotrophically in the presence of hydrogen, sulfide, and carbon dioxide, while purple non-sulfur bacteria grow photoautotrophically in the presence of hydrogen, sulfide, and carbon dioxide. It is a photosynthetic bacterium that grows photoheterotrophically.
- Examples of marine purple sulfur bacteria include bacteria of the genus Allochromatium (may be written as Allochromatium sp., the same shall apply hereinafter), bacteria of the genus Ectothiorhodospira, bacteria of the genus Halochromatium, bacteria of the genus Halorhodospira, Marichr.
- omatium genus bacteria Thiocapsa genus bacteria, Thiohalocapsa
- marine purple non-sulfur bacteria include bacteria of the genus Rhodobaca, bacteria of the genus Rhodobacter, bacteria of the genus Rhodobium, bacteria of the genus Afifella (Rhodobium), bacteria of the genus Rhodothalassium, and bacteria of the genus Rhodothalassium.
- Bacteria of the genus um, and genus Roseospira. Examples include bacteria.
- examples of marine purple photosynthetic bacteria include bacteria disclosed in PLOS ONE
- the marine purple photosynthetic bacteria may be marine purple photosynthetic bacteria described as Organism in Table 1 below, and specifically, Thiohalocapsa marina, Thiophaeococcus mangrovi, Marichromatium bheemlicum, Afifella m.
- Rhodovulum euryhalinum May be Rhodobulum sulfidophilum, Rhodobulum tesquicola, Rhodobulum visakhapatnamense, Roseospira marina and Roseospira goensis, classification changed If the bacterial name changes, even if the new bacterial name is marine purple photosynthetic bacterium. good.
- these genus names may be Thiohalocapsa bacteria, Thiophaeococcus bacteria, Marichromatium bacteria, Afifella bacteria, Rhodovulum bacteria, Roseospira bacteria, and Roseospira bacteria.
- Examples of marine purple sulfur bacteria include Marichromatium bheemlicum, Thiohalocapsa marina, and Thiophaeococcus mangrovi
- examples of marine purple non-sulfur bacteria include Afifella pfennigii (Rho dobium pfennigii), Afifella marina (Rhodobium marinum), Rhodovulum euryhalinum , Rhodovulum imhoffii, Rhodovulum sulfidophilum, Rhodovulum tesquicola, Rhodovulum visakhapatnamense, Roseospira goensis and Ros eospira marina and the like.
- the marine purple photosynthetic bacterium used in this embodiment may be a marine purple photosynthetic bacterium isolated from the sea of Kyoto among the above-mentioned bacterial species, for example, a Marichromatium genus bacterium. These marine purple photosynthetic bacteria may be obtained from each depository institution through prescribed procedures. The marine purple photosynthetic bacteria described above may be mutants thereof. Mutant strains include those obtained by genetic methods such as recombination, transduction, transformation, and the like.
- a marine purple photosynthetic bacterium that can grow under photosynthetic heterotrophic conditions or photoautotrophic conditions, and R. sulfidophilum is preferably used.
- the crushed product of marine purple photosynthetic bacteria in this embodiment is produced by the following method.
- Marine purple photosynthetic bacteria are cultured under irradiation with artificial light suitable for photosynthesis and then collected.
- the collected marine purple photosynthetic bacteria are crushed or crushed and dried to obtain a crushed product of the marine purple photosynthetic bacteria in this embodiment.
- the obtained crushed marine purple photosynthetic bacteria can be used as fertilizer for agricultural products.
- one or more of the processes other than culturing, bacterial collection, crushing, and drying such as extraction, desalting, granulation, sizing, and acid/alkali treatment are performed. It's okay.
- the marine purple photosynthetic bacterium is included in the agricultural fertilizer as a powder after being subjected to a crushing treatment and a subsequent drying treatment.
- the fertilizer for agricultural products according to the present embodiment contains a crushed product of marine purple photosynthetic bacteria, so that a fertilizer for agricultural products that is compatible with the soil can be obtained.
- each process from culturing the marine purple photosynthetic bacteria to obtaining the crushed product can be performed by appropriately combining conventionally known methods, but may be performed by the method described below. is suitable.
- a fertilizer for agricultural products with high nitrogen content can be obtained through the cultivation process of marine purple photosynthetic bacteria.
- a fertilizer for agricultural products having a suitable ratio of carbon content to nitrogen content can be obtained through the cultivation process of marine purple photosynthetic bacteria.
- culturing refers to a process of increasing the number of bacterial cells and accumulating nutritional components such as proteins (particularly carbon components and nitrogen components) within the bacterial cells by culturing bacteria under specific conditions.
- a method known as a mass culture method can be employed, and examples thereof include a continuous culture method, a batch culture method, and the like.
- Cultivation of seed bacteria and cultivation of marine purple photosynthetic bacteria to obtain crushed products of marine purple photosynthetic bacteria can be carried out as appropriate and are not particularly limited, but in this embodiment, in the culturing step, marine purple photosynthetic bacteria It is preferable that the marine purple photosynthetic bacteria be grown by culturing under specific conditions.
- the cultivation may be performed under irradiation with near-infrared light, which is used by marine purple photosynthetic bacteria to grow photoautotrophically, or under irradiation with far-red light.
- the far-red light may be light with a peak wavelength in the wavelength range of 700 nm to 860 nm.
- the method of irradiating far-red light is not particularly limited, and any irradiation method used for culturing conventional marine purple photosynthetic bacteria may be used.
- the culture temperature can be set as appropriate depending on the optimal culture temperature of the marine purple photosynthetic bacteria.
- the culture temperature may be, for example, 20 to 40°C.
- the culture time for example, the culture may be carried out for a time until reaching the intermediate logarithmic growth phase, then the culture medium may be changed, etc., and the culture may be continued for a time until the stationary phase is reached.
- the measured value of optical cell density at 660 nm absorbance (OD 660 ) may be used as an index.
- Cultivation can be carried out under a suitable atmosphere, but by carrying out the cultivation under nitrogen-containing conditions, nitrogen in the atmosphere can be fixed and a nitrogen-rich agricultural fertilizer can be produced without adding a nitrogen source to the culture medium. can be provided.
- the nitrogen concentration in the medium may be increased by bubbling nitrogen gas into the medium.
- the medium used for culture is not particularly limited as long as it is a medium capable of culturing marine purple photosynthetic bacteria, and any conventionally known growth medium may be used.
- the medium used for culture is not particularly limited, but natural seawater may be used, or a seawater-based medium using natural seawater may be used.
- the growth medium may include an organic carbon source or an inorganic carbon source. When containing an inorganic carbon source, the medium may be free of organic carbon sources. In this embodiment, preferably an inorganic carbon source is used, and carbon fixation may be promoted by culturing in a medium in which an organic carbon source is not used in some cases.
- organic carbon sources include carbohydrates such as glucose, fructose, sucrose, and molasses containing these, starch and starch hydrolysates, organic acids such as acetic acid and propionic acid, and alcohols such as ethanol and propanol. obtain.
- Inorganic carbon sources can be, for example, carbon dioxide, carbonate ions, bicarbonate ions, carbon monoxide, and the like. Carbonate ions and bicarbonate ions may be added to the medium as metal salts. Further, carbon dioxide and carbon monoxide may be bubbled together with nitrogen gas or separately. If the culture atmosphere contains nitrogen, the growth medium may be free of nitrogen sources.
- the growth medium may include a nitrogen source.
- nitrogen sources include ammonium salts of inorganic or organic acids such as ammonia, ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium acetate and ammonium phosphate, other nitrogen-containing compounds, as well as peptone, meat extract, yeast extract, corn steep liquor, Casein hydrolysates, soybean meal and soybean meal hydrolysates, various fermented microbial cells, and digested products thereof can be used.
- ammonium salts of inorganic or organic acids such as ammonia, ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium acetate and ammonium phosphate, other nitrogen-containing compounds, as well as peptone, meat extract, yeast extract, corn steep liquor, Casein hydrolysates, soybean meal and soybean meal hydrolysates, various fermented microbial cells, and digested products thereof can be used.
- organic carbon source inorganic carbon source, and nitrogen source, one type or two or more types may be used.
- the growth medium may further contain an inorganic salt.
- Inorganic salts include, for example, potassium phosphate, potassium phosphate, magnesium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride, sodium thiosulfate, ferrous sulfate, manganese sulfate, copper sulfate, and calcium carbonate.
- a suitable medium includes, for example, the Marine Broth medium described in Examples.
- an oligotrophic medium may be used.
- oligotrophic media include, for example, M6 medium and a medium prepared by adding appropriate additives to natural seawater.
- additives that may be added to natural seawater include lignin-containing waste liquid discarded in the Japanese paper manufacturing process (so-called lignin waste liquid), sodium thiosulfate, and the above-mentioned nitrogen source.
- lignin waste liquid lignin-containing waste liquid discarded in the Japanese paper manufacturing process
- sodium thiosulfate sodium thiosulfate
- the nitrogen source added to natural seawater peptone and yeast extract are particularly preferred.
- These additives may be added independently, for example, at a concentration of 0.01% or more and 5.0% or less, preferably 0.01% or more and 3.0% or less.
- the composition of the M6 medium is, for example, 5 g of sodium malate; 0.75 g of KH 2 PO 4 ; 0.78 g of K 2 HPO 4 ; 0.029 g of CaCl 2 .2H 2 O; 0.0 g of MgSO 4 .7H 2 O. 247 g; (NH 4 ) 2 SO 4 , 1 g; FeSO 4 .7H 2 O, 0.011 g; vitamin solution 10 mL; trace element solution 10 ⁇ L.
- the composition of the vitamin solution per 100 mL is: nicotinic acid 0.1 g, thiamine 0.1 g, biotin 0.005 g, para-aminobenzoic acid 0.05 g, vitamin B 12 0.001 g, vitamin B 5 0.05 g, pyridoxine.
- Hydrochloric acid 0.05g, EDTA ⁇ 3Na 0.2g, folic acid 0.05g, ZnCl2 ⁇ 5H2O 70 ⁇ g, MnCl2 ⁇ 4H2O 100 ⁇ g, H3BO3 60 ⁇ g , CoCl2 ⁇ 6H2O 200 ⁇ g, CuCl2 ⁇ 2H 2 O 20 ⁇ g, NiCl 2 .6H 2 O 20 ⁇ g, Na 2 MoO 4 .H 2 O 40 ⁇ g.
- composition of trace elements per liter is as follows: MnSO 4 .4H 2 O 11.16 g, ZnSO 4 .7H 2 O 2.88 g, Co(NO 3 ) 2 .6H 2 O 2.92 g, CuSO 4 .5H 2 2.52g of O, 2.42g of Na2MoO4.2H2O , 3.10g of H3BO3 , and 41.20g of EDTA.3Na.
- the marine purple photosynthetic bacteria are cultured while being irradiated with artificial light suitable for photosynthesis, they are preferably collected by collection and washing.
- the bacteria may be collected after washing, or may be collected once and then washed. In the case of bacterial collection, bacteria may be collected from one or more culture tanks. Further, collection and washing may be performed multiple times.
- Recovery of marine purple photosynthetic bacteria can be carried out by a conventionally known method of recovering bacteria from a culture solution. Washing of marine purple photosynthetic bacteria may also be carried out by suspending the recovered bacterial cells in a desired solution, or washing them while desalting them using a conventionally known method such as ultrafiltration. Good too.
- the number of times of collection and/or washing for collecting marine purple photosynthetic bacteria is not particularly limited, but may be performed one or more times.
- Acid/alkali treatment may be performed by conventionally known methods for the purpose of desalting to remove salts present in the culture solution or washing solution, or adjusting the pH of the culture solution or washing solution.
- Marine purple photosynthetic bacteria are included in agricultural fertilizers as crushed materials.
- the crushing may be mechanical crushing using a mortar or the like, crushing using an ultrasonic crushing device, crushing using a homogenizer, crushing using a bead-type crushing device, crushing using an enzyme, crushing by freezing and thawing, or using an organic solvent (preferably acetone). It may be crushed, or a combination thereof.
- the crushing treatment may be carried out, for example, by using a high-pressure homogenizer at a pressure of 800 to 1500 bar and homogenizing the mixture one or more times (for example, 3 to 10 times, preferably 5 times).
- the crushing treatment may be carried out, for example, by a method in which homogenization treatment is performed one or more times using an ultrasonic homogenizer.
- the crushing treatment may be carried out, for example, by suspending the bacterial culture in acetone, drying it in the atmosphere, and then mechanically crushing it using a mortar or the like.
- drying processes include, for example, a ventilation drying method in which hot or cold air is applied using a blower, a no-air drying method in which water evaporates by heating, and a slurry.
- Spray drying freeze drying, which involves suspending a substance in an appropriate buffer and then quickly drying it by spraying the suspension into a gas; vacuum drying, which deaerates air in a closed container using a vacuum pump, etc. drying method, natural drying method (including sun drying), or a combination thereof.
- the drying process may be, for example, freeze drying or natural drying.
- the fertilizer for agricultural products of this embodiment is preferably obtained as a solid fertilizer.
- the crushed products of marine purple photosynthetic bacteria may be used alone as a fertilizer for agricultural products, or may be used as a fertilizer for agricultural products after being appropriately treated with other ingredients as required.
- the fertilizer for agricultural products of this embodiment may be used in combination with conventionally known fertilizers for agricultural products.
- One aspect of this embodiment is a method of growing agricultural products using the above fertilizer for agricultural products.
- examples of target agricultural products are as follows, and the fertilizer for agricultural products may be in any of the above-mentioned embodiments.
- Such methods include growing agricultural products in soil, culture medium, culture solution, etc. containing fertilizer for agricultural products.
- the fertilizer for agricultural products of this embodiment may be added once, or may be added two or more times at appropriate intervals to soil, culture medium, culture solution, or the like.
- the fertilizer for agricultural products of this embodiment may have slow-release properties, and may have a gentle fertilizer effect on agricultural products by adding it once.
- the fertilizer for agricultural products of this embodiment may be used for the purpose of soil improvement by slowly releasing nitrogen over a period longer than the cropping season.
- the fertilizer for agricultural products of this embodiment retains its effect as a fertilizer and continues to supply nitrogen components to the soil for at least 15 days or more, preferably 20 days or more, more preferably 30 days or more, and still more preferably 35 days or more. It's fine.
- the duration of the effect of the agricultural fertilizer of this embodiment is, for example, 5 years or less, 3 years or less, 1 year or less, 10 months or less, 8 months or less, 6 months or less, 5 months or less, or 4 months. or 3 months or less.
- the usage amount of the fertilizer for agricultural products of this embodiment it is possible to supply sufficient nutritional components, especially nitrogen, necessary for the growth of agricultural products.
- the nitrogen amount is 0.01 g/L or more and 1.0 g/L or less, or 0.03 g/L or more and 0.50 g/L or less. You can.
- the target to be grown using the fertilizer for agricultural products of this embodiment is not particularly limited, and is selected from, for example, angiosperms and gymnosperms.
- agricultural products include, but are not particularly limited to, grains, vegetables, fruits, flowers, beans, tea, etc., and leafy vegetables such as komatsuna, spinach, parsley, and bok choy are preferred.
- the fertilizer for agricultural products of this embodiment is a fertilizer for agricultural products with a high nitrogen content, it is preferable to apply it to plants with a high nitrogen requirement or plants at a time when the nitrogen requirement becomes high.
- Target plants include, but are not particularly limited to, Asteraceae plants such as chrysanthemums and gerberas, Solanaceae plants such as potatoes, tomatoes and eggplants, Komatsuna, broccoli, rapeseed and rapeseed.
- Cruciferae grasses such as rice, corn, wheat, sugarcane and barley, legumes such as soybean, bindweed such as morning glory and sweet potato, willicaceae such as poplar, castor, cassava and Euphorbiaceae such as Jatropha, Rutaceae such as oranges and lemons, Rosaceae such as cherry and roses, Orchidaceae such as Phalaenopsis, Gentianaceae such as lisianthus, and primroses such as cyclamen.
- willicaceae such as poplar, castor, cassava and Euphorbiaceae such as Jatropha, Rutaceae such as oranges and lemons, Rosaceae such as cherry and roses, Orchidaceae such as Phalaenopsis, Gentianaceae such as lisianthus, and primroses such as cyclamen.
- Violetaceae plants such as pansies, Liliaceae plants such as lilies, Amaranthaceae plants such as sugar beets, Vitaceae plants such as grapes, Cypressaceae plants such as cedar and cypress, Osmanthus such as olives and Osmanthus and pinaceae plants such as Japanese red pine.
- the growing object may be, for example, a leafy vegetable, a cruciferous plant, in particular komatsuna, or broccoli.
- the fertilizer for agricultural products of this embodiment can be applied to the whole plant or a part thereof (for example, the whole plant or a part thereof) at any stage of growth including before or after the germination of the plant. can.
- the fertilizer for agricultural products of this embodiment may promote the growth of target agricultural products (plants), and may improve stress resistance such as heat resistance, drought resistance, and salt resistance.
- the fertilizer for agricultural products of this embodiment may enlarge and/or increase the size of at least a part of agricultural products (plants), specifically, enlarge at least a part of agricultural products; at least the organs of agricultural products. increasing the number of one species; shortening the time it takes for at least some of the agricultural products to reach a certain size compared to when no agricultural fertilizer is applied; and when no agricultural fertilizer is applied. Either reducing the time for the number of at least one of the organs of the produce to reach a certain number compared to the above may be achieved.
- Fertilizers for agricultural products are used for growth purposes such as elongation of shoots or roots, increase in number of leaves, promotion of flowering or fruit set, increase in number of flowers or fruits, increase in plant weight or crop yield, greening, or promotion of tillering. may have a promoting effect.
- Example 1 Bacterial culture
- the marine purple photosynthetic bacterium R. sulfidophilum was obtained from the American Type Culture Collection (ATCC).
- Marine Broth 2216 medium manufactured by Sigma Aldrich was used for culturing the marine purple photosynthetic bacteria.
- the composition per liter of Marine Broth medium was as follows: 1.6 mg of NH 4 NO 3 , 22.0 mg of H 3 BO 3 , 1.8 g of CaCl 2 , 8.0 mg of Na 2 HPO 4 , iron citrate ( III) 0.1 g, MgCl 2 5.9 g, MgSO 4 3.24 g, peptone 5.0 g, KBr 0.08 g, KCl 0.55 g, NaHCO 3 0.16 g, NaCl 19.45 g, NaF 2.4 mg, silicon Sodium chloride 4.0 mg, SrCl 2 34.0 mg, yeast extract 1.0 g.
- one agar-cultured colony of bacteria was cultured in 50 mL of Marine Broth 2216 medium in a sterile screw-cap tube (atmospheric conditions). Static conditions at 30°C under far-red light LED (730 nm, 20 Wm ⁇ 2 , manufactured by CCS) until the optical cell density at 660 nm absorbance (OD 660 ) reached 1 to 1.5 (mid-log phase). The culture was maintained at The culture was then transferred to 0.5-1 L of Marine Broth medium and maintained under the same conditions while stirring with a magnetic stirrer at a stirring speed of 200 rpm until the cells reached mid-logarithmic growth phase. Thereafter, the culture was transferred to 10 L of Marine Broth medium and cultured under the same conditions with stirring at a stirring speed of 450 rpm until the cells reached stationary phase (optical cell density at OD 660 of 1.8 to 2.0).
- Fertilizer for agricultural products was produced using the bacteria cultured as described above. After repeated washing and bacterial collection multiple times, the purified bacteria were homogenized five times at a pressure of 1000 bar using a high-pressure homogenizer Panda Plus 1000. Thereafter, by freeze-drying, a fertilizer for agricultural products (hereinafter referred to as "PhotoB" in Example 1) was obtained.
- FIG. 1 shows observation photographs of Komatsuna cultivated for 14 days and 35 days under each condition. Comparing the growth of Komatsuna 14 days after sowing, Komatsuna that received fertilizer derived from marine purple photosynthetic bacteria showed superior growth compared to soil that was not fertilized with nitrogen. Furthermore, when compared with soil sprayed with chemical compound fertilizer, growth was confirmed to be close to the same level. Furthermore, on the 35th day, the Komatsuna fed with the fertilizer derived from marine purple photosynthetic bacteria showed healthy growth equivalent to that of the soil sprayed with chemical compound fertilizer, and good growth was confirmed in proportion to the amount of fertilizer.
- fertilizers derived from marine purple photosynthetic bacteria can not only supply nitrogen to agricultural products in a relatively short period of time, but also supply nitrogen components in a gentle manner. This suggests that the fertilizer derived from marine purple photosynthetic bacteria has slow-release properties.
- Example 2 We investigated the culture conditions for marine purple photosynthetic bacteria.
- the marine purple photosynthetic bacterium R. sulfidophilum was obtained from ATCC as in Example 1.
- Marine purple photosynthetic bacteria were cultured in eight batches as follows. Each batch was a 500 L pound culture containing 30 L of marine purple photosynthetic bacteria pre-cultured in Marine Broth medium. The culture conditions for each batch were as described in the table below. In each batch, on the 5th day of cultivation, an acetic acid solution containing the chitosan listed in the table below as a flocculant was added. The table below shows the yield of culture in each batch.
- batches 1 to 3 used a halogen lamp installed on the top
- batch 4 used a total of two halogen lamps installed on the top and side
- batches 5 to 8 used a halogen lamp installed on the top and side.
- Culture was performed while irradiating light using two halogen lamps, three LED tube lights and three LED panels installed on the side.
- the bacteria cultured as described above were separated by centrifugation (HIMAC) at 8000 rpm for 5 minutes. From the above, it was confirmed that marine purple photosynthetic bacteria could be cultured on a 500L scale.
- Example 3 We investigated a method for disrupting marine purple photosynthetic bacteria. Bacterial fragments were obtained using the following three protocols. When the crushed materials were subjected to elemental analysis, it was confirmed that the crushed materials obtained by any protocol had nitrogen contents and carbon contents comparable to those of Example 1.
- Protocol 1 After culturing in Marine Broth medium, homogenization was performed using an ultrasonic homogenizer, followed by freeze-drying.
- Protocol 2 After cultivation in Marine Broth medium, bacteria were disrupted by resuspending in acetone at 2 g/mL, dried in air at 24° C., and ground in a mortar. Thereafter, the crushed material was passed through a 2 mm sieve.
- Protocol 3 After cultivation in Marine Broth medium supplemented with chitosan, bacteria were disrupted by resuspending in acetone at 2 g/mL, dried in air at 24° C., and ground in a mortar. Thereafter, the crushed material was passed through a 2 mm sieve.
- Example 4 Manufacture of fertilizers for agricultural products
- marine purple photosynthetic bacteria were cultured in a 10 L scale Marine Broth medium to obtain 664 g of culture.
- 1.76 kg of culture was obtained by combining the cultures of batches 1 to 5 of Example 2.
- PhotoB a fertilizer for agricultural products
- part of the culture was homogenized using an ultrasonic homogenizer and then lyophilized, and the other culture was resuspended in acetone to crush the bacteria. After drying in the air, it was further crushed by grinding in a mortar. These crushed materials were mixed and used as fertilizer for agricultural products.
- the cultivation was done in cell trays from seeding to potting, and in 9cm pots from potting to repotting in the field. In addition, from sowing to replanting in the field, cultivation was carried out using commercially available soil (manufactured by Takii Seed Co., Ltd., "Seedling Growing Soil").
- Konohana UF is a slow-release fertilizer "Konohana (registered trademark) UF Kasei” manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd. that has an NPK content of 16-10-14.
- BM Yorin was added at 100 kg/10 a before ridge formation.
- top dressing was applied to all treated plots according to the following schedule. October 11, 2022: Manufactured by J-Cam Agri Co., Ltd., Phosphorus Agari S604 (NPK content: 16-10-14) 15kg/10a October 20, 2022: Manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., Sumitomo Liquid Fertilizer No. 2 (NPK content: 10-5-8) Diluted 100 times and applied 100L (100L/30 individuals) to three treatment sections. )
- FIGS. 2 and 3 show observation photographs of broccoli grown in each treatment section. Furthermore, Fig. 3 shows an observation photograph of broccoli harvested on the 81st day after replanting in the field.
- inorganic fertilizer represents a processing section using Konohana UF.
- DAT means the number of days after transplantation to the field (Day After Transplant).
- the agricultural fertilizer of the present invention can contribute to the spread and development of next-generation agriculture as a new sustainable and organic fertilizer alternative to chemical fertilizers. It can also be used to revegetate desertified areas and promote dry agriculture.
Landscapes
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Abstract
本発明は、窒素含有量の高い農産物用肥料を提供する。本発明は、海洋性紅色光合成細菌の破砕物を含有し、窒素含有量が8.0質量%以上である、農産物用肥料を提供する。
Description
本発明は、農産物用肥料に関する。
農産物の肥料の多くは、化石資源を原料として生産されている。例えば窒素肥料の多くはハーバー・ボッシュ法により化学合成されている。化石資源に依らずに肥料を製造する方法として、光合成細菌を用いて肥料を製造する方法が開発されている。
例えば、特許文献1には、シアノバクテリア類の抽出物や、ハロバクテリウム属、ロドシュードモナス属、ロドスピラム属である光合成細菌の抽出物を含有する農園芸用肥料が開示されている。特に、特許文献1では、光合成細菌の抽出物として、ロドシュードモナス・ブラスティカの抽出物を農園芸用肥料に用いることができることが開示されている。
しかしながら、特許文献1において、農園芸用肥料の窒素含有量を高くすることの課題は見出されておらず、窒素含有量の高い農産物用肥料の提供には至っていないと考えられる。
本発明が解決しようとする課題は、窒素含有量が8.0質量%以上と窒素含有量の高い農産物用肥料を提供することである。
本発明が解決しようとする課題は、窒素含有量が8.0質量%以上と窒素含有量の高い農産物用肥料を提供することである。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、海洋性紅色光合成細菌を用いると窒素含有量の高い農産物用肥料を製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下のとおりである。
[1]
海洋性紅色光合成細菌の破砕物を含有し、窒素含有量が8.0質量%以上である、農産物用肥料。
[2]
窒素含有量に対する炭素含有量の比(C/N)が、3.0以上7.0以下である、[1]に記載の農産物用肥料。
[3]
固形肥料である、[1]又は[2]に記載の農産物用肥料。
[4]
緩効性を有することにより30日以上効果を持続する、[1]~[3]のいずれか1つに記載の農産物用肥料。
[1]
海洋性紅色光合成細菌の破砕物を含有し、窒素含有量が8.0質量%以上である、農産物用肥料。
[2]
窒素含有量に対する炭素含有量の比(C/N)が、3.0以上7.0以下である、[1]に記載の農産物用肥料。
[3]
固形肥料である、[1]又は[2]に記載の農産物用肥料。
[4]
緩効性を有することにより30日以上効果を持続する、[1]~[3]のいずれか1つに記載の農産物用肥料。
本発明によれば、窒素含有量が8.0質量%以上と窒素含有量の高い農産物用肥料を提供することができる。
[農産物用肥料]
本実施形態の農産物用肥料は海洋性紅色光合成細菌の破砕物を含有し、窒素含有量が8.0質量%以上である。
本実施形態の農産物用肥料は、化石資源に依存することのない、窒素含有量が高い農産物用肥料である。
本実施形態の農産物用肥料は海洋性紅色光合成細菌の破砕物を含有し、窒素含有量が8.0質量%以上である。
本実施形態の農産物用肥料は、化石資源に依存することのない、窒素含有量が高い農産物用肥料である。
本実施形態の農産物用肥料において、窒素含有量は、8.0質量%以上であり、9.0質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましい。
窒素含有量の上限値は特に限定されず、例えば、30質量%、20質量%、又は15質量%であってよい。窒素含有量は、8.0質量%以上30質量%以下であってよく、この範囲において、上記の下限値及び上限値を任意に選択して得られる範囲としてもよい。
本実施形態の農産物用肥料において、窒素含有量とのバランスを考慮して、農産物用肥料は、炭素を含有していることが好ましく、上記した窒素含有量の値における炭素含有量の比が下記の範囲内にあることがより好ましい。窒素含有量に対する炭素含有量の比(C/N)は、質量比で、例えば1.0以上10.0以下であってよく、2.0以上8.0以下であることが好ましく、2.5以上7.0以下であることがより好ましく、3.0以上7.0以下であることがさらに好ましい。C/N比は、1.0以上10.0以下の範囲において、上記の下限値及び上限値を任意に選択して得られる範囲としてもよい。
農産物用肥料中の窒素含有量及び炭素含有量は、乾式燃焼法により測定して、農産物用肥料中の全窒素及び全炭素量として求められる。
窒素含有量の上限値は特に限定されず、例えば、30質量%、20質量%、又は15質量%であってよい。窒素含有量は、8.0質量%以上30質量%以下であってよく、この範囲において、上記の下限値及び上限値を任意に選択して得られる範囲としてもよい。
本実施形態の農産物用肥料において、窒素含有量とのバランスを考慮して、農産物用肥料は、炭素を含有していることが好ましく、上記した窒素含有量の値における炭素含有量の比が下記の範囲内にあることがより好ましい。窒素含有量に対する炭素含有量の比(C/N)は、質量比で、例えば1.0以上10.0以下であってよく、2.0以上8.0以下であることが好ましく、2.5以上7.0以下であることがより好ましく、3.0以上7.0以下であることがさらに好ましい。C/N比は、1.0以上10.0以下の範囲において、上記の下限値及び上限値を任意に選択して得られる範囲としてもよい。
農産物用肥料中の窒素含有量及び炭素含有量は、乾式燃焼法により測定して、農産物用肥料中の全窒素及び全炭素量として求められる。
本実施形態の農産物用肥料において、炭素含有量は、窒素含有量に対する炭素含有量の比(C/N)が上記範囲内であれば特に限定されないが、例えば、30質量%以上80質量%以下であることが好ましく、40質量%以上70質量%以下であることがより好ましく、50質量%以上60質量%以下であることがさらに好ましい。
(海洋性紅色光合成細菌)
紅色光合成細菌は、生息環境に応じて、淡水性紅色光合成細菌と海洋性紅色光合成細菌に大別することもできるが、本実施形態では、海水域に生息する海洋性紅色光合成細菌が用いられる。海洋性紅色光合成細菌は、地球上に豊富に存在する海水、窒素、二酸化炭素、光を生育に用いることができる細菌であり、近赤外光の下、二酸化炭素を利用して非酸素発生型の光合成を行って、大気中の窒素をニトロゲナーゼで固定することができる。
海洋性紅色光合成細菌として、海洋性紅色硫黄細菌及び海洋性紅色非硫黄細菌が挙げられる。
紅色硫黄細菌は、水素・硫化物・二酸化炭素の存在下で光独立栄養的に生育する近赤外光を利用して光合成を行う細菌であり、紅色非硫黄細菌は、有機物などの存在下で光従属栄養的に生育する光合成細菌である。
紅色光合成細菌は、生息環境に応じて、淡水性紅色光合成細菌と海洋性紅色光合成細菌に大別することもできるが、本実施形態では、海水域に生息する海洋性紅色光合成細菌が用いられる。海洋性紅色光合成細菌は、地球上に豊富に存在する海水、窒素、二酸化炭素、光を生育に用いることができる細菌であり、近赤外光の下、二酸化炭素を利用して非酸素発生型の光合成を行って、大気中の窒素をニトロゲナーゼで固定することができる。
海洋性紅色光合成細菌として、海洋性紅色硫黄細菌及び海洋性紅色非硫黄細菌が挙げられる。
紅色硫黄細菌は、水素・硫化物・二酸化炭素の存在下で光独立栄養的に生育する近赤外光を利用して光合成を行う細菌であり、紅色非硫黄細菌は、有機物などの存在下で光従属栄養的に生育する光合成細菌である。
海洋性紅色硫黄細菌としては、Allochromatium属細菌(Allochromatium sp.と記載されてもよい。以下同様である。)、Ectothiorhodospira属細菌、Halochromatium属細菌、Halorhodospira属細菌、Marichromatium属細菌、Thiocapsa属細菌、Thiohalocapsa属細菌、及びThiophaeococcus属細菌が挙げられ、海洋性紅色非硫黄細菌としては、Rhodobaca属細菌、Rhodobacter属細菌、Rhodobium属細菌、Afifella(Rhodobium)属細菌、Rhodothalassium属細菌、Rhodovulum属細菌、及びRoseospira属細菌が挙げられる。
また、海洋性紅色光合成細菌の例として、PLOS ONE | DOI:10.1371/journal.pone.0160981に開示される細菌も挙げられる。具体的には、当該論文において、表1として開示される以下の紅色光合成細菌のうち海洋環境に生息するものが挙げられる。
海洋性紅色光合成細菌は、下記表1でOrganismとして記載される海洋性紅色光合成細菌であってもよく、具体的には、Thiohalocapsa marina、Thiophaeococcus mangrovi、Marichromatium bheemlicum、Afifella marina、Rhodovulum euryhalinum、Rhodovulum imhoffii、Rhodovulum sulfidophilum、Rhodovulum tesquicola、Rhodovulum visakhapatnamense、Roseospira marina及びRoseospira goensisであってよく、分類が変更になり菌名が変更に場合には、新たな菌での名称としての海洋性紅色光合成細菌であってもよい。また、これらの属名での、Thiohalocapsa属細菌、Thiophaeococcus属細菌、Marichromatium属細菌、Afifella属細菌、Rhodovulum属細菌、Roseospira属細菌及びRoseospira属細菌であってもよい。
海洋性紅色光合成細菌は、下記表1でOrganismとして記載される海洋性紅色光合成細菌であってもよく、具体的には、Thiohalocapsa marina、Thiophaeococcus mangrovi、Marichromatium bheemlicum、Afifella marina、Rhodovulum euryhalinum、Rhodovulum imhoffii、Rhodovulum sulfidophilum、Rhodovulum tesquicola、Rhodovulum visakhapatnamense、Roseospira marina及びRoseospira goensisであってよく、分類が変更になり菌名が変更に場合には、新たな菌での名称としての海洋性紅色光合成細菌であってもよい。また、これらの属名での、Thiohalocapsa属細菌、Thiophaeococcus属細菌、Marichromatium属細菌、Afifella属細菌、Rhodovulum属細菌、Roseospira属細菌及びRoseospira属細菌であってもよい。
海洋性紅色硫黄細菌としては、例えば、Marichromatium bheemlicum、Thiohalocapsa marina及びThiophaeococcus mangrovi等が挙げられ、海洋性紅色非硫黄細菌としては、例えば、Afifella pfennigii (Rhodobium pfennigii)、Afifella marina (Rhodobium marinum)、Rhodovulum euryhalinum、Rhodovulum imhoffii、Rhodovulum sulfidophilum、Rhodovulum tesquicola、Rhodovulum visakhapatnamense、Roseospira goensis及びRoseospira marina等が挙げられる。
本実施形態において用いる海洋性紅色光合成細菌としては、上記の菌種のうち京都の海から単離される海洋性紅色光合成細菌であってよく、例えば、Marichromatium属細菌であってよい。
これら海洋性紅色光合成細菌は、各寄託機関から所定の手続きにより入手してもよい。上記した海洋性紅色光合成細菌は、それらの変異株であってもよい。変異株としては、遺伝的方法、例えば、組換え、形質導入、形質転換等により得られたものが含まれる。
本実施形態において用いる海洋性紅色光合成細菌としては、上記の菌種のうち京都の海から単離される海洋性紅色光合成細菌であってよく、例えば、Marichromatium属細菌であってよい。
これら海洋性紅色光合成細菌は、各寄託機関から所定の手続きにより入手してもよい。上記した海洋性紅色光合成細菌は、それらの変異株であってもよい。変異株としては、遺伝的方法、例えば、組換え、形質導入、形質転換等により得られたものが含まれる。
本実施形態において、光合成従属栄養条件下又は光独立栄養条件下で増殖することができる海洋性紅色光合成細菌を用いることが好ましく、R.sulfidophilumが好ましく用いられる。
(農産物用肥料の製造)
本実施形態における海洋性紅色光合成細菌の破砕物は、その一実施態様として、以下の方法により製造される。
海洋性紅色光合成細菌は、光合成に適した人工光を照射しながら培養された後に集菌される。集菌された海洋性紅色光合成細菌は、破砕あるいは破砕及び乾燥を行うことで、本実施形態における海洋性紅色光合成細菌の破砕物が得られる。
得られた海洋性紅色光合成細菌の破砕物を、農産物用肥料として用いることができる。
当該破砕物を得るためには、培養、集菌、破砕、乾燥以外の処理として、抽出、脱塩、造粒、整粒、及び酸/アルカリ処理等の工程のうち1つ以上の処理を行ってもよい。海洋性紅色光合成細菌は、破砕処理及びそれに続く乾燥処理を経た状態で粉末として農産物用肥料に含まれていることが好ましい。
本実施形態の農産物用肥料は、海洋性紅色光合成細菌の破砕物を含むことで、土壌に馴染む農産物用肥料が得られる。
なお、本実施形態において、海洋性紅色光合成細菌の培養から破砕物を得るまでの各処理は、適宜、従来公知の方法を組み合わせることで実施可能であるが、以下に記載する方法で実施することが好適である。
本実施形態における海洋性紅色光合成細菌の破砕物は、その一実施態様として、以下の方法により製造される。
海洋性紅色光合成細菌は、光合成に適した人工光を照射しながら培養された後に集菌される。集菌された海洋性紅色光合成細菌は、破砕あるいは破砕及び乾燥を行うことで、本実施形態における海洋性紅色光合成細菌の破砕物が得られる。
得られた海洋性紅色光合成細菌の破砕物を、農産物用肥料として用いることができる。
当該破砕物を得るためには、培養、集菌、破砕、乾燥以外の処理として、抽出、脱塩、造粒、整粒、及び酸/アルカリ処理等の工程のうち1つ以上の処理を行ってもよい。海洋性紅色光合成細菌は、破砕処理及びそれに続く乾燥処理を経た状態で粉末として農産物用肥料に含まれていることが好ましい。
本実施形態の農産物用肥料は、海洋性紅色光合成細菌の破砕物を含むことで、土壌に馴染む農産物用肥料が得られる。
なお、本実施形態において、海洋性紅色光合成細菌の培養から破砕物を得るまでの各処理は、適宜、従来公知の方法を組み合わせることで実施可能であるが、以下に記載する方法で実施することが好適である。
本実施形態においては、海洋性紅色光合成細菌の培養工程を通じて、窒素含有量が高い農産物用肥料とすることができる。また、本実施形態においては、海洋性紅色光合成細菌の培養工程を通じて、好適な窒素含有量に対する炭素含有量の比を有する農産物用肥料とすることができる。
本明細書において培養とは、細菌を特定条件下で培養することによって、菌体数を増やし、菌細胞内にタンパク質等の栄養成分(特に炭素成分や窒素成分)を蓄積させる工程を意味する。
本実施形態において用いられる培養法としては、大量培養法として知られる方法を採用可能であるが、連続培養法、回分培養法等が挙げられる。
種菌の培養や、海洋性紅色光合成細菌の破砕物を得るための海洋性紅色光合成細菌の培養は、適宜実施可能であり、特に限定されないが、本実施形態において培養工程では、海洋性紅色光合成細菌を特定条件下で培養することによって、海洋性紅色光合成細菌の増殖が図られていることが好ましい。
本明細書において培養とは、細菌を特定条件下で培養することによって、菌体数を増やし、菌細胞内にタンパク質等の栄養成分(特に炭素成分や窒素成分)を蓄積させる工程を意味する。
本実施形態において用いられる培養法としては、大量培養法として知られる方法を採用可能であるが、連続培養法、回分培養法等が挙げられる。
種菌の培養や、海洋性紅色光合成細菌の破砕物を得るための海洋性紅色光合成細菌の培養は、適宜実施可能であり、特に限定されないが、本実施形態において培養工程では、海洋性紅色光合成細菌を特定条件下で培養することによって、海洋性紅色光合成細菌の増殖が図られていることが好ましい。
培養は、海洋性紅色光合成細菌が、光独立栄養的に生育するために利用する近赤外光の照射下で実施してもよく、遠赤色光であってもよい。
遠赤色光としては、ピーク波長の波長域が700nm~860nmの光であってよい。
遠赤色光の照射方法は、特に限定されず、従来海洋性紅色光合成細菌を培養する際の照射方法を利用すればよい。
遠赤色光としては、ピーク波長の波長域が700nm~860nmの光であってよい。
遠赤色光の照射方法は、特に限定されず、従来海洋性紅色光合成細菌を培養する際の照射方法を利用すればよい。
培養時間についても、海洋性紅色光合成細菌にタンパク質等の生体物質を蓄積させるのに十分な時間行えばよく、海洋性紅色光合成細菌の至適培養温度に応じて、培養温度も適宜設定可能である。培養温度は例えば20~40℃であってよい。
培養時間については、例えば、中間対数増殖期に達するまでの時間、培養を行い、その後、培地変更等を行って、引き続き培養を行い、定常期に達するまでの時間、培養を行ってもよい。
海洋性紅色光合成細菌の増殖等については、660nmの吸光度(OD660)における光学セル密度の測定値を指標としてもよい。
培養時間については、例えば、中間対数増殖期に達するまでの時間、培養を行い、その後、培地変更等を行って、引き続き培養を行い、定常期に達するまでの時間、培養を行ってもよい。
海洋性紅色光合成細菌の増殖等については、660nmの吸光度(OD660)における光学セル密度の測定値を指標としてもよい。
培養は、適当な雰囲気下で行うことができるが、窒素を含む条件下で行うことで大気中の窒素を固定し、培地中に窒素源を添加しなくても窒素を豊富に含む農産物用肥料を提供することができる。培地中に窒素ガスをバブリングして培地中の窒素濃度を高めてもよい。
培養に用いる培地としては、海洋性紅色光合成細菌を培養できる培地であれば特に限定されず、従来公知の増殖培地を用いればよい。培養に用いる培地としては、特に、限定されないが、天然の海水を用いてもよく、天然の海水を利用した海水系培地であってもよい。
増殖培地は、有機炭素源を含んでいてもよく、無機炭素源を含んでいてもよい。無機炭素源を含む場合、培地には、有機炭素源が存在しなくてもよい。
本実施形態において、好ましくは無機炭素源が用いられ、場合により有機炭素源が用いられない培地中で培養することで、炭素固定が促進されてもよい。
有機炭素源としては、例えば、グルコース、フラクトース、スクロース、及びこれらを含有する糖蜜、デンプン及びデンプン加水分解物等の炭水化物、酢酸及びプロピオン酸等の有機酸、並びにエタノール及びプロパノール等のアルコール類であり得る。
無機炭素源としては、例えば、二酸化炭素、炭酸イオン、重炭酸イオン、一酸化炭素等であり得る。炭酸イオンや、重炭酸イオンは、金属塩として、培地中に添加してもよい。また、二酸化炭素や一酸化炭素は、窒素ガスと一緒に、あるいは、別々に、バブリングしてもよい。
培養雰囲気が窒素を含む場合、増殖培地は窒素源を含まなくてもよい。増殖培地は、窒素源を含んでいてもよい。窒素源としては、例えば、アンモニア、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム及びリン酸アンモニウム等の無機酸又は有機酸のアンモニウム塩、その他の含窒素化合物、並びにペプトン、肉エキス、酵母エキス、コーンスチープリカー、カゼイン加水分解物、大豆粕及び大豆粕加水分解物、各種発酵菌体及びその消化物を用いることができる。
有機炭素源、無機炭素源、及び窒素源については、それぞれ、1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
増殖培地は、有機炭素源を含んでいてもよく、無機炭素源を含んでいてもよい。無機炭素源を含む場合、培地には、有機炭素源が存在しなくてもよい。
本実施形態において、好ましくは無機炭素源が用いられ、場合により有機炭素源が用いられない培地中で培養することで、炭素固定が促進されてもよい。
有機炭素源としては、例えば、グルコース、フラクトース、スクロース、及びこれらを含有する糖蜜、デンプン及びデンプン加水分解物等の炭水化物、酢酸及びプロピオン酸等の有機酸、並びにエタノール及びプロパノール等のアルコール類であり得る。
無機炭素源としては、例えば、二酸化炭素、炭酸イオン、重炭酸イオン、一酸化炭素等であり得る。炭酸イオンや、重炭酸イオンは、金属塩として、培地中に添加してもよい。また、二酸化炭素や一酸化炭素は、窒素ガスと一緒に、あるいは、別々に、バブリングしてもよい。
培養雰囲気が窒素を含む場合、増殖培地は窒素源を含まなくてもよい。増殖培地は、窒素源を含んでいてもよい。窒素源としては、例えば、アンモニア、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム及びリン酸アンモニウム等の無機酸又は有機酸のアンモニウム塩、その他の含窒素化合物、並びにペプトン、肉エキス、酵母エキス、コーンスチープリカー、カゼイン加水分解物、大豆粕及び大豆粕加水分解物、各種発酵菌体及びその消化物を用いることができる。
有機炭素源、無機炭素源、及び窒素源については、それぞれ、1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
増殖培地は、さらに無機塩を含んでいてよい。無機塩としては、例えば、リン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸銅及び炭酸カルシウムが挙げられる。
好適な培地としては、例えば実施例に記載のMarine Broth 培地が挙げられる。また、貧栄養培地を用いてもよい。貧栄養培地の例としては、例えば、M6培地、及び天然海水に適当な添加剤を添加した培地が挙げられる。天然海水に添加してよい添加剤としては、例えば、和紙の製紙工程で廃棄されるリグニンを含む廃液(いわゆるリグニン廃液)、チオ硫酸ナトリウム、及び上述した窒素源が挙げられる。天然海水に添加される窒素源としては、特にペプトン、及び酵母エキスが好ましい。これらの添加剤は、それぞれ独立に、例えば0.01%以上5.0%以下、好ましくは0.01%以上3.0%以下の濃度で添加してよい。
M6培地の組成は、例えばリンゴ酸ナトリウム5g;KH2PO4、0.75g;K2HPO4、0.78g;CaCl2・2H2O、0.029g;MgSO4・7H2O、0.247g;(NH4)2SO4、1g;FeSO4・7H2O、0.011g;ビタミン溶液10mL;微量元素溶液10μLである。ここで、100mL当たりのビタミン溶液の組成は、ニコチン酸0.1g、チアミン0.1g、ビオチン0.005g、パラアミノ安息香酸0.05g、ビタミンB12 0.001g、ビタミンB5 0.05g、ピリドキシン塩酸0.05g、EDTA・3Na 0.2g、葉酸0.05g、ZnCl2・5H2O 70μg、MnCl2・4H2O 100μg、H3BO3 60μg、CoCl2・6H2O 200μg、CuCl2・2H2O 20μg、NiCl2・6H2O 20μg、Na2MoO4・H2O 40μgである。また、1L当たりの微量元素の組成は、MnSO4・4H2O 11.16g、ZnSO4・7H2O 2.88g、Co(NO3)2・6H2O 2.92g、CuSO4・5H2O 2.52g、Na2MoO4・2H2O 2.42g、H3BO3 3.10g、EDTA・3Na 41.20gである。
海洋性紅色光合成細菌は、光合成に適した人工光を照射しながら培養された後に、好ましくは回収と洗浄を行って集菌される。集菌の際には、洗浄を行ってから、回収して集菌してもよく、一度、回収してから洗浄を行ってもよい。集菌の場合、1つ以上の培養槽から集菌してもよい。また、回収と洗浄をそれぞれ複数回行ってもよい。
海洋性紅色光合成細菌の回収は、培養液中から細菌を回収する従来公知の方法により実施可能である。
海洋性紅色光合成細菌の洗浄も、一度、回収した菌体を所望の溶液に懸濁させることで行ってもよく、限外ろ過等の従来公知の方法で、脱塩を行いながら、洗浄してもよい。
海洋性紅色光合成細菌の集菌のための回収及び/又は洗浄の回数は特に限定されないが、1回以上行えばよい。
培養液や洗浄液中に存在する塩を除く脱塩や、培養液や洗浄液中のpHを調整する目的で酸/アルカリ処理を従来公知の方法で行ってもよい。
海洋性紅色光合成細菌の回収は、培養液中から細菌を回収する従来公知の方法により実施可能である。
海洋性紅色光合成細菌の洗浄も、一度、回収した菌体を所望の溶液に懸濁させることで行ってもよく、限外ろ過等の従来公知の方法で、脱塩を行いながら、洗浄してもよい。
海洋性紅色光合成細菌の集菌のための回収及び/又は洗浄の回数は特に限定されないが、1回以上行えばよい。
培養液や洗浄液中に存在する塩を除く脱塩や、培養液や洗浄液中のpHを調整する目的で酸/アルカリ処理を従来公知の方法で行ってもよい。
海洋性紅色光合成細菌は破砕処理がされた破砕物として農産物用肥料に含まれる。
破砕は例えば、乳鉢等による機械的な破砕、超音波破砕装置による破砕、ホモジナイザーによる破砕、又はビーズ式破砕装置による破砕、酵素による破砕、凍結融解による破砕、有機溶媒(好ましくはアセトン)を用いた破砕、又はその組み合わせであってよい。破砕処理は、例えば高圧ホモジナイザーを用いて800~1500barの圧力で1回以上(例えば3~10回、好ましくは5回)均質化処理する方法により実施してよい。破砕処理は、例えば超音波ホモジナイザーを用いて1回以上均質化処理する方法により実施してもよい。破砕処理は、例えば細菌の培養物をアセトンに懸濁させた後、大気下で乾燥させ、さらにその後乳鉢等による機械的な破砕をする方法により実施してもよい。
破砕は例えば、乳鉢等による機械的な破砕、超音波破砕装置による破砕、ホモジナイザーによる破砕、又はビーズ式破砕装置による破砕、酵素による破砕、凍結融解による破砕、有機溶媒(好ましくはアセトン)を用いた破砕、又はその組み合わせであってよい。破砕処理は、例えば高圧ホモジナイザーを用いて800~1500barの圧力で1回以上(例えば3~10回、好ましくは5回)均質化処理する方法により実施してよい。破砕処理は、例えば超音波ホモジナイザーを用いて1回以上均質化処理する方法により実施してもよい。破砕処理は、例えば細菌の培養物をアセトンに懸濁させた後、大気下で乾燥させ、さらにその後乳鉢等による機械的な破砕をする方法により実施してもよい。
農産物用肥料を製造する場合には、乾燥処理を行ってもよく、乾燥処理は、例えば、送風装置等を用いて温風若しくは冷風を当てる通風乾燥法、加熱により水分蒸発させる無風乾燥法、スラリーを適当なバッファで懸濁した後、その懸濁液を気体中に噴霧して急速乾燥させる噴霧乾燥、凍結乾燥(フリーズドライ)法、密閉容器内で真空ポンプ等を用いて脱気する真空乾燥法、外気に晒して放置する自然乾燥法(天日干しを含む)、又はその組み合わせであってよい。乾燥処理は、例えば凍結乾燥、又は自然乾燥法であってよい。
本実施形態の農産物用肥料は、好ましくは固形肥料として得られる。
海洋性紅色光合成細菌の破砕物は、それら単独で農産物用肥料としてもよく、その他の成分と共に必要に応じて適当な処理をして農産物用肥料としてもよい。本実施形態の農産物用肥料は従来公知の農産物用肥料と混合して用いてもよい。
海洋性紅色光合成細菌の破砕物は、それら単独で農産物用肥料としてもよく、その他の成分と共に必要に応じて適当な処理をして農産物用肥料としてもよい。本実施形態の農産物用肥料は従来公知の農産物用肥料と混合して用いてもよい。
[農産物生育方法]
本実施形態の一態様は、上記の農産物用肥料を用いて農産物を生育する方法である。この方法において、対象とする農産物の例は下記のとおりであり、農産物用肥料としては上述した態様のいずれであってもよい。
かかる方法では、農産物を、農産物用肥料を含む土壌、培地又は培養液等にて生育させることを含む。土壌、培地又は培養液等において、本実施形態の農産物用肥料は1回添加されてもよく、2回以上適当な間隔で添加されてもよい。
本実施形態の農産物用肥料は、緩効性を有していてよく、1回添加することで農産物に対して緩やかな肥料効果を奏してよい。本実施形態の農産物用肥料は、作期以上の期間にわたって窒素を緩やかに放出する土壌改良目的で用いてもよい。
本実施形態の農産物用肥料は、少なくとも15日以上、好ましくは20日以上、より好ましくは30日以上、さらに好ましくは35日以上、肥料としての効果を保持し、窒素成分を土壌に供給し続けてよい。本実施形態の農産物用肥料の効果の持続期間は、例えば5年以下、3年以下、1年以下、10か月以下、8か月以下、6か月以下、5か月以下、4か月以下、又は3か月以下であってよい。
本実施形態の一態様は、上記の農産物用肥料を用いて農産物を生育する方法である。この方法において、対象とする農産物の例は下記のとおりであり、農産物用肥料としては上述した態様のいずれであってもよい。
かかる方法では、農産物を、農産物用肥料を含む土壌、培地又は培養液等にて生育させることを含む。土壌、培地又は培養液等において、本実施形態の農産物用肥料は1回添加されてもよく、2回以上適当な間隔で添加されてもよい。
本実施形態の農産物用肥料は、緩効性を有していてよく、1回添加することで農産物に対して緩やかな肥料効果を奏してよい。本実施形態の農産物用肥料は、作期以上の期間にわたって窒素を緩やかに放出する土壌改良目的で用いてもよい。
本実施形態の農産物用肥料は、少なくとも15日以上、好ましくは20日以上、より好ましくは30日以上、さらに好ましくは35日以上、肥料としての効果を保持し、窒素成分を土壌に供給し続けてよい。本実施形態の農産物用肥料の効果の持続期間は、例えば5年以下、3年以下、1年以下、10か月以下、8か月以下、6か月以下、5か月以下、4か月以下、又は3か月以下であってよい。
上記の農産物を生育する方法において、本実施形態の農産物用肥料の使用量を調整することにより農産物の生育に必要十分な栄養成分、特に窒素を供給することができる。例えば本実施形態の農産物用肥料を土壌に添加する場合、窒素量が0.01g/L以上1.0g/L以下、又は0.03g/L以上0.50g/L以下になるように配合してもよい。
本実施形態の農産物用肥料を用いて生育する対象としては、特に限定されず、例えば、被子植物及び裸子植物から選択される。また、農産物としては、特に限定されるものではないが、穀物、野菜、果物、花、豆類、茶等が挙げられ、コマツナ、ホウレンソウ、パセリ、及びチンゲンサイ等の葉物野菜が好ましい。
本実施形態の農産物用肥料は、窒素含有量の高い農産物用肥料であることから、窒素要求性の高い植物や、窒素要求性の高くなる時期の植物に対して施用することが好ましい。また、なす、茶、エビ芋等の生育に多くの窒素を要する農産物に生育させることが好ましい。
対象となる植物としては、特に限定されるものではないが、例えば、キク及びガーベラのようなキク科植物、ジャガイモ、トマト及びナスのようなナス科植物、コマツナ、ブロッコリー、ナタネ及びアブラナのようなアブラナ科植物、イネ、トウモロコシ、コムギ、サトウキビ及びオオムギのようなイネ科植物、ダイズのようなマメ科植物、アサガオ及びサツマイモのようなヒルガオ科植物、ポプラのようなヤナギ科植物、トウゴマ、キャッサバ及びジャトロファのようなトウダイグサ科植物、オレンジ及びレモンのようなミカン科植物、サクラ及びバラのようなバラ科植物、コチョウランのようなラン科植物、トルコキキョウのようなリンドウ科植物、シクラメンのようなサクラソウ科植物、パンジーのようなスミレ科植物、ユリのようなユリ科植物、テンサイのようなヒユ科植物、ブドウのようなブドウ科植物、スギ及びヒノキなどのヒノキ科植物、オリーブ及びキンモクセイなどのモクセイ科植物、並びにアカマツのようなマツ科植物等が挙げられる。
生育対象は、例えば葉物野菜であってよく、アブラナ科植物、特にコマツナ、又はブロッコリーであってもよい。
本実施形態の農産物用肥料は、植物の発芽前又は発芽後を含む任意の生育段階にある植物の全体又はその部分(例えば、種子、幼苗又は成熟植物の全体又はその部分)に施用することができる。
本実施形態の農産物用肥料は、窒素含有量の高い農産物用肥料であることから、窒素要求性の高い植物や、窒素要求性の高くなる時期の植物に対して施用することが好ましい。また、なす、茶、エビ芋等の生育に多くの窒素を要する農産物に生育させることが好ましい。
対象となる植物としては、特に限定されるものではないが、例えば、キク及びガーベラのようなキク科植物、ジャガイモ、トマト及びナスのようなナス科植物、コマツナ、ブロッコリー、ナタネ及びアブラナのようなアブラナ科植物、イネ、トウモロコシ、コムギ、サトウキビ及びオオムギのようなイネ科植物、ダイズのようなマメ科植物、アサガオ及びサツマイモのようなヒルガオ科植物、ポプラのようなヤナギ科植物、トウゴマ、キャッサバ及びジャトロファのようなトウダイグサ科植物、オレンジ及びレモンのようなミカン科植物、サクラ及びバラのようなバラ科植物、コチョウランのようなラン科植物、トルコキキョウのようなリンドウ科植物、シクラメンのようなサクラソウ科植物、パンジーのようなスミレ科植物、ユリのようなユリ科植物、テンサイのようなヒユ科植物、ブドウのようなブドウ科植物、スギ及びヒノキなどのヒノキ科植物、オリーブ及びキンモクセイなどのモクセイ科植物、並びにアカマツのようなマツ科植物等が挙げられる。
生育対象は、例えば葉物野菜であってよく、アブラナ科植物、特にコマツナ、又はブロッコリーであってもよい。
本実施形態の農産物用肥料は、植物の発芽前又は発芽後を含む任意の生育段階にある植物の全体又はその部分(例えば、種子、幼苗又は成熟植物の全体又はその部分)に施用することができる。
本実施形態の農産物用肥料は、対象とする農産物(植物)の生育を促進してもよく、耐熱性、耐乾燥性、及び耐塩性のような耐ストレス性を向上させてもよい。本実施形態の農産物用肥料は、農産物(植物)の少なくとも一部を肥大化、及び/又は増加させてよく、具体的には、農産物の少なくとも一部を肥大化させること;農産物の器官の少なくとも1種の数を増加させること;農産物用肥料を与えない場合と比較して農産物の少なくとも一部が特定の大きさに到達するまでの時間を短縮すること;並びに、農産物用肥料を与えない場合と比較して農産物の器官の少なくとも1種の数が特定の数に到達するまでの時間を短縮することのいずれかを達成してよい。農産物用肥料は、茎葉部若しくは根部の伸張、葉数の増加、開花若しくは結実の促進、花若しくは果実の数の増加、植物体重量若しくは作物収量の増加、緑化、又は分蘖の促進のような生育の促進効果を有していてよい。
以下、本発明を実施例及び比較例を用いてより具体的に説明する。本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
[実施例1]
(細菌培養)
海洋性紅色光合成細菌であるR.sulfidophilumは、American Type Culture Collection (ATCC)から得た。
海洋性紅色光合成細菌の培養には、Marine Broth 2216培地(Sigma Aldrich社製)を用いた。Marine Broth培地の1L当たりの組成は以下の通りであった:NH4NO3 1.6mg、H3BO3 22.0mg、CaCl2 1.8g、Na2HPO4 8.0mg、クエン酸鉄(III) 0.1g、MgCl2 5.9g、MgSO4 3.24g、ペプトン 5.0g、KBr 0.08g、KCl 0.55g、NaHCO3 0.16g、NaCl 19.45g、NaF 2.4mg、ケイ酸ナトリウム 4.0mg、SrCl2 34.0mg、酵母エキス 1.0g。
(細菌培養)
海洋性紅色光合成細菌であるR.sulfidophilumは、American Type Culture Collection (ATCC)から得た。
海洋性紅色光合成細菌の培養には、Marine Broth 2216培地(Sigma Aldrich社製)を用いた。Marine Broth培地の1L当たりの組成は以下の通りであった:NH4NO3 1.6mg、H3BO3 22.0mg、CaCl2 1.8g、Na2HPO4 8.0mg、クエン酸鉄(III) 0.1g、MgCl2 5.9g、MgSO4 3.24g、ペプトン 5.0g、KBr 0.08g、KCl 0.55g、NaHCO3 0.16g、NaCl 19.45g、NaF 2.4mg、ケイ酸ナトリウム 4.0mg、SrCl2 34.0mg、酵母エキス 1.0g。
種菌の培養調製については、細菌の1つの寒天培養コロニーを、滅菌したスクリューキャップチューブ中(大気条件)の50mLのMarine Broth 2216培地中で培養した。
660nmの吸光度(OD660)における光学セル密度が1~1.5(中間対数増殖期)に達するまで、遠赤色光LED(730nm、20Wm-2、CCS社製)下、30℃の静的条件で培養を維持した。次いで、培養物を0.5~1LのMarine Broth培地に移し、マグネチックスターラーにより撹拌速度200rpmで撹拌しながら、細胞が中間対数増殖期に達するまで同じ条件で維持した。その後、培養物を10LのMarine Broth培地に移し、撹拌速度450rpmで撹拌しながら、細胞が定常期(OD660における光学セル密度が1.8~2.0)に達するまで同じ条件で培養した。
660nmの吸光度(OD660)における光学セル密度が1~1.5(中間対数増殖期)に達するまで、遠赤色光LED(730nm、20Wm-2、CCS社製)下、30℃の静的条件で培養を維持した。次いで、培養物を0.5~1LのMarine Broth培地に移し、マグネチックスターラーにより撹拌速度200rpmで撹拌しながら、細胞が中間対数増殖期に達するまで同じ条件で維持した。その後、培養物を10LのMarine Broth培地に移し、撹拌速度450rpmで撹拌しながら、細胞が定常期(OD660における光学セル密度が1.8~2.0)に達するまで同じ条件で培養した。
(農産物用肥料の製造)
上記のようにして培養した細菌を用いて農産物用肥料を製造した。複数回の洗浄と集菌を繰り返した後、精製した細菌を高圧ホモジナイザーPanda Plus1000により、1000barの圧力で5回均質化処理をした。その後、凍結乾燥することで、農産物用肥料(以下、実施例1において、「PhotoB」という。)を得た。
上記のようにして培養した細菌を用いて農産物用肥料を製造した。複数回の洗浄と集菌を繰り返した後、精製した細菌を高圧ホモジナイザーPanda Plus1000により、1000barの圧力で5回均質化処理をした。その後、凍結乾燥することで、農産物用肥料(以下、実施例1において、「PhotoB」という。)を得た。
(成分分析)
上記のようにして製造した農産物用肥料(PhotoB)の成分分析を以下のようにして行った。結果を以下の表2に示す。
・pH(H2O): 1:10水振とう抽出及びガラス電極法
・全窒素: 乾式燃焼法
・全リン酸: 硝酸分解(マイクロウェーブ分解)及び吸光光度法(バナドモリブデン酸アンモニウム法)
・全カリウム: 硝酸分解(マイクロウェーブ分解)及び原子吸光光度法
・全炭素: 乾式燃焼法
上記のようにして製造した農産物用肥料(PhotoB)の成分分析を以下のようにして行った。結果を以下の表2に示す。
・pH(H2O): 1:10水振とう抽出及びガラス電極法
・全窒素: 乾式燃焼法
・全リン酸: 硝酸分解(マイクロウェーブ分解)及び吸光光度法(バナドモリブデン酸アンモニウム法)
・全カリウム: 硝酸分解(マイクロウェーブ分解)及び原子吸光光度法
・全炭素: 乾式燃焼法
以上のように海洋性紅色光合成細菌を10Lスケールで連続培養できることを確認した。さらに、培養後の海洋性紅色光合成細菌に由来する肥料が、植物が生育するために十分な量の窒素成分を有していることがわかった。
また、表2に示されるように、海洋性紅色光合成細菌に由来する農産物用肥料であるPhotoBは、リン及びカリウムの含量が相対的に少なく、有効態リン酸が多くリン酸過剰の園地や交換性カリウムが多くカリウム過多の土壌に対して、有機質肥料として窒素を好適に供給できる可能性があることがわかった。
また、表2に示されるように、海洋性紅色光合成細菌に由来する農産物用肥料であるPhotoBは、リン及びカリウムの含量が相対的に少なく、有効態リン酸が多くリン酸過剰の園地や交換性カリウムが多くカリウム過多の土壌に対して、有機質肥料として窒素を好適に供給できる可能性があることがわかった。
(生育試験)
日陰で風乾し、2mmのふるいを通した京都大学大学院農学研究科附属農場の畑作土に化成肥料又は上記のPhotoBを以下の割合で混合したものを培養土として用いた。
対照区では速効性化成肥料(N:P:K=8:8:8、あかぎ園芸)を1g/L(対照標準区(C1))あるいは2g/L(対照2倍区(C2))の割合で混合したものを用いた。また、リン量及びカリウム量が対照標準区C1と同量となるように過リン酸石灰(可溶性リン酸17.5%、あかぎ園芸)及び塩化カリウム(ナカライテスク)を混合したものを窒素無施肥区(Neg)として用いた。
試験区(実施例)においては、全N含量が対照標準区C1の0.5、1、2、又は4倍となるように上記のPhotoB(N:P:K=11.2:2.31:0.58)を混合した(それぞれ、「PhotoB(0.5N)」、「PhotoB(1N)」、「PhotoB(2N)」、「PhotoB(4N)」)。PhotoB(1N)では、上記のPhotoBを0.71g/Lで混合した。
各区域に添加した窒素、リン、及びカリウム量を以下の表3にまとめる。
日陰で風乾し、2mmのふるいを通した京都大学大学院農学研究科附属農場の畑作土に化成肥料又は上記のPhotoBを以下の割合で混合したものを培養土として用いた。
対照区では速効性化成肥料(N:P:K=8:8:8、あかぎ園芸)を1g/L(対照標準区(C1))あるいは2g/L(対照2倍区(C2))の割合で混合したものを用いた。また、リン量及びカリウム量が対照標準区C1と同量となるように過リン酸石灰(可溶性リン酸17.5%、あかぎ園芸)及び塩化カリウム(ナカライテスク)を混合したものを窒素無施肥区(Neg)として用いた。
試験区(実施例)においては、全N含量が対照標準区C1の0.5、1、2、又は4倍となるように上記のPhotoB(N:P:K=11.2:2.31:0.58)を混合した(それぞれ、「PhotoB(0.5N)」、「PhotoB(1N)」、「PhotoB(2N)」、「PhotoB(4N)」)。PhotoB(1N)では、上記のPhotoBを0.71g/Lで混合した。
各区域に添加した窒素、リン、及びカリウム量を以下の表3にまとめる。
以上の各条件の培養土に、コマツナ(夏楽天、タキイ種苗)の種子を播いて栽培し、生育を観察した。
各条件において14日間及び35日間栽培したコマツナの観察写真を図1に示す。播種後14日後のコマツナの生育を比較すると、海洋性紅色光合成細菌由来の肥料を与えたコマツナは、窒素無施肥の土壌と比較して、優位な生育を示した。また、化成配合肥料散布土壌と比較しても同程度に近い生育が確認された。また、35日目では、海洋性紅色光合成細菌由来の肥料を与えたコマツナは、化成配合肥料散布土壌と同等の健全な生育を示し、肥料量に応じた良好な生育が確認された。以上のことから、海洋性紅色光合成細菌由来の肥料は、農産物への比較的短期的な窒素供給だけでなく、穏やかに窒素成分を供給できることがわかった。このことは、海洋性紅色光合成細菌由来の肥料が緩効性を有することを示唆する。
[実施例2]
海洋性紅色光合成細菌の培養条件を検討した。海洋性紅色光合成細菌であるR.sulfidophilumは、実施例1と同様に、ATCCから得た。
以下のようにして、8つのバッチで海洋性紅色光合成細菌を培養した。各バッチは、Marine Broth培地で事前培養した30Lの海洋性紅色光合成細菌を含む500Lポンド培養とした。各バッチの培養条件は、以下の表に記載のとおりとした。各バッチにおいて、培養から5日目に、凝集剤として以下の表に記載のキトサンを含む酢酸溶液を添加した。以下の表に、各バッチにおける培養物の収率を示す。
なお、バッチ1~3では、上部に設置したハロゲンランプを用いて、バッチ4では、上部及び側面に設置した計2つのハロゲンランプを用いて、バッチ5~8では、上部及び側面に設置した計2つのハロゲンランプと側面に設置した3つのLEDチューブライト及び3つのLEDパネルとを用いて、光を照射しながら培養を行った。
海洋性紅色光合成細菌の培養条件を検討した。海洋性紅色光合成細菌であるR.sulfidophilumは、実施例1と同様に、ATCCから得た。
以下のようにして、8つのバッチで海洋性紅色光合成細菌を培養した。各バッチは、Marine Broth培地で事前培養した30Lの海洋性紅色光合成細菌を含む500Lポンド培養とした。各バッチの培養条件は、以下の表に記載のとおりとした。各バッチにおいて、培養から5日目に、凝集剤として以下の表に記載のキトサンを含む酢酸溶液を添加した。以下の表に、各バッチにおける培養物の収率を示す。
なお、バッチ1~3では、上部に設置したハロゲンランプを用いて、バッチ4では、上部及び側面に設置した計2つのハロゲンランプを用いて、バッチ5~8では、上部及び側面に設置した計2つのハロゲンランプと側面に設置した3つのLEDチューブライト及び3つのLEDパネルとを用いて、光を照射しながら培養を行った。
なお、上記表中の略語の意味は以下のとおりである。
NSW:天然海水(Natural Sea Water)(舞鶴市から入手)
LW:リグニン廃液(和紙製紙工場から入手)
STS:チオ硫酸ナトリウム
YE:酵母エキス
NSW:天然海水(Natural Sea Water)(舞鶴市から入手)
LW:リグニン廃液(和紙製紙工場から入手)
STS:チオ硫酸ナトリウム
YE:酵母エキス
上記のようにして培養した細菌を、8000rpmで5分間遠心分離機(HIMAC)に供し、分離した。以上から、海洋性紅色光合成細菌を500Lスケールで培養できることを確認した。
[実施例3]
海洋性紅色光合成細菌の破砕方法を検討した。以下の3つのプロトコルにより細菌の破砕物を得た。それらの破砕物を元素分析したところ、いずれのプロトコルによる破砕物においても実施例1と同程度の窒素含有量、及び炭素含有量が確認された。
海洋性紅色光合成細菌の破砕方法を検討した。以下の3つのプロトコルにより細菌の破砕物を得た。それらの破砕物を元素分析したところ、いずれのプロトコルによる破砕物においても実施例1と同程度の窒素含有量、及び炭素含有量が確認された。
プロトコル1:Marine Broth培地での培養後、超音波ホモジナイザーにより均質化処理を行い、その後凍結乾燥した。
プロトコル2:Marine Broth培地での培養後、細菌を、2g/mLでアセトンに再懸濁させて破砕し、24℃の大気中で乾燥し、さらに乳鉢ですりつぶした。その後、破砕物を2mmのふるいにかけた。
プロトコル3:キトサンを添加したMarine Broth培地での培養後、細菌を、2g/mLでアセトンに再懸濁させて破砕し、24℃の大気中で乾燥し、さらに乳鉢ですりつぶした。その後、破砕物を2mmのふるいにかけた。
プロトコル2:Marine Broth培地での培養後、細菌を、2g/mLでアセトンに再懸濁させて破砕し、24℃の大気中で乾燥し、さらに乳鉢ですりつぶした。その後、破砕物を2mmのふるいにかけた。
プロトコル3:キトサンを添加したMarine Broth培地での培養後、細菌を、2g/mLでアセトンに再懸濁させて破砕し、24℃の大気中で乾燥し、さらに乳鉢ですりつぶした。その後、破砕物を2mmのふるいにかけた。
[実施例4]
(農産物用肥料の製造)
実施例1と同様に10LスケールのMarine Broth培地で海洋性紅色光合成細菌を培養して664gの培養物を得た。また、実施例2のバッチ1~5の培養物を合わせて、1.76kgの培養物を得た。これらの培養物を混合し、そのうち875gを破砕することで、農産物用肥料(以下、実施例4において、「PhotoB」という。)を得た。なお、実施例4において、培養物の一部は、超音波ホモジナイザーによる均質化処理の後に凍結乾燥をする方法で破砕し、その他の培養物は、アセトンに再懸濁させて細菌を破砕し、大気中で乾燥させた後、さらに乳鉢ですりつぶす方法で破砕した。これらの破砕物を混合させて、農産物用肥料として用いた。
(農産物用肥料の製造)
実施例1と同様に10LスケールのMarine Broth培地で海洋性紅色光合成細菌を培養して664gの培養物を得た。また、実施例2のバッチ1~5の培養物を合わせて、1.76kgの培養物を得た。これらの培養物を混合し、そのうち875gを破砕することで、農産物用肥料(以下、実施例4において、「PhotoB」という。)を得た。なお、実施例4において、培養物の一部は、超音波ホモジナイザーによる均質化処理の後に凍結乾燥をする方法で破砕し、その他の培養物は、アセトンに再懸濁させて細菌を破砕し、大気中で乾燥させた後、さらに乳鉢ですりつぶす方法で破砕した。これらの破砕物を混合させて、農産物用肥料として用いた。
(生育試験)
以下のようにしてブロッコリー(グリーンキャノン、サカタのタネ社)の生育試験を行った。
生育スケジュールは以下のとおりとした。
播種:2022年8月2日
鉢上げ:2022年8月30日
圃場に植え替え:2022年9月15日
収穫:2022年12月5日
以下のようにしてブロッコリー(グリーンキャノン、サカタのタネ社)の生育試験を行った。
生育スケジュールは以下のとおりとした。
播種:2022年8月2日
鉢上げ:2022年8月30日
圃場に植え替え:2022年9月15日
収穫:2022年12月5日
播種から鉢上げまでは、セルトレイで、鉢上げから圃場への植え替えまでは、9cmポットで栽培した。また、播種から圃場への植え替えまでは、市販の培土(タキイ種苗社製、「育苗培土」)を用いて栽培した。
圃場への植え替え後は、以下の表6に示す3つの処理区画にそれぞれ10株のブロッコリーを植えた。なお、このはなUFは、N-P-K含有量が16-10-14である、住友化学社製の緩効性の肥料「このはな(登録商標)印UF化成」である。なお、全処理区画において、畝立て前に、BMようりんを100kg/10aで添加した。
その後、全ての処理区画について以下のスケジュールで追肥を与えた。
2022年10月11日: ジェイカムアグリ社製、燐硝安加里S604(N-P-K含有量:16-10-14) 15kg/10a
2022年10月20日: 住友化学社製、住友液肥2号(N-P-K含有量:10-5-8) 100倍希釈のうえ、3つの処理区画に対して100L(100L/30個体)
2022年10月11日: ジェイカムアグリ社製、燐硝安加里S604(N-P-K含有量:16-10-14) 15kg/10a
2022年10月20日: 住友化学社製、住友液肥2号(N-P-K含有量:10-5-8) 100倍希釈のうえ、3つの処理区画に対して100L(100L/30個体)
各処理区画において栽培したブロッコリーの観察写真を図2に示す。また、圃場への植え替えから81日目に収穫したブロッコリーの観察写真を図3に示す。図2及び3において、inorganic fertilizerは、このはなUFを用いた処理区画を表す。
各処理区画において栽培したブロッコリーの生育状況を比較するために、植え替えから数日ごとに、SPAD値、葉の最大長、及び花蕾部分の最大直径を測定した。SPAD値は、SPADメータにより測定した。また、圃場への植え替えから81日目に収穫した後、収穫直後の重さ(FW)、及び乾燥状態での重さ(DW)を測定した。乾燥状態での重さは、80℃で14日間以上乾燥させた後の状態で測定した。それぞれの結果を図4~8に示す。図5~8の凡例は図4と同じであり、凡例「Inorganic fertilizer」は、このはなUFを用いた処理区画で栽培したブロッコリーを示す。また、図4~8中、DATは、圃場への植え替え後の日数(Day After Transplant)を意味する。
以上の結果は、光と大気中の窒素と二酸化炭素から生産したゼロカーボンベースの海洋性紅色光合成細菌由来肥料が、化成配合肥料の窒素原料の代替品となることを示唆した。
以上の結果は、光と大気中の窒素と二酸化炭素から生産したゼロカーボンベースの海洋性紅色光合成細菌由来肥料が、化成配合肥料の窒素原料の代替品となることを示唆した。
本発明の農産物用肥料は、化学肥料に代わるサステナブル且つオーガニックな肥料の新たな選択肢として、次世代農業の普及・発展に貢献し得るものである。また、砂漠化地帯の緑化や乾燥農業の促進にも利用可能である。
Claims (4)
- 海洋性紅色光合成細菌の破砕物を含有し、窒素含有量が8.0質量%以上である、農産物用肥料。
- 窒素含有量に対する炭素含有量の比(C/N)が、3.0以上7.0以下である、請求項1に記載の農産物用肥料。
- 固形肥料である、請求項1又は2に記載の農産物用肥料。
- 緩効性を有することにより30日以上効果を持続する、請求項1又は2に記載の農産物用肥料。
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JP2022076662 | 2022-05-06 | ||
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