WO2024004260A1 - 植物栽培システム及び栽培方法 - Google Patents

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WO2024004260A1
WO2024004260A1 PCT/JP2023/005670 JP2023005670W WO2024004260A1 WO 2024004260 A1 WO2024004260 A1 WO 2024004260A1 JP 2023005670 W JP2023005670 W JP 2023005670W WO 2024004260 A1 WO2024004260 A1 WO 2024004260A1
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plants
hydrophilic film
plant
nutrient solution
film
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PCT/JP2023/005670
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Inventor
浩 吉岡
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メビオール株式会社
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    • 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
    • A01G27/00—Self-acting watering devices, e.g. for flower-pots
    • A01G27/02—Self-acting watering devices, e.g. for flower-pots having a water reservoir, the main part thereof being located wholly around or directly beside the growth substrate
    • 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
    • A01G31/00—Soilless cultivation, e.g. hydroponics
    • 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
    • A01G7/00—Botany in general
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/20—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions in agriculture, e.g. CO2
    • Y02P60/21—Dinitrogen oxide [N2O], e.g. using aquaponics, hydroponics or efficiency measures

Definitions

  • the present invention relates to a plant cultivation system suitable for cultivating photoperiodic short-day plants or long-day plants. More specifically, the present invention relates to a cultivation system suitable for cultivating cannabis plants that produce cannabinoids useful for medical purposes.
  • Flower bud formation, stem elongation, dormancy, and defoliation are known as plant phenomena that depend on photoperiodism, but flower bud formation has been particularly well studied. Plants include short-day plants that form flower buds and flower when the day length shortens, long-day plants that flower when the day length becomes long, and neutral plants that flower regardless of day length.
  • Chrysanthemums and other plants form flower buds only when the day length becomes shorter than a certain time (short-day plants), while snapdragons and stock plants form flower buds only when the day length becomes longer than a certain time. form (long-day plants).
  • Light cultivation which involves cultivating plants with electric lights for several hours in the middle of the night, in order to suppress flower bud formation (i.e., reproductive growth) in short-day plants and encourage continued vegetative growth, or to promote flowering in long-day plants. is being carried out.
  • shade cultivation is practiced, in which plants are grown by blocking sunlight for several hours. .
  • the essential oil of the flower spikes of the cannabis plant (Cannabis sativa L.) has been used as a useful medicine for the treatment of various diseases and disorders for many years.
  • Cannabisbis sativa L. has been used as a useful medicine for the treatment of various diseases and disorders for many years.
  • there is a history of cannabis cultivation being prohibited due to its psychoactivity and dependence.
  • growers were forced to base their cultivation on anecdotal information.
  • regulations regarding the cultivation and use of cannabis, particularly for medicinal purposes have been liberalized in parts of North America and Europe, leading to advances in research in this field.
  • phytocannabinoids A variety of meroterpenoid compounds known as phytocannabinoids are accumulated as secondary metabolites in the flower spikes of female cannabis flowers.
  • cannabinoids including tetrahydrocannabinol (THC) and cannabidiol (CBD), have been extensively studied for their psychoactive and medicinal properties (Non-Patent Document 1).
  • cannabinoids exist primarily as carboxylic acids such as tetrahydrocannabinolic acid (THCA) and cannabidiolic acid (CBDA) (Non-Patent Document 2).
  • horticultural management techniques such as fertilization (Non-Patent Document 3), selection of soil (Non-Patent Document 4), and temperature in the growing environment (Non-Patent Document 5) ), the intensity and quality of horticultural lighting (Non-Patent Document 6), photoperiod (Non-Patent Document 7), and drought treatment during the reproductive growth period of plants (Non-Patent Document 8), etc., have been tried.
  • Non-porous hydrophilic cultivation in contact with nutrient solution A plant cultivation device and a plant cultivation method for cultivating plants by integrating the film and plant roots on a film (Patent Document 1), a plant cultivation device and a plant cultivation method for watering also on the top of the film (Patent Document 1) Document 2), a plant cultivation system in which the film moves continuously on a nutrient solution (Patent Document 3), a plant cultivation system in which an air layer is provided between the film and an evaporation suppressing member placed above the film (Patent Document 3) 4), a plant cultivation system using means for continuously supplying a nutrient solution to the lower surface of the film (Patent Document 5), a plant cultivation system using a specific polyvinyl alcohol (PVA) system as the film (Patent Document 6) .
  • PVA polyvinyl alcohol
  • Patent No. 4425244 Japanese Patent Application Publication No. 2008-182909 Japanese Patent Application Publication No. 2008-193980 Patent No. 4142725 Patent No. 5960102
  • Non-Patent Documents 1 to 8 By modifying the photoperiod and drought treatment during the reproductive growth period, increases in the dry weight of flower spikes and the content of secondary metabolites in flower spikes of cannabis plants were limited.
  • the present inventors surprisingly succeeded in cultivating photoperiodic short-day plants or long-day plants such as cannabis plants on a hydrophilic film. Furthermore, the present inventors have discovered that it is possible to increase the dry weight of flower spikes of cannabis plants, as well as the cannabinoid content in the flower spikes, by cultivating cannabis plants by switching between the vegetative growth period and the reproductive growth period by adjusting the day length, and have completed the present invention.
  • the present invention includes the following aspects.
  • a plant cultivation system comprising a hydrophilic film and a nutrient solution retaining means as components, in which at least a portion of a plant's roots are brought into close contact with the surface of the hydrophilic film during use;
  • a plant cultivation system characterized in that a nutrient solution is arranged so that the nutrient solution is in contact with the opposite side of the plant, and the vegetative growth period and the reproductive growth period of the plant are switched by changing the day length.
  • the nutrient solution holding means is a water tank for hydroponic cultivation, and the nutrient solution placed in contact with the lower surface of the hydrophilic film is accommodated in the tank for hydroponic cultivation.
  • the plant cultivation system according to any one of the above.
  • the nutrient solution holding means has a water-impermeable surface, and the hydrophilic film is laid thereon, and the nutrient solution is continuously or intermittently applied between the hydrophilic film and the nutrient solution holding means. 4.
  • the plant cultivation system according to any one of items 1 to 3 above, further comprising means for supplying a nutrient solution.
  • a plant cultivation system comprising a hydrophilic film for cultivating plants thereon, and a nutrient solution retaining means arranged so as to be in contact with the opposite side of the hydrophilic film to the plants; (2) placing short-day plants on the hydrophilic film in the system; (3) contacting the nutrient solution with the plant via the hydrophilic film; (4) During the initial vegetative growth period, cultivating with long light exposure of 13 hours or more and cultivating with continuous dark time of less than 11 hours, and (5) Subsequently, during the reproductive growth period, cultivating with short light exposure of less than 13 hours and continuous cultivation.
  • a method for cultivating short-day plants which comprises cultivating plants on the hydrophilic film by cultivating the plants in the dark for 11 hours or more.
  • a plant cultivation system comprising a hydrophilic film for cultivating plants thereon, and a nutrient solution retaining means arranged so as to be in contact with the opposite side of the hydrophilic film to the plants; (2) placing long-day plants on the hydrophilic film in the system; (3) contacting the nutrient solution with the plant via the hydrophilic film; (4) During the initial vegetative growth period, cultivating with short-time light exposure of less than 13 hours a day and cultivating with dark time of 11 hours or more each day; (5) During the subsequent reproductive growth period, cultivating with long-term light exposure of 13 hours or more; A method for cultivating long-day plants, which comprises cultivating plants on the hydrophilic film by cultivating the plants in the dark for less than 11 consecutive hours.
  • the nutrient solution is cultivated so that at least a portion of the roots of the plants are in close contact with the surface of the hydrophilic film, and the nutrient solution is in contact with the opposite surface of the hydrophilic film to which the roots of the plants are in close contact.
  • liquid is placed.
  • the hydrophilic film is placed horizontally, and the plants are placed on the top surface of the hydrophilic film. (lower surface)”.
  • a plant cultivation system can also be constructed using a hydrophilic film in the form of a tube or bag, and in that case, the upper surface of the hydrophilic film can be said to be the outer surface, and the lower surface can be said to be the inner surface.
  • plants can also be grown by arranging the hydrophilic film perpendicularly to the wall surface.
  • the growth mode of the plant can be switched from the vegetative growth period to the reproductive growth period by changing the day length during the cultivation period of photoperiodic short-day plants or long-day plants. , promotes the formation of the flower spike, where flower buds are formed and plant secondary metabolites are concentrated. Furthermore, according to the present invention, since plants absorb the nutrient solution through the hydrophilic film, it is possible to add appropriate water stress to the plants, and secondary metabolites produced by the plants to counter stress can be produced. Promotes the production of As a result of the synergistic effect, according to the present invention, an increase in the dry weight of flower spikes of plants and the content of secondary metabolites in the flower spikes is achieved.
  • water stress added to plants by plants absorbing nutrient solutions through hydrophilic films relatively suppresses vegetative growth that grows leaves and stems, and leaves offspring. Try to promote reproductive growth.
  • reproductive organs such as flowers are relatively easier to grow than leaves and stems.
  • large leaves increase the amount of photosynthesis, they create shade, so it is necessary to reduce the planting density of plants.
  • the planting density of plants can be increased by relatively reducing the leaf area due to the water stress.
  • the dry weight of the flower spike of the plant per unit area and the content of secondary metabolites in the flower spike are increased more than expected. achieved.
  • the hydrophilic film used in the present invention does not allow bacteria or viruses to pass through, and the nutrient solution comes into contact with plant roots through the hydrophilic film, thereby avoiding infection from bacteria that can cause plant diseases.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of a basic aspect of the plant cultivation system of the present invention.
  • the hydrophilic film and the nutrient solution retaining means of the present invention are essential, but they can be roughly divided into two types depending on the difference in the nutrient solution retaining means.
  • the nutrient solution holding means is a hydroponic cultivation tank, and the nutrient solution placed in contact with the lower surface of the hydrophilic film of the present invention is housed in the hydroponic cultivation tank.
  • Patent Document 1 refers to, for example, Patent Document 1.
  • the nutrient solution holding means has a water-impermeable surface, on which the hydrophilic film of the present invention is laid, and between the hydrophilic film of the present invention and the nutrient solution holding means.
  • a plant cultivation system further comprising a nutrient solution supply means that continuously or intermittently supplies the nutrient solution, and a typical example of the nutrient solution supply means is the hydrophilic film of the present invention and the nutrient solution retention system.
  • a drip irrigation tube is installed between the means and the means. That is, this second type of cultivation system has a multilayer structure in which the nutrient solution holding means is used as a base material layer, and the hydrophilic film of the present invention is directly or indirectly laminated thereon. Regarding such a system, reference may be made to, for example, Patent Document 5.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing one basic aspect of the first type of plant cultivation system.
  • a water tank (2) is installed under the hydrophilic film (1) of the present invention, and a nutrient solution (3) containing fertilizer components is stored in the water tank.
  • the nutrient solution (3) is absorbed by the hydrophilic film (1) of the present invention, and the roots (5) of the plants (4) are in close contact with the upper surface of the hydrophilic film (1) of the present invention.
  • a light source (8) is installed above the plant.
  • a timer controller (9) for turning the light source on and off at arbitrary times is interposed between the light source and the power source.
  • a plant cultivation support (6) such as soil may be placed on the hydrophilic film (1), and/or an evaporation suppressing member that is impermeable to water vapor or has low permeability (for example, mulching as described below).
  • a planting board (7) or a planting board (7) can be placed. Placing the support for plant cultivation (6) on the hydrophilic film (1) provides the effect of protecting the roots of the plant.
  • water vapor that evaporates from the hydrophilic film (1) into the atmosphere is condensed on the surface of the evaporation suppressing member or in the plant cultivation support (6). Plants can use the water vapor as water.
  • the nutrient solution (3) containing fertilizer components is supplied to the plants via the hydrophilic film (1) of the present invention.
  • the surface of the water or nutrient solution is in contact with the air layer, so bacteria and fungi in the air can It easily gets mixed in, and bacteria and fungi multiply on plant roots, causing severe growth problems and plant diseases.
  • the roots of the plants are in the air layer above the hydrophilic film (1) of the present invention, so oxygen can be sufficiently and freely absorbed from the air. can.
  • a means for fine spraying for example, a valve
  • a means for fine spraying can be arranged above the film (1) to intermittently spray water, a nutrient solution, or a diluted agricultural chemical solution.
  • a means for fine mist spraying it is possible to cool the environment especially in summer by intermittent spraying of water, to cool the environment by spraying nutrient solution, to supply fertilizer components by foliar spraying, and to supply water containing pesticides.
  • the hydrophilic film (1) has the property that at least a portion of the roots of the plant adhere to the surface of the hydrophilic film. Therefore, during use, it is thought that molecules of supplied water and fertilizer can diffuse through the hydrophilic film (1) and transfer to the roots of plants. As will be described later, when this close contact is strong, the roots of the plant and the hydrophilic film (1) become substantially integrated.
  • the roots of the plants grown on the hydrophilic film (1) of the present invention try to absorb the nutrient solution through the hydrophilic film (1) of the present invention.
  • the roots of the plant and the hydrophilic film (1) of the present invention are substantially integrated. In order to promote "integration" of the film and roots, it is preferable to supply a nutrient solution from below the film (1).
  • using a nutrient solution not only improves plant growth but also significantly improves the adhesive strength between the roots and the film. This indicates that plants absorb not only water but also fertilizer components through the film. Furthermore, in order to efficiently absorb water and fertilizer components through the film, it is essential that the roots adhere strongly to the film surface, and as a result, it is thought that the roots and the film become integrated. .
  • the hydrophilic film of the present invention In the plant cultivation system of the present invention, the hydrophilic film of the present invention for cultivating plants thereon is essential.
  • the film material that can be used is not particularly limited, and can be appropriately selected from known materials. Such materials can usually be used in the form of films or membranes.
  • hydrophilic materials such as polyvinyl alcohol (PVA), cellophane, cellulose acetate, cellulose nitrate, ethyl cellulose, and polyester can be used.
  • the thickness of the above film is also not particularly limited, but is usually about 300 ⁇ m or less, further about 200 to 5 ⁇ m, especially about 100 to 20 ⁇ m. It is preferable.
  • the thickness of the film exceeds the preferred range, the permeation of fertilizer components in the nutrient solution will be slow and plant growth will be inhibited. On the other hand, if the thickness of the film is less than the preferred range, the strength of the film will be insufficient and plant roots will easily penetrate the film, which is not preferred.
  • the hydrophilic film used in the present invention preferably has the property of absorbing water and swelling in water.
  • the degree of equilibrium swelling in water (30° C.) of the hydrophilic film used in the present invention is preferably in the range of 130% or more and 300% or less, more preferably 150% or more and 250% or less.
  • the equilibrium swelling degree of the hydrophilic film is below the lower limit of this range, the permeability of water and fertilizer components will be insufficient and the growth rate of plants will be slow.
  • the equilibrium swelling degree of the hydrophilic film exceeds the upper limit of this range, the strength of the hydrophilic film in water decreases, making it difficult to withstand penetration by plant roots.
  • the equilibrium swelling degree of the hydrophilic film in water (30°C) is measured as follows. First, a dry hydrophilic film is cut into a square of 20 cm x 20 cm, and its weight (a) g is measured. Next, the cut hydrophilic film is immersed in water at 30°C and left to stand for 30 minutes. The film is taken out of the water, excess moisture adhering to the film surface is quickly wiped off, and the weight (b) g of the film is measured. The equilibrium swelling degree is calculated as b/a x 100%.
  • the hydrophilic film may or may not be non-porous, but is preferably non-porous.
  • the hydrophilic film of the present invention is preferably a film that "can be substantially integrated with the roots of a cultivated plant."
  • a film that can be “substantially integrated with the roots of a plant” means that when a plant is grown for 35 days on the hydrophilic film of the present invention in the plant cultivation system of the present invention, the hydrophilic film of the present invention is A film with a peel strength of 10 g or more for peeling off from the roots of cultivated plants.
  • An "integration test" for measuring root-film integration can be performed as follows.
  • a "colander bowl set” place the film to be tested (200 x 200 mm) on a colander, place 150 g of vermiculite (moisture 73%, dry weight 40 g) on the film, and place a young sunny lettuce seedling (1 true leaf). Plant 2 plants.
  • This colander is placed in a bowl filled with 240 to 300 g of nutrient solution, and the film is brought into contact with the nutrient solution to cultivate young seedlings. Cultivation is carried out in a greenhouse using natural light (sunlight) for 35 days at a temperature of 0 to 25 degrees Celsius and humidity of 50 to 90% RH.
  • the stems and leaves of the cultivated plants are cut at the base, and the film is cut into a 5 cm width (length: about 20 cm) test piece so that the stem of the film with the roots in close contact is approximately in the center.
  • the peel strength of the hydrophilic film of the present invention used in the present invention is preferably 10 g or more, more preferably 30 g or more, and most preferably 100 g or more.
  • the balance of ion permeability is one of the indicators for determining whether the hydrophilic film of the present invention "can be substantially integrated with the roots of a plant".
  • the plants When plants are grown using the plant cultivation system of the present invention, the plants absorb fertilizer as ions through the film. Therefore, the salt (ion) permeability of the film used affects the amount of fertilizer components given to plants.
  • the electrical conductivity A film with a difference in EC) of 4.5 dS/m or less is preferred.
  • the difference in electrical conductivity between water and salt water is more preferably 3.5 dS/m or less, most preferably 2.0 dS/m or less.
  • the difference in electrical conductivity between water and salt water is more preferably 3.5 dS/m or less, most preferably 2.0 dS/m or less.
  • Electrical conductivity is an indicator of the amount of salts (or ions) dissolved in a liquid, and is also called specific conductivity.
  • EC Electrical conductivity
  • the value of electrical conductivity when two electrodes with a cross-sectional area of 1 cm 2 are separated at a distance of 1 cm is used, and the unit is Siemens (S) and is expressed in S/cm.
  • S/cm Siemens
  • mS/cm which is a unit of 1/1000, is used (expressed as dS/m (d is decimal) in the International System of Units).
  • the ion permeability of the film can be measured as follows. Dissolve 10 g of commercially available salt in 2000 ml of water to prepare 0.5% salt water (EC: approximately 9 dS/m). Using a "colander bowl set", place the film to be tested (size: 200-260 x 200-260 mm) on the colander, and add 150 g of water on top of the film. On the other hand, add 150 g of the above salt water to the bowl side, and wrap the entire system with food grade plastic wrap (polyvinylidene chloride film, trade name: Saran Wrap (registered trademark), manufactured by Asahi Kasei Corporation) to prevent water evaporation.
  • food grade plastic wrap polyvinylidene chloride film, trade name: Saran Wrap (registered trademark), manufactured by Asahi Kasei Corporation
  • a dropper is used to place a small amount of a sample (ie, a solution on the water side or the salt water side) on the measurement site (sensor part) of the electrical conductivity meter, and the conductivity is measured.
  • the hydrophilic film of the present invention preferably exhibits a predetermined glucose permeability in order to facilitate absorption of nutrients (organic substances) by roots of plants through the hydrophilic film of the present invention.
  • This film with excellent glucose permeability was brought into contact with water and a 5% glucose aqueous solution facing each other through the hydrophilic film of the present invention for 3 days (72 hours)
  • the film has a difference in measured density (Brix%) of 4 or less, more preferably 3 or less, more preferably 2 or less, and most preferably 1.5 or less.
  • Glucose permeability of a film can be measured as follows. Prepare a 5% glucose solution using commercially available glucose. Using the same "colander bowl set" as in the above ion permeability test, place the hydrophilic film of the present invention to be tested (size: 200-260 x 200-260 mm) on the colander, and add 150 g of water onto the film. . On the other hand, add 150 g of the above glucose solution to the bowl side, and wrap the entire system with food-grade wrap (polyvinylidene chloride film, trade name: Saran Wrap (registered trademark), manufactured by Asahi Kasei Corporation) to prevent water evaporation. . In this state, leave it at room temperature and measure the sugar content (Brix%) on the water side and glucose solution side every 24 hours using a saccharimeter.
  • food-grade wrap polyvinylidene chloride film, trade name: Saran Wrap (registered trademark), manufactured by Asahi Kasei Corporation
  • the hydrophilic film of the present invention has a water impermeability of 10 cm or more in terms of water pressure resistance.
  • a hydrophilic film of the present invention is used, integration of roots and the film can be promoted.
  • Water pressure resistance can be measured by a method according to JIS L1092 (Method B).
  • the water pressure resistance of the hydrophilic film of the present invention used in the present invention is preferably 10 cm or more, more preferably 20 cm or more, even more preferably 30 cm or more, particularly preferably 200 cm or more.
  • a plant cultivation support such as soil can be placed on the hydrophilic film of the present invention in order to protect the roots of the plants.
  • soils or culture media can be used. Examples of such soil or culture medium include soil used for soil culture and culture medium used for hydroponic culture.
  • Inorganic supports for plant cultivation include natural sand, gravel, pumice sand, etc.
  • Processed products include rock wool, vermiculite, perlite, ceramics, rice husk charcoal, etc.
  • Cultivation supports include natural peat moss, coconut fiber, bark medium, rice husk, knitan, soutan, etc., and synthesized granular phenolic resins, and these can be used alone or in an appropriate mixture of multiple types. You can also do it.
  • synthetic fiber cloth or nonwoven fabric can also be used as a support for plant cultivation.
  • a necessary minimum amount of fertilizer and trace elements may be added to the above plant cultivation support. According to the findings of the present inventors, until the roots of a plant grow to the extent that they can absorb water or nutrients from the water/nutrient solution that comes into contact with them through the hydrophilic film, in other words, the roots and the hydrophilic film of the present invention It is desirable to add nutrients to the support for plant cultivation on the hydrophilic film of the present invention as the "minimum necessary fertilizer and trace elements" referred to here until the fertilizer and trace elements are integrated.
  • the plant cultivation system of the present invention includes a nutrient solution retaining means for retaining the nutrient solution under the hydrophilic film of the present invention.
  • a container-shaped nutrient solution holding means for containing the nutrient solution or a nutrient solution holding layer that functions as a base material layer having a water-impermeable surface can be used.
  • the container-shaped nutrient solution holding means for storing the nutrient solution is not particularly limited as long as it is a container that can hold the required amount of nutrient solution, and its material should be lightweight, easy to form, and low cost.
  • general-purpose plastics such as polystyrene, polypropylene, polyvinyl chloride, polyethylene, and polyacrylate can be suitably used.
  • conventionally used hydroponic cultivation tanks can be used.
  • the water-impermeable surface of the nutrient solution holding layer is not particularly limited as long as it is made of a material that does not allow water to pass through, and examples include synthetic resin, wood, metal, and ceramic.
  • examples include synthetic resin, wood, metal, and ceramic.
  • shape of the nutrient solution retaining layer and examples thereof include film, sheet, plate, and box shapes.
  • the nutrient solution supply means is not particularly limited as long as it is a means conventionally used for continuous or intermittent supply of water or nutrient solution.
  • a drip irrigation tube also referred to as a "drip tube” that can supply the nutrient solution little by little. Drip irrigation using drip irrigation tubes can provide as little water and fertilizer as possible for crop growth.
  • a water-absorbing material is further added to the hydrophilic film of the present invention and a water-absorbing material in order to assist in supplying the nutrient solution to the hydrophilic film of the present invention. It can be placed between a transparent surface.
  • the water-absorbing material is not particularly limited as long as it basically absorbs and retains water. Examples include sponges, non-woven or woven fabrics made from synthetic resins, vegetable fibers, chips, powders, or materials commonly used as plant supports, such as peat moss and sphagnum moss. is also available.
  • the plant cultivation system of the present invention may include at least one member selected from the group consisting of light shielding means and illumination means.
  • the light blocking means is not limited as long as it can block light irradiated to plants.
  • a light-blocking curtain or the like can be used as the light-blocking means.
  • the darkroom itself may be used as a light shielding means.
  • As the illumination means it is possible to use illumination means that uses sunlight or artificial light as a light source. A plurality of illumination means may be used at the same time.
  • the plant cultivation system of the present invention can be used to cultivate short-day plants or long-day plants with photoperiodism. As described below, the plant is irradiated with light using artificial light, sunlight, or a combination thereof.
  • ⁇ Light source> In the cultivation system of the present invention, there is no restriction on the type of light source used during the vegetative growth period of photoperiodic short-day plants or long-day plants, and both artificial light and sunlight can be used. Light and sunlight may be used together. As artificial light, light sources such as incandescent lamps, fluorescent lamps, sodium lamps, halogen lamps, LEDs, and organic EL can be used. When sunlight is used, plants may be irradiated with sunlight captured through an optical fiber cable or the like.
  • the light source used during the reproductive growth period of photoperiodic short-day plants or long-day plants is the light source used during the vegetative growth period (artificial light or sunlight, or a combination thereof). ) may be used, or may be installed separately from the light source used during the vegetative growth period.
  • artificial light is preferable, such as incandescent lamps, fluorescent lamps, Light sources such as sodium lamps, halogen lamps, LEDs, and organic EL can be used.
  • “change of daylength” is also referred to as "change of light irradiation time cycle from a light source”, and is used in a broad sense, including light irradiation, light hours, dark hours (in particular, means changing the length of continuous dark periods).
  • “Dark time” means the time when the amount of light described below is less than 4 ⁇ mol/m 2 /sec.
  • Light time means time that is not “dark time.”
  • "Lighttime” is also called “light period,” and “dark time” is also called “dark period.”
  • “Brighttime” and "light irradiation time” have the same meaning.
  • flower bud formation occurs or is promoted under photoperiodic conditions in which the length of the continuous dark period is longer than the critical dark period. Therefore, in the case of short-day plants, the period after the point in time when the length of continuous dark time becomes longer than the critical dark period is defined as the reproductive growth period, and the period before that is defined as the vegetative growth period. Furthermore, as described below, in the case of long-day plants, flower bud formation occurs or is promoted under photoperiodic conditions in which the length of consecutive dark periods is shorter than the critical dark period. Therefore, in the case of long-day plants, the period after the point in time when the length of continuous dark time becomes shorter than the critical dark period is defined as the reproductive growth period, and the period before that is defined as the vegetative growth period.
  • the light irradiation time cycle is in units of one day (24 hours), but one day does not have to be 24 hours from midnight to 12 p.m., and can be 24 hours starting at any time.
  • the cultivation system of the present invention it is desirable to make the light irradiation time as long as possible in both the vegetative growth period and the reproductive growth period from the viewpoint of allowing the plants to perform sufficient photosynthesis.
  • priority is given to adaptation to their photoperiodic nature.
  • the length of the continuous dark period that promotes flowering in short-day plants is usually 11 hours or more, but some plants, such as the Japanese fir tree, do not flower when given a continuous dark period of 8.5 hours or more. Sometimes it is induced. Even for short-day plants, the critical dark period differs depending on the type of plant, so it is desirable to set the light irradiation time cycle appropriately according to the critical dark period of the plant.
  • Examples of short-day plants include cannabis plants, chrysanthemums, rice, soybeans, cosmos, perilla, morning glory, pigweed, Japanese fir, duckweed, and the like. In Japan, many flowers bloom from summer to autumn.
  • vegetative growth occurs during the light cycle period of long-time (18 consecutive hours) cultivation under light irradiation and short-term (6 consecutive hours) dark cultivation in the early stage of cultivation; Switching to a light cycle of short-time (12 consecutive hours) cultivation in light and long-term (12 consecutive hours) dark cultivation promotes the switch to reproductive growth (flowering period).
  • the cannabis plant (Cannabis sativa) targeted by the present invention is not particularly limited, and various varieties of cannabis plants can be used. Examples of varieties include Cannabis sativa var. sativa, Cannabis sativa var. indica, and Cannabis sativa var. ruderalis. A hybrid of these varieties may also be used. Classification based on the chemical phenotype of secondary metabolites: type I, which is dominant in the production of tetrahydrocannabinol (THC), type II, which is equivalent in the production of cannabidiol (CBD) and THC, and type III, which is dominant in the production of CBD. There is type IV, which is dominant in the production of cannabigerol (CBG), but both types can be cultivated without restrictions.
  • THC tetrahydrocannabinol
  • CBD cannabidiol
  • CBG cannabigerol
  • short-day plants and long-day plants such as cannabis plants may be cultivated in any of seeds, cuttings, and seedlings.
  • the seeds or cuttings may be grown in advance until they become seedlings, or the tissue culture may be grown until they become seedlings, and then transplanted onto a film.
  • flower bud formation occurs or is promoted under photoperiodic conditions in which the length of consecutive dark periods is shorter than a certain period of time (critical dark period). As long as the length of consecutive dark periods is short enough, the length of the light period is irrelevant. In the case of a long dark period, flower bud formation is observed when light is interrupted.
  • Long-day plants generally form flower buds when the day length increases in nature. Many long-day plants often require a period of cooling before photoperiodic conditions (long days) are established.
  • long-day plants examples include petua, snapdragon, stock, lisianthus, fuchsia, rapeseed, and radish. In Japan, many flowers bloom from winter to spring. Arabidopsis, whose entire genome has been sequenced and is widely used as a model plant for research around the world, is also known as a long-day plant.
  • the amount of sunlight varies depending on the season and weather, but there is no particular limitation on the amount of light.
  • the amount of light on a clear day is about 2000 ⁇ mol/m 2 /sec, and the amount of light on a cloudy day is about 50 to about 100 ⁇ mol/m 2 /sec.
  • the total amount of light may be set to fall within a normal range, a preferable range, or a more preferable range of the light amount when only artificial light, which will be described later, is used as a light source.
  • the amount of light refers to the intensity of light irradiated onto a plant on the leaf surface expressed in terms of photosynthetic photon flux density (PPFD).
  • the light amount is usually in the range of 100 to 2000 ⁇ mol/m 2 /sec, preferably in the range of 200 to 1000 ⁇ mol/m 2 /sec, and more preferably in the range of 200 to 1000 ⁇ mol/m 2 /sec, both during the vegetative growth period and the reproductive growth period. ranges from 300 to 500 ⁇ mol/m 2 /sec.
  • the above-described light irradiation cycle can be easily changed by turning on and off the light source power using a timer.
  • sunlight when it is difficult to irradiate for a long time depending on the season, it can be combined with artificial light to provide long-term light irradiation.
  • the amount of light from the artificial light may be low, usually 4 ⁇ mol/m 2 / sec or more, preferably 10 ⁇ mol/m 2 /sec or more, more preferably is 100 ⁇ mol/m 2 /sec or more.
  • One of the short-day plant cultivation methods of the present invention is as follows.
  • a plant cultivation system comprising a hydrophilic film for cultivating plants thereon, and a nutrient solution retaining means arranged so as to be in contact with the opposite side of the hydrophilic film to the plants; (2) placing short-day plants on the hydrophilic film in the system; (3) contacting the nutrient solution with the plant via the hydrophilic film; (4) During the initial vegetative growth period, cultivating with long light exposure of 13 hours or more and cultivating with continuous dark time of less than 11 hours, and (5) Subsequently, during the reproductive growth period, cultivating with short light exposure of less than 13 hours and continuous cultivation.
  • a method for cultivating short-day plants which comprises cultivating plants on the hydrophilic film by cultivating the plants in the dark for 11 hours or more.
  • the length of continuous dark time during the vegetative growth period in step (4) above is usually 1 to 10 hours, preferably 3 to 9 hours, and more preferably 5 to 7 hours. be.
  • the length of continuous dark time during the reproductive growth period in step (5) above is usually 11 hours to 18 hours, preferably 12 hours to 16 hours, and more preferably 13 hours to 15 hours. be.
  • the light irradiation time during the vegetative growth period of step (4) above is usually 13 hours to 23 hours, preferably 15 hours to 20 hours, and more preferably 16 hours to 18 hours.
  • the light irradiation time during the reproductive growth period in step (5) above is usually 12 hours to 4 hours, preferably 11 hours to 6 hours, and more preferably 10 hours to 8 hours.
  • the length (number of days) of the vegetative growth period in step (4) above can be determined as appropriate depending on the type of plant, the state of the plant at the start of film cultivation (seeds, seedlings, etc.), etc. can.
  • the length (number of days) of the vegetative growth period is usually 18 to 60 days, preferably 20 to 60 days.
  • the period is 50 days, more preferably 25 to 40 days.
  • the length (number of days) of the reproductive growth period in step (5) above can be determined as appropriate depending on the type of plant, the state of the plant at the start of film cultivation (seeds, seedlings, etc.), etc. can.
  • the length (number of days) of the reproductive growth period is usually 45-80 days, preferably 50-80 days.
  • the period is 65 days, more preferably 55 to 60 days.
  • One of the long-day plant cultivation methods of the present invention is as follows.
  • a plant cultivation system comprising a hydrophilic film for cultivating plants thereon, and a nutrient solution retaining means arranged so as to be in contact with the opposite side of the hydrophilic film to the plants; (2) placing long-day plants on the hydrophilic film in the system; (3) contacting the nutrient solution with the plant via the hydrophilic film; (4) During the initial vegetative growth period, cultivating with short-time light exposure of less than 13 hours a day and cultivating with dark time of 11 hours or more each day; (5) During the subsequent reproductive growth period, cultivating with long-term light exposure of 13 hours or more; A method for cultivating long-day plants, which comprises cultivating plants on the hydrophilic film by cultivating the plants in the dark for less than 11 consecutive hours.
  • the length of continuous dark time during the vegetative growth period in step (4) above is usually 11 hours to 23 hours, preferably 15 hours to 20 hours, and more preferably 16 hours to 18 hours. be.
  • the length of continuous dark time during the reproductive growth period in step (5) above is usually 1 to 10 hours, preferably 3 to 9 hours, and more preferably 5 to 7 hours. be.
  • the light irradiation time during the vegetative growth period of step (4) above is usually 12 hours to 4 hours, preferably 11 hours to 6 hours, and more preferably 10 hours to 8 hours.
  • the light irradiation time during the reproductive growth period in step (5) above is usually 13 hours to 18 hours, preferably 14 hours to 17 hours, and more preferably 15 hours to 16 hours.
  • the length (number of days) of the vegetative growth period in step (4) above can be determined as appropriate depending on the type of plant, the state of the plant at the start of film cultivation (seeds, seedlings, etc.), etc. can.
  • the length (number of days) of the vegetative growth period is usually 9 to 20 days, preferably 11 to 17 days. The period is preferably 13 to 15 days.
  • the length (number of days) of the reproductive growth period in step (5) above can be determined as appropriate depending on the type of plant, the state of the plant at the start of film cultivation (seeds, seedlings, etc.), etc. can.
  • the length (number of days) of the reproductive growth period is usually 18 to 42 days, preferably 21 to 35 days.
  • the period is preferably 25 to 30 days.
  • the time of light irradiation cultivation in steps (4) and (5) refers to the total amount of light irradiation cultivation (that is, the period of light irradiation intermittently). , it means the sum of them).
  • plants When starting cultivation, plants can be placed in the form of seeds or seedlings on the hydrophilic film of the present invention that has absorbed a nutrient solution. When seeds are sown on the film, they must first be germinated and rooted, and a small amount of water necessary for seed germination and rooting is applied. If a large amount of water is present on the film, it will prevent the integration of the plant roots with the film, so it is necessary to keep the irrigation to the minimum level required for seed germination and rooting.
  • the minimum irrigation required is usually 0.01-10 ⁇ L/cm 2 , preferably 0.5-5 ⁇ L/cm 2 , more preferably 0.1-1 ⁇ L/cm 2 .
  • irrigation for germination and rooting is not necessarily necessary, but the roots of the seedlings extend and integrate with the film, absorbing water and nutrients from the film.
  • the area around the roots must be kept moist to prevent them from drying out until they are able to absorb the water.
  • a support for plant cultivation with high water retention is arranged on a film, it is possible to easily maintain a moist state around the roots while avoiding the presence of a large amount of water on the film as described above. preferable.
  • Example 1 A black polypropylene tray with a length of 32 cm, a width of 24 cm, and a depth of 4 cm was filled with 1.5 L of nutrient solution, and a polyvinyl alcohol film (manufactured by Mebiol Co., Ltd., Japan) with a length of 40 cm, a width of 29 cm, and a thickness of 90 ⁇ m was placed on top. The equilibrium swelling degree of the film in water at 30°C was 194%.
  • the nutrient solution was liquid organic fertilizer Nutri Plus Organic Grow (4.0N-1.3P-1.7K; EZ-GRO Inc., Canada) supplemented with calcium-magnesium supplement (3.0Ca-1.6Mg; EZ-GRO Inc., Canada).
  • the trace element concentrations (mg/L) in the nutrient solution were 14.5Zn, 12.0B, 2.6Mo, 2.1Cu, and 8.5Fe.
  • the plants were cultivated indoors at a temperature of 24°C and a relative humidity of 73% using an LED for plants at a leaf light intensity of 400 ⁇ mol/m 2 /sec for 18 hours and a dark period of 6 hours for 4 weeks (vegetative growth period).
  • the nutrient solution on the underside of the film was added as needed to prevent it from running out during the cultivation period.
  • Carbon dioxide was introduced into the room, maintaining the carbon dioxide concentration at approximately 700 ppm and promoting photosynthesis.
  • the leaf surface was irradiated with LED for 12 hours at a leaf light intensity of 400 ⁇ mol/m 2 /sec for 12 hours in a room with a temperature of 22°C, relative humidity of 60%, and carbon dioxide concentration of about 700 ppm.
  • the plants were cultivated for 8 weeks with a switch to a dark cycle (flowering period).
  • the leaf area is small, cannabis plants can be cultivated at a cultivation density of 12 plants/m 2 (square meter) during the flowering period.
  • the stems were cut directly above the soil (peat moss). Large leaves were removed from the stems, and the plants were dried at 18°C and 45% relative humidity for 2 days, and then aged at 18°C and 57% relative humidity for 12 days.
  • the spikes were then cut from the branches (both shoot apex and axillary branches) and any leaves protruding from the spike were removed using a Twister T4 mechanical trimmer (Keirton Inc., Surrey, BC, Canada) before measuring the dry weight of the spike. I trimmed it.
  • the dry flower spike weight was 300g/m2, and the moisture content was 9%. Therefore, when the moisture content was 0%, the dry flower panicle weight was calculated to be 273 g/m 2 .
  • the contents of THC, CBD, CBG, THCA, CBDA, and CBGA in the dried flower spikes were 0.5%, 0.3%, 0.1%, 5.5%, 10.5%, and 0.5%, respectively. Therefore, the yields of the cannabinoids THC, CBD, CBG, THCA, CBDA, and CBGA per unit area are 1.4 g/m 2 , 0.8 g/m 2 , 0.3 g/m 2 , 15 g/m 2 , 29 g/m 2 , and 1.4 g/m 2 , respectively. g/ m2 .
  • Example 2 In Example 1, a cultivation test was carried out in the same manner as in Example 1, except that a polyvinyl alcohol film (manufactured by Mebiol Co., Ltd., Japan) having an equilibrium swelling degree of 160% and a thickness of 60 ⁇ m in water at 30° C. was used. Cannabis plants could be cultivated at a cultivation density of 12 plants/m 2 (square meter) during the flowering period, as in Example 1.
  • a polyvinyl alcohol film manufactured by Mebiol Co., Ltd., Japan
  • Cannabis plants could be cultivated at a cultivation density of 12 plants/m 2 (square meter) during the flowering period, as in Example 1.
  • the dry flower panicle weight was 255 g/m 2 and the moisture content was 10%. Therefore, when the moisture content was 0%, the dry flower panicle weight was calculated to be 230 g/m2.
  • the contents of THC, CBD, CBG, THCA, CBDA, and CBGA in the dried flower spikes were 0.6%, 0.4%, 0.2%, 5.9%, 10.8%, and 0.6%, respectively. Therefore, the yields of the cannabinoids THC, CBD, CBG, THCA, CBDA, and CBGA per unit area are 1.4 g/m 2 , 0.9 g/m 2 , 0.4 g/m 2 , 14 g/m 2 , 25 g/m 2 , and 1.4 g/m 2 , respectively. g/ m2 .
  • Comparative example 1 Approximately 10 L of the same peat moss as in Example 1 was placed in a black pot with a capacity of 11 L (diameter 28 cm x height 24 cm), and rooted cuttings and cannabis plant seedlings (chemical expression type II, height of approx. 10 cm, 6 true leaves) were transplanted.
  • the plants were manually watered with the same nutrient solution as in Example 1 from time to time to prevent them from wilting, and the leaves were irradiated with an LED for 18 hours at a leaf light intensity of 400 ⁇ mol/m 2 /sec in a room at a temperature of 24°C and a relative humidity of 73%. , cultivated for 4 weeks with a continuous 6-h dark cycle (vegetative growth period). Carbon dioxide was introduced into the room, maintaining the carbon dioxide concentration at approximately 700 ppm and promoting photosynthesis.
  • the leaf surface was irradiated with LED for 12 hours at a leaf light intensity of 400 ⁇ mol/m 2 /sec for 12 hours in a room with a temperature of 22°C, relative humidity of 60%, and carbon dioxide concentration of about 700 ppm.
  • the plants were cultivated for 8 weeks with a switch to a dark cycle (flowering period). Cultivation without hydrophilic film results in a large leaf area, so in order to avoid overlapping leaves with adjacent plants, the cultivation density of cannabis plants had to be set at 6.4 plants/m 2 .
  • the dry flower spike weight was 160 g/m 2 and the moisture content was 8%. Therefore, when the moisture content was 0%, the dry flower spike weight was calculated to be 147 g/m 2 .
  • the contents of THC, CBD, CBG, THCA, CBDA, and CBGA in the dried flower spikes were 0.3%, 0.2%, 0.1%, 4.7%, 9.0%, and 0.4%, respectively.
  • the yields of the cannabinoids THC, CBD, CBG, THCA, CBDA, and CBGA per unit area were 0.4 g/m 2 , 0.3 g/m 2 , 0.1 g/m 2 , 6.9 g/m 2 , and 13 g/m 2 , respectively. It was 0.6g/ m2 .
  • Comparative example 2 Cannabis plants were cultivated in the same manner as in Example 1, and after 4 weeks of cultivation with a cycle of 18 hours of continuous irradiation and 6 hours of continuous darkness (vegetative growth period), the cycle was switched to a cycle of 12 hours of continuous irradiation and 12 hours of continuous darkness.
  • the cycle was switched to a cycle of 12 hours of continuous irradiation and 12 hours of continuous darkness.
  • Example 3 A black polypropylene tray with a length of 32 cm, a width of 24 cm, and a depth of 4 cm was filled with 1.5 L of nutrient solution, and a polyvinyl alcohol film (manufactured by Mebiol Co., Ltd., Japan) with a length of 40 cm, a width of 29 cm, and a thickness of 50 ⁇ m was placed on top. The equilibrium swelling degree of the film in water at 30°C was 250%.
  • Murashige-Skoog medium (MS medium) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Japan) was used as the nutrient solution.
  • the seeds were sown on the film and cultivated for 2 weeks (vegetative growth period) under a cycle of continuous 8-hour irradiation with a plant LED at a seed surface light intensity of 400 ⁇ mol/m 2 /sec and a continuous 16-hour dark period (vegetative growth period).
  • the plastic wrap on the tray was gradually removed to allow the seeds to acclimate to the environment in the cultivation room.
  • the relative humidity in the cultivation room was approximately 60%, and the carbon dioxide concentration was approximately 400 ppm.
  • Comparative example 3 When Arabidopsis thaliana was cultivated under exactly the same conditions as in Example 3, without long-day treatment and continued with a cycle of 8 hours of continuous irradiation and 16 hours of continuous darkness, the plants did not flower within 4 weeks after sowing the seeds. It took 8 weeks for the flowers to bloom.
  • the plant cultivation system of the present invention which uses a hydrophilic film that absorbs water or nutrient solution and can cultivate plants by adding appropriate water stress, various bacteria that cause plant diseases may occur. At the same time, the reproductive growth of plants can be promoted. Furthermore, it is possible to relatively suppress the expansion of the leaf area, and increase the yield relative to the leaves in the flower spike.
  • flower bud differentiation can be promoted, and flowering of flower spikes in which substances useful as pharmaceuticals and the like are accumulated as secondary metabolites can be promoted.
  • the present invention it is possible to efficiently and stably absorb a sufficient amount of nutrients from the roots of a plant over a long period of time without causing an oxygen-deficient state in the roots that causes root rot. This makes it possible to significantly promote plant growth continuously over a long period of time. Therefore, the present invention can be used in a wide range of fields related to plant cultivation, such as agriculture, horticulture, and pharmaceutical manufacturing.

Landscapes

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Abstract

従来研究されてきた土耕栽培や水耕栽培における施肥などの園芸管理技術、培土の選択、生育環境における気温、園芸照明の強度と質、光周期、植物の生殖成長期間における干ばつ処理の工夫では花穂乾燥重量や花穂中の二次代謝産物含量の増大は限定されていた。　植物の根の少なくとも一部が親水性フィルム表面に密着し、該植物の根が密着する該親水性フィルムの反対面に養液が接するように養液が配置されるようなシステムを用い、該植物の栄養成長期間と生殖成長期間の切り替えを日長時間の変更によって行う。　本発明の栽培システム及び栽培方法は、二次代謝産物を集積する花穂の成長を促進して栽培することができるので、農業や医薬品製造分野で利用できる。

Description

植物栽培システム及び栽培方法
　本発明は、光周性を持つ短日植物または長日植物の栽培に適した植物栽培システムに関する。より詳しくは医療用途などに有用なカンナビノイドを産生する大麻草などの栽培に適した栽培システムに関する。
　光周性に依存する植物の現象としては花芽形成、茎の伸長、休眠、落葉などが知られているが、とりわけ花芽形成についてよく研究されている。植物には日長が短くなると花芽形成をし、花成に至る短日植物、日長が長くなると花成する長日植物、日長とは無関係に花成する中性植物などがある。
　菊などは日長がある特定の時間よりも短くなった場合にだけ花芽を形成（短日植物）し、キンギョソウ、ストックなどは日長がある特定の時間よりも長くなった場合にだけ花芽を形成（長日植物）する。短日植物の花芽形成（すなわち生殖成長）を抑えて栄養成長を続けさせるために、あるいは長日植物の開花を促進させるために、夜中に数時間電灯照明をして植物を栽培する電照栽培が行われている。また、短日植物の開花を促進するために、あるいは長日植物の花芽形成を抑えて栄養成長を続けさせるために、太陽光を数時間遮断して植物を栽培する遮光栽培が行われている。
　大麻草（カンナビス・サティバ・エル）の花穂のエッセンシャルオイルは、長年にわたり種々の疾患及び障害の治療に有用な医薬品として使用されてきた。一方、その精神活性や依存性が問題視され、大麻草の栽培が禁止されてきた歴史がある。そのため、栽培者は逸話的な情報に基づいて栽培せざるを得なかった。過去10年間で大麻草の栽培と使用、特に薬用目的に関する規制は、北米とヨーロッパの一部で自由化され、この分野の研究が進展してきた。
　大麻草雌花の花穂には、フィトカンナビノイドとして知られる多様なメロテルペノイド化合物が二次代謝産物として集積される。テトラヒドロカンナビノール (THC) およびカンナビジオール (CBD) を含むいくつかのカンナビノイドは、その精神活性および薬効について広く研究されている (非特許文献１)。生きた植物では、カンナビノイドは主にテトラヒドロカンナビノール酸 (THCA) およびカンナビジオール酸 (CBDA)などのカルボン酸として存在する (非特許文献２) 。
　大麻草の花穂乾燥重量や花穂中のカンナビノイド含量の増大は、これまで主に育種や化学表現型の選択に依存している。大麻草の花穂乾燥重量や花穂中のカンナビノイド含量の増大を目的として、施肥などの園芸管理技術 (非特許文献３) 、培土の選択 (非特許文献４) 、生育環境における気温 (非特許文献５) 、園芸照明の強度と質 (非特許文献６) 、光周期 (非特許文献７) 、植物の生殖成長期間における干ばつ処理 (非特許文献８) などの工夫が試みられている。
　従来より、本発明者らは、親水性フィルムを使用した養液栽培について研究を重ねており、以下の植物栽培システムや植物栽培方法について開示している：養液と接触する無孔性親水性フィルム上で、該フィルムと植物の根を一体化させて植物を栽培する植物栽培用器具および植物栽培方法（特許文献１）、上記フィルム上部にも灌水する植物栽培用器具および植物栽培方法（特許文献２）、上記フィルムが養液上を連続的に移動する植物栽培システム（特許文献３）、上記フィルムとその上部に配置される蒸発抑制部材の間に空気層を設ける植物栽培システム（特許文献４）、上記フィルムの下面側に養液を連続的に供給する手段を用いる植物栽培システム（特許文献５）、上記フィルムとして特定のポリビニルアルコール（PVA）系を用いる植物栽培システム（特許文献６）。
再表2004-64499号公報 特許4425244号公報 特開2008-182909号公報 特開2008-193980号公報 特許4142725号公報 特許5960102号公報
Elzinga, S., J. Fischedick, R. Podkolinski, and J.C., Raber. 2015年. Cannabinoids and terpenes as chemotaxonomic markers in cannabis. Nat. Prod. Chem. Res. 3巻:1-9頁 Muntendam, R., N. Happyana, T. Erkelens, F., Bruining, and O. Kayser. 2012年. Time dependent metabolomics and transcriptional analysis of cannabinoid biosynthesis in Cannabis sativa var. Bedrobinol and Bediol grown under standardized condition and with genetic homogeneity.  Online Intl. J. Med. Plants Res. 1巻:31-40頁 Caplan, D., M. Dixon, and Y. Zheng. 2017年.,Optimal rate of organic fertilizer during the flowering stage for cannabis grown in two coir-based substrates. HortScience 52巻:17頁 Caplan, D., M. Dixon, and Y. Zheng. 2017年. Optimal rate of organic fertilizer during the vegetative stage for cannabis grown in two coir-based substrates. HortScience 52巻:1307-1312頁 Chandra, S., H. Lata, I.A. Khan, and M.A. Elsohly. 2011年. Temperature response of photosynthesis in different drug and fiber varieties of Cannabis sativa L. Physiol. Mol. Biol. Plants 17巻:297-303頁 Potter, D.J. and P. Duncombe. 2012年. The effect of electrical lighting power and irradiance on indoor-grown cannabis potency and yield. J. Forensic Sci. 57巻:618-622頁 Potter, D.J. 2009年. The propagation, characterisation and optimisation of Cannabis sativa L. as a phytopharmaceutical. King’s College London, London, 博士論文 Caplan, D., M. Dixon, and Y. Zheng. 2019年. Increasing inflorescence dry weight and cannabinoid content in medical cannabis using controlled drought stress. HortScience 54巻:964-969頁
　しかしながら、上記の特許文献１～６に記載の植物栽培システムを用いて光周性を持つ短日植物または長日植物の栽培をしても、花穂乾燥重量や花穂中の二次代謝産物含量を増大させることは困難であると考えられていた。理由は以下の通りである。まず、上記のいずれかのシステムによる植物栽培では、生殖成長期間だけでなく栄養成長期間においても植物に水分ストレスを与えるため、植物の栄養成長を阻害すると考えられる。さらに、光周性を持つ短日植物または長日植物の栽培においては、生殖成長期間または栄養成長期間において日長時間が短くなるため、光合成が制限され、当該短日植物または長日植物の成長が抑制されると考えられる。このため、花穂乾燥重量や花穂中の二次代謝産物含量の増大を目的とした短日植物または長日植物の栽培を、上記のいずれかのシステムを用いて行なっても、目的は達成されない、と考えられていた。
　また、非特許文献１～８に記載されるような従来研究されてきた土耕栽培や水耕栽培における施肥などの園芸管理技術、培土の選択、生育環境における気温、園芸照明の強度と質、光周期、生殖成長期間における干ばつ処理の工夫では大麻草などの花穂乾燥重量や花穂中の二次代謝産物含量の増大は限定されていた。
　そこで、本発明者らは、かかる現況に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、意外にも、親水性フィルムの上で大麻草などの光周性を持つ短日植物または長日植物を栽培し、かつ日長時間の調節によって栄養成長期間と生殖成長期間を切り替えて栽培することにより、大麻草などの花穂乾燥重量や花穂中のカンナビノイド含量の増大を達成できることを見出し、本発明を完成した。
　すなわち、本発明は、以下の諸態様を含む。
１．親水性フィルムおよび養液保持手段を構成要素とする植物栽培システムであって、使用時には、植物の根の少なくとも一部が親水性フィルム表面に密着し、該植物の根が密着する該親水性フィルムの反対面に養液が接するように養液が配置され、該植物の栄養成長期間と生殖成長期間の切り替えを日長時間の変更によって行うことを特徴とする植物栽培システム。
２．前記親水性フィルムが、該フィルムを介して水と塩水とを対向して接触させた際に、測定開始後4日目（96時間）の水／塩水の電気伝導度（ＥＣ）の差が4.5ｄＳ/ｍ以下のフィルムであることを特徴とする前項１に記載の植物栽培システム。
３．該フィルムの水中平衡膨潤度が130％以上300％未満かつ乾燥時の厚みが20μｍ以上150μｍ未満であることを特徴とする前項１または２に記載の植物栽培システム。
４．養液保持手段が水耕栽培用水槽であり、該親水性フィルムの下面に接触するように配置された養液が水耕栽培用水槽に収容されてなることを特徴とする、前項１～３のいずれかに記載の植物栽培システム。
５．該養液保持手段が水不透過性表面を有し、その上に該親水性フィルムが敷設されてなり、親水性フィルムと養液保持手段との間に該養液を連続的または間歇的に供給する養液供給手段をさらに含むことを特徴とする、前項１～３のいずれかに記載の植物栽培システム。
６．遮光手段および照明手段からなる群より選ばれる少なくとも１種をさらに含むことを特徴とする、前項１～５のいずれかに記載の植物栽培システム。
７．短日植物または長日植物の栽培に用いるための前項１～６のいずれかに記載の植物栽培システム。
８．（１）植物をその上で栽培するための親水性フィルム、および該親水性フィルムの植物の反対面に接触するように配置された養液保持手段を含む植物栽培システムを提供し、
（２）該システム内の親水性フィルムの上に短日植物を配置し、
（３）養液を、該親水性フィルムを介して該植物に接触させ、
（４）初期の栄養成長期間は13時間以上の長時間光照射栽培および連続11時間未満の暗時間栽培を行い、そして
（５）引き続き生殖成長期間は13時間未満の短時間光照射栽培および連続11時間以上の暗時間栽培を行う
ことによって、該親水性フィルムの上で植物を栽培することを包含する短日植物の栽培方法。
９．（１）植物をその上で栽培するための親水性フィルム、および該親水性フィルムの植物の反対面に接触するように配置された養液保持手段を含む植物栽培システムを提供し、
（２）該システム内の親水性フィルムの上に長日植物を配置し、
（３）養液を、該親水性フィルムを介して該植物に接触させ、
（４）初期の栄養成長期間は毎日13時間未満の短時間光照射栽培および連続11時間以上の暗時間栽培を行い、そして
（５）引き続き生殖成長期間は13時間以上の長時間光照射栽培および連続11時間未満の暗時間栽培を行う
ことによって、該親水性フィルムの上で植物を栽培することを包含する長日植物の栽培方法。
　本発明の植物栽培システムの使用時においては、植物の根の少なくとも一部が親水性フィルム表面に密着し、該植物の根が密着する該親水性フィルムの反対面に養液が接するように養液が配置される。親水性フィルムの形状やサイズには特に限定はなく、使用時における親水性フィルム、養液保持手段、植物、養液の位置関係にも特に限定はないが、通常の態様としては、平坦な親水性フィルムを水平に配置し、親水性フィルムの上面に植物を配置するので、以下の説明においては、この通常の態様の場合を想定して「フィルムの上（上面）」、「フィルムの下（下面）」などという表現をする。もちろん、親水性フィルムをチューブ状あるいは袋状として植物栽培システムを構成することも出来、その場合は親水性フィルムの上面は外面、下面は内面と言い換えることができる。さらに、親水性フィルムを壁面に垂直に配置して植物を栽培することもできる。当業者は、通常の態様でない場合であっても、使用時における親水性フィルム、養液保持手段、植物、養液の位置関係を適宜設定することができる。
　本発明によれば、光周性を持つ短日植物または長日植物の栽培期間中に、日長時間の変更を行うことにより植物の成長モードを栄養成長期間から生殖成長期間に切り替えることができ、花芽が形成され、植物の二次代謝産物が集中する花穂の形成を促進する。さらに、本発明によれば、植物が親水性フィルムを介して養液を吸収するため、適度な水分ストレスを植物に付加することができ、植物がストレスに対抗するために産生する二次代謝産物の生成を促進する。その相乗効果の結果、本発明によれば、植物の花穂乾燥重量や花穂中の二次代謝産物含量の増大が達成される。
　本発明によれば、植物が親水性フィルムを介して養液を吸収することにより、水分ストレスが植物に付加されることは、相対的に葉や茎を成長させる栄養成長を抑え、子孫を残そうとする生殖成長を促進する。その結果、花などの生殖器官が相対的に葉、茎よりも成長し易くなる。葉が大きく茂ることは、光合成量を増大させるものの、日陰を作ってしまうので植物の定植密度を下げる必要がある。本発明によれば、上記水分ストレスで相対的に葉の面積を小さくすることにより、植物の定植密度を高めることができる。本発明では日長時間の変更を行うことにより花芽形成時期を任意にコントロールすることとの相乗効果により、想定以上の単位面積当たり植物の花穂乾燥重量や花穂中の二次代謝産物含量の増大が達成される。
　また本発明に用いられる親水性フィルムは雑菌やウイルスを通過させず、養液は該親水性フィルムを介して植物の根と接するため、植物の病気を誘発する雑菌などからの感染を回避して、また根ぐされなどの原因となる根の酸素欠乏状態を招くことなく、効率的且つ安定的に、長期間に亘り十分な量の養分を植物の根から吸収させることができ、それにより長期間に亘り持続的に植物の生長を著しく促進させることが可能となる。
本発明の植物栽培システムの基本的な態様の例を示す摸式断面図である。
　以下、本発明について具体的に説明する。
＜植物栽培システム＞
　本発明の植物栽培システムの構成要素として、本発明の親水性フィルムおよび養液保持手段は必須であるが、養液保持手段の違いによって、大きく２種に分けることができる。第１のタイプは、養液保持手段が水耕栽培用水槽であり、本発明の親水性フィルムの下面に接触するように配置された養液が水耕栽培用水槽に収容されてなることを特徴とする、植物栽培システムである。このようなシステムについては、たとえば特許文献１を参照することができる。
　第２のタイプは、養液保持手段が水不透過性表面を有し、その上に本発明の親水性フィルムが敷設されてなり、本発明の親水性フィルムと養液保持手段との間に養液を連続的または間歇的に供給する養液供給手段をさらに含むことを特徴とする植物栽培用システムであり、養液供給手段の代表的なものが本発明の親水性フィルムと養液保持手段との間に設置された点滴灌水チューブである。即ち、この第２のタイプの栽培システムは、養液保持手段を基材層とし、その上に直接的または間接的に本発明の親水性フィルムが積層されてなる多層構造を有するシステムである。このようなシステムについては、たとえば特許文献５を参照することができる。
　図１は、第１のタイプの植物栽培システムの基本的な一態様を示す模式断面図である。図１の例においては、本発明の親水性フィルム（１）の下に水槽（２）が設置され、水槽内に肥料成分を含む養液（３）が収容される。該養液（３）は、本発明の親水性フィルム（１）に吸収され、植物（４）の根（５）は、本発明の親水性フィルム（１）の上面に密着し、本発明の親水性フィルム（１）に含まれる水、肥料成分を吸収する。植物体の上部には光源（８）を設置する。また光源を任意の時間にON-OFFするためのタイマーコントローラー（９）を光源と電源の間に介在させる。
　必要に応じて、親水性フィルム（１）の上に土壌などの植物栽培用支持体（６）、および／または、水蒸気を通さないか、または低透過性の蒸発抑制部材（例えば、後述するマルチング材）あるいは定植板（７）を配置することができる。親水性フィルム（１）の上に植物栽培用支持体（６）を配置すると、植物体の根を保護する効果が得られる。また、蒸発抑制部材あるいは定植板（７）を配置することにより親水性フィルム（１）から大気中に蒸散する水蒸気を蒸発抑制部材表面あるいは植物栽培用支持体（６）中に凝結させると、凝結した水蒸気を水として植物が利用できる。
　本発明の植物栽培システムによれば、肥料成分を含む養液（３）は本発明の親水性フィルム（１）を介して植物に供給される。これに対して、植物の根が水（または養液）に浸かっている従来の水耕栽培方法においては、水や養液の表面が空気層と接しているため、空気中の細菌や菌類が容易に混入してしまい、細菌や菌類が植物の根に繁殖して著しい生育障害や植物の病気を誘発する。
　また、植物の根が水（または養液）に浸かっている従来の水耕栽培方法においては、根は水に溶存した酸素を吸収するため、栽培に使用する水の溶存酸素量を一定以上に保つ必要があった。これに対して、本発明の植物栽培システムにおいては、植物の根は本発明の親水性フィルム（１）の上の空気層にあるので、酸素は空気中から十分に、自由に吸収することができる。
　さらに、必要に応じて、フィルム（１）の上部に細霧噴霧用手段（例えば、バルブ）を配置し、間歇的に水、養液または農薬希釈液を噴霧することができる。このような細霧噴霧用手段を配置することにより、水の間歇的噴霧による特に夏季の冷却と、養液の噴霧による環境の冷却と葉面散布による肥料成分の供給、農薬の配合された水または養液の噴霧による農薬の散布などの自動化が可能となるというメリットを得ることができる。
　親水性フィルム（１）は、植物の根の少なくとも一部が親水性フィルム表面に密着するという性質を有する。このため、使用時には、供給される水や肥料の分子が親水性フィルム（１）を介して拡散して植物の根に移行することが可能であると考えられる。後述するように、この密着が強いときには、植物の根と親水性フィルム（１）が実質的に一体化する。
　本発明の植物栽培システムの好ましい態様によれば、本発明の親水性フィルム（１）上で栽培される植物の根が本発明の親水性フィルム（１）を介して養液を吸収しようとして、植物の根と本発明の親水性フィルム（１）が実質的に一体化する。フィルムと根の「一体化」を促進させるためには、該フィルム（１）の下からは養液を供給することが好ましい。
　本発明の親水性フィルム（１）の下面から水のみを供給した場合と比較して、養液を使用した方が、植物の生育のみならず、根とフィルムの接着強度が著しく向上する。これは、植物がフィルムを介して、水のみならず肥料成分をも吸収していることを示している。さらに、フィルムを介して水および肥料成分を効率良く吸収するためには、根がフィルム表面に強く密着することが必須であり、その結果として根とフィルムが一体化することになるものと考えられる。
　本発明の親水性フィルム（１）と根の「一体化」が完成する前に、該フィルム上から水分を加え過ぎると、植物はフィルム上の取り易い水分を吸収して、該フィルム下からの水分を取る必要が減じ、その結果、根が該フィルムと一体化し難くなる傾向がある。従って、根が該フィルムと一体化するまでは、該フィルム上からは、過剰の水分を加えることは好ましくない。他方、根が本発明の親水性フィルム（１）と一体化した後であれば、適宜、該フィルム上から水分／養分を与えても良い。
＜植物栽培用システムの構成＞
　以下、本発明の植物栽培システムにおける各部の構成について詳細に説明する。このような構成（ないしは機能）に関しては、必要に応じて、本発明者らによる文献（特許文献１～６）の「発明の詳細な説明」、「実施例」等を参照することができる。
（本発明の親水性フィルム）
　本発明の植物栽培システムにおいては、植物をその上で栽培するための本発明の親水性フィルムが必須である。本発明において、使用可能なフィルム材料は、特に制限されず、公知の材料から適宜選択して使用することが可能である。このような材料は、通常フィルムないし膜の形態で用いることができる。
　より具体的には、このようなフィルム材料としては、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、セロファン、酢酸セルロース、硝酸セルロース、エチルセルロース、ポリエステル等の親水性材料が使用可能である。
　上記フィルムの厚さ（厚さは、乾燥時の厚さを意味する。以下同じ。）も特に制限されないが、通常は、300μｍ以下程度、更には200～5μｍ程度、特に100～20μｍ程度であることが好ましい。
　フィルムの厚さが好ましい範囲を超えると、養液の肥料成分の透過が遅くなり植物の成長が阻害される。一方フィルムの厚さが好ましい範囲を下回る場合は、フィルムの強度が不足し、植物の根がフィルムを貫通し易くなるので好ましくない。
　本発明で使用される親水性フィルムは、水中で水を吸収して膨潤する性質を有することが好ましい。本発明で用いる親水性フィルムの水中（30℃）における平衡膨潤度は、130％以上300％以下の範囲であることが好ましく、150％以上250％以下であることがより好ましい。
　親水性フィルムの該平衡膨潤度がこの範囲の下限を下回ると、水と肥料成分の透過性が不十分となり、植物の成長速度が遅くなる。一方、親水性フィルムの該平衡膨潤度がこの範囲の上限を上回ると、水中における親水性フィルムの強度が低下し、植物の根の貫通に耐え難くなる。
　ここで、親水性フィルムの水中（30℃）における平衡膨潤度は以下のように測定する。まず、乾燥状態の親水性フィルムを20ｃｍｘ20ｃｍの正方形に切り出し、その重量（a）ｇを測定する。次いで、切り出した親水性フィルムを30℃の水に浸漬し、30分間静置する。該フィルムを水中から取り出し、フィルム表面に付着した余剰の水分を素早く拭き取り、該フィルムの重量（ｂ）ｇを測定する。平衡膨潤度はｂ／a　ｘ　100％で算出する。
　親水性フィルムは、無孔性であってもよいし、無孔性でなくてもよいが、無孔性であることが好ましい。
（一体化試験）
　本発明の親水性フィルムは、栽培している「植物体の根と実質的に一体化し得る」フィルムであることが好ましい。「植物体の根と実質的に一体化し得る」フィルムとは、本発明の植物栽培用システムの本発明の親水性フィルムの上で植物を35日間栽培した際に、本発明の親水性フィルムを栽培した植物の根から剥離するための剥離強度が10ｇ以上となるフィルムである。根とフィルムの一体化を測定するための「一体化試験」は、次のようにして実施することができる。
　「ざるボウルセット」を使い、ざる上に試験すべきフィルム（200×200ｍｍ）を乗せ、フィルムの上にバーミキュライト150ｇ（水分73％、乾燥重量40ｇ）を載せ、サニーレタスの幼苗（本葉1枚強）を2本植え付ける。このざるを、240～300ｇの養液が張られたボウル中に設置し、該フィルムを該養液と接触させ、幼苗を栽培する。栽培はハウス内で行い、自然光（太陽光）を使用し、気温は0～25℃、湿度は50～90％ＲＨの条件下で35日間行う。次に、栽培した植物の根元で茎葉を切断し、根の密着したフィルムの茎がほぼ中心になるように、該フィルムを巾5ｃｍ（長さ：約20ｃｍ）に切断して試験片とする。
　ばね式手秤に市販のクリップを付け、上記で得た試験片の一方をクリップで固定して、ばね式手秤の示す重量（試験片の自重に対応＝Ａグラム）を記録する。次いで試験片の中心にある茎を手で持ち、下方に緩やかに引き下げて、根とフィルムが離れる（または切断される）際の重量（荷重＝Ｂグラム）をばね式手秤の目盛りから読み取る。この値から初期の重量を差し引いた（Ｂ－Ａ）グラムを巾5ｃｍの引き剥がし荷重とし、この引き剥がし荷重を剥離強度とする。
　本発明において使用する本発明の親水性フィルムの剥離強度は、10ｇ以上であることが好ましく、30ｇ以上であることがさらに好ましく、100ｇ以上であることが最も好ましい。
（イオン透過性試験）
　さらに本発明においては、本発明の親水性フィルムが「植物体の根と実質的に一体化し得る」か否かを判断するための指標の１つとして、イオン透過性のバランスが挙げられる。
　本発明の植物栽培システムを使用して植物を栽培すると、植物はフィルムを通して肥料をイオンとして吸収する。従って、使用するフィルムの塩類（イオン）透過性が、植物に与えられる肥料成分の量に影響する。本発明においては、本発明の親水性フィルムを介して水と0.5質量％塩水とを対向して4日間（96時間）接触させた際に、水と塩水の栽培温度において測定した電気伝導度（ＥＣ）の差が4.5ｄＳ／ｍ以下となるフィルムが好ましい。
　水と塩水の電気伝導度の差は、3.5ｄＳ／ｍ以下であることがさらに好ましく、2.0ｄＳ／ｍ以下であることが最も好ましい。このようなフィルムを用いた際には、根に対する好適な水あるいは肥料溶液を供給し、該フィルムと根との一体化を促進することが容易となる。
　水と塩水の電気伝導度の差は、3.5ｄＳ／ｍ以下であることがさらに好ましく、2.0ｄＳ／ｍ以下であることが最も好ましい。このようなフィルムを用いた際には、根に対する好適な水あるいは肥料溶液を供給し、該フィルムと根との一体化を促進することが容易となる。
　電気伝導度（ＥＣ、イーシー）は、液中に溶けている塩類（あるいはイオン）量の指標であり、比導電率とも言う。ＥＣとしては、断面積1ｃｍ２の電極２枚を1ｃｍの距離に離したときの電気伝導度の値を使用し、単位はシーメンス（Ｓ）であり、Ｓ／ｃｍで表す。しかし、養液のＥＣは小さいので、１／１０００の単位となるｍＳ／ｃｍを使う（国際単位系ではｄＳ／ｍ（ｄはデシ）と表示する）。
　フィルムのイオン透過性は、以下のようにして測定することができる。市販の食塩10ｇを水2000ｍｌに溶解して、0.5％塩水を作製する（ＥＣ：約9ｄＳ／ｍ）。「ざるボウルセット」を使い、ざる上に試験すべきフィルム（サイズ：200～260×200～260ｍｍ）を乗せ、該フィルム上に水150ｇを加える。他方、ボウル側に上記の塩水150ｇを加え、得られた系全体を食品用ラップ（ポリ塩化ビニリデンフィルム、商品名：サランラップ（登録商標）、旭化成社製）で包んで、水分の蒸発を防ぐ。この状態で、常温で放置して、24時間毎に水側、塩水側のＥＣを測定する。具体的には、電気伝導度計の測定部位（センサー部）にスポイトを用いて試料（即ち、水側または塩水側の溶液）を少量乗せ、導電率を測定する。
（水分透過性／グルコース溶液透過性試験）
　本発明においては、本発明の親水性フィルムを介した植物の根の養分（有機物）吸収を容易とする点から、本発明の親水性フィルムは、所定のグルコース透過性を示すことが好ましい。このグルコース透過性の優れたフィルムは、本発明の親水性フィルムを介して水と5％グルコース水溶液とを対向して3日間（72時間）接触させた際に、水とグルコース溶液の栽培温度において測定した濃度（Ｂｒｉｘ％）の差が4以下、さらに好ましくは3以下、より好ましくは2以下、最も好ましくは1.5以下となるフィルムである。
　フィルムのグルコース透過性は、以下のようにして測定することができる。
　市販のグルコース（ブドウ糖）を用いて5％グルコース溶液を作製する。上記イオン透過性試験と同様の「ざるボウルセット」を使い、ざる上に試験すべき本発明の親水性フィルム（サイズ：200～260×200～260ｍｍ）を乗せ、該フィルム上に水150ｇを加える。他方、ボウル側に上記のグルコース溶液150ｇを加え、得られた系全体を食品用ラップ（ポリ塩化ビニリデンフィルム、商品名：サランラップ（登録商標）、旭化成社製）で包んで、水分の蒸発を防ぐ。この状態で、常温で放置して、24ｈｒｓ毎に水側、グルコース溶液側の糖度（Ｂｒｉｘ％）を糖度計で測定する。
（耐水圧）
　さらに本発明においては、本発明の親水性フィルムが耐水圧として10ｃｍ以上の水不透性を有することが好ましい。このような本発明の親水性フィルムを用いた際には、根とフィルムの一体化を促進することができる。また、根に対する好適な酸素供給および本発明の親水性フィルムを介しての病原菌汚染を防止することが容易となる。
　耐水圧はＪＩＳ Ｌ１０９２（Ｂ法）に準じた方法によって測定することができる。本発明で使用する本発明の親水性フィルムの耐水圧は10ｃｍ以上であることが好ましく、より好ましくは20ｃｍ以上、さらに好ましくは30ｃｍ以上であり、特に好ましくは200ｃｍ以上である。
＜植物栽培用支持体＞
　本発明の植物栽培システムにおいては、植物体の根を保護するために、本発明の親水性フィルムの上に土壌などの植物栽培用支持体を配置することができる。使用する植物栽培用支持体に特に限定はなく、通常使用される土壌ないし培地が使用可能である。このような土壌ないし培地としては、例えば、土耕栽培に用いられる土壌、および水耕栽培に用いられる培地が挙げられる。
　無機系の植物栽培用支持体としては、天然の砂、れき、パミスサンドなど、加工品（高温焼成等）では、ロックウール、バーミキュライト、パーライト、セラミック、籾殻くん炭などが挙げられ、有機系の植物栽培用支持体としては、天然のピートモス、ココヤシ繊維、樹皮培地、籾殻、ニータン、ソータンなどや、合成した粒状フェノール樹脂などが挙げられ、これらは単独でも、複数種を適宜混合して使用することもできる。また、合成繊維の布あるいは不織布も植物栽培用支持体として使用可能である。
　必要最小限の肥料および微量要素を上記植物栽培用支持体に加えてもよい。本発明者らの知見によれば、植物の根が、親水性フィルムを介して接触する水／養液から水または養分を吸収可能な程度に伸びるまで、言い換えると根と本発明の親水性フィルムが一体化するまでは、ここで言う「必要最小限の肥料および微量要素」として、養分を本発明の親水性フィルム上の植物栽培用支持体に加えておくことが望ましい。
＜養液保持手段＞
　本発明の植物栽培システムは、養液を本発明の親水性フィルムの下に保持するための養液保持手段を含んでいる。本発明の植物栽培システムにおいては、養液を収容する容器状の養液保持手段、あるいは水不透過性表面を有する基材層として機能する養液保持層の何れかが使用可能である。
　養液を収容する容器状の養液保持手段としては、必要な量の養液を保持することのできる容器である限り特に限定はなく、その材質としては、軽量化、易成形性および低コスト化の点からはポリスチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリアクリレート等の汎用プラスチックが好適に使用可能である。例えば、従来使用されてきた水耕栽培用水槽を使用することができる。
　養液保持層の水不透過性表面は水を通さない材質からなるものであれば特に限定はなく、合成樹脂、木材、金属あるいはセラミックなどが挙げられる。その養液保持層の形状にも特に限定はなく、フィルム状、シート状、板状、または箱状などが挙げられる。
　養液供給手段は、従来から水あるいは養液の連続的あるいは間歇的な供給に使用されている手段であれば特に限定はない。本発明においては、養液を少量ずつ供給することが可能な点滴灌水チューブ（「ドリップチューブ」とも称される）の使用が好ましい。点滴灌水チューブを使用した点滴潅水によって、作物の生育に必要な水および肥料をできるだけ少量供給することができる。
　さらに、養液保持層と養液供給手段とを含む態様においては、本発明の親水性フィルムへの養液の供給を補助するために、さらに吸水性材料を本発明の親水性フィルムと水不透過性表面との間に設置することができる。吸水性材料は、基本的には水を吸収して保持する材料であれば特に限定はない。一例としては、合成樹脂から作られたスポンジや不織布、織物からなる布、植物性の繊維状、チップ状、粉末状、または、ピートモスや水苔をはじめ一般的に植物支持体として使用される材料も使用可能である。
＜遮光手段および照明手段＞
　本発明の植物栽培システムは、遮光手段および照明手段からなる群より選ばれる少なくとも１種を含んでいてもよい。
　遮光手段は、植物に照射される光を遮断することができるものである限り限定はない。遮光手段として遮光カーテンなどを用いることができる。また、暗室自体を遮光手段として用いてもよい。
　照明手段にも特に限定はない。照明手段として、太陽光または人工光を光源として用いる照明手段を用いることができる。照明手段は、同時に複数のものを用いてもよい。
　本発明の植物栽培システムは、光周性を持つ短日植物または長日植物の栽培に用いることができる。後述するように、当該植物への光照射は、人工光もしくは太陽光またはそれらの併用による光照射である。
＜光源＞
　本発明の栽培システムにおいて、光周性を持つ短日植物のまたは長日植物の栄養成長期間に用いるための光源の種類に制限は無く、人工光と太陽光のいずれも使用可能であり、人工光と太陽光とを併用してもよい。人工光としては、白熱灯、蛍光灯、ナトリウムランプ、ハロゲンランプ、LED、有機ELなどの光源を利用できる。太陽光を用いる場合、太陽光を光ファイバーケーブルなどにより取り込んだものを植物に照射してもよい。
　本発明の栽培システムにおいて、光周性を持つ短日植物または長日植物の生殖成長期間に用いるための光源は、上記の栄養成長期間に用いるための光源（人工光もしくは太陽光またはそれらの併用）を用いても良いし、栄養成長期間に用いるための光源とは別に設置しても良い。栄養成長期間に用いるための光源とは別に、光周性を持つ短日植物または長日植物の生殖成長期間に用いるための光源を設置する場合は、人工光が好ましく、白熱灯、蛍光灯、ナトリウムランプ、ハロゲンランプ、LED、有機ELなどの光源を利用できる。
　本発明の栽培システムにおいては、光周性を持つ短日植物または長日植物の栄養成長と生殖成長の切り替えを日長時間の変更によって行う。本発明において「日長時間の変更」とは、「光源からの光照射時間サイクルの変更」とも言い、広い意味で用いるものであって、1日における光照射、明時間、暗時間（特に、連続した暗時間）の長さを変更することを意味する。「暗時間」とは、後述の光量が4μmol/m2/sec未満である時間を意味する。「明時間」とは「暗時間」ではない時間を意味する。「明時間」を「明期」とも言い、「暗時間」を「暗期」とも言う。「明時間」と「光照射時間」とは同じ意味を有する。
　後述するように、短日植物の場合は、連続した暗時間の長さが限界暗期より長くなるような光周条件下で、花芽の形成が起こるか、あるいはそれが促進される。そこで、短日植物の場合は、連続した暗時間の長さが限界暗期より長くなった時点以降を生殖成長期間とし、それより前を栄養成長期間とする。また、後述するように、長日植物の場合は、連続した暗期の長さが限界暗期より短くなるような光周条件下で、花芽の形成が起こるか、あるいはそれが促進される。そこで、長日植物の場合は、連続した暗時間の長さが限界暗期より短くなった時点以降を生殖成長期間とし、それより前を栄養成長期間とする。
　短日植物や長日植物の栽培を、太陽光を用いて実施しようとする場合、必要に応じて、遮光手段を用いて、または人工光を併用して、光照射時間の長さを調節することにより、任意の季節に短日植物や長日植物の栽培をすることができるようになる。たとえば、短日植物の場合には、必要に応じて遮光手段を用いることによって連続した光照射時間を長時間から短時間に変更することにより（これによって、連続した暗時間が短時間から長時間に変更される）、花成が促進される。他方、長日植物の場合には、必要に応じて人工光を併用することによって連続した光照射時間を短時間から長時間に変更することにより（これによって、連続した暗時間が長時間から短時間に変更される）、花成が促進される。
　光照射時間サイクルは1日（24時間）を単位とするが、この1日は午前0時から午後12時までの24時間である必要はなく、任意の時刻から開始される24時間でよい。
　本発明の栽培システムにおいて、植物に光合成を十分行わせるという観点からは、栄養成長期間も生殖成長期間も、光照射時間は出来るだけ長くすることが望ましい。しかしながら、光周性を持つ短日植物または長日植物の場合、その光周性に適合させることが優先される。
　短日植物の場合、連続した暗期の長さが、ある一定の時間（限界暗期）より長くなるような光周条件下で、花芽の形成が起こるか、あるいはそれが促進される。明期より暗期の時間が長いというだけでは効果がなく、一定以上の連続した暗期が必要である。従って、暗期が十分長くても、途中で光を照射して中断してしまうと無効になる。
　短日植物の花成が促進される連続した暗期の長さは通常11時間以上であるが、植物によってはオナモミのように8.5時間以上の連続した暗期が与えられたときに花成が誘導される場合もある。短日植物でも限界暗期は植物の種類によりそれぞれ異なるので、光照射時間サイクルは植物の限界暗期に合わせて適宜設定することが望ましい。
　短日植物の例としては、大麻草、菊、イネ、大豆、コスモス、しそ、アサガオ、アカザ、オナモミ、アオウキクサなどを挙げることができる。日本では夏から秋にかけて開花するものが多い。
　例えば、大麻草の場合、一例として、栽培初期に長時間（連続18時間）の光照射栽培と短時間（連続6時間）の暗所栽培という光サイクル期間では栄養成長となるが、この光サイクルを短時間（連続12時間）の光照射栽培と長時間（連続12時間）の暗所栽培という光サイクルに切り替えると生殖成長（開花期間）への切り替えが促進される。
　本発明で対象とする大麻草（Cannabis sativa）には特に制限なく、様々な品種の大麻草を用いることができる。品種の例として、サティバ（Cannabis sativa var. sativa）、インディカ（Cannabis sativa var. indica）、ルデラリス（Cannabis sativa var. ruderalis）を挙げることができる。これらの品種の混合（hybrid）を用いてもよい。二次代謝産物の化学表現型からの分類では、テトラヒドロカンナビノール（THC）の産生が優位なタイプI、カンナビジオール（CBD）とTHCの産生が同等なタイプII、CBDの産生が優位なタイプIII、カンナビゲロール（CBG）の産生が優位なタイプIVがあるが、いずれのタイプも制限なく栽培することができる。
　本発明における大麻草などの短日植物や長日植物の栽培開始状態は、種子、挿し木、苗のいずれでも良い。種子や挿し木から予め苗になるまで成長させておいたり、組織培養体から苗になるまで成長させておいたりしてから、フィルムに移植しても良い。
　長日植物の場合、連続した暗期の長さが、ある一定の時間（限界暗期）より短くなるような光周条件下で、花芽の形成が起こるか、あるいはそれが促進される。連続した暗期の長さが十分に短ければ、明期の長さは関係がない。長い暗期の場合、光中断を行うと花芽形成がみられる。
　長日植物は一般に、自然界では日長が長くなると花芽が形成される。長日植物の多くは、光周条件（長日）が整う以前に、一定期間、寒冷期を経ることを必要とすることが多い。
　長日植物の例としては、ペチュア、キンギョソウ、ストック、トルコギキョウ、フクシア、アブラナ、ダイコンなどを挙げることができる。日本では冬から春にかけて開花するものが多い。全ゲノム配列が解読され、モデル植物として世界中で広く研究に利用されているシロイヌナズナも長日植物として知られている。
　太陽光を光源に用いる場合、季節や天候により太陽光の光量は異なるが、光量については特に限定はない。晴天時の光量は約2000μmol/m2/sec、曇天時の光量は約50～約100μmol/m2/secであるが、たとえば曇天時には必要に応じて人工光を同時に用い、太陽光と人工光との合計光量が、後述の人工光のみを光源として用いる場合の光量の通常の範囲、好ましい範囲、さらに好ましい範囲となるように設定してもよい。なお、本発明において光量とは、植物に照射される光の葉面における強度を光合成光量子束密度（PPFD）で表示したものを表す。
　人工光のみを光源として用いる場合、光量は、栄養成長期間においても生殖成長期間においても、通常100～2000μmol/m2/secの範囲、好ましくは200～1000μmol/m2/secの範囲、さらに好ましくは300～500μmol/m2/secの範囲である。
　上述の光照射サイクルの変更は光源が人工光の場合、光源電源の入切をタイマーによって容易に行うことができる。太陽光の場合は遮光カーテンなどを使用して暗時間を任意に作ることができる。太陽光を光源とする場合、季節によって長時間の光照射が困難な時は人工光との組み合わせで長時間の光照射を行うことができる。この時、人工光による光量は人工光のみを光源として用いる場合の上記の光量と違って、低いもので良く、通常4μmol/m2/sec以上、好ましくは10μmol/m2/sec以上、さらに好ましくは100μmol/m2/sec以上である。
＜栽培方法＞
　本発明の短日植物栽培方法の１つは、以下の通りである。
　（１）植物をその上で栽培するための親水性フィルム、および該親水性フィルムの植物の反対面に接触するように配置された養液保持手段を含む植物栽培システムを提供し、
（２）該システム内の親水性フィルムの上に短日植物を配置し、
（３）養液を、該親水性フィルムを介して該植物に接触させ、
（４）初期の栄養成長期間は13時間以上の長時間光照射栽培および連続11時間未満の暗時間栽培を行い、そして
（５）引き続き生殖成長期間は13時間未満の短時間光照射栽培および連続11時間以上の暗時間栽培を行う
ことによって、該親水性フィルムの上で植物を栽培することを包含する短日植物の栽培方法。
　短日植物の栽培において、上記工程（４）の栄養成長期間における連続した暗時間の長さは、通常1時間～10時間、好ましくは3時間～9時間、さらに好ましくは5時間～7時間である。
　短日植物の栽培において、上記工程（５）の生殖成長期間における連続した暗時間の長さは、通常11時間～18時間、好ましくは12時間～16時間、さらに好ましくは13時間～15時間である。
　短日植物の栽培において、上記工程（４）の栄養成長期間における光照射時間は、通常13時間～23時間、好ましくは15時間～20時間、さらに好ましくは16時間～18時間である。
　短日植物の栽培において、上記工程（５）の生殖成長期間における光照射時間は、通常12時間～4時間、好ましくは11時間～6時間、さらに好ましくは10時間～8時間である。
　短日植物の栽培において、上記工程（４）の栄養成長期間の長さ（日数）は、植物の種類、フィルム栽培開始時の植物の状態（種子、苗など）などに応じて適宜定めることができる。たとえば、大麻草を後述の実施例１におけるような苗の状態でフィルム栽培を開始するという条件の下においては、栄養成長期間の長さ（日数）は、通常18～60日間、好ましくは20～50日間、さらに好ましくは25～40日間である。
　短日植物の栽培において、上記工程（５）の生殖成長期間の長さ（日数）は、植物の種類、フィルム栽培開始時の植物の状態（種子、苗など）などに応じて適宜定めることができる。たとえば、大麻草を後述の実施例１におけるような苗の状態でフィルム栽培を開始するという条件の下においては、生殖成長期間の長さ（日数）は、通常45～80日間、好ましくは50～65日間、さらに好ましくは55～60日間である。
　本発明の長日植物栽培方法の１つは、以下の通りである。
　（１）植物をその上で栽培するための親水性フィルム、および該親水性フィルムの植物の反対面に接触するように配置された養液保持手段を含む植物栽培システムを提供し、
（２）該システム内の親水性フィルムの上に長日植物を配置し、
（３）養液を、該親水性フィルムを介して該植物に接触させ、
（４）初期の栄養成長期間は毎日13時間未満の短時間光照射栽培および連続11時間以上の暗時間栽培を行い、そして
（５）引き続き生殖成長期間は13時間以上の長時間光照射栽培および連続11時間未満の暗時間栽培を行う
ことによって、該親水性フィルムの上で植物を栽培することを包含する長日植物の栽培方法。
　長日植物の栽培において、上記工程（４）の栄養成長期間における連続した暗時間の長さは、通常11時間～23時間、好ましくは15時間～20時間、さらに好ましくは16時間～18時間である。
　長日植物の栽培において、上記工程（５）の生殖成長期間における連続した暗時間の長さは、通常1時間～10時間、好ましくは3時間～9時間、さらに好ましくは5時間～7時間である。
　長日植物の栽培において、上記工程（４）の栄養成長期間における光照射時間は、通常12時間～4時間、好ましくは11時間～6時間、さらに好ましくは10時間～8時間である。
　長日植物の栽培において、上記工程（５）の生殖成長期間における光照射時間は、通常13時間～18時間、好ましくは14時間～17時間、さらに好ましくは15時間～16時間である。
　長日植物の栽培において、上記工程（４）の栄養成長期間の長さ（日数）は、植物の種類、フィルム栽培開始時の植物の状態（種子、苗など）などに応じて適宜定めることができる。たとえば、シロイヌナズナを後述の実施例３におけるような種子の状態でフィルム栽培を開始するという条件の下においては、栄養成長期間の長さ（日数）は、通常9～20日間、好ましくは11～17日間、さらに好ましくは13～15日間である。
　長日植物の栽培において、上記工程（５）の生殖成長期間の長さ（日数）は、植物の種類、フィルム栽培開始時の植物の状態（種子、苗など）などに応じて適宜定めることができる。たとえば、シロイヌナズナを後述の実施例３におけるような種子の状態でフィルム栽培を開始するという条件の下においては、生殖成長期間の長さ（日数）は、通常18～42日間、好ましくは21～35日間、さらに好ましくは25～30日間である。
　なお、短日植物の栽培の場合も長日植物の栽培の場合も、工程（４）及び（５）における光照射栽培の時間とは、光照射栽培の合計（つまり、断続的に光照射をしたときは、それらの合計）を意味する。
　栽培を開始するに際し、植物は種子あるいは苗の状態で、養液を吸収した本発明の親水性フィルム上に配置することができる。該フィルム上に種子の状態で播種された場合は、まず発芽、発根させる必要があり、種子の発芽、発根に必要な少量の灌水を行う。ここでフィルム上に多量の水分が存在すると、植物の根とフィルムの一体化を妨げるので、種子の発芽、発根に必要な最小限の灌水にとどめる必要がある。必要な最小限の灌水は、通常0.01～10μL/cm2、好ましくは0.5～5μL/cm2、より好ましくは0.1～1μL/cm2である。
　植物が本発明の親水性フィルムに苗の状態で配置された場合は、発芽、発根のための灌水は必ずしも必要ないが、苗の根が伸張してフィルムと一体化し、フィルムから水と養分を吸収できるようになるまでは、根が乾燥しないように根の周囲を湿潤状態に保つ必要がある。
　保水性の高い植物栽培用支持体をフィルム上に配置する態様によれば、上述のようなフィルム上に多量の水分が存在することを回避しつつ、根の周囲の湿潤状態を維持し易いので好ましい。
　以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。
実施例１
　長さ32cm、幅24cm、深さ4cmの黒色ポリプロピレン製トレーに1.5Lの養液を入れ、長さ40cm、幅29cm、厚さ90μmのポリビニルアルコール製フィルム（メビオール社製、日本）を載せた。該フィルムの30℃水中における平衡膨潤度は194％であった。養液は、液体有機肥料Nutri Plus Organic Grow (4.0N-1.3P-1.7K；EZ-GRO Inc., カナダ)にカルシウム-マグネシウムサプリメント（3.0Ca-1.6Mg；EZ-GRO Inc., カナダ）を2ｍL/L加え、純水で窒素濃度389mg/Lの濃度に希釈することにより得られたものである。養液中の微量元素の濃度（mg/L）は、14.5Zn、12.0B、2.6Mo、2.1Cu、8.5Feであった。
　上記親水性フィルムに24℃で養液を吸収させて30分間膨潤させた後、該フィルム上にｐH調整済ピートモス（ｐH約5～6）を約500ｍL載せ、厚さ約1ｃｍに拡げた。14日間栄養成長した発根挿し木大麻草苗（化学表現II型、高さ約10cm、本葉6枚）を上記膨潤フィルム上に根が接触するように移植し、ピートモスが湿潤状態になるよう上記養液をスプレーした。
　温度24℃、相対湿度73％の室内で植物用LEDを葉面光強度400μmol/m2/secで連続18時間照射、連続6時間暗期のサイクルで4週間栽培した（栄養成長期間）。フィルム下面の養液は栽培期間中無くならないように随時追加した。室内には二酸化炭素を導入し、二酸化炭素濃度を約700ppmで維持し、光合成を促進させた。
　４週間上記条件で栽培した後、温度22℃、相対湿度60％、二酸化炭素濃度を約700ppmの室内で植物用LEDを葉面光強度400μmol/m2/secで連続12時間照射、連続12時間暗期のサイクルに切り替えて8週間栽培した（開花期間）。本発明の栽培システムでは葉面積が小さいので開花期間中の大麻草栽培密度は、12株/ｍ2（平方メートル）で栽培することができた。
　上記栽培後、茎を培土（ピートモス）直上で切断した。茎から大き目の葉を取り除き、植物体を18℃、相対湿度45％で２日間乾燥させ、その後18℃、相対湿度57％で12日間熟成させた。次いで、花穂を枝 (茎頂および腋窩枝の両方) から切断し、花穂から突出していた葉を、花穂乾燥重量測定前にTwister T4機械トリミング機 (Keirton Inc., Surrey, BC, Canada) を用いてトリミングした。
　中性カンナビノイドTHC、CBD、およびカンナビゲロール(CBG)、ならびに酸型THCA、CBDA、およびカンナビゲロール酸(CBGA)の分析は、高速液体クロマトグラフィー（Nexera X3、日本国株式会社島津製作所製）によって実施された。乾燥花穂水分含量は、米国薬局方条約第921条、方法3 (米国薬局方および全国処方箋、2017) に記載の方法を用いて決定し、カンナビノイド濃度を0%含水率（以下、含水率の単位はすべて重量％である）に補正した。カンナビノイド収量は、カンナビノイド濃度に花穂燥重量を掛けた値として算出し、単位面積当たりに表した (g/m2) を含水率0%に補正した。
　乾燥花穂重量は300g/m2、含水率は9％であった。従って含水率0％の時、乾燥花穂重量は273g/m2と算出された。乾燥花穂中のTHC, CBD, CBG, THCA, CBDA, CBGAの含有率はそれぞれ0.5%, 0.3%, 0.1%, 5.5%, 10.5%, 0.5%であった。従って単位面積当たりのカンナビノイドTHC, CBD, CBG, THCA, CBDA, CBGAの収量はそれぞれ1.4ｇ/m2、0.8ｇ/m2、0.3ｇ/m2、15ｇ/m2、29ｇ/m2、1.4ｇ/m2であった。
実施例２
　実施例１において、30℃水中における平衡膨潤度が160％厚さ60μmのポリビニルアルコール製フィルム（メビオール社製、日本）を用いる以外は実施例１と同様の栽培試験をおこなった。開花期間中の大麻草栽培密度は、実施例１と同様12株/ｍ2（平方メートル）で栽培することができた。
　乾燥花穂重量は255g/m2、含水率は10％であった。従って含水率0％の時、乾燥花穂重量は230g/m2と算出された。乾燥花穂中のTHC, CBD, CBG, THCA, CBDA, CBGAの含有率はそれぞれ0.6%, 0.4%, 0.2%, 5.9%, 10.8%, 0.6%であった。従って単位面積当たりのカンナビノイドTHC, CBD, CBG, THCA, CBDA, CBGAの収量はそれぞれ1.4ｇ/m2、0.9ｇ/m2、0.4ｇ/m2、14ｇ/m2、25ｇ/m2、1.4ｇ/m2であった。
比較例１
　容量11Lの黒色鉢（直径28ｃｍｘ高さ24ｃｍ）に実施例１と同様のピートモス約10Ｌを入れ、実施例１と同じ14日間栄養成長した発根挿し木大麻草苗（化学表現II型、高さ約10cm、本葉6枚）を移植した。
　実施例１と同じ養液を、植物が萎れないように随時手灌水し、温度24℃、相対湿度73％の室内で植物用LEDを葉面光強度400μmol/m2/secで連続18時間照射、連続6時間暗期のサイクルで4週間栽培した（栄養成長期間）。室内には二酸化炭素を導入し、二酸化炭素濃度を約700ppmで維持し、光合成を促進させた。
　４週間上記条件で栽培した後、温度22℃、相対湿度60％、二酸化炭素濃度を約700ppmの室内で植物用LEDを葉面光強度400μmol/m2/secで連続12時間照射、連続12時間暗期のサイクルに切り替えて8週間栽培した（開花期間）。親水性フィルムを使わない栽培では葉面積が大きく育つため、隣接する株と葉が重ならないよう配置するためには大麻草栽培密度を、6.4株/m2とせざるをえなかった。
　実施例１と同様に収穫し、分析した結果、乾燥花穂重量は160g/m2、含水率は8％であった。従って含水率0％の時、乾燥花穂重量は147g/m2と算出された。乾燥花穂中のTHC, CBD, CBG, THCA, CBDA, CBGAの含有率はそれぞれ0.3%, 0.2%, 0.1%, 4.7%, 9.0%, 0.4%であった。従って単位面積当たりのカンナビノイドTHC, CBD, CBG, THCA, CBDA, CBGAの収量はそれぞれ0.4ｇ/m2、0.3ｇ/m2、0.1ｇ/m2、6.9ｇ/m2、13ｇ/m2、0.6g/m2であった。
比較例２
　実施例１と同様の大麻草栽培を行い、連続18時間照射、連続6時間暗期のサイクルで4週間栽培した（栄養成長期間）後、連続12時間照射、連続12時間暗期のサイクルに切り替えずに温度22℃、相対湿度60％、二酸化炭素濃度約700ppm で8週間栽培したところ、花芽分化が誘導されず、花穂の十分な形成が認められなかった。
実施例３
　長さ32cm、幅24cm、深さ4cmの黒色ポリプロピレン製トレーに1.5Lの養液を入れ、長さ40cm、幅29cm、厚さ50μmのポリビニルアルコール製フィルム（メビオール社製、日本）を載せた。該フィルムの30℃水中における平衡膨潤度は250％であった。養液はムラシゲ-スクーグ培地（MS培地）（日本国和光純薬株式会社製）を使用した。
　上記親水性フィルムに22℃で養液を吸収させて30分間膨潤させた後、長日植物として知られるシロイヌナズナの種子を播種し、種子上に水をスプレーした。発芽するまでは種子を載せたフィルム上の湿度を100％に保つため、トレー上を食品用ラップ（ポリ塩化ビニリデンフィルム、商品名：サランラップ（登録商標）、旭化成社製）で完全に覆った。植物用LEDを種子面光強度400μmol/m2/secで連続8時間照射、連続16時間暗期のサイクルで、フィルムに播種してから2週間栽培した（栄養成長期間）。トレー上のラップは種子が発根、発芽後、徐々に外して栽培室内の環境に馴化させた。栽培室内の相対湿度は約60％、二酸化炭素濃度は約400ppmであった。
　上記2週間短日条件で栽培後、植物用LEDを種子面光強度400μmol/m2/secで連続16時間照射、連続8時間暗期のサイクルに切り替えて栽培を続けた（長日処理）ところ、種子を播種してから4週間でシロイヌナズナが開花した。
比較例３
　実施例３と全く同様の条件でシロイヌナズナ栽培を行い、長日処理を行わず連続8時間照射、連続16時間暗期のサイクルで栽培を続けたところ、種子を播種してから4週間では開花せず、開花までに8週間を要した。
　水または養液を吸収し、適度な水分ストレスを付加して植物を栽培できる親水性フィルムを用いる本発明の植物栽培システムを使用して植物の栽培を行うと、植物の病気を誘発する雑菌などからの感染を回避することができると同時に、植物の生殖成長を促進できる。また、相対的に葉の面積拡大を抑制でき、花穂の葉に対する収量を増大させることが出来る。
　また植物の光周性を利用する本発明の植物栽培システムを使用すると、花芽分化を促すことができ、医薬品などとして有用な物質が二次代謝産物として集積される花穂の花成を促進できる。
　本発明によれば根ぐされなどの原因となる根の酸素欠乏状態を招くことなく、効率的且つ安定的に、長期間に亘り十分な量の養分を植物の根から吸収させることができ、それにより長期間に亘り持続的に植物の生長を著しく促進させることが可能となる。従って本発明は、植物の栽培が関わる産業、例えば農業や園芸、医薬品製造業など、幅広い分野で利用できる。
１．本発明の親水性フィルム
２．水槽
３．養液
４．植物体
５．根
６．植物栽培用支持体
７．蒸発抑制部材あるいは定植板
８．光源
９．タイマーコントローラー

Claims (9)

  1. 　親水性フィルムおよび養液保持手段を構成要素とする植物栽培システムであって、使用時には、植物の根の少なくとも一部が親水性フィルム表面に密着し、該植物の根が密着する該親水性フィルムの反対面に養液が接するように養液が配置され、該植物の栄養成長期間と生殖成長期間の切り替えを日長時間の変更によって行うことを特徴とする植物栽培システム。
  2. 　前記親水性フィルムが、該フィルムを介して水と塩水とを対向して接触させた際に、測定開始後4日目（96時間）の水／塩水の電気伝導度（ＥＣ）の差が4.5ｄＳ/ｍ以下のフィルムであることを特徴とする請求項１に記載の植物栽培システム。
  3. 　該フィルムの水中平衡膨潤度が130％以上300％未満かつ乾燥時の厚みが20μｍ以上150μｍ未満であることを特徴とする請求項１または２に記載の植物栽培システム。
  4. 　養液保持手段が水耕栽培用水槽であり、該親水性フィルムの下面に接触するように配置された養液が水耕栽培用水槽に収容されてなることを特徴とする、請求項１～３のいずれかに記載の植物栽培システム。
  5. 　該養液保持手段が水不透過性表面を有し、その上に該親水性フィルムが敷設されてなり、親水性フィルムと養液保持手段との間に該養液を連続的または間歇的に供給する養液供給手段をさらに含むことを特徴とする、請求項１～３のいずれかに記載の植物栽培システム。
  6. 　遮光手段および照明手段からなる群より選ばれる少なくとも１種をさらに含むことを特徴とする、請求項１～５のいずれかに記載の植物栽培システム。
  7. 　短日植物または長日植物の栽培に用いるための請求項１～６のいずれかに記載の植物栽培システム。
  8. 　（１）植物をその上で栽培するための親水性フィルム、および該親水性フィルムの植物の反対面に接触するように配置された養液保持手段を含む植物栽培システムを提供し、
    （２）該システム内の親水性フィルムの上に短日植物を配置し、
    （３）養液を、該親水性フィルムを介して該植物に接触させ、
    （４）初期の栄養成長期間は13時間以上の長時間光照射栽培および連続11時間未満の暗時間栽培を行い、そして
    （５）引き続き生殖成長期間は13時間未満の短時間光照射栽培および連続11時間以上の暗時間栽培を行う
    ことによって、該親水性フィルムの上で植物を栽培することを包含する短日植物の栽培方法。
  9. 　（１）植物をその上で栽培するための親水性フィルム、および該親水性フィルムの植物の反対面に接触するように配置された養液保持手段を含む植物栽培システムを提供し、
    （２）該システム内の親水性フィルムの上に長日植物を配置し、
    （３）養液を、該親水性フィルムを介して該植物に接触させ、
    （４）初期の栄養成長期間は毎日13時間未満の短時間光照射栽培および連続11時間以上の暗時間栽培を行い、そして
    （５）引き続き生殖成長期間は13時間以上の長時間光照射栽培および連続11時間未満の暗時間栽培を行う
    ことによって、該親水性フィルムの上で植物を栽培することを包含する長日植物の栽培方法。
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