JP6362135B2 - 植物の生産方法 - Google Patents
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Description
特許文献1には、緑色光を暗黒時に果菜類に照射して、着果及び果実肥大を促進させる技術を開示する。
特許文献2には、植物に緑色光を照射することで植物遺伝子の発現を誘導し、病害抵抗性を高める技術を開示する。
特許文献3には、植物に紫色光を照射することにより病原抵抗性を高める技術を開示する。
特許文献2では、暗条件下で緑色光照射によりジャスモン酸生合成経路の二つの酵素(AOS,LOX)発現を確認していることからジャスモン酸の誘導を示唆しているものと思われるが、ジャスモン酸は活物寄生菌への防御効果はない(非特許文献4)。
また、ジャスモン酸は植物の生長には抑制的な作用を有するのに特許文献1では果菜類の収量増加に寄与するとしているが、そのメカニズムが明らかでない。
これにより農薬使用削減が可能となる安全な、かつ収量が増加する植物の生産方法を実現することを目的とする。
ここで白色光とは自然光のみならず、自然光に近い人工光が含まれる趣旨である。
緑色光を暗条件下で照射して植物の青、緑光の受容体であるクリプトクロム2で緑色光を受容し、師管伴細胞内のクリプトクロム2による開花促進効果を発揮させる。
また同時に植物ホルモンのジャスモン酸を発現させる。
このジャスモン酸は死物寄生菌に対する防御たんぱく質を誘導する他に食害に対しての防御の効果を有する。
またジャスモン酸は根の伸長抑制など成長抑制効果を有する。
その後暗条件下で赤色光を照射して赤色光受容体であるフィトクロムBを刺激して成長ホルモンであるオーキシンを誘引する。
オーキシンはイチゴなどの果菜類における開花した後の果実肥大に必要な植物ホルモンである。
このようにすると、緑色光を暗条件で照射して上記のように師管伴細胞内のクリプトクロム2による開花促進効果を発揮させ、同時に植物ホルモンのジャスモン酸を発現させる。
このジャスモン酸は上述したとおり死物寄生菌に対する防御たんぱく質を誘導する他に食害に対しての防御の効果を有するが、一方活物寄生菌に対しての防御効果はなく、根の伸長抑制や開花抑制など成長抑制効果を有する。
そこで緑色光の照射後に後暗条件下で青色光を照射してサリチル酸を発現させることにしたものである。
サリチル酸はジャスモン酸と拮抗作用を持ち、かつ開花促進効果を有する。
またサリチル酸は活物寄生菌に対する防御応答を誘引する。
従って、この方式ではジャスモン酸とサリチル酸を交互に誘引して死物寄生菌および活物寄生菌の両者に対しての防御を誘引することができ、また開花を大きく促進することができる。
なお照射のスケジュールは暗条件下での単色光照射から植物ホルモン等を誘導するまでに数時間レベルの期間を要することから太陽光利用型の植物栽培では夜間の暗条件下で単色光照射を繰り返すのが合理的である。
人工光利用型の植物栽培では暗条件を自由に設定できるので数時間置いた同一の暗期間に緑色光照射と赤色光照射又は青色光照射をすることで同一の効果が得られる。
なお、緑色光,赤色光及び青色光の照射組み合せは、上記各単色光の効果を考慮して自由に組み合せることができ、白色光と組み合せることもできる。
緑色光は波長530±30nmにピークがあり、赤色光は波長650±40nmにピークがあり、青色光は波長450±30nmにピークがある光源であれば蛍光灯に限らず発光ダイオード(LED)、冷陰極管エレクトロイルミネッセンス(EL)、レーザー光など他の光源も使用できる。
ジャスモン酸の発現によりオーキシン生合成酵素(YUCCA)が増加し(非特許文献1)、またオーキシン生成によりジャスモン酸合成経路の受容体(JAZ1)が誘導される(非特許文献2)等、いわゆるクロストークにより成長抑制ホルモンのジャスモン酸は成長促進ホルモンのオーキシンと連携して常時反転できる体制を整えて恒常性を保とうとすることで積極的にオーキシンの誘導を促し果菜類の収量が増加する。
<栽培条件>
各区にイチゴ、宝交早生10本の苗を定植した。
それぞれの区における単色光照射は、火,木,土の午前1時〜3時の夜間2時間、暗条件下で照射した。
各区の照射量は次のとおりとした。
緑色光照射区:20.3〜36.0μmol/m2/s
赤色光照射区:11.3〜27.0μmol/m2/s
青色光照射区:22.5〜67.0μmol/m2/s
非照射区 :0μmol/m2/s
なお、雲、雨天時のみ、ガラス温室内を白熱灯+電球型LEDにて補光を8:00〜20:00の12時間の範囲内で行った。
補光の強さは補光単独で120〜150μmol/m2/sであった。
<ハダニの被害調査結果>
苗定植80日後にハダニの発生を確認した。
被害量を定量化するためにスコアを下記のとおり6段階に層別し、点数化した。
スコア0:変化なし。
スコア1:葉裏に黒点付着しているが黄変はない。
スコア2:葉裏に黄色のマダラ模様、葉表変化なし。
スコア3:葉裏全体が黄色いが葉表は変化なし。
スコア4:葉裏全体が黄色くなり、葉表に白点が進行している。
スコア5:葉に蜘蛛の巣は張った状態である。
完全展開した三枚葉の被害スコアから株毎の平均被害量を計算し、グラフにした結果を図4に示す。
この結果から緑色光照射区は他区に対して1%誤差水準、有意でハダニ被害が少なかった。
<ジャスモン酸含有量の調査結果>
ハダニ被害量の評価後、バロックフロアブルでハダニを駆除し、その2週間後に各区から完全展開した三つ葉で最も若い葉を選び約5g採取し、LC−MS/MSで分析した結果を図5のグラフに示す。
なお、ジャスモン酸含有量の分析は非特許文献6に記載の方法に準じて行った。
この結果、緑色光照射区が他区に対して1%有意でもってジャスモン酸の含有量が多くなっていた。
このことから、暗条件下での緑色光照射はジャスモン酸発現を誘導し、結果として虫害に対する防御能力が向上したと推定される。
ジャスモン酸はネクロトロフィックな病害に対しての防御誘導することも知られている。
<サリチル酸含有量の調査結果>
非特許文献6の記載に準じてLC−MS/MSにより分析したサリチル酸含有量を図6のグラフに示す。
グラフに示すとおり、青色光の照射区のサリチル酸含有量が赤色光照射区、緑色光照射区よりも有意に多くなっている。
サリチル酸の生成はバイオトロフィックな病害に対する全身獲得性抵抗(SAR)を誘導する他に、ジャスモン酸の生合成経路を阻害してジャスモン酸の作用を打ち消す拮抗作用を有する。
実験に用いたシロイヌナズナは野生種(Col−0)、クリプトクロム1欠損変異体(cry1)、クリプトクロム2欠損変異体(cry2)、ジャスモン酸生合成酵素欠損変異体(jar1)の4種類である。
種子をガラス瓶内のMS培地上の播種し人工気象器で栽培し、発芽2週間後に100mlのポリポット内の土壌培地に移植し人工気象器に戻した。
土壌培地には、バーミキュライト:ピートモス:パーライト=1:1:1ものを用いた。
人工気象器は18時間日長(5:00〜21:00),6時間暗条件(21:00〜5:00),23℃,相対湿度70%の条件に設定し、緑色光照射区、青色光照射区、非照射区の3区画を設定した。
単色光の照射は火,木,日の週3回、暗条件時の間で1:00〜3:00の2時間とした。
照射量は培地上面で緑色光29μmol/m2/s、青色光26μmol/m2/sとした。
開花率の調査結果を図7に示す。
播種後38日目(DAS38)においてジャスモン酸生合成酵素欠損変異体(jar1)の開花が最も早く、次にクリプトクロム1欠損変異体(cry1)と野生種(col−0)が続き、クリプトクロム2欠損変異体(cry2)はまだ開花していなかった。
また、図示を省略したが緑色光照射区では開花が早く、青色光照射区、非照射区の2区画の間での開花には有意差がなかった。
このことからクリプトクロム2が光刺激を受けて開花が促進される。
また、ジャスモン酸発現がなければさらに開花が早まることが分かる。
また、クリプトクロム2を刺激しての開花促進とジャスモン酸発現の経路とは独立と考えられる。
なお、非特許文献3にはクリプトクロム2が開花促進の光受容体であることが記載されている。
高さ1mの台上にロックウールまたはゼオライトを入れた長さ1m、幅20cmの培地をセットし、台の下においた液肥入りの水タンクからポンプで水を培地に噴霧し、余分な水はドレン回路でタンクに戻す循環型の水耕栽培でイチゴを栽培した。
液肥濃度はEC1.5±0.3で調整した。
照射用蛍光灯は培地斜め上40cmに設置した。
単色光の照射方法としては図3に示す。
(a)はG照射方法として週に3回、火,木,日の夜間、1:00〜3:00の2時間緑色光を照射し,昼間は自然光に当てた。
(b)はG−R照射方式として週3回、火,木,日の夜間1:00〜3:00の2時間緑色光を照射し、翌晩である月,水,金の夜間1:00〜3:00の2時間赤色光を照射した。
なお、昼間は自然光を当てた。
(c)はG−B照射方式として週3回、火,木,金の夜間1:00〜3:00の2時間緑色光を照射し、翌晩である月,水,金の夜間1:00〜3:00の2時間青色光を照射した。
なお、昼間は自然光を当てた。
また、比較にために夜間にいずれの単色光を照射しない非照射区を設けた。
各照射区の間には仕切りカーテンを設け、他区域の照射の影響を受けないようにした培地上面での単色光の照射強さは緑色光、赤色光、青色光ともに10〜55μmol/m2/sであった。
イチゴ宝交早生の定植数は非照射区5本、単色光区にはそれぞれ10本とした。
栽培結果として図1にイチゴ収量、図2に開花数を示す。
図1は非照射区1.000に対する収量比を示し、ジャスモン酸発現後に翌晩にオーキシンを発現させるG−R方式は非照射区に対して約2倍、G照射方式に対しても約1.7の収量であった。
図2は苗数に対する開花数を示し、ジャスモン酸発現後に翌晩に青色光でサリチル酸を
発現させたG−B照射方式が最も開花が進んでいた。
G−B照射方式は図2の結果からG−R照射方式ほどに収量が増加していないものの、開花数が図1に示すとおり進んでいることから、花卉類の栽培や一般作物の栄養成長段階の病害防御手段として利用できる。
なお、非特許文献5にトマト苗で暗条件下、赤色光照射でフィトクロムが刺激されてオーキシンを誘導することが報告されている。
非特許文献7に花成誘導に必要な受容体であるクリプトクロム2は緑色光照射には安定だが太陽光内に豊富に存在する青色光の連続照射に対して不安定であり消去されると報告されている。
これらの非特許文献と上記実験結果から暗条件下での弱い単色光照射はクリプトクロムやフィトクロム等の光受容体を刺激し、信号伝達物質である植物ホルモンを誘導して植物の形態形成に影響を与えていることが分かる。
Claims (2)
- 白色光下で植物の栽培を行い、その途中に緑色光を暗条件下で照射するステップと、赤色光を暗条件下で照射するステップとを有することを特徴とする植物の生産方法。
- 前記、赤色光を照射するステップの替わりに青色光を照射するステップを有することを特徴とする請求項1記載の植物の生産方法。
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