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2021年03月02日
プラズマ※1を用いた水耕栽培の培養液の新たな殺菌技術を確立 ~プラズマ照射により培養液中の微生物(かび)の増殖抑制を確認~

当社は、東北大学(大学院工学研究科、金子俊郎教授)との共同研究により、施設園芸や植物工場の水耕栽培で使用される培養液の衛生管理方法の1つとして、プラズマによる培養液中の微生物(かび)の増殖を抑制する殺菌効果を確認しました。

■ 背景
当社は、環境監視クラウドシステムOKIPPA_Greenや植物工場等の施設園芸事業に関わる研究開発に取り組んでおります。

施設園芸の栽培方式の一つである水耕栽培は、窒素やリン、カリウムなどの植物の栄養成分を溶け込ませた水(培養液」に植物の根を浸して栽培するため、培養液中の微生物(かび)の発生と増殖が大きな課題となっております。かびの中には根に付着し腐敗させる種類※2もあり、場合によっては植物が枯死に至ることもあります。また同一の培養液で多くの植物を栽培する場合は、かびが増殖すると病害が多くの植物へ拡散し、安定した生産ができません。
また、培養液中のかびは培養液に浸っている根だけでなく、飛散して葉に付着することで葉への病害を発生させることもわかっています。そのため、培養液中のかびの増殖を抑えることは、病害の予防のために必要と考えられています。
しかしながら、培養液中に直接添加できる農薬※3は少なく、かびの殺菌に効果のある紫外線やオゾン等を用いた技術はありますが、栄養成分の沈殿や強力な酸化効果による作物の生育不良といった課題があります。
以上から、栄養成分の沈殿や作物の生育に影響を与えずに培養液中のかびを殺菌する技術の確立が期待されていました。

■ 成果の概要
①プラズマ照射による培養液中のかびの増殖抑制の確認
かびが増殖した培養液※4の中にプラズマを照射し、酸化力の高い活性種※5を発生させることで、水耕栽培で主に問題視されている根腐病のかび※2の増殖抑制効果を確認しました。また培養液中のかび数を1/100以下まで抑えることができることを確認しました(表-1)。
②増殖抑制効果と活性種の濃度の確認
プラズマ照射により培養液中に発生する活性種の一つである過酸化水素は、高濃度(1,000μM以上)で培養液中に存在すると植物の根に接触し、生育を抑制させます。今回、培養液中のかびの増殖抑制効果が得られた条件※6において、過酸化水素の濃度は植物の生育抑制の影響が出る1/5の200μMとなり、植物の生育への影響は少ないことを確認しました(図-1)。

 

表-1 プラズマの異なる照射条件が培養液中のかびに及ぼす影響

 

図-1 プラズマの異なる照射条件が液中の活性種(過酸化水素)の濃度に及ぼす影響


※1 固体・液体・気体に次ぐ物質の第4の状態のこと。気体の温度を上げることにより正イオンと電子に電離した状態。
※2 fusarium属のかびのこと。
※3 殺菌剤。水耕栽培している植物への施用方法は葉面散布のみになる。
※4 植物工場施設にて14日間、植物栽培に使用した培養液。
※5 ヒドロキシラジカル、過酸化水素、亜硝酸イオンのこと。
※6 3 kHz,500 sと5 kHz,300 sの2つの条件。

■ 今後の展開
この成果を踏まえ、より実効性・実用性を高めた新たな培養液の衛生管理方法の確立を目指した研究を進めて参ります。将来的に植物工場等の水耕栽培における安定生産、生産性向上に資する技術開発を目指します。