特開 2022-22539 ダイズの生長促進方法及びミリ波照射したダイズ種子、および、植物種子にミリ波を照射するミリ波照射システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022022539

(43)【公開日】2022-02-07

(54)【発明の名称】ダイズの生長促進方法及びミリ波照射したダイズ種子、および、植物種子にミリ波を照射するミリ波照射システム

(51)【国際特許分類】

   A01G 7/00 20060101AFI20220131BHJP

   A01H 3/00 20060101ALI20220131BHJP

   A01H 6/54 20180101ALN20220131BHJP

   A01H 5/10 20180101ALN20220131BHJP

   C12N 9/04 20060101ALN20220131BHJP

   C12N 9/90 20060101ALN20220131BHJP

【ＦＩ】

A01G7/00 604C

A01H3/00

A01H6/54

A01H5/10

C12N9/04 Z

C12N9/90

【審査請求】未請求

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020110223

(22)【出願日】2020-06-26

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り （１）発行日：令和２年１月１２日 刊行物：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，２０２０，Ｖｏｌ．２１，Ｉｓｓ．２，４８６；ｄｏｉ：１０．３３９０／ｉｊｍｓ２１０２０４８６ （２）ウェブサイトの掲載日：令和２年１月１２日ウェブサイトのアドレス：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｍｄｐｉ．ｃｏｍ／１４２２－００６７／２１／２、ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｍｄｐｉ．ｃｏｍ／１４２２－００６７／２１／２／４８６／ｈｔｍ

(71)【出願人】

【識別番号】390013815

【氏名又は名称】学校法人金井学園

(71)【出願人】

【識別番号】504145320

【氏名又は名称】国立大学法人福井大学

(74)【代理人】

【識別番号】100124718

【弁理士】

【氏名又は名称】増田 建

(74)【代理人】

【識別番号】100136216

【弁理士】

【氏名又は名称】増田 恵美

(72)【発明者】

【氏名】小松 節子

(72)【発明者】

【氏名】谷 正彦

(72)【発明者】

【氏名】古屋 岳

【テーマコード（参考）】

2B030

4B050

【Ｆターム（参考）】

2B030AA02

2B030AB03

2B030AD06

2B030CA28

2B030CB02

4B050CC10

4B050DD14

4B050LL10

(57)【要約】      （修正有）

【課題】ミリ波照射による冠水ダイズ及び非冠水ダイズの生長促進方法、および、冠水耐性を獲得したダイズ種子と、これに用いるミリ波照射システムを併せて提供する。
【解決手段】常温・常湿の環境下において平均照射強度０．０６～０．５１ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー５～４０ｍＷ）のミリ波をダイズ種子に１０～３０分間照射後、播種して生長中のダイズを冠水させて、タンパク質群を増減させる。また、ミリ波照射により冠水耐性を獲得したダイズ種子は、タンパク質群が、活性酸素消去系に関与するアスコルビン酸ペルオキシダーゼ、ペルオキシレドキシン、解糖系に関与するトリオースリン酸イソメラーゼ、グリセルアルデヒド３リン酸脱水素酵素、糖代謝系のトレハロース合成に関与するタンパク質群のいずれか１以上のタンパク質又はタンパク質群である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ダイズ種子にミリ波を照射して該ダイズ種子の生長を促進する方法であって、
常温・常湿の環境下において平均照射強度０．０６～０．５１ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー５～４０ｍＷ）のミリ波をダイズ種子に１０～４０分間照射して、該ダイズ種子を播種して生長中のダイズに含まれるタンパク質群を増減させることを特徴とする、ミリ波照射によるダイズの生長促進方法。

【請求項2】

前記ダイズ種子に、平均照射強度０．０６～０．２５ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー５～２０ｍＷ）のミリ波を１０～４０分間照射する、請求項１に記載のミリ波照射によるダイズの生長促進方法。

【請求項3】

前記タンパク質群は、活性酸素消去系に関与するアスコルビン酸ペルオキシダーゼであり、
ダイズ種子へのミリ波照射により、アスコルビン酸ペルオキシダーゼを増加させる、請求項１に記載のミリ波照射によるダイズの生長促進方法。

【請求項4】

前記タンパク質群は、活性酸素消去系に関与するペルオキシレドキシンであり、
ミリ波照射により、ペルオキシレドキシンを増加させる、請求項１に記載のミリ波照射によるダイズの生長促進方法。

【請求項5】

前記タンパク質群は、解糖系に関与するトリオースリン酸イソメラーゼであり、
ダイズ種子へのミリ波照射により、トリオースリン酸イソメラーゼを増加させる、請求項１に記載のミリ波照射によるダイズの生長促進方法。

【請求項6】

常温・常湿の環境下において平均照射強度０．０６～０．５１ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー５～４０ｍＷ）のミリ波を１０～４０分間照射した後、播種して生長中のダイズに含まれるタンパク質群が増減することを特徴とするダイズ種子であって、該タンパク質群は、
（１）活性酸素消去系に関与するアスコルビン酸ペルオキシダーゼ、
（２）活性酸素消去系に関与するペルオキシレドキシン、
（３）解糖系に関与するトリオースリン酸イソメラーゼ、
のいずれか１以上のタンパク質又はタンパク質群である、ミリ波照射により生長が促進されるダイズ種子。

【請求項7】

ダイズ種子にミリ波を照射して該ダイズ種子の生長を促進する方法であって、
常温・常湿の環境下において平均照射強度０．０６～０．５１ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー５～４０ｍＷ）のミリ波をダイズ種子に１０～３０分間照射した後、該ダイズ種子を播種して生長中のダイズを冠水させて、該ダイズの含むタンパク質群を増減させることを特徴とする、ミリ波照射による冠水ダイズの生長促進方法。

【請求項8】

前記ダイズ種子に、平均照射強度０．１３～０．２５ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー１０～２０ｍＷ）のミリ波を１０～２０分間照射する、請求項７に記載のミリ波照射による冠水ダイズの生長促進方法。

【請求項9】

前記タンパク質群は、活性酸素消去系に関与するアスコルビン酸ペルオキシダーゼであり、
ミリ波未照射のダイズ種子を播種後に冠水処理したダイズにおいて、冠水によるストレスにより減少するアスコルビン酸ペルオキシダーゼを、ダイズ種子へのミリ波照射により増加させる、請求項７に記載のミリ波照射による冠水ダイズの生長促進方法。

【請求項10】

前記タンパク質群は、活性酸素消去系に関与するペルオキシレドキシンであり、
ミリ波未照射のダイズ種子を播種後に冠水処理したダイズにおいて、冠水によるストレスにより増加するペルオキシレドキシンを、ミリ波照射により更に増加させる、請求項７に記載のミリ波照射による冠水ダイズの生長促進方法。

【請求項11】

前記タンパク質群は、解糖系に関与するトリオースリン酸イソメラーゼ及びグリセルアルデヒド３リン酸脱水素酵素であり、
ミリ波未照射のダイズ種子を播種後に冠水処理したダイズにおいて、冠水によるストレスにより増加するトリオースリン酸イソメラーゼ及びグリセルアルデヒド３リン酸脱水素酵素を、ダイズ種子へのミリ波照射により更に増加させる、請求項７に記載のミリ波照射による冠水ダイズの生長促進方法。

【請求項12】

前記タンパク質群は、糖代謝系のトレハロース合成に関与するタンパク質群であり、
前記冠水によるストレスにより減少するトレハロース合成に関与するタンパク質群を、ミリ波照射により回復させてトレハロースの合成を増加させる、請求項７に記載のミリ波照射による冠水ダイズの生長促進方法。

【請求項13】

ミリ波を照射することにより、その生長が促進されるダイズ種子において、
常温・常湿の環境下において平均照射強度０．０６～０．５１ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー５～４０ｍＷ）のミリ波を１０～３０分間照射した後、播種して生長中のダイズを冠水させて、該ダイズの含むタンパク質群が増減することを特徴とするダイズ種子であって、該タンパク質群が、
（１）活性酸素消去系に関与するアスコルビン酸ペルオキシダーゼ、
（２）活性酸素消去系に関与するペルオキシレドキシン、
（３）解糖系に関与するトリオースリン酸イソメラーゼ、
（４）解糖系に関与するグリセルアルデヒド３リン酸脱水素酵素、
（５）糖代謝系のトレハロース合成に関与するタンパク質群
のいずれか１以上のタンパク質又はタンパク質群である、ミリ波照射により冠水耐性を獲得したダイズ種子。

【請求項14】

ミリ波を照射しないで播種したダイズ種子の冠水下での生長を促進する方法であって、
該ダイズ種子が播種されて生長中のダイズが冠水の際に、トレハロースを添加する冠水ダイズの生長促進方法。

【請求項15】

ミリ波を照射しないで播種したダイズ種子が播種されて生長中のダイズであって、
該ダイズが冠水された際に、トレハロースを添加されたダイズ。

【請求項16】

ミリ波を発振するミリ波光源を含むミリ波照射装置と、
鉛直方向に単層となるように植物種子を動径方向に密に配列し得る透明容器と、
を含み、該ミリ波照射装置が、該透明容器の鉛直方向から、ミリ波を反鉛直方向に該透明容器に照射し得るミリ波照射システムであって、
前記ミリ波照射装置は、前記ミリ波光源と、該ミリ波光源から放射されるミリ波を導波する導波管と、該導波管により導波された該ミリ波を空間に放射するホーンアンテナと、を含み、
（１）該透明容器と該ホーンアンテナ間の距離、
（２）該透明容器の動径方向の長さ（又は直径）、
（３）該ホーンアンテナにより放射する該ミリ波の放射角、
を調整することにより、
前記ホーンアンテナから前記透明容器に対して反鉛直方向に放射されるミリ波の強度が、該透明容器の重心位置で最大強度となり、該透明容器の端部で最大強度のｅ^－２となるガウス分布となるように、該透明容器と前記ミリ波照射装置が配置される、植物種子にミリ波を照射するミリ波照射システム。

【請求項17】

前記ミリ波光源は、Ｇｕｎｎ発振器又はジャイロトロンである、請求項１６に記載の植物種子にミリ波を照射するミリ波照射システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ダイズの生長促進方法及びミリ波照射したダイズ種子、および、植物種子にミリ波を照射するミリ波照射システムに関し、より詳しくは、ミリ波照射によるダイズの生長促進方法及びミリ波照射により生長が促進されるダイズ種子、および、ミリ波照射による冠水ダイズの生長促進方法及びミリ波照射により冠水耐性を獲得したダイズ種子、および、トレハロースを添加されたダイズ、更に、植物種子にミリ波を照射するミリ波照射システムに関する。

【背景技術】

【0002】

図１１に示すように、近年のわが国におけるダイズ生産量とその消費量は共にほぼ横ばいであるが、ダイズの国内生産量は極端に低く、その消費量の９３％以上を輸入に頼っているのが現状である。

【0003】

ダイズの国内生産量が低い原因として、ダイズ生産の８５％を水田転換畑で栽培していることが挙げられる。すなわち、水田転換畑で発生しやすい湿害が、生産性低下の原因のひとつとなっている。特にわが国では、ダイズの生育初期に梅雨の季節が重なり、湿害により出芽不良による欠株が増加して、生産性の低下を招いている。その他、雑草との生育競合や土壌病原菌の感染が、ダイズの生産量が低い原因となっている。

【0004】

このように、ダイズの生長と収量は、多様な環境条件の影響を強く受ける。したがって、環境ストレス下のダイズの品質と耐性の改善が大変重要である。

【0005】

ダイズを含む多くの作物は、冠水ストレスに特に敏感である。これは、土壌中の酸素濃度の低下を引き起こし、 根の生長を阻害するためである。更に、酸化的リン酸化により、ＡＴＰ産生とエネルギー変換が阻害され、ダイズの生長に深刻な影響を及ぼす。

【0006】

ダイズ種子は播種後５日以内に出芽し、側根が生長し始める。出芽後の損傷は、根頂分裂組織を含む根端の細胞死を誘発して、ダイズの根系の発達を著しく脅かし、根の伸長と重量が抑制される。

【0007】

そこで、植物の生長を促進するため、 初期のダイズの冠水耐性を改善するためにいくつかの戦略が使用された。例えば、以下の例が報告されている。
（１）アブシジン酸を添加したダイズは、対照と比較して、冠水後の生存率が高かった（非特許文献３参照）。
（２）ガンマ線照射突然変異体から選抜された冠水耐性ダイズは、水除去後に生長を回復した（非特許文献４参照）。
（３）ダイズは、冠水時に植物由来煙水を添加することにより水除去後に生長を回復した（非特許文献５参照）。

【0008】

これらの応用例は冠水耐性ダイズの開発へ重要な影響をもつ。冠水被害からダイズ植物を保護するには、単純で安全な手法の探求が必要である。

【0009】

ミリ波は３０～３００ＧＨｚの範囲の無線周波数帯域であり、１～１０ｍｍの波長範囲である。ミリ波照射は環境的に適切な技術であり、長波長であるため人間の健康に無脅威で、生物に正の影響を与えることが報告されている。それは、生命活動、細胞分裂、酵素活性、いくつかの微生物のバイオマス蓄積に影響を及ぼす。例えば、ミリ波照射されたコムギの種子は、無処理に比べて、生長もよく収穫量も多いことが報告されている（非特許文献１参照）。また、ミリ波に隣接するマイクロ波（主に２．４５ＧＨｚ、波長１２２ｍｍ程度、一般には波長１０ｍｍ～１ｍ）ではあるが、植物の種子等が発芽して新芽を形成した後の所定の時期にマイクロ波を所定の時間照射することにより植物の育成を図る植物の育成方法が公開されている（特許文献２参照）。また、生の植物に所定の温度環境下で弱いマイクロ波を照射することにより、葉や根茎中の酵素を活性化して、有用な特定の機能性成分の含有量が増大した植物を提供するマイクロ波照射法が公開されている（特許文献１参照）。反対に、ミリ波の照射は、ジャガイモの生長には正の影響が確認されなかった（非特許文献２参照）。

【0010】

したがって、ミリ波の照射は、一部の作物で収穫を促進することが確認されているが、影響を与えない作物も存在しており、ミリ波の照射のダイズへの影響に関する報告は、これまでのところなされていない。

【0011】

一方、植物の生長と発達を研究する手法として、種子の処理には、簡易性や経済的実現可能性などの利点がある。例えば、磁場、レーザー、またはナノ粒子によるダイズ種子の処理が知られており、ダイズの生長を促し、栄養化合物のより良い蓄積をもたらす。ミリ波照射によるダイズ種子の処理は、ダイズの生長と発達を促進するための潜在的な方法であり、ストレスの多い条件下でダイズ代謝を正方向に制御する。ただし、ダイズへのミリ波の影響は研究されていない。

【0012】

【非特許文献1】Betskii,O. et al. J.Sci.Eng.2007,23,236-252

【非特許文献2】Jakubowski,T. et al. Inzynieria Rol.2010,14,57-64

【非特許文献3】Komatsu,S. et al. J. Proteome Res.2013,12,4769-4784

【非特許文献4】Komatsu,S. et al. J. Proteomics 2013,79,231-250

【非特許文献5】Li,X. et al. J. Proteomics 2018,181,238-248

【非特許文献6】Zhong.Z. et al. Int.J.Mol.Sci. 2020,21,486

【特許文献1】特開２０１９－１４６５６６号公報

【特許文献2】特許第６２１０５８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

上述のように、ダイズの収量は、初期生育に依存して変動し、特に湿害は収量に影響を及ぼす一つの要因である。このことより、冠水に対して耐性をもつ冠水耐性ダイズの作出は、重要な課題となっている。

【0014】

例えば、上記のようにミリ波に隣接するマイクロ波（一般に波長１０ｍｍ～１ｍ）ではあるが、植物の種子等が発芽して新芽を形成した後の所定の時期にマイクロ波を所定の時間照射することにより植物の育成を図る植物の育成方法が公開されている（特許文献２参照）。また、生の植物に所定の温度環境下で弱いマイクロ波を照射することにより、葉や根茎中の酵素を活性化して、有用な特定の機能性成分の含有量が増大した植物を提供するマイクロ波照射法が公開されている（特許文献１参照）。しかし、これらの文献は、冠水ストレス下の植物の生長に関しては言及していない。

【0015】

そこで、本発明は、冠水ストレスを受けたダイズの生長を回復させる方法として、ミリ波照射に着目した。すなわち、本発明は、ミリ波照射による冠水ダイズの生長促進方法及びミリ波照射により冠水耐性を獲得したダイズ種子を提供し、これに用いるミリ波を照射するミリ波照射システムを併せて提供する。更に本発明は、生長中のダイズが冠水の際に、トレハロースを添加する冠水ダイズの生長促進方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明に係るミリ波照射によるダイズの生長促進方法は、ダイズ種子にミリ波を照射して当該ダイズ種子の生長を促進する方法であって、常温・常湿の環境下において平均照射強度０．０６～０．５１ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー５～４０ｍＷ）のミリ波をダイズ種子に１０～４０分間照射して、当該ダイズ種子を播種して生長中のダイズに含まれるタンパク質群を増減させることを特徴とする。

【0017】

本明細書中において、ダイズ種子を播種して生長中の植物体を「ダイズ」といい、冠水処理を行ったダイズを「冠水ダイズ」と、冠水処理を行わないダイズを「非冠水ダイズ」というものとする。また、ダイズ種子にミリ波照射を行ったダイズを「照射ダイズ」と、ミリ波照射を行わないダイズ種子を「未照射ダイズ」という。

【0018】

本発明に係るミリ波照射によるダイズの生長促進方法は、前記ダイズ種子に、平均照射強度０．０６～０．２５ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー５～２０ｍＷ）のミリ波を１０～４０分間照射するのが好ましい。

【0019】

本発明に係るミリ波照射によるダイズの生長促進方法は、前記タンパク質群は、活性酸素消去系に関与するアスコルビン酸ペルオキシダーゼであり、ダイズ種子へのミリ波照射により、アスコルビン酸ペルオキシダーゼを増加させる。

【0020】

本発明に係るミリ波照射によるダイズの生長促進方法は、前記タンパク質群は、活性酸素消去系に関与するペルオキシレドキシンであり、ダイズ種子へのミリ波照射により、ペルオキシレドキシンを増加させる。

【0021】

本発明に係るミリ波照射によるダイズの生長促進方法は、前記タンパク質群は、解糖系に関与するトリオースリン酸イソメラーゼであり、ダイズ種子へのミリ波照射により、トリオースリン酸イソメラーゼを増加させる。

【0022】

本発明に係るミリ波照射により生長が促進されるダイズ種子は、常温・常湿の環境下において平均照射強度０．０６～０．５１ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー５～４０ｍＷ）のミリ波を１０～４０分間照射した後、播種して生長中のダイズに含まれるタンパク質群が増減することを特徴とするダイズ種子であって、当該タンパク質群は、
（１）活性酸素消去系に関与するアスコルビン酸ペルオキシダーゼ、
（２）活性酸素消去系に関与するペルオキシレドキシン、
（３）解糖系に関与するトリオースリン酸イソメラーゼ、
のいずれか１以上のタンパク質又はタンパク質群である。

【0023】

本発明に係るミリ波照射による冠水ダイズの生長促進方法は、ダイズ種子にミリ波を照射して当該ダイズ種子の生長を促進する方法であって、常温・常湿の環境下において平均照射強度０．０６～０．５１ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー５～４０ｍＷ）のミリ波をダイズ種子に１０～３０分間照射した後、当該ダイズ種子を播種して生長中のダイズを冠水させて、当該ダイズの含むタンパク質群を増減させることを特徴とする。

【0024】

本発明に係るミリ波照射による冠水ダイズの生長促進方法は、前記ダイズ種子に、平均照射強度０．１３～０．２５ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー１０～２０ｍＷ）のミリ波を１０～２０分間照射するのが好ましい。

【0025】

本発明に係るミリ波照射による冠水ダイズの生長促進方法は、前記タンパク質群は、活性酸素消去系に関与するアスコルビン酸ペルオキシダーゼであり、ミリ波未照射のダイズ種子を播種後に冠水処理したダイズにおいて、冠水によるストレスにより減少するアスコルビン酸ペルオキシダーゼを、ダイズ種子へのミリ波照射により増加させる。

【0026】

本発明に係るミリ波照射による冠水ダイズの生長促進方法は、前記タンパク質群は、活性酸素消去系に関与するペルオキシレドキシンであり、ミリ波未照射のダイズ種子を播種後に冠水処理したダイズにおいて、冠水によるストレスにより増加するペルオキシレドキシンを、ミリ波照射により更に増加させる。

【0027】

本発明に係るミリ波照射による冠水ダイズの生長促進方法は、前記タンパク質群は、解糖系に関与するトリオースリン酸イソメラーゼ及びグリセルアルデヒド３リン酸脱水素酵素であり、ミリ波未照射のダイズ種子を播種後に冠水処理したダイズにおいて、冠水によるストレスにより増加するトリオースリン酸イソメラーゼ及びグリセルアルデヒド３リン酸脱水素酵素を、ダイズ種子へのミリ波照射により更に増加させる。

【0028】

本発明に係るミリ波照射による冠水ダイズの生長促進方法は、前記タンパク質群は、糖代謝系のトレハロース合成に関与するタンパク質群であり、前記冠水によるストレスにより減少するトレハロース合成に関与するタンパク質群を、ミリ波照射により回復させてトレハロースの合成を増加させる。

【0029】

本発明に係るミリ波照射により冠水耐性を獲得したダイズ種子は、ミリ波を照射することにより、その生長が促進されるダイズ種子において、
常温・常湿の環境下において平均照射強度０．０６～０．５１ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー５～４０ｍＷ）のミリ波を１０～３０分間照射した後、播種して生長中のダイズを冠水させて、当該ダイズの含むタンパク質群が増減することを特徴とするダイズ種子であって、当該タンパク質群は、
（１）活性酸素消去系に関与するアスコルビン酸ペルオキシダーゼ、
（２）活性酸素消去系に関与するペルオキシレドキシン、
（３）解糖系に関与するトリオースリン酸イソメラーゼ、
（４）解糖系に関与するグリセルアルデヒド３リン酸脱水素酵素、
（５）糖代謝系のトレハロース合成に関与するタンパク質群
のいずれか１以上のタンパク質又はタンパク質群である。

【0030】

本発明に係るトレハロースを添加する冠水ダイズの生長促進方法は、ミリ波を照射しないで播種したダイズ種子の冠水下での生長を促進する方法であって、当該ダイズ種子が播種されて生長中のダイズが冠水の際に、トレハロースを添加することを特徴とする。

【0031】

本発明に係るトレハロースを添加されたダイズは、ミリ波を照射しないで播種したダイズ種子が播種されて生長中のダイズであって、当該ダイズが冠水された際に、トレハロースを添加されたダイズである。

【0032】

本発明に係る植物種子にミリ波を照射するミリ波照射システムは、ミリ波を発振するミリ波光源を含むミリ波照射装置と、鉛直方向に単層となるように植物種子を動径方向に密に配列し得る透明容器と、を含み、当該ミリ波照射装置が、当該透明容器の鉛直方向から、ミリ波を反鉛直方向に当該透明容器に照射し得るミリ波照射システムであって、前記ミリ波照射装置は、前記ミリ波光源と、当該ミリ波光源から放射されるミリ波を導波する導波管と、当該導波管により導波された当該ミリ波を空間に放射するホーンアンテナと、を含み、
（１）当該透明容器と当該ホーンアンテナ間の距離、
（２）当該透明容器の動径方向の長さ（又は直径）、
（３）当該ホーンアンテナにより放射する当該ミリ波の放射角、
を調整することにより、前記ホーンアンテナから前記透明容器に対して反鉛直方向に放射されるミリ波の強度が、当該透明容器の重心位置で最大強度となり、当該透明容器の端部で最大強度のｅ^－２となるガウス分布となるように、当該透明容器と前記ミリ波照射装置が配置される。

【0033】

本発明に係る植物種子にミリ波を照射するミリ波照射システムにおいて、前記ミリ波光源は、Ｇｕｎｎ発振器又はジャイロトロンであってよい。

【発明の効果】

【0034】

本発明に係るミリ波照射を行ったダイズ種子は、冠水処理の有無にかかわらず生長が促進された。すなわち、ダイズ種子に有効な出力のミリ波照射を一定時間行うことにより、播種後のダイズの生長は促進され、活性酸素消去系及び糖代謝系、解糖系に関与するタンパク質が増減した。

【0035】

また、例えば平均照射強度０．１３ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー１０ｍＷ）のミリ波を２０分間ダイズ種子に照射することにより、播種後の生長中のダイズは冠水ストレスに対して抵抗性を示した。すなわち、有効な出力のミリ波照射を一定時間行うことにより、ダイズの冠水耐性が付与された。

【0036】

上記ミリ波照射の結果として、冠水ダイズにおいて解糖系のトリオースリン酸イソメラーゼとグリセルアルデヒド３リン酸脱水素酵素の阻止効果が回復した。すなわち、解糖系の制御により、冠水耐性が付与された。

【0037】

上記ミリ波を照射したダイズは、アスコルビン酸ペルオキシダーゼの正方向の制御により、酸化ストレスに対する耐性が高まった。すなわち、活性酸素消去系の制御により、冠水耐性が付与された。

【0038】

また、糖代謝系は冠水下の未照射のダイズでは抑制されるが、ミリ波を照射したダイズでは活性化された。冠水下でのトレハロースの添加は、ミリ波照射時と同様な冠水耐性を冠水ダイズに付与した。

【0039】

以上のように、ダイズ種子へのミリ波照射は、解糖系及び活性酸素消去系の制御を介して、播種後のダイズの生長に対して正の効果を与える。更に、ミリ波照射ダイズにおける糖代謝系の活性化は、冠水ストレス下のダイズの耐性において重要な役割を果たし、冠水ダイズの生長を促進することができる。

【図面の簡単な説明】

【0040】

【図1】ダイズ種子に対して、強度を変えてミリ波を２０分間照射した場合の形態学的効果を表す写真図であり、非冠水ダイズ（左）と冠水ダイズ（右）の写真図である。

【図2】ダイズ種子に対して、ミリ波の強度を変えて２０分間照射した場合の形態学的効果を表すグラフ図であり、（ａ）ミリ波強度に対する非冠水ダイズ（左）と冠水ダイズ（右）の胚軸の長さ（棒グラフ）と重量（折線）を表すグラフ図、（ｂ）ミリ波強度に対する非冠水ダイズ（左）と冠水ダイズ（右）の主根の長さ（棒グラフ）と根の重量（折線）を表すグラフ図、である。

【図3】ダイズ種子に対して照射時間を変えて平均照射強度０．１３ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー１０ｍＷ）のミリ波を照射した場合の形態学的効果を表す写真図であり、非冠水ダイズ（左）と冠水ダイズ（右）の写真図である。

【図4】ダイズ種子に対して照射時間を変えて平均照射強度０．１３ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー１０ｍＷ）のミリ波を照射した場合の形態学的効果を表すグラフ図であり、（ａ）ミリ波照射時間に対する非冠水ダイズ（左）と冠水ダイズ（右）の胚軸の長さ（棒グラフ）と重量（折線）を表すグラフ図、（ｂ）ミリ波照射時間に対する非冠水ダイズ（左）と冠水ダイズ（右）の主根の長さ（棒グラフ）と根の重量（折線）を表すグラフ図、である。

【図5】抗原抗体反応による活性酸素消去系に関与するタンパク質の蓄積量を表す写真図（左）及びこれに対応するグラフ図（右）であり、左右の図において、夫々、左側４つのデータは非冠水ダイズに対するデータ、右側４つのデータは冠水処理を行ったダイズに対するデータを表示しており、夫々の４つのデータは左側から０、５、１０、２０ｍＷ（夫々０、０．０６、０．１３、０．２５ｍＷ／ｃｍ^２）のミリ波照射を行った場合のタンパク質の蓄積量を表し、それぞれ抗体が（ａ）アスコルビン酸ペルオキシダーゼ、（ｂ）グルタチオンレダクターゼ、（ｃ）ペルオキシレドキシンの場合のタンパク質の蓄積量を表す写真図及びグラフ図である。

【図6】抗原抗体反応による解糖系に関与するタンパク質の蓄積量を表す写真図（左）及びこれに対応するグラフ図（右）であり、左右の図において、夫々、左側４つのデータは非冠水ダイズに対するデータ、右側４つのデータは冠水処理を行ったダイズに対するデータを表示しており、夫々の４つのデータは左側から出力パワー０、５、１０、２０ｍＷ（照射強度では夫々０、０．０６、０．１３、０．２５ｍＷ／ｃｍ^２）のミリ波照射を行った場合のタンパク質の蓄積量を表し、それぞれ抗体が（ａ）フルクトースビスリン酸アルドラーゼ、（ｂ）トリオースリン酸イソメラーゼ、および、（ｃ）グリセルアルデヒド３リン酸脱水素酵素の場合のタンパク質の蓄積量を表す写真図及びグラフ図である。

【図7】それぞれ左側から非冠水／未照射、冠水処理／未照射、冠水処理にトレハロース添加／ミリ波未照射、冠水処理／照射、を行ったダイズの生長に関する図であり、（ａ）それぞれの条件で生長したダイズの写真図、（ｂ）（ａ）で撮影されたダイズの夫々の長さを表すグラフ図、（ｃ）（ａ）で撮影されたダイズの夫々の重量を表すグラフ図である。

【図8】ミリ波照射・冠水ダイズ（左）、ミリ波未照射・冠水ダイズ（中）、ミリ波未照射・冠水時にトレハロースを添加したダイズ（右）、の、夫々実験経過と結果を表すフロー図である。

【図9】Ｇｕｎｎ発振器を用いたミリ波照射の実験装置の正面模式図（上）とその平面写真図（下）である。

【図10】ミリ波照射及び冠水処理の実験方法を示すフロー図である。

【図11】わが国におけるダイズ生産量とその消費量を表すグラフ図である。

【発明を実施するための形態】

【0041】

以下、図面を参照しながら本発明に係るミリ波照射を行ったダイズ種子の実施形態及び実施例について説明する。なお、以下各図面を通して同一の構成要素には同一の符号を使用するものとする。

（Ａ）ミリ波照射によるダイズの生長促進方法とその実験概要

【0042】

［ミリ波照射によるダイズの生長促進方法］
本発明に係るミリ波照射によるダイズの生長促進方法は、ダイズ種子にミリ波を照射して、当該ダイズ種子の生長を促進する方法である。本発明のミリ波照射によるダイズの生長促進方法は、例えば，図９のようにＧｕｎｎ発振器にミリ波を出力させ、常温・常湿の環境下において平均照射強度０．０６～０．５１ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー５～４０ｍＷ）のミリ波をダイズ種子に１０～４０分間照射して、当該ダイズ種子を播種して生長中のダイズに含まれるタンパク質群を増減させることにより、ダイズの生長を促進することができる。ここで、常温・常湿の環境下とは、温度２５℃、湿度６０％の環境下をいい、以下同様である。

【0043】

本発明のミリ波照射によるダイズの生長促進方法は、ダイズ種子に、平均照射強度０．０６～０．２５ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー５～２０ｍＷ）のミリ波を１０～４０分間照射するのがより好適である。

【0044】

［ミリ波照射による冠水ダイズの生長促進方法］
また、本発明に係るミリ波照射による冠水ダイズの生長促進方法は、ダイズ種子にミリ波を照射して、当該ダイズ種子を播種後の冠水ダイズの生長を促進する方法である。本発明のミリ波照射による冠水ダイズの生長促進方法は、同じく図９のようにＧｕｎｎ発振器にミリ波を出力させ、平均照射強度０．０６～０．５１ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー５～４０ｍＷ）のミリ波をダイズ種子に１０～３０分間照射した後、これを播種して生長中のダイズを冠水させて、ダイズのタンパク質群を増減させることにより、冠水ダイズの生長を促進することができる。本発明のミリ波照射による冠水ダイズの生長促進方法は、ダイズ種子に、平均照射強度０．１３～０．２５ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー１０～２０ｍＷ）のミリ波を１０～２０分間照射するのがより好適である。

【0045】

［ミリ波照射によるダイズの生長促進方法の実験概要］
本発明のミリ波照射による冠水ダイズの生長促進方法の特徴は、以下の実施例２に記載するように、ミリ波を照射したダイズの形態学的分析（実験２及び実験３）により得られる。このダイズ種子に対するミリ波照射に用いる装置及び処理方法は、実施例１に示す。そして、実施例２のダイズ種子へのミリ波照射後、図１０のフロー図に示すようにダイズ種子を播種して栽培し、冠水や水除去などの処理を行って、ダイズの生長における冠水の影響を解析した。

【0046】

すなわち、本発明において、図１０（ａ）に示すフローのように条件を変えて育成したダイズについて形態学的分析を行い、ミリ波照射及び冠水がダイズの生長に及ぼす効果を解析した。更に、図１０（ｂ）に示すフローのように条件を変えて育成したダイズを採取して、プロテオミクス解析や抗体抗原反応等の解析を行い、ミリ波照射及び冠水によりダイズの生長及びその冠水ストレスの耐性に関与するタンパク質群を特定した。

（Ｂ）ミリ波照射

【実施例0047】

（実験１）
［ミリ波照射システム］
本発明の冠水ダイズの生長促進方法を確立するに当たり、ミリ波照射は、図９のように、光源としてＧｕｎｎ発振器（ガン発振器）を用いた実験装置を使用した。本発明に係る実験では、Caristrom社製のＧｕｎｎ発振器を用いた。

【0048】

このＧｕｎｎ発振器は、７９－１１５ＧＨｚの周波数範囲で７０～８０ｍＷの出力を提供するが、本発明に係る実験では、周波数１１０ＧＨｚ及び減衰器によって調整された出力パワーで、フリーランで動作した 。そして、ミリ波は、１７度の片側放射角を持つホーンアンテナによって自由空間に放射された。

【0049】

その詳細な説明は（Ｆ）項で行うが、このようなＧｕｎｎ発振器を用いた本発明に係るミリ波照射システム１は、ミリ波を発振するミリ波光源１２を含むミリ波照射装置１０と、鉛直方向に単層となるようにダイズ種子を動径方向に密に配列し得るシャーレ２０と、を含み、ミリ波照射装置１０が、シャーレ２０の鉛直方向から、ミリ波を反鉛直方向にシャーレ２０に照射し得るミリ波照射システムであって、ミリ波照射装置１０は、ミリ波光源１２と、ミリ波光源１２から放射されるミリ波を導波する導波管１６と、導波管１６により導波されたミリ波を空間に放射する１７度の片側放射角を持つホーンアンテナ１８とを含む。

【0050】

そして、
（１）シャーレ２０とホーンアンテナ１８間の距離（１５ｃｍ）、
（２）シャーレ２０の直径（９ｃｍ）、
（３）ホーンアンテナ１８により放射するミリ波の片側放射角（角度１７度）、
を調整することにより、ホーンアンテナ１８からシャーレ２０に対して反鉛直方向に放射されるミリ波の強度が、シャーレ２０の重心位置で最大強度となり、シャーレ２０の端部で最大強度のｅ^－２となるガウス分布となるように、シャーレ２０とミリ波照射装置１０が配置される。本発明では、（３）のホーンアンテナ１８として片側放射角が１７度のホーンアンテナ１８を使用し、（２）のシャーレ２０の直径を９ｃｍとしたので、（１）のシャーレ２０とホーンアンテナ１８間の距離を１５ｃｍに調整してミリ波を照射した。

【0051】

［ミリ波照射］
本発明においては、ダイズ種子をシャーレ２０に並べ、上記のミリ波照射システム１（図９参照）を用いてミリ波をシャーレ２０に照射した。ミリ波照射装置１０から放射されるミリ波の出力パワーを０、５、１０、２０、および４０ｍＷとし、夫々２０分間照射を行った（実験２、図１、図２参照）。これらの出力パワーは、ミリ波がシャーレ２０に照射される際には、それぞれ０、０．０６、０．１３、０．２５、および０．５１ｍＷ／ｃｍ^２の平均照射強度に対応する。この平均照射強度は、シャーレ２０の重心位置で最大強度となり、シャーレ２０の端部で最大強度のｅ^－２となるガウス分布となるミリ波の照射強度を、ガウス分布に従って積分し、シャーレ２０の被照射面積で除した値である。

【0052】

次に、照射時間に対する応答として、平均照射強度０．１３ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー１０ｍＷ）のミリ波を０、１０、２０、４０、および８０分間照射した（実験３、図３、図４参照）。この際、ダイズの温度上昇は最大でも１Ｋを十分下回ると推定された。

【0053】

以下に記載する実験において参照する図面（図２、図５、図６）では、ミリ波照射装置１０から放射されるミリ波の出力パワーは、記載の便宜のため０、５、１０、２０、および４０ｍＷの出力パワーを記載するが、シャーレ２０に配置されたダイズ種子に照射されるミリ波の平均照射強度は、表１のように換算される。

【表1】

（Ｃ）ダイズの形態学的分析

【実施例0054】

［ミリ波を照射したダイズの形態学的分析］
ダイズ及び冠水ストレス下のダイズへのミリ波照射の影響を調査するため、異なる処理後のダイズの形態変化を分析した（図１及び図２参照）。

【0055】

（実験２）
［強度を変えたミリ波照射］
ダイズの種子に出力パワー５、１０、２０、４０ｍＷ（夫々平均照射強度０．０６、０．１３、０．２５、０．５１ｍＷ／ｃｍ^２）のミリ波を照射し、一方、未照射ダイズ種子を対照として使用した（出力パワー及び平均照射強度０）。図１は、ダイズ種子に対して、強度を変えてミリ波を２０分間照射した場合の形態学的効果を表す写真図であり、左側が非冠水ダイズを、右側が冠水ダイズの写真図を示している。左側の非冠水ダイズと右側の冠水ダイズの写真図において、夫々左端のダイズが未照射ダイズの写真である。

【0056】

図１の写真図から明らかなように、ダイズの生長は冠水により抑圧されたが、ミリ波照射は非冠水ダイズ及び冠水ストレスのある冠水ダイズの胚軸の伸長を、共に促進した。

【0057】

また、図２は、同じくダイズ種子に対してミリ波の強度を変えて２０分間照射した場合の形態学的効果を表すグラフ図であり、図２（ａ）、（ｂ）に示される夫々の折線及び棒グラフは、図１に撮影されたダイズと左から順にそれぞれ対応している。図２（ａ）はミリ波出力パワーに対する非冠水ダイズ（左）と冠水ダイズ（右）の胚軸の長さ（棒グラフ）と重量（折線）を表すグラフ図であり、図２（ｂ）はミリ波出力パワーに対する非冠水ダイズ（左）と冠水ダイズ（右）の根の長さ（棒グラフ）と重量（折線）を表すグラフ図である。

【0058】

図２（ａ）、（ｂ）において、何れも右側に表示される冠水ダイズの胚軸（上）及び根（下）の長さ（棒グラフ）と重量（折線）を表すグラフ図により、平均照射強度０．０６～０．５１ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー５～４０ｍＷ）で２０分間ミリ波照射した場合、照射ダイズの生長は何れも未照射ダイズを上回った。したがって、少なくとも平均照射強度０．０６～０．５１ｍＷ／ｃｍ^２のミリ波をダイズ種子に２０分間照射後、当該ダイズ種子を播種して生長中のダイズを冠水させれば、この冠水ダイズの生長を促進することが分かる。

【0059】

また、図２（ａ）、（ｂ）の左側に示されるグラフ図は、未照射ダイズに対して平均照射強度０．０６～０．５１ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー５～４０ｍＷ）で２０分間ミリ波照射した場合の胚軸と根の生長を表す。左上側に表示される非冠水ダイズの胚軸の長さ（棒グラフ）と重量（折線）を表すグラフ図により、平均照射強度０．０６～０．５１ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー５～４０ｍＷ）で２０分間ミリ波照射した場合、ミリ波照射ダイズの胚軸の生長は何れも未照射ダイズを上回った。一方、左下側に表示される非冠水ダイズの根の長さ（棒グラフ）と重量（折線）を表すグラフ図により、ミリ波照射による非冠水ダイズの根の生長への顕著な影響はみられなかった。しかし、上記のように非冠水ダイズの胚軸の生長を促進することから、少なくとも平均照射強度０．０６～０．５１ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー５～４０ｍＷ）のミリ波をダイズ種子に２０分間照射することにより、非冠水ダイズの生長は促進されるといえる。

【0060】

（実験３）
［照射時間を変えたミリ波照射］
ミリ波照射の最適時間を更に調査するために、平均照射強度０．１３ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー１０ｍＷ）のミリ波により１０、２０、４０、および８０分間、ダイズの種子を照射した。すなわち、（Ｂ）で上述したように、ダイズ種子に対しミリ波の出力を平均照射強度０．１３ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー１０ｍＷ）で固定し、照射時間を変化させた。そして、図１０（ａ）のフロー図に示すように、未照射のダイズ種子（左側の２つのフロー）と照射したダイズ種子（右側の２つのフロー）を夫々準備し、左から２番目と４番目のフローでは、播種後２日目に冠水処理を行い、更に２日目で水除去し、更にそれから４日目で試料採取して生長具合を測定した（左から２番目と４番目のフロー）。また、図１０（ａ）のフロー図において、左から１番目と３番目のフローは、非冠水ダイズのフローであり、播種後８日目で試料採取し、生長具合を測定した。

【0061】

図３及び図４に、ダイズ種子に対するミリ波照射の形態学的効果を表す写真図及びグラフ図を示す。図３は、ダイズ種子に対して照射時間を変えて平均照射強度０．１３ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー１０ｍＷ）のミリ波を照射した場合の形態学的効果を表す写真図であり、非冠水ダイズ（左）と冠水ダイズ（右）の写真図である。

【0062】

図４は、同じく、ダイズ種子に対して照射時間を変えて平均照射強度０．１３ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー１０ｍＷ）のミリ波を照射した場合の形態学的効果を表すグラフ図であり、図４（ａ）、（ｂ）に示される夫々の折線及び棒グラフは、図３に撮影されたダイズと左から順にそれぞれ対応している。図４において、バーは１ｃｍを示し、棒グラフは根／胚軸の長さを、折線グラフは根／胚軸の重さを示す。これらのデータは、３つの独立した生物学的反復からの平均±標準誤差を表している。そして、図４（ａ）は、ミリ波照射時間に対する非冠水ダイズ（左）と冠水ダイズ（右）の胚軸の長さ（棒グラフ）と重量（折線）を表すグラフ図である。また、図４（ｂ）は、ミリ波照射時間に対する非冠水ダイズ（左）と冠水ダイズ（右）の根の長さ（棒グラフ）と重量（折線）を表すグラフ図である。

【0063】

非冠水ダイズの生長の結果は、ミリ波未照射に対し、平均照射強度０．１３ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー１０ｍＷ）・２０分照射において、胚軸の伸長と重量及び根の重量が最も増加した。そして、照射時間が１０～４０分間の場合、照射ダイズの胚軸又は根の伸長又は重量が、未照射ダイズに比べて増加した。

【0064】

また、冠水処理ダイズの生長の結果は、ミリ波未照射に対し、平均照射強度０．１３ｍＷ／ｃｍ^２（出力パワー１０ｍＷ）・１０ 分及び２０分照射において、胚軸の伸長と重量及び根の伸長が最も増加した。そして、照射時間が１０～３０分間の場合、照射ダイズの胚軸又は根の伸長又は重量が、未照射ダイズに比べて増加した。

【0065】

以上の実験から、ダイズ種子にミリ波照射を行うことでダイズの生長を促進し、かつ冠水ストレスに耐性を示すことが明らかになった。

（Ｄ）ダイズタンパク質のプロテオミクス解析