特許 7172235 植物生育方法及び植物生育システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-08

(45)【発行日】2022-11-16

(54)【発明の名称】植物生育方法及び植物生育システム

(51)【国際特許分類】

   A01G 31/00 20180101AFI20221109BHJP

【ＦＩ】

A01G31/00 601Z

A01G31/00 612

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2018138454

(22)【出願日】2018-07-24

(65)【公開番号】P2020014395

(43)【公開日】2020-01-30

【審査請求日】2021-06-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000000549

【氏名又は名称】株式会社大林組

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】下山 真人

(72)【発明者】

【氏名】溝田 陽子

(72)【発明者】

【氏名】高橋 真一

【審査官】坂田 誠

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２００４４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６１－１８６３４７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１７－６０４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６４－８５０２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－９６７３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平９－１３６８０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２００４－００６５４６１（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ０１Ｇ ３１／００

Ａ０１Ｇ ２２／００

Ａ０１Ｇ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

地上部を可食部とする植物の根に、前記地上部において増加させる鉄分を含む培養液を供給しながら、前記可食部におけるルテイン濃度、糖度を強化するように前記植物を生育する植物生育方法であって、
前記植物の双葉が生え揃った時期に定植した後、前記植物の複数の本葉が生え揃った状態を確認したことにより成長安定期と判断された以降に、前記根の先端部のみを前記培養液に接触させた状態で前記培養液を前記植物に供給しながら、前記植物の蒸散を促進することにより、前記植物を生育する植物生育方法。

【請求項2】

前記植物の蒸散の促進は、前記植物が置かれた空間の湿度調整により行なうことを特徴とする請求項１に記載の植物生育方法。

【請求項3】

地上部を可食部とする植物の根に、前記地上部において増加させる鉄分を含む培養液を供給しながら、前記可食部におけるルテイン濃度、糖度を強化するように前記植物を生育する植物生育システムであって、
前記植物を撮影するカメラに接続し、定期的に撮影した前記植物本葉の枚数から前記植物の成長状態を判定する制御システムと、
前記培養液の供給量を調節する培養液供給部と、
前記植物の蒸散が促進する湿度に調整する蒸散制御に基づいて、前記植物が配置されている空間の湿度を調節する湿度調整部とを備え、
前記制御システムが、
撮影した前記植物において複数の本葉が生え揃った状態を確認したことにより成長安定期と判断し、
前記成長安定期と判断された以降に、前記培養液供給部により、前記根の先端部のみを前記培養液に接触させた状態になるように、前記培養液の供給量を制御するとともに、前記湿度調整部により前記植物の蒸散を促進させる湿度に制御することを特徴とする植物生育システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、根菜以外の地上の部分を可食部とする野菜等の植物を生育する植物生育方法及び植物生育システムに関する。

【背景技術】

【0002】

野菜が有する成分を増加させた機能性野菜が検討されている（例えば、特許文献１参照。）。この文献には、収穫前の一定時間以上、野菜において増加させる強化成分を含む溶液に浸漬することにより、野菜の強化成分を増加させる機能性野菜の生産方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－２００４４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した文献においては、収穫前に野菜を浸漬する溶液を、通常、野菜に供給する培養液とは別に用意する必要があった。このため、栽培管理に手間が掛かっていた。また、培養液や溶液を切り替える際に、植物がダメージを受けて、萎れる可能性があった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決する植物生育方法は、地上部を可食部とする植物の根に、前記地上部において増加させる鉄分を含む培養液を供給しながら、前記可食部におけるルテイン濃度、糖度を強化するように前記植物を生育する植物生育方法であって、前記植物の双葉が生え揃った時期に定植した後、前記植物の複数の本葉が生え揃った状態を確認したことにより成長安定期と判断された以降に、前記根の先端部のみを前記培養液に接触させた状態で前記培養液を前記植物に供給しながら、前記植物の蒸散を促進することにより、前記植物を生育する。

【0006】

上記課題を解決する植物生育システムは、地上部を可食部とする植物の根に、前記地上部において増加させる鉄分を含む培養液を供給しながら、前記可食部におけるルテイン濃度、糖度を強化するように前記植物を生育する植物生育システムであって、前記植物を撮影するカメラに接続し、定期的に撮影した前記植物本葉の枚数から前記植物の成長状態を判定する制御システムと、前記培養液の供給量を調節する培養液供給部と、前記植物の蒸散が促進する湿度に調整する蒸散制御に基づいて、前記植物が配置されている空間の湿度を調節する湿度調整部とを備え、前記制御システムが、撮影した前記植物において複数の本葉が生え揃った状態を確認したことにより成長安定期と判断し、前記成長安定期と判断された以降に、前記培養液供給部により、前記根の先端部のみを前記培養液に接触させた状態になるように、前記培養液の供給量を制御するとともに、前記湿度調整部により前記植物の蒸散を促進させる湿度に制御する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、可食部において強化成分を増加させた植物を効率的に生育することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態における植物生育システムの概略構成図。

【図2】実施形態における植物生育方法を説明する説明図。

【図3】実施形態の植物生育方法を用いて実際に生育した植物に含まれる物質量の説明図であって、（ａ）はルテイン濃度、（ｂ）は糖度、（ｃ）はＳＰＡＤ値を示す。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図１～図３を用いて、植物生育方法及び植物生育システムを具体化した一実施形態を説明する。本実施形態では、地上部を可食部とする植物として、ホウレン草を生育する場合を想定する。

【0010】

まず、図１を用いて、植物生育システムとしての植物栽培施設１０について説明する。
植物栽培施設１０は、外界から隔離されており、通用口を開放した場合に出入りできる閉空間で構成される。

【0011】

植物栽培施設１０には、ホウレン草Ｌｇが植えられた栽培床２０を配置する。栽培床２０の上方には、複数の光源１１を配置する。光源１１は、ホウレン草Ｌｇに、日照として人工光を照射する人工光照明装置である。この光源１１は、光量子量を調整可能な光源であって、蛍光灯や蛍光灯型ＬＥＤ（発光ダイオード）を用いることができる。また、本実施形態では、毎日８時から２４時まで日照する（明期１６時間）。

【0012】

植物栽培施設１０には、温度検出部１３及び室温調整装置１４が設けられる。室温調整装置１４は、温度検出部１３が検出した植物栽培施設１０内の室内温度（室温）を取得し、植物栽培施設１０内を設定温度に調整する。本実施形態では、室温温度を２５℃に設定する。

【0013】

また、植物栽培施設１０には、湿度検出部１５と、湿度調整部としての湿度調整装置１６とが設けられる。湿度調整装置１６は、湿度検出部１５が検出した植物栽培施設１０内の湿度を取得し、植物栽培施設１０内を設定湿度に調整する。

【0014】

更に、植物栽培施設１０には、ガス濃度検出部（図示せず）及び炭酸ガス供給部（図示せず）が設けられる。炭酸ガス供給部は、ホウレン草Ｌｇの葉が生え出た後の明期において、ガス濃度検出部が検出した植物栽培施設１０内の二酸化炭素（ＣＯ２）濃度に応じて、ＣＯ２濃度が高いオフィス（図示せず）の排気を室内に供給する。

【0015】

栽培床２０は、循環される培養液を滞留する滞留部２１を備える。この滞留部２１には、貯蔵部２２と、供給管２３ａ及び排出管２３ｂを介して接続される。供給管２３ａ及び排出管２３ｂには、供給ポンプ（図示せず）及び排出ポンプ（図示せず）を設ける。滞留部２１、貯蔵部２２、供給管２３ａ、排出管２３ｂ、供給ポンプ及び排出ポンプが、培養液供給部を構成する。貯蔵部２２の培養液は、供給管２３ａを介して滞留部２１に供給され、排出管２３ｂを介して滞留部２１から排出される。本実施形態では、培養液は、１分間に５リットルの流速で、滞留部２１を流れる。

【0016】

貯蔵部２２は、滞留部２１を介して還流された培養液を蓄積する。本実施形態で用いる培養液は、ホウレン草に鉄分を強化させるため、２価鉄を添加した培養液を用いる。貯蔵部２２は、養分検出部及び濃度調整部を備えている。濃度調整部は、養分検出部が検出した養分濃度（肥料濃度）を検出して、各成分の設定濃度に応じて必要な養分を、培養液に追加する。

【0017】

＜栽培床の構成＞
次に、栽培床２０の詳細について、説明する。
栽培床２０の滞留部２１内には、複数の載置台２４が収納されている。この載置台２４の上には、培地収容部２５を固定する。培地収容部２５は、上面が開口された箱形状を有している。培地収容部２５の側面及び底面には、多数の貫通孔２５ａが形成されている。なお、培地収容部２５の上端部は、滞留部２１の上端部よりも低くなっており、培地収容部２５が滞留部２１に内包されるように構成される。

【0018】

培地収容部２５の内部底面、内部側面及び外部側面には、これらに渡るように、透水シート２６を敷き詰める。この透水シート２６の外側端部を、培地収容部２５の底面よりも低い位置まで延在させる。更に、透水シート２６の内部底面及び内部側面には、水を通す不織布２７を敷く。
更に、培地収容部２５の上面には、板形状の培地Ｃ１を配置する。この培地Ｃ１は、プラスチック等の合成樹脂で形成され、複数のホウレン草Ｌｇが植えられる。

【0019】

＜植物生育方法＞
次に、図２を用いて、上述した植物栽培施設１０を用いて、ホウレン草Ｌｇを生育する方法について説明する。

【0020】

図２に示すように、まず、播種を行なう。そして、培地Ｃ１の上に、ホウレン草Ｌｇの種を植える。
そして、水ストレスなしの状態で生育する。具体的には、種が流れずに種に水を供給できる高さ（滞留部２１の培地Ｃ１の高さ）に、滞留部２１内を培養液で満たす。そして、この高さの液面を維持したまま、培養液を循環させて、ホウレン草Ｌｇを生育する。この場合、植物栽培施設１０内の湿度は、４５％～５０％に設定する。

【0021】

そして、２～３週間が経過して発芽した後に、定植する。ここでは、ホウレン草Ｌｇの双葉が生え揃った時期に定植する。
定植した後、２～３週間弱が経過すると、ホウレン草Ｌｇの成長が安定期に入る。本実施形態では、複数（例えば２枚）の本葉が生え揃った状態を確認することにより、成長安定期と判定する。この場合、培地Ｃ１に定植したホウレン草Ｌｇの根Ｒ１の少なくとも一部は、培地収容部２５の内部底面の不織布２７に接触していることを確認する。

【0022】

成長安定期と判定した場合には、栽培床２０の滞留部２１内における培養液の水位を低下させる（水ストレス制御）。具体的には、栽培床２０の培養液を排出し、培地Ｃ１の高さにある培養液の液面を、図１に示すように、培地収容部２５の内部底面の高さまで低下させる。これにより、ホウレン草Ｌｇの根Ｒ１の先端部のみが、透水シート２６の上の不織布２７を介して培養液に接触する。この場合、不織布２７に接触した根Ｒ１の先端部のみから培養液の水分や養分を取得することになり、ホウレン草Ｌｇには水ストレスが加わることになる。

【0023】

更に、同時期に、植物栽培施設１０内の湿度を、ホウレン草Ｌｇの蒸散が促進される湿度に設定する（蒸散制御）。ここでは、ホウレン草Ｌｇの蒸散が促進される湿度として、７０％～８５％に設定する。この場合、ホウレン草Ｌｇの葉から水蒸気の発散促進のために、ホウレン草Ｌｇは、根Ｒ１から、より多くの培養液の水分や養分を、地上部に吸い上げる。

【0024】

そして、この蒸散及び水ストレスの環境制御下で、１０日～１１日間生育する。この生育中においては、栽培床２０の水位を、透水シート２６が乾かないように維持する。
その後、ホウレン草Ｌｇを収穫する。

【0025】

＜実際の実験値＞
上述した植物生育方法により実際にホウレン草Ｌｇを３回、生育した。１回目と２回目は、グリーンスピナッチ（ＧＳ）、３回目は、晩抽サマースカイ（ＳＳ）という品種を用いた。また、各回とも、蛍光灯とＬＥＤ（Ｍ６Ｗ）との２つの光源を別々に用いた条件下で同時に生育した。ただし、１回目は、光量子束密度（photon flux density，ＰＦＤ）を１５０（μmol・ｍ^-2・ｓ^-1）、２回目及び３回目は、ＰＦＤを１７０（μmol・ｍ^-2・ｓ^-1）に設定した。また、各工程の経過日数を、下記の表１に示す。

【0026】

【表1】

なお、上述した水ストレスを与えた生育方法と比較するために、各回とも、通常の方法（無処理）によってもホウレン草を生育した。

【0027】

図３には、各回で収穫したホウレン草に含まれる物質量を示している。
図３（ａ）は、ルテイン濃度の平均値、図３（ｂ）は糖度の平均値、図３（ｃ）はＳＰＡＤ値（葉緑素計値）の平均値を示している。なお、図３（ｂ）及び図３（ｃ）の糖分及びＳＰＡＤ値においては振れ幅も示している。図３に示す物質量から、本実施形態の方法により生育したホウレン草は、通常の方法で生育したホウレン草よりもルテイン濃度、糖度及びＳＰＡＤ値は高かった。

【0028】

本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、水ストレスを与えながら蒸散促進を行なってホウレン草Ｌｇを生育する。これにより、ホウレン草Ｌｇの根Ｒ１から地上部の可食部に、培養液に含まれる成分が吸い上げられ易くなるため、可食部において強化成分を増加させることができる。また、この場合、ホウレン草Ｌｇに与える培養液を切り替えないため、管理を簡素化することができる。

【0029】

（２）本実施形態では、成長安定期以降に、ホウレン草Ｌｇに水ストレスを与える。これにより、ダメージを受け難い時期には、水ストレスを与えないため、水ストレスによる萎れを少なくすることができる。

【0030】

（３）本実施形態では、ホウレン草Ｌｇの複数の本葉が生え揃った状態において成長安定期になったと判定する。これにより、水ストレスを与えるタイミングを容易に判断することができる。

【0031】

（４）本実施形態では、植物栽培施設１０内の湿度を７０％～８５％に設定することにより、ホウレン草Ｌｇの蒸散を促進させる。これにより、ホウレン草Ｌｇの蒸散を効率的に促進することができる。

【0032】

（５）本実施形態では、栽培床２０内に、上面が開口された箱形状の培地収容部２５を固定し、培地収容部２５の上に、ホウレン草Ｌｇが植えられた培地Ｃ１を配置する。これにより、栽培床２０の滞留部２１内の培養液の水位を低下させるだけで、ホウレン草Ｌｇの根Ｒ１の先端のみに培養液を供給して、ホウレン草Ｌｇに水ストレスを与えることができる。

【0033】

（６）本実施形態では、培地収容部２５の内部底面に敷かれる透水シート２６の外側端部を、滞留部２１内の培地収容部２５の底面よりも低い位置まで延在させる。そして、ホウレン草Ｌｇに水ストレスを与えた状態においては、透水シート２６が乾かないように、栽培床２０の水位を維持する。これにより、培養液の循環により、滞留部２１内の水位が多少変動しても、水ストレスを与えながらホウレン草Ｌｇに培養液を供給することができる。

【0034】

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態においては、ホウレン草Ｌｇに水ストレスを与えた。植物に与えるストレスは、これに限定されない。例えば、塩ストレス等、長期間（数日以上）に渡って連続的に植物に与えることができる環境ストレスであればよい。

【0035】

・上記実施形態においては、２～３週間弱の経過後に、ホウレン草Ｌｇの本葉の数により成長安定期か否かを判定した。ストレス付与を開始する植物の成長安定期か否かの判定は、本葉の数以外から行なってもよい。例えば、植物の根の長さや葉の成長率等に基づいて成長安定期か否かを判断してもよい。また、画像処理を用いて、成長安定期を判定するようにしてもよい。この場合には、ホウレン草Ｌｇを撮影するカメラを設置し、制御システムに接続する。そして、制御システムは、カメラにより定期的にホウレン草Ｌｇを撮影し、成長状態を判定する。この判定には、本葉の枚数やホウレン草Ｌｇの根Ｒ１の状態について、機械学習による画像認識を用いることができる。そして、安定期と判定した場合、制御システムは、ストレス制御（培養液の供給量制御）及び蒸散制御（湿度制御）を行なう。

【0036】

・上記実施形態では、ホウレン草Ｌｇに水ストレスを与えるために、透水シート２６及び不織布２７を敷いた培地収容部２５の内部底面まで、培養液の液面を低下した。水ストレスを与える植物生育システムの構成は、これに限られない。例えば、液面が傾斜した一般的なＮＦＴ（nutrient film technique：薄膜水耕）の構造を用いてもよい。また、水ストレスを与える前までは、通常に栽培した植物を植えた培地Ｃ１を、水ストレスを与える場合に、上述した栽培床２０に移動させてもよい。

【0037】

・上記実施形態においては、ホウレン草Ｌｇを配置した植物栽培施設１０内の湿度設定により、蒸散を促進させた。生育する植物の蒸散を促進させる蒸散制御の方法は、植物が配置された室内の湿度設定に限られない。例えば、植物の葉の蒸散状況をセンサによって測定し、蒸散状況によって、蒸散が促進されるように湿度を調整してもよい。この場合、蒸散状態を測定するセンサによって測定した測定値が基準値以上となるように、湿度調整を行なう。また、湿度及び温度を制御することにより、蒸散制御を行なってもよい。

【0038】

・上記実施形態においては、植物として、鉄分を増加したホウレン草Ｌｇを生育した。生育する植物は、ホウレン草に限定されず、例えば、レタスやキャベツ等の葉物野菜等、培養液に含まれる成分を根から吸収し、根から植物の葉や実に転流される地上部を可食部とする植物であれば、適用可能である。また、野菜に増加させる成分は、鉄分に限らず、ビタミン等、他の栄養成分であってもよい。この場合、植物に増加させる成分を添加した培養液を用いる。

【符号の説明】

【0039】

Ｃ１…培地、Ｌｇ…ホウレン草、Ｒ１…根、１０…植物栽培施設、１１…光源、１３…温度検出部、１４…室温調整装置、１５…湿度検出部、１６…湿度調整装置、２０…栽培床、２１…滞留部、２２…貯蔵部、２３ａ…供給管、２３ｂ…排出管、２４…載置台、２５…培地収容部、２５ａ…貫通孔、２６…透水シート、２７…不織布。

【図1】

【図2】

【図3】