特許 7358869 植物栽培方法及び植物栽培システム

(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】2023-10-02

(45)【発行日】2023-10-11

(54)【発明の名称】植物栽培方法及び植物栽培システム

(51)【国際特許分類】

   A01G 7/00 20060101AFI20231003BHJP

   A01G 31/00 20180101ALI20231003BHJP

【ＦＩ】

A01G7/00 601C

A01G7/00 601A

A01G31/00 601A

A01G31/00 612

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019168010

(22)【出願日】2019-09-17

(65)【公開番号】P2021045049

(43)【公開日】2021-03-25

【審査請求日】2022-08-04

(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

(72)【発明者】

【氏名】野末 はつみ

【審査官】竹中 靖典

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１６２７５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／１４０６３２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－０３３３６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１２６０６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１０５６２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２０４７１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ０１Ｇ ７／００

Ａ０１Ｇ ３１／００ － ３１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体を供給しながら、人工光を照射して、可食部を有する植物を生育する植物栽培方法であって、
前記植物の収穫直前の硝酸低減期間において、前記植物の硝酸態窒素を低減させる硝酸低減処理を行ない、
前記植物の収穫直前における前記硝酸低減期間の開始後の光処理期間において、青色の波長領域の光の強度が他の色の波長領域の光よりも強く、かつ可視光の全体的な波長領域を有した白色の人工光を、前記植物に連続して照射することにより、前記植物を生育することを特徴とする植物栽培方法。

【請求項2】

前記光処理期間は、前記植物が衰弱しない時間であることを特徴とする請求項１に記載の植物栽培方法。

【請求項3】

前記硝酸低減処理は、前記硝酸低減期間より前に前記植物に供給していた培養液の代わりに、水を前記植物に供給する処理であって、
前記硝酸低減期間は、４日以上６日以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の植物栽培方法。

【請求項4】

可食部を有する植物に液体を供給する供給部と、前記植物に人工光を照射する照射部とを備え、前記植物を栽培するシステムであって、
前記供給部は、培養液を用いて前記植物を育てた後、前記植物の収穫直前の硝酸低減期間において、前記植物の硝酸態窒素を低減させる液体を前記植物に供給し、
前記照射部は、前記植物の収穫直前における前記硝酸低減期間の開始後の光処理期間において、青色の波長領域の光の強度が他の色の波長領域の光よりも強く、かつ可視光の波長領域を全体的に有した白色の人工光を、前記植物に連続して照射することを特徴とする植物栽培システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、野菜等の可食部を有する植物を栽培する植物栽培方法及び植物栽培システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ルテインは、ヒトの網膜の黄斑部にキトサンフィルと共に高濃度に蓄積され、紫外線等及び青色光による酸化障害から網膜の保護、加齢による黄斑変性や白内障の予防に有用な機能性成分として着目されている。ホウレンソウには、このルテインが、他の葉物野菜に比較して多く含まれている。

【0003】

また、ルテインは、光合成システムの構成色素であるカロテノイドの一つである。このカロテノイドは、光化学系における集光装置（ＬＨＣ）に組み込まれ、光エネルギーの吸収と伝達に関与している。ＬＨＣのサイズ及び色素バランスは、生育環境特に光環境の影響を受けて変化する。カロテノイドは、強光に対応する光合成制御システムの防御作用として、青色光によりカロテノイド含有量が増加するという報告がある（例えば、非特許文献１参照。）。この文献には、光波長４５０ｎｍ（青色）の光を照射することで、カロテノイドやポリフェノールが増加することが記載されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【文献】「植物工場における光の重要性 スペクトル（光波長）について」、一般社団法人イノプレックス ２０１８年２月１０日、［online］、［令和１年７月１５日検索］、インターネット〈URL：http://innoplex.jp/2018/02/10/plantfactory-lighting/>

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ルテインは、青色光やＵＶ光の照射により誘導されて生成される。しかしながら、これらの光を照射した場合、植物の形態異常が発生することがある。このため、青色光やＵＶ光の照射以外の方法により、ルテイン等の強化成分を増加させる方法が望まれていた。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決する植物栽培方法は、液体を供給しながら、人工光を照射して、可食部を有する植物を生育する植物栽培方法であって、前記植物の収穫直前の光処理期間において、青色の波長領域の光の強度が他の色の波長領域の光よりも強く、かつ可視光の全体的な波長領域を有した白色の人工光を、前記植物に連続して照射することにより、前記植物を生育する。

【0007】

上記課題を解決する植物栽培方法は、液体を供給しながら、可食部を有する植物を生育する植物栽培方法であって、前記植物の収穫直前の硝酸低減期間において、前記植物の硝酸態窒素を低減させる硝酸低減処理を実行して前記植物を生育する。

【0008】

上記課題を解決する植物栽培システムは、可食部を有する植物に液体を供給する供給部と、前記植物に人工光を照射する照射部とを備え、前記植物を栽培するシステムであって、前記供給部は、培養液を用いて前記植物を育てた後、前記植物の収穫直前の硝酸低減期間において、前記植物の硝酸態窒素を低減させる液体を前記植物に供給し、前記照射部は、前記植物の収穫直前の光処理期間において、青色の波長領域の光の強度が他の色の波長領域の光よりも強く、かつ可視光の波長領域を全体的に有した白色の人工光を、前記植物に連続して照射する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、植物に含まれる機能性成分を増加させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施例１における植物栽培方法を説明する説明図。

【図2】実施例１に用いた人工光の分光分布を示す説明図。

【図3】実施例１における植物栽培方法によるルテイン含有量を、他の人工光を用いて生育したホウレンソウのルテイン含有量と比較する図。

【図4】実施例１における植物栽培方法によるルテイン含有量及び硝酸態窒素含有量を他のホウレンソウと比較した図。

【図5】実施例２における植物栽培方法を説明する説明図。

【図6】実施例２における硝酸低減処理を行なった日数に対するルテイン含有量と硝酸態窒素含有量とを示す図。

【図7】実施例３における植物栽培方法を説明する説明図。

【図8】実施例３における植物栽培方法によって栽培したホウレンソウと他のホウレンソウとの値を比較する図であって、（ａ）はルテイン含有量、（ｂ）は硝酸態窒素含有量、（ｃ）は生体重。

【図9】実施形態における食味評価の結果を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図１～図９を用いて、可食部を有する野菜の栽培方法について説明する。本実施形態では、ルテイン（強化成分）が増加したホウレンソウを栽培する場合を想定する。本実施形態では、以下の３つの方法の実施例により行なう。

【0012】

（１）収穫直前に、ホウレンソウに与える人工光の条件を変更して栽培する方法（以下、「ＷＢ光栽培方法」と呼ぶ）
（２）収穫直前に、硝酸態窒素を低減させる硝酸低減処理を実行して栽培する方法（以下、「硝酸低減栽培方法」と呼ぶ）
（３）（１）と（２）の両方を行なって栽培した方法（以下、「ＷＢ光硝酸低減栽培方法」と呼ぶ）

【0013】

各実施例においては、培養液は、鐘山グリーンテック製の養液配合肥料を使用してＥＣ１．４４×１００ｍＳｍ^-1、ＮＯ_３－Ｎ５６０ｐｐｍに設定したものを用いる。ここで、鐘山グリーンテック製の養液配合肥料としては、商品名「カネヤマＡ１号」、商品名「カネヤマＭ５号」、商品名「硝酸カルシウム」を、ホウレンソウの栽培に適した配合で混合して使用する。また、栽培するホウレンソウは、晩抽サマースカイという品種を使用する。

【0014】

（実施例１）
まず、図１～図４を用いて、（１）ＷＢ光栽培方法について説明する。
図１に示すように、定植から収穫までの生育期間Ｐ１のうち収穫直前の処理期間を除いた成長期間Ｐ２においては、定植したホウレンソウを、水耕栽培で、ほぼ収穫可能な大きさになるまで生育する。本実施例では、生育期間Ｐ１として１７日間～１９日間を用い、処理期間として、４８時間の光処理期間Ｐ３を用いるので、成長期間Ｐ２は１５日～１７日間である。

【0015】

この成長期間Ｐ２においては、色温度「５０００Ｋ」の白色ＬＥＤを用いた人工光を１６時間照射し、その後８時間消灯する。このように明期１６時間、暗期８時間を１サイクル（１日）として、成長期間Ｐ２中繰り返して、ホウレンソウを生育する。この場合、上述した培養液をホウレンソウに供給して栽培する。

【0016】

図２に示すように、色温度「５０００Ｋ」の白色ＬＥＤは、一点鎖線で示す光量子束密度（photon flux density，ＰＦＤ）の波長特性を有する人工光を出力する。この光は、遠赤外線領域ＦＲの波長成分を、通常の白色光よりも多く含む。

【0017】

そして、図１に示すように、成長期間Ｐ２が終了し、収穫直前の光処理期間Ｐ３の開始時に、植物に照射する人工光の波長を変更する。この光処理期間Ｐ３においては、色温度「６５００Ｋ」の白色ＬＥＤの人工光を、連続照射する。

【0018】

図２に示すように、色温度「６５００Ｋ」の白色ＬＥＤは、実線で示す光量子束密度の波長特性を有する人工光を出力する。この光は、青色の波長成分（波長４５０～４７０ｎｍの成分）を多く含み、他の色の可視光（４９５～６５０ｎｍ）の各成分を満遍なく含む。
そして、光処理期間Ｐ３が終了した後、ホウレンソウを収穫する。

【0019】

本実施例における栽培方法は、以下の知見に基づくものである。
図３は、本実施例の「ＷＢ光栽培方法」、比較例のホウレンソウに含まれるルテインの含有量を示している。比較例１，２のルテイン含有量は、それぞれ、成長期間Ｐ２（光処理期間Ｐ３直前まで）は本実施例と同様に育成したホウレンソウである。そして、比較例１のホウレンソウは、光処理期間Ｐ３において青色光で連続照射して育成し、比較例２のホウレンソウは、光処理期間Ｐ３において色温度「５０００Ｋ」の白色ＬＥＤから出力した光を明期１６時間、暗期８時間を収穫時まで繰り返して育成した。また、比較例３は、栽培地の近くの路地で栽培されて市販されていたホウレンソウのルテイン含有量である。

【0020】

図４は、ＷＢ光栽培方法で栽培したホウレンソウに含まれるルテインの含有量及び硝酸態窒素の含有量を示している。ここで、比較例４では、比較例２と同様に、色温度「５０００Ｋ」の白色ＬＥＤが出力した人工光で、明期１６時間、暗期８時間を収穫時まで繰り返して生育したホウレンソウの値を示している。なお、比較例４と比較例２とは別の生育時期に生育したため、光の照射条件が同じでも、ルテイン含有量が多少違っている。

【0021】

図４に示すように、本実施例による栽培方法では、比較例４の栽培方法よりもホウレンソウに含まれるルテイン含有量が多く、目標値の１０（ｍｇ／１００ｇＦＷ）を上回った。また、本実施例による栽培方法では、比較例４の栽培方法よりもホウレンソウに含まれる硝酸態窒素の含有量（ｍｇ／ｋｇＦＷ）は低くなっていた。
また、光処理期間Ｐ３を４８時間より長くすると、段々とホウレンソウの葉が萎れて、ホウレンソウが衰弱してくる。

【0022】

本実施例によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１－１）本実施例では、収穫直前の光処理期間Ｐ３において、色温度「６５００Ｋ」の白色ＬＥＤの人工光を連続照射して、植物を生育する。これにより、光処理期間Ｐ３に青色光を照射して生育したホウレンソウや収穫時まで明期と暗期のサイクルを繰り返して生育したホウレンソウに比べて、ルテイン含有量を増加させることができる。更に、収穫時まで明期と暗期のサイクルを繰り返して生育したホウレンソウに比べて、硝酸態窒素の含有量を低減させることができる。
また、色温度「６５００Ｋ」の白色ＬＥＤの人工光は、青色光の成分が強いとともに、他の波長の光もバランスよく含んでいるため、植物の形態異常が発生し難い。更に、作業者の目の負担を軽減することができる。

【0023】

（実施例２）
次に、図５及び図６を用いて、本実施例の（２）硝酸低減栽培方法について説明する。
図５に示すように、本実施例においても、成長期間Ｐ２では、実施例１と同様に、色温度「５０００Ｋ」の白色ＬＥＤを用いた人工光で、明期１６時間、暗期８時間を繰り返し、上述した培養液を供給して、ホウレンソウを生育する。本実施例では、処理期間として４日～６日の硝酸低減期間Ｐ４を用いるので、成長期間Ｐ２は１１日～１５日間である。

【0024】

そして、収穫予定時の直前の硝酸低減期間Ｐ４に、植物の硝酸態窒素を低減させる硝酸低減処理を実行する。具体的には、硝酸低減期間Ｐ４の開始時に、植物に供給していた培養液を停止し、硝酸が含まれない水を植物に供給する。そして、硝酸低減期間Ｐ４では、植物には、水を供給する。この場合、植物は、色温度「５０００Ｋ」の白色ＬＥＤを用いた人工光で明期１６時間、暗期８時間を繰り返して育成する。

【0025】

そして、硝酸低減期間Ｐ４が終了した後、収穫を行なう。
本実施例における栽培方法は、硝酸態窒素を低減させる硝酸低減処理を行なうことにより、ホウレンソウのルテイン含有量が増加したという以下の知見に基づくものである。

【0026】

図６は、ルテイン含有量及び硝酸態窒素含有量について、植物に供給していた液体を、培養液から水を切り替えてからの硝酸低減期間Ｐ４の依存性を示している。この図に示すように、硝酸低減期間Ｐ４が「４日」のホウレンソウのルテイン含有量は、硝酸低減処理を行なわずに明期と暗期のサイクルを繰り返して生育したホウレンソウに比べて上昇した。また、硝酸低減期間Ｐ４が「６日」のホウレンソウは、硝酸低減期間Ｐ４が「４日」のホウレンソウよりも、ルテイン含有量が減少した。また、硝酸低減期間Ｐ４が「４日」のホウレンソウの硝酸態窒素は大幅に減少している。更に、硝酸低減期間Ｐ４が「６日」のホウレンソウは、硝酸低減期間Ｐ４が「４日」としたホウレンソウの硝酸態窒素含有量よりは減少したが、減少量は小さかった。

【0027】

本実施例によれば、以下のような効果を得ることができる。
（２－１）本実施例では、収穫直前の硝酸低減期間Ｐ４において、培養液の代わりに水を供給して、ホウレンソウを栽培する。これにより、明期と暗期のサイクルを繰り返して生育したホウレンソウに比べて、ルテイン含有量を増加させることができる。
（２－２）本実施例では、４日～６日の硝酸低減期間Ｐ４を設けることにより、硝酸態窒素を大幅に低減することができる。

【0028】

（実施例３）
次に、図７～図９を用いて、本実施例の（３）ＷＢ光硝酸低減栽培方法について説明する。

【0029】

図７に示すように、本実施例においても、成長期間Ｐ２では、上記実施例１，２と同様に、色温度「５０００Ｋ」の白色ＬＥＤを用いた人工光で、明期１６時間、暗期８時間を繰り返し、培養液を供給して、ホウレンソウを生育する。

【0030】

そして、実施例２と同様に、収穫予定時の直前の硝酸低減期間Ｐ４の開始時に、植物に供給していた培養液を停止し、植物への水の供給を開始する。それ以降の硝酸低減期間Ｐ４においては、植物に水を供給する。ここでは、硝酸低減期間Ｐ４として「４日」を用いる。

【0031】

その後、収穫予定時の直前の光処理期間Ｐ３の開始時（収穫予定時の４８時間前）に、実施例１と同様に、植物に照射する人工光を、色温度「６５００Ｋ」の白色ＬＥＤを用いた人工光に変更する。そして、この光処理期間Ｐ３においては、色温度「６５００Ｋ」の白色ＬＥＤを用いた人工光を連続照射する。
そして、色温度「６５００Ｋ」の白色ＬＥＤを用いた４８時間の連続照射が終了した後、収穫を行なう。

【0032】

本実施例における栽培方法は、以下の知見に基づくものである。
図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本実施例のＷＢ光硝酸低減栽培方法で栽培したホウレンソウのルテイン含有量、硝酸態窒素含有量及び生体重を示している。図８においては、色温度「５０００Ｋ」の白色ＬＥＤが出力した人工光で、明期１６時間、暗期８時間を繰り返して生育したホウレンソウと比較している。

【0033】

図８（ａ）に示すように、本実施例によるホウレンソウに含まれるルテイン含有量は、明期と暗期のサイクルを繰り返して生育したホウレンソウに比べて１４％多かった。
また、図８（ｂ）に示すように、本実施例によるホウレンソウに含まれる硝酸含有量は、明期と暗期のサイクルを繰り返して生育したホウレンソウに比べて８１％低くなっていた。

【0034】

なお、図８（ｃ）に示すように、本実施例によるホウレンソウの生体重は、明期と暗期のサイクルを繰り返して生育したホウレンソウに比べて１６％減少していた。
また、図９には、本実施形態における各実施例の栽培方法において生育させたホウレンソウの食味試験の結果を示す。明期と暗期のサイクルを繰り返して生育したホウレンソウに比べて、実施例１のＷＢ光栽培方法及び実施例２の４日間硝酸低減栽培方法で生育したホウレンソウは食べやすかった。また、実施例３のＷＢ光硝酸低減栽培方法で生育したホウレンソウは、ほんのり甘く食味が良かった。

【0035】

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。
（３－１）本実施例は、収穫直前の硝酸低減期間Ｐ４において、培養液の代わりに水を供給し、収穫直前の光処理期間Ｐ３において、色温度「６５００Ｋ」の白色ＬＥＤの人工光を連続照射して、ホウレンソウを育成する。これにより、収穫時まで明期と暗期のサイクルを繰り返して生育したホウレンソウに比べて、ルテイン含有量が増加するとともに、硝酸態窒素の含有量を低減させることができる。また、本実施例の栽培方法で生育したホウレンソウは、実施例１のホウレンソウ及び実施例２のホウレンソウより、ルテインの増加量は多くなかったが、食味を良くすることができた。また、植物の形態異常が発生し難く、作業者の目の負担を軽減することができる。

【0036】

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。
・上記各実施例では、ホウレンソウを、成長期間Ｐ２中、培養液を供給しながら、色温度「５０００Ｋ」の人工光を用いて、明期１６時間暗期８時間の１サイクルを繰り返して生育した。成長期間Ｐ２における栽培方法は、これに限られない。暗期や明期の時間、１サイクルの時間等を変更してもよいし、他の人工光を用いてもよい。また、栽培する植物の種類に応じて変更してもよい。

【0037】

・上記実施例１，３においては、収穫直前の光処理期間Ｐ３において、色温度が「６５００Ｋ」の白色ＬＥＤの人工光を４８時間連続照射した。この光処理期間Ｐ３において照射する人工光は、色温度が「６５００Ｋ」の白色ＬＥＤが出力する人工光に限られず、青色の波長領域の光の強度が他の色の波長領域の光よりも強く、かつ可視光の波長領域を全体的に有した白色の人工光であればよい。例えば、成長期間Ｐ２に用いた照明に対して、他の照明を追加することにより、青色の波長領域の光の強度が他の色の波長領域の光よりも強く、かつ可視光の波長領域を全体的に有した白色の人工光が植物に照射されるようにしてもよい。

【0038】

・上記実施例２，３においては、硝酸低減処理において、培養液の代わりに水を供給する。ホウレンソウの硝酸性窒素を低減させる処理は、これに限定されない。例えば、硝酸イオンを除いた培養液を供給して、硝酸低減処理を実行してもよい。

【0039】

・上記各実施例の栽培方法は、機能性野菜として、ルテインを有するホウレンソウに適用した。適用対象の機能性植物は、ホウレンソウに限定されない。例えば、レタスやキャベツ等の葉物野菜等、通常状態で機能性成分を含有し、かつ可食部を有する植物に適用することができる。また、野菜に増加させる成分は、ルテインに限らず、ビタミン等、他の栄養成分であってもよい。

【符号の説明】

【0040】

ＦＲ…遠赤外線領域、Ｐ１…生育期間、Ｐ２…成長期間、Ｐ３…光処理期間、Ｐ４…硝酸低減期間。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】