JP4649622B2 - 栽培植物の着果・生育促進方法および着果・生育促進装置 - Google Patents

Description

本発明は、栽培植物の着果・生育促進方法および着果・生育促進装置、特に、栽培植物の高温下ならびに低温下における着果・生育促進方法および着果・生育促進装置に関する。

我が国の夏は欧米のそれと比べ高温多湿であることから、塩ストレス、乾燥ストレス、光ストレス、温度（高温・低温）ストレス等様々なストレスが営利栽培上の障害となっている。中でも、温度（高温・低温）ストレスが、その制御に多大なエネルギーが必要であることから、園芸作物の周年生産をする上では最大の妨げの一つとなっている。
さらに，農業生産人口の減少と高齢化により、夏期の生鮮野菜の輸入は急増している。しかし、食の安全と多様性の維持のためには国内の園芸生産基盤を維持する必要があり、園芸作物の周年栽培技術の確立は急務とされている。また、地球温暖化については日本だけでなく、世界的な農業への影響が懸念されていることから、様々な高温ストレスの対処法が提案されている。

（従来技術１）
温室などの栽培施設全体を冷房することは、大規模栽培の場合、非効率的・非経済的であり、決定的な解決策とはならない。
（従来技術２、特許文献１）
農園芸用高温ストレス耐性賦与剤が開示されている。しかし、環境保護上、薬剤を使用することは避ける方が望ましい。
（従来技術３、特許文献２）
形質転換植物、特にトマト等への適用が開示されている。しかし、食品安全性等の確保から、遺伝子操作による作種は、商品化まで慎重な検証が必要である。
（従来技術４、特許文献３）
水耕栽培装置において，培養液を冷却する方法が開示されている。しかしながら、地下部（根）のみの冷却もしくは加温であり，その生殖器官の温度感受性が最も高い果菜類に対する効果は不明瞭である。（特許文献３）
特開平１１−１９９４１９号 特開２００２−９５３７０号 特開平９−８４４７０号

上記のように、従来の方法では、経済性、環境、食品安全性で課題がある。また、夜冷育苗、高冷地育苗、遮光栽培などの方法が挙げられるが、かえって、着果率の低下を引き起こす等の問題のために、未だ、十分な方法は確立していない。そこで本発明者は、以下の点に着目して本発明を構成した。

（着目点）
本発明者は、これまで植物の高温ストレス応答を研究してきており、栽培作物に対する高温ストレスのもたらす影響について、以下の参考文献に示すように、その成果を発表している。本発明者の研究結果から、例えば、トマトでは、生育適温の上限から平均気温が１℃上昇しても果実収量が低下すること、しかし、そのようなわずかな温度上昇には光合成や呼吸などは影響されず、発達途中の葯（雄しべ）だけが障害を受けることなどを明らかにしてきた。さらに，このようなストレスに対する感受性が最も高い花の発達段階も明らかにしてきた。
これらの研究結果から、本発明者は、高温に対する感受性の最も高い雄しべを含む発達途中の蕾だけを効果的に生育適温まで冷却する本発明を思いつくに至った。即ち、本発明は、簡易な構成であって、経済的で、環境にやさしくかつ食品安全性の懸念がない栽培植物の着果・生育促進方法および着果・生育促進装置を提供することを目的とする。
（参考文献）
（１）Comparing heat stress effects on
male-fertile and male-sterile tomatoes. M.M. Peet, S. Sato and R. Gardner. Plant,
Cell and Environment 21:225-241. 1998.
（２）Physiological
factors limit fruit set of tomato (Lycopersicon esculentum Mill.) under
chronic, mild heat stress. S. Sato, M. M. Peet and J. F. Thomas.Plant, Cell and
Environment. 23: 719-726. 2000.
（３）Determining
critical pre- and post-anthesis periods and physiological processesin Lycopersicon
esculentum Mill. exposed to moderately elevated temperatures. Suguru Sato, Mary M. Peet and Judith F. Thomas. Journal of Experimental
Botany.53(371): 1187-1195．2002.
（４）The effects
of moderately elevated temperature stress on the timing of pollen release
and germination in tomato (Lycopersicon esculentum Mill.). Suguru Sato and
Mary M. Peet. Journal of Horticultural Science
and Biotechnology. 80, 23-28. 2005.

本発明者は、上記課題を解決するため、以下の発明を提案する。

（請求項１に係る発明）
本発明は、栽培植物において収穫物の品質に影響しかつ温度感受性の高い部分を、該栽培植物の着果適正温度範囲に、冷却または加温により制御することを特徴とする栽培植物の着果・生育促進方法である。
（請求項２に係る発明）
本発明は、栽培植物体の花房を、着果適正温度範囲に保持するように、冷却または加温することを特徴とする請求項１記載の栽培植物の着果・生育促進方法である。
（請求項３に係る発明）
本発明は、栽培植物において収穫物の品質に影響しかつ温度感受性の高い部分を、該栽培植物の生育適正温度範囲または着果適正温度範囲に、冷却または加温により制御する手段を有することを特徴とする栽培植物の着果・生育促進装置である。
（請求項４に係る発明）
本発明は、栽培植物体の花房を、該栽培植物の生育適正温度範囲または着果適正温度範囲に、冷却または加温する手段を有することを特徴とする請求項３記載の栽培植物の着果・生育促進装置である。
（請求項５に係る発明）
本発明は、栽培植物体の花房を、着果適正温度範囲に保持するように、空気で冷却または加温する手段を有することを特徴とする請求項４記載の栽培植物の着果・生育促進装置である。
（請求項６に係る発明）
空気を冷却または加温する手段が、空気温度調整部と、該空気温度調整部により、栽培植物の生育適正温度範囲または着果適正温度範囲に調節された空気を送出する送出手段と、
該送出手段に接続され栽培植物の着果・生育に影響する部分へ冷却・加温された空気を供給する冷却・加温空気供給手段により構成されていることを特徴とする請求項５に記載の栽培植物の着果・生育促進装置。
（請求項７に係る発明）
本発明は、空気温度調節部は、チラーにより冷却またはヒーターにより加温された水槽と該水槽内に配置されたコイル状パイプまたは小型クーラーもしくはヒーターにより冷却または加温された外気を保存する断熱容器であることを特徴とする請求項６に記載の栽培植物の着果・生育促進装置である。
（請求項８に係る発明）
本発明は、空気温度調整部は、
小型冷房・加温室であることを特徴とする請求項６記載の栽培植物の着果・生育促進装置である。
（請求項９に係る発明）
本発明は、冷却・加温空気供給手段は、空気を送出するポンプと、該ポンプに接続されたメインパイプと、該メインパイプに接続され冷却・加温空気吹き出し口を有する分枝パイプとを有することを特徴とする請求項６ないし８いずれかに記載の栽培植物の着果・生育促進装置である。
（請求項１０に係る発明）
本発明は、冷却・加温空気供給手段は、植物体が発達して行くにしたがい、栽培植物に順次形成される温度感受性の高い部分にあわせて高さを調節できる高さ調整手段を有することを特徴とする請求項９記載の栽培植物の着果・生育促進装置である。
（請求項１１に係る発明）
高さ調整手段は、植物体が発達して行くにしたがい、栽培植物に順次形成される温度感受性の高い部分にあわせて高さを調節できる高さ調節用パイプと、該高さ調整パイプに配置されたつり下げワイヤー巻き取りコイルと、該つり下げワイヤー巻き取りコイルにより巻き上げおよび巻き戻しが可能なつり下げワイヤーとを備え、該つり下げワイヤーとメインパイプが接続されていることを特徴とする請求項１０記載の栽培植物の着果・生育促進装置である。
（請求項１２に係る発明）
本発明は、冷却・加温空気吹き出し口は、感圧式バルブまたは電磁弁を有することを特徴とする請求項９ないしは１１いずれか記載の栽培植物の着果・生育促進装置である。
（請求項１３に係る発明）
本発明は、栽培植物に順次形成される温度感受性の高い部分が、花房であることを特徴とする請求項１０ないし１２いずれかに記載の栽培植物の着果・生育促進装置である。

上記のように構成された本発明によって、以下のように課題を解決することができる。
（１）着果性
我が国においては、夏期は高温であるために果菜類の着果性、収量が低下する。そこで、夏期の生産性を向上させるために、植物ホルモン処理などが行われているが、合成植物ホルモンは農薬として登録されていること、また、その処理には人件費がかかる事などから、絶対的な解決策とはなっていない。
本発明では、今までの研究（上記参考文献１，２，３，４）から、発達途中の蕾が微少な平均気温上昇もストレスとして関知する事から、高温ストレス感受性が最も高い発達段階に冷却空気を送り蕾を取り巻く気温を生育適温まで低下させるので、本発明による着果性向上効果は極めて高いと期待することができる。
さらに本発明は、空気吹き出し口に感圧式バルブ、もしくは電磁弁による開閉機能を持ったバルブを有していることから、冷却された空気が勢いよく花房に吹き出されることで、開花している花は振動し、花粉が放出されることで着果がさらに促進されることが期待できる。

（２）経済性
従来の合成植物ホルモンによる着果率向上については薬剤が適宜必要になることに加え、ホルモン剤を発達途中の蕾に一つずつ、手作業により処理しなければならないことから、人件費の負担が極めて大きい。それに対し，本発明は発達して植物と花房に合わせて冷却空気吹き出し口の位置をつり下げワイヤーにより調節できることから，装置を設置後は高さ調節が必要なだけで、ほぼ自動で着果を促進することができる。
また、一部には温室全体を空調する考えも提唱されている。しかし，施設栽培に使われている温室は断熱性が極めて低いため、温室全体の冷房による着果性の促進は経済性が極めて低いと考えられる。それに対し、本発明ではごく少量の空気を冷却し，断熱されたパイプにより花房まで輸送されることから、消費電力は極めて小さく、経済性も高い。

（３）環境
例えば、トマトの着果促進には、前述の合成植物ホルモンに加え、マルハナバチも広く導入されている。しかしながら，マルハナバチは外環境に放出された場合、既存のミツバチと生育環境が競合してしまうことから、外来種としてその使用を制限するべきであるとの声もある。それに対し、本発明はごく少量の空気を冷却し、植物体に吹き付けるだけであることから、環境への負荷は極めて少ないと考えられる。

（４）食品安全性
合成植物ホルモンは農薬として登録されておりその使用もきびしく制限されている。それに対し、本発明は単に冷却された空気であるため、果実の品質そのものを変化させる可能性は極めて低く，安全性は極めて高いと考えられる。

本発明の実施の形態（以下、単に本発明という）を、以下に図面に基づき説明する。本発明装置の実験に当たっては果菜類を用い、温度感受性の高い器官である花房の適正温度への冷却を行ったのでその事例について述べる。なお、本発明は、花房の適正温度への冷却のみならず、加温する場合にも適用することができる。

（１）本発明の栽培植物の着果・生育促進方法の全体構成
図１に示すように、本発明は、空気冷却部と、該空気冷却部により冷却された空気を送出する送出手段と、該送出手段に接続され栽培植物の着果に影響する部分へ冷却された空気を供給する冷却空気供給手段により構成されている。例えば、ポンプ１３より押し出された空気をチラーにより冷却された水を貯蓄してある小型冷却器内にあるコイル内を通過することにより冷却し、栽培施設内につり下げられた断熱被覆してあるメインパイプ１を通り植物体７近辺まで送る。該冷却空気５は、植物体７付近から断熱被覆してある分枝パイプ３を通り、植物体７の花房付近まで送られ、分枝パイプ３の吹き出し口より、植物体７へ勢いよく吹き出す。以下に、さらに、本発明の栽培植物の着果・生育促進方法および着果・生育促進装置の要部について説明する。

（２）本発明の着果・生育促進装置
図２、３および４に示すように、本発明の装置は、メインパイプ１が栽培施設の上部より、つり下げワイヤー２を使って設置される。その構成により、分枝パイプ３の位置は発達中の蕾６に的確に高さ調整をすることができ、また、分枝パイプ３は柔軟性を持つ材料を使うことにより上下左右位置の調整も可能となる。分枝パイプ３の先端には、エアーバルブ４を有する冷却空気吹き出し口を有しており、発達中の蕾６に対して、冷却空気５を噴出する。

（３）本発明の空気冷却部
一、冷却水槽を用いる場合
図１および２に示すように、ポンプ１３より押し出された空気を、チラーにより冷却された水を貯蓄してある小型冷却器１４内にあるコイル内を通過することにより冷却し、栽培施設内につり下げられた断熱被覆してあるメインパイプ１を通り、メンイパイプに接続された分枝パイプ３により、植物体７近辺まで送る。このように、極めて簡易な構成で送風することができる。または小型クーラーにより冷却された外気を断熱容器内に保存しても良い。
二、小型冷房装置を用いる場合
または、上記冷却水槽に代えて、図示はしないが、小型冷房室（１４に相当）で発生させた冷却空気を用いることができる。大規模栽培では、栽培植物の生育温度範囲であって着果適正温度範囲に制御する場合は、温度制御のできる小型冷房装置が望ましい。小型冷房装置として、例えば、氷蓄熱装置を用いれば、効率の良い熱交換回路を構成できる。

（４）本発明の冷却空気供給手段
上記空気冷却部によって発生した冷却空気５を、植物体７近辺まで送るメインパイプ１と、該メインパイプ１に接続され、栽培植物体７の発達中の蕾６へ、冷却空気５を吹き付ける空気吹き出し口を有する分枝パイプ３により構成する。
（メインパイプの構成）
図４に示すように、メインパイプ１は、例えば、高さ調整用パイプ１１に配設されたつ
り下げワイヤー巻き取りコイル１２を介して、高さが調整可能に構成され、栽培植物体成長による蕾６の位置に合わせて、メインパイプ１を上下させることができる。または、植物体７の蕾６の発達に合わせて、栽培植物体７の下部から上部へと位置を調整していくことができる。なお、冷却空気５を噴出した際、メインパイプ１の位置を安定させるために、支持台１０を介して、固定ワイヤー８により、つり下げワイヤー２とメンンパイプ１を接続する。

（分枝パイプの構成）
図３、図４に示すように、分枝パイプ３は複数設け、メインパイプ１および栽培植物体
７の発達中の蕾６に対して、自由に接続できるように、例えば、ゴム、プラスチック等の柔軟性を持つ材料を使うことにより、上下左右位置の調整が可能とする。分枝パイプ３は、冷却空気５を栽培植物体の発達中の蕾６に対して吹き付けるため空気吹き出し口４を有している。
さらに、本発明は空気吹き出し口４には、感圧式バルブ、もしくは電磁弁による開閉機能を持ったバルブを備えれば、冷却された空気が勢いよく花房に吹き出されることで、開花している花は振動し、花粉が放出されることで着果がさらに促進される。
なお、メインパイプ１と分枝パイプ３は、例えば、断熱材９で被覆して冷却空気５の温度を一定に保持すると良い。冷却空気５は、空気ポンプ１３で送出する。または、液体の蒸発と凝縮の潜熱を利用した閉ループの電熱素子、例えば、ヒートパイプまたは冷却された細管を、分枝パイプ３に配置して、これを蕾６の近傍に配置する構成も考えられる。

（５）本発明の効果
上記のように構成した本発明により、高温に対する感受性の高いトマトについて実施して着果率を検証して、極めて高い効果を検証することができた。図５にその結果を説明する。
一、高温ストレス対する効果
（栽培植物の冷却する部分と時期）
栽培植物において収穫物の品質に影響し、かつ温度感受性の高い部分、トマト等の果菜の場合、特に、花房が望ましい。冷却する時期は、高温ストレス感受性が最も高い蕾の段階で実施した。
（温度条件）
トマトの生育温度範囲は、１８から３２℃である。また、トマトの発達中の花房が着果す
るための適正温度範囲は、昼夜によって異なるが、概ね、２０から２６℃である。従って空気を冷却するため、チラーによる水温を５℃に設置して、冷却空気の温度を、２３℃程度として、上記のように構成した本発明により、蕾に吹き付けた。
（本発明による着果率）
昼/夜温度が28/22℃の時には落花率が10%程度であるのに対し、32/26℃では95%が落花し
た。一方，本発明の栽培方法により同一の栽培条件とした場合は、落花率は、20%程度に押さえることができ，落花率の大幅な改善ができた。低温ストレスに弱い果菜類または比較的低温に強いとされる葉根菜類でも、加温した空気を供給することにより着果率を向上させる効果が期待できる。
二、受粉に対する効果
本発明は、空気をポンプ１３で送り出し、エアーバルブ４空気吹き出し口により蕾６に集中的に吹き出す構造を持ち，さらに，空気吹き出し口部分に感圧式のバルブを設置することにより、定圧に達した空気が勢いよく押し出され，花房をゆらすことで花粉が放出され，着果を促進させる効果も持たせた。
（経済性）
本発明は、温度制御した空気、例えば、冷却した空気のみを用いるため、経済性が高い。

（環境）
2001年に農薬法が改正され着果促進剤を用いる必要がない。代替として用いられている外来生物としてマルハナ蜂も、受粉に対する効果が高いため、使用する必要がない。
（食品安全性）
自然に近い栽培法でも可能であり、何ら問題はない。

（他の作物への応用）
トマトが属するナス科はナス、ピーマン、とうがらし等の果菜類を含みそれらの着果特性もトマトと似ていることから，本発明をほかの栽培植物に応用することも可能であると思われる。
（まとめ）
本発明は、極めて簡易な構成により、発達途中の蕾が微少な平均気温上昇もストレスとして関知する栽培植物であっても、例えば、高温ストレス感受性が最も高い発達段階に冷却空気を送ることで、蕾を取り巻く気温を生育適温まで低下させる本発明による着果性工場効果は極めて高いと期待することができる。
さらに本発明は空気吹き出し口に感圧式バルブ、もしくは電磁弁による開閉機能を持ったバルブを有していることから、冷却された空気が勢いよく花房に吹き出されることで、開花している花は振動し、花粉が放出されることで着果がさらに促進されることが期待できる。

以上説明したように、本発明は、極めて簡単な構成で、栽培植物の着果性を高め、しかも、経済性があり、環境への負荷もない。また、食品安全性も確保された極めて実用的な栽培植物の着果促進方法および着果促進装置が提供をする。

本発明の方法を説明する図 本発明の装置と植物体との関係を示す図 本発明の分枝パイプを説明する図 本発明のメインパイプと分枝パイプを説明する図。 本発明の効果

符号の説明

１…メインパイプ
２…つり下げワイヤー
３…分枝パイプ
４…エアーバルブ
５…冷却空気
６…蕾
７…植物体
８…固定ワイヤー
９…断熱材
１０…支持台
１１…高さ調整用パイプ
１２…つり下げワイヤー巻き取りコイル
１３…ポンプ
１４…小型冷却器

Claims (1)

1. 栽培植物体の花房のみを、
   着果適正温度範囲に保持するように冷却または加温することを特徴とする栽培植物の着果・生育促進方法。