JP2012056817A

JP2012056817A - 単細胞藻類の細胞破砕液を利用したアミノ酸含有有機液肥

Info

Publication number: JP2012056817A
Application number: JP2010203605A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ohama; 武大濱
Original assignee: Kochi University of Technology
Current assignee: Kochi University of Technology
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2012-03-22

Abstract

【課題】不良環境下におけるストレス耐性の強化や果実等の食味の向上に有効であり、温室や植物工場で特定の野菜を高密度にかつ連続栽培する高度管理型の水耕栽培方式の環境下で臭気がなく、昆虫やカビ類に起因する病害の心配がない有機液肥を提供する。
【解決手段】クラミドモナス（Chlamydomonas）属やユーグレナ（Euglena）属等の単細胞藻類を、吸引濾過、超音波、凍結融解、振動、加圧などの処理により細胞破砕し、アミノ酸を含有する液肥とする。
【選択図】なし

Description

この発明は単細胞藻類の細胞破砕液を利用したアミノ酸含有有機液肥に関する。

堆肥等を用いた有機農法で育てられた農作物が不良環境に強く、旨味において化学肥料を使った場合よりも優れていることは経験的に知られていたが、その理由は不明であった。２００４年頃から、有機農法の利点が科学的に調べられ始めた。その結果、陸上植物（特にイネ）においてアミノ酸（及び低分子量ペプチド）は能動輸送によって根から積極的に細胞内に取り込まれることが実証され、取り込まれたアミノ酸は、細胞内で分解されることなく、直接タンパク合成に利用されることが分かってきた。この為、無機態の硝酸塩やアンモニウム塩を基にして細胞内でアミノ酸が合成される場合と比較してエネルギー消費が少ないことから、栽培植物の生育期間を短縮でき、且つ即効性があると考えられる。また核酸（特にＲＮＡ）にも成長促進効果があることが示されている。特定のアミノ酸（又はその誘導体）がホルモンとして作用し、細胞内の代謝に大きな影響を及ぼす可能性も指摘されている。上記の利点により、アミノ酸を含有する肥料は優れていると考えられる。

近年、温室や植物工場で特定の野菜を高密度にかつ連続栽培する高度管理型の水耕栽培方式が増えつつある。このような育成環境下では、臭気がなく昆虫やカビ類に起因する病害の心配がないクリーンな液肥が望まれている。さらには、不良環境におけるストレス耐性の強化や、果実等の食味の向上に有効である液肥もまた望まれている。無菌化されたアミノ酸含有液肥がこれらの条件を満たす。これまでに市販されているアミノ酸含有液肥は、魚貝類（おそらくその内蔵）、陸上植物（稲わら等）、大型褐藻（ヒジキ、コンブ類）のいずれかを原材料とする物が多い。
魚貝類を原材料とする製品では、アミノ酸濃度は高いが、ミネラル等の成分比に問題がある。無菌化及び破砕処理には多大のコストと時間がかかるという問題もある。
海産の大型藻類を原材料とする場合は、無菌化及び破砕処理には多大なコストと時間がかかるという問題の他に、海水の持ち込みを防ぐための洗浄作業が不可欠であり多量の水を消費してコストが増大するという問題がある。また、陸上植物に有効な成長促進因子（植物ホルモン）が含まれているが、その組成比は陸上植物と異なる可能性が高いという問題がある（特許文献１）。
陸上植物系を原材料とする場合は、上記問題の他に、原料供給に季節性があるという問題もある。さらには、無菌化のための加熱処理により、植物ホルモンを破壊してしまうという問題もある。

特開２００４−１８９５３２号公報

本発明は、上記した従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、不良環境下におけるストレス耐性の強化や果実等の食味の向上に有効であり、温室や植物工場で特定の野菜を高密度にかつ連続栽培する高度管理型の水耕栽培方式の環境下で臭気がなく昆虫やカビ類に起因する病害の心配がなくクリーンであり、アミノ酸濃度が高く植物ホルモンやミネラル等の成分比に優れ、植物ホルモンが破壊されることがなく高い植物成長促進効果が期待でき、原料供給に季節性がない、アミノ酸含有有機液肥を提供するものである。

請求項１に係る発明は、単細胞藻類の細胞破砕液を含有することを特徴とするアミノ酸含有有機液肥に関する。

請求項２に係る発明は、前記単細胞藻類がクラミドモナス（Chlamydomonas）属に属する単細胞藻類であることを特徴とする請求項１記載のアミノ酸含有有機液肥に関する。

請求項３に係る発明は、前記単細胞藻類がユーグレナ（Euglena）属に属する単細胞藻類であることを特徴とする請求項１に記載のアミノ酸含有有機液肥に関する。

請求項４に係る発明は、前記単細胞藻類が細胞壁を持たないことを特徴とする請求項１乃至３に記載のアミノ酸含有有機液肥に関する。

請求項１に係る発明は、単細胞藻類の細胞破砕液を含有することを特徴とするアミノ酸含有有機液肥であることから、不良環境下におけるストレス耐性の強化や果実等の食味の向上に有効であり、ストレス強化や耐病性を向上させることにより植物に対する農薬の使用量を軽減させ流出農薬による河川の汚染を防止することができ、温室や植物工場で特定の野菜を高密度にかつ連続栽培する高度管理型の水耕栽培方式の環境下での昆虫の卵やカビなどの大規模な発生の危険性が少なくクリーンであり、単細胞藻類が培養可能であることより原料供給に季節性がなく、海水の持ち込みを防ぐための洗浄作業が必要ないことより多量の水を消費せずコストを抑えることができる、アミノ酸含有有機液肥を提供することができる。

請求項２に係る発明は、前記単細胞藻類がクラミドモナス（Chlamydomonas）属に属する単細胞藻類であることから、クラミドモナスは他の藻類と比較して増殖速度が速く高濃度にまで培養が可能なことにより手間と設備を必要とする遠心濃縮処理の必要がなく、クラミドモナスがタンパク分解酵素の活性を保持していることにより高価なタンパク分解酵素の添加なしに吸収性に優れアミノ酸濃度が高く、クラミドモナスは陸上植物と近似する植物ホルモンの組成比を有するため植物の成長を促進する、アミノ酸含有有機液肥を提供することができる。

請求項３に係る発明は、前記単細胞藻類がユーグレナ（Euglena）属に属する単細胞藻類であることを特徴とする請求項１記載のアミノ酸含有有機液肥であることから、ユーグレナ属に属する藻類は細胞壁を持たないことにより単純なフィルター濾過による細胞破砕（溶解）及び無菌化が同時に処理可能であり、膜上に残渣が残らないので膜に目詰まりがなく高価な膜を長期に亘って使用することができ、さらに加熱処理を必要としないので植物ホルモンが変成せず残存し培養から最終製品までの製造コストが安い、アミノ酸含有有機液肥を提供することができる。

請求項４に係る発明は、前記単細胞藻類が細胞壁を持たないことを特徴とする請求項１乃至３に記載のアミノ酸含有有機液肥であることから、単純なフィルター濾過による細胞破砕（溶解）及び無菌化が同時に処理可能であり、膜上に残渣が残らないので膜に目詰まりがなく高価な膜を長期に亘って使用することができ、さらに加熱処理を必要としないので植物ホルモンが変成せず残存し培養から最終製品までの製造コストが安い、アミノ酸含有有機液肥を提供することができる。

以下、本発明に係る単細胞藻類の細胞破砕液を利用したアミノ酸含有有機液肥の実施例について詳細に説明する。

本発明で使用する用語単細胞藻類とは、原生動物(原虫)、真菌、粘菌(変形菌)とならぶ原生生物界に属し、藻類の中で個体が単一の細胞である藻類をいい、鞭毛藻類(植物性鞭毛虫類)、大半の珪藻、接合藻と緑藻の一部がこれに属する。例えば鞭毛藻類にはミドリムシ(ユーグレナ)や貝毒の原因である渦鞭毛藻が属し、緑藻類にはクロレラや鞭毛をもつクラミドモナスが属する。
単細胞藻類はアミノ酸を含有しているので、不良環境下におけるストレス耐性の強化や果実等の食味の向上に有効であり、ストレス強化や耐病性を向上させることにより植物に対する農薬の使用量を軽減させ流出農薬による河川の汚染を防止することができる。
淡水性の単細胞藻類を使用することで、多量の水を消費する海水の持ち込みを防ぐための洗浄作業をする必要がない。

本発明に使用する単細胞藻類として、クラミドモナス（Chlamydomonas）属に属する単細胞藻類（以下クラミドモナスと称する）及びユーグレナ（Euglena）属に属する単細胞藻類（以下ユーグレナと称する）が好適に用いられる。

本発明に使用するクラミドモナス（Chlamydomonas）とは、緑藻綱、ボルボックス目、クラミドモナス科の単細胞藻であり、卵形で大きさは１０〜３０μｍのものが多く、先端の乳頭状突起の基部から等長の２本の鞭毛を出し、これで泳ぐ。細胞内には１個の核、葉緑体及びピレノイドがあり、体制と細胞構造から、この属の生物は種子植物やシダ植物など、陸上に広く分布域をもつ緑色植物の祖先型に近いものと考えられていたが、細胞分裂様式、遊走細胞の鞭毛基部構造、及び光合成産物グリコール酸代謝経路などの研究から、多くの淡水産緑藻の祖先型と考えられ、陸上植物に続く系統群でないと考えられるようになった。種類数が多く、記載種は１００以上に及ぶ。世界各地の池、湖沼、水田、水たまり等に生育するが、また雪中に生育するものもある。
クラミドモナスが多数繁殖すると、明け方後、数時間内に表面の水を酸素で過飽和にすることがある。クロレラ（Chlorella）とともにワムシを培養するときの餌に用いられ、また単細胞で同調培養が容易なことから、生理学のよい実験材料となる。なお、有性生殖の誘起には、同調培養法の導入と培養液からの窒素源除去操作、及び光の照射が有効である。

この発明で使用するクラミドモナスの細胞破砕液は、様々なタンパク分解酵素の活性を保持している。また、植物ホルモンであるオーキシン、サイトカイニン、ジベレリン、アブシジン酸、プラシノステロイド、ジャスモン酸等も含む。これら植物ホルモンは、藻体が外部からのストレスに応答して代謝系を切り替えるために使用されていると考えられる。
クラミドモナスはタンパク分解酵素の活性を保持していることにより、高価なタンパク分解酵素の添加なしに吸収性に優れアミノ酸濃度が高いアミノ酸含有液肥を提供することができる。
また、クラミドモナスは陸上植物と近似する植物ホルモンの組成比を有するため、植物の成長を促進することができるアミノ酸含有液肥を提供することができる。

本発明に使用するユーグレナ（Euglena）とは、有機物の多い池、沼、水たまりなどに生育する緑色の単細胞藻類のミドリムシ属ユーグレナ（Euglena）、又はそのうちの１種E.proximaを指し、動物学では原生動物門の鞭毛虫綱に分類される。時々大繁殖して水の華を形成し、水を緑色に変色させる。ユーグレナは種類数が多く、１６７４年にレーウェンフックが初めて発見してからこれまで世界では１５０余種の報告があり、そのうち日本には約２０種が知られている。多くは体が紡錘形で、前端の口から短い咽頭があり、さらに貯胞という室になって、その底部から１本の長い運動性の鞭毛を出し、これで泳ぐ。泳ぐ際に体を屈伸させる種類と、ほとんど体を変形させない種類とがいる。体内には１個の赤い眼点の他に、葉緑体やパラミロン体等をもち、葉緑体には円盤状、帯状、板状、円筒状等いろいろな形があるが、いずれも主要な光合成色素としてクロロフィルａとクロロフィルｂを含み、光合成により白色結晶状のパラミロンと呼ばれる炭水化物を生産する。ユーグレナ属のある種、例えばヒメミドリムシ（E.gracilis Klebs）は、３２〜３５℃の高温、紫外線の照射、又は培養液にストレプトマイシンを加える等の処理により、葉緑体を失って白色化した個体となり、この個体は有機物を加えた培養液中で生育して増殖できるため、天然に生育する葉緑体を持たないアスタシア属（Astasia）はユーグレナ属からの進化の過程で、退色して生じた生物であろうと推測されている。ユーグレナ属に近縁な仲間には淡水産のものとして、硬い周皮をもつうちわ形のウチワヒゲムシ（Phacus）、壷形のトックリヒゲムシ（Trachelomonas）等がある。増殖は体が縦に二分裂する無性生殖によって行われる。有性生殖は知られていない。

本発明においては、クラミドモナスとしては、細胞壁を欠損した突然変異株（Chlamydomonas reinhardti ＣＷ株）を使用することができる。この細胞壁を有さないクラミドモナスは、優れた浸透圧調整能力を有する。そのため、細胞壁を有する野生型と同じ培地で、浸透圧を調整することなく培養できるという優位性を有する。単純なフィルター濾過による完全な細胞破砕（溶解）及び無菌化が同時に処理可能であり、膜上に残渣が残らないので膜に目詰まりがなく高価な膜を長期に亘って使用することができ、加熱処理も必要ないので植物ホルモンが変成せずその活性を残存させることができる。ここで単純なフィルター濾過とは、１μｍ以下の孔を持つ膜を利用した吸引濾過操作だけで行う処理のことである。

本発明で使用するユーグレナは、光合成能力を持ち元々細胞壁を持たないものが多い。従って、細胞壁を有さないクラミドモナスと同様に非常に温和な処理で、例えば単純なフィルター濾過等で、全ての細胞を溶解することができるという優位性を有する。

本発明で使用するクラミドモナス及びユーグレナは入手が容易である。池や沼などの淡水中に広く分布しており、これらから分離して使用してもよい。これらは培養可能であることより原料供給に季節性がない。クラミドモナスは、他の藻類と比較して増殖速度が速く５×１０^６／ｍＬという高濃度にまで培養が可能であるから、手間や設備を必要とする遠心濃縮処理の必要がないという効果を奏する。

本発明に係る有機液肥の製造方法としては、まず原料である単細胞藻類を、吸引濾過や超音波破砕等で粉砕処理する。必要に応じ、窒素、リン又はカリウム等を任意で添加する。これらを攪拌、混合した後、無菌化処理を行う。その後、乾燥させ発酵処理を行うことで有機肥料が製造される。

以下、本発明に係る単細胞藻類の細胞破砕液を利用したアミノ酸含有有機液肥の製造方法について詳細に説明する。
最初に、細胞壁を有する単細胞藻類（クラミドモナス等）の細胞破砕処理方法を以下に示す。

（細胞破砕処理方法１）単細胞藻類であるクラミドモナスを、１０μｍ以下の孔を有する膜を利用して、吸引操作により上記膜内の孔を通過させること（いわゆる吸引濾過）により、細胞を破砕する。１μｍ以下の孔を持つ膜を利用して吸引濾過操作により細胞を破砕した場合は、細胞破砕処理と無菌化処理を同時に行うことができる。

（細胞破砕処理方法２）単細胞藻類であるクラミドモナスを、超音波発生装置を利用することにより細胞を破砕する。

（細胞破砕処理方法３）単細胞藻類であるクラミドモナスを、クラミドモナスの培養液又は収集したクラミドモナスの藻体に対して、凍結と融解を繰り返すことにより細胞を破砕する。

（細胞破砕処理方法４）ガラス、金属、セラミックス等を材料とする５〜３００μｍの粒子と、クラミドモナスの藻体を混合した懸濁液を機械的に振動させること（いわゆるボルテックス処理）により細胞を破砕する。

（細胞破砕処理方法５）クラミドモナスの藻体を耐圧容器に入れて、空気、窒素、ヘリウム等の気体を用いて６ＭＰａ以上の圧力をかけて、３分以上その圧を保持することで細胞を破砕する。

次に無菌化処理を行う。無菌化処理としては、加熱処理及びフィルター濾過処理が挙げられる。フィルター濾過処理は、加熱処理なしに無菌化を行うことができ、さらに植物ホルモンの破壊も防止することができる。これにより、植物の成長を促進することができる。従って、細胞破砕処理方法としてはフィルター濾過処理が好適に用いられる。

細胞壁を有さない単細胞藻類は、１μｍ以下の孔を持つ膜を利用した吸引濾過操作だけで、細胞破砕処理と無菌化処理を同時に行うことができる。また吸引濾過処理により完全に溶解するので、膜上に残渣が残らない。従って、膜に目詰まりがなく高価な膜を長期に亘って使用することができる。

上記操作により精製されたクラミドモナス細胞破砕液は、原則そのまま植物に施用する。保存中に沈殿物が生じるのを防止する場合、或いは植物工場等で液肥を細管を通して供給する場合は、約１０００ｇ以上の遠心力で５分間以上遠心することで、沈殿し易い成分をあらかじめ沈殿させて、その上澄みのみを使用してもよい。

上記処理によるクラミドモナス細胞破砕液を植物に施用することができる。対象植物、対象植物の栽培環境は特に限定されない。原則として添加物は加えないが、対象植物によって必要であれば、特定の植物ホルモン、硝酸、リン酸などの栄養素を加えてもよい。散布方法も特に限定されない。

[実施例]
以下、本発明に係るアミノ酸含有有機液肥の実施例及び結果を示す。
（試験植物）
ローズマリー（Rosemarius officinalis）
雲間草（Saxifraga Mossy）
（施用環境）
高知県香美市土佐山田町高知工科大学内
平成２２年６月、室温２０℃
鉢での土植え、日当たりの良い室内で栽培
（液肥）
ＴＡＰ培養液（Ｔｒｉｓ２．４２ｇ、ＴＡＰｓａｌｔｓ２５ｍｌ、Ｐｈｏｓｐｈａｔｅｓｏｌｕｔｉｏｎ０．３７５ｍｌ、Ｈｕｔｎｅｒｔｒａｃｅｅｌｅｍｅｎｔ１．０ｍｌ、酢酸１．０ｍｌを１Ｌ中に含む）中で定常期まで増殖させた細胞壁を有さないクラミドモナス（Chlamydomonas reinhardti ＣＷ株）の培養液を使用し、０．２２μｍの孔を有するメンブレンフィルターで吸引濾過することにより細胞を破砕した液を用いた。
（施用量・施用期間）
この破砕液を薄めることなく５ｍＬ、一日一回、植物体に散布した。散布期間は３週間とした。
（施用効果）
水のみを与えた対照の植物と比較して、雲間草とローズマリーの両方に関して生育の促進が顕著であった。特に茎の部分の伸長生長が著しかった。結果を表１に示す。

本発明は、植物に施用するアミノ酸含有有機液肥であり、半密閉空間にある植物だけでなく広大な面積を持つゴルフ場の芝等の管理にも好適に使用される。

Claims

単細胞藻類の細胞破砕液を含有することを特徴とするアミノ酸含有有機液肥。
前記単細胞藻類がクラミドモナス（Chlamydomonas）属に属する単細胞藻類であることを特徴とする請求項１記載のアミノ酸含有有機液肥。
前記単細胞藻類がユーグレナ（Euglena）属に属する単細胞藻類であることを特徴とする請求項１記載のアミノ酸含有有機液肥。
前記単細胞藻類が細胞壁を持たないことを特徴とする請求項１乃至３に記載のアミノ酸含有有機液肥。