JP5733738B2 - 根粒菌接種資材、根粒菌接種資材の接種方法、及び栽培方法 - Google Patents

Description

本発明は、根粒菌接種資材、根粒菌接種資材の接種方法、及び栽培方法に係り、特にマメ科植物の根粒菌接種資材、根粒菌接種資材の接種方法、及び栽培方法に関する。

マメ科植物は、食料作物、及び緑肥（りょくひ）のために世界中で栽培されている。
このうち、緑肥とは、栽培する植物のために、別の植物を栽培して収穫しないで田畑に鋤き込み肥料にすることを言う。すなわち、休閑畑や収穫後の田畑に、緑肥となる作物を植えて生育させ鋤き込むことで、後に播種し栽培する植物の肥料とすることができる。

この緑肥用の植物として、従来より、マメ科植物の１種であるヘアリーベッチ（Ｖｉｃｉａ ｖｉｌｌｏｓａ Ｒｏｔｈ）がよく用いられている。ヘアリーベッチは、マメ科ソラマメ属に属する越冬が可能な越年草で、日本名はビロードクサフジ、ナヨクサフジと言う。ヘアリーベッチは、被覆力が強く、栽培には土壌をほとんど選ばず、耐寒・耐雪性に優れているという特徴があるため、緑肥用の植物として世界各地で栽培され、又は野生化している。
ここで、マメ科植物は、土壌微生物である根粒菌との共生器官である根粒を根に形成して共生窒素固定するため、窒素肥料を多量に施用しなくても栽培できるという特徴がある。このため、肥料対収穫の効率の良い食料作物となり、緑肥としても効率が高い。
しかしながら、ヘアリーベッチのようなマメ科植物において、土壌中に親和性が高い根粒菌が少ない場合や、窒素固定活性が低い根粒菌が多い場合には、そのマメ科植物に適切な根粒菌株の接種をすることが好適である。
このようなマメ科植物に根粒を形成する根粒菌としては、リゾビウム（Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍ）属細菌、ブラジリゾビウム（Ｂｒａｄｙｒｈｉｚｏｂｉｕｍ）属細菌、アゾリゾビウム（Ａｚｏｒｈｉｚｏｂｉｕｍ）属細菌等が知られている。マメ科植物と根粒菌の共生は宿主特性が高いため、これらの根粒菌を選別し接種資材用の根粒菌株を選択することができる。

従来のマメ科植物用の根粒菌株として、特許文献１を参照すると、ヘアリーベッチ用の根粒菌であるヘアリーベッチ根粒菌Ｙ６２９株（ＮＩＴＥ Ｐ−３２３）及びヘアリーベッチ根粒菌Ｓ６２５株（ＮＩＴＥ Ｐ−３２２）が記載されている。また、このヘアリーベッチ根粒菌Ｙ６２９株又はＳ６２５株を用いた接種資材が記載されている（以下、これを従来技術１とする。）。
従来技術１の接種資材は、ヘアリーベッチ根粒菌Ｙ６２９株又はＳ６２５株を液体培養し、液体培養した前記根粒菌とピートモスとバーミキュライトとを混合した根粒菌接種製剤（根粒菌接種資材）が記載されている。ピートモスは、植物が堆積して腐植化した泥炭を脱水し、粉砕し、これを選別したものである。また、バーミキュライトは、蛭石（ｖｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ）を８００℃程度にて焼結し、体積比で１０倍以上に膨張させた農業や園芸用に用いられる無機質で膨張性の鉱物である。
従来技術１の接種資材は、ピートモス：バーミキュライト＝１：１にして用いていた。このような構成とすることで、根粒菌の固定や養水分の保持力にすぐれているのに加えて、接種したときにヘアリーベッチ種子表面への吸着力が強く、接種支持担体として好適である。

特開２００８−２５９４９５号公報

しかしながら、従来技術１の接種資材は、種子に接種した後、保存ができず、すぐに播種しなければならないという問題があった。
これは、ピートモスとバーミキュライト接種資材は根粒菌の保持能力が弱く、乾燥等により根粒菌が死滅するか生菌数が大幅に減少するためであった。
このため、接種資材を種子に接種した後、すぐに播種しなければならず、農作業の手間がかかるという問題があった。
また、ピートモスとバーミキュライトを支持体とした接種資材は、種子への展着性が悪く、接種しても根粒菌株の感染率が低い場合や、そもそも根粒が形成されない場合もあった。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上述の課題を解消することを課題とする。

本発明の根粒菌接種資材は、マメ科植物の根粒菌の接種資材において、液体培養した前記根粒菌と、ゼオライトとを混合し、前記ゼオライトは、モルテナイト又はクリノプチロル系沸石を含み、平均粒径１〜１０μｍの超微粒子粉末ゼオライトであることを特徴とする。
本発明の根粒菌接種資材は、前記マメ科植物はヘアリーベッチであり、前記根粒菌は、ヘアリーベッチ根粒菌 Ｙ６２９株（ＮＩＴＥ Ｐ−３２３）であることを特徴とする。 本発明の根粒菌接種資材の接種方法は、液体培養されたマメ科植物の根粒菌と、ゼオライトとを混合した根粒菌接種資材を製造し、前記マメ科植物の種子と前記根粒菌接種資材を混合する根粒菌接種資材の接種方法であって、前記ゼオライトは、モルテナイト又はクリノプチロル系沸石を含み、平均粒径１〜１０μｍの超微粒子粉末ゼオライトであることを特徴とする。
本発明の根粒菌接種資材の接種方法は、前記マメ科植物はヘアリーベッチであり、前記根粒菌は、ヘアリーベッチ根粒菌 Ｙ６２９株（ＮＩＴＥ Ｐ−３２３）であることを特徴とする。
本発明の栽培方法は、前記根粒菌接種資材の接種方法により接種された前記マメ科植物の種子を１〜１０ヶ月程度保存し、播種することを特徴とする。

本発明によれば、ゼオライトを根粒菌接種資材の担体として用いることで、種子に接種してから数ヶ月以上保存可能で農作業の手間を少なくする接種資材を提供することができる。
また、本発明の根粒菌接種資材は、種子への展着性に優れており、種子表面の根粒菌密度を高めることができるため、根粒菌株の感染率を高め、マメ科植物に確実に根粒を形成させる接種資材を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る根粒菌接種資材の作成方法を示す概念図である。 本発明の実施の形態に係る根粒菌接種資材用の凝灰岩中ゼオライトの走査型電子顕微鏡の写真である。 本発明の実施の形態に係る根粒菌接種資材を用いてヘアリーベッチ種子に根粒菌を接種し滅菌培地で栽培した結果を示す写真である。

＜実施の形態＞
（超微粉末ゼオライトを用いた根粒菌接種資材）
本発明の発明者は、従来技術１のようなマメ科植物用の根粒菌株を用いた根粒菌接種資材を製造していたところ、上述の課題があることを認識した。
このため、本発明の発明者は、根粒菌接種資材の担体を変更することを思いついた。そして、鋭意検討と実験を行った結果、担体として超微粉末ゼオライトを用いて根粒菌接種資材を製造するのが好適であることを見いだした。ゼオライトは白色または無色透明の珪酸塩（含水アルミナ珪酸塩）多孔質の物質で、吸着資材として様々に利用されている。
本発明の実施の形態に係る接種資材は、超微粒子粉末ゼオライトを支持担体として、マメ科作物に窒素固定能力が高い優良な根粒菌株を接種する接種資材である。
また、本実施形態に係る超微粒子ゼオライトは、平均粒径が約３μｍであり根粒菌の大きさとほぼ同じであるため、根粒菌と混合しやすい性質を持つという特徴がある。

まず、図１を参照して、超微粒子ゼオライトを用いた本発明の実施の形態に係る根粒菌接種資材の製造方法について説明する。
本発明の実施の形態に係る根粒菌接種資材は、目的のマメ科作物に適合した窒素固定能力が高い優良根粒菌株を液体大量培養（ラージプレップ）し、当該根粒菌培養液と超微ゼオライトの粉末とを混合して接種資材を製造する。
図１の例では、根粒菌培養液を２００ｍＬと、超微粒子ゼオライトを７２ｇ混合している。しかしながら、これに限らず培養液と超微粒子ゼオライトが所定の固さや水分含有量になるような所定の割合で超微粒子ゼオライトを混合可能である。
このようにして製造した根粒菌接種資材は、対応するマメ科植物の種子と混ぜ合わせて接種する。
従来技術１のピートモスとバーミキュライトを用いた接種資材は、接種後の種子をすぐ播く必要があった。しかしながら、本実地形態に係る根粒菌接種資材は、接種した種子を数ヶ月以上、例えば３〜１２ヶ月程度保存可能であり、作業時期の制限を排除することができる。
なお、超微粒子ゼオライトの他にも、ｐＨ調整剤であるＣａＣＯ₃等を加えることができる。このＣａＣＯ₃としては、カキの貝殻等から抽出する天然のＣａＣＯ₃を用いることができる。

（超微粉末ゼオライトの選択）
ここで、本発明の実施の形態に係る根粒菌接種資材に用いるための超微粒子ゼオライトの種別について説明する。
ゼオライトは、ナトリウム・カリウム・カルシウム等のアルカリ金属、アルカリ土金属を含むアルミニウムの含水珪酸塩の総称である。このゼオライトは、鉱物分類上ではテクト珪酸塩に属し、数１０種類の組成が異なるゼオライトの存在が知られている。
また、ゼオライトは、結晶水が他の鉱物に比して著しく多く、この結晶水は加熱していくと、一度に放出されないで、ほとんど連続的に脱水する。そして、脱水しても、ゼオライトの結晶構造は破壊されずに多孔質となるため、縦横に通ずる空隙および空孔は、あたかも海綿のような構造のゼオライト原石（含沸石凝灰岩）構造となり、これに水分や各種ガスを吸着する。従って、脱水したゼオライトは吸着剤となる。
また、ゼオライトの肌理（目）は径が３〜６オングストローム（１オングストロームは１億分の１ミリ）であり、ゼオライトの種類により概ね固定している。この目の大きさによって、分子をふるい分けることができる。これにより、ゼオライトは、吸着剤や分離剤などに利用されている。

本発明の実施の形態に係る根粒菌接種資材は、合成されたゼオライトを用いてもよいが、各種の土壌成分を含む天然のゼオライトを用いることが好ましい。
特に、平均粒径がほぼ１μｍ〜１０μｍのクリノプチロル沸石を含む超微粒子粉末ゼオライト、特に平均粒径がほぼ３μｍのゼオライトを用いるのが好ましい。
このゼオライトとしては、特に、秋田県山本郡ニッ井町切石で産生した天然のゼオライトを用いることができる。このニッ井町切石のゼオライトとしては、サン・ゼオライト工業株式会社製のゼオライトを用いることが特に好適である。当該ゼオライトは、新第三紀層中に介在する軽石質凝灰岩層中に存在しているもので、モルテナイトまたはクリノプチロル系沸石を含む。ニッ井町切石凝灰岩の沸石は、長さ０．４μｍ、幅０．０７μｍ程度の微細な結晶をなしているが、均質である。また、当該ゼオライトを３００℃，４５０℃，６００℃，７５０℃，９００℃において各１時間熱したものをＸ線で分析したところ、４５０℃位までは安定した構造を維持しており、６００℃〜７００℃にかけて徐々に構造が弱くなり、９００℃でゼオライト構造が完全に破壊されて、クリストバル石に変化する。このように、当該ゼオライトは、天然ゼオライトとして、比較的熱に強いため、安定性に優れるという特徴を備えている。
図２の走査型電子顕微鏡写真を参照して説明すると、秋田県山本郡ニッ井町切石で産生した超微粒子ゼオライトは、根粒菌の大きさとほぼ同じ空隙を備えている。このため、水分を多く含む鉱物であるゼオライトの空隙に、特にマメ科植物の根粒菌及び根粒菌の生育に必要な栄養を含んだ培養液を好適に保持することができる。

（優良根粒菌の分離方法）
圃場に生育している目的のマメ科植物の根粒のうち、根粒の粒径が大きく、内部が赤色を呈している根粒を採取する。根粒内部組織液をＹＭ寒天培地に塗末し、好気条件下、３０℃で７〜１４日間培養する。このＹＭ寒天培地の組成は、従来技術１と同様である。
得られたコロニーから菌株をＹＭ液体培地に移し、好気条件下、３０℃で７〜１４日間振とう培養する。このＹＭ液体培地の組成に関しても、従来技術１と同様である。
培養した菌株を目的のマメ科植物に接種して、無窒素培地で３０日間栽培する。目的のマメ科植物に根粒形成が確認された菌株を、目的のマメ科植物に親和性のある根粒菌と判定する。
根粒が形成されたマメ科植物を３０日間栽培し、アセチレン還元法により窒素固定活性を測定する。高い窒素固定活性を示す根粒菌株を、優良根粒菌株と選択する。この選択方法も、従来技術１と同様である。

（接種資材の提供方法）
上述のように、目的のマメ科植物に親和性のある優良根粒菌を分離し、液体培養して超微粒子ゼオライトと混合して接種資材とする。
この接種資材は、防水・防塵作用がある容器、例えばプラスチック製のボトルに充填して、農家に提供する。
農家は、あらかじめ根粒菌をマメ科種子に接種して保管することも可能である。また、播種直前に接種することもできる。このため、種子を播種する際の作業効率を向上させることができる。

以上のように構成することで、以下のような効果を得ることができる。
まず、従来技術１においては、根粒菌培養液をピートモス等の支持材とバーミキュライトの混合物を接種資材として用いていた。
また、種子に混合して接種してから、すぐに播種しなければならず、農作業の作業性が著しく劣るという問題があった。

これに対して、本発明の実施の形態に係る接種資材は、超微粒子ゼオライトを用いたことで、根粒菌の種子の表面の乾燥が抑えられるため、根粒菌の生存率が高くなる。これにより、マメ科植物の種子に接種してから常温での保管が可能である。
このため、農作業の作業性に優れ、播種時の手間を減らすことができるという効果が得られる。

また、従来技術１の接種資材は、優良根粒菌株の感染率が低いという問題があった。
これに対して、本発明の実施の形態に係る接種資材の超微粒子ゼオライトの平均粒径は約１〜１０μｍであり、根粒菌の大きさとほぼ同じであるため、根粒菌と混合しやすいという特徴がある。
そのうえ、本発明の実施の形態の接種資材においては、支持担体が超微粒子のゼオライトであることから、接種資材とマメ科植物の種子を混合した際に、種子への展着性に優れており、種子間に浸透しやすく、種子表面に付着しやすいという特徴がある。
このため、マメ科植物に接種した際に、優良根粒菌株を確実に感染させ、根粒を形成させることができる。

また、本発明の実施の形態に係る接種資材は、従来の接種資材と比べると、根粒菌培養液と支持体（超微粒子ゼオライト）とを混合しやすいため、接種資材の製造がしやすいという効果が得られる。

なお、本発明の実施の形態に係る根粒菌接種資材は、マメ科植物の根粒菌に限らず、他の細菌類についても接種資材用に保持することができる。
また、天然のゼオライトを用いずに、平均粒径がほぼ１μｍ〜１０μｍの合成したゼオライトを用いることもできる。

ここで、ヘアリーベッチ根粒菌Ｙ６２９株のヘアリーベッチ用根粒菌接種資材に超微粒子ゼオライトを用いた接種資材を製造し、実際に接種したヘアリーベッチの接種効果の確認試験を行った実施例について説明する。
この実施例においては、本実施形態の超微粒子ゼオライト根粒菌接種資材を用いて、マメ科緑肥作物であるヘアリーベッチ種子に根粒菌を接種し、種子を常温で３ヶ月間保管したものを滅菌培地で栽培する保管後栽培試験を行った。
この保管後栽培試験の詳細について、以下で詳しく説明する。

＜実施例１＞
（ヘアリーベッチ根粒菌接種資材の保管後栽培試験）
まず、ヘアリーベッチ根粒菌Ｙ６２９株をＹＭ液体培地１０００ｍＬにて３０℃で５日間、振とう培養し、ＯＤ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ、光学濃度）６２０ｎｍ＝１．４となった状態で取り出す。このＹＭ液体培地の組成は、従来技術１と同様である。

次に、このＹＭ液体培地で培養したＹ６２９株を２００ｇ、超微粒子ゼオライト７２ｇに振りかけてヘアリーベッチ用根粒菌接種資材とした。

このヘアリーベッチ用根粒菌接種資材は、殺菌したヘアリーベッチ種子とよく混ぜ合わせ、３ヶ月間、平均室温２０℃、暗所にて保管した。
なお、ヘアリーベッチ種子の殺菌は、７０％エタノールに浸して１０秒間表面殺菌し、水でエタノールをよく洗い流した。次に０．５％次亜塩素酸ナトリウムに３分間浸した後、水でよく洗浄流水し、次亜塩素酸ナトリウムを完全に除去することで行った。

ヘアリーベッチは播種２週間後に低温条件で、さらに通常の外気温で２週間栽培した。栽培期間中は窒素以外の栄養塩類を補うため、無窒素培養液を適宜与えた。この無窒素培養液の組成は従来技術１と同様である。

以上の条件で栽培した後、栽培したヘアリーベッチの生育状況を目視にて観察した。
図３を参照して、このヘアリーベッチの栽培結果について説明する。
図３（ａ）は、実施例１のヘアリーベッチの栽培後の典型的な植物体の写真である。ヘアリーベッチは緑色で、草丈の長さ、根の張り等がよかった。
図３（ｂ）は、実施例１のヘアリーベッチの根を拡大したところ、根粒菌が感染した赤褐色の根粒が形成されており、ヘアリーベッチ用根粒菌が生育していることが分かった。この図３（ｂ）の根粒の形成度合いは、従来技術１のヘアリーベッチ接種資材を接種後すぐ播いた種子の栽培結果とほぼ同様であった。
これに対して、図示しない従来技術１のヘアリーベッチ用の接種資材を接種後、３ヶ月保管した種子を同様に播種して栽培したところ、根粒菌が減じているため、根粒形成が認められないか、ごくわずかな根粒しか形成されなかった。

以上のように、本発明の実施の形態に係る接種資材を用いてマメ科緑肥作物であるヘアリーベッチ種子に根粒菌を接種し、接種した種子を常温で３ヶ月間保管したものを滅菌培地に播種しても、問題なく根粒が多数形成させることができた。
また、３ヶ月以上保管した種子についても、少なくとも１年以内であれば使用可能であることが分かった。

なお、上記実施の形態の構成及び動作は例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実行することができることは言うまでもない。

本発明は、マメ科植物の接種資材として製造販売が可能であり、接種後の保管が可能になるという特徴により作業効率を向上させるため、産業上利用可能である。

Claims (5)

1. マメ科植物の根粒菌の接種資材において、
   液体培養した前記根粒菌と、ゼオライトとを混合し、
   前記ゼオライトは、モルテナイト又はクリノプチロル系沸石を含み、平均粒径１〜１０μｍの超微粒子粉末ゼオライトである
   ことを特徴とする根粒菌接種資材。
2. 前記マメ科植物はヘアリーベッチであり、
   前記根粒菌は、ヘアリーベッチ根粒菌 Ｙ６２９株（ＮＩＴＥ Ｐ−３２３）である
   ことを特徴とする請求項１に記載の根粒菌接種資材。
3. 液体培養されたマメ科植物の根粒菌と、ゼオライトとを混合した根粒菌接種資材を製造し、
   前記マメ科植物の種子と前記根粒菌接種資材を混合する根粒菌接種資材の接種方法であって、
   前記ゼオライトは、モルテナイト又はクリノプチロル系沸石を含み、平均粒径１〜１０μｍの超微粒子粉末ゼオライトである
   ことを特徴とする根粒菌接種資材の接種方法。
4. 前記マメ科植物はヘアリーベッチであり、
   前記根粒菌は、ヘアリーベッチ根粒菌 Ｙ６２９株（ＮＩＴＥ Ｐ−３２３）である
   ことを特徴とする請求項３に記載の根粒菌接種資材の接種方法。
5. 請求項３又は４に記載の根粒菌接種資材の接種方法により接種された前記マメ科植物の種子を１〜１０ヶ月程度保存し、播種する
   ことを特徴とする栽培方法。

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