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WO2001070010A1 - Method of producing plant seeds - Google Patents

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WO2001070010A1
WO2001070010A1 PCT/JP2001/001962 JP0101962W WO0170010A1 WO 2001070010 A1 WO2001070010 A1 WO 2001070010A1 JP 0101962 W JP0101962 W JP 0101962W WO 0170010 A1 WO0170010 A1 WO 0170010A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
plant
cultivation
plants
seeds
generation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2001/001962
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Masumi Okada
Kazuhiko Kobayashi
Hang-Yong Kim
Mark Lieffering
Hirofumi Nakamura
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Science and Technology Agency
National Agriculture and Food Research Organization
Original Assignee
National Agriculture and Food Research Organization
Japan Science and Technology Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Agriculture and Food Research Organization, Japan Science and Technology Corp filed Critical National Agriculture and Food Research Organization
Priority to EP01912314A priority Critical patent/EP1290937A4/en
Priority to AU2001241118A priority patent/AU2001241118A1/en
Publication of WO2001070010A1 publication Critical patent/WO2001070010A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G7/00—Botany in general
    • A01G7/02—Treatment of plants with carbon dioxide

Definitions

  • the present invention relates to a plant seed obtained from a plant grown in a cultivation space with a controlled carbon dioxide concentration and having improved yield and cultivation in the next generation, a method for producing the same, and a method for cultivating the same. Dear Skill
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-2759569 states that energy costs for controlling the cultivation environment are suppressed, and the cultivation environment and the carbon dioxide concentration in the cultivation space are controlled.
  • Plant cultivation facility where plants are cultivated in a cultivation space partitioned from the outside for the purpose of improving productivity, reforming means for generating hydrogen and carbon dioxide using hydrocarbons or alcohols as raw materials, and gas generation Reacting the hydrogen supplied by the means with oxygen in the air
  • a fuel cell device that generates heat energy together with electric energy, and a carbon dioxide generated by the reforming means is supplied into the cultivation space to adjust the concentration of carbon dioxide in the air, and the electric power supplied from the fuel cell device.
  • a plant cultivation system having environmental control means for controlling a cultivation environment using energy and heat energy.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-57595 discloses an air hose as a plant culturing method and a container for promoting the growth of seedlings such as orchids and increasing the growth and survival rate after acclimation.
  • a bag-shaped, soft-sheet culture vessel provided with an insertion hole and an opening for attaching a gas permeable membrane, and supplying a fixed amount of this from the carbon dioxide gas mixing tank to the closed culture vessel through an air hose, the light-independent nutrition is achieved.
  • a plant culturing method characterized by promoting plant growth by culturing and performing sugar-free culturing is described.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-2747424 discloses a method and apparatus for supplying carbon dioxide into a greenhouse for plant cultivation and cultivation, which can easily supply carbon dioxide.
  • a method for supplying carbon dioxide into a greenhouse is described, in which solid carbonic acid is arranged and carbon dioxide generated from the solid carbonic acid is diffused into a greenhouse for a predetermined time interval.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. Heisei 5 (1994) -1844285 discloses a coating structure of a cultivation house, etc., for the purpose of promoting the growth of a cultivation plant in a cultivation house and controlling flower bud differentiation and dormancy by a simple method.
  • the body is shielded from light by a shield as needed, and the inside of the covered structure is kept in a low-temperature atmosphere state by a cooling device, and is grown by supplying a predetermined amount of carbon dioxide into the covered structure by a carbon dioxide gas supply device.
  • a method for controlling a plant growing environment for controlling flower bud differentiation of a plant is described.
  • An object of the present invention is to provide a method for producing plant seeds for next-generation cultivation, which can grow a plant excellent in yield and cultivability by using a conventional variety as it is. Disclosure of the invention
  • Carbon dioxide present in the air (hereinafter, C_ ⁇ of 2) concentration is about 3 6 0 ppm, 2 0 0 ppm before and after the increase in concentration during the latter half century now has been predicted.
  • This high concentration C_ ⁇ 2 environment is attached to the various effects on crops and ecosystems, the present inventors have carried out a number of years research, but in a series of research, the next generation high CO 2 concentration is through the seed experiment to evaluate the effect, ie, using the seeds of rice were harvested after cultivation in the high C 0 2 concentration group and the standard air-ku, in the previous fiscal year, respectively transplanted into the high C_ ⁇ 2 concentration groups after the nursery then, was to investigate the growth and yield of after that, high C_ ⁇ growth of I values using a 2 concentration Ward production seeds, increased significantly compared to the standard air-ku production seed, about 2 0 in the final yield A% difference was found.
  • Concentration group cultivation compared to standard air-ku cultivation of standard atmospheric Ward production seed, but rises to about 35 percent yield, high concentration C_ ⁇ action of 2, direct effect on the growth process (1 5% It was unexpectedly obtained that the effect (20%) that the effect of the previous year appeared through the seeds in the following year was greater than that of the previous year.
  • the present invention has been completed based on these findings.
  • the present invention provides a method for producing plant seeds for next-generation cultivation (claim 1), comprising growing a plant in a cultivation space in which the concentration of carbon dioxide is controlled, and collecting seeds from the plant.
  • the method for producing plant seeds for next-generation cultivation according to claim 1 or 2 wherein the method is performed until the seeds mature, and the control of the carbon dioxide concentration is performed throughout the day.
  • Production of plant seeds for next-generation cultivation according to claim 3 or 4 The method for producing plant seeds for next-generation cultivation according to any one of claims 1 to 5, wherein the cultivation space is a semi-enclosed space such as a greenhouse or a vinyl house. 6.) and, cultivation between ⁇ is, production method seeds for the next generation cultivation according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a cultivating space using open system atmospheric CO 2 increase device (Claim 7) and the plant grown in the cultivation space with controlled carbon dioxide concentration is a plant derived from seeds collected from the plant grown in the cultivation space with controlled carbon dioxide concentration.
  • a cultivating space using open system atmospheric CO 2 increase device Caim 7
  • the plant grown in the cultivation space with controlled carbon dioxide concentration is a plant derived from seeds collected from the plant grown in the cultivation space with controlled carbon dioxide concentration.
  • the method for producing plant seeds for next-generation cultivation according to any one of claims 1 to 7 (Claim 8), and a method for growing plants grown in a cultivation space in which the concentration of carbon dioxide is controlled, for cereals and crafts Crops, livestock feed crops ⁇ Belonging to pastures, vegetables, and flowers Selected from seed plants 9.
  • a method for producing plant seeds for next-generation cultivation according to any one of claims 1 to 8 (claim 9), cereals, craft crops, livestock crops and pasture.
  • the present invention relates to a method for producing plant seeds for next-generation cultivation according to claim 10 (claim 11). Further, the present invention provides a plant seed for next-generation cultivation obtained by the method for producing a plant seed for next-generation cultivation according to any one of claims 1 to 11 (claim 12), and a method according to claims 1 to 11.
  • a method for cultivating a plant characterized by cultivating a plant seed for next-generation cultivation produced by the method for producing plant seed for next-generation cultivation (Claim 13), or controlling a carbon dioxide concentration
  • the present invention also relates to a method for cultivating a plant according to any one of the above (Claim 16).
  • the method of producing plant seeds for the next generation cultivation of the present invention plants were grown in a cultivation space with controlled C_ ⁇ 2 concentration, Suruga and characterized by collecting seeds from the plant, where the next generation the plant seeds for cultivation, even seeds obtained from means plant seeds used to grow the next generation of plants were grown between cultivated air of controlled C_ ⁇ 2 concentration plant, Edible plants Plant seeds that are not used to grow the next generation of plants, such as seeds, are excluded.
  • Needs in the present invention is a plant growing in a cultivated space with controlled C_ ⁇ 2 concentration, is not particularly limited as long as it is a seed plant, for example, to cereals, increasing the yield of vegetables such as And seed plants that need to be grown healthy and durable, such as flowers and flowers.
  • These plants include plants selected from grasses, legumes, solanaceous plants, cruciferous plants, cucurbitaceous plants, acacia, cericaceae, asteraceae, roses, and lilies.
  • Examples of preferred plants include, for example, rice, rye, wheat, rye, millet, hee, ae, sugarcane, sorghum, barley, corn, sheba, embak, ochardgrass, facility ryegrass, perenii Grass plants such as alligrass, timothy and tol fescue; legumes such as soybean, azuki, green bean, endu, fava bean, laccasei, sweet pea, clover, rupin, cowpea, edamame, and ryokuto , Tobacco, eggplant, potato, tomato, capsicum, pepper, shishito Soybean plants such as radish, rape, rape, mustard, mustard, cabbage, Chinese cabbage, turnip, komatsuna, taina, evening kana, shirona, kiyona, mihuna, broccoli, cauliflower, cauliflower, porcelain , Evening cruciferous plants such as Atsuai,
  • Agaric plants such as carrots, honeybee, celery, parsley, and celery
  • asteraceous plants such as lettuce, sardana, chrysanthemum, syringa, chicory, burdock, and sunflower; Evening onion, garlic, leek, lily, tulip, pretend Liliaceae plants and the like Ja, Wa evening, okra, kenaf, etc.
  • a convolvulaceous plant such as Asagao or Satsumaimo, a Polygonaceae plant such as, a carnation or a Coleoptera plant such as Kasumi, a croak or hemp etc., or a Sesame or sesame plant.
  • Lamiaceae plants such as perilla and perilla
  • Gentian plants such as Gentian and Eustoma
  • rice, wheat, monocotyledonous plants and soybeans, such as O O wheat, potato is more of C 3 plants for fixing the C_ ⁇ 2 in dicots soil C 3 photosynthetic pathway of radish etc.
  • corn, sugarcane, monocotyledonous plants such as sorghum (sorghum)
  • C 4 plants for fixing the C_ ⁇ 2 in C 4 photosynthesis pathways such as dicotyledonous plants such as amaranth
  • This is preferable in that the function and effect of the present invention can be sufficiently enjoyed.
  • the cultivation space with a controlled C_ ⁇ 2 concentration in the present invention is not particularly restricted as long as a space can be cultivated plants C 0 under 2 concentration controlled atmosphere, the greenhouse or plastic house Specific examples include a semi-closed space such as the above and an open system space such as an outdoor field.
  • greenhouse Yabi the control of C_ ⁇ 2 concentration in the semi-closed space, such as Niruhausu
  • a atmosphere mixing means such as a C_ ⁇ 2 gas source and a gas discharge tube such as C_ ⁇ 2 gas cylinder and C_ ⁇ 2 sensor
  • C_ ⁇ 2 gas cylinder and C_ ⁇ 2 sensor was known conventional means can be used, also in C 0 2 concentration control of the open system space ⁇ field such outdoor detects the wind direction by wind vane, release diffuse C_ ⁇ 2 gas from the windward side can the automatic control child to, co 2 sensor and CO 2 open- system was example Bei and co 2 gas source such as a gas tank atmospheric C ⁇ second upper so Nobori (McLeod, ARand Long, S. P.
  • C_ ⁇ 2 concentration photosynthesis becomes plateau at 2 0 0 0 ppm rather leprosy, general knowledge of plant physiology that causes Hay harm rather exceeds 5 0 0 0 p pm , and then from the finding that the C_ ⁇ 2 concentration of current standard atmosphere is about 3 6 0 ppm, higher than C_ ⁇ 2 concentration of about 3 6 0 p pm standard atmosphere, 2 0 0 0 p pm without being limited in particular as long as low C_ ⁇ 2 concentration than excellent yield and cultivation of expression, as well C_ ⁇ and in terms of economy of 2 gas consumption, C standard atmospheric ⁇ (2)
  • a concentration of about 40 to 114 ppm higher than a concentration of about 36 O ppm is preferably 400 to 150 ppm, particularly about 100 to 300 ppm higher. ppm is preferred.
  • the period for controlling the C_ ⁇ 2 concentration in the cultivation space, seeding Wakashi Ku is not particularly limited as Re periods der growth entire period or a part thereof to maturity of seeds from budding stage, Specific examples of a part of the entire growth period include a period from flowering fertilization to a seed maturation period, and a period from flowering influence period to a seed maturation period.
  • the flowering effect period means the time that affects the ability of flowering and fertilization. For example, in the case of rice, it is called the 7-leaf stage or the panicle formation stage.
  • Effect of the high concentration C 0 2 is Te stage smell not been elucidated the mechanism appearing through the next generation cultivating seeds, maximum and the effects of the high concentrations C_ ⁇ 2 to the next generation cultivation plant seeds securely in to appear lay preferred to control the C 0 2 concentrations throughout the growing entire period, also considering the economics of co 2 gas consumed during the period from after flowering fertilization until maturity seeds C_ ⁇ 2 it is preferable to control the concentration - the control of changing the C_ ⁇ 2 concentration, for example, the period from after flowering fertilization until maturity seeds performs control such enhanced C_ ⁇ 2 concentration depending on the raw rearing period You can do that too.
  • Time zone for controlling the C_ ⁇ 2 concentration in a period for controlling the C_ ⁇ 2 concentration As described above, at the present stage, the mechanism by which the effect of high concentration co 2 appears through the seeds for next-generation cultivation plants has not been elucidated. it is preferable to control the co 2 concentration regardless of the day day and night to second working effect causes revealed out the maximum and reliably. Further, given the economics of the CO 2 gas consumption, C 0 as the center during the day 2 It is preferable to control the concentration. Also, control for changing the co 2 concentration in accordance with the amount of solar radiation, for example, when solar radiation is large, it is also possible to perform control such as increasing the C o 2 concentration.
  • a method of producing plant seeds for the next generation cultivation of the present invention as a plant to be grown in cultivation space with controlled C_ ⁇ 2 concentration, and grown for one generation or more generations in culture space with controlled C_ ⁇ 2 concentrations above
  • a plant derived from a seed collected from a plant can be used. Such seeds are likely to potentially create for the effect of high concentration C_ ⁇ 2 is accumulated high expressing better yielding ability and cultivation properties.
  • the plant seed for next-generation cultivation of the present invention is a plant seed obtained by the above-described method for producing a plant seed for next-generation cultivation of the present invention and used for cultivating a plant of the next generation.
  • the method for cultivating a plant of the present invention is characterized by cultivating a plant seed for next-generation cultivation obtained by the method for producing a plant seed for next-generation cultivation of the present invention described above.
  • specific examples thereof include a semi-closed cultivation space such as a greenhouse and a vinyl house, and an open cultivation space such as an outdoor field.
  • CO 2 concentration of about 3 6 0 ppm to about 4 0-1 1 4 than 0 p pm high 4 0 0-1 5 0 0 ppm of C_ ⁇ 2 concentration atmosphere under normal atmospheric about 1 0 0 especially ⁇ 3 0 0 p pm cultivating high 4 6 0 ⁇ 6 6 0 p pm plants C_ ⁇ 2 concentration Kiri ⁇ cultivating space to control the CO 2 concentration in the gas under such of, better yield resistance and cultivation It is preferable in terms of properties, cost, etc.
  • the C_ ⁇ 2 density control in the semi-closed space, such as a scan, CO 2 sensor and C_ ⁇ can be a conventionally known conventional means of two gas cylinders or the like, C in an open system space of the field, such as outside Mataya 0 2 the control of the concentration, can be used an open system atmospheric C o 2 Elevators.
  • a C ⁇ 2 concentration of about 200 ppm higher than the standard atmosphere can increase the next-generation yield by about 20%.
  • Relative Clay (units) 227 212 107
  • Table 2 shows the average value of each of the 12 strains. As can be seen from Table 2, when the high CO 2 section seeds were grown, the seedlings showed more vigorous growth from the seedling stage than when the control standard area seeds were grown.
  • the nursery was rice from the standard atmospheric Ward seeds were implanted respectively at a high C_ ⁇ 2 concentration group and the standard atmospheric Ward, and to determine their growing amount cultivates until harvest time, as shown in Table 3, high C_ ⁇ those from 2 concentration groups compared to those from standard atmospheric ku, shows the results of about 1 5% increase in yield. From this result as in Example 1 result, high C o 2 concentration groups cultivation using high C_ ⁇ 2 concentration group production seed, as compared with standard atmospheric Ward cultivation using standard air-ku production seed yield of about It can be seen that it rises by 35%. It is noteworthy that the effect of high-concentration CO 2 is greater in the effect of the previous year (20%) through the seeds in the following year than in the direct effect during the growth process (15%). The desired result was obtained.
  • plants are cultivated under conditions in which the Co 2 concentration is higher than in the standard atmosphere, fruited seeds are collected, and the next-generation plants are cultivated and grown using the collected seeds for next-generation cultivation.
  • seedling quality is improved, live weight and dry weight at each stage of growth are increased, and the final yield is dramatically increased.
  • seeds for next-generation cultivation with improved cultivation and yield can be easily produced.

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Description

明 細 書 植物種子の生産方法 技術分野
本発明は、 二酸化炭素濃度を制御した栽培空間で生育させた植物から 採取した、 次世代での収量性や栽培性が高められた植物種子、 その生産 方法及びその栽培方法に関する。 拝啓技術
従来、 二酸化炭素 （炭酸ガス） 濃度を高めることにより、 植物の生長 を促進させることは一般的に知られており、 従来より様々な方法が提案 されている。 例えば、 特開昭 5 3 一 9 8 2 4 6号公報には、 炭酸ガスを 気候に関係なく全日照時間を通じて施用することによって植物生長を促 進し、 栽培収量を増加させることを目的として、 冷暖房兼用機器、 蓄熱 設備および炭酸ガス供給設備を有し、 炭酸ガス濃度を植物の育成を促進 あるいは抑制するのに最適なように 0〜 2 0 0 0 p p mの濃度に保ちつ つ、 該蓄熱設備に蓄えられた太陽エネルギーを該冷房暖房兼用機器のェ ネルギ一として利用することによつて施設内の温度を植物栽培に最適な 範囲となるように保つ植物栽培施設が記載されている。
特開平 1 1 — 2 7 5 9 6 5号公報には、 栽培環境を制御するためのェ ネルギ一コス トを抑制すると共に、 栽培空間における栽培環境及び二酸 化炭素濃度を制御して栽培植物の生産性の向上を目的として、 外部から 区画された栽培空間において、 植物が栽培される植物栽培施設と、 炭化 水素又はアルコールを原料として水素及び二酸化炭素を発生する改質手 段と、 ガス発生手段により供給された水素を空気中の酸素と反応させて 電気エネルギーと共に熱エネルギーを発生する燃料電池装置と、 改質手 段が発生した二酸化炭素を栽培空間内へ供給して空気中の二酸化炭素濃 度を調整すると共に、 燃料電池装置から供給された電気エネルギー及び 熱エネルギーを用いて栽培環境を制御する環境制御手段とを有すること を特徴とする植物栽培システムが記載されている。
特開平 1 1 一 7 5 5 9 5号公報には、 ラン科植物などの苗の成長を促 進し、 また順化以降の生育と生存率を増加する植物培養法および容器と して、 エアホース差し込み孔、 および通気膜を装着する開口部を設けた 袋状に加工した軟質シー卜の培養容器を用い、 当該密閉培養容器に炭酸 ガス混合槽からエアホースを通して定量供給することにより、 光独立栄 養培養による植物の成長を促進し、 無糖培養を行うことを特徴とする植 物培養法が記載されている。
特開平 7 — 2 7 4 7 2 4号公報には、 炭酸ガスの補給を容易に行い得 る、 植物育成栽培用の温室内に炭酸ガスを供給する方法及びその装置と して、 温室内に固形炭酸を配置し、 この固形炭酸から発生した炭酸ガス を所定の時間間隔の間温室内に拡散させることを特徴とする、 温室内に 炭酸ガスを供給する方法が記載されている。
特開平 5 — 1 8 4 2 4 5号公報には、 栽培ハウスの育成植物の生育の 促進と花芽分化及び休眠状態の制御を簡単な方法で行うことを目的とし て、 栽培ハウス等の被覆構造体を必要に応じて遮蔽物で遮光し、 冷房装 置により前記被覆構造体内を低温雰囲気状態に保持するとともに、 炭酸 ガス供給装置によって前記被覆構造体内に炭酸ガスを所定量供給するこ とにより育成植物の花芽分化を制御する植物育成環境制御方法が記載さ れ、 また、 特開平 5 — 1 1 1 3 3 1号公報には、 温室ハウス等の被覆構 造体内に炭酸ガスを適宜供給して当該植物のチッソの吸収量を変えるこ とにより花芽分化を制御する植物環境制御方法が記載されている。 現在、 農林業で栽培される植物の種子は、 通常の大気中で生育させた 植物から生産されている。 次世代での収量性を向上したり、 品質や病害 虫抵抗性などの形質を改善するための手段としては、 選抜淘汰や交配あ るいは遺伝子操作などの品種改良手法が用いられており、 このような従 来の品種改良手法で実用性のある品種を得るには、 通常、 数年から数十 年の年月を要し、またその過程で費やされる労力やコス トは膨大である。 また他方、 二酸化炭素を利用する上記従来技術は、 植物の生長や発芽促 進を目的としたものであり、 高濃度二酸化炭素雰囲気下で栽培した植物 から得られる種子を用いて栽培すると、 収量が著しく高まることは知ら れていなかった。 本発明の課題は、 従来の品種をそのまま利用して、 収 量性及び栽培性に優れた植物に育成することができる次世代栽培用の植 物種子の生産方法を提供することにある。 発明の開示
現在の大気中の二酸化炭素 （以下、 C〇 2という） 濃度は約 3 6 0 p p mであるが、 今後半世紀の間に 2 0 0 p p m前後の濃度上昇が予測さ れている。 この高濃度 C〇 2環境が作物や生態系に及ぼす諸影響につい て、 本発明者らは数年来研究を行っているが、 一連の研究の中で、 高 C O 2濃度が種子を通して次世代に及ぼす影響を評価するための実験、 す なわち、 前年度に高 C 0 2濃度区と標準大気区で栽培した後に採取した イネの種子を用いて、 それぞれ育苗後に高 C〇2濃度区に移植し、 その 後の生育 · 収量を調査したところ、 高 C〇 2濃度区生産種子を用いたィ ネの生育が、 標準大気区生産種子に比べて著しく増大し、 最終的な収量 に約 2 0 %の違いが見い出された。 一方、 標準大気区生産種子から育苗 したイネを、 高 C〇 2濃度区と標準大気区に移植した場合の収量差は約 1 5 %であった。 これらのことから、 高 C〇 2濃度区生産種子の高 C〇 2 WO OT/70010 PCT/JPO 1 /01962
濃度区栽培は、 標準大気区生産種子の標準大気区栽培に比べて、 収量で 約 3 5 %上昇するものの、 高濃度 C〇 2の作用が、 生長過程での直接的 な効果 （ 1 5 % ) よりも、 前年度の作用が種子を通して翌年に現れる効 果 （ 2 0 % ) の方が大きいという予想もし得なかった知見が得られた。 本発明はこれらの知見に基づいて完成されたものである。
すなわち本発明は、 二酸化炭素濃度を制御した栽培空間で植物を生育 させ、 該植物から種子を採取することを特徴とする次世代栽培用の植物 種子の生産方法 （請求項 1 ) や、 二酸化炭素濃度が、 4 0 0〜 1 5 0 0 p p mであることを特徴とする請求項 1記載の次世代栽培用の植物種子 の生産方法 （請求項 2 ) や、 二酸化炭素濃度の制御を、 播種又は出芽期 から種子の成熟期まで行うことを特徴とする請求項 1又は 2記載の次世 代栽培用の植物種子の生産方法 （請求項 3 ) や、 二酸化炭素濃度の制御 を、 開花受精後から種子の成熟期まで行うことを特徴とする請求項 1又 は 2記載の次世代栽培用の植物種子の生産方法 （請求項 4 ) や、 二酸化 炭素濃度の制御を、 一日中行うことを特徴とする請求項 3又は 4記載の 次世代栽培用の植物種子の生産方法 （請求項 5 ) や、 栽培空間が、 温室 やビニルハウス等の半閉鎖空間であることを特徴とする請求項 1 〜 5の いずれか記載の次世代栽培用の植物種子の生産方法 （請求項 6 ) や、 栽 培空間が、 開放系大気 C O 2上昇装置を利用した栽培空間であることを 特徴とする請求項 1 〜 5のいずれか記載の次世代栽培用の植物種子の生 産方法 （請求項 7 ) や、 二酸化炭素濃度を制御した栽培空間で生育させ る植物が、 二酸化炭素濃度を制御した栽培空間で生育させた植物から採 取された種子に由来する植物であることを特徴とする請求項 1 〜 7のい ずれか記載の次世代栽培用の植物種子の生産方法 （請求項 8 ) や、 二酸 化炭素濃度を制御した栽培空間で生育させる植物が、 穀類、 工芸用作物、 家畜飼料用作物 · 牧草類、 野菜類、 花卉類に属する種子植物から選ばれ た植物であることを特徴とする請求項 1 〜 8のいずれか記載の次世代栽 培用の植物種子の生産方法 （請求項 9 ) や、 穀類、 工芸用作物、 家畜飼 料用作物 · 牧草類、 野菜類、 花卉類に属する種子植物が、 イネ科植物、 マメ科植物、 ナス科植物、 アブラナ科植物、 ゥリ科植物、 ァカザ科植物、 セリ科植物、 キク科植物、 バラ科植物、 ユリ科植物から選ばれた植物で あることを特徴とする請求項 9記載の次世代栽培用の植物種子の生産方 法 （請求項 1 0 ) や、 ィネ科植物がィネであることを特徴とする請求項 1 0記載の次世代栽培用の植物種子の生産方法（請求項 1 1 ) に関する。 また本発明は、 請求項 1 〜 1 1のいずれか記載の次世代栽培用の植物 種子の生産方法により得られる次世代栽培用植物種子 （請求項 1 2 ) や、 請求項 1 〜 1 1のいずれか記載の次世代栽培用の植物種子の生産方法に より生産された次世代栽培用植物種子を栽培することを特徴とする植物 の栽培方法 （請求項 1 3 ) や、 二酸化炭素濃度を制御した栽培空間で植 物を栽培することを特徴とする請求項 1 3記載の植物の栽培方法 （請求 項 1 4 ) や、 二酸化炭素濃度 4 0 0〜 1 5 0 0 p p mで栽培することを 特徴とする請求項 1 4記載の植物の栽培方法 （請求項 1 5 ) や、 開放系 大気 C 0 2上昇装置を利用した栽培空間で植物を栽培することを特徴と する請求項 1 3〜 1 5のいずれか記載の植物の栽培方法 （請求項 1 6 ) に関する。 発明を実施するための最良の形態
本発明の次世代栽培用の植物種子の生産方法は、 C〇 2濃度を制御し た栽培空間で植物を生育させ、 該植物から種子を採取することを特徴と するが、 ここで、 次世代栽培用の植物種子とは、 次の世代の植物を栽培 するために用いられる植物種子を意味し、 C〇2濃度を制御した栽培空 間で生育させた植物から得られる種子であっても、 食用に供される植物 種子など、 次の世代の植物を栽培するために用いられることがない植物 種子は除かれる。
本発明において、 C〇2濃度を制御した栽培空間で生育させる植物と しては、 種子植物であれば特に制限されるものではないが、 例えば、 穀 類、 野菜類等の収量を増加させるニーズや花卉類等の健全 ' 丈夫に育成 させるニーズがある種子植物を挙げることができる。 これら植物として は、 イネ科植物、 マメ科植物、 ナス科植物、 アブラナ科植物、 ゥリ科植 物、 ァカザ科植物、 セリ科植物、 キク科植物、 バラ科植物、 ユリ科植物 から選ばれる植物を好ましい植物として例示することができ、 例えば、 イネ、 ォォムギ、 コムギ、 ライムギ、 キビ、 ヒェ、 ァヮ、 サトウキビ、 ソルガム、 ハトムギ、 トウモロコシ、 シバ、 ェンバク、 ォ一チャードグ ラス、 ィタリアンライグラス、 ペレ二アルライグラス、 チモシ一、 トー ルフェスク等のイネ科植物や、 ダイズ、 ァズキ、 インゲン、 エンドゥ、 ソラマメ、 ラッカセィ、 スイートピー、 クロ一バ、 ル一ピン、 ササゲ、 エダマメ、 リ ヨク トウ等のマメ科植物や、 タバコ、 ナス、 ジャガイモ、 トマト、 トウガラシ、 ピーマン、 シシトウ等のナス科植物や、 ダイコン、 アブラナ、 ヮサビ、 カラシナ、 キャベツ、 ハクサイ、 カブ、 コマツナ、 タイナ、 夕カナ、 シロナ、 キヨゥナ、 ミブナ、 チンゲンサイ （パクチヨ ィ）、 ブロッコリ、 カリフラワー、 ゥォ一タークレス、 サントウサイ、 夕 アツアイ等のアブラナ科植物や、 カボチヤ、 キユウリ、 メロン、 へチマ、 スイカ、 マクワウリ、 ユウガオ （トウガン）、 レイシ、 シロウリ等のゥリ 科植物や、 ホウレンソゥ、 才力ヒジキ等のァカザ科植物や、 ニンジン、 ミツバ、 セロリ、 パセリ、 セリ等のセリ科植物や、 レタス、 サラダナ、 キク、 シユンギク、 チコリ、 ゴボウ、 ヒマヮリ等のキク科植物や、 イチ ゴ、 バラ等のバラ科植物や、 ネギ、 夕マネギ、 ニンニク、 ニラ、 ユリ、 チューリップ、 フリージャ等のユリ科植物や、 ヮ夕、 オクラ、 ケナフ等 のァオイ科植物や、 アサガオ、 サツマィモ等のヒルガオ科植物や、 等のタデ科植物や、 カーネーション、 カスミソゥ等のナデシコ科植物や、 クヮ、 麻等のクヮ科植物や、 ゴマ等のゴマ科植物や、 シソ等のシソ科植 物や、 リンドウ、 トルコギキヨウ等のリンドウ科植物などを具体的に挙 げることができる。 また、 これらの植物の中でも、 イネ、 コムギ、 ォォ ムギ等の単子葉植物やダイズ、 ジャガイモ、 ダイコン等の双子葉植物な ど C 3光合成経路で C〇 2を固定する C 3植物の方が、 トウモロコシ、 サトウキビ、 モロコシ （ソルガム） 等の単子葉植物、 アマランサスなど の双子葉植物などの C 4光合成経路で C〇 2を固定する C 4植物よりも、 収量を増加させ、 健全 · 丈夫に育成させることができるという本発明の 作用効果を十分享受できる点で好ましい。 本発明における C〇 2濃度を制御した栽培空間としては、 制御された C 0 2濃度雰囲気下で植物を栽培することができる空間であれば特に制 限されるものではないが、 温室やビニルハウス等の半閉鎖空間や屋外の 圃場等の開放系空間を具体的に例示することができる。 また、 温室ゃビ ニルハウス等の半閉鎖空間における c〇 2濃度の制御には、 C〇 2センサ と C〇 2ガスボンベ等の c〇 2ガス発生源とガス放出管等の雰囲気混合 手段とを備えた従来公知の慣用手段を用いることができ、 また屋外の圃 場等の開放系空間における C 0 2濃度の制御には、 風向計により風向き を検知し、 風上側から C〇 2ガスを放出拡散するように自動制御するこ とができ、 c o 2センサと C O 2ガスタンク等の c o 2ガス発生源などを 備 え た 開 放 系 大 気 C 〇 2 上 昇 装 置 （ McLeod,A.R.and Long,S .P. ( 1999);Free-Air Carbon Dioxide Enrichment (FACE) in Global Change Research:A Review. Advances in Ecological Research Vol.28, 1-56) を用いることができる。 上記栽培空間における C O 2濃度としては、 C〇 2濃度が 2 0 0 0 p p mく らいで光合成が頭打ちとなり、 5 0 0 0 p pmを越えるとむしろ弊 害を起こすという植物生理学の一般的な知識、 及び現在の標準大気中の C〇 2濃度が約 3 6 0 p p mであるという知見からして、 標準大気中の C〇 2濃度約 3 6 0 p pmよりも高く、 2 0 0 0 p pmよりも低い C〇2 濃度であれば特に制限されるものではないが、 優れた収量性及び栽培性 の発現、 並びに C〇 2ガス消費の経済性の面からして、 標準大気中の C 〇 2濃度約 3 6 O p p mよりも約 4 0〜 1 1 4 O p p m高い 4 0 0〜 1 5 0 0 p pmが好ましく、 特に約 1 0 0〜 3 0 0 p p m高い 4 6 0〜 6 6 0 p p mが好ましい。
上記栽培空間における C〇2濃度を制御する期間としては、 播種若し くは出芽期から種子の成熟期までの生育全期間又はその一部の期間であ れば特に制限されるものではなく、 生育全期間の一部の期間としては、 開花受精後から種子の成熟期までの期間や、 開花影響期から種子の成熟 期までの期間を具体的に挙げることができる。 ここで、 開花影響期とは 開花受精の能力に影響を与える時期を意味し、 例えばイネの場合には 7 葉期や幼穂形成期と呼ばれる。 高濃度 C 02の作用効果が次世代栽培用 植物種子を介して出現するメカニズムが解明できていない現段階におい て、 次世代栽培用植物種子に高濃度 C〇2の作用効果を最大限かつ確実 に出現させるには生育全期間を通じて C 02濃度を制御することが好ま しく、 また、 c o2ガス消費の経済性を考えると、 開花受精後から種子 の成熟期までの期間中 C〇 2濃度を制御することが好ましい- また、 生 育期間に応じて C〇 2濃度を変化させる制御、 例えば開花受精後から種 子の成熟期までの期間は C〇2濃度を高めるなどの制御を行う こともで さる。
上記 C〇 2濃度を制御する期間における C〇 2濃度を制御する時間帯 としては、 前記のように、 高濃度 c o2の作用効果が次世代栽培用植物 種子を介して出現するメカ二ズムが解明できていない現段階において、 次世代栽培用植物種子に高濃度 C〇2の作用効果を最大限かつ確実に出 現させるには一日中昼夜を問わず c o 2濃度を制御することが好ましく . また、 C O 2ガス消費の経済性を考えると、 日中を中心として C 02濃度 を制御することが好ましい。 また、 日射量の多寡に応じて co2濃度を 変化させる制御、 例えば日射量が多いときは C o 2濃度を高めるなどの 制御を行うこともできる。
本発明の次世代栽培用の植物種子の生産方法において、 c〇 2濃度を 制御した栽培空間で生育させる植物として、 上述した c〇2濃度を制御 した栽培空間で 1世代又は 2世代以上生育させた植物から採取された種 子由来の植物を用いることができる。 かかる種子は、 高濃度 C〇2の作 用効果が累積している可能性が高く、 より優れた収量性や栽培性を発現 する可能性が高い。
本発明の次世代栽培用植物種子は、 上記説明した本発明の次世代栽培 用の植物種子の生産方法により得られる、 次の世代の植物を栽培するた めに用いられる植物種子である。 また、 本発明の植物の栽培方法は、 上 記説明した本発明の次世代栽培用の植物種子の生産方法により得られる 次世代栽培用植物種子を栽培することを特徴とするが、 かかる栽培空間 としては特に制限されるものではないが、 温室やビニルハウス等の半閉 鎖栽培空間や屋外の圃場等の開放系栽培空間を具体的に例示することが できる。 また、 標準大気中の C O 2濃度約 3 6 0 p p mよりも約 4 0〜 1 1 4 0 p pm高い 4 0 0〜 1 5 0 0 p p mの C〇2濃度雰囲気下、 特 に約 1 0 0〜 3 0 0 p pm高い 4 6 0〜 6 6 0 p pmの C〇2濃度雰囲 気下等の C O 2濃度を制御した栽培空間で植物を栽培することが、 より 優れた収量性や栽培性、 コス ト面等の点で好ましく、 温室やビニルハウ ス等の半閉鎖空間における c〇 2濃度の制御には、 C O 2センサと C〇 2 ガスボンベ等からなる従来公知の慣用手段を用いることができ、 また屋 外の圃場等の開放系空間における C 0 2濃度の制御には、 開放系大気 C o 2上昇装置を用いることができる。
以上説明してきたように、 本発明によって、 植物の生育期間を通して 高 C O 2濃度処理を行うと、 生産された種子の再生産能力に変化が生じ、 次世代の生育や収量に大きな作用効果がもたらされ、 例えば、 イネの場 合、 標準大気よりも約 2 0 0 p p m高い C〇 2濃度で次世代の増収効果 が約 2 0 %にも達する。 この約 2 0 %に達する増収効果は、 従来の品種 改良等の手法では通常得られないレベルの効果であり、 また、 温室や八 ウス内の C〇 2濃度を制御することは容易なので、 種子生産を目的とし た植物を高濃度 C 0 2条件で栽培し、 高生産力の有する種子を得ること ができる本発明は、 園芸作物等を含めて広く活用できる実用性の高い技 術といえる。
以下に、 実施例等を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、 この発 明の技術的範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
(実施例）
開放系大気 C〇 2上昇装置を用いて C〇 2濃度を標準大気よりも約 2 O O p p m高く制御した圃場 （以下、 高 C〇 2区） で、 イネ品種 「あき たこまち」 を栽培した。 収穫まで昼夜を問わず上記 C O 2濃度制御下に 栽培して種子を採取した。 また、 対照とするために、 標準大気下で栽培 して種子を採取した。 これら高 C〇 2区種子と対照である標準大気区種 子との籾の登熟歩合、 精粒歩合、 玄米粒厚分布等に差は認められなかつ た。 なお、 食味に影響を与えるタンパク含量及び相対粘度を分析したと ころ、 表 1 に示すように、 高 C〇2区種子はタンパク含量が低下し、 粘 りが増していた。 高 co2区種子 標準大気区種子 同左比
(a) (b) (%； a/bX100)
タンパク含量 Ong/g) 69.8 76.5 91
相対粘土 （単位） 227 212 107 翌年、 種籾を同一の基準で比重選した、 上記高 C〇 2区で栽培後採取 した種子と、 対照としての標準大気下で栽培後採取した種子とから育て た苗を、 前年と同一条件の高 C 02区で栽培し、 出芽 3ヶ月後、 出穂期 ( 8月） 及び収穫期 （ 9月） における両者の生育量 （総乾物重、 葉面積、 穂重） を測定した。 それぞれ 1 2株の平均値を表 2に示す。 表 2からも わかるように、 高 C O 2区種子を生育させた場合は、 対照である標準大 気区種子を生育させた場合に比べて、 苗の時期から旺盛な成長を示し、 出穂期 （8月） 及び収穫期 （ 9月） においても旺盛な成長が維持されて おり、 生育期間全体にわたって高 C〇2区種子の作用効果が出現するこ とがわかった。 また、 最終的な収量に約 2 0 %の差が生じているが、 上 記のように、 同一の基準で比重選した種籾を用いていることから、 これ らの差は種籾の大きさや重さなどの違いによるものではなく、 内因性の ものと考えられるが、 そのメカニズムはまだ明かでない。
表 2
Figure imgf000014_0001
(参考例）
前記標準大気区種子から育苗したイネを、 高 C〇 2濃度区と標準大気 区にそれぞれ移植し、 収穫期まで栽培してそれらの生育量を測定したと ころ、 表 3に示すように、 高 C〇2濃度区からのものは標準大気区から のものに比べて、 収量において約 1 5 %増の結果を示した。 かかる結果 と実施例 1の結果からすると、 高 C〇 2濃度区生産種子を用いた高 C o 2 濃度区栽培は、 標準大気区生産種子を用いた標準大気区栽培に比べて、 収量が約 3 5 %上昇することがわかる。 このように高濃度 C O 2の作用 は、 生長過程での直接的な効果 （ 1 5 %) よりも、 前年度の作用が種子 を通して翌年に現れる効果 （ 2 0 %) の方が大きいという特筆すべき結 果が得られた。
表 3
Figure imgf000014_0002
産業上の利用可能性 本発明により、 標準大気中よりも C o 2濃度を上昇した条件で植物を 栽培し、 結実した種子を採取し、 この採取した次世代栽培用種子を利用 して次世代の植物を栽培 · 生育させると、 標準大気中で採取した種子に 比べて、 苗質の向上、 生育各ステージでの生体重や乾物重の増加が認め られ、 また最終的な収量も飛躍的に増大する。 このように、 本発明によ ると、 栽培性や収量性が改善された次世代栽培用種子を容易に生産する ことができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 二酸化炭素濃度を制御した栽培空間で植物を生育させ、 該植物から 種子を採取することを特徴とする次世代栽培用の植物種子の生産方法。
2 . 二酸化炭素濃度が、 4 0 0〜 1 5 0 0 p p mであることを特徴とす る請求項 1記載の次世代栽培用の植物種子の生産方法。
3 . 二酸化炭素濃度の制御を、 播種又は出芽期から種子の成熟期まで行 うことを特徴とする請求項 1又は 2記載の次世代栽培用の植物種子の生 産方法。
4 . 二酸化炭素濃度の制御を、 開花受精後から種子の成熟期まで行うこ とを特徴とする請求項 1又は 2記載の次世代栽培用の植物種子の生産方 法。
5 . 二酸化炭素濃度の制御を、 一日中行うことを特徴とする請求項 3又 は 4記載の次世代栽培用の植物種子の生産方法。
6 . 栽培空間が、 温室やビニルハウス等の半閉鎖空間であることを特徴 とする請求項 1 〜 5のいずれか記載の次世代栽培用の植物種子の生産方 法。
7 . 栽培空間が、 開放系大気 C〇2上昇装置を利用した栽培空間である ことを特徴とする請求項 1 〜 5のいずれか記載の次世代栽培用の植物種 子の生産方法。
8 . 二酸化炭素濃度を制御した栽培空間で生育させる植物が、 二酸化炭 素濃度を制御した栽培空間で生育させた植物から採取された種子に由来 する植物であることを特徴とする請求項 1 〜 7のいずれか記載の次世代 栽培用の植物種子の生産方法。
9 . 二酸化炭素濃度を制御した栽培空間で生育させる植物が、 穀類、 ェ 芸用作物、 家畜飼料用作物 ， 牧草類、 野菜類、 花卉類に属する種子植物 から選ばれた植物であることを特徴とする請求項 1 〜 8のいずれか記載 の次世代栽培用の植物種子の生産方法。
1 0 . 穀類、 工芸用作物、 家畜飼料用作物 · 牧草類、 野菜類、 花卉類に 属する種子植物が、 イネ科植物、 マメ科植物、 ナス科植物、 アブラナ科 植物、 ゥリ科植物、 ァカザ科植物、 セリ科植物、 キク科植物、 バラ科植 物、 ユリ科植物から選ばれた植物であることを特徴とする請求項 9記載 の次世代栽培用の植物種子の生産方法。
1 1 . イネ科植物がイネであることを特徴とする請求項 1 0記載の次 世代栽培用の植物種子の生産方法。
1 2 . 請求項 1〜 1 1のいずれか記載の次世代栽培用の植物種子の生産 方法により得られる次世代栽培用植物種子。
1 3 . 請求項 1〜 1 1のいずれか記載の次世代栽培用の植物種子の生産 方法により生産された次世代栽培用植物種子を栽培することを特徴とす る植物の栽培方法。
1 4 . 二酸化炭素濃度を制御した栽培空間で植物を栽培することを特徴 とする請求項 1 3記載の植物の栽培方法。
1 5 . 二酸化炭素濃度 4 0 0〜 1 5 0 0 p p mで栽培することを特徴と する請求項 1 4記載の植物の栽培方法。
1 6 . 開放系大気 C〇 2上昇装置を利用した栽培空間で植物を栽培する ことを特徴とする請求項 1 3〜 1 5のいずれか記載の植物の栽培方法。
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