2019 Fiscal Year Research-status Report
萎凋病対策に向けた水耕栽培用培養液の非熱プラズマ殺菌技術の開発
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18K05902
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
安井 晋示 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30371561)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
庄子 和博 一般財団法人電力中央研究所, エネルギーイノベーション創発センター, 上席研究員 (10371527)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 植物工場 / 水耕栽培 / 殺菌 / 液中プラズマ / 萎凋病 / フザリウム / ピシウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ホウレンソウの水耕栽培における萎凋病の病原菌であるフザリウム菌とピシウム菌を対象として，水耕栽培における培養液の液中プラズマ照射による殺菌技術の開発研究を実施し，以下の成果を得た。
１）培養液中のピシウム菌殺菌メカニズムの解明
水耕栽培で多大な被害をもたらすピシウム菌について，液中プラズマによる殺菌メカニズムを検討した。ＯＨラジカルのスカベンジャーを加えた養液での殺菌効果が大きく低下したことから，殺菌にはプラズマによって生成されたＯＨラジカルが大きく寄与していることを解明した。また，液中プラズマの照射方法として，循環型の水路内でのプラズマ照射による殺菌速度と，投げ込み式液中プラズマ電極によるタンク内での殺菌速度を比較した結果，タンク内での殺菌速度がおよそ３倍程度早いことを明らかにした。
２）水耕栽培実証実験による抗菌作用および生育影響の実証
水耕栽培での培養液への菌の汚染経路は，一般的には苗の定植時において，人を介在して根から侵入する。ホウレンソウ水耕栽培において，萎凋病の病原菌であるフザリウム胞子を付着させた苗について，これまでは定植後でのプラズマ照射によって萎凋病を防除できることを解明してきた。今年度は，定植前での５分程度の液中プラズマ照射においても萎凋病の発症を防除できることを確認し，その原因・メカニズムを考察した。また，液中プラズマ照射によるレタスの抗酸化活性評価の実証実験を行った。しかしながら，液中プラズマによる苗の根に対する照射では，抗酸化活性の指標となる遺伝子の発現などは確認できず，照射場所を含めた再検討が必要である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究項目（１）培養液の殺菌速度の評価とプラズマ照射条件の最適化については，これまで未解明であったピシウム属菌遊走子の殺菌特性を明らかにした。また，培養液を循環させながら殺菌する殺菌システムを構築するとともに，培養液タンク内で殺菌するための投げ込み式プラズマ照射電極を開発した。これらを用いて，殺菌速度を評価した結果，タンク内での殺菌速度が大きく向上することを解明し，実用化に向けたプラズマ照射方法の方向性を確立した。
さらに，研究項目（２）水耕栽培実証実験による抗菌作用および生育影響の実証については，フザリウム菌に汚染させた苗について，定植前および定植後において５分程度の液中プラズマ照射によって，萎凋病の感染進行を防除できることを確認し，生育にも影響を及ぼさないことを確認した．これらの基礎研究を順調に実施することができ，これらの成果は電気学会で複数件発表を行った。また，生物環境工学会にて学術論文として２件投稿し，２件とも採択された。
これらの成果に伴い，研究内容は概ね計画通りに順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで，我々が提案している沿面放電型液中プラズマ照射装置の基本技術を開発し，萎凋病病原菌であるフザリウム分生胞子，ピシウム属菌遊走子を殺菌できることを解明した。最終年度となる今年度は，これまで未解明の培養液中のピシウム菌の殺菌メカニズムを解明するとともに，実用化に向けて大容量の培養液を殺菌できるプラズマ照射電極を開発する。
（１）殺菌メカニズムの解明 ＯＨラジカルの化学トラップ材を併用した殺菌実験によって，液中プラズマによる萎凋病病原菌の殺菌特性は，プラズマ照射により生成される溶液中のＯＨラジカルが主な殺菌要因であることを解明した。このOHラジカルのピシウム菌に対する殺菌作用は，蒸留水中と培養液中で効果が異なることが示唆された。そこで，培養液の各成分とＯＨラジカルの殺菌作用について実験的に解明し，培養液中におけるピシウム菌の殺菌メカニズムを解明する。
（２）実用化に向けた課題解決 培養液のプラズマ照射殺菌実験では，これまで小容量の培養液に対して基礎実験を実施してきた。実用化に際しては，汚染された大容量の培養液を連続的に殺菌処理する必要が生じると考えられる。昨年度の成果により，タンク内での液中プラズマ照射方法で殺菌速度が向上する結果が得られた。そこで，タンク内で効率的に殺菌するための新たなプラズマ照射電極を開発し，その性能を評価する。
（３）農薬代替技術への適用
非熱プラズマの農業応用に向けた新たな取り組みとして，農薬代替に向けた検討を行う。
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