2020 Fiscal Year Research-status Report
Effective use of waste Ume seeds charcoal and elucidation of its plant growth promotion mechanism
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20K06354
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| Research Institution | Wakayama National College of Technology |
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Principal Investigator |
岸本 昇 和歌山工業高等専門学校, 生物応用化学科, 教授 (50280433)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
米光 裕 和歌山工業高等専門学校, 生物応用化学科, 教授 (20290778)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 梅種子 / 炭 / 植物成長促進 / 農業廃棄物 / 有効利用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
廃梅種子炭を植物成長促進材などに活用するにあたり、その諸物性を明らかにすることを本研究の目的とした。
廃梅種子炭を粉砕・分級し、その粒子径がKおよびCaの水中への溶出挙動に及ぼす影響を検討した。いずれの成分も、粒子内残留量の経時変化の実測値は擬二次速度式によってほぼ良好に相関された。また、粒子径が大きいほど最大溶出量が小さくなり、擬二次速度定数が大きくなる傾向がみられた。77 Kにおける窒素吸着法を用いて、廃梅種子炭の細孔特性を測定した。粒子径が大きくなるほど比表面積および全細孔容積は小さな値をとる傾向がみられた。dp > 0.5 mmの粒子ではほぼ一定の比表面積及び全細孔容積となった。粒子径に関わらず平均細孔径はほぼ一定(約2.18 nm)であった。廃梅種子炭の表面電荷ゼロ点を測定した結果、pHpzc ≒ 8.8であることがわかった。Boehm滴定より、廃梅種子炭表面の酸性および塩基性官能基量を調べた。廃梅種子炭の表面に酸性および塩基性官能基はほとんど存在しないことが判明した。
予備実験として、廃種子炭の植物成長促進効果を調べるために、梅種子炭培地、洗浄梅種子炭培地、抽出液培地および無添加培地の4種類の培地を用いて、コマツナ(Brassica rapavar. perviridis)の成長を、無菌的に調べた。その結果、各培地におけるコマツナの成長と培地中のカリウム濃度が比例したことから、梅種子炭の植物成長促進効果はカリウムによると分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
【課題１】 梅種子炭の調製、細孔径分布などの測定および成分分析
梅種子炭の調製条件（予熱温度、温度上昇速度、炭化温度）を変化させる予定であったが、協力農家で運用している装置の故障により、１種類の条件でのみ梅種子炭を調製した。梅種子炭の分析（自動比表面積測定装置による77K窒素吸着実験、TG、XRD、IR測定、SEMによる形態観察、pHZPCの測定、Boehm法による官能基量測定、活性炭表面に残留する無機塩量の測定）のうち、自動比表面積測定装置による77K窒素吸着実験、IR測定、pHZPCの測定、Boehm法による官能基量測定を実施しデータを得た。新型コロナ禍の影響で実験を実施する協力学生の実験時間が大幅に不足し、実験の実施項目が減少しており、研究の進捗がやや遅れている。
【課題２】 梅種子炭を接触させた上澄水の成分分析
１種類の条件で調製した梅種子炭を真水で煮沸し、梅種子炭煮沸水を調製することを予定していたが、梅種子炭からの溶出を想定する方が現実的であるため、純水中における梅種子炭からのKおよびCaの溶出挙動を原子吸光法を用いて測定する方法に変更した。新型コロナ禍の影響で実験を実施する協力学生の実験時間が大幅に不足し、LC-MS、pH測定、導電率測定、イオンクロマト法などを用いた分析は行えておらず、研究の進捗がやや遅れている。
【課題３】 梅種子炭を用いた食用植物の栽培試験
水耕栽培に適した食用植物を梅種子炭を用いて水耕栽培する。植物としては、ワサビを想定しているが、本年度は、ワサビと同じアブラナ科の植物「コマツナ」を用いて、予備的実験を行った。コマツナの根長あるいは茎葉部長に及ぼす梅種子炭の有無の影響を調べることができ、ほぼ期待された進捗状況となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
【課題１】 梅種子炭の調製、細孔径分布などの測定および成分分析 【課題２】 梅種子炭を接触させた上澄水の成分分析
梅種子炭の分析（TG、XRD、SEMによる形態観察、活性炭表面に残留する無機塩量の測定）を行う。純水中における梅種子炭からのNaおよびMgの溶出挙動を原子吸光法を用いて測定する。溶出の可能性がある陰イオン（Cl-など）についてもイオンクロマト法を用いて測定する。さらに、pH測定、導電率測定も併せて行う。
【課題３】 梅種子炭を用いた食用植物の栽培試験
校内に棚段型水耕栽培システムを導入する予定であったが、外部から侵入する害虫の侵入を排除できないことが判明したため、低温インキュベーター内で「ワサビ」の成長実験を実施することに研究計画を変更する。ワサビ種子を無菌培地で発芽させ、根あるいは茎の長さを測定し、定量的に成長速度を記録する。無菌培地内には、自然渓流水、水道水、梅種子炭煮沸水、梅種子炭、ミネラルなどの共存条件を変化させ、それぞれを比較観察し、評価する。培地のpH測定、導電率測定を実施し、イオンクロマト法、原子吸光法などを用いて成分分析を行い、特性を調べ、成長速度が促進される因子を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
（未使用額が発生した状況）
2020年度に、種々の調製条件で梅種子を原料とする梅種子炭を調製する予定であったが、協力農家が運用している調製装置が不調で、修理の目途が立たなかった。そのため、調製条件を変えて梅種子炭を調製することができず、新たな梅種子炭を調達できなかったため、物品費、人件費が発生せず、未使用額が生じた。校内に棚段型水耕栽培システムを導入する予定であったが、外部から侵入する害虫の侵入を排除できないことが判明したため、低温インキュベーターを代わりに購入した。当初予定した金額よりも低価格（50万円以下）となったため、未使用額が生じた。新型コロナ禍の影響で研究時間が十分確保できす、発生する予定であった物品の購入をしなった。得られた研究成果を学会で発表する予定であったが、新型コロナ禍の影響で実大会がオンライン大会に変更となったため、旅費が発生しなかった。
（次年度における未使用額の使途内容）
昨年度実施できなかった実験項目を次年度に実施することになるため、未使用額はその物品購入経費に充てることにしたい。旅費の未使用額については、次年度に研究成果を積み増し、実学会での発表を行うことを目標としたいため、その経費に充てることとしたい。
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