Technology development for the effective utilization of crab shell waste by its nanofibrillation in order to improve the productivity in organic farming
| Project/Area Number |
19KT0010
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 特設分野 |
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| Research Field |
Agricultural Resources for the Next Generation
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
上中 弘典 鳥取大学, 農学部, 准教授 (40397849)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊福 伸介 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (70402980)
遠藤 常嘉 鳥取大学, 農学部, 教授 (70423259)
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| Project Period (FY) |
2019-07-17 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2019: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000)
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| Keywords | 未利用バイオマス利用 / 廃カニ殻 / ナノファイバー / 有機農業 / 植物 / 土壌 / 病害抵抗性誘導 / 生育促進 / キチンナノファイバー / 土壌改良 / バイオマス |
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| Outline of Research at the Start |
有機農業で生産性向上可能なナノファイバー化技術を用いた廃カニ殼の有効利用技術の開発を目的に、カニ殻をナノファイバー化して得られるキチンナノファイバー複合体の土壌施用による土壌環境と植物への影響評価により、ナノファイバー化による廃カニ殻の機能向上とカニ殻による土壌改良に貢献する成分の同定と施用効果を生ずるメカニズムを明らかにする。また、キチンナノファイバーの加工技術を利用して、土壌施用に最適なカニ殻由来キチンナノファイバー複合体の形状も決定する。ナノファイバー化によるカニ殻の機能向上技術は、不要なカニ殻を新たな資源とし、水産業と農業のいずれにも利益をもたらす一石二鳥の技術であるといえる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在、加工後の廃カニ殻はその豊富な資源量に見合った産業利用がほとんどされておらず、廃棄物として焼却処分されているのが現状である。近年、土壌改良資材として有機農業でも利用されている廃カニ殻の土壌施用で生じる肥料効果と病害抵抗性の誘導能が、物理的な粉砕であるナノファイバー化によって増強されることを発見した本研究では有機農業で生産性向上可能なナノファイバー化技術を用いた廃カニ殼の有効利用技術の開発を最終的な目標とし、ナノファイバー化による廃カニ殻の機能向上とカニ殻による土壌改良に貢献する成分の同定と施用効果を生ずるメカニズムならびに土壌施用に最適なカニ殻由来キチンナノファイバー複合体の形状を明らかにすることを目的に研究を実施した。
カニ殻由来キチンナノファイバー(CNF)複合体は、確立済みの手法を用いて水分散液を作成し、他の研究に継続して供給した。供試土壌として砂質未熟土と黒ボク土の両方を用い、コマツナを供試植物としてCNF複合体水分散液の栽培土壌への施用効果を評価した。その結果、砂質未熟土ではCNF複合体施用による地上部乾物重の増加が確認されたが、黒ボク土では施用効果は認められなかった。乾物重の増加に伴い全窒素量も増加していたことは、窒素の取り込みを促進できるCNFの機能に由来すると考えられる。また、黒ボク土で施用効果が確認できなかったことは、黒ボク土で豊富に含まれる土壌中の微生物がCNF複合体を分解したことによると考えられる。興味深いことに、CNFだけでなくタンパク質とミネラル分を含むカニ殻から直接製造したCNF複合体を施用した砂質未熟土では、可給態リン量が増加していたことから、これらの組み合わせによる栽培がCNF複合体の効率的な機能の発揮に有効であると考えられる。またイネを用いた試験により、病害抵抗性の誘導がカニ殻から直接製造したCNF複合体で最も強く起こることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
「カニ殻由来キチンナノファイバー(CNF)複合体の作成と加工」に関しては、確立済みの手法を用いてCNFもしくはCNF複合体の水分散液を作成し、前年同様他の研究に供給した。また、「カニ殻由来CNF複合体の土壌施用による植物・土壌環境への影響評価」に関しては、当初予定していたトマトだけでなく、コマツナやイネを用いて成長促進効果と病害抵抗性誘導効果を評価した。その結果、昨年度トマトを用いて実施した研究結果では土壌病原菌に対するCNF複合体の成分の影響は認められなかったが、土壌微生物の有無がCNF複合体の施用効果に大きく影響することが新たに明らかになった。また、キチンだけでなくそれ以外の構成成分による影響が大きいという昨年度の発見をサポートする結果が得られた。
一方で、コロナウイルスの影響による研究活動の制限などが影響し、予定していた一部の植物栽培試験やトランスクリプトーム解析などが実施できなかった。実施予定の研究については現在研究に着手し始めているところであり、次年度には一定の成果が得られると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究での最終目標である「有機農業で生産性向上可能なナノファイバー化技術を用いた廃カニ殼の有効利用技術の開発」を達成するために明らかにする3つの項目のうち、“土壌施用に最適なカニ殻由来キチンナノファイバー(CNF)複合体の形状の決定”に関する研究については完了済みなので、今後は他の2つの項目である“ナノファイバー化による廃カニ殻の機能向上”と“カニ殻による土壌改良に貢献する成分の同定と施用効果を生ずるメカニズム”に関して未着手の研究を中心に実施していく予定である。特に昨年度の結果から真菌叢への影響が顕著であることが明らかになっているので、土壌微生物の有無という点から、どのような真菌類がCNFの施用効果に関わるかを今後明らかにしていきたい。
昨年度得られた「カニ殻による土壌改良に貢献する成分の同定と施用効果を生ずるメカニズム」に関する成果については学術論文を執筆中であり、次年度中には査読付きの学術雑誌へ投稿したい。また、学会発表により成果を公表していく予定である。
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Report
(2 results)
Research Products
(35 results)
