(57)【要約】【課題】  植物の形態形成を制御しながら、人体内で機能性栄養成分として作用する特定成分を増量できる植物栽培方法を提供する。【解決手段】  蕎麦の種子を播種して、発芽させた後、遠赤色光発光ダイオードで４日間照射して、子葉の開きと展開を促進させ、続いて、赤色光発光ダイオードで４日間照射し、草丈の伸長を促進させるとともに、ポリフェノール生合成量を増加させた。最終段階では、青色光発光ダイオードで３日間照射し、子葉部のポリフェノール生合成を促進させるとともに、胚軸表面の赤色化を引き起こさせた。【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射スペクトル範囲の狭い発光ダイオードを照射してスプラウトを栽培するスプラウトの栽培方法において、スプラウトの生長段階に応じて、放射スペクトル範囲の異なる発光ダイオードで照射してスプラウトの正常な生長形態を誘起しながら、機能性栄養成分を増加させることを特徴とするスプラウトの栽培方法。
【請求項２】
放射スペクトル範囲の狭い発光ダイオードを照射してスプラウトを栽培するスプラウトの栽培方法において、発芽後子葉の開きと展開を遠赤色光発光ダイオードの照射によって促進させて、光受容部の面積を拡大させた後、機能性栄養成分の生成を増加させる作用を有する発光ダイオードで照射することを特徴とするスプラウトの栽培方法。
【請求項３】
発芽するまでは暗所で栽培することを特徴とする請求項１または２に記載のスプラウトの栽培方法。
【請求項４】
前記スプラウトが、食用に供する植物のスプラウトであって、かつ、ポリフェノールを含む植物のスプラウトであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれ１項に記載のスプラウトの栽培方法。。
【請求項５】
前記食用に供する植物が、蕎麦、レッドキャベツ、紅タデ、大根のいずれかであることを特徴とする請求項４に記載のスプラウトの栽培方法。
【請求項６】
前記ポリフェノールが、アントシアニン、ルチン、オリエンチン、ホモオリエンチン、ビテキシン、イソビテキシンのいずれかであることを特徴とする請求項４に記載のスプラウトの栽培方法。
【請求項７】
前記スプラウトが、ブロッコリのスプラウトであり、前記機能性栄養成分が、スルフォラファンであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれ１項に記載のスプラウトの栽培方法。
【請求項８】
照射光強度を制御して、子葉展開促達、胚軸伸長促進、機能性栄養成分の増量の最適化を行なうことを特徴とする請求項１ないし７のいずれ１項に記載のスプラウトの栽培方法。
【請求項９】
前記発光ダイオードを、点滅の繰り返し状態で照射することを特徴とする請求項１ないし８のいずれ１項に記載のスプラウトの栽培方法。
【請求項１０】
前記点滅が商用周波で行なわれることを特徴とする請求項９に記載のスプラウトの栽培方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度、湿度、二酸化炭素濃度を制御した環境下で、スプラウトの生長段階別に特定波長の可視光を照射することにより、スプラウトの正常な生長形態形成を誘導して可食部の増量を達成すると同時に、人体内で機能性栄養成分として作用するスプラウト内の特定成分を増量するようにした新規な植物栽培方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
、植物の育成・栽培方法として、太陽光を利用する従来の露地栽培や施設園芸とともに、近年人工光源を用いて、施設内で高度に環境制御しながら周年栽培するシステムが実用化されつつある。また、太陽光と人工光源との併用により、効率よく植物を栽培する方法も研究されている。
【０００３】
人工光源として、従来白熱電灯、蛍光灯、高圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプ等が利用されているが、いずれも放射光に熱線を含むため、植物への近接照射ができないこと、冷却水を必要とすること、施設内温度制御に経費が掛かること等の問題を有している。
【０００４】
赤色，青色，緑色蛍光灯を用いて植物を効率よく栽培しようとする研究もあるが、ランプからの放射光スペクトル分布が幅広いため、生長形態形成の制御の程度が不正確であり、結果の再現性が乏しい。
【０００５】
この改善策として、発光ダイオードを用いる植物栽培法が注目されている。発光ダイオードは熱線を放出しないことから、植物への近接照射が可能であり、ランプからの発熱量も低く、施設内の温度制御が効率的である。また、電球と比較して、消費電力は５分の１以下、寿命は１０倍以上であることから、経済性が高い。また、赤色光及び青色光発光ダイオードの放射光スペクトル分布は、光合成に必要な太陽光成分の中で、最も重要な波長分布と一致するため、従来の光源よりも高効率性・高選択性を有している。
【０００６】
植物に対する光の作用は、光合成に必要なエネルギーを供給することと、植物の生長・形態形成を制御するシグナルを与えることである。したがって、供給される光の波長とエネルギーの強さ、および、明暗期時間は、植物の生長促進や形態形成に著しい影響を及ぼす因子であると考えられるため、最適な光照射条件や方法の発見は重要な栽培技術に繋がるが、生長段階別にどのような光が有効であるかについて明らかにされていない。
【０００７】
可視光発光ダイオードの割合を変えて、植物の正常な生長形態を制御する試みもあるが、植物の光応答性は画一的ではない。しかし、従来の研究結果では、植物の種類と範囲、ならびに、適用可能な生長段階について明確な基準が示されていない。
【０００８】
植物の生長形態を制御する光応答物質として、赤色光ならびに遠赤色光ではフィトクロムの光異性化反応が関与し、光周期性を支配することが明らかにされてきた。一方、青色光に対する応答物質としては、近年フォトトロピンとクリプトクロムが発見されたが、形態形成ならびに運動応答に関する詳細な光情報伝達機構については未だ不明である。また、形態形成に対しては、従来照射光の波長分布だけが支配的な要因として考えられている。光合成においては、反応効率に最適な光強度が存在すると考えられる知見が報告されているが、照射光の波長分布が同一でも光強度が異なる場合に、植物の形態形成に対する応答性が同一であるか否かについては、明確な結果が報告されていない。
【０００９】
発光ダイオードで植物を栽培することにより機能性栄養成分を増量させる方法も提案されているが、提示された含有成分範囲は、ビタミンやその前駆体、ミネラル等の狭い範囲に限られており、他の機能性栄養成分、例えば、ポリフェノールやスルフォラファンなどといった機能性栄養成分の増量に対する有効性が証明されていない。また、本発明とは光照射方法が明らかに異なる。
【特許文献１】特開２００３−２３０３１７号公報
【特許文献２】特開２００５−１５１８５０公報
【特許文献３】特開平８−２０５６７７号公報
【非特許文献１】渡辺博之：ＬＥＤ光源の植物工場への適用，SHITA Report,31-41(1996)
【非特許文献２】森康弘、高辻正基、安丘高志：白色ＬＥＤパルス光がサラダナ生育に及ぼす影響，植物工場学会誌，14,136-140(2002)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
スプラウト栽培（植物が発芽したのち子葉を展開し、本葉を形成する前までの生長段階を、スプラウト、新芽、カイワレなどという。）において、単色光ＬＥＤだけを用いて栽培した場合には正常な形態形成が達成できない点と、スプラウトに含まれる機能性栄養成分量を、蛍光灯等の白色光源を用いた場合には、暗所栽培と比べて有意な程度に増量できない点である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、スプラウト栽培において、生長段階別に放射スペクトル範囲の異なる可視光発光ダイオードを照射して、スプラウトの最適な形態形成を誘導するとともに、スプラウトに含有される機能性栄養成分量を最大化させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、スプラウトの生育段階別に、少なくとも３種の異なる範囲の波長の可視光を、発光ダイオードを用いて供給することにより、暗所で栽培した場合や単一範囲の波長の可視光を照射した場合に生じるスプラウトの生長・形態形成における徒長を抑制する効果をもたらすことができる。また、同時に、人体に対する機能性栄養成分として作用するスプラウト内の特定成分（例えば、抗酸化能を有することにより癌を抑制し、また、血圧低下作用を有するとされるポリフェノール類）の生成量を、光刺激により効率よく増加させることができる効果を有する。この栽培方法は、遺伝子組替え技術等により植物の生長形態を永続的に変化させるものではなく、環境因子を変化させることによる一過性の変化であり、食の安全性を担保できる有効な栽培方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
放射スペクトル範囲の狭い発光ダイオードを照射してスプラウトを栽培するスプラウトの栽培方法において、発芽後子葉の開きと展開を遠赤色光発光ダイオードの照射によって促進させて、光受容部の面積を拡大させた後、赤色光発光ダイオードで照射して、胚軸伸長を促進し、ついで、青色光を照射して胚軸部の強度を高めるとともに、胚軸表面の赤色化を促す。
【実施例】
【００１４】
以下に、［１］暗所（完全に遮光した条件下）でスプラウトを栽培した場合、［２］可視光を照射してスプラウトを栽培した場合、［３］単一範囲の波長の可視光だけを照射した場合であって、異なる光の強度でスプラウトを栽培した場合、および、［４］生長段階別に３種の異なる範囲の波長の可視光を照射してスプラウトを栽培した場合、の生長・形態形成の結果、ならびに、スプラウトに含有される機能性栄養成分の生成量と分布について、の順で行なった栽培方法を説明しながら本発明の実施例を説明する。
【００１５】
第１の栽培方法では、暗所で、蕎麦のスプラウトを栽培した後、スプラウトに含まれるポリフェノール量を分析した。栽培手順と分析方法は以下のとおりである。
（１）蕎麦の種子を水洗した後、雑菌処理のため、殺菌水に２４時間浸漬した。
（２）殺菌水を除去したのち、再生紙製の育苗カップ（開口部５ｃｍ四方，高さ５ｃｍ）に播種した。
（３）市販の植物育成装置内に育苗カップを設置し、温度２０℃、湿度８０％、二酸化炭素濃度約１５００ｐｐｍの条件下で、光を遮断してスプラウトを栽培した。
（４）播種後１４日目に、草丈が１４〜１８ｃｍとなったスプラウトを収穫した。このスプラウトは、胚軸は青白く、全く赤みをもたない、いわゆる黄化スプラウトと呼ばれるものである。
（５）子葉部、胚軸部、根部に分類した後、６０℃に設定した定温乾燥器内で水分を完全に除去した。
（６）各部位の乾燥物から１ｇを計量し、メタノールを溶媒としてポリフェノールを還流抽出した。
（７）紫外線分光検出器を取り付けた液体クロマトグラフを用いて、ポリフェノール量を決定した。測定結果を、図１の第１行目の「暗所栽培」の行に示す。なお、図１におけるポリフェノール量は、［μｍｏｌ／１ｇ］で示している。
【００１６】
第２の栽培方法では、照射光源として、放射スペクトル範囲の狭い発光ダイオード、および、広範囲のスペクトルを有する白色蛍光灯を用いた。発光ダイオードとしては、赤色光発光ダイオード、青色光発光ダイオード、赤色光発光ダイオードと青色光発光ダイオードを４：１の割合としたもの、遠赤色光発光ダイオードをそれぞれ用いて栽培を行なった。
【００１７】
発光ダイオードは、４０ｃｍ×４０ｃｍのパネルに３６×４２＝１５１２個の発光ダイオードを配置したものであり、赤色光発光ダイオード、青色光発光ダイオードを用いたものは、それぞれ、１５１２個の発光ダイオードの１００％が赤色光発光ダイオードであるパネル、１５１２個の１００％が青色光発光ダイオードであるパネルを用いたものである。赤色光発光ダイオードと青色光発光ダイオードを４：１の割合で用いたものは、１００８個の赤色光発光ダイオードと２５２個の青色光発光ダイオード（用いたパネルには、２５２個の緑色光発光ダイオードがさらに加えられて、これらが均一に分散配置されたパネルであったので、緑色光発光ダイオードを消灯して、点灯させた赤色光発光ダイオードと青色光発光ダイオードが４：１の割合となっている。）が配置されたパネルを用いたものである。遠赤色光発光ダイオードを用いたものは、１５１２個の１００％が遠赤色光発光ダイオードであるパネルを用いたものである。
【００１８】
これら発光ダイオードの駆動は、１００Ｈｚで行なった。点灯のデューティ比は、この例では５０％であったが、５０％に限られるものではない。また、点滅の繰り返しの周波数は、１００Ｈｚに限られるものではない。商用周波で行なうと電源が簡単になる利点がある。点灯と消灯を繰り返して、明の状態と暗の状態を繰り返す場合に、明と暗のそれぞれを同じ時間とし、これを明暗期時間と呼ぶと、明暗期時間でいえば、１０-6〜１秒の範囲内であれば、明暗期時間を１２時間、すなわち、１２時間照射して１２時間光を遮断するという太陽光による年平均的な照射を模したものに比べて、電流のＯＮとＯＦＦが短時間で繰り返されることになり、加熱と冷却が短時間で繰り返されるので、温度上昇を抑えることができる。
【００１９】
第２の栽培方法でも、発光ダイオードで可視光を照射してスプラウトを栽培した後、スプラウトに含まれるポリフェノール量を分析した。栽培手順と分析方法は、以下のとおりである。
（１）蕎麦の種子を水洗した後、雑菌処理のため、殺菌水に２４時間浸漬した。
（２）殺菌水を除去したのち、再生紙製の育苗カップ（開口部５ｃｍ四方，高さ５ｃｍ）に播種した。
（３）市販の発光ダイオード植物育成装置内に育苗カップを設置し、温度２０℃、湿度８０％、二酸化炭素濃度約１５００ｐｐｍの条件下で、後述する４種類の発光ダイオードを用いて、光強度を制御しながら可視光を照射した。
（４）播種後１４日目に、光の波長範囲とその強度に応じて形態の異なるスプラウトを収穫した
（５）子葉部、胚軸部、根部に分類した後、６０℃に設定した定温乾燥器内で水分を完全に除去した。
（６）子葉部の乾燥物から１ｇを計量し、メタノールを溶媒としてポリフェノールを還流抽出した。
（７）紫外線分光検出器を取り付けた液体クロマトグラフを用いて、ポリフェノール量を決定した。
【００２０】
第２の栽培方法における発光ダイオードによる照射は、光量子数約８５μｍｏｌ／ｍ2 ／ｓの光照射強度で、上述したように点滅の繰り返し状態で照射をした。１４日間の積算光量子数は、約５１ｍｏｌ／ｍ2 となる。用いた発光ダイオードは、市販の発光ダイオードであり、遠赤色光発光ダイオード（エピテックス製Ｌ７３５−３６ＡＵ；中心波長７３５ｎｍ）、赤色光発光ダイオード（シャープ製ＧＬ３ＵＲ８；中心波長６６０ｎｍ）、青色光発光ダイオード（日亜化学製ＮＳＰＢ３２０ＢＳ；中心波長４７０ｎｍ）であり、光源としては、上述したパネルにおける１５１２個の発光ダイオードの１００％を遠赤色光発光ダイオードとした光源、１００％を赤色光発光ダイオードとした光源、１００％を青色光発光ダイオードとした光源、８０％を赤色光発光ダイオード，２０％を青色光発光ダイオードとした光源（上述したパネルを用いたので、１００８個の赤色光発光ダイオードと２５２個の青色光発光ダイオードが光源となっている。）、の４種類の光源について栽培を行なった。
【００２１】
また、白色蛍光灯を照射光源として用いた場合の栽培手順と分析方法は発光ダイオードと同様であるが、この場合は、光量子数約１２０μｍｏ１／ｍ2 ／ｓの光照射強度であるが、蛍光灯の交流点灯の場合、放電が反転する間において、蛍光物質の蓄光効果によって暗状態となることはなく、したがって、実質的にデューティ比は１００％と考えてよいので、積算光量子数は約１４５ｍｏ１／ｍ2 となる。
【００２２】
第２の栽培方法で栽培した蕎麦スプラウトは、遠赤色光では、子葉の開葉と展開が促進され、大きな葉に生長した。赤色光では、脱殻が遅く、子葉の小さいことがわかった。青色光では、赤色光に比べて脱殻はより進行しているが、子葉の展開は遠赤色光よりも遅いことがわかった。赤色光と青色光を４：１の割合で同時照射した場合にも、正常な生長形態形成を誘起できず、青色光だけを照射した場合の方が、より正常な生長形態を示した。白色蛍光灯の場合は、良好な生長形態ではあるが、子葉の展開は遠赤色光よりも小さいものであった。
【００２３】
これらの光源による栽培方法で栽培した蕎麦スプラウトの子葉部で生成したポリフェノール量について図１の第２行〜第６行に示す。赤色光発光ダイオードと青色光発光ダイオードを用いた場合には、第１行の暗所栽培と比較して約６７％増量し、遠赤色光発光ダイオードでも約３４％増加した。また、第６行の白色蛍光灯を用いた場合と比較すると、赤色光発光ダイオードと青色光発光ダイオードを用いた場合に約４８％増加し、遠赤色光発光ダイオードでも約１９％増加した。しかし、蛍光灯で照射された積算光量子数は、発光ダイオードを用いた場合の約２．８倍であることから、単色光発光ダイオードを用いて栽培する方法が、機能性栄養成分であるポリフェノールを高効率で増加させるために有効な方法であることが実証された。
【００２４】
第３の栽培方法は、光源の光照射強度依存性について調べるためのものである。光源を波長帯域の狭い単一光とし、青色光と赤色光で蕎麦スプラウトの栽培を行ない、生成されたポリフェノール量を測定した。栽培手順と分析方法は第２の方法と同様である。発光ダイオードの具体例は、上記の青色光発光ダイオード（日亜化学製ＮＳＰＢ３２０ＢＳ；中心波長４７０ｎｍ）と赤色光発光ダイオード（シャープ製ＧＬ３ＵＲ８；中心波長６６０ｎｍ）であり、駆動方法も上述した点滅させる方法である。光照射強度については、それぞれ、光量子数が６０μｍｏ１／ｍ2 ／ｓ，８５μｍｏ１／ｍ2 ／ｓ，１４０μｍｏ１／ｍ2 ／ｓについて行なった。測定結果を図２に示す。ポリフェノール生成量は、光照射強度が大き過ぎると減少する傾向が見られ、極大値が存在することがわかった。そして、ポリフェノール生成量の極大値をもたらす光照射強度は、照射光のスペクトル分布によって相違し、青色光では、赤色光よりもやや大きい光照射強度においてポリフェノール生成量の極大値を得ることができることもわかった。
【００２５】
これらの栽培方法に対して、本発明の実施例では、生長段階別に３種の異なる範囲の波長の可視光を、上述した点滅の繰り返し状態で駆動する発光ダイオードで照射してスプラウトを栽培した後、スプラウトに含まれるポリフェノール量を分析した。栽培手順と分析方法は以下のとおりである。
（１）蕎麦の種子を水洗した後、雑菌処理のため、殺菌水に２４時間浸漬した。
（２）殺菌水を除去したのち、再生紙製の育苗カップ（開口部５ｃｍ四方，高さ５ｃｍ）に播種した。
（３）市販の発光ダイオード植物育成装置内に育苗カップを設置し、装置内を温度２０℃、湿度８０％、二酸化炭素濃度約１５００ｐｐｍの条件に設定した。
（４）発茅するまでの３日聞は暗所で栽培した。
（５）発芽後は、遠赤色光発光ダイオード（エピテックス製Ｌ７３５−３６ＡＵ；中心波長７３５ｎｍ）で４日間照射して、子葉の開きと展開を促進させた。このとき、光量子数３０μｍｏｌ／ｍ2 ／ｓ程度の光強度で照射すると、胚軸部の生長がより促進された。一方、光強度が増加すると、子葉の展開は促進されても胚軸伸長は抑制された。
（６）続いて、赤色光発光ダイオード（シャープ製ＧＬ３ＵＲ８；中心波長６６０ｎｍ）を光量子数８５μｍｏ１／ｍ2 ／ｓの光強度で４日間照射し、草丈の伸長を促進させるとともに、ポリフェノール生合成量を増加させる。
（７）最終段階では、青色光発光ダイオード（日亜化学製ＮＳＰＢ３２０ＢＳ；中心波長４７０ｎｍ）を用いて、光強度を光量子数１１０μｍｏｌ／ｍ2 ／ｓに設定して３日間照射し、子葉部のポリフェノール生合成を促進させるとともに、胚軸部におけるアントシアニン生合成量の増加を促し、また、胚軸表面の赤色化を引き起こした。
（８）播種後１４日目に、スプラウトを収穫した。
（９）子葉部、胚軸部、根部に分類した後、６０℃に設定した定温乾燥器内で水分を完全に除去した。
（１０）子葉部の乾燥物から１ｇを計量し、メタノールを溶媒としてポリフェノールを還流抽出した。
（１１）紫外線分光検出器を取り付けた液体クロマトグラフを用いて、ポリフェノール量を決定した。測定結果を図１の第７行に示す。
【００２６】
この実施例では、暗所での発芽後、遠赤色光発光ダイオードを照射することで、子葉の開葉と展開を促進させることができる。子葉では機能性栄養成分であるポリフェノールがもっとも効率よく生産される部位である。したがって、光受容部としての役割を担うことから、子葉の早期開葉と展開促進は、光受容面積を増加させるために極めて重要である。また、赤色光発光ダイオードと青色光発光ダイオードは、ポリフェノール生成を促進させる効果があることから、子葉展開後はこれらの光を照射することが不可欠である。赤色光は、胚軸伸長を促進する効果があるが、遠赤色光と同様に胚軸部の強度は弱く傾倒しやすい。したがって、最終段階では、青色光を照射して胚軸部の強度を高めるとともに、胚軸表面の赤色化を促すことが最適である。暗所で発芽させることは、播種から発芽までの間において光源を必要としないことにより、消費電力を抑える観点から有利である。なお、本明細書でいう暗所とは、外光を含め光を遮蔽した暗黒状態に限られるものではなく、漏れ光や、栽培管理等のためにオペレータが行動するための照明光等があってもよいものである。
【００２７】
この実施例では、蕎麦スプラウトの正常な生長形態を誘起しながら、機能性栄養成分であるポリフェノールを暗所栽培の場合よりも３７％増加させることが可能となった。また、白色蛍光灯を用いた場合と比較しても、ポリフェノール量は約２２％増加した。栽培で使用した総光量数を比較すると、蛍光灯の場合では約１４５ｍｏｌ／ｍ2 であり、本栽培法では約５６ｍｏ１／ｍ2 と算出されることから、消費電力等のコスト計算において、極めて効率よい栽培法であることが実証された。
【００２８】
なお、上述した実施例を含め、発光ダイオードが上記市販品に限られるものではなく、適宜の発光ダイオードを用いることができる。また、光照射強度，積算光量子数や繰り返し周波数，デューティ比等は、栽培する植物や発光ダイオードのスペクトル特性等によって適宜の値が用いられるものである。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
露地栽培や施設園芸では、季節に応じて環境因子が変動する（太陽光の成分と強度、温度、湿度、二酸化炭素濃度の変動する）ことにより、品質の安定した（外観がほぼ同じで、含有機能性栄養成分量もほぼ均一である）スプラウトを栽培することが困難である。本栽培方法では、用いる可視光発光ダイオードの作用効果が明瞭であることから、品質の揃ったスプラウトを周年栽培することが可能であり、製品のばらつきを抑制して価格を固定化することが可能であり、市場への安定供給を実現できる点で利用価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】照射光源とポリフェノール生成量の関係を示す図である。
【図２】青色光及び赤色光発光ダイオードの光強度を変えて蕎麦のスプラウトを栽培した場合に生成したポリフェノール総量の変化を示す図である。
【図１】
2007075073.tif 000002
【図２】
2007075073.tif 000003