(57)【要約】      （修正有）【課題】植物の世代を促進させる方法に関し、二酸化炭素濃度を制御した栽培空間で単子葉植物の世代を促進させる方法を提供する。【解決手段】栽培空間の二酸化炭素濃度を大気中の二酸化炭素濃度を上回るように調節することにより、単子葉植物の世代促進短期間で達成させる。また、これに加え分げつの除去を行うことでより世代を促進短期間で達成させる。さらにこれらに加え胚救済をおこなうことで単子葉植物の世代促進を短期間で達成させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単子葉植物の世代を促進させる方法であって、二酸化炭素濃度を大気中の二酸化炭素濃度を上回るように制御した栽培空間で栽培を行うことを特徴とする方法。
【請求項２】
単子葉植物の世代を促進させる方法であって、二酸化炭素濃度を大気中の二酸化炭素濃度を上回るように制御した栽培空間で栽培を行い、さらに、単子葉植物の分げつの除去を行うことを特徴とする方法。
【請求項３】
単子葉植物の世代を促進させる方法であって、二酸化炭素濃度を大気中の二酸化炭素濃度を上回るように制御した栽培空間で栽培を行い、さらに得られた種子の胚救済を行うことを特徴とする方法。
【請求項４】
単子葉植物の世代を促進させる方法であって、二酸化炭素濃度を大気中の二酸化炭素濃度を上回るように制御した栽培空間で栽培を行い、さらに単子葉植物の分げつの除去を行い、さらに得られた種子の胚救済を行うことを特徴とする方法。
【請求項５】
二酸化炭素の濃度が４００ｐｐｍ以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
単子葉植物の分げつの除去を株元から行い、主茎のみを栽培する請求項２又は請求項４から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
単子葉植物が、イネ科植物に属する請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
単子葉植物が、イネである請求項１から７のいずれか1項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物の世代を促進させる方法に関し、二酸化炭素濃度を制御した栽培空間で単子葉植物の世代を促進させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
植物の品種改良は、多収穫、耐病性、食味の向上等、性質の向上を目的として行われている。近年、社会の農作物の品種に対するニーズの多様化や自然環境の変化などにより、さまざまな育種目標に合致した優良な新品種育成の迅速化が急務となっている。しかし、育種技術が発達した現在においても作物の育種には、長い年月と多くの労力を必要とする（非特許文献１）ことから、世代促進技術の開発が求められている。
【０００３】
品種改良の方法には、遺伝子組換え技術を用いる方法、人工交配技術を用いる方法などがある。
【０００４】
遺伝子組換え技術は、人工交配技術と比較すると短期間で品種改良を行うことができるという点で優れているが、遺伝子組み換え植物に対する消費者の不信感が未だ根強く、同技術を用いて栽培された作物が消費者に充分受け入れられているとは言い難い（非特許文献２）。そのため、人工交配技術は品種改良技術として、今もなお有力な方法であると考えられる。
【０００５】
しかしながら、人工交配による品種改良では、種苗業者にとって望ましい形質を新品種に安定して発現させるに至るまで何世代も経る必要があり、迅速な新品種を育成するには世代促進技術が必要になる。
【０００６】
従来より、二酸化炭素（炭酸ガス）濃度を上昇させると植物の収量が増大することは一般的に知られており、様々な方法が提案されている。
【０００７】
例えば、特許文献１、２には、収量向上の観点から、所定条件で光を照射すると共に二酸化炭素濃度を高濃度に保つ植物育成方法が開示されている。また特許文献３には二酸化炭素濃度を高濃度に保ち、特定構造の化合物を含有する処理液を施用することにより優れた増収効果が得られることが開示されている。さらに、特許文献４では、二酸化炭素濃度を終日４００〜１５００ｐｐｍに制御し収量性、栽培性に優れた植物育成できる次世代栽培用の植物種子を生産できることが示されている。このように、植物の栽培における二酸化炭素濃度の制御は、収量向上の観点から検討されることが多い。
【０００８】
一方、栽培時間の短縮の観点からは、６００〜１６００ｐｐｍ/時間の二酸化炭素を緑葉及び花房等に向けて供給することにより、野菜、果実などの双子葉植物の花房の発育速度が速くなることが特許文献５に開示されている。
【０００９】
しかし、穀物などに用いられる単子葉植物については世代促進を目的に二酸化炭素濃度を制御する栽培方法は報告されていない。したがって、単子葉植物において世代促進をもたらす栽培方法の開発が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６１−１００１３１号
【特許文献２】特開昭６１−１００１３２号
【特許文献３】特開２００８−２０６４５４号
【特許文献４】特開２００１−２５８３９２号
【特許文献５】特開平１１−２６６７０５号
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】「植物育種学上  基礎編」藤巻宏 培風館 Ｐ３５−３６
【非特許文献２】調査と情報第６８６号(２０１０．８．３) 「遺伝子組換え作物をめぐる状況」本田伸彰
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、植物の世代促進を短期間で達成する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、鋭意検討の末、栽培空間の二酸化炭素濃度を大気中の二酸化炭素濃度を上回るように制御することにより、非制御の場合と比較して世代促進を短期間で達成することを見出した。また、二酸化炭素濃度の制御に加え、植物の分げつを除去することによりその効果が高められること、胚救済技術により、さらにその効果が高められることを見出した。
また、この栽培条件で種子が得られること、次世代の植物の生育に悪影響を与えないことを見出した。
【００１４】
本発明はかかる知見に基づき、さらに検討を重ねた結果完成されたものであり、下記に掲げるものである。
項１．単子葉植物の世代を促進させる方法であって、二酸化炭素濃度を大気中の二酸化炭素濃度を上回るように制御した栽培空間で栽培を行うことを特徴とする方法。
項２．単子葉植物の世代を促進させる方法であって、二酸化炭素濃度を大気中の二酸化炭素濃度を上回るように制御した栽培空間で栽培を行い、さらに単子葉植物の分げつの除去を行うことを特徴とする方法。
項３．単子葉植物の世代を促進させる方法であって、二酸化炭素濃度を大気中の二酸化炭素濃度を上回るように制御した栽培空間で栽培を行い、さらに得られた種子の胚救済を行うことを特徴とする方法。
項４．単子葉植物の世代を促進させる方法であって、二酸化炭素濃度を大気中の二酸化炭素濃度を上回るように制御した栽培空間で栽培を行い、さらに単子葉植物の分げつの除去を行い、さらに得られた種子の胚救済を行うことを特徴とする方法。
項５．二酸化炭素の濃度が４００ｐｐｍ以上であることを特徴とする項１から項４のいずれか１項に記載の方法。
項６．単子葉植物の分げつの除去を株元から行い、主茎のみを栽培する項２又は項４から５のいずれか１項に記載の方法。
項７．単子葉植物が、イネ科植物に属する項１から６のいずれか１項に記載の方法。
項８．単子葉植物が、イネである項１から７のいずれか１項に記載の方法。
項９．栽培空間が人工気象器である項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、一世代に要する期間を短縮できる。具体的には植物の開花までの期間を短縮し、より早く種子を得ることができる。また、世代促進により、品種改良に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】二酸化炭素濃度を制御した人工気象器内での二酸化炭素濃度の変化を示す図である。
【図２】人工気象器内で直径６ｃｍ、高さ７ｃｍのポットに移植したイネの本葉展開後分げつを株元から手で取り除き、単稈で栽培した様子を示す、図面に代わる写真である。
【図３】胚救済の様子を示す図面に代わる写真である。Ａ.受粉後７日目の未成熟種子、Ｂ．種皮を除去した未成熟種子、Ｃ．胚を単離した様子である。ＤからＧはそれぞれ救済した胚の培養２４時間後、４８時間後、７２時間後、９６時間後の植物個体の様子を示す。スケールバーの長さは全て1mmである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明において、二酸化炭素濃度を制御した栽培空間で生育させる単子葉植物は、特に制限されるものではないが、例えば、穀類や園芸種の育種や栽培期間の短縮へのニーズがある、イネ科植物、ユリ科植物、ヤシ科植物から選ばれる植物を挙げることができる。イネ科植物としては、イネ、コムギ、オオムギ、カラスムギ、ハトムギ、ライムギ、トウモロコシ、キビ、サトウキビ、アワ、ヒエ、シコクビエモロコシ、エンバク、オーチャードグラス、イタリアンライグラス、ペレニアルライグラス、チモシー、トールフェスク、ソルガム、シバ等を具体的に挙げることができる。またユリ科植物としては、ネギ、タマネギ、ニンニク、ニラ、ユリ、チューリップ、フリージャ等を具体的に挙げることができる。さらに、ヤシ科植物としては、ココヤシ、ナツメヤシ、サゴヤシ、ワカバキャベツヤシ、サラク、オウギヤシ等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科植物が好ましく、さらにはイネがより好ましい。
【００１８】
本発明における二酸化炭素濃度を制御した栽培空間としては、制御された二酸化炭素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、人工気象器や閉鎖空間をもつ植物工場などを具体的に例示することができる。また、閉鎖空間における二酸化炭素濃度の制御には、二酸化炭素濃度センサと炭酸ガスボンベ等の二酸化炭素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る。
【００１９】
上記栽培空間における二酸化炭素濃度としては、標準大気中の二酸化炭素濃度が約３８５ｐｐｍであること（WMO
WDCGGデータサマリー、温室効果ガス濃度の解析結果とその解説、WDCGG No.34 March 2010 3.Carbon
Dioxide）、また、Ｃ３植物では、二酸化炭素濃度が８００ｐｐｍまでは急激に光合成速度が上昇し、３０００ｐｐｍまで上昇を続け、Ｃ４植物では６００ｐｐｍ以下で光合成速度は飽和するという知見(「将来の食料生産って増えるの？〜地球温暖化と人口爆発が食料生産に与える影響とは〜」、http://www.waseda.jp/student/shinsho/html/70/7010.html)より、標準大気中の二酸化炭素濃度約３８５ｐｐｍよりも高く、３０００ｐｐｍよりも低い濃度であれば特に制限されないが、世代促進、ならびに炭酸ガス消費の経済性の面から、標準大気中の二酸化炭素濃度約３８５ｐｐｍよりも１５ｐｐｍ高い４００ｐｐｍを低下しない濃度が好ましく、さらには４００〜８００ｐｐｍが好ましく、特に４００〜６００ｐｐｍが好ましい。今後地域的、年代的に二酸化炭素濃度に変化があっても、栽培空間における二酸化炭素濃度は大気中の二酸化炭素濃度を上まわる濃度を保つことが望ましい。
【００２０】
上記栽培空間における二酸化炭素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い。生育全期間の一部の期間としては、播種から開花までの期間、開花受精後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。二酸化炭素濃度の植物の世代促進に対する影響のメカニズムが解明できていない現段階において、高濃度二酸化炭素の作用効果を最大限かつ確実に出現させるためには生育全期間を通じて二酸化炭素濃度を制御することが好ましい。また、二酸化炭素ガス消費の経済性を考慮すると、播種から開花までの期間中二酸化炭素濃度を制御することが好ましい。また、生育期間に応じて二酸化炭素濃度を変化させる制御、例えば播種から開花までの期間に二酸化炭素濃度を高めるなどの制御を行うこともできる。
【００２１】
次に、本発明の分げつ除去の方法について説明する。
【００２２】
本発明において、分げつを除去する植物としては、イネ科植物などの、分げつ、すなわち株元から新芽が発生して生長した茎葉部、が生じる植物を挙げることができる。イネ科植物としては、イネ、コムギ、オオムギ、カラスムギ、ライムギ、トウモロコシ、キビ、アワ、ヒエ、シコクビエモロコシ、エンバク、オーチャードグラス、イタリアンライグラス、ペレニアルライグラス、チモシー、トールフェスク、ソルガム、シバ等を具体的に挙げることができる。
【００２３】
本発明の分げつ除去の方法としては、分げつが生じたときに、分げつを株元から除去し、単稈で栽培する。分げつ除去期間は分げつが確認されてから開花までの間行うことが望ましい。
【００２４】
本発明における、胚救済(embryo rescue)技術は、当分野で広く知られている。好適な胚救済法のプロトコールは当分野で、例えばSharma, D.R., Kaur, R. and Kumar, K.
(1996) Embryo rescue in plants - A review. Euphytica
89: 325-337により既知である。胚救済技術の例は本明細書に概説する(実施例３)。
【００２５】
胚救済に用いられる未成熟種子は一般的には受粉後２週間程度のものだが、本発明においては、受粉後７日から１０日のものが望ましく、さらに受粉後7日のものが望ましい。
【００２６】
栽培期間については、播種から開花までの日数を測定する。たとえば、イネの場合、日本の本州付近での圃場等の自然条件下では、播種から開花までの日数は９０〜１２０日、種子の成熟・乾燥には、さらに約３０日を必要とする。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明を実施例を用いてより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。
【００２８】
実施例１：二酸化炭素濃度を制御した人工気象器内でのイネの栽培
［方法］
イネの栽培は人工気象器〔（株）日本医化器械製作所製ＮＣ−３５０ＨＣ〕内で実施した。栽培中は明期１１時間、暗期１３時間とし明期の照度は３１０００ルクスとした。温度は明期は３０℃、暗期は２５℃、湿度は７０％に設定した。二酸化炭素濃度は４７５ｐｐｍと設定した。この設定により４００ｐｐｍ以下に低下すると、炭酸ガスが供給されるように管理される。炭酸ガスが供給された直後の二酸化炭素濃度は６００ｐｐｍを示すが、１０分程度で４００ｐｐｍになった。二酸化炭素濃度の変動結果を図１に示す。
【００２９】
脱籾した成熟イネ種子（日本晴）を2.5%次亜塩素酸ナトリウム溶液中で３０分間穏やかに撹拌し表面殺菌したのち、滅菌水で５回洗浄した。シャーレにろ紙を敷いた上に種子を３０個静置し、10mLの滅菌水で浸し、蓋をサージカルテープで固定し、予め二酸化炭素濃度が所定の濃度となるように調整した人工気象器内において、７日間静置した。播種の７日後、稲用育苗培土（ＪＡくみあい宇部培土２号）150mLを敷き詰めた直径６ｃｍ、高さ７ｃｍのポットに植物体を移植、プラスチック容器（31cm×22cm×9cm）に20のポットを置いて人工気象器内で栽培した。本葉展開後分げつを週１回程度、株元から手で除去し、単稈で栽培した（図２）。毎日土がおおわれるまで水を与え、施肥は行わなかった。播種から開花までの期間を測定した。また本方法により得られた種子の稔実率、籾数に対する稔実籾数の比率を算出した。平均稔実率は植物体ごとの稔実率の平均値から算出した。
【００３０】
［結果］
播種から開花までの期間の測定結果を表１に示す。日本晴の場合、１０個体の平均が４９．１日、最短が４６日、最長が５３日であった。自然条件下での出穂までの日数は、例えば、日本晴では１２２日（M.Yano et al. RiceGenetics3,
650-656）と報告されている。開花日は出穂期後数日以内であり、開花までの期間を大幅に短縮した。
【００３１】
また、平均稔実率を算術すると、日本晴で約８５％の稔実率をもって種子を得た。
【００３２】
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【００３３】
実施例２：二酸化炭素濃度を非制御下における人工気象器内でのイネの栽培
［方法］
二酸化炭素濃度の制御以外の栽培条件は、実施例１と同様の条件で、イネ（日本晴）を栽培した。すなわち、脱籾した成熟イネ種子を表面殺菌、滅菌水洗浄後、シャーレに静置、人工気象器内で、７日間静置した後、稲用育苗培土（ＪＡくみあい宇部培土２号）を敷き詰めた直径６ｃｍ、高さ７ｃｍのポット内に植えかえ、人工気象器内に栽培した。本葉展開後分げつを取り除き、単稈で栽培し、播種から開花までの期間を測定した。
【００３４】
また、人工気象器内の条件は明期１１時間、暗期１３時間、明期の照度は３１０００ルクス、温度は明期は３０℃、暗期は２５℃、湿度は７０％に設定した。二酸化炭素濃度の制御は行っていない。
【００３５】
［結果］
二酸化炭素濃度の制御下および非制御下での栽培条件で、播種から開花までの期間の測定結果を表２に示す。二酸化炭素濃度を制御した場合、表１に示したとおり１０個体の平均が４９．１日、最短が４６日、最長が５３日であった。一方二酸化炭素濃度を制御しない場合、１２個体の平均が５４．９日、最短が５２日、最長が５８日であった。二酸化炭素濃度を制御することで、非制御の場合と比較して、播種から開花までの期間が６日短縮される。  
【００３６】
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【００３７】
実施例３：未成熟種子の胚救済
［方法］
イネ（日本晴）の開花後７日から１０日後の脱籾した未成熟種子を２．５％次亜塩素酸ナトリウム溶液中で３０分間消毒し、続いて１回当たり１分、５回滅菌水で洗浄する。シャーレに濾紙を敷いた上に３０個体をおき、種皮を除去した。次に、顕微鏡下に子房を開いて胚を取り、得られた胚を、胚救済用培地（ムラシゲ・スクーグ培地用混合塩類（日本製薬、392-00591）2.3g/L、スクロース20g/L、ａｇａｒ8g/L、pH5.7）15mLをいれたシャーレに移した。蓋をサージカルテープで固定し、グロースキャビネット（三洋電機、ＭＬＲ−３５０）内に収納し、２８℃で２００００ルクスの光を終日照射して７日間成長させた。
【００３８】
［結果］
受粉後７日目の未成熟種子を用いた胚救済の様子を図５に示す。２４時間後の胚で正常な発芽が確認され、成長する様子が分かる。１３８の未成熟種子の胚救済を行い、１３１の胚から正常な発芽を確認した。その成功率は９４．９％である。受粉後７日から１０日目までの未成熟種子では、同様に培養後出芽を確認できるが、受粉後６日目の未成熟種子を用いた場合、成功率が大きく低下する。これは、胚救済を行うには未成熟種子が小さすぎるため、作業効率、成功率ともに低下したと考える。
【００３９】
実施例４：胚救済後の植物個体を用いた二酸化炭素濃度を制御した人工気象器内での栽培
［方法］
実施例３により得たイネ（日本晴）の植物個体２０個体を用い、実施例１に記載の方法で、栽培を行い、胚救済後の胚を培地に載置した日から開花までの期間を測定した。
【００４０】
［結果］
胚救済後の胚を培地に載置した日から開花までの期間の測定結果を表３に示す。開花までの期間は成熟種子を用いた場合の平均４９．１日と比較して、平均５３．１日となる。生育状況を観察すると、初めの数日は成熟種子と比較すると生育が遅れるがその後は成熟種子と同様に生育した。
【００４１】
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【００４２】
［考察］
胚救済技術を用いても、次世代の影響は非常に小さく、栽培空間における二酸化炭素濃度の制御、分げつの除去と胚救済技術を組み合わせることで、植物の世代促進を大幅に短縮することが明らかとなった。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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