(57)【要約】【課題】菌根菌の植物への感染及び増殖をさらに促進し、従来よりも植物を効率よく育成することができる方法及び植物育成剤を得る。【解決手段】植物の根に担持されることが可能且つ菌根菌が付着可能であって、少なくともμｍオーダー、ｎｍオーダー、又はｐｍオーダーのいずれか１つの大きさで且つ少なくとも多孔質構造、繊維質構造、螺旋構造、筒状構造、トンネル構造、層状構造、又は、入れ子構造のいずれか１つの構造からなる植物育成剤を含む、あるいはそれらの構造物が混在する植物育成剤を、植物の根又は植物の栽培箇所に施用する施用工程と、植物を発根可能な状況下で生育させ、植物の根から細根を誘導する細根誘導工程と、細根誘導工程中又は細根誘導工程後に、植物の細根に菌根菌を接種させる菌根菌接種工程を行う。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物の根に担持されることが可能且つ菌根菌が付着可能であって、少なくともμｍオーダー、ｎｍオーダー、又はｐｍオーダーのいずれか１つの大きさで且つ少なくとも多孔質構造、繊維質構造、螺旋構造、筒状構造、トンネル構造、層状構造、又は、入れ子構造のいずれか１つの構造からなる植物育成剤を含む、あるいはそれらの構造物が混在する植物育成剤。
【請求項２】
菌根菌、又は、菌根菌及び水、をさらに含む請求項１に記載の植物育成剤。
【請求項３】
植物の根から細根を誘導する方法であって、請求項１又は２に記載の植物育成剤を、前記植物の根又は前記植物の栽培箇所に施用する施用工程と、発根可能で且つ前記菌根菌が前記植物の根に接触可能な状況下で前記植物を生育する工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法により誘導された細根を有した植物。
【請求項５】
植物の根の表面において細根の誘導及び菌根菌を増殖する方法であって、請求項１又は２に記載の植物育成剤を、前記植物の根又は前記植物の栽培箇所に施用する施用工程と、前記植物を発根可能な状況下で生育させる生育工程と、前記細根誘導工程中又は前記細根誘導工程後に、前記植物の細根に菌根菌を接種させる菌根菌接種工程と、を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物を成長させるために用いられる物及び植物を成長させる方法に関するものであって、特に、植物育成剤、植物の細根の誘導方法、植物の根表面に植物育成剤を担持する方法、根の原基など微細な構造物の出現頻度を促進する方法、植物育成剤中の微細構造物などの刺激による細根出現頻度および生育向上方法、根表面に担持された微細構造物を誘導し根の発達を促進する方法、この増殖方法により誘導形成された細根及び増殖した菌根菌に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、植物の育成方法に関して、菌根菌を植物に感染させ、共生させることにより、共生する植物の生長を促進させ、耐病性、耐乾燥性などを向上させることが知られている。また、菌根菌の感染を効果的に促進したり、菌根菌の増殖を促進したりする方法として、例えば、下記の非特許文献１及び特許文献１のものが挙げられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Soil Science and Plant Nutrition (2008) 54, 33-45
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２３９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
菌根菌の生育を促進する栄養素や有機酸や植物成長調整剤を投与することにより植物への感染率を向上させることが知られている。しかしながら、これらの物質は植物病原細菌類などの有害菌の生育および感染の促進も同時に誘導することから植物生産・農業の現場において利用されることは殆どないのが現状である。そこで作用機構が異なる植物−菌根菌共生を選択的に促進させる植物の生長促進、耐病性、耐乾燥性などの機能を向上させることが望まれている。
【０００６】
一方、菌根菌を伴わない植物根の誘導や発達は、近傍環境（根圏域）に依存することが知られている。従来の土耕栽培だけでなく近年、発達が著しい水耕栽培を基盤技術とする植物工場などで展開するためには根圏域環境の影響を受けずに菌根菌不在の環境下においても植物の生育促進が可能となる新たな技術が求められている。
【０００７】
そこで、本発明は、菌根菌の植物への感染を促進する足場を提供し、従来よりも植物の根を効率よく生育させることができる方法、及び植物育成剤中の植物育成剤による根部活性化の結果構築される構造ネットワーク（根圏ネットワーク）により達成される植物育成向上、並びに、植物の生育を補助する菌根菌を活性化する方法、さらに、この方法により得られた優れた菌根菌育成環境を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明の植物育成剤は、植物の根に担持されることが可能且つ菌根菌が付着可能であって、少なくともμｍオーダー、ｎｍオーダー、又はｐｍオーダーのいずれか１つの大きさで且つ少なくとも多孔質構造、繊維質構造、螺旋構造、筒状構造、トンネル構造、層状構造、又は、入れ子構造のいずれか１つの構造からなる微細構造物を含む植物育成剤、あるいはそれらの構造物が混在する植物育成剤である。また、本発明の植物育成剤は、菌根菌、又は、菌根菌及び水、をさらに他の細根を誘導する植物成長調整剤を含むものであってもよい。ここでの植物育成剤は、植物の根、あるいは、新規に形成された根に担持されるものであって、植物育成剤は有機体や菌根菌と接触した際、付着可能であれば、どのようなものであってもよい。また、根が投入される植物育成剤を足場として、細根生長や菌根菌増殖が容易となる。
（２）植物育成剤中の微細構造物は、μｍオーダー、ｎｍオーダー、ｐｍオーダーのいずれかの大きさで、ある程度揃えたものとしてもよいし、大きさの異なるものを混在させたものとしてもよい。
【０００９】
上記（１）又は（２）の構成の植物育成剤を植物に施用することで、菌根菌の植物への感染を従来よりもさらに促進させることができる。これにより、従来よりも植物を効率よく育成することができる。また、植物育成剤が菌根菌の植物への感染を容易とし、植物と共生する菌根菌の増殖を促進させることができる。
【００１０】
（３）本発明は、植物育成剤中の微細構造物などとの接触刺激による細根誘導や、根の構造変化によりできる生物的足場（原基）から細根誘導や菌根菌生長を誘導する方法であって、上記（１）又は（２）に記載の植物育成剤を、前記植物の根に施用する工程と、発根可能で且つ前記菌根菌が前記植物の根に接触可能な状況下で前記植物を生育する工程とを含むことを特徴とする。
【００１１】
上記（３）の構成によれば、該植物の細根に上記（１）又は（２）に記載の植物育成剤を担持でき、これにより、該植物の細根に担持した植物育成剤、即ち、上記（１）又は（２）に記載の植物育成剤の微細構造物などを足場として、菌根菌等の微生物が感染できるため、従来よりも、菌根菌が植物の細根に感染しやすくなる。したがって、植物の細根への菌根菌の感染率を従来よりも向上することができ、引いては、植物の生長促進、開花促進、収量増加、耐病性向上、早期収穫などの効果を得ることができる。また、上記（３）の方法を実施すれば、細根の表面に上記植物育成剤が担持した植物を得ることができる。
【００１２】
（４）他の観点として、本発明は、植物育成剤を担持した根を有した植物を作成する方法であって、上記（１）に記載の植物育成剤を前記根の表面に付着させる付着工程、および前記付着工程の前に前記植物の根の表面を傷つけるなどの物理的作用工程を含むものであってもよい。即ち、物理的刺激により細根を誘導する機能を含むことを特徴とする。なお、本発明は、前記付着工程の前に前記植物の根の表面を傷つけておく工程を含むものであってもよい。
【００１３】
上記（４）の構成によれば、植物の根に上記（１）に記載の植物育成剤中の植物育成剤が担持される。あるいは、根部自体の応答によって微細構造物が誘導される。これにより、該植物の根に担持した上記（１）に記載の植物育成剤中の植物育成剤を足場として、菌根菌感染が容易になることで、従来よりも、菌根菌が植物の根に感染しやすくなる。したがって、植物の根への菌根菌の感染率を従来よりも向上することができ、引いては、植物の生長促進、開花促進、収量増加、耐病性向上、早期収穫などの効果を得ることができる。また、上記（４）の方法を実施すれば、根の表面に上記植物育成剤が担持した植物を得ることができる。
【００１４】
（５）別の観点として、本発明は、一例として、菌根菌を植物の根の表面や近傍に増殖せしめる方法であって、上記（１）に記載の植物育成剤を、前記植物の根又は前記植物の栽培箇所に施す施用工程と、前記植物を発根可能な状況下で生育させる生育工程と、前記細根誘導工程、又、前記細根誘導工程と共に、前記植物の細根に菌根菌を接種させる菌根菌接種工程とを含むことを特徴とする。
【００１５】
上記（５）の構成によれば、植物が栄養分を根から吸収する際、該植物の細根に上記（１）に記載の植物育成剤中の微細構造物などが担持する。これにより、該植物の細根に担持した上記（１）に記載の植物育成剤中の微細構造物などを足場とすることができるので、従来よりも、菌根菌が植物の細根に感染しやすくなる。また、植物育成剤の物理的関与によって誘導される細根の活性化と細根への菌根菌の感染率を従来よりも向上することができ、引いては、植物の根に菌根菌を従来よりも効率的に生育させることができる。また、上記（５）の方法を実施すれば、植物の細根に担持された上記植物育成剤を足場とした菌根菌の生育が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る実施例における水稲の生育試験を説明するための図である。
【図２】本発明に係る実施例における水稲の生育試験の水稲の生育過程の様子（2014/06/23）を示す写真である。
【図３】本発明に係る実施例における水稲の生育試験の水稲の生育過程の様子（2014/07/07）を示す写真である。
【図４】本発明に係る実施例における水稲の生育試験の水稲の生育過程の様子（2014/07/28）を示す写真である。
【図５】本発明に係る実施例における水稲の生育試験の水稲の生育過程の様子（2014/08/17）を示す写真である。
【図６】本発明に係る実施例における水稲の生育試験の水稲の生育過程の様子（2014/09/01）を示す写真である。
【図７】本発明に係る実施例における水稲の生育試験の水稲の生育過程の様子（2014/09/11）を示す写真である。
【図８】本発明に係る実施例における水稲の生育試験の水稲の生育過程の様子（2014/10/28）を示す写真である。
【図９】本発明に係る実施例における稲の根への菌根菌感染細胞を示す顕微鏡写真である。
【図１０】本発明に係る実施例における稲の根への菌根菌の感染率結果を示したグラフである。
【図１１】本発明に係る実施例における根毛形成促進及び感染根組織を示す顕微鏡写真である。
【図１２】本発明に係る実施例におけるＣＮＴ無施用区及びＣＮＴ施用区の収穫後の大根を示す写真である。
【図１３】本発明に係る実施例における根組織からの菌糸発芽状況を示す顕微鏡写真である。
【図１４】本発明に係る実施例における根組織外の菌糸ネットワークを示す顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】
本発明の実施の形態において用いられる植物育成剤は、粉末状の植物育成剤、純水中に分散させた植物育成剤、又は、純水中に菌根菌とともに分散させた植物育成剤を含むものである。本実施の形態における植物育成剤は、μｍオーダー、ｎｍオーダー、又はｐｍオーダーの大きさであって、空隙率及び比表面積が比較的高い多孔質構造、繊維質構造、螺旋構造、筒状構造、トンネル構造、層状構造、又は、入れ子構造などを有しており、栽培箇所（土壌など）中のミネラル又は養分（リン酸、窒素など）を菌根菌が吸収し、菌根菌が共生する植物へ供給し易くするようなものが好ましい。例えば、微細構造物成分として、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、グラフェン、フラーレン、微細化されたグラファイト、カーボンフレーク、カーボン繊維などのカーボン材料、細胞の分化・誘導を促進し，組織を再生させる足場となるための材料、生体由来の細胞外マトリックス成分、セルロース、コラーゲン、プロテオグリカン、フィブロネクチンやラミニン等の細胞接着性蛋白質、エラスチンのような構造蛋白質や，生体吸収性の高いデンプン，デキストラン，キチン・キトサン，ヒアルロン酸、ゼラチン，セリシン，カゼイン，フィブリン、ポリグリコール酸（PGA），ポリ乳酸（PLA）、ポリカプロラクトン（PCL），ポリジオキサノン（PDX），ポリヒドロキシ酪酸（PHB），ポリコハク酸ブチレン、ハイドロキシアパタイト，炭酸カルシウム，ポリホスファゼンなどが挙げられる。当然、本実施の形態における植物育成剤は、上記例の材料が２つ以上混合されたものであってもよい。また、本発明の実施の形態において用いられる植物としては、菌根菌が感染することのできる植物であれば特に制限はない。
【００１９】
ここで、菌根菌は、土壌などの中に存在する接合菌の一種であり、その菌糸が様々な植物の根について菌根を形成し、両者が共生することが知られている。このような菌根としては、菌糸が細根の表面と細胞の外側を包む外生菌根と、菌糸が根の細胞の中まで進入する内生菌根がある。また、菌根菌は、リン、カリウムなどの吸収に重要な働きをするため、菌根菌に感染した植物におけるリン、カリウムなどの吸収率が向上して植物の生長を促進させ、耐病性を向上させる働きがあることが知られている。
【００２０】
本実施形態における植物育成剤の施用方法は、菌根菌が共生する植物の種類、育成方法などによって適宜選択すべきであるが、例えば、植物の根に直接接種させたり、植物が生育する土壌などの栽培箇所に直接散布したり、植物を育成するための土壌などの栽培箇所に混合したり、植物の根に直接付着させたり、植物の根を傷つけてから付着させたりすることができる。また、農薬、肥料などをカーボンナノ構造体などの微細構造物と共に使用してもよい。
【００２１】
本実施形態における植物育成剤の施用タイミング及び施用頻度（散布の場合）については、菌根菌が共生する植物の種類、育成方法、気候などに基づいて適宜決定すべきである。
【００２２】
なお、菌根菌が共生する植物の発根と共に、菌根菌の感染は成立可能である。その後、必要に応じて肥料などを与え、灌水を行いながら、植物の育成を行うことにより、菌根菌の感染が広がり、増殖する。これに伴い植物の生長促進を図ることができ、開花促進、収量増加、耐病性向上、早期収穫などの効果を得ることができる。なお、菌根菌の施用は、菌根菌を感染させる植物の発根前又は発根後のどちらでもよい。例えば、植物は、播種、鉢上げ苗、育苗苗、プラグ苗、挿し芽、挿し木、接ぎ木、球根、植物組織、株など、様々な態様で培地（用土）などの培養箇所に植えつけられるが、菌根菌は植物を植えつける前、或いは植つけと同時に施用され、具体的には培地（用土）と混合したり、種、芽等の下に層状に施用したり、或いは定植時の植え穴の中に施用したりすることが好ましく、特に植物の栄養吸収部分（根など）に触れるよう菌根菌を施用することが好ましい。
【００２３】
ここで、上記植物育成剤は、空隙率及び比表面積の高い多孔質構造、又は、繊維質構造を有しているので、植物の栄養吸収部分（根など）に担持されることにより、菌根菌に格好の足場を提供することができる。これにより、菌根菌が植物の栄養吸収部分（根など）に植物育成剤を介して共生しやすくなり、植物の生長を促進することが可能となる。また、植物育成剤は、根部に対し物理的刺激により、細根発生を促し、散布した土壌中又は培養箇所などの無機物又は有機物吸着を助長することが可能である。細根発生の発生状況を図11に示す。この吸着により、有用な有機物(特に土壌中の肥料と農薬)の流出又は散逸の防止となり、土壌中又は培養箇所などの菌根菌を活性化させ、植物の育成を助けることができる。また、植物育成剤は、高い吸水力を有し、土壌に対して保水性、保湿性を付与することができる。
【００２４】
よって、植物を育成するにあたり、植物育成剤を施用することにより、効果的に菌根菌の感染及び増殖を促進させることができ、より高い効率で菌根菌の有する効果を引き出すことができ、その結果、植物の良好な育成を図ることができる。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明する。
【００２６】
＜実施例１＞
植物育成剤としてカーボンナノチューブを用いて、水稲の生育試験を実施した。ここでカーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴと表現する場合がある。）は、株式会社大成化研製のマルチウォールカーボンナノチューブ分散液（１．２Ｖｏｌ％  ｐＨ７．５）を使用した。
【００２７】
図１に示すように、水稲（品種「初山吹」）の苗を、一つの植木鉢に一株ずつ三本（図１のＡ、Ｂ、Ｃの位置のそれぞれに一株ずつ）、２鉢分植えた。片方の鉢（１）には、土壌に市販の粒状肥料（三菱商事アグリサービス株式会社製  高度化成肥料）を施肥するとともに、水道水を与え、もう一方の鉢（２）には、土壌に市販の粒状肥料（三菱商事アグリサービス株式会社製  高度化成肥料）を施肥するとともに、ＣＮＴ５０００倍液（上記株式会社大成化研製のマルチウォールカーボンナノチューブ分散液を純粋で５０００倍に薄めたもの）を散布し、水道水を与えた。なお、下記表１に示すスケジュールで、水稲の生育試験を実施した。
【表１】
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【００２８】
図２〜図８（水稲の生育過程を示した写真）に示すように、試験開始から約４カ月後まで育成し、株数、穂数、草丈、とく長、穂長及び実の粒数を測定した。結果を下記表２に示す。
【表２】
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【００２９】
表２の結果から、鉢（１）と鉢（２）とを比較すると、ＣＮＴを散布した鉢（２）の方が、全体的に生育がよく、穂が出るのも３週間ほど早かった。特に、鉢（２）南側のＡ株が最も大きく成長して収穫期にはかなり倒れこんでおり、収穫量（粒数）も多かった。なお、朝日の当たりにくい山裾での生育のため、日中の陽当たりのよい南側１株（Ａ）と日陰の北側２株（Ｂ・Ｃ）とでは成長の度合いが随分と違った（収穫時、日陰側は青い未熟米が多かった）。よって、ＣＮＴが、植物の生長促進に寄与することが確認された。
【００３０】
また、根長１ｍｍあたりの菌根菌の感染率を測定した。感染率は感染根をトリパンブルー染色液で染色後、実体顕微鏡を用いて、格子の線と根の交わった点を計数し、感染率を求めた。感染率の試験結果を下記表３及び図９(感染細胞の顕微鏡写真)と図１０のグラフ（グラフ中の「コントロール区」が鉢（１）の感染率結果、「ＣＮＴ投与区」が鉢（２）の感染率結果）に示す。
【表３】
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【００３１】
表３及び図９のグラフの結果から、ＣＮＴを施用したＣＮＴ施用区は、ＣＮＴ無施用区（ＣＮＴを施用せず）より、約１０倍の感染率であることが分かった。よって、ＣＮＴを施用することにより、植物の根に対する菌根菌の感染率を著しく高めることが確認された。
【００３２】
また、鉢（１）、（２）から収穫した米の食味テストを実施した。食味テストは、米粒食味計（株式会社サタケ製  ＲＬＴＡ１０Ｂ）を用いて、米の水分、アミロース、タンパク質、食味値を測定し、総合評価として、Ａ〜Ｅの五段階（Ａが最上位ランク）にランク付けを行った。なお、食味値が９７〜８６は上級、８６〜８０は良好、７９〜７５は良、７４〜７０は並、６９〜６０は下である。結果を下記表４に示す。
【表４】
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【００３３】
表４の結果から、鉢（１）と鉢（２）とを比較すると、ＣＮＴを散布した鉢（２）の方が、タンパク質の含有率が低下し、食味値が向上する傾向が確認された。タンパク質の含有率は米の旨味の重要な要素と考えられており、タンパク質の含有率が低下するほど旨味が増す傾向にある。よって、ＣＮＴを施用することにより、米のランクがＤからＣに上がり、より美味しい米を得ることができた。
【００３４】
＜実施例２＞
植物育成剤としてカーボンナノチューブを用いて、大根の生育試験を実施した。ここでカーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴと表現する場合がある。）は、株式会社大成化研製のマルチウォールカーボンナノチューブ分散液（１．２Ｖｏｌ％  ｐＨ７．５）を使用した。
【００３５】
なお、下記表５に示すスケジュールで、大根の生育試験を実施した。
【表５】
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【００３６】
ＣＮＴ無施用区及びＣＮＴ施用区の収穫後の大根の比較結果を表６に示す。比較下結果をすると、ＣＮＴを散布したものの方が、全体的に生育がよく、大根の重さを比較するとＣＮＴ無施用区と比べて大根一本あたり５倍程度の収穫量（重量）が得られた。収穫後のＣＮＴ無施用区とＣＮＴ施用区の大根の比較写真を図１２に示す。収穫持、ＣＮＴ無施用区の大根では大根の先端部のみに主根や側根などの根組織の形成が見られたのに対し、ＣＮＴ施用区の大根は大根の糖度も青首部、大根の側面、及び先端部においても根組織の形成が観察された。これは不定根形成抑制を解除している可能性を示唆した。また、ＣＮＴ施用区の大根は無施用区と比較して糖度の上昇が見られた。
【００３７】
また、菌根菌の感染率を測定した。根組織をトリパンブルー染色液で染色後、実体顕微鏡を用いて、格子の線と根の交わった点を計数し、感染率を求めた。感染率の試験結果を下記表６及び図１３(複数の菌糸が根組織表面から生えている顕微鏡写真。写真中の黒矢印は菌糸を示している。)と、図１４(根組織表面に見られる菌糸ネットワークの顕微鏡写真)に示す。ＣＮＴ施用区の大根根組織の菌根菌の感染率は対象区と比較して７４％程度感染率が向上していた。また、感染している菌根菌の種類も多く、様々な形状の胞子や複数の菌糸が根組織の表面から生え、菌糸ネットワークを形成させており、土壌中のミネラル成分や水分を効率よく吸収していることが示唆された。よって、ＣＮＴが、植物の生長促進に寄与することが確認された。
【表６】
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【００３８】
以上の結果から、ＣＮＴを菌根菌が自生（存在）する土壌に用いることにより、菌根菌の感染及び増殖を促進させることができ、菌根菌の有する共生植物の生長促進効果を引き出すことができることが確認された。従って、植物の生長促進、収量増加、早期収穫などの効果が得られた。また、ＣＮＴを用いて生育させた稲からは、ＣＮＴを用いない場合に比べて、優れた品質の収穫物を得られるようになった。
【００３９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。例えば、水稲はもちろん根菜類栽培、蘭などの花卉栽培、植物工場での栽培、及び、きのこ類の栽培などにも有効である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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