(57)【要約】【課題】植物または菌類の成長を促進することができる、養液栽培方法および養液栽培装置を提供する。【解決手段】培地に養液を供給して植物または菌類を栽培する養液栽培装置は、誘電体からなる基材および栽培する植物または菌類を含む培地と、培地に養液を供給する養液供給配管と、培地から養液を排出する養液排出配管と、培地中の植物または菌類を刺激するプラズマを生成するプラズマ生成装置と、を備える。プラズマ生成装置は、培地から養液が排出された状態でプラズマを生成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
培地に養液を供給して植物または菌類を栽培する養液栽培装置であって、
誘電体からなる基材および栽培する植物または菌類を含む培地と、
前記培地に養液を供給する養液供給配管と、
前記培地から養液を排出する養液排出配管と、
前記培地中の植物または菌類を刺激するプラズマを生成するプラズマ生成装置と、
を備え、
前記プラズマ生成装置は、前記培地から養液が排出された状態でプラズマを生成する、養液栽培装置。
【請求項２】
前記プラズマ生成装置は、
第１電極と、
前記第１電極との間に前記培地を挟んで配置される第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加する電圧装置と、
を備え、
前記基材は粒状であり、基材同士の間に隙間が生じるように前記第１電極と前記第２電極との間に配置され、
前記電圧装置は、前記培地から養液が排出された状態で前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加することで、前記基材の隙間にプラズマを生成する、養液栽培装置。
【請求項３】
前記第１電極は半円筒形状であり、
前記第２電極は前記第１電極の内側面の全面から等距離となる位置に配置された棒状の電極である、請求項２に記載の養液栽培装置。
【請求項４】
前記プラズマ生成装置は、前記培地に対してプラズマを噴射するプラズマ噴射装置であり、
前記プラズマ噴射装置は、前記培地から養液が排出された状態で前記培地に対してプラズマを噴射する、請求項１に記載の養液栽培装置。
【請求項５】
前記プラズマ噴射装置は、窒素プラズマを前記培地に対して噴射する、請求項４に記載の養液栽培装置。
【請求項６】
前記培地に供給する養液の圧力を定期的に変動させることにより、前記培地内の植物または菌類を刺激するポンプを備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の養液栽培装置。
【請求項７】
培地に養液を供給して植物または菌類を栽培する養液栽培方法であって、
誘電体からなる基材および栽培する植物または菌類を含む培地に対して、養液を断続的に供給するとともに、培地から養液を定期的に排出し、
前記培地から養液が排出されたときに、前記培地中の植物または菌類をプラズマにより刺激する、養液栽培方法。
【請求項８】
前記基材は粒状であり、
前記培地に電圧を印加することにより前記基材の隙間にプラズマを生成させる、請求項７に記載の養液栽培方法。
【請求項９】
前記培地に対してプラズマを噴射することにより、前記培地中の植物または菌類を刺激する、請求項７に記載の養液栽培方法。
【請求項１０】
前記培地内の養液の圧力を定期的に変動させることにより、前記培地中の植物または菌類を刺激する、請求項７〜９のいずれか一項に記載の養液栽培方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、養液栽培により植物又は菌類を生産する方法（養液栽培方法）および養液栽培装置に関し、特にきのこの養液栽培方法および養液栽培装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
きのこの栽培方法は、きのこを生育させる栽培基質により「原木栽培」、「菌床栽培」に大別することができる。原木栽培は、自然状態できのこが発生する樹木そのもの（ホダ木）を栽培基質として利用する方法である。菌床栽培は、オガコやチップ等の木質基材、栄養剤、添加剤、水等の混合物（培地）を栽培基質として利用する方法であり、木材腐朽菌の栽培で行われている。日本では菌床栽培が主流となっている。
【０００３】
菌床栽培は、培地材料を混合撹拌する培地調整工程、調整された培地（菌床）に種菌を接種し菌糸が菌床全体にまん延するまで培養する接種培養工程、菌糸がまん延した菌床から種菌を取り除き（菌かき）、子実体（きのこのかさ）の発生を促し（芽出し）、子実体を生育させ、収穫をする発生工程からなる。子実体となる原基の形成および原基の成長を促すために、温度、湿度、酸素濃度、二酸化炭素濃度、光量等の環境条件を変化させることが必要となる。
【０００４】
ところで、近年、きのこ栽培に適する良質のオガコ、とりわけ広葉樹のオガコが不足してきており、木質材料に替わりうる培地材料の供給が求められている。このため、木質基材の代わりに、樹脂やガラスビーズ等の非木質の基材を用いるとともに、米ぬか抽出物等の液肥（養液）を添加した菌床（培地）を用いてきのこを栽培することも行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、高電圧や放電プラズマにより植物を刺激することにより、植物の成長を促進する方法が知られている。例えば、きのこの菌糸にパルス電圧を加えると、菌糸が断裂などの損傷を受ける。この損傷が菌糸への刺激となり、原基の形成が引き起こされる。このため、菌糸が十分に成長したホダ木や菌床にパルス電圧を印加することで、子実体の形成を促進できることが知られている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−３３３４９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】高木浩一著「高電圧・プラズマ技術の農業・食品分野への応用」、伝熱、日本伝熱学会、２０１２年７月、第５１巻、第216号、ｐ．６４−６９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、培地にパルス電圧を印加する場合、養液が導電性を有するため、植物やきのこの菌糸に効率的に高電圧を印加することができないという問題がある。
【０００９】
本発明は、培地に養液を供給して植物または菌類を栽培する養液栽培において、植物または菌類の成長を促進することができる、養液栽培方法および養液栽培装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上の課題を解決するため、本発明の第１の態様は、培地に養液を供給して植物または菌類を栽培する養液栽培装置であって、
誘電体からなる基材および栽培する植物又は菌類を含む培地と、
前記培地に養液を供給する養液供給配管と、
前記培地から養液を排出する養液排出配管と、
前記培地中の植物又は菌類を刺激するプラズマを生成するプラズマ生成装置と、
を備え、
前記プラズマ生成装置は、前記培地から養液が排出された状態でプラズマを生成する、ことを特徴とする。
【００１１】
前記プラズマ生成装置は、
第１電極と、
前記第１電極との間に前記培地を挟んで配置される第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加する電圧装置と、
を備え、
前記基材は粒状であり、基材同士の間に隙間が生じるように前記第１電極と前記第２電極との間に配置され、
前記電圧装置は、前記培地から養液が排出された状態で前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加することで、前記基材の隙間にプラズマを生成する、ことが好ましい。
【００１２】
前記第１電極は半円筒形状であり、
前記第２電極は前記第１電極の内側面の全面から等距離となる位置に配置された棒状の電極である、ことが好ましい。
【００１３】
あるいは、前記プラズマ生成装置は、前記培地に対してプラズマを噴射するプラズマ噴射装置であり、
前記プラズマ噴射装置は、前記培地から養液が排出された状態で前記培地に対してプラズマを噴射する、ことが好ましい。
【００１４】
前記プラズマ噴射装置は、窒素プラズマを前記培地に対して噴射する、ことが好ましい。
【００１５】
前記培地に供給する養液の圧力を定期的に変動させることにより、前記培地内の植物又は菌類を刺激するポンプを備える、ことが好ましい。
【００１６】
本発明の第２の態様は、培地に養液を供給して植物または菌類を栽培する養液栽培方法であって、
誘電体からなる基材および栽培する植物又は菌類を含む培地に対して、養液を断続的に供給するとともに、培地から養液を定期的に排出し、
前記培地から養液が排出されたときに、前記培地中の植物又は菌類をプラズマにより刺激する、ことを特徴とする。
【００１７】
前記基材は粒状であり、
前記培地に電圧を印加することにより前記基材の隙間にプラズマを生成させる、ことが好ましい。
【００１８】
あるいは、前記培地に対してプラズマを噴射することにより、前記培地中の植物又は菌類を刺激する、ことが好ましい。
【００１９】
さらに、前記培地内の養液の圧力を定期的に変動させることにより、前記培地中の植物又は菌類を刺激する、ことが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、誘電体からなる基材および栽培する植物又は菌類を含む培地から養液が排出された状態でプラズマを生成することで、プラズマにより培地中の植物又は菌類を効率的に刺激することができ、植物又は菌の成長を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】養液栽培装置１Ａを示す斜視図である。
【図２】図１のII−II矢視断面図である。
【図３】図２のIII−III矢視断面図である。
【図４】養液栽培装置１Ｂを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態として、きのこの養液栽培装置および養液栽培によるきのこの生産方法について説明するが、本発明はこれに限らず、養液栽培による他の菌類や植物の生産に本発明を適用することができる。
【００２３】
〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１実施形態に係る養液栽培装置１Ａを示す斜視図であり、図２は図１のII−II矢視断面図であり、図３は図２のIII−III矢視断面図である。図１に示すように、養液栽培装置１Ａは、容器１０Ａと、培地２と、プラズマ生成装置２０とを備える。第１実施形態においては、プラズマ生成装置２０により、培地２内の菌糸を刺激し、原基および子実体の形成を促進する。
【００２４】
容器１０Ａは、養液貯槽１１と、養液供給配管１２と、養液排出配管１３と、等を備える。
養液供給配管１２は養液貯槽１１に養液３（図２、図３参照）を供給する配管である。養液３は、窒素源等の栄養源を含む水溶液である。例えば米ぬか、フスマ、コーンぬか、大豆油粕、ペプトン（蛋白加水分解物）、酵母エキス等を栄養源として用いることができる。
【００２５】
図３に示すように、養液供給配管１２には養液供給配管を開閉する供給バルブ１２ａが設けられていてもよい。また、養液排出配管１３は養液貯槽１１から養液３を排出する配管である。養液排出配管１３には養液排出配管を開閉する排出バルブ１３ａが設けられていてもよい。
なお、養液栽培装置１Ａは、養液排出配管１３から排出された養液３をろ過するろ過装置１４、ろ過後の養液３を再び養液供給配管１２に供給するための配管１５およびポンプ１６を備えてもよい。また、ろ過後の養液３に栄養源を補給する補給装置１７を設けてもよい。
【００２６】
プラズマ生成装置２０は、第１電極２１、第２電極２２、電圧装置２５等を備える。
第１電極２１および第２電極２２は、養液貯槽１１の内部に設けられている。養液貯槽１１の少なくとも第１電極２１および第２電極２２を支持する側壁は絶縁体からなる。
第１電極２１は、水平方向（図２の紙面に垂直方向および図３の左右方向）に延在する半円筒形の導体である。第１電極２１には、複数の貫通孔２１ａが設けられている。貫通孔２１ａは後述する培地２を構成する基材の粒径よりも小さい。図３に示すように、第１電極２１は、延在方向の両端部（図３の左右端部）で養液貯槽１１の側壁により支持されている。図３に示すように、第１電極２１は、一方の端部において電圧装置２５と接続されている。また、図２に示すように、第１電極２１の延在方向の両端部を除く部分は、養液貯槽１１と離間して配置されている。第１電極２１は接地されていてもよい。
なお、図２に示すように、養液貯槽１１の上端部と第１電極２１の上端部との間の隙間はスペーサ２３により塞がれていてもよい。
【００２７】
第２電極２２は、水平方向（図２の紙面に垂直方向および図３の左右方向）に延在する棒状の導体である。図２に示すように、第２電極２２は、第１電極２１の内側面の全面から等距離となるように、第１電極２１の円筒形の中心軸の位置に配置されることが好ましい。図３に示すように、第２電極２２は、延在方向の両端部（図３の左右端部）で養液貯槽１１の側壁により支持されている。図３に示すように、第２電極２２は、一方の端部において電圧装置２５と接続されている。
図２、図３に示すように、第２電極２２は、誘電体２４により被覆されていることが好ましい。誘電体２４として、例えばガラス管を用いることができる。
【００２８】
電圧装置２５は、第１電極２１と第２電極２２との間に電圧を印加する装置である。電圧装置２５は、例えば１０ｋＶ〜３０ｋＶのパルス電圧を１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの周波数となるように、第１電極２１と第２電極２２との間に印加する。電圧装置２５として、例えばパルス電源装置を用いることができる。
【００２９】
図１〜図３に示すように、第１電極２１の内部空間には、培地２が収容される。
培地２は、誘電体からなる基材に、きのこの種菌を接種し、菌糸がまん延するまで培養したものである。種菌は、固体であってもよいし、液体であってもよい。固体の種菌を用いる場合は、種菌を基材と混合した後に第１電極２１の内部空間に収容することが好ましい。この場合、菌糸が基材にまん延するまで培養した後に第１電極２１の内部空間に培地２を収容してもよいし、種菌を基材と混合した直後に第１電極２１の内部空間に収容し、その後、第１電極２１の内部空間で培養してもよい。一方、液体の種菌を用いる場合は、種菌を基材と混合した後に第１電極２１の内部空間に収容してもよいし、基材を第１電極２１の内部空間に収容した後に種菌を基材の表面に散布し、その後、第１電極２１の内部空間で培養してもよい。
【００３０】
基材は、養液が内部に浸透しにくく、かつ養液よりも比重が大きい誘電体からなる。基材となる誘電体は、きのこによって分解されにくい非木質の素材であることが好ましく、かつ養液に溶解しにくい素材からなることが好ましい。例えば、基材としてガラス、樹脂、セラミック、中空のアルミナボール等を用いることができる。
【００３１】
基材は粒状であり、図２、図３に示すように第１電極２１の内部空間に収容された状態では基材同士の間に隙間が形成される。図２、図３に示すように、培地２には容器１０Ａ内で養液３が供給される。基材同士の隙間に養液が充分に浸透し、かつ養液の排水性が良好となるように、基材の粒径は約１ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ましい。
なお、培地２にあらかじめ養液３に含まれるのと同様の栄養源を混合しておいてもよい。
【００３２】
以下、培地２に対して電圧による刺激を加える方法について説明する。まず、供給バルブ１２ａを閉じるとともに、排出バルブ１３ａを開き、養液貯槽１１から養液３を排出する。すると、培地２の隙間の養液３が第１電極２１の貫通孔２１ａから排出される。
【００３３】
培地２の隙間から養液３が排出された後に、第１電極２１と第２電極２２との間に、例えば１０ｋＶ〜３０ｋＶのパルス電圧を１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの周波数となるように、例えば２０〜３０秒間、印加する。すると、培地２の隙間の空気中の分子が電離し、プラズマが生成される。特に、基材として中空のアルミナボールを用いることで、第１電極２１と第２電極２２との間に電場を加えたときに、アルミナボールの表面からプラズマが発生されやすくなる。
【００３４】
このプラズマにより培地２内の菌糸に刺激が加わり、原基の形成が引き起こされる。また、電界が加わることにより、菌糸にクーロン力や誘電分極による力がかかり、菌糸の一部がせん断応力等により断裂などの損傷を受ける。この損傷が菌糸への刺激となり、原基の形成が引き起こされる。このとき、第１電極２１の内側面の全面が第２電極２２から等距離となるように配置されているため、第１電極２１と第２電極２２との間の培地２に均一に電界を加えることができる。また、放電により生成される窒素酸化物を栄養源として用いることができる。
【００３５】
電圧の印加が終了したら、供給バルブ１２ａを開き、養液供給配管１２から養液貯槽１１内へ養液３を供給する。
上記の電圧による培地２への刺激を、１日に２〜３回程度行うことで、子実体の発生を促進することができる。
【００３６】
本実施形態においては、基材の表面にある菌糸に対して、基材の表面から発生させたプラズマにより刺激を加えることができ、原基および子実体の形成を促進することができる。
なお、ポンプ１６により、培地２へ供給する養液３の圧力を定期的に変動させてもよい。養液３の圧力を定期的に変動させることにより、培地２内の菌糸を刺激し、原基および子実体の形成を促進することができる。
【００３７】
なお、図１〜３においては１つの養液貯槽１１、１組の第１電極２１および第２電極２２しか記載していないが、複数の養液貯槽１１を設けるとともに、複数組の第１電極２１および第２電極２２を並列に設け、複数の養液貯槽１１に収容された第１電極２１と第２電極２２との間の培地２に同時に電圧を印加してもよい。
【００３８】
〔第２実施形態〕
図４は本発明の第２実施形態に係る養液栽培装置１Ｂを示す概略図である。なお、第１実施形態に係る養液栽培装置１Ａと同様の構成については、同符号を付して説明を割愛する。
第２実施形態の養液栽培装置１Ｂは、第１実施形態の電圧装置２５の代わりに、プラズマ噴射装置３０を備える。第２実施形態においては、プラズマ噴射装置３０により、培地２内の菌糸を刺激し、原基および子実体の形成を促進する。
【００３９】
第２実施形態に係る養液栽培装置１Ｂでは、養液貯槽１１Ａの内部に第１電極２１および第２電極２２がない。その代わりに、養液貯槽１１Ａの内部には、培地２を貯留する内側容器１１Ｂが養液貯槽１１Ａの内壁面から離間して設けられている。
内側容器１１Ｂには、複数の貫通孔１１ａが設けられている。貫通孔１１ａは培地２を構成する基材の粒径よりも小さい。内側容器１１Ｂは導体である必要はなく、絶縁体であってもよい。内側容器１１Ｂの形状に制限はなく、養液３の排出を妨げない限りで任意の形状とすることができる。
【００４０】
プラズマ噴射装置３０は、ガスボンベ３１Ａ、３１Ｂと、レギュレータ（圧力調整器）３２と、誘電体管３３と、電極３４Ａ、３４Ｂと、交流電源３５と、等を備える。
ガスボンベ３１Ａには、プラズマとなる希ガス（ヘリウム、アルゴン等）が貯留されている。ガスボンベ３１Ｂには、希ガスと混合される窒素が貯留されている。希ガスおよび窒素ガスは、混合され、レギュレータ３２により所定の圧力に調整された後、誘電体管３３に供給される。
【００４１】
誘電体管３３の外側には、長さ方向に離間して２箇所に電極３４Ａ、３４Ｂが設けられている。交流電源３５は、電極３４Ａ、３４Ｂ間に、例えば、約１０ｋＨｚ、５ｋＶ〜２０ｋＶの交流高電圧を印加する。誘電体管３３に希ガスと窒素ガスの混合ガスを供給しながら、電極３４Ａ、３４Ｂに交流高電圧を印加することで、誘電体管３３の先端から希ガスおよび窒素のプラズマジェットが噴射される。電極３４Ａ、３４Ｂ間に印加する電圧は希ガスと窒素の混合比によって変更される。
【００４２】
以下、培地２に対してプラズマ噴射装置３０により培地２に刺激を加える方法について説明する。まず、供給バルブ１２ａを閉じるとともに、排出バルブ１３ａを開き、養液貯槽１１Ａから養液３を排出する。すると、培地２の隙間の養液３が内側容器１１Ｂの貫通孔１１ａから排出される。
【００４３】
培地２の隙間から養液３が排出された後、プラズマ噴射装置３０から培地２の表面にプラズマジェットを噴射する。このプラズマジェットにより培地２内の菌糸に刺激が加わり、原基の形成が引き起こされる。培地２の隙間から養液３を排出した後に培地２の表面にプラズマジェットを噴射することで、培地２の表面だけでなく、培地２の隙間までプラズマジェットが侵入し、菌糸に刺激を加えることができる。
【００４４】
プラズマジェットにより希ガスのプラズマだけでなく窒素のプラズマも培地に噴射することにより、窒素プラズマが水や空気と反応し硝酸イオンが生成される。この硝酸イオンが窒素源となるため、得られるきのこの収穫量を増加させることができる。誘電体管３３に供給される希ガスと窒素ガスの混合ガスにおける窒素ガスの比率が高いほど収穫量を増加させる効果が高くなる一方、窒素の混合比が高いほど電極３４Ａ、３４Ｂ間に印加する電圧を高くする必要がある。このため、希ガスと窒素ガスの混合ガスにおける窒素ガスの割合を５〜２０％とすることが好ましい。
【００４５】
なお、第２実施形態においても、ポンプ１６により、培地２へ供給する養液３の圧力を定期的に変動させてもよい。養液３の圧力を定期的に変動させることにより、培地２内の菌糸を刺激し、原基および子実体の形成を促進することができる。
【００４６】
上記実施形態においては、きのこの養液栽培について説明したが、本発明はこれに限らず、植物の養液栽培に適用することもできる。
【符号の説明】
【００４７】
１Ａ、１Ｂ  養液栽培装置
２  培地
３  養液
１０Ａ  容器
１１、１１Ａ  養液貯槽
１１Ｂ  内側容器
１１ａ  貫通孔
１２  養液供給配管
１２ａ  供給バルブ
１３  養液排出配管
１３ａ  排出バルブ
１４  ろ過装置
１５  配管
１６  ポンプ
１７  補給装置
２０  プラズマ生成装置
２１  第１電極
２１ａ  貫通孔
２２  第２電極
２３  スペーサ
２４  誘電体
２５  電圧装置
３０  プラズマ噴射装置
３１Ａ、３１Ｂ  ガスボンベ
３２  レギュレータ
３３  誘電体管
３４Ａ、３４Ｂ  電極
３５  交流電源
【図１】
2017127267.tif 000003
【図２】
2017127267.tif 000004
【図３】
2017127267.tif 000005
【図４】
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