(57)【要約】本発明は、緑色光合成植物、特に高等植物の成長を促進するための、新規かつ有効な組成物および方法を提供する。該方法は、二酸化炭素注入水を含む化合物を葉面散布剤として植物およびその葉へ施用することに依拠し、該化合物は、植物細胞内の光呼吸を阻害し、それにより、植物の成長を増強するのに十分な量で細胞内二酸化炭素レベルを増大する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
葉面散布剤として成長促進組成物を植物に施用することを含む、植物の成長速度を高めるための方法であって、該成長促進組成物が二酸化炭素注入水を含む、方法。
【請求項２】
前記成長促進組成物が、約400mg CO2/l水を超える濃度で二酸化炭素を含む、請求項1記載の方法。
【請求項３】
前記成長促進組成物が、約1000mg CO2/l水を超える濃度で二酸化炭素を含む、請求項1記載の方法。
【請求項４】
前記成長促進組成物が、約2000mg CO2/l水を超える濃度で二酸化炭素を含む、請求項1記載の方法。
【請求項５】
前記成長促進組成物が温室中で施用される、請求項1、2、3、または4記載の方法。
【請求項６】
前記成長促進組成物が屋外で施用される、請求項1、2、3、または4記載の方法。
【請求項７】
前記成長促進組成物が、植物にCO2を送達する前記方法の能力を増強する散布増強剤をさらに含む、請求項5または6記載の方法。
【請求項８】
前記散布増強剤が、植物の湿潤および植物中への二酸化炭素の浸透を増強する、請求項7記載の方法。
【請求項９】
溶存CO2を含む水性液体の溶存CO2含量を制御するための微多孔質疎水性中空繊維膜と、該液体を植物に施用するための葉面散布装置とを使用して、前記成長促進組成物が植物に施用される、請求項5または6記載の方法。
【請求項１０】
前記葉面散布装置が静電散布器を含む、請求項9記載の方法。
【請求項１１】
前記植物がカンナビス・サティバ（Cannabis sativa）またはカンナビス・インディカ（Cannabis indica）である、前記請求項のいずれか一項記載の方法。
【請求項１２】
前記植物がレタスである、請求項1〜10のいずれか一項記載の方法。
【請求項１３】
前記植物がマイクログリーンを含む、請求項1〜10のいずれか一項記載の方法。
【請求項１４】
前記植物が有機条件下で育てられる、前記請求項のいずれか一項記載の方法。
【請求項１５】
前記二酸化炭素注入水が、約0.37mg/l（水溶液）〜約2400mg/l（水溶液）の範囲内に入るCO2濃度を含む、前記請求項のいずれか一項記載の方法。
【請求項１６】
前記二酸化炭素注入水が、約0.7mg/l（水溶液）〜約2000mg/l（水溶液）の範囲内に入るCO2濃度を含む、前記請求項のいずれか一項記載の方法。
【請求項１７】
前記二酸化炭素注入水が、約0.6mg／リットル（水溶液）を超えるCO2濃度を含む、前記請求項のいずれか一項記載の方法。
【請求項１８】
前記二酸化炭素注入水が、約0.7mg／リットル（水溶液）を超えるCO2濃度を含む、前記請求項のいずれか一項記載の方法。
【請求項１９】
前記二酸化炭素注入水が、約1.0mg／リットル（水溶液）を超えるCO2濃度を含む、前記請求項のいずれか一項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、植物において成長の増強を刺激および維持するための方法および組成物に関する。より詳細には、本発明は、任意でさらなる栄養素を加えた二酸化炭素注入水を含む植物成長製剤に関し、この組成物は、植物において炭素固定および成長を増強することができる。
【背景技術】
【０００２】
光合成は、光合成植物が太陽エネルギーを利用して、二酸化炭素と水から炭水化物および他の有機分子を作るプロセスである。そのような有機分子への二酸化炭素の変換は、一般に炭素固定と呼ばれる。
【０００３】
米国特許第6,209,855号（特許文献1）において、記載されている発明は、ガス注入の概念を含んでいた。疎水性微多孔質中空繊維膜の疎水性の性質によって、線維の片側の水性相と反対側のガス相の間に安定な界面が確立された。界面は、微小孔を介して水性相を「押す」のに必要とされる「ブレークスルー」圧を超える圧力差が相の間に存在しない限り、またはガス圧が、液相中で泡立つ程度にまで液体圧を超えない限り、安定なままである。この安定な界面は、二酸化炭素集団（CO2またはCO2）を一方の相から他方の相に移行させるのに使用することができる。この特許の開示は、参照により本明細書に組み入れられる。
【０００４】
CO2ガス注入水は、藻類の成長速度を高めるために、およびヒトの病気を治療するために、以前より使用されている。一態様において、以前の研究では、ヒトの足が、高溶存O2含量を有する水に浸された場合に、どのように酸素（O2またはO2）を吸収するかが調べられた。水道水の条件と比較して、組織酸素付加指数は、O2注入水で30分間治療した足で3.5％±1.3％高くなった。治療後2分（237±9対112±5mm HG）および15分（131±1対87±4mm HG）で、O2注入水で治療した足において皮膚のPO2がより高かったことから、この効果は治療後持続していた。足への血流を5分間閉塞した場合、O2注入水中で安静にしている足は、水道水で治療した足よりも3倍高いO2消費速度を維持した（9.1±1.4対3.0±1.0μL 100g-1分-1）。したがって、皮膚は、かなりの量のO2をO2注入水から吸収することが分かった。Can. J. Physiol. Pharmacol. 90: 1-10 (2012)（非特許文献1）。
【０００５】
米国特許第6,436,290号（特許文献2）および第7,537,200号（特許文献3）は、本発明によれば有用な微多孔質疎水性中空繊維膜を備える、溶存ガス含有水性液体の溶存ガス含量を制御するための装置を主張し、これらは、参照によりその全体が本明細書に明確に組み入れられる。
【０００６】
米国特許第5,597,400号（特許文献4）は、植物成長を増大させるための、メタノールの葉面散布施用の使用を記載している。
【０００７】
米国特許第5,487,835号（特許文献5）は、pHレベルの変化を達成するための、様々な圧力でCO2ガスと水を混合する方法を記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第6,209,855号
【特許文献２】米国特許第6,436,290号
【特許文献３】米国特許第7,537,200号
【特許文献４】米国特許第5,597,400号
【特許文献５】米国特許第5,487,835号
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Can. J. Physiol. Pharmacol. 90: 1-10 (2012)
【発明の概要】
【００１０】
本発明の概要
高等植物のための肥料は、一般に、窒素、リン、およびカリウムを含み、これらは、一次栄養素または多量栄養素と呼ばれる。肥料は、ある特定の二次栄養素、例えば、鉄、硫黄、カルシウム、およびマグネシウム、ならびに様々なミネラルおよび微量栄養素をさらに含むことが多い。今まで、高等植物の炭素固定を増強するように直接作用する製剤を与えることに、ほとんど注意が払われていなかった。従来の肥料製剤は一般に、認められている一次、二次、および微量栄養素の送達を対象としていたが、通常、炭素源を含んでおらず、特に、炭素固定を増強することが意図される炭素源を含んでいなかった。
【００１１】
屋外ガス補給の従来の方法では、CO2ガスの半分超が通常空気中に失われていることが推定され、これは、「温室効果」および地球温暖化に潜在的に寄与している可能性がある。屋内ガス補給は、典型的には、作業者の健康および安全性に理想的でないレベルで行われ、一方でまた、換気のためにかなりの量のCO2を失う。
【００１２】
植物内の炭素固定の速度を高めることによって植物成長を促進するための、改良された方法、組成物、および製剤を提供すること望まれ得る。そのような方法、組成物、および製剤は、適用するのに比較的便利であり、安全であり、単純であることが望まれ得る。そのような方法、組成物、および製剤は、ほとんどまたはすべての葉の多い高等植物で有効であることが特に望まれ得る。さらに、そのような方法、組成物、および製剤は、処理した植物の急速な成長および成熟を促進することが望まれ得る。
【００１３】
植物において、二酸化炭素などのガスの葉コンダクタンス、特に、クチクラコンダクタンス、気孔コンダクタンス、または両方を増強することによって植物成長を促進するための、改良された方法、装置、組成物および製剤を提供することが望まれ得る。大気中へのCO2ガスの最小限の喪失でそのような方法、装置、組成物および製剤を使用することができれば、望ましいであろう。
【００１４】
本発明は、上記の望ましい目的のそれぞれに、全体的または部分的に対処する。本発明は、さらに、便利な組成物および製剤、ならびに該組成物および製剤を施用する、例えば、葉面散布剤として該組成物および製剤を施用するための方法を提供する。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の詳細
本発明は、緑色光合成植物、特に高等植物の成長を促進するための、新規かつ有効な組成物、製剤および方法を提供する。該方法は、二酸化炭素注入水を含む化合物を葉面散布剤として植物およびその葉へ施用することに依拠し、該化合物は、植物細胞内の光呼吸を阻害し、それにより、植物の成長を増強するのに十分な量で細胞内二酸化炭素レベルを増大する。
【００１６】
本発明の方法、組成物、および製剤は、葉面散布剤を受けることができる葉または他の表面を有する事実上すべての光合成植物種、特に高等植物で有効である。「高等」植物には、実際の茎、根、および葉を有するすべての植物種が含まれ、したがって、下等植物、例えば、酵母、藻類、およびカビは除かれる。
【００１７】
本発明による適用から恩恵を受けることができる適切な植物としては、作物、例えば、コメ、ピーナッツ、オオムギ、ブロッコリー、カリフラワー、セロリ、ミント、ブドウ、ジャガイモ、ナス、ズッキーニ、カボチャ、キュウリ、マメ、レタス、コラードグリーン、フダンソウ、サトウダイコン、ニンジン、ダイコン、タマネギ、ニラ、ケール、タバコ、カンナビス、アルファルファ、亜麻仁、エンバク、ダイズ、カブ、パースニップ、トウガラシ、コショウ、トマト、キャベツ、レタス、ホウレンソウ、パセリなど；メロン、ヒョウタン、カボチャ、パンプキンなど；ハーブおよびベリー、例えば、コーヒー、茶、オールスパイス、アニス、バジル、ゲッケイジュ、ブラックベリー、ブルーベリー、ルリジサ、キャラウェー、カルダモン、イヌハッカ、チャイブ、シラントロ、チャービル、チコリー、シナモン、クローブ、クローバー、コンフリー、コリアンダー、クミン、ディル、エルダーフラワー、ウイキョウ、コロハ、ニンニク、ショウガ、チョウセンニンジン、サンザシ、セイヨウワサビ、ジャスミン、ビャクシン、レモングラス、ラベンダー、レモンバーベナ、カンゾウ、ラベージ、レモンバーム、メース、マージョラム、マリアアザミ、ミント、マスタード、ナツメグ、オレガノ、パプリカ、コショウ、ケシの実、ラズベリー、ローズマリー、サフラン、セージ、サラダバーネット、セイボリー、ゼラニウム、スイバ、スターアニス、ステビア、セイヨウオトギリソウ、イチゴ、ヌルデ、タバスコ、タラゴン、タイム、ウコン、カノコソウ、バニラ、ワサビ、オランダガラシ、ウィンターグリーン、イエルバブエナ、コムギ、麻、セイヨウアブラナ、トウモロコシなど；顕花植物、例えば、バラ、コリウス、キク、イチョウ、ケシ、セントポーリア、ブーゲンビリア、セイヨウキョウチクトウ、ユーカリ、ハイビスカス、クチナシ、ジャスミン、ツバキ、マリゴールド、ヒナギク、ストック、ビンカ、ガーベラ、カーネーション、シクラメン、シャクヤク、シューティングスター、ゴクラクチョウカ、ワスレナグサなど；果物およびベリーの木、例えば、リンゴ、アボカド、バナナ、ココナツ、マンゴー、オリーブ、オレンジ、セイヨウナシ、プラム、モモ、サクランボ、柑橘類など；および森林樹、例えば、マツ、セイヨウヒイラギ、クリ、ブナ、セコイア、イトスギ、ビャクシン、ニレ、カバノキ、ヤシ、ティーツリーなどが挙げられる。適切な植物としては、発芽した、部分的に発芽した、芽を出した、または部分的に芽を出したマイクログリーン、種子、根およびスプラウトも挙げられる。上記のリストは、例示的であることが意図され、排他的であることは意図されない。
【００１８】
本発明は、乾燥および半乾燥気候での使用に特によく適し、ここでは、灌漑が植物へ水を送達するための主要な方法である。本発明の方法は、任意の灌漑システムとともに使用することもでき、温室および他の生育環境における使用に適合させることができる。本発明は、CO2ガスを水に溶解し、次いで、このCO2注入水を植物の葉上に施用する方法を提供する。葉の表面の微小環境中に生成された高濃度のCO2が理由で、CO2ガスは、葉の中に急速に吸収され、大多数のCO2が植物に吸収され、大気中へのCO2の喪失はほとんどない。
【００１９】
本発明は、植物、特に葉の多い野菜および花の成長を増大させることにおいて、実質的な利益を提供する。成長の増大にともなって、より短い生育期または収穫までのより短い時間が必要になり得る。本発明は、病原体、カビ、スライム、および藻類の管理が強まること、ならびに昆虫および有害生物からのある程度の保護を提供すること、ならびに萎れ、脱水、および乾燥腐敗による損傷および作物喪失を大きく低減させることまたは防止することを含めて、複数のさらなる利点を提供する。これらの利点のそれぞれは、著しい費用節約、生産性の増大、および土地利用の汎用性の向上のための機会を提供する。
【００２０】
本発明の方法、組成物、および製剤は、幼植物または成熟植物のいずれかの組織の成長を促進するために使用することができる。しかし、通常は植物が、子葉または子葉対（すなわち、「双葉」）を超えて、少なくとも2枚の本葉を含むことが望ましい。成長の向上は、CO2注入水の代謝のためのいくつかの経路の結果として生じ、これらの経路は、光呼吸の低減から恩恵を受ける。そのような成長の増強に加えて、本発明の組成物で植物を処理することによって、膨張の増強がもたらされ得る。
【００２１】
温室で、および人工照明の生育領域で用いられる場合、本発明の方法は、工場効率の向上、費用のかかる照明によって消費されるプランあたりのキロワット時数を減らすこと、したがって、光熱費を著しく低減させることを、さらにもたらすことができる。さらに、本発明は、ガス封じ込めおよびポンピングシステムを、灌漑中にCO2補充を組み込む液体散布と交換することを可能にし、これによって、設備費および維持費が下げられる。
【００２２】
重要なことに、本発明の方法は、有機的条件下で、植物、花、および木を成長させる能力を増強する。これは、被覆作物、多様な生物種、輪作、ならびに土壌および植物の施肥のための再生可能資源の使用など、持続可能な方法を使用し、一方で、合成の農薬、肥料、および、他の物質、例えば、ホルモンおよび抗生物質の使用なしで、外部および農場外の投入物の使用を最小限にすることである。
【００２３】
本発明によれば、本発明者らは、正確に設計され、構築され、操作されるガス注入を使用して、水性液体の溶存二酸化炭素含量を以前に未達成だったレベルまで増大させ、一方で水性液体の全溶存ガス圧（TG）を同時に低下させることができ、すべて経済的に行うことができることを発見した。本発明者らは、このプロセスを「制御された大気ガス注入」と呼んでいる。CO2が高度に注入された水を使用して、特にレタス、タバコ、およびカンナビス・サティバ（Cannabis sativa）またはインディカ（indica）を含めた上記に開示されたものなど、ある特定の葉の多い植物の成長速度を劇的に高めることができる。
【００２４】
先行特許でまたは科学文献で開示されていない重要な原理は、経済的に重要な葉の多い植物の成長を増大させるために、ガス注入を使用して、葉面補給を介して植物に補給される高度にCO2が注入された水を作製するという概念および有用性である。
【００２５】
比較的豊富な栄養素、日光、および水の条件では、植物は、その気孔を介して、水およびガス、例えばCO2を主として吸収し、喪失する。そのような条件下では、CO2のクチクラコンダクタンスは、CO2よりも小さい水蒸気のクチクラコンダクタンスと比較して、比較的小さな割合である。最終的な結果は、CO2に対する拡散経路は主に気孔であり、一方で、水蒸気に対する経路は気孔とクチクラの両方を含むことである。しかし、葉が暗くなる、または脱水するにつれて、その気孔開口部は閉じ始め、その結果、水分の喪失およびCO2の交換が次第にクチクラに依存するようになる。Boyer et al. (1997) Plant Physiol. 1 14: 185-191。
【００２６】
葉面補給は、根を介してではなくて葉に液体肥料を直接施用することによって、植物に補給する方法である。植物は、葉を介して必須元素を吸収することができる。吸収は、気孔を介して起こり、表皮を介しても起こる。通常、気孔を介した輸送がより速いが、表皮を介した全吸収は、同じくらい大きい可能性がある。
【００２７】
葉面補給はトマトを損傷すると以前に考えられていたが、現在は標準的な実施になっている。散布増強剤の添加は、栄養素が葉に固着し、次いで葉に浸透するのに役立ち得る。
【００２８】
葉面施用は、土壌中への浸出の問題を回避し、植物において急速な応答を促すことが示されている。リン、亜鉛、および鉄の葉面施用は、植物へ接近し難い形態でリンが固定されかつ亜鉛および鉄があまり利用できない土壌への添加と比較して、最大の恩恵をもたらす。https://en.wikipedia.org/wiki/ Foliar feeding（2017年7月31日にアクセスした）を参照されたい。
【００２９】
葉面補給は、補充用量の微量栄養素および多量栄養素、植物ホルモン、刺激剤、ならびに他の有益な物質を供給する手段として使用されている。葉面施肥の観察された効果には、収量の増大、病気および害虫に対する抵抗性、乾燥耐性の向上、ならびに作物品質の強化が含まれていた。植物の応答は、施用の種、肥料形態、濃度、および頻度、ならびに植物成長の段階に依存する。葉面施用は、成長の特定の栄養成長期または結実期と一致するように時期を合わせることができ、肥料配合物は、最良の結果のために適宜調整される。栄養素の吸収の点から、葉面施肥は地上施用の8〜20倍効率的であり得る。2017年7月31日にhttps://attra.ncat.org/attra- pub/summaries/ summary.php? pub=286#introでアクセスした、Foliar Fertilization George Kuepper, NCAT Agriculture Specialist, Published 2003, ATTRA Publication #CT135を参照されたい。
【００３０】
本発明によれば、葉面補給を使用して、CO2注入水を経済的に重要な植物に与え、劇的に、かつ驚くほど、該植物の成長速度を高めることができる。
【００３１】
本発明によるCO2の葉面供給は、注入されたCO2の添加によって達成される促進された成長速度の原因となるのに十分な栄養素の添加をともなってもよい。本発明の一局面によれば、水中で高レベルのCO2注入を達成するのに十分な圧力、温度、および他の条件で、CO2が水に注入される。本発明の別の局面によれば、水中で飽和レベルのCO2注入を達成するのに十分な圧力および他の条件で、CO2が水に注入される。本発明の別の局面によれば、水中で過飽和レベルのCO2注入を達成するのに十分な圧力および他の条件で、CO2が水に注入される。
【００３２】
いかなる特定の理論にも束縛されるものではないが、本発明者らは、二酸化炭素が高度に注入された水が使用される本発明の方法を、気孔とクチクラの両方を介するガスの葉コンダクタンス、特に、CO2のコンダクタンスを増強すると思われる、葉面ミスト散布および補給のための方法、組成物、および装置と組み合わせて利用して、植物の成長を増強することができるという理論を立てた。そうするための機序は、葉上の局所環境における水蒸気中のCO2ガスの比を変えることにあると考えられる。葉面散布より前にCO2を水に注入することによって、本発明は、大気条件［空気中におよそ250〜350mg／リットルまたはppmのCO2］と補充された大気条件［例えば、制御された温室中におよそ1000〜2000mg/l CO2］の両方を超えて、葉へのCO2の取り込みを著しく増大させるという驚くべき、予想外の結果をもたらした。取り込みの速度は、全表皮、気孔および、クチクラを介して葉全体にわたって生じる場合に最高であるが、本発明者らは驚いたことに、気孔が遮断されている場合でさえCO2の取り込みが増強されることを発見した。したがって、本発明の方法を使用して、葉に入るCO2の速度は、気孔と表皮全体のクチクラの至るところからとの両方を介して増大し得る。
【００３３】
本発明の方法を使用して、驚いたことに、CO2移行のほぼ瞬時の増大が、測定可能な程度に観察することができる。例えば、本発明の方法は、CO2取り込みの最も直接的な測定を提供するポロメーターによって測定した場合に、CO2コンダクタンスの増加をもたらす。さらに、本発明の方法は、クロロフィルAの驚くべき増加をもたらし、これは、より多くのCO2を炭水化物に処理する植物の能力の増大と矛盾がなく、その（CO2の）利用能の増大が理由で、植物または葉の成長に対する増大した生理的要求を満たす。本発明の方法は、草木および葉のバイオマスの驚くべき、予想外の増強をもたらし、これは、植物の分裂組織に対する増大した炭水化物貯蔵物の利用能と矛盾がない。上記の結果のそれぞれは、短期および長期（収穫まで）の試験で確認され、これらの結果は、本発明が、植物の成長および健康を著しく増強することができる、CO2の取り込みのかなりの驚くべき著しい増大を予想外にもたらすことを実証する。
【００３４】
CO2注入技術を葉面ミスト散布と合わせることによって、本発明は、葉を高度に標的とする、驚くほど豊かな微小環境を生成する。これによって、局所的により高いCO2濃度を植物が経験することが可能になり、これは、そうでなければ、動物およびヒトの健康を潜在的に危険にさらすことなしに、大気によって達成することができないものである。本発明は、CO2が注入された水蒸気が、全大気ではなく、全植物葉表面積の全体にわたって目的とされる様式で施用されるので、CO2のより効率的な送達をさらに提供する。最終的に、本発明は、地球環境における非常に効率的な炭素隔離のための方法を提供する。
【００３５】
葉面施肥に特に適用可能なさらなる技術が存在する：1つは、散布粒子に電荷を与え、散布粒子を植物により容易に接着させる、静電散布器の使用であり、もう1つは、散布増強剤の使用である。ある特定の態様では、葉面散布は、水滴サイズの制御について最適化される。
【００３６】
本発明の好ましい一態様では、葉面散布は細かく霧化される。これは、散布器の圧力を高めることによって、またはミスト送風器を使用することによって、対処することができる。吸収は、散布が葉の裏側にも達し、そこも覆う場合に増大する。ここは、植物の気孔の多くが位置する場所である。別の態様では、空気の温度は80°F未満であるべきであり、なぜなら、より高い温度での吸収は、植物の気孔が閉じられるので、低減する可能性があるからである。ある特定の態様では、生育条件が湿潤および湿性である場合に吸収が増強され得る。葉上に大量の露が存在することによって、葉面補給が容易になり得る。上記のように、散布増強剤の添加は有益であり得る。例えば、界面活性剤などの散布増強剤の溶液への添加は、葉上の表面張力を低下させ、吸収を増大させることができる。他の散布増強剤は、葉の湿潤を増大させることができ、それによって、植物中へのCO2の浸透を増大させる。
【００３７】
本発明によれば、大気の濃度［典型的には、空気1リットルあたり250〜350ミリグラムCO2（mg/l）として表される］を超える水中のCO2濃度をもたらすのに十分な条件下で、CO2が水に注入される。したがって、本発明のある特定の態様では、約0.37mg CO2／水1リットルを超える；約0.4mg CO2／リットルを超える；約0.5mg CO2／リットルを超える；約0.6mg CO2／リットルを超える；約0.7mg CO2／リットルを超える；約0.8mg CO2／リットルを超える；約0.9mg CO2／リットルを超える；約1.0mg CO2／リットルを超える；約1.2mg CO2／リットルを超える；約1.5mg CO2／リットルを超える；約1.8mg CO2／リットルを超える；または約2.0mg CO2／リットル（水溶液）を超えるCO2濃度をもたらすのに十分な条件下で、CO2が水に注入される。ある特定の態様では、CO2の濃度は、所望の範囲に入るように制御される。したがって、本発明のある特定の態様では、約0.37mg/l〜約2400mg/l；約0.6mg/l〜約2200mg/l；約0.7mg/l〜約2000mg/l；約0.8mg/l〜約2000mg/lの範囲に；または約1.0mg/l〜約2000mg/lの範囲に入るCO2濃度をもたらすのに十分な条件下で、CO2が水に注入される。
【００３８】
温度と塩分の両方とも、水に溶解し得るCO2の量に影響を及ぼす。最も増大した植物成長状況では、塩分は決して因子にならないと考えられる。温度は、水が保持し得るCO2の量に影響を及ぼす。しかし、本発明を使用すると、本明細書において上で述べた範囲は、典型的な成長温度で容易に達成される。
【００３９】
注入水は、次いで、葉もしくは植物の全体、または植物が植えられた領域を被覆する方式で散布またはミスト散布される。所望であれば、散布またはミスト散布は、CO2が注入された水または水蒸気が、葉の裏側、植物、または植物が植えられた領域をさらに被覆するように設計することができる。
【００４０】
本発明の一局面によれば、CO2が注入された水は、CO2コンダクタンス：水蒸気コンダクタンスの比が5.7％を超えるようにCO2の葉コンダクタンスを増強するのに十分である、十分なCO2で、1つの植物、2つ以上の植物、または植物の圃場を被覆する方式で散布される。
【００４１】
本発明の別の局面では、飽和または過飽和レベルを達成するようにCO2が注入される水のための方法が提供される。
【００４２】
本発明の一局面によれば、溶存CO2を含む水性液体の溶存ガス含量を制御するための方法が提供され、この方法は、膜の片側の溶存CO2を含む水性液体相と膜の反対側のガス相の間に安定な界面を平衡状態で提供するために、微多孔質疎水性中空繊維膜を提供すること、ならびにガス相の圧力が水性相圧力までであるが、これを超えないように、水性相およびガス相の圧力を制御することを含む。
【００４３】
本発明の別の局面によれば、溶存CO2ガスを含む水性液体の溶存ガス含量を制御するための装置が提供され、この装置は、所望の濃度でガスと水を混合するための手段を備える。1つのそのような手段は、膜の第1の側の溶存CO2ガスを含む水性液体相と膜の逆側のガス相の間に安定な界面を平衡状態で提供するための微多孔質疎水性中空繊維膜、好ましくは実質的に向流の、水性液体相と膜の逆側のガス相流路とを提供する手段、溶存CO2ガスを含む水性液体相を膜の第1の側に供給するための手段、水性液体相の流動供給速度を制御するための手段、水性液体相の吸入圧力を制御するための手段、ガス相を膜の反対側に供給するための手段、ガス相の吸入圧力を制御するための手段、ガス相を装置から除去するための手段、および水性相を装置から除去するための手段を備える。本発明での使用に適する他の手段としては、CO2インジェクションが挙げられ、多孔質石材散気装置およびベンチュリ散布装置の使用も挙げることができる。
【００４４】
本発明の別の局面によれば、水性液体の溶存ガス含量を制御するための、およびそのような注入液体の葉面散布のための方法または装置は、1つまたは複数のさらなるパラメーター、例えば、インジェクション圧力、空気圧力、流動供給速度、温度、pH、小滴サイズ、散布の継続時間および頻度についての制御を含むことができる。
【００４５】
本発明のさらに別の局面によれば、ガス相から液相へのCO2ガスの物質移動は吸収によって生じる。
【００４６】
本発明によるプロセスの一目的は、純粋な二酸化炭素を使用することによって、水耕栽培で使用するための水の溶存二酸化炭素含量を増大させることであり得る。本発明のある特定の態様では、したがって、そのプロセスが、できる限り多くのCO2をほとんど損失なく利用することが好ましいと思われる。
【実施例】
【００４７】
実施例1
葉面ミスト散布を介して過飽和水中で気孔に送達されるCO2の影響を実証する一連の実験を行った。これらの実験の第1の実験は、葉面散布曝露または他の対照／ヌル処理のために調製された播種植物を用いて開始した。最初の実験法は、長期（発芽から収穫）曝露のCO2強化葉面散布の影響を特定するために設計した。より長期の実験が進行している間に、CO2強化葉面散布に応答して、植物における短期の生理的変化が観察され得るかどうかを試験することにした。
【００４８】
最初の試験では、ロメインレタス（第1の実験の標的種）にCO2強化水を4時間の期間にわたって15分毎にミスト散布した。各15分間隔の間、クロロフィルA抽出のために、5mmのディスクをレタス葉から切断した。各ディスクは、およそ1mgの植物材料に相当した。クロロフィルAは、90％アセトン溶液を使用して抽出し、次いで、Turner TD-700蛍光光度計を用いて、標準的な方法を使用して定量化した。本実験の結果は、最初から最後の15分ミスト散布間隔まで、対照切断物と比べて、本発明に従ってCO2強化水で処理した植物からの切断物においてクロロフィルAの4倍の持続的増加を示した。
【００４９】
（表１）
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3時間にわたって15分毎に葉にミスト散布した。5mmの2つの円を葉から切断した。クロロフィルAを抽出した。散布されたものと散布されていないものの水分含量の変動が理由で、値を直接比較することができないことに留意されたい。
【００５０】
実験は2回反復した。しかし、この実験の反復は、2時間にわたって15分間隔で実施した。クロロフィルAは、Apogee MC-100クロロフィル濃度測定器を使用して測定した。この測定器によって、葉を切断すること、または任意の他の様式で植物を損傷することなしに、クロロフィルAを推定することが可能になった。クロロフィルAは、抽出物（重量基準）ではなく単位面積として報告され、測定器は、葉の表面に接触することによってクロロフィルAを直接的に推定する。この第2の実験の結果は、第1の実験と矛盾がなかった。葉表面積のm2あたりのクロロフィルAの統計学的に有意な（p=0.010477、t検定）増加（約30％）が、最初の15分間隔から始まって、実験の継続時間にわたって、本発明に従って処理した植物で観察された。
【００５１】
（表２）
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15分毎に得た；pH3.75
3時間にわたって15分毎に葉にミスト散布した。
単位面積あたりのクロロフィル（具体的には、μmol/m2）
対照および散布を比較するための最良推定値
【００５２】
これらの最初の実験で注目すべきことは、CO2が曝露された植物で見られる生理応答の迅速性である。このデータは、葉面散布を介するCO2送達による著しい成長増強という仮説を後押しし、この仮説と矛盾がない。
【００５３】
気孔コンダクタンスを測定するために、SC-1 Leaf Porometer（ICT International）を利用して、第3の実験を行った。気孔コンダクタンスは、葉の気孔に入るCO2および／または葉の気孔から出る水蒸気の速度の推定値である。この測定基準は、気孔近くに付着した過飽和水を介した、植物に対するCO2利用能の増大の測定に最も直接的に関連していると思われる。
【００５４】
ポロメーターを用いて3つの実験を実施した。すべての実験で、気孔コンダクタンス（ICT International SC-1）とともにクロロフィルA濃度を測定した（Apogee MC-100）。最初に、両方の測定基準を100分にわたって20分毎に定量化した。以下の2つの処理を検討した：（1）CO2強化葉面散布、および（2）散布なし。等しい平均についてのt検定を使用して、各測定基準由来のデータを処理間で比較した。クロロフィルA（p=0.0077）と気孔コンダクタンス（p=0.0131）の両方が、CO2曝露処理において有意な増加を示した。
【００５５】
第2および第3の実験は、処理および定量化される測定基準が同一であった。唯一の違いは、実験の継続時間であった。これは、クロロフィルAと比較して気孔コンダクタンスの推定値を取得するのにかかる時間の結果である。第2の実験では、継続時間は2時間20分であり、第3の実験は4時間続いた。これらの実験の処理は、以下を含んでいた：（1）CO2強化葉面散布、（2）非強化葉面散布、および（3）散布なし。非強化葉面散布処理は、水蒸気単独で先の実験の結果を説明することができるという仮説を試験するために加えた。両方の実験で、クロロフィルAは、10分毎に施された処理の直後に、無作為に選択した5枚の葉について10分毎に測定した。気孔コンダクタンスは、各処理について毎時間測定した。両方の実験は、CO2曝露処理においてより高いクロロフィルA含量およびより高い気孔コンダクタンスを示すことが一致していた。ANOVAを使用して、両方の実験のクロロフィルAデータおよび第3の実験の気孔コンダクタンス（実験2について2つの推定値しか存在せず、これによって統計学的比較が不可能になった）を比較した。クロロフィルA（p=0.00057、実験2およびp=0.0000005.5、実験3）ならびに気孔コンダクタンス（p=0.00000074）について、CO2曝露処理の間で有意差があった。特に、非強化散布処理と散布なし処理の間で有意差がなく、これは、水単独の葉面施用の任意の効果ではなく、CO2利用能が、クロロフィルAと気孔コンダクタンスの両方を増加させる因子であったことを強く示唆する。
【００５６】
（表３）
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クロロフィルAの単位＝μmol/m2葉
平均：CO2強化葉面散布：5.785714286
非強化葉面散布：5.227142857
散布なし：4.961428571
ANOVA同一平均：p=0.00057
Tukeyの同一平均
処理1対処理2：p=0.0196（有意）
処理1対処理3：p=0.00056（有意）
処理2対処理3：p=0.378（有意ではない）
本実験では、2時間わたって10分毎に処理を施し、20のクロロフィルA測定値を、各処理下における植物の無作為の5枚の葉から10分毎に得た。
処理は、CO2強化葉面散布、非強化葉面散布、および散布なしを含んでいた。
【００５７】
（表４）気孔コンダクタンスデータ
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気孔コンダクタンス単位＝μmol m-2 s-1ガス
本実験では、2時間20分にわたって10分毎に処理を施した。気孔コンダクタンスの測定値は、各処理下における植物の無作為の葉から70分および140分に得た。
処理は、CO2強化葉面散布、非強化葉面散布、および散布なしを含んでいた。
【００５８】
実施例2
カンナビスの成長に対するCO2強化葉面散布の効果について、圃場実験を行った。カンナビス植物の異なる3種、すなわち、インディカ、サティバ、および「グレートホワイトシャーク」として公知のハイブリッド種を試験した。それぞれの種について240植物を試験に含め、半分は処理し、半分は対照とした。
【００５９】
（表５）カンナビスの圃場成長実験
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光、栄養素、および水の量および頻度は、すべての植物について同じであった。
蕾をつけている間はCO2葉面施用を行わなかった。
【００６０】
インディカを用いたカンナビスの商業的屋内成長試験のさらなる解析によって、蕾は、テトラヒドロカンナビノール（THC）含量が有意に多く、カンナビジオール（CBD）およびカンナビノール（CBN）を含めた他の活性作用物質が増加していることが示された。植物、葉および蕾の成長における上記の増加、および栄養成長期間の低減は、作物の価値を推定45〜60％高めることが推定される。
【００６１】
実施例3
上述の結果は、CO2注入水を用いた葉面散布への曝露に応答したクロロフィルAおよび気孔コンダクタンスの急速な増加を実証する。気孔コンダクタンスの値は、対照の葉と比較して、葉面散布した葉で1桁大きかった。これらの結果は、CO2が、気孔と関係なく葉に入っている可能性があることを示唆した。
【００６２】
この仮説を試験するために、さらなる実験を行った。これらの実験では、葉の上面を下側の代わりに処理した。気孔は、典型的には、葉の上側に少なく、下側に豊富である。各実験において、以下の2つの処理を検討した。（1）対照−葉面散布なし、および（2）CO2強化葉面散布。散布葉は10分毎に曝露し、気孔コンダクタンス（ICT International SC-1）について対照および散布葉を測定した。処理および測定を180分間続けた。2つの実験は、葉の下側を調製する方法が異なる。第1の実験では、葉の下側は改変せず、第2の実験では、気孔コンダクタンスを妨げるために、葉の下側をワセリンで被覆した。
【００６３】
両方の実験は、CO2曝露処理においてより高い気孔コンダクタンスを示すことが一致していた。T検定を使用して、気孔コンダクタンスデータを比較した。両方の実験において、CO2曝露処理の間で有意差があった（実験1（未処理の下側）：p=1.369×10-9；実験2（ワセリン）：p=2.743×10-11）。表6を参照されたい。
【００６４】
（表６）
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【００６５】
これらの実験の結果は、葉面散布によって生成された、葉を囲むCO2に富んだ微小環境が、葉のクチクラをバイパスすることができることを示唆する。クチクラは、植物において水分喪失を防止するために進化した蝋様の被覆である。CO2はクチクラの裂け目を通り抜けて移動し、次いで、標準的な細胞輸送プロセスを介して細胞表皮膜を通過することができると思われる。強化された散布。
【００６６】
本文書で言及されるすべての特許出願および刊行物は、あたかも本明細書に完全に記載されているかのように、引用される教示について、本明細書における参照により本明細書に組み入れられる。
【００６７】
本明細書において説明し、特許請求する本発明は、本明細書において開示される特定の局面によって範囲が制限されるものではなく、なぜなら、これらの局面は、本発明のいくつかの局面の例示として意図されるからである。いかなる均等な局面も本発明の範囲内であることが意図される。実際に、本明細書において示され、説明されるものに加えて、本発明の様々な改変が、前述の説明から当業者に明らかとなると考えられる。そのような改変はまた、添付の特許請求の範囲の範囲内に入ることが意図される。
【国際調査報告】
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