FFC Ceramic Water and Plant Health
FFC セラミック水と植物の健康
Graduate School of Natural Science and Technology,Okayama University

Tomonori Shiraishi and Kazuhiro Toyoda

岡山大学大学院自然科学研究科

白石 友紀、豊田 和弘
Tomonori Shiraishi

Kazuhiro Toyoda【研究の目的】[Object]

FFC® セラミック水は、動植物やそれらを取りFFC is recognized recently as available for

巻く自然環境によい水として知られており、最近

environmental conditioning and cultivation of

では、河川や海の浄化、作物の生育促進など広範

crops. For example, FFC is used for cleaning-upな場面で用いられています。植物は、私たちの生

of a river or the sea and for promotion of growth

命や健康を支えていることは周知の事実で、健康or disease tolerance of crops. Based on previous

な植物無くしては私たちの生活は一日ともなりた

data, in this study, we studied the direct effect ofちません。そこで、私たちは、植物や生体分子にFFC water on plant growth and a plant enzyme to

着目し、FFC® セラミック水のミクロな作用につclarify its mechanisms. Furthermore we examined

いて解析しました。以下、FFC 水とは、一定量のits action on a disease of pea plants.

FFC セラミックスを一定量の水に浸漬して調製しpaper, “FFC water” implies the water preparedた ” 水 “ を意味します。

by dipping a certain amount of FFC ceramics in aIn thiscertain volume of water for designated hours.
【研究の概要】[Summary of results]

水 道 水、FFC® セ ラ ミ ッ ク ス で 処 理 し た 水 道 水

1. Action of FFC water on plant growth（FFC 水）、あるいは別の市販のセラミックスで処

Action of tap water, FFC water or ceramic

理した水道水（セラミック水）の植物の生育に及(commercially available)-treated water (“ceramicぼす作用を調べました。その結果、FFC 水を与えwater”, below) on plant growth was examined.て育てたコマツナは、セラミック水や水道水を与Application of FFC-water stimulated significantly

Dry weight(g)１．植物の生育に対する FFC 水の作用

FFC water

Ceramic water

Tap water

FFC water Ceramic water Tap water
図１. FFC 水のコマツナの生育に及ぼす作用 .
Application
播種後３週間後の地上部の写真（左）と重量（右）.
Fig. 1. Effect of FFC water on the growth of Komatsuna plant. (Observed 3 weeks after sowing.)

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FFC and Global Health / 健康な地球の創造を目指してえた場合と比べて、地上部の重量の増加が大きく、

the growth of Komatsuna (a member of crucifer

顕著な成長促進作用が観察されました（図１）。一plants) compared to treatments with ceramic

方、モデル植物のシロイヌナズナ（雑草）では、

water or tap water (Fig. 1). On the other hand, theFFC 水は逆に生育を抑制し、葉の形態形成に影響

application of FFC-water decreased the growthを及ぼすことが判りました。これまでに、農業資(leaf expansion) of Arabidopsis thaliana, indicating

材 FFC エースを与えたオオムギにおいては、低光

negative effects on a model weed plant. In this

量区での光合成と蒸散が対照区より高く、また収connection, it was suggested that the barley

量も増加することが明らかにされており、好まし

growth and yield were enhanced significantly

い生理生化学的な作用を与えていることが示唆さ

by the application of an agricultural material,れました。

FFC-Ace. It was shown that photosynthesis andtranspiration of barley under a low light quantity

２．FFC 水の生体分子（酵素）に対する作用

were promoted by this application. However, since   

私たちのこれまでの解析から、植物の細胞壁に存the detailed action has been still obscure, further

在する１つの酵素アピレース（ATP などを加水

physiological and biochemical studies on the FFC分解する酵素）が、病原菌のシグナル分子、有effect are needed.

害元素、植物ホルモンなどの内外の環境因子に応答することが知られています（Kawahara et al.
2004, Takahashi et al. 2006）。 ま た、 活 性 化 したアピレースによって生じる無機リン酸は、防御遺伝子の発現を誘導し、この結果、植物が病原菌に対する耐性を獲得することも明らかにしました（Kawahara et al. 2006）。そこで、作物への作用の原因を明らかにする基礎的な実験として、植物のアピレース活性に対する作用を調べました。解析の結果、FFC 水はアピレースを直接活性化し、その効果は FFC 水の添加量に比例することが明らかとなりました。一方、このような活性化はセラミック水でも観察されます。そこで、活性化の原因を明らかにするために、FFC 水中の無機イオンの相対量を EDX（エネルギー分散型 X 線検出器）を用いて調べました。この結果、FFC 水中には、Ca、Ｓが比較的多量含まれていることが判明しました。そこで、アピレースに CaSO4 や CaCl2 などカルシウム塩溶液を与えたところ、アピレース活2. Direct action of FFC water on a cell wall-boundenzyme “ apyrase”
In our previous reports, it was presented thatplant extracellular apyrase (NTP/NDPase) isable to recognize and respond to internal andexternal stimuli such as MAMPs, heavy metalelements, plant hormones (Takahashi et al. 2006,Kawahara et al. 2004, Kiba et al. 2006). We also
demonstrated that inorganic phosphate, generated
by the activated apyrase, is able to induce defense
response accompanied with the activation ofdefense-related genes. Based on these reports, theeffect of FFC-water on apyrase was examined. FFC
water activated apyrase directly and significantly
as compared to treatment with deionized water.
A further study indicated that a part of such aneffect is dependent on Ca2+ ion in the FFC-water.

性は濃度依存的に上昇することが明らかになりまHowever, an FFC water from which Ca2+ ion orした。逆に、FFC 水から Ca イオンを取去るため

divalent cations were excluded by GFC was alsoにキレート剤 EGTA を添加したところアピレース

able to enhance the apyrase activity. This result

活性は顕著に低下しました。以上の結果は、FFC

suggested that another yet-unidentified factor

水によるアピレースの活性化には、FFC 水中のカin FFC water also activates apyrase as well as a

ルシウムイオンの作用が大きいものと考えられまCa2+ ion. Further studies, therefore, are crucial toす。しかし、FFC 水から、分子ふるいカラムによ

understand detailed mechanisms of the FFC waterって Ca2+ を除いた（脱塩した）水においても、なお、

on plant metabolisms.

アピレースの活性化作用が残っていることが明ら

FFC and Global Health / 健康な地球の創造を目指して

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かとなりました。このことは FFC 水中の Ca イオ

3. Effects of FFC water on infection by a fungal

ン以外にもアピレース活性を増大させる別の要因

pathogenがある可能性を示しています。この点は今後さらVast majority of infectious agents of plants areに詳細な検討が必要です。

fungal pathogens, Then, we investigated the３.

effects of FFC water on the infection establishment

病原菌の感染に対する FFC 水の効果

植物の伝染病の 80％は糸状菌（カビ）が原因とな

and disease development by a fungal pathogen,って引き起されます。そこで、FFC 水を与えた場

Mycosphaerella pinodes, of pea plant. FFC water合の病原菌の感染行動を観察しました。エンドウ

p r e ve n t e d m a r k e d l y    i n f e c t i o n a n d l e s i o nとその病原菌を用いて調べた結果、1/2 〜 1/6 飽formation by the pathogen at the 1/2~1/6

和レベルの FFC 水で処理した区では、感染と病気

saturated solution as shown in Fig. 2. Microscopicの進展が顕著に阻害されました ( 図２)。顕微鏡でobservation showed that 1/2-saturated solution of

観察した結果、FFC 水では、病原菌の発芽が完全FFC water blocked perfectly the spore germinationに抑えられていることが判明しました。また、同of M. pinodes. As relatively high amounts of Ca and

様な結果は、多犯性の病原菌である灰色かび病菌

S elements were contained in FFC water, then, theをタバコ植物に接種した場合にも、認められるこ

effect of CaSO4 solution was examined. However,とから、広範な作物病に有効であることが予想さ

the solution did not block the germination, while it

れます。前述のように、FFC 水中には Ca や S がblocked infection and lesion formation. This result

比較的多く含まれていますので、CaSO4 の飽和液

also indicated that all of the FFC effects were notを用いた実験を行いました。この結果、CaSO4 のdependent upon CaSO4. In other words, another

1/2 飽和液を与えると、植物体へ侵入はできなく

yet-unidentified factor in FFC water is crucial for

なるものの発芽は起こることが明らかになりましthe total effects of FFC, as described above.

た。この結果は、FFC 水の作用の一部は CaSO4 が担っているものの、CaSO4 飽和液に勝る作用が存在することを示しており、後者の原因については、さらに詳細な解析が必要と考えられます。
４.  これまでの研究のまとめ
以上のように、これまでの実験から、FFC 水は作物に対して優れた作用を示し、その初期作用は、植物の酵素を介することも判明しました。また、病原菌を制御することで植物を保護する作用も有することが明らかとなりました。これらの作用の一部は、CaSO4 が担っていると推定されますが、この塩の作用だけでは説明できない事象も捉えることができました。今後、さらに詳細な解析が望まれるところです。

図２.

FFC 水がエンドウ病原菌の発病に与え   る作用（接種後 48 時間目）.

F は FFC 水、N はセラミック水、C は脱イオン水に病原菌胞子を混合して○の部分に接種した . 数字は希釈
倍率 .
FFC 水は 20 倍希釈でも、病斑の形成を抑制できた .
Fig. 2. Effect of FFC water (F) and a ceramic water (N)on lesion formation by a pea pathogen.
Lesion formation was observed 48 h after inoculation.
Respective numbers present dilution fold of respective
solutions. C, deionized water.

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