施設園芸での養液栽培の導入は連作障害を回避し、生産の安定および高品質化を図れ、また施設の自動化、装置化と結びつき、更に周年生産が期待できる。しかし、高温期に施設内が高温になり、また養液栽培では環境の変動に対する緩衝能力が低いので、施設内の作物が高い養液温度にさらされやすくなり、高温障害の発生によって、収量、品質が低下する。そこで、高温期に養液を冷却すると、次の利点および特徴が挙げられる。(1)根の生理機能を保持し、根腐れの発生を抑える。(2)病原菌の侵入を抑制する。(3)根の呼吸を抑制し、炭水化物の余分な消耗を防ぐ。(4)飽和溶存酸素濃度を上昇させる。(5)施設全体の気温を下げる冷房に比べて、冷却コストを節約できる。

　しかし、現状では変温管理などの温室内の気温管理に関する研究データが蓄積されているのに対し、根圏部の温度管理の研究例はまだ乏しい。また、従来の研究例は養液栽培で多く栽培されている果菜類のトマト、キュウリなどが多く、葉菜類に関する養液冷却の研究は少ないのが現状である。そこで本研究は、高温期の栽培が難しく、夏から秋にかけて品薄となる冷涼野菜であるホウレンソウ(Spinacia olerocea L、日本品種名:おかめ)を研究対象とした。

　本研究は高温環境下におけるホウレンソウの養液栽培の問題点である高温障害発生の機作を模索しながら、養液温度制御に省エネルギー可能な栽培方法を探ることにした。そこで本研究の目的は次のように設定した。

　(1)高温環境下における養液温度が生育に及ぼす影響についての基礎データを得る。

　(2)養液温度の変動条件下での生育への影響を把握し、生育促進および冷却コスト低減の可能性を調べる。

　(3)高温障害発生の基礎的な知見を踏まえて、生理面から障害を軽減する方法を探る。

　本研究は恒温チャンバーを使って実験を行った。チャンバー内の栽培条件は、夏の温室環境を再現するため、Table1に示すような栽培環境を設定した。また、栽培装置の概略図をFig.1に示す。標準山崎ホウレンソウ処方の0.8倍培養液を使用した。

　本章は高温環境下における養液温度がホウレンソウの生育に対する効果を明らかにすることを目的とし、広範囲の養液温度(16〜33℃)において調べた(Fig.2)。また、光合成および葉温の測定と根の状態の観察により、養液温度制御の基礎的な資料を得て、高温障害の原因を検討した。

　生体重は養液温度16℃から26℃までの試験区が28℃以上の区に比べて顕著に大きくなった。26℃以上の養液温度処理区での生体重は急に低下し、33℃では、ほとんど生長しなかった。また生体重は22℃試験区で最大になった。養液温度20,24,28,33℃各区における葉温の24時間の経時変化をFig.3に示す。20,24,28℃3区の葉温はチャンバの気温より低くなったが、チャンバ内の設定気温と同じ液温の33℃試験区の葉温は、他の試験区より4℃以上高く、明期にはチャンバの気温より高くなった。この結果から、養液冷却より効果的な蒸散が行われ、葉の活動が維持されたと考えられる。また、20、24、28℃試験区における明期の葉温は1℃以内の差しかないため、蒸散速度および光合成に対する温度環境はほぼ同じであると考えられた。そのため、地上部に生じた生長量の差異は主に地下部の温度環境に起因すると考えられた。

　高温では、生化学反応速度の増加、栄養物質の拡散能力の増大、水の粘性低下による通水抵抗の減少などの生長促進因子が挙げられる。しかし、同時に生理機能の低下も生じる。たとえば,タンパク質の合成反応は温度に依存し、構造上の変性は高温に遭遇する時間とともにに可逆的な段階から不可逆的な段階に進行する。そこで本章では、生理的に回復可能な範囲の明期の高い養液温度およびその遭遇時間を調べるため,養液温度を適温から高温に変える処理、および明期に数段階の高い養液温度を設定し暗期のみ養液を冷却する処理を試み、養液温度と根の生育の関係について考察を行った。

　ホウレンソウはアカザ科(Chenopodiaceae)に属し,塩に弱耐性を持つ塩生植物である.近年では,培養液に塩化ナトリムの施用による収量の増大や,水ストレス,浸透圧調節剤としてポリエチレングリコール(PEG)の添加により,糖類,ビタミンCの増加およびシュウ酸含量の減少傾向などの品質向上に関する研究例が報告されている。また、ホウレンソウはNaCl処理により、糖類やNaおよびClイオン、またプロリン、グリシンベタインなどのアミノ酸を適合溶質として、細胞内に蓄積する。これらの溶質は生体内の熱温度条件下でのタンパク質や酵素の構造に安定作用があると報告している。そこからヒントを得て、本章では、NaClの養液添加により、根の高温ストレスを緩和する効果の可能性を検討することを目的とした。

　(1)高温環境下において、養液冷却により、収量と根の生長にプラスの効果が認められた。養液温度を一定とする場合には、22℃で収量が最大となった。

　(2)養液の変温管理では、暗期の養液温度を20℃に維持すれば、明期の養液温度は30℃まで上昇しても、生長、収量は変わらないことが明らかになった。

　(3)NaCl処理により、高温障害の緩和と一時的な高温遭遇後の根の生長促進が確認された。

Table 1 Description of the experimental conditions common to all of the treatments

Table.2 Effect of solution temperature and NaCl treatments on shoot and root fresh weights.

Fig.1 Schematic diagram of the system to control the hydroponic nutrient solution temperature.

Fig.2 Relationship between solution temperature and shoot weight.(Different alphabelical letters indicale significant difference at P＝0.05).

Fig.3 Time courses of leaf temperatures with differect solution temperatures

Fig 4 Time courses of spinach root volume with four different solution temperature treatments (was raised to 20,26,30,and 34℃ each for 72 hours.)

Fig.5 Effect of solution temperature on sugar concentration in roots.The solution temperature was raised to 20,26,30,and 34℃ each for 72 hours.

Fig.6 Root volume of spinach during the last 72 hours with four different solution temperature treatments (20/20,26/20,30/20,and 34/20℃ in light/dark penods).

Fig.7 Effect of solution temperature on sugar concentration in roots.Plants were grown in four different solution temperature treatments for 12 days.

Fig.8 Relationship between solution temperature and shoot weight.(Different alphabetical letters indicate significant difference at P＝0.05).

Fig.9 Time courses of root volume changes following solution tmeperature and NaCl treatments.

Fig.10 Change in root volume following 2 days of 34℃ temperature treatment with NaCl and PEG.