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研究記事

有機施肥とバイオスティミュラントによるフェンネル（Foeniculum vulgare）の成長、収量、および精油生産の向上：圃場研究

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DOI:

10.3791/71146

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2026年9月18日

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1Medicinal and Aromatic Plants Research Departments, Horticulture Research Institute, Agricultural Research Centre, 2Nutrition and Food Science, Home Economics Department, Faculty of Specific Education, Sohag University, 3Seeds Development Department, El-Nada Misr Scientific Research and Development Projects, 4Department of Biology, College of Science, Northern Border University, 5Department of Biochemistry, College of Sciences, University of Jeddah, 6Department of Biotechnology, College of Sciences, Taif University, 7Department of Biology, Faculty of Science, University of Tabuk, 8Biology Department, College of Science, University of Tabuk, 9Department of Science and Technology, University College at Nairiyah, University of Hafr Al Batin (UHB), 10Department of Biological Science, College of Science & Humanities, Shaqra University, 11Department of Biological Sciences, College of Science, King Faisal University, 12Department of Botany and Microbiology, Faculty of Science, Minia University, 13Plant Production Department (Horticulture - Medicinal and Aromatic Plants), Faculty of Agriculture (Saba Basha), Alexandria University, 14State Key Laboratory of Tropical Crop Breeding/Coconut Research Institute/Sanya Research Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences

この記事について

サマリー

本研究では、エジプトの圃場条件下において、有機施肥およびバイオスティミュラントの投与がフェンネルに及ぼす影響を評価しました。最高の収量は、60 L ha⁻1のコンポストティーにAzollaまたはSpirulinaを組み合わせた場合に得られました。この処理によって、フェンネル精油の収量と品質が向上しました。

要約

本研究は、有機施肥およびバイオスティミュラントの適用に対するフェンネル（Foeniculum vulgare Mill.）の反応を評価するため、エジプトのイスマイリア県にあるEl-Qassassin園芸研究ステーションの試験農場において、2つの連続したシーズン（2023/24年および2024/25年）にわたって実施されました。実験には分割区法を用い、主区に3段階のコンポストティー濃度（360、480、および60 L ha⁻1）を割り当て、副区に5種類のバイオスティミュラント処理（対照区、Azolla、Spirulina、Nostoc、およびChlorella抽出物）を割り当て、計15通りの処理組み合わせとしました。栄養成長パラメータ、収量構成要素、精油（EO）含有量、ならびに1株あたりおよび1ヘクタールあたりの精油収量を評価しました。高いコンポストティー濃度、特に60 L ha⁻1（Ct3）をバイオスティミュラントのAzolla（F2）またはSpirulina（F3）と組み合わせた場合、1株あたりおよび1ヘクタールあたりの精油収量が一貫して増加し、Ct3 × F3で最大収量（第1シーズンで5.58 kg ha⁻1、第2シーズンで58.85 kg ha⁻1）を達成しました。主成分分析によってこれらの結果が裏付けられ、収量の向上は単一の要因ではなく、精油関連形質の協調的な増加に関連していることが示されました。これらの結果は、圃場条件下で精油の収量と品質を向上させるために、Ct3とF2またはF3の組み合わせが最も効果的な処理であったことを示しています。

概要

フェンネル（F. vulgare Mill.）は、薬理作用、抗菌作用、抗炎症作用、および抗酸化作用を有する種子と精油で評価されている、広く栽培されている薬用および芳香植物である1,2,3,4,5。医薬品、ニュートラシューティカル、および食品業界におけるフェンネル由来製品の需要の高まりにより、環境への影響を最小限に抑えつつ、収量と精油の品質を向上させることが生産システムに求められている。

従来のフェンネル栽培では、高い生産性を達成するために鉱物肥料に大きく依存しています。しかし、合成資材の過剰な使用は、微生物活性の低下や土壌劣化を含む、長期的な持続可能性への懸念に関連しています5。これらの課題により、有機施肥戦略、特に土壌構造、生物活性、および養分有効性を向上させるコンポストベースの土壌改良材への関心が高まっています6。

コンポストティーは、成熟したコンポストを曝気して得られる水性抽出物であり、水溶性栄養素、有機酸、および有益な微生物を含有しているため、有望な有機改良剤として注目されています7。灌漑システムを介してコンポストティーを適用することで、化学肥料への依存度を低減しつつ、植物の成長と栄養吸収を促進することが示されています8。並行して、Azolla、Spirulina、Nostoc、Chlorellaなどの水生植物や微細藻類は、アミノ酸、植物ホルモン、ビタミン、およびミネラルを高濃度に含んでいるため、バイオスティミュラントとして注目を集めています7,9,10。これらの抽出物の葉面散布は、さまざまな園芸作物において成長、バイオマス蓄積、および収量を向上させることが報告されています8,1,12。

コンポストティーとバイオスティミュラントの個別の有用性を支持する根拠は増えていますが、圃場条件下での併用適用については、特にフェンネルのような薬用作物において十分に研究されていません。先行研究の多くは単一の投入資材または制御環境に焦点を当てており、商業栽培システムにおける栄養生長、収量構成要素、および精油生産に対する相互作用的な影響については、依然として不透明なままです。

この空白を埋めるため、本研究では、露地栽培かつ点滴灌漑条件下において、4種類の異なるバイオスティミュラント抽出物と3段階のコンポストティー施用レベルが、フェンネルの生育、収量、および精油生産に及ぼす複合的な影響を評価しました。本研究は、土壌施用のコンポストティーと葉面散布バイオスティミュラントを統合するための明確に定義された圃場ベースのアプローチを提示し、乾燥および半乾燥地域に適用可能な持続可能な養分管理戦略に関する知見を提供します。

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プロトコル

本研究では植物材料のみを使用し、ヒトまたは動物を用いた実験は含まれていません。したがって、倫理委員会の承認は不要でした。本プロトコルで使用した研究ツールは、材料表に記載されています。

1. 実験場所

本実験は、エジプトのイスマイリア県にあるEl-Qassassin園芸研究ステーションの試験農場（北緯30°53′、東経31°56′）にて、2023/24年および2024/25年のシーズンに実施され、有機肥料およびバイオスティミュラントの施用に対するフェンネル（F. vulgare Mill.）植物の反応を評価した。栽培期間中（1月〜4月）の気象条件は、イスマイリア気象観測所で記録された。平均最低気温は12–18 °C、最高気温は2–30 °Cの範囲であり、相対湿度は50%–65%の範囲であった。実験期間中に極端な気象現象は記録されなかった（図 1）。

研究用の反復およびバイオスティミュラント処理を伴うコンポストティー実験の図式。
図1コンポストティーのレベルを主区に、バイオスティミュラント処理を副区に割り当て、3回の反復を行った分割区法による実験デザインの概略図Ct.1、Ct.2、Ct.3は土壌施用量としてそれぞれ1ヘクタール（ha）あたり360、480、60リットルを表し、F.1、F.2、F.3、F.4、F.5の葉面散布は、コントロール、アゾラ、スピルリナ、ノストック、クロレラ各抽出液をそれぞれ水1Lあたり2cm3で調製したものを表す。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

2. 植物材料

フェンネルの種子は、エジプト・ギザのドッキにある農業研究センター園芸研究所の薬用および芳香植物研究部門から入手した。種子は1月の第1週に苗床に播種し、定着後に1丘あたり1株に間引いた。

3. 土壌サンプリングおよび分析

土壌調製に先立ち、混合土壌試料（深度0〜30 cm）を採取し、風乾させた後、2 mmの篩でふるい分け、標準的なプロトコルを用いて物理的および化学的特性を分析した。13,14 (表1).

粒子径分布（%）土性クラス*有機物含量 (%)
粗砂細砂シルト粘土サンディ0.48
80.6514.063.81.49
pH電気伝導度 dS/mSP %陽イオン (meq/l)アニオン (meq/l)
カルシウム++マグネシウム++Na+K+HCO3-塩素-SO4
80.792842.681.790.611.44.382.98
*O.M.(%): 有機物含量

表1：実験に用いた土壌の物理的および化学的特性。特性には、粒度分布、土性、有機物含有量、pH、電気伝導度、飽和度、および主要な陽イオンと陰イオンが含まれる。

4. 実験レイアウト

本実験では、3回の反復を伴う分割区配置ランダム化完全ブロック法を採用した。主区にコンポストティーの濃度レベルを、副区にバイオスティミュラント処理を割り当てた（図 2）。各区の面積は 8.4 m2で、3列（長さ 4 m）に配置された24本の植物が含まれており、列間隔を 70 cm、列内の株間隔を 50 cmとした。

点滴灌漑は、1つの丘につき 4 L h⁻1 の流量で、2日ごとに 1 h 実施した。処理間の干渉を防ぐため、区画間の畝1本を緩衝地帯として植栽せずに残した。

すべての区画において、植え付けの2週間前の土壌準備時に24 t ha⁻1のコンポストを施用した。無機肥料は推奨用量（RD）の50%で施用した：硫酸アンモニウム（20.6% N）360 kg ha⁻1、過リン酸石灰（15.5% P₂O₅）240 kg ha⁻1、および硫酸カリウム（48% K₂O）120 kg ha⁻1である。窒素およびカリウム肥料は15日おきに3回に分けて等量施用し、リン肥料は基肥として1回のみ施用した。栽培期間を通じて、標準的な農学的管理に従った。

異なる条件下におけるオイル収量および変化率を示す棒グラフおよび折れ線グラフ。結果を例示している。
図 2: 第1期（S1）および第2期（S2）における1ヘクタールあたりの油量（kg ha⁻¹）および対照区（T1: Ct1 × F1）と比較した相対的増加量Ct1は最低濃度のコンポストティー（360 L ha⁻¹）を示し、F1は散布を行わない対照区を示す。処理区は次のように定義される：T1 (Ct1 × F1)、T2 (Ct1 × F2)、T3 (Ct1 × F3)、T4 (Ct1 × F4)、T5 (Ct1 × F5)、T6 (Ct2 × F1)、T7 (Ct2 × F2)、T8 (Ct2 × F3)、T9 (Ct2 × F4)、T10 (Ct2 × F5)、T1 (Ct3 × F1)、T12 (Ct3 × F2)、T13 (Ct3 × F3)、T14 (Ct3 × F4)、およびT15 (Ct3 × F5)。エラーバーは平均標準誤差（SEM）を示す。 こちらの図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

5. コンポストティー処理

成熟した植物ベースの堆肥を淡水中で24〜48時間的に好気的に抽出した。得られたコンポストティーの電気伝導度は1.2–1.6 dS m⁻1であり、pHは弱アルカリ性（7.5–8.0）であった。コンポストティーは、播種から1か月後に開始し、16週間にわたって360、480、または60 L ha⁻1の割合で点滴灌漑により施用した。

6. バイオスティミュラントの調製および適用

Azolla caroliniana、Spirulina platensis、Nostoc muscorum、およびChlorella vulgarisの新鮮なバイオマスを蒸留水で1:10 (w/v)の比率でホモジナイズし、ろ過後、最終濃度2 cm3 L⁻1（約1200 L ha⁻1）に希釈した。抽出液は処理直前に調製し、生育期間中に3回（定植後30日、60日、90日）、ハンドスプレーを用いて液滴が滴り落ちるまで葉面散布した。

7. 記録データ

栄養成長パラメータ

各実験区からランダムに6個体を選出した植物を、定植から65日後に採取した。草丈（cm）は、地際から主茎の先端までを測定した。地上部全体の生重量（g）および乾重量（g）を記録し、乾重量は試料を70 °Cのオーブンで恒量になるまで48時間乾燥させて決定した。1株あたりの分枝数は、サンプリングした個体間の平均値として算出した。

精油（EO）の抽出

Miller15によって記載された方法に従い、収穫した果実40 gから水蒸気蒸留法を用いて3時間精油を抽出した。抽出した精油は、完全に分離させるために静置した16。

精油含有量および収率の決定

精油含有量（% w/w）は、以下のように算出した：

EO含有量算出式、重量パーセント（% w/w）、教育目的の数式。

ここで：
WEO = 抽出された精油の重量 (g)
Wsample = 水蒸気蒸留に供した植物試料の乾燥重量 (g)

1株あたりの精油収量は以下のように算出した：

精油収量式、方程式；EO収量 = (植物のDW × EO含有量)/10；化学的手法

ここで：
DWplant = 1株あたりの全草乾物重 (g)
EO content = 乾物重量あたりの精油含有率 (% w/w)

注：精油の密度は約1 g cm⁻3であると想定し、グラムから立方センチメートルへの換算を行いました。

1ヘクタールあたりの精油収量は次のように算出した：

精油収量式：1ヘクタールあたりの精油収量、植物生産量の算出式。

ここで：
EO yieldplant - 1 = 1株あたりの精油収量 (cm3)
Nplants = 1ヘクタールあたりの株数
100 = cm3からLへの換算係数

注：植物の含水率に伴う変動を避けるため、すべてのオイル収量計算は乾物量に基づいています。

収量特性

果実成熟期に、各個体のすべての散形花序を数えることで、1株あたりの散形花序数を記録しました。

8. 統計解析

各形質および季節について、反復レベルの観察データの正規性をShapiro–Wilk検定を用いて検証した。正規性からの有意な逸脱は認められなかったため（p > 0.05）、パラメトリック解析を適用した。データはStatistix 8.1 (Analytical Software, 208) を用い、分割区画法（split-plot design）による分散分析（ANOVA）で解析し、処理平均の比較には最小有意差（LSD）検定17を用いた。

測定された形質間の関係性を要約するための多変量解析ツールとして、主成分分析（PCA）を実施した。各主成分の相対的な寄与度を決定するために固有値を用い、また、処理間の比較および形質の関連性を検討するためにバイプロットによる可視化を用いた18。

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結果

Shapiro–Wilk検定の結果、いずれの季節においても、すべての測定変数の分布は正規分布から有意に逸脱していないことが示されました（p > 0.05）。分散分析により、コンポストティー濃度（Ct）と葉面バイオスティミュラント処理（F）の相互作用が、両栽培期間における栄養成長形質、散形花序数、および精油関連形質（精油率、個体あたりの精油収量、およびヘクタールあたりの精油収量）に有意な影響を及ぼしたことが明らかになりました。

対照区に対する収量応答

第1シーズン（図 2）において、ヘクタールあたりのオイル収量（Oy ha⁻1）は、コンポストティーのレベルの上昇に伴い漸増しました。すべてのCt3（600 L ha⁻1）処理区は、対照区（T1：Ct1 × F1、葉面散布なしの360 L ha⁻1）よりも高いオイル収量を示しました。最高のオイル収量（5.58 kg ha...

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ディスカッション

本研究では、コンポストティーの濃度を高めることで、2つの栽培シーズンにわたりフェンネルの成長、生殖特性、および精油生産性が有意に向上することが示されました。特に、特定の葉面バイオスティミュラントと併用した場合にその効果が顕著に現れました。

コンポストティーの濃度を高めること（Ct3）で、散形花序の数とオイル収量が増加した。これは、有機液体肥料が植物の活力と養分利用能を高め、それによって生殖パフォーマンスを向上させるという先行研究の結果と一致している6,1。コンポスト抽出物やバイオ肥料の施用後、フェンネルおよびその他のセリ科（Apiaceae）種においても、収量と精油含有量の同様の向上が報告されており、これらの反応は作物固有の効果ではなく、植物の成長条件の全般的な改善を反映していることが示唆される8,19。

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開示事項

著者は利益相反がないことを宣言します。

謝辞

著者は、本研究への資金提供を行ったタイフ大学大学院研究・科学研究学部（Deanship of Graduate Studies and Scientific Research, Taif University）に感謝いたします。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
フェンネル種子（*Foeniculum vulgare* Mill.)エジプト農業研究センター（ARC）園芸研究所 薬用・芳香植物研究部門該当なし圃場試験に使用した種子
植物ベースの堆肥地域の商用サプライヤー / 実験農場由来該当なしコンポストティーの調製および基質土壌の改良に使用される
コンポストティー実験プロトコルに従って調製した該当なし完熟堆肥の通気性水抽出液
Azolla caroliniana バイオマスエジプト、ギザ、農業研究センター、水・環境研究所該当なし葉抽出液の調製に使用
Spirulina platensis バイオマスエジプト、ギザ、農業研究センター、水・環境研究所該当なし葉抽出液の調製に使用
Nostoc muscorum バイオマスエジプト、ギザ、農業研究センター、水・環境研究所該当なし葉抽出液の調製に使用
*Chlorella vulgaris* バイオマスエジプト、ギザ、農業研究センター、水・環境研究所該当なし葉抽出液の調製に使用
蒸留水エジプト、ギザ、農業研究センター、水・環境研究所翻訳するソーステキストが提供されておりません。翻訳対象のテキストをご提示ください。抽出液の調製に使用
硫酸アンモニウム (20.6% N)エジプト農地改良省提供されたソーステキストがありません。翻訳対象のテキストをご提示ください。無機肥料源
過リン酸石灰 (15.5% P)2O5)エジプト農地改良省該当なし無機肥料源
硫酸カリウム (48% K2O)エジプト農業土地改良省該当なし無機肥料源
点滴灌漑エミッター (4 L h⁻¹)-1)エジプト農業研究センター（ARC）園芸研究所 薬用および芳香植物研究部門該当なし灌漑システム
ハンドスプレーエジプト農業研究センター（ARC）園芸研究所 薬用・芳香植物研究部門提供されたソーステキストがありません。翻訳するテキストを入力してください。葉面散布に使用
乾燥器エジプト農業研究センター（ARC）園芸研究所 薬用・芳香植物研究部翻訳するソーステキストをご提示ください。オーブン維持温度： 70 °C
水蒸気蒸留装置エジプト農業研究センター（ARC）園芸研究所 薬用・芳香植物研究部門該当なし精油抽出に使用される
分析天秤エジプト農業研究センター（ARC）園芸研究所 薬用・芳香植物研究部門該当なしサンプルの秤量に使用
2 mmふるいエジプト農業研究センター（ARC）園芸研究所 薬用・芳香植物研究部門提供されたソーステキストがありません。翻訳対象のテキストをご提示ください。土壌調製に使用される
Statistix 8.1 ソフトウェア解析ソフトウェアバージョン 8.1ANOVAおよび統計解析に使用

参考文献

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