腎臓病透析患者のための低カリウム
含量野菜の栽培とその応用
小川敦史
1. 低カリウム含有量野菜の研究を始めるに至る経緯 2.腎臓病について
3.腎臓病透析患者のための低カリウム野菜栽培方法の 開発
1. 低カリウム含有量野菜の研究を
始めるに至る経緯
1） 自己紹介
2） 現在も含めた私の主な研究内容
3） 研究を開始するに至った動機
秋田県立大学 生物資源科学部 准教授（博士[農学]） （ジュニア・ベジタブル＆フルーツマイスター（野菜ソムリエ）） 専門分野：作物生理学 『作物の根は一体どんな働きをしているんだ？』 将来役に立つ研究をしよう！（基礎研究） 1） 自己紹介 2） 現在も含めた私の主な研究内容
『身体にいい野菜や作物を作ってみよう』 身近に役に立つ研究をしよう！（応用研究） 水耕栽培法による葉菜の栽培 栽培方法を工夫することで 「機能性野菜」を作ることはできるか？ 今取り組んでいること ・腎臓病透析患者のための低カリウム野菜 ・高ビタミン・ミネラル含有量野菜 ・新規高糖度トマトの栽培方法の開発 『環境にも配慮した新規水耕栽培方法の確立』 豚尿の液肥化技術とそれを用いた有機水耕栽培技術の開発 ・環境に良い農業 ・高付加価値野菜の栽培 ・栽培コストの軽減 メリット
2.腎臓病について
１） 腎臓病患者の現状
２） 腎臓病患者の食生活
１） 腎臓病患者の現状
日本透析医学会統計調査委員会発行
「わが国の慢性透析療法の現況」より引用
慢性透析患者数の推移
腎臓病透析患者はカリウムの排出ができない
体内のカリウムイオンの増加 不整脈・心不全
・生野菜を水にさらす・茹でこぼす 他の栄養分の脱落 十分に除去できるわけではない ほとんどの食べ物にカリウムは含まれる 食べる量を減らす 食物繊維不足→便秘 腎臓病透析患者は１日のカリウム摂取量を1500～2000mgに制限
調理によるビタミンＣの残存率 カリウム ビタミンＢ１ ビタミンＢ２ ナイアシン ビタミンＢ６ 単位 mg mg mg mg mg 500 0.09 0.13 1 0.12 140 0.04 0.06 0.3 0.06 690 0.11 0.2 0.6 0.14 490 0.05 0.11 0.3 0.08 410 0.06 0.13 0.3 0.06 490 0.1 0.1 0.4 0.1 410 0.1 0.1 0.3 0.08 野菜類/(レタス類）/サニーレタス/葉、生 野菜類/こまつな/葉、生 野菜類/こまつな/葉、ゆで 野菜類/ほうれんそう/葉、生 野菜類/ほうれんそう/葉、ゆで 野菜類/(レタス類）/サラダな/葉、生 野菜類/(レタス類）/リーフレタス/葉、生 葉酸 パントテン酸 ビオチン ビタミンＣ 水溶性食物繊維 μ g mg μ g mg g 110 0.32 2.9 39 0.4 86 0.23 - 21 0.6 210 0.2 2.9 35 0.7 110 0.13 3.2 19 0.6 71 0.25 - 14 0.2 110 0.24 2.9 21 0.5 120 0.14 - 17 0.6 100 100 100 100 100 可食部100ｇ中の含有量
http://www.meiji.co.jp/heal th/teikali/より引用 カリメート ケイキサレート 低カリウム血症 高カルシウム血症 （カリメート） 高ナトリウム血症 （ケイキサレート） http://www.jinzou.net/01/ippan/a bc/index_abc.htmlより引用 ・カリウム吸収を少なくする薬剤の飲用 （イオン交換樹脂） 副作用 ・カリウムを除去したジュース もともとカリウム含有量の少ない野菜があればよい
3.腎臓病透析患者のための低カリウム
野菜栽培方法の開発
1）植物の生育とカリウム働き 2) カリウムがないと植物の生育はどうなるか？ 3) 目標とする植物とは（実用化に向けた研究目標とその意味） 4）一般に植物の味や成分などを変えるためには 5）ホウレンソウでの研究（その１ 濃度を変えて栽培） 6）ホウレンソウでの研究（その２ 途中から溶液成分を変えて栽培） 7）ほかの葉菜での低カリウム化の研究 8）トマトでの低カリウム化の研究 9) 失敗例 10）どうしてこれまで研究されなかったか？どうして私が思いついたか？1） 植物の生育とカリウム働き
Tomemori et al., 2002. Plant Prod. Sci. 5: 281-285.
2) カリウムがないと植物の生育はどうなるか？
細胞内で物質代謝が正常に行なわれるための原形質 構造の維持や，pH，浸透圧調節など
課題
・植物の三大養分の一つであるカリウム
含有量を減らせるか？
・カリウムを減らしたときに生長に影響を
与えないようにすることは可能か？
3) 目標とする植物とは
（実用化に向けた研究目標とその意味）
・生育は既存の栽培方法と差がない（もしくはそれ以上） ・カリウムの含有量を既存の栽培方法のものより減らす
4） 一般に植物の味や成分などを変えるためには
・新品種育成・・・例 高リコピン含有トマト カリウム含有量の少ない品種を作る？ ・遺伝子組み換え・・・カリウムの取り込みを制御する遺伝子 を改変する？ 問題点：コストと時間 社会的認知度と安全性（遺伝子組み換え植物） 栽培方法を改良することで成分を変えることはできないか？ （栽培方法を変えることでカリウム含有量を減らす）《栽培方法》 １週目 ２週目 ３週目 ４週目 ５週目 低カリウム区 Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ 対照区 Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ 5） ホウレンソウでの研究（その１ 濃度を変えて栽培） ・・・一般にはこの方法を検討する １週目 ２週目 ３週目 ４週目 ５週目 対照区 Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ 1/2Ｋ区 1/2Ｋ 1/2Ｋ 1/2Ｋ 1/2Ｋ 1/2Ｋ 1/4Ｋ区 1/4Ｋ 1/4Ｋ 1/4Ｋ 1/4Ｋ 1/4Ｋ 1/8Ｋ区 1/8Ｋ 1/8Ｋ 1/8Ｋ 1/8Ｋ 1/8Ｋ 栽培期間を通してカリウム施肥量を減らして育てた処理区 対照区の水耕液中のカリウム濃度をKとし，各処理区の水耕液に含まれるカリウム濃度を示す．
マグネシウム 331 ± 29.2 308 ± 23.7 375 ± 30.6 528 ± 44.9 ** カルシウム 371 ± 8.58 325 ± 18.9 462 ± 28.9 * 465 ± 25.2 ** ナトリウム 65.2 ± 2.83 108 ± 6.47 *** 648 ± 82.9 *** 828 ± 57.1 *** 硫黄 337 ± 5.28 289 ± 10.4 ** 356 ± 37.4 340 ± 13.4 銅 0.505 ± 0.0262 0.379 ± 0.0151 ** 0.421 ± 0.0596 0.424 ± 0.0239 * 鉄 6.37 ± 0.189 4.75 ± 0.232 *** 7.27 ± 1.14 7.40 ± 0.514 マンガン 13.5 ± 1.78 10.5 ± 0.496 12.2 ± 1.90 13.8 ± 0.840 亜鉛 4.55 ± 0.182 2.27 ± 0.132 *** 3.48 ± 0.519 3.41 ± 0.317 * 対照区 1/2K区 1/4K区 1/8K区 栽培期間を通して水耕液中のカリウム濃度を減らして生育させた場合の収穫時の各処理区に おける新鮮重1gあたりに含まれる各無機要素含有量(μg/g FW)． 各値は5株の平均値±標準誤差を示す． *, **, ***は，t検定で対照区と比較してそれぞれ5％，1％，0.1％水準で有意差があることを示す． 新鮮重（g/株） 15.1 ± 1.97 25.9 ± 4.74 22.6 ± 4.58 18.9 ± 3.25 葉数（枚/株） 14.4 ± 0.872 13.2 ± 1.11 13.4 ± 1.60 13.6 ± 0.980 相対含水率（％） 92.9 ± 0.236 94.0 ± 0.151 ** 93.4 ± 0.408 93.2 ± 0.204 SPAD値 43.5 ± 1.46 38.3 ± 0.578 ** 42.0 ± 1.51 48.0 ± 0.844 ** 対照区 1/2K区 1/4K区 1/8K区 各値は5株の平均値±標準誤差を示す． *, **, ***は，t検定で対照区と比較してそれぞれ5％，1％，0.1％水準で有意差があることを示す． 栽培期間を通して水耕液中のカリウム濃度を減らして生育させた場合の収穫時の 各処理区における新鮮重，葉数，含水率，SPAD値．
《栽培方法》 １週目 ２週目 ３週目 ４週目 ５週目 Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ 低カリウム区 Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ 対照区 Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ 対照区の水耕液中のカリウム濃度をKとし，各処理区の水耕液に含まれるカリウム濃度を示す． 6） ホウレンソウでの研究 （その２ 途中から溶液成分を変えて栽培） １週目 ２週目 ３週目 ４週目 ５週目 対照区 Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ 5ｗ0Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ 0Ｋ 4ｗ1/4Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ 1/4Ｋ 0Ｋ 4ｗ0Ｋ Ｋ Ｋ Ｋ 0Ｋ 0Ｋ 栽培期間の途中からカリウム施肥量を減らした処理区
新鮮重（g/株） 15.1 ± 1.97 23.3 ± 5.28 14.8 ± 2.54 15.8 ± 2.26 葉数（枚/株） 14.4 ± 0.872 14.5 ± 1.41 14.2 ± 1.16 14.0 ± 0.316 相対含水率（％） 92.9 ± 0.236 94.3 ± 0.222 ** 93.3 ± 0.201 93.1 ± 0.279 SPAD値 43.5 ± 1.46 42.4 ± 1.21 44.0 ± 1.16 43.7 ± 1.30 対照区 5W0K区 4W1/4K区 4W0K区 栽培期間の途中から水耕液中のカリウム濃度を減らして生育させた場合の収穫時の 各処理区における新鮮重，葉数，含水率，SPAD値． 各値は5株の平均値±標準誤差を示す． *, **, ***は，t検定で対照区と比較してそれぞれ5％，1％，0.1％水準で有意差があることを示す． 35 マグネシウム 331 ± 29.2 566 ± 39.8 ** 712 ± 68.2 *** 767 ± 40.4 *** カルシウム 371 ± 8.58 408 ± 32.6 424 ± 53.7 475 ± 17.1 *** ナトリウム 65.2 ± 2.83 983 ± 26.5 *** 1357 ± 35.8 *** 1646.4 ± 125 *** 硫黄 337 ± 5.28 270 ± 23.7 * 300 ± 15.8 348 ± 7.07 銅 0.505 ± 0.0262 0.377 ± 0.0264 ** 0.460 ± 0.0289 0.524 ± 0.0513 鉄 6.37 ± 0.189 5.82 ± 0.927 6.03 ± 0.522 7.47 ± 0.244 ** マンガン 13.5 ± 1.78 12.6 ± 1.03 13.8 ± 0.703 19.096 ± 0.913 * 亜鉛 4.55 ± 0.182 2.3 ± 0.210 *** 2.14 ± 0.111 *** 2.41 ± 0.0638 *** 対照区 5W0K区 4W1/4K区 4W0K区 栽培期間の途中から水耕液中のカリウム濃度を減らして生育させた場合の収穫時の各処理区にお ける新鮮重1gあたりに含まれる各無機要素含有量(μg/g FW )． 各値は5株の平均値±標準誤差を示す． *, **, ***は，t検定で対照区と比較してそれぞれ5％，1％，0.1％水準で有意差があることを示す．
移植5週間後（収穫） （カリウム処理2週間後）
低カリウム区
対照区
収穫時の各処理区における新鮮重，葉数，含水率，葉緑素計値の差異 ・カリウムは植物の必須元素の一つ 減らすと生育阻害も起きる？
生育阻害を起こすことなくカリウム含
有量を減らすことができる．
新鮮重（ g/ 株） 15.1 ± 1.97 15.8 ± 2.26 葉数（枚 / 株） 14.4 ± 0.87 14.0 ± 0.32 相対含水率（％） 92.9 ± 0.24 93.1 ± 0.28 SPAD 値 43.5 ± 1.46 43.7 ± 1.30 従来技術 本技術・味は・・・・？
・他の栄養素は・・・？
この技術の特徴・従来技術との比較
（その１）
• 野菜の中でカリウムを多く含むホ
ウレンソウにおいて，
生育を阻害
することなく，従来の
1/3から1/4
の
カリウム含有量のホウレンソウを
栽培が可能となった。
この技術の特徴・従来技術との比較
（その２）
• 農産物の機能性を変化させる手法として，交
雑育種や遺伝子組み換え技術が挙げられる
が，いずれも機能性を変化させるまでには時
間がかかり，また遺伝子組み換え作物は，安
全性に対する不安から消費者に受け入れら
れていない．この技術は
栽培方法を変えるだ
けで，既存の農産物の機能性を変える
ことが
可能である．
レタス 0 10 20 30 40 50 60 対照区 低カリウム区 新鮮重（ ｇ） 0 1 2 3 4 対照区 低カリウム区 新鮮重１ｇ中のカ リウム 含有量（ ｍｇ / g FW ） サンチュ 0 10 20 30 40 50 対照区 低カリウム区 0 1 2 3 4 対照区 低カリウム区 コマツナ 0 50 100 150 200 対照区 低カリウム区 0 1 2 3 4 5 対照区 低カリウム区 7） ほかの葉菜での低カリウム化の研究 低カリウム処理が収穫時の新鮮重とカリウム含有量に与える影響
8） トマトでの低カリウム化の研究 低カリウム処理区が収穫時のトマトのカリウム含有量に与える影響 各値は，新鮮重1gあたりに含まれるカリウム含有量の平均値，図 中の縦線は標準誤差を示す．同じアルファベットはTukeyの多重 検定により5％水準で有意差が無いことを示す． Ogawa et al. (2012) より改変引用．
0 0.1 0.2 従来技術 本技術 含有量（ m m ol /g FW ） Ca Mg Na K カリウムが減った時に起こること ホウレンソウ
0 20 40 60 80 100 120 140 対照区 低カリウム区 含有量 (μ m o l/ g FW ) 0 20 40 60 80 100 120 対照区 低カリウム区 0 50 100 150 200 対照区 低カリウム区 Na Mg Ca K
レタス
サンチュ
コマツナ
カリウムの減少に伴い，他のイオン含有量が増加し， 浸透圧の維持に働いている． 低カリウム処理によるイオン含有量の変化 特にナトリウムイオン含有量の増加・Na許容量の方が1.3倍から1.6倍多い
Naも腎臓病患者には良くないが・・・
・カリウム減少量の方が多い ・Naは塩分制限で摂取制限可能 • 生育を阻害することなく，従来の1/3から1/4のカリウム 含有量の葉菜を栽培が可能となった。 Naが増えても有用 透析患者の食生活の改善に貢献 まとめ9) 今のところの失敗例（畑での低カリウムジャガイモ栽培） 要素 施肥時期 対照区 1/2Ｋ区 1/12Ｋ区 基肥 0.32 0.16 0.08 追肥（１回目） 0.32 0.16 0 追肥（２回目） 0.32 0.16 0 基肥 0.35 0.35 0.35 追肥（１回目） 0.24 0.24 0.24 追肥（２回目） 0.24 0.24 0.24 基肥 0.4 0.4 0.4 追肥（１回目） 0.06 0.06 0.06 追肥（２回目） 0.06 0.06 0.06 Ｋ Ｎ Ｐ 各処理区の施肥量（kg/a) ジャガイモのカリウム含有量 100 gあたり410 mg（サニーレタスと同等） ・茹でると340 mg（減少率が少ない） ・ある程度重量を食べる 水耕栽培は難しいので畑で栽培 低カリウムにしてみるとよいのでは？
処理区 収穫個数（個） 収穫重量（kg） 芋1個あたりの重量（g/個）
対照区 603 57.60 95.5
1/2K区 532 47.82 89.9
1/12K区 526 43.72 83.1
10）どうしてこれまで研究されなかったか？
どうして私が思いついたか？
・研究するニーズに出会った ・「根」の研究者だった ・水耕栽培の実験方法を研究で使用していた ・カリウムを減らせるかもと思った ・浸透圧調節の研究をしていた ・農業現場での養液栽培に詳しくなかった ・植物工場の研究者でなかった ・研究費が潤沢でなかった植物工場 など での 水耕 栽培 メリット：気象条件に左右されない 農産物を計画的かつ安定的に生産・供給 デメリット：コストが高い 今後の日本の農業形態の一端を担う 対策：付加価値の高いものを栽培する 高機能性・高付加価値野菜 （サプリメンタルベジタブル） 植物工場 など での 水耕 栽培 メリット：気象条件に左右されない 農産物を計画的かつ安定的に生産・供給 デメリット：コストが高い 今後の日本の農業形態の一端を担う 対策：付加価値の高いものを栽培する 従来の水耕栽培 （期間を通して同じ水耕液組成） 本研究改題で提案する水耕栽培 （水耕液組成を生育段階に応じて管理） 「生長は従来の栽培方法と差がなく，有益な栄養素を 蓄積した野菜を栽培する」という目標を，栽培技術の改 良により時間とコストを削減し達成する． 本研究課題で提案する水耕栽培 （水耕液組成を生育段階に応じて管理） 従来の水耕栽培 （期間を通して同じ水耕液組成） 本研究改題で提案する水耕栽培 （水耕液組成を生育段階に応じて管理） 「生長は従来の栽培方法と差がなく，有益な栄養素を 蓄積した野菜を栽培する」という目標を，栽培技術の改 良により時間とコストを削減し達成する． 本研究課題で提案する水耕栽培 （水耕液組成を生育段階に応じて管理） 高機能性・高付加価値野菜 2) これから必要とされる高付加価値野菜の例 ー「医食同源」から「医食農同源」へー 高齢化社会での介護化予防 高「マグネシウム」 高「葉酸」 本研究でターゲットとする栄養素 利用分野 高「カルシウム」 動脈硬化症（→脳血管障害） 認知症の予防 骨折・関節疾患の予防 高「鉄」 高「亜鉛」 現代人の食生活で不足しが ちなミネラル （サプリメンタルベジタブル）
水耕栽培における培地組成の制御を通し
て高機能性植物の栽培ができる可能性
このための基礎研究ならびに実用化に
向けた研究が必要
利点 ・既存の施設を利用出来る ・低コストで可能 ・幅広く応用 ・手法が簡単 植物の機能性を変化させるには・・・ ここまでのまとめ研究終了後から現在に至るまで 様々な偶然と多くの方のご協力 ２ ０ ０ ６ 年 低 カ リ ウ ム ホ ウ レ ン ソ ウ の 研 究 開 始 ２ ０ ０ ４ 年 低 カ リ ウ ム ホ ウ レ ン ソ ウ の 特 許 出 願 低 カ リ ウ ム ホ ウ レ ン ソ ウ の 学 術 論 文 展 示 会 ・ マ ス コ ミ な ど で の 紹 介 2008年9月21日 日本農業新聞 1面掲載 ２ ０ ０ ７ 年 ２ ０ ０ ８ 年 リ ー マ ン シ ョ ッ ク 第 3 次 植 物 工 場 ブ ー ム ２ ０ １ １ 年 ・2013年10月3日 日本経済新聞 ２ ０ ０ ９ 年 東 日 本 大 震 災
実用化に至るまでの低カリウム野菜特有の問題点 栽培技術（普通の水耕栽培と異なる点） ・低カリウム処理での肥料 どうやってどこに売るか？（需要者は限定的） いくらで売るか？ ・水耕養液の交換 マーケッティング
私が考えるこの分野での大学研究の役割、企業の役割 「農学栄えて農業滅ぶ」ではダメ これからの農業にイノベーションをもたらすためには 大学と企業が両社の間のハードルを低くして取り組 む必要がある 大学 基礎研究 （栽培技術の開発） 企業 実証試験 事業化（マーケッティング）
秋田県立大学 地域連携研究推進センター 〒010-0195 秋田市下新城中野字街道端241-438 Tel.018-872-1557／Fax.018-872-1673 http://www.akita-pu.ac.jp/stic/index.htm E-mail：stic@akita-pu.ac.jp 今回の講演内での技術・知見関連の相談は までお願いします。
