在番茄產地，土壤中的青枯病菌引起的青枯病成為亟需解決的問題。感染這種病菌後，整個植株會迅速枯萎，造成產量銳減。目前針對土壤傳染病青枯病菌的有效藥物只有三氯硝基甲烷（俗稱「氯化苦」），但三氯硝基甲烷被指定為劇有毒藥物物，因此需要開發一種環保而且農戶負擔輕的土壤消毒法。
另一方面，日本每年大概要排放60萬噸咖啡渣，亟需開發能有效利用這些咖啡渣的方法。2012年，日本農研機構開發並發布了一種殺菌技術，利用使茶葉渣或咖啡渣與鐵鹽混合並發生反應製作的芬頓反應觸媒來進行殺菌。不過，此前一直未查明在預防清除土壤病害方面的應用機制，以及瞬間分解的羥基自由基（·OH）的生成機制。
2012年發布的採用多酚鐵錯合物的芬頓反應需要使用過氧化氫（H2O2）。作為新的嘗試，此次在土壤中施用過氧化鈣（CaO2），利用了CaO2與土壤水（H2O）發生反應生成的H2O2。研究人員通過ESR自旋捕捉法證明，在蒸餾水中添加CaO2和多酚鐵錯合物的話，首先CaO2會與H2O反應生成H2O2，生成的H2O2再與多酚鐵錯合物發生芬頓反應，生成·OH（圖1）。
圖1：利用ESR自旋捕捉法證明·OH的生成
箭頭表示僅·OH存在時形成的特殊頻率圖譜。
另外，在使番茄感染青枯病菌的盆栽試驗中，未處理區的所有植株均枯萎死亡（圖2a），而在為土壤（1kg）施用了多酚鐵錯合物（2g）和CaO2（2g）的處理區，土壤中的青枯病菌密度降低（圖3），栽培期間（60天内）未發生青枯病（圖2b）。由此推測，在土壤中施用多酚鐵錯合物和CaO2後，CaO2與土壤中的水分發生反應生成了H2O2，H2O2再與多酚鐵錯合物發生芬頓反應生成·OH，·OH發揮了強有力的殺菌效果。
圖2：施用多酚鐵錯合物和CaO2後的青枯病菌致病抑制效果
（a）未處理區、（b）處理區（施用2個月後）
圖3：施用多酚鐵錯合物和CaO2後的土壤消毒效果
表示相同的字母之間沒有顯著差異。
採用此次開發的技術，能使用廢棄的咖啡渣和鐵鹽製造具有高附加值和殺菌作用的材料。另外，由於·OH的殺菌反應在土壤中進行，能瞬間帶走電子並穩定下來，因此不會產生和散布有害物質，能保證作業人員的安全，而且環境負荷小。
文 JST客觀日本編輯部
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