(57)【要約】【課題】光合成効率を向上させることができる植物の栽培方法及びそれに用いる植物の栽培用照射装置を提供する。【解決手段】本発明は、周波数１００Ｈｚ以上のパルス光を照射することにより植物を栽培することを特徴とする植物の栽培方法である。周波数は、１００ｋＨｚ〜５０ＭＨｚであることが好ましい。別の態様では、植物の栽培方法に用いる植物の栽培用照射装置において、周波数１００Ｈｚ以上のパルス光を照射するための人工光源を備えてなることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数１００Ｈｚ以上のパルス光を照射することにより植物を栽培することを特徴とする植物の栽培方法。
【請求項２】
前記周波数は、１００ｋＨｚ〜５０ＭＨｚであることを特徴とする請求項１に記載の植物の栽培方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の植物の栽培方法に用いる植物の栽培用照射装置において、
周波数１００Ｈｚ以上のパルス光を照射するための人工光源を備えてなることを特徴とする植物の栽培用照射装置。
【請求項４】
前記人工光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ハロゲンランプ、白熱電球、蛍光灯、アーク灯、無電極放電灯、低圧放電灯、冷陰極型蛍光管、外部電極型蛍光管、エレクトロルミネセンスライト及びＨＩＤランプ、並びにプリズム又は光学フィルタを介する光源から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項３に記載の植物の栽培用照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物の栽培方法及びそれに用いる植物の栽培用照射装置に係り、詳しくは光合成効率を向上させることができる植物の栽培方法及びそれに用いる植物の栽培用照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、安全で付加価値の高い植物を効率的に生産・栽培する技術が求められている。一般に、植物（藻類及びシアノバクテリアを含む）は、太陽光照射条件下で光合成を行うが、照射する光エネルギーが効率よく利用されているわけではない。太陽光には、植物の生育に必要な光成分及び生育に必要のない光成分等の全ての光成分が含まれている。人工光源として、全ての光成分が含まれる光源、例えば昼白色光源を使用することは、エネルギー効率の観点から好ましくない。特に、人工光源を用いて人工的に植物を生育させる栽培装置や野菜工場の場合、より効率的な照射が求められている。
【０００３】
例えば、従来より、人工光源を用いた光合成装置において、光利用効率を向上させるために、特許文献１の植物の栽培方法が知られている。特許文献１は、有機培地上において栽培される植物に対し、人工光源として蛍光ランプと６５０〜６６０ｎｍの発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えてなる有機栽培式植物工場について開示する。
【０００４】
一般に、太陽光スペクトルの内、光合成に利用される光は、６６０ｎｍの赤色光等の限られた狭い領域の光のみである。また、自然条件下では、光の強度の変動が大きいため、連続光照射エネルギーと比較して、実際の光合成による生産性は低い傾向にある。また、植物における光合成反応は、光飽和点以上の光強度ではそれ以上光合成量が増大しない。したがって、人工光源の下で植物の生育を行う場合、光飽和点付近の光を安定的に照射することが光合成効率を高めるために必要である。引用文献１は、特定の単一又は限られた波長領域の光を人工光源として連続的に照射することで光合成のためのエネルギー効率の改善を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１１８９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、光合成には、明反応と暗反応があり、明反応で得られた還元力を利用する暗反応には直接的な光照射は必要ない。自然界では、日中に明反応の活性が高く、暗反応は主に夜間に進行する。人工光源を用いた植物の光合成装置においても、入射してくる光が連続して利用されるわけではない。例えば、光が電子伝達系で光励起に利用された後、生産される還元力が植物の細胞内で処理（利用）されるまでの間に入射してくる光は、光合成反応に利用することができない。よって、光が利用されない期間は消灯しても光合成効率が低下しないことが予測される。
【０００７】
本発明において、自然界での概日リズムによる明暗の周期以外に、明反応の速度制御（間接的な暗反応の速度制御）に着目し、明暗が繰り返すパルス処理による光合成反応の制御を試みた。
【０００８】
本発明は、本発明者らの鋭意研究の結果、人工光源として所定の周波数におけるパルス光源を使用することにより、光合成効率を向上できることを見出したことによりなされたものである。
【０００９】
本発明の目的とするところは、光合成効率を向上させることができる植物の栽培方法及びそれに用いる植物の栽培用照射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明の一態様では、周波数１００Ｈｚ以上のパルス光を照射することにより植物を栽培することを特徴とする発明の植物の栽培方法が提供される。前記周波数は、１００ｋＨｚ〜５０ＭＨｚであることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の別の一様態では、前記植物の栽培方法に用いる植物の栽培用照射装置において、周波数１００Ｈｚ以上のパルス光を照射するための人工光源を備えてなることを特徴とする植物の栽培用照射装置が提供される。
【００１２】
前記人工光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ハロゲンランプ、白熱電球、蛍光灯、アーク灯、無電極放電灯、低圧放電灯、冷陰極型蛍光管、外部電極型蛍光管、エレクトロルミネセンスライト及びＨＩＤランプ、並びにプリズム又は光学フィルタを介する光源から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、植物の栽培方法及びそれに用いる植物の栽培用照射装置によって、光合成効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】試験例１において用いたＬＥＤ光の発光スペクトルを示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１実施形態）
以下、本発明を植物の栽培方法に具体化した第１実施形態を説明する。
本実施形態の植物の栽培方法は、所定のパルス光を光源として植物に照射することにより行われる。パルス光は、周波数１００Ｈｚ以上、好ましくは１００ｋＨｚ以上、より好ましくは２００ｋＨｚ以上、さらに好ましくは５００ｋＨｚ以上が用いられる。パルス光の周波数が増加するに伴い光合成効率を向上させることができる。一方、パルス光を照射する光源の入手の容易性の観点からパルス光は、好ましくは周波数５０ＭＨｚ以下、より好ましくは１０ＭＨｚ以下、さらに好ましくは５ＭＨｚ以下である。また、パルス光の周波数が５０ＭＨｚを超える場合、光合成効率が飽和する傾向にある。
【００１６】
光源としては、全ての光成分が含まれる光源、例えば昼白色光源を使用してもよく、光合成に用いられる単一の波長又は限られた波長領域の光を用いることができる。エネルギー効率の向上の観点から、光合成に用いられる単一の波長又は限られた波長領域の光が好ましい。光合成に用いられる波長は、植物の種類、植物が有する光合成色素の種類、植物の生育段階、及び光合成色素の含有比率等により適宜決定される。例えば、一般的に植物の光合成のピーク波長として、４５０ｎｍ付近、５５０ｎｍ付近、及び６６０ｎｍ付近が挙げられる。４５０ｎｍ付近の波長を含む波長領域として、４００〜５００ｎｍが好ましく、４２０〜４８０ｎｍがより好ましい。５５０ｎｍ付近の波長を含む波長領域として、５００〜６００ｎｍが好ましく、５２０〜５８０ｎｍがより好ましい。６６０ｎｍ付近の波長を含む波長領域として、６００〜７００ｎｍが好ましく、６４０〜６８０ｎｍがより好ましい。
【００１７】
本実施形態の植物の栽培方法が適用される植物は、広く光合成をする生物一般を示し、陸上植物の他、藻類、藍藻（シアノバクテリア）を含む概念である。陸上植物としては、特に限定されず、例えば食用の蔬菜及び穀物、園芸作物、並びに観賞用の植物（観葉植物）が挙げられる。具体例としては、アブラナ科、キク科、アカザ科、マメ科、タデ科、ナス科、ウリ科、及びイネ科の植物が挙げられる。
【００１８】
次に、上記のように構成された植物の栽培方法の作用について説明する。
本実施形態の植物の栽培方法は、周波数１００Ｈｚ以上のパルス光が用いられる。それにより、例えばデューティ比１００％の光を照射した場合に比べて光合成効率を向上させることができる。一般に植物の行う光合成反応には、反応の進行に光が必要な光化学系Ｉ、光化学系II及びそれらを結ぶ電子伝達系が存在する。これらの反応はマイクロ秒オーダーで進行するため、２つの光化学系を駆動するために必要な光を高周波数、例えばキロヘルツオーダー及びメガヘルツオーダーのパルス光照射を行うことで、光合成効率の向上が図られるものと考えられる。
【００１９】
本実施形態の植物の栽培方法によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態の植物の栽培方法では、周波数１００Ｈｚ以上のパルス光を照射することにより植物を栽培する。したがって、例えばデューティ比１００％の光を照射した場合に比べて光合成効率を向上させることができる。
【００２０】
（２）好ましくは、パルス光として、４５０ｎｍ付近、５５０ｎｍ付近、又は６６０ｎｍ付近の光が用いられる。したがって、光合成効率をより向上させることができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
【００２１】
・上記実施形態において、照射される光の強さ及び光の照射時間は植物の種類、照射目的、植物の生育段階、及び光源等に応じ、適宜設定される。光飽和点付近の光を安定的に照射することが光合成効率を高める観点から好ましい。より具体的には、照射される光は、好ましくは０．１〜１００ｍＷ／ｃｍ２、より好ましくは０．５〜２０ｍＷ／ｃｍ２である。かかる範囲内において、より効率的な光合成が期待される。
【００２２】
・本実施形態において、デューティ比（ｄｕｔｙ比）は植物の種類、照射目的、植物の生育段階、及び光源等に応じ、適宜設定される。例えば、デューティ比（ｄｕｔｙ比）は、エネルギー効率の向上の観点から、好ましくは２０〜８０％、より好ましくは４０〜６０％である。
【００２３】
（第２実施形態）
以下、この発明の上記第１実施形態の植物の栽培方法を実施するための植物の栽培用照射装置を詳細に説明する。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００２４】
本実施形態の植物の栽培用照射装置は、光合成効率の向上の観点から周波数１００Ｈｚ以上、好ましくは１００ｋＨｚ以上、より好ましくは２００ｋＨｚ以上、さらに好ましくは５００ｋＨｚ以上のパルス光を照射するための人工光源を備えてなる。一方、入手の容易性の観点から人工光源のパルス光は、好ましくは周波数５０ＭＨｚ以下、より好ましくは１０ＭＨｚ以下、さらに好ましくは５ＭＨｚ以下である。
【００２５】
人工光源は、特に限定されないが、公知の光源、例えばＬＥＤ、ハロゲンランプ、白熱電球、蛍光灯、アーク灯、無電極放電灯、低圧放電灯、冷陰極型蛍光管、外部電極型蛍光管、エレクトロルミネセンスライト及びＨＩＤランプを使用することができる。ＨＩＤランプとしては、例えば高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、及び高圧ナトリウムランプが挙げられる。また、人工光源は、人工的に作られた光の他、自然光をプリズム又は光学フィルタを介して得られる特定波長からなる光源も含まれるものとする。これらの人工光源は１種類のみ使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
【００２６】
これらの人工光源の中で、単一の波長又は狭い波長域の光の照射が容易であり、パルス点滅による調光が容易である観点からＬＥＤが好ましい。ＬＥＤの形状は特に限定されず、例えば砲弾型及び表面実装型が挙げられ、シングルチップでもマルチチップでもいずれの形態でもよい。また、ＬＥＤとして高輝度ＬＥＤを採用してもよい。人工光源を保持する構成、例えばスタンド、及び配線等は、公知の構成を適宜採用することができる。
【００２７】
植物の栽培用照射装置が設置される場所は、特に限定されず、植物の光合成が必要な場所であればどこでも設置することができる。例えば、圃場、温室、植物工場、貯蔵設備、搬送車、及び陳列棚が挙げられる。貯蔵設備としては、例えば、冷蔵庫、定温室、倉庫、及びコンテナが挙げられる。搬送車としては、例えば台車、貨車の荷台、及びコンテナ貨物が挙げられる。これらの中で、高効率な運用が求められる観点から、好ましくは完全人工光源型の植物工場に適用される。
【００２８】
本実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
（３）本実施形態の植物の栽培用照射装置によれば、周波数１００Ｈｚ以上のパルス光を照射するための人工光源を備えてなる。したがって、かかる装置により、光合成効率を向上させることができる。
【００２９】
（４）本実施形態において、光源として人工光源が用いられる。したがって、特定の波長領域の光を容易に選択して照射することができる。また、太陽光のように気象条件に左右されることなく、制御環境下において、より効率的な光合成による植物の生長促進を行うことができる。
【００３０】
（５）本実施形態の植物の栽培用照射装置によれば、ＬＥＤ及びハロゲンランプ等の公知の光源を採用することができる。したがって、光の照射を容易に且つ安価に実施することができる。
【００３１】
（６）本実施形態として、好ましくは、人工光源としてＬＥＤが用いられる。ＬＥＤは、単一の波長又は狭い波長域の光の照射が容易であり、パルス点滅による調光が容易である。したがって、本実施形態において、目的とする特定の波長領域のパルス光の照射を容易に実施することができ、生産・生育活動においてより効率的な運用が可能となる。また、ＬＥＤは、長寿命及び低消費電力であるため、低コストで実施することができる。
【００３２】
（７）本実施形態として、好ましくは、圃場、温室、植物工場、貯蔵設備、搬送車、及び陳列棚から選ばれる少なくとも一種に備えられる。植物の栽培用照射装置を制御する技術は、例えば植物工場での利用のみならず、農業分野、食品流通分野、及び小売分野において利用することができる。例えば、植物の栽培中、収穫物の収穫後、流通過程、保蔵期間、及び店頭販売期間における鮮度保持において、光合成の制御技術の応用が期待される。
【００３３】
（８）本実施形態として、好ましくは、完全人工光源型の植物工場に適用される。したがって、幅広い植物に対し、生育環境を制御しながら、安全で付加価値の高い生産物を効率的に生産・栽培することが期待される。
【００３４】
尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態において、人工光源より光を直接植物に照射してもよく、光学装置、例えば光ファイバー、レンズ、及び反射鏡を介して照射してもよい。かかる構成により、光源と照射部位を離間させる構成を採用することができる。また、集光等により照射光を容易に増強させることができる。よって、より効率的な光合成による植物の生長促進を行うことができる。
【００３５】
・上記実施形態の植物の栽培用照射装置は、人工光源を照射する照射部位が棚状に構成されてもよい。かかる構成により、一度に多くの植物に対し照射処理することができるため、効率的な運用が可能となる。
【００３６】
・上記実施形態の植物の栽培用照射装置は、人工光源を保持する保持手段に車輪を取り付けることにより可動式として構成してもよい。
・上記実施形態の植物の栽培用照射装置は、人工光源を照射する照射部位の下にコンベアを取り付けることにより、移動する植物に対し、連続的に照射してもよい。かかる構成により、数少ない光源であっても、多くの植物に対し効率的に照射することができる。
【実施例】
【００３７】
次に、実施例を挙げて前記実施形態を更に具体的に説明する。
（試験例１）
日本において主食とされるイネ科植物に対し、パルス光を照射した場合の光合成効率について試験した。
【００３８】
（試料）
イネ科植物として、品種「ゆめつくし」を使用した。ＣＯ２濃度測定器として、ＮＤＩＲ方式センサを用いるＣＯ２レコーダーＴＲ−７６Ｕｉ（ティアンドディ社製）を使用した。
【００３９】
（光源）
光源として、ＬＥＤ光源を使用した。ＬＥＤ光源は、３ in １タイプの赤色光源を用いた。イネへの光照射は、イネ穂先から光源との距離２２ｃｍに調整し、１玉点灯で照射実験を行った。
【００４０】
まず、試験に用いた光源について、光スペクトル、光照射強度、及び光量子数を測定した。測定は、１玉全点灯（デューティ：１００％）、光源間距離２２ｃｍの条件で行った。
【００４１】
光スペクトル及び光照射強度は、測定器として光ファイバー分光システム（USB 4000、Ocean Optics社製）及び解析ソフト（SpectraSuit、Ocean Optics社製）を使用した。測定条件は、以下の条件を採用した。
【００４２】
Integration Time：２００ｍｓ
平均回数：１回
積算範囲：６００ｎｍ〜７００ｎｍ
光量子数測定は、測定器として光量子計（LI-250A Light Meter、LI-COR社製）を使用した。
【００４３】
光スペクトルの測定結果を図１に示す。図１に示されるように、６６０ｎｍ付近に発光極大を有する単一バンドの光源であることが確認される。
照射強度は、３８００μＷ／ｃｍ２であった。光量子数は、１４９μｍｏｌ／ｓ・ｍ２であることが確認された。
【００４４】
（方法）
ＬＥＤ光源を実装したデシケータ内にイネ（播種後、室温（２５℃）において３０日間生育）を投入し、デシケータ内を高ＣＯ２濃度に誘導するためＣＯ２標準ガスプッシュ缶を用いてデシケータ内に注入した。
【００４５】
デシケータ内にて、注入ＣＯ２がよく循環し濃度が安定した後、イネに対しパルス光による光照射を行った。パルス調光は、１ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、２５０ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、７５０ｋＨｚの各条件を採用した。デューティ比は、それぞれ５０％とした。また、比較対照として、デューティ比１００％の連続光を使用した。光照射は３０分間行い、その後デシケータ内のＣＯ２濃度を測定した。その測定したＣＯ２濃度より、光照射によりイネが吸収したＣＯ２濃度を求めた。結果を表１に示す。尚、実験の再現性については、１ｋＨｚは２回、デューティ比１００％は４回実験を行い、その他は１回実験を行った。１ｋＨｚ、デューティ比１００％の場合は、平均値±標準偏差を示し、その他は測定値を示す。
【００４６】
【表１】
2014171465.tif 000002
表１に示されるように、高周波数のパルス照射によってＣＯ２の吸収が見られたことから、パルス照射によっても光合成が活性化することが確認された。デューティ比１００％の比較対照の場合、ＣＯ２の吸収量が約１２５ｐｐｍであった。一方、本試験において用いた各パルス光の場合、デューティ比１００％の場合のＣＯ２吸収量の半分の値よりも高いＣＯ２吸収量であった。デューティ比５０％のパルス照射の場合、照射時間を積算した照射量又は照射エネルギーは、デューティ比１００％の連続光の半分と考えられる。つまり、本試験において用いた各パルス光において、光合成効率の向上が確認された。また、周波数が高くなるにつれて、光合成効率の向上することが確認された。特に、７５０ｋＨｚのパルス光の照射においては、照射エネルギーが半分であるにもかかわらず、デューティ比１００％の場合のＣＯ２吸収量と変わらない結果であった。以上により、パルス照射光を採用することで連続照射光よりも光合成効率をより向上できることが示唆された。
【００４７】
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
（ａ）前記植物は、イネ科である前記植物の栽培方法。従って、この（ａ）に記載の発明によれば、イネ科植物の栽培効率をより向上させることができる。
【００４８】
（ｂ）前記パルス光は、デューティ比２０〜８０％であって、照射波長６４０〜６８０ｎｍである前記植物の栽培方法。従って、この（ｂ）に記載の発明によれば、より光合成効率を向上させることができる。
【図１】
2014171465.tif 000003