(57)【要約】【課題】温度制御を確実に行なえる温度制御装置、植物体の体温を的確に測定し、さらに気温と当該体温との因果関係を適切に把握し得る植物体の体温測定装置、及び植物体の体温振動測定方法の提供。【解決手段】本発明の温度制御装置は、チャンバーを冷却する冷却手段と、前記チャンバーを保温する保温手段と、チャンバー内の温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段によって測定された温度に基づいて、　前記保温手段を制御することによって前記チャンバー内の温度を調節する温度調節手段と、を備え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】
チャンバーを冷却する冷却手段と、前記チャンバーを保温する保温手段と、チャンバー内の温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段によって測定された温度に基づいて、　前記保温手段を制御することによって前記チャンバー内の温度を調節する温度調節手段と、を備える温度制御装置。
【請求項２】
前記冷却手段を、前記チャンバーの外側に配置させる請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記保温手段を、前記チャンバーの内側に配置させる請求項１又は２項に記載の装置。
【請求項４】
前記温度調節手段が、冷却手段による冷却を一定に保ちつつ、前記温度測定手段から測定された温度に基づいて、保温手段を制御する請求項１〜３項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記チャンバーが、放熱性を有する材料からなる請求項１〜４項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
冷却手段による冷却を、冷却溶媒を循環させて行なう請求項１〜５項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記チャンバーが、通気口を有する請求項１〜６項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
請求項１〜７項のいずれか１項に記載の温度制御装置と、前記チャンバー内に設置された植物体の温度を測定する第二の温度測定手段と、を備える植物体の体温測定装置。
【請求項９】
植物体又は植物体の任意の部分を覆うように、一定の初期温度に保持したチャンバーを位置させる工程と、前記チャンバー内の植物体又は植物体の任意の部分の温度が一定となるまで放置する工程と、前記チャンバー内の温度を、前記一定の初期温度より高いか又は低い一定の温度へ変化させる工程と、前記温度を変化させてから、前記チャンバー内の植物体又は植物体の任意の部分の温度が一定となるまでの時間を測定する工程からなる、植物体又は植物体の任意の部分の体温振動を測定する方法。
【請求項１０】
温度変化を、前記チャンバーの外側に配置された冷却モジュール及び前記チャンバーの内側に配置された保温モジュールを作動させて行なう請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記冷却モジュールによる冷却を一定に保って温度変化を行なう請求項１０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度制御装置、それを用いた植物の体温測定装置、及び植物の体温振動を測定する方法に関し、特に、野外での測定を可能とする温度制御装置、それを用いた植物の体温測定装置、及び植物の体温振動を測定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に植物には発熱能力がなく、その体温は、外気温とともに変動するとされているが、驚くべきことにある種の植物には、自ら発熱し、その体温を調節するものがある。これらの植物には、外気温の変化に応答してその発熱量を調節していることから、その体温制御メカニズムには、▲１▼熱産生システム、▲２▼温度センサー、及び▲３▼温度制御アルゴリズムが密接に関連していることが予想される。
【０００３】
従来の植物の体温測定について、熱電対を含む温度センサーを用いる技術や、赤外線を利用する測定手法が知られている。温度センサーにより発熱植物の体温を直接する方法として、例えば、１．Ｈｅａｔ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｅａｓｔｅｒｎ　ｓｋｕｎｋ　ｃａｂｂａｇｅ．　Ｒｏｇｅｒ，　Ｍ．　Ｋｎｕｔｓｏｎ，　Ｓｃｉｅｎｃｅ　１８６，　７４６−７４７　（１９７４）．、又は２．　Ｔｈｅｒｍｏｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ　ｌｏｔｕｓ　ｆｌｏｗｅｒｓ．　Ｒｏｇｅｒ，　Ｓ．　Ｓｅｙｍｏｕｒ，　Ｐａｕｌ　Ｓｃｈｕｌｔｚｅ−Ｍｏｔｅｌ，　Ｎａｔｕｒｅ　３８３，　３０５　（１９９６）が知られている。
【０００４】
また、植物体を群落地から人工気象室へ移して、植物体の体温を測定するという方法も知られている。この方法は、測定対象となる植物体の群落地から植物体を掘り出し、人工気象室内で植物体の体温測定を行なう方法である。
【０００５】
【非特許文献１】
Ｈｅａｔ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｅａｓｔｅｒｎ　ｓｋｕｎｋ　ｃａｂｂａｇｅ．　Ｒｏｇｅｒ，　Ｍ．　Ｋｎｕｔｓｏｎ，　Ｓｃｉｅｎｃｅ　１８６，　７４６−７４７　（１９７４）。
【非特許文献２】
Ｔｈｅｒｍｏｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ　ｌｏｔｕｓ　ｆｌｏｗｅｒｓ．　Ｒｏｇｅｒ，　Ｓ．　Ｓｅｙｍｏｕｒ，　Ｐａｕｌ　Ｓｃｈｕｌｔｚｅ−Ｍｏｔｅｌ，　Ｎａｔｕｒｅ　３８３，　３０５　（１９９６）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記温度センサーを用いる方法や、赤外線を利用する測定方法によれば、野外の植物体が存在している空間の気温は、日照、風雨、雪などの自然条件により大きく変動し、任意の温度条件を設定し、体温を測定することは困難であった。
【０００７】
また、人工気象室に移して体温測定を行なう方法においては、植物体を掘り出す際の根の傷害がその体温に与える影響を無視できず、任意の気温条件における植物体の発熱特性の解析が進まないという不都合が生じていた。
【０００８】
加えて、発熱植物（我が国に自生するザゼンソウなど）自体が一般的ではなく、原則として変温生物である植物の体温を測定するという概念がほとんど存在していなかった。したがって、気温と植物体の体温との因果関係を適切に把握することが望まれていた。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、温度制御を確実に行なえる温度制御装置、植物体の体温を的確に測定し、さらに気温と当該体温との因果関係を適切に把握し得る植物体の体温測定装置、及び植物体の体温振動測定方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、発明者らは、群落地における直接分析について検討した結果、本発明の温度制御装置、それを用いた植物の体温測定装置、及び植物の体温振動を測定する方法を見出すに至った。
【００１１】
本発明の温度制御装置は、チャンバーを冷却する冷却手段と、前記チャンバーを保温する保温手段と、チャンバー内の温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段によって測定された温度に基づいて、　前記保温手段を制御することによって前記チャンバー内の温度を調節する温度調節手段と、を備えることを特徴とする。
このような温度制御装置によれば、野外の過酷な状況下においても、迅速かつ、的確な温度制御を可能とする。
【００１２】
また、本発明の温度制御装置の好ましい実施態様において、前記冷却手段を、前記チャンバーの外側に配置させることを特徴とする。
このように、冷却手段を外側に配置させることによって、チャンバー内のより正確な温度制御を可能とする。
【００１３】
また、本発明の温度制御装置の好ましい実施態様において、前記保温手段を、前記チャンバーの内側に配置させることを特徴とする。
このように、保温手段を内側に配置させることによって、チャンバー内のより正確な温度制御を可能とする。
【００１４】
また、本発明の温度制御装置の好ましい実施態様において、前記温度調節手段が、冷却手段による冷却を一定に保ちつつ、前記温度測定手段から測定された温度に基づいて、保温手段を制御することを特徴とする。
このように、冷却手段による冷却を一定として固定すると、保温手段を制御するだけで容易に温度制御を行なうことが可能となる。
【００１５】
また、本発明の温度制御装置の好ましい実施態様において、前記チャンバーが、放熱性を有する材料からなることを特徴とする。
このように、チャンバーを放熱性を有する材質とすることで、群落地での測定における放熱性を確保できる。
【００１６】
また、本発明の温度制御装置の好ましい実施態様において、冷却手段による冷却を、冷却溶媒を循環させて行なうことを特徴とする。
このように、冷却溶媒を循環させることによって、均一な温度基準を設定でき、チャンバー全体を均一の温度へ設定できる。
【００１７】
また、本発明の植物の体温測定装置は、請求項１〜７項に記載の温度制御装置と、前記チャンバー内に設置された植物体及び植物体の任意の部分の温度を測定する第二の温度測定手段と、を備えることを特徴とする。
このように、第二の温度測定手段を備えて、連続的に温度を測定することにより、植物体の周辺温度が変化した場合に、植物体がいかにして外気温の変動を認識することができるのかについて把握することも可能となる。
【００１８】
また、本発明の温度制御装置の好ましい実施態様において、前記チャンバーが、通気口を有することを特徴とする。
チャンバー内に通気口を設けることにより、植物体の呼吸、光合成による酸素、二酸化炭素濃度の変動にも十分対処することが可能となる。
【００１９】
また、本発明の植物体の体温振動を測定する方法は、植物体又は植物体の任意の部分を覆うように、一定の初期温度に保持したチャンバーを位置させる工程と、前記チャンバー内の植物体又は植物体の任意の部分の温度が一定となるまで放置する工程と、前記チャンバー内の温度を、前記一定の初期温度より高いか又は低い一定の温度へ変化させる工程と、前記温度を変化させてから、前記チャンバー内の植物体又は植物体の任意の部分の温度が一定となるまでの時間を測定する工程からなることを特徴とする。
【００２０】
このように、測定することにより、植物体の体温振動を正確に測定することが可能となる。
【００２１】
また、本発明の温度制御装置の好ましい実施態様において、温度変化を、前記チャンバーの外側に配置された冷却モジュール及び前記チャンバーの内側に配置された保温モジュールを作動させて行なうことを特徴とする。
特に、冷却モジュール及び保温モジュールを作動させて行なうことにより、温度制御を確実とすることが可能となる。
【００２２】
また、本発明の温度制御装置の好ましい実施態様において、前記冷却モジュールによる冷却を一定に保って温度変化を行なうことを特徴とする。
冷却モジュールによる冷却を一定として固定することにより、さらに細かい温度制御が可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を適宜図面を参照しながら説明する。本発明の温度制御装置は、チャンバーを冷却する冷却手段と、前記チャンバーを保温する保温手段と、チャンバー内の温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段によって測定された温度に基づいて、前記保温手段を制御することによって前記チャンバー内の温度を調節する温度調節手段と、を備える。
【００２４】
冷却手段は、チャンバーを冷却するものである。冷却手段は、チャンバー全体を冷却することが可能であれば、特に限定されることはなく、従来の冷却手段を用いることができる。このような冷却手段としては、エタノールなどの冷却溶媒を循環させる手法、ペルチェ素子をチャンバーに接触させて冷却する手法、送風機により冷風を送り込む手法、エアコンプレッサーを用いて冷却された気体を循環させる手法、氷・ドライアイス等を用いてチャンバー全体を覆い隠すことによって冷却する手法等を挙げることができる。チャンバー内の温度を均等に冷却する、野外における限られた電力供給のもとで、連続して使用するという観点から、冷却手段として、冷却溶媒を循環させる手法が好ましい。冷却手段は、後述するように、チャンバーの外側に配置することによって、チャンバー内のより均一な温度管理を可能とする。冷却溶媒としては、特に限定されないが、例えば、エタノール、メタノール、アセトンなどを挙げることができる。
【００２５】
保温手段は、チャンバーを保温するものである。保温手段は、チャンバー全体を保温することが可能であれば、特に限定されることはなく、従来の保温手段を用いることができる。このような保温手段としては、ヒーターによる加熱、ヒーティングテープによる加熱、ニクロム線による加熱、熱湯を循環させることによる加熱等を挙げることができる。
加熱のＯＮ／ＯＦＦの切り替え易さや、形状を自由に変化させることができ、チャンバー内面に螺旋状に巻くことによって内部空間を均等に加熱することができるという観点から、保温手段として、ヒーティングテープによる加熱が好ましい。保温手段は、後述するように、チャンバーの内側に配置することによって、チャンバー内のより均一な温度管理を可能とする。
【００２６】
また、温度測定手段は、チャンバー内の温度を測定するものである。温度測定手段は、従来のものを使用することができ、例えば、温度センサー、赤外線センサー等を挙げることができる。
【００２７】
温度調節手段は、チャンバー内を任意の温度に迅速に設定するためのものである。温度調節手段は、温度測定手段によって測定された温度情報に基づき、保温手段を制御することにより温度を調節する。このとき、冷却手段による冷却を一定にして、保温手段を制御することにより、より迅速な温度設定が可能となる。
【００２８】
温度調節手段は、例えば、ＣＰＵによって構成され、フラッシュメモリもしくはＤＲＡＭなどのメモリ、又は光ディスクもしくはフロッピー（登録商標）ディスクなどの記録媒体に格納されたプログラムに基づいて、チャンバー内の温度制御を実行する。温度制御手段は、温度測定手段から得られた温度情報に基づいて、チャンバー内を一定温度に保つように、保温手段を制御する。これによって、タイムラグの少ない、迅速な温度制御が可能となる。
【００２９】
なお、チャンバーについては、特に限定されないが、温度制御の基準となる冷却溶媒の温度を迅速に、かつ確実にチャンバー内へと伝達し、内部空間の温度制御を容易にするという観点から、放熱性を有する材料からなることが好ましい。さらに、前記チャンバーが、通気口を有することが好ましい。かかる通気口により、酸素、二酸化炭素などの濃度変動に対処しつつ、チャンバー内の温度を確実に変化させることができる。
【００３０】
また、本発明の植物の体温測定装置は、請求項１〜７項に記載の温度制御装置、すなわち、上述した本発明の温度制御装置と、前記チャンバー内に設置された植物体及び植物体の任意の部分の温度を測定する第二の温度測定手段と、を備える。
【００３１】
第二の温度測定手段は、植物体等の温度を測定するためのものである。この第二の温度測定手段は、連続的に温度を測定することができ、得られた測定温度は、所定のレコーダーに記録することができる。チャンバー内の温度を一定温度へ変化させた場合、連続的に記録された植物体の温度と、変化の前後に渡る温度とを比較することにより、植物体の温度のみならず、変化の前後に渡る植物体の体温の挙動を知ることも可能となる。
【００３２】
ここで、図面を参照して、本発明の一実施態様の植物体の体温測定装置について説明する。
【００３３】
図２は、本発明の植物体の体温測定装置の一実施態様における構成図を示す。１はチャンバーで、２は冷却手段、３は保温手段、４は温度測定手段、５は温度制御手段、６は第二の温度測定手段、７は植物体である。冷却手段、保温手段、温度測定手段、温度制御手段、温度測定手段については、上述の本発明の温度制御装置において説明したものをそのまま、本発明の植物体の体温測定装置に適用することができる。
【００３４】
本発明の好適な実施態様において、温度制御の動作方法を一例を挙げて説明する。
【００３５】
まず、温度測定手段４によりチャンバー内の温度を測定する。チャンバー内の温度情報を有する信号が、温度調節手段５へ供給される。温度制御手段５は、その信号に基づいて、チャンバー内を一定の温度に設定するのに必要な保温値を演算する。すなわち、温度制御手段５は、温度情報に基づいて、保温手段を加熱するか否か、及び加熱する場合にはどのくらい加熱するかを判断する。
【００３６】
保温手段を加熱すべきであると判断した場合、温度調節手段５は、保温手段を加熱する命令を有する信号を保温手段３に供給する。この信号に基づいて保温手段は所定の温度となるように保温される。
【００３７】
また、本発明の植物体の体温振動を測定する方法は、植物体又は植物体の任意の部分を覆うように、一定の初期温度に保持したチャンバーを位置させる工程と、前記チャンバー内の植物体又は植物体の任意の部分の温度が一定となるまで放置する工程と、前記チャンバー内の温度を、前記一定の初期温度より高いか又は低い一定の温度へ変化させる工程と、前記温度を変化させてから、前記チャンバー内の植物体又は植物体の任意の部分の温度が一定となるまでの時間を測定する工程からなる。
【００３８】
この方法によれば、植物体を掘り出すことなく、野外で植物体を傷つけずに測定を行なうことが可能である。
【００３９】
本方法において、一定の初期温度にチャンバーを保持する方法は、特に限定されない。野外の温度をそのまま用いるのが最も簡単であるが、好適には、上述の本発明の温度制御装置を使用することができる。チャンバーが植物体を覆うように配置した後、植物体の体温が一定となるまで放置する。これは、正確な体温振動を測定するには、まず、植物の体温を一定温度に安定させることが必要だからである。放置時間は、植物体の測定時期、季節などの条件にもより特に限定されないが、数分〜数時間の間である。
【００４０】
また、チャンバー内の温度を変化させるのに、特に限定されないが、好適には、上述の本発明の植物体の体温測定装置を使用することができる。
【００４１】
【実施例】
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明は、下記実施例に限定して解釈される意図ではない。
【００４２】
実施例１
まず、植物体としてザゼンソウの発熱の様子を調べた。図１は、群落地におけるザゼンソウの肉穂花序及び気温を連続的に測定したものを示す図である。本植物の肉穂花序の体温は、外気温の変動にも関わらず、ほぼ２０℃程度を維持する能力を持つ。得られた体温データーは、日照、風雨等の測定の際の環境変動により影響されている可能性がある。したがって、植物が本来持つ体温振動現象であるとの結論を出すことができない。
【００４３】
そこで、本発明の温度制御装置を用いて、温度を種々変化させて、野外において作動結果を測定した。結果を図３に示す。図３は、チャンバー内の気温を７℃→２３℃→１１℃に設定した場合の気温変化のチャートを示す。この場合、冷却モジュールは０℃に保たれたエタノールを冷却溶媒としてチャンバー周囲を循環させている。チャンバー内の気温調節は、発熱ヒーターの出力制御により行なった。
【００４４】
図３から明らかなように、それぞれの設定温度に対する気温追従性が良好であることが分かる。
【００４５】
実施例２
次に、本発明の植物体の体温測定装置及び植物体の体温振動測定方法を用いて、群落地におけるザゼンソウ肉穂花序の体温振動を測定した。図４は、発熱植物であるザゼンソウの群落地において、気温を人為的に低下させた場合の体温変動を示す図である。１０℃程度の群落地の気温条件下において、測定チャンバー内の温度を、１８℃に上昇させて測定を開始した。この場合、ザゼンソウの体温は、ほぼ２７℃を示していた。ここで、チャンバーの気温を外気温とほぼ同一の１０℃に低下させ、ザゼンソウの体温をモニタリングした。
【００４６】
その結果、植物体の体温はほぼ３０分程度低下したが、その後、上昇し、体温低下時からほぼ１時間後にピークが認められた。この結果から、ザゼンソウが、体温低下に応答して、１）その体温を上昇させる機能を持つこと、２）その体温振動周期はおよそ１時間であること、が判明した。
【００４７】
実施例３
次に、ザゼンソウについて、種々の大きさの肉穂花序を用いて、植物体の体温振動を測定した。図５は、群落地におけるザゼンソウの発熱変動周期のチャートを示す図である。チャンバー内の温度を１８℃から１０℃まで低下させた際の体温振動周期を、実施例２と同様に測定した。図５からザゼンソウの花序重量が変化しても、その体温振動は、ほぼ６０分であることが判明した。ザゼンソウは、外気温度の変動に対応して、特異的な体温変動を示すことが判明した。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の温度制御装置によれば、設定温度に対する気温追従性が良好であることから、チャンバー内の温度を迅速に所望温度へ変えることが可能であるという有利な効果を奏する。また、野外の環境下においても、迅速な温度制御を行なうことができるという有利な効果を奏する。
【００４９】
本発明の植物体の体温測定装置によれば、野外における植物の発熱特性を正確に測定することが可能であるという有利な効果を奏する。
【００５０】
また、本発明の植物体の体温測定装置によれば、未知の発熱植物の群落地における解析、発熱遺伝子を導入した新規作物の熱産生機能をその生育地で測定することが可能であるという有利な効果を奏する。
【００５１】
また、本発明の植物体の体温測定装置及び植物体の体温変動測定方法によれば、重要な農作物にかかる植物の温度応答の測定も可能であるという有利な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、群落地におけるザゼンソウの肉穂花序及び気温を連続的に測定したものを示す図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に関するシステム構成図を示す図である。
【図３】図３は、任意にチャンバー内部の気温を変動させた場合のシステム作動図を示す図である。
【図４】図４は、発熱植物であるザゼンソウの群落地において、気温を人為的に低下さえた場合の体温変動を示す図である。
【図５】図５は、群落地におけるザゼンソウの発熱変動周期のチャートを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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