Study on the photosynthesis efficiency by pulsed light irradiation

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K14657
• Research Institution: Tokushima Bunri University
• Principal Investigator: 梶山 博司 徳島文理大学, 理工学部, 教授 (80422434)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 前田 淳史 徳島文理大学, 理工学部, 講師 (10389174)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 光合成 / 呼吸 / 植物工場 / ハウス栽培 / パルス光照射

Outline of Annual Research Achievements

レタスの成長速度に及ぼす青色パルス光照射の影響を定量化した。主光源として、LEDの赤(660nm)、緑(550nm)、青(450nm)の連続光を用いた。青色パルス光源（450nm)はパルス幅1μs、時間感覚15μsである。実験は、LEDの赤色、緑は一定にして、青色のPPFD(光合成光量子密度[μmol/m2s]を0.1-8.3までの範囲で変化させた。青色パルス光のPPFDは0.1-8.3まで変化させた。LED光源の照射時間は一日あたり１６時間、青色パルス光源はLEDが休止している８時間照射した。栽培日数は5週間とした。
LEDのみ照射した場合に最も成長速度が高かったのは、LED青色PPFDが8.3の時であった。この時の葉の面積を基準にして、その後の実験値を比較した。
LEDを１６時間照射したのち、青色パルス光を８時間照射する実験を行なったところ、青色パルス光のPPFDが1.5より大きい場合は葉が萎れて、最終的には枯れてしまった。そこで、LED青色のPPFDを1.5、青色パルスのPPFDを0.1にしたところ、レタスの葉は萎れることなく、成長を続けた。5週間経過したレタスの葉の面積は、LEDのみに比べて、１２５％であった。
レタスの葉の面積と栽培日数のデータから、夜間にプラズマ青色パルス光を照射した場合、3週間目から成長速度がLEDに比べて大きくなることがわかった。
以上の結果に基づいて、青色パルス光の効果を検討した。その結果、呼吸が光合成より盛んになる夜間に、青色短パルスでグルコースを補給しながら、一方で15μsの夜間で呼吸が進んだことで、レタスの成長速度が大きくなったと推察した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

光を照射していない夜間に、青色パルス光を照射することで、主光源として蛍光灯を用いた場合はレタスの成長速度が最大で７０％増加すること、主光源としてLEDを用いた場合はレタスの成長速度が最大で２５％増加することを見出した。青色パルス光の消費電力は、栽培面積１m2当たり0.01Wであるので、消費電力には影響しない。これまでの自然光、人工光を用いた栽培法では、夜間は呼吸のみが進行するので、昼間光合成で生産したグルコースは消費される一方である。これに対して、今回の研究では。夜間に微弱な青色光で光合成を進ませることで、グルコースを貯蔵させながら、呼吸でグルコースを消費するという反応が進行したと考えられる。すなわち、パルス光照射によって、光合成と呼吸を同時に進行させることが可能になったと考えられる。

Strategy for Future Research Activity

青色パルス光照射が植物の光合成と呼吸に及ぼす影響を、レタスの重量計測、CO2濃度計測により定量的に明らかにする。Wられた結果を用いて、植物工場の生産効率向上とコスト削減方法を確立する。

Causes of Carryover

H２８年度の研究結果も用いて次期青色パルス光源の仕様を決める必要があり、仕様決定に時間がかかってしまったため、剰余金が生じた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

青色パルス光源の仕様が決定したので、今年度予算は主としてその製作費用として使用する。