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長期有人宇宙活動での生命・健康維持に必須となる物質循環型植物工場の設計指針確立

公募研究

研究領域宇宙からひも解く新たな生命制御機構の統合的理解
研究課題/領域番号 18H04984
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
研究機関大阪府立大学

研究代表者

北宅 善昭  大阪府立大学, 生命環境科学研究科, 教授 (60169886)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円)
2019年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2018年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
キーワード宇宙植物工場 / 閉鎖生態系生命維持システム / 重力 / サツマイモ / 宇宙生命維持システム / 植物工場 / 物質循環型植物工場 / 宇宙
研究実績の概要

将来の宇宙居住に向けた閉鎖生態系生命維持システム構築を目標として、食料となる植物を生産し、さらに空気や水の浄化、物質リサイクルを可能とする装置を開発するため、精密な環境制御の下で植物を健全に育成でき、制御環境要素の逐次モニタリング、発芽から栄養・生殖成長を含む植物生育全段階における形態形成、ガス交換、水収支などの情報を自動モニタリングできる技術を検討した。具体的には、(1)微小重量下での試作植物栽培実験装置における環境制御・植物情報モニタリング技術の開発、(2)茎内蒸散流に及ぼす低重力の影響、(3)塊根・茎葉を食用とするサツマイモの効率的栽培技術の開発、(4)葉の光合成、蒸散、水利用効率に及ぼす気流速度の影響等について検討した。
その結果、植物の蒸散については、強制気流がない場合(植物近傍の気流速度0.1 m s-1以下)、微小重力は葉での蒸散を抑制し、茎内の蒸散流を抑制するが、強制気流がある場合(気流速度0.5 m s-1)では微小重力下での鉛直上向きの茎蒸散流が促進されることを明らかにした。また、気流の蒸散促進効果は、光合成促進効果より顕著であり、その結果、気流速度が高くなると、水利用効率(光合成速度/蒸散速度)は低下することを明らかにした。さらに、塊根・茎葉を食用とするサツマイモの効率的栽培技術として、塊根に加えて茎葉も食料として生産する場合の収量に注目し、節挿し栽培法を用いて、側枝収穫時期がバイオマス分配に及ぼす影響を調べた結果、側枝収穫時期を調節することでバイオマス分配を制御でき、塊根と茎葉の総収量を高められることを実証した。さらに、草丈数10 cm程度の植物体内の水輸送において、一般的に重要視されていない重力影響は無視できないことが再確認でき、強制気流がある場合、宇宙での低重力下における水輸送促進の可能性を明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (37件)

すべて 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (11件) (うち査読あり 10件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 11件、 招待講演 7件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Effects of supporting materials in in vitro acclimatization stage on ex vitro growth of wasabi plants2020

    • 著者名/発表者名
      Hoang Nhung Ngoc、Kitaya Yoshiaki、Shibuya Toshio、Endo Ryosuke
    • 雑誌名

      Scientia Horticulturae

      巻: 261 ページ: 109042-109042

    • DOI

      10.1016/j.scienta.2019.109042

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 長期有人宇宙活動を支える植物2020

    • 著者名/発表者名
      北宅善昭
    • 雑誌名

      Biological Sciences in Space-review

      巻: 11 ページ: 90-105

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 宇宙農業-長期有人宇宙活動支援のための閉鎖生態系生命維持システム2020

    • 著者名/発表者名
      北宅善昭
    • 雑誌名

      ペトロテック 石油学会情報誌

      巻: 43(2) ページ: 24-28

    • NAID

      40022162158

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of gravity direction on water transport in sweetpotato plants2019

    • 著者名/発表者名
      Tokuda Ayako、Kitaya Yoshiaki
    • 雑誌名

      Biological Sciences in Space

      巻: 33 号: 0 ページ: 18-21

    • DOI

      10.2187/bss.33.18

    • NAID

      130007756583

    • ISSN
      0914-9201, 1349-967X
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of an in vitro hydroponic culture system for wasabi nursery plant production?Effects of nutrient concentration and supporting material on plantlet growth2019

    • 著者名/発表者名
      Hoang Nhung Ngoc、Kitaya Yoshiaki、Shibuya Toshio、Endo Ryosuke
    • 雑誌名

      Scientia Horticulturae

      巻: 245 ページ: 237-243

    • DOI

      10.1016/j.scienta.2018.10.025

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 物質循環とエネルギー有効利用を目指した植物生産システム2019

    • 著者名/発表者名
      北宅善昭・遠藤良輔・大山克己
    • 雑誌名

      エネルギー・資源

      巻: 40 ページ: 40-44

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 宇宙での物質循環型植物栽培システム2019

    • 著者名/発表者名
      北宅善昭
    • 雑誌名

      宇宙・医学・栄養学

      巻: 1 ページ: 78-85

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 宇宙植物工場の概念とその地上での展開2019

    • 著者名/発表者名
      北宅善昭
    • 雑誌名

      アグリバイオ

      巻: 3(14) ページ: 85-88

    • NAID

      40022118988

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Development of a simple thermal method for measuring sap flow in plants for space experiments2018

    • 著者名/発表者名
      A. Tokuda, Y. Kitaya, H. Hirai
    • 雑誌名

      Biological Sciences in Space

      巻: 32 号: 0 ページ: 17-21

    • DOI

      10.2187/bss.32.17

    • NAID

      130007543443

    • ISSN
      0914-9201, 1349-967X
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of gravity on stem sap flow and water and heat exchange in the leaves of sweetpotato2018

    • 著者名/発表者名
      A. Tokuda, Y. Kitaya, H. Hirai, H. Hashimoto and Y. Inatomi
    • 雑誌名

      Int. J. Microgravity Sci. Appl.

      巻: 35(3)

    • NAID

      130007768948

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Possibility of co-culturing Euglena gracilis and Lactuca sativa L. with biogas digestate2018

    • 著者名/発表者名
      K. Takemura, R. Endo and Y. Kitaya
    • 雑誌名

      Environmental Technology

      巻: 28 号: 8 ページ: 1007-1014

    • DOI

      10.1080/09593330.2018.1516803

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 宇宙環境利用研究とその宇宙惑星居住科学への貢献2020

    • 著者名/発表者名
      北宅善昭
    • 学会等名
      宇宙環境利用シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 宇宙での物質循環型植物栽培システム2019

    • 著者名/発表者名
      北宅善昭
    • 学会等名
      日本宇宙航空環境医学会宇宙基地医学研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 閉鎖生態系生命維持システムにおける有力栽培作物候補であるサツマイモ2019

    • 著者名/発表者名
      北宅善昭
    • 学会等名
      第33回 宇宙環境利用シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Development of Space Pant Factories in Controlled Ecological Life Support Systems2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Kitaya
    • 学会等名
      40th Annual Meeting of the International Society for Gravitational Physiology (ISGP) and Space Life Science and Medicine Meeting
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of plant-based regenerative life support systems with sweetpotato culture in space2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Kitaya, K. Higashi, T. Shibuya, R. Endo
    • 学会等名
      32nd International symposium on space technology and science (ISTS
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Plant Factories Aiming at Recycling Material and Effectively Using Energy2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Kitaya, R. Endo, K. Ohyama
    • 学会等名
      2019 China Protected Agricultural Industry Conference & 2019 International Symposium on Environment Control Technology for Value-added Plant Production
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 長期有人宇宙活動を支える植物2019

    • 著者名/発表者名
      北宅善昭
    • 学会等名
      日本植物学会第83回大会シンポジウム「宇宙から識る植物科学」
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 閉鎖生態系生命維持システム(CELSS)の中核となる食料植物生産の宇宙環 境での実証2019

    • 著者名/発表者名
      北宅善昭
    • 学会等名
      2019日本宇宙生物科学会 シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Plant and fish growth and nitrogen flow in aquaponics integrated with lettuce hydroponics and loach aquaculture in vertical farming2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Kitaya, Y. Shimakawa, T. Wada, T.Shibuya, R. Endo, M. Kikuch, K. Nakamura
    • 学会等名
      VertiFarm2019: Workshop on vertical farming, Wageningen, Netherland
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 閉鎖生態系生命維持システムへのアクアポニックス導入の意義2019

    • 著者名/発表者名
      北宅善昭
    • 学会等名
      第63回宇宙科学技術連合講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 宇宙での食料生産・物質循環・健康維持機能を担う植物システムの構築2019

    • 著者名/発表者名
      北宅善昭
    • 学会等名
      第4回探査の将来を考える勉強会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Gateway研究例紹介:生態工学の観点から2019

    • 著者名/発表者名
      北宅善昭
    • 学会等名
      第33回宇宙環境利用シンポジウム、ISAS相模原、神奈川、2019年1月24-25日
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 閉鎖生態系生命維持システムにおける有力栽培作物候補であるサツマイモ2019

    • 著者名/発表者名
      北宅善昭
    • 学会等名
      第33回宇宙環境利用シンポジウム、ISAS相模原、神奈川、2019年1月24-25日
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Gateway研究例―生態工学―2019

    • 著者名/発表者名
      北宅善昭
    • 学会等名
      将来月探査ワークショップ―HERACLES・Gatewayの活用―、東京大学、東京、2019年1月28日
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 宇宙での物質循環型植物栽培システム2019

    • 著者名/発表者名
      北宅善昭
    • 学会等名
      日本宇宙航空環境医学会宇宙基地医学研究会、慈恵医科大学、東京、2019年2月22日
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Importance of air movements for properly controlling gas and heat exchanges between plants and the atmosphere under altered gravity conditions2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Kitaya and H. Hirai
    • 学会等名
      COSPAR 2018, Pasadena, USA, July 14-22, 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Aquaponics integrated by lettuce hydroponics and loach aquaculture in CELSS2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Kitaya, Y. Shimakawa, T. Shibuya, R. Endo, T. Wada and K. Nakamura
    • 学会等名
      COSPAR 2018, Pasadena, USA, July 14-22, 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 月面農場における作物栽培とシステムの提案2018

    • 著者名/発表者名
      渡邊博之、北宅善昭
    • 学会等名
      2018生態工学会年次大会、大阪、2018年6月22-23日
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ドジョウとレタスを組み合わせたアクアポニックスの試行2018

    • 著者名/発表者名
      和田光生、久保裕二、北宅善昭、中村謙治、西口正幸
    • 学会等名
      2018生態工学会年次大会、大阪、2018年6月22-23日
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] レタス栽培とドジョウ養殖を組み合わせたアクアポニックス実用化の可能性2018

    • 著者名/発表者名
      菊池真澄、中村謙治、和田光生、北宅善昭、西口正幸
    • 学会等名
      2018生態工学会年次大会、大阪、2018年6月22-23日
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 面農場における候補作物およびその栽培方法の提案2018

    • 著者名/発表者名
      北宅善昭、渡邊博之
    • 学会等名
      日本生物環境工学会2018年東京大会、東京農工大学 東京、2018年9月18日-21日
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Controlled Ecological Life Support System centered upon sweetpotato hydroponic culture in space2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Kitaya
    • 学会等名
      Memorial Symposium for the Establishment of Institute of Space Nutrition in Tokushima University, Tokushima, November 1, 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Space Farming for Controlled Ecological Life Support2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Kitaya
    • 学会等名
      Special lecture in Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences, November 17, 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 宇宙農場での自給自足生活2018

    • 著者名/発表者名
      北宅善昭
    • 学会等名
      ナレッジキャピタル大学校、大阪、2018年4月18-19日
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [図書] Plant Factory and Space Development, "Space Farm", in Plant Factory Using Artificial Light2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Kitaya
    • 総ページ数
      17
    • 出版者
      Elsevier
    • ISBN
      9780128139738
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [図書] Plant factory and space development, “space farm”, In “Plant Factory Using Artificial Light”2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Kitaya
    • 出版者
      Elsevier Inc
    • ISBN
      9780128139738
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-01-27  

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