| 研究課題/領域番号 |
25660026
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
金地 通生 神戸大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (90211854)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 植物工場野菜栽培 / LEDs / パルス照射 / 養液栽培 / 光合成 / 光利用効率 |
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| 研究実績の概要 |
完全閉鎖型人工光野菜栽培での省エネ型発光ダイオードランプ（Light-Emitting Diodes：LEDs、赤色 660nm:青色 450nm=4:1）の特性を活用する新規な照射方法の開発を目的として、LEDs固有の特性である明滅応答が極めて早いことに着目して、極短明滅パルス照射法の植物成育に及ぼす影響を成長生理学的に検討した。生産栽培が約1～2ヶ月の栄養成長相に限られる葉菜（リーフレタス）を22℃恒温、150µmol/m2/sで養液栽培し、前年度は1～500Hzの明滅パルス照射で栽培を検討したのに対して、今年度はさらに明滅パルス周期を0.1～2×104Hz（5s～25µs点灯/5s～25µs消灯、50%Duty明滅[明時間:暗時間=1：1]、対照として連続照射）に拡大して照射を行い、成長生理特性として成長速度、葉形態、葉内成分への影響を明確にし、特に栄養成長生理に直接的に関連する光合成特性（着生葉によるCO2ガス拡散法とクロロフィル蛍光）に及ぼす影響を明らかにすることに焦点を絞って測定した。
成長量は50％Dutyで最も早い明滅パルス周期50µs (2×104Hz)で連続照射よりも増加し、葉形態は周期の長いパルス光で葉厚が増加した。光合成速度は弱光下（80µmol/m2/s）でパルス光周期を10s (0.1Hz)まで伸ばしても連続光と同等を維持したが、強光下（200µmol/m2/s）ではパルス光周期500ms (2Hz)以上に長くすると連続光より低下した。また，パルス光下で形態形成（展葉）した葉の光合成速度は連続光下で展葉した葉に比べて測定光がパルス光の場合に高い光合成速度を示し、機能的な適応が示唆されたことより、より詳細な光合成反応系の解析を進めることとした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
LEDs光源のパルス照射実験において50%Duty明滅[明時間:暗時間=1：1]と定めてのパルス周期の成長量に及ぼす影響については、実用化の範囲を想定して周期の範囲を当初の予定より広範囲に拡大して行ったことより（～0.1Hz）、明確な差異が認められる周期の範囲について詳細に提言できるところまで進捗している。当初計画ではパルス周期の成長量に及ぼす影響を初年度中に明確化するとしていたが、実験設定をより広範囲なパルス周期試験が可能となる調光機の製作準備に初年度を費やしたことで、明確な結果を得るまでに2ヶ年の実験時間を要した。園芸生産における新たなLEDs照射法開発をできるだけ早く実用化に繋げるためには、実際の野菜工場生産栽培されているリーフレタスでの栽培試験として得た結果がそのまま実用化へ直結できる成果であると考え、特許申請へと進展している。
学術的には特に今年度の着目点として、パルス照射の影響を葉の光合成能力に及ぼす測定光としての短期的な検証に加えて、パルス照射下で形態形成（展葉）させた葉の光合成能力（光合成器官の機能的適応）にも着目して比較検討した結果、パルス周期の半期間が暗条件（消灯）であるにもかかわらず、むしろ光合成能力が若干増加することを見出したことは既報告例がほとんどない新規な知見として、今年度に開催される国内学会並びに次年度に開催される国際学会等に発表できる成果となっている。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究の当初目的は、我が国が世界を先導して開発の基礎から応用までをリードしているLEDs光源の農業生産における最先端栽培技術としての農業法人或いは異業種からの参入事例が増えつつある植物工場野菜栽培事業への早期実用化に資する基礎科学的な知見を集積することにある。LEDsランプは低電力消費且つ長寿命に加えて、植物の成育に最適化した波長構成では熱放射がほとんどないことより、閉鎖型無農薬栽培における省エネ光源としての利用拡大が期待されているが、植物育成用LEDsランプの開発そのものが近年進行中であり、一方で自然界における明滅散乱光条件は森林の林床などに限定されており、その様な成育条件下での光合成生理学的学術知見として参考とする既報がほとんど見当たらない。
そこで極短明滅パルス照射が可能となる特殊なLEDs照射制御装置（栽培法と組み合わせて開発協力企業との共同特許申請を予定）で様々な照射条件を設定して葉菜を栽培し、2ヶ年で集積した成育応答データを学術（植物成長生理学）的に解析するため、特に光合成明反応系に焦点を絞った光応答反応の解析を着生葉レベルから単離葉緑体レベルに亘って多角的に光利用効率を調査することで、出来るだけ早い実用化に向けた基礎的な学術知見を集積する。具体的には、明滅パルス照射の周期を一時的に変えた照射条件下で無傷葉によるCO2取込速度（LI-6400によるガス拡散法）とクロロフィル蛍光反応の測定（FP100-Maxによる蛍光消光測定）、単離葉緑体チラコイド断片による光化学反応系活性（液相酸素電極法）を測定し、光利用効率から成長を論じることでLEDsランプ制御でしか為し得ない特殊な照射栽培法の開発へと進展させるための研究として推進する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初の計画では当該年度（2014年度）中に国内学会への発表を計画していたが、栽培実験装置の中核となるLEDs光源の極短明滅照射制御装置の製作が実施当初年に約半年以上遅れたことより、再現性の確認を含めた栽培実験が同様に2014年度にずれ込んで遅れたため、発表を次年度に見送ることでそれに要する計画であった当年度の旅費の支出を次年度に見送ったためである。
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| 次年度使用額の使用計画 |
2015年度に早期（５月予定）に開催される国内学会での成果発表を行うための旅費として支出を予定している。
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