JP2012179009A - 植物栽培方法及び体内時計最適化植物栽培装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 植物栽培装置は植物を収容する栽培空間13を有する筐体11と、筐体11の上部に備えられ、栽培空間13に収容された植物の生育に必要な栽培光を照射する光源12と、光源12の点灯を行う光源制御装置21と光源制御装置21を制御するコンピュータ20と、明暗サイクルを設定するための入力手段であるキーボード30と、キーボード30から設定された明暗サイクルを記憶する記憶手段であるメモリ装置22と、栽培空間13内の温度や湿度を表示する表示手段であるディスプレイ40とを有する。当該装置においては、例えば明期11時間、暗期11時間として、暗期の終期が植物の概日リズムにおける夜明け時刻から1〜3時間前となるように光源12が点灯制御される。
【選択図】図3
Description
この方法は、明暗サイクルにおける暗期の終期を、これまでの24時間の明暗サイクル(明期12時間、暗期12時間)における暗期の終期を早め、暗期の終期を光合成活性が低い時間帯、すなわち、植物の体内時計における夜明け時刻から約1〜3時間前、位相で言えば0.92±0.04(rad/2π)の時間帯に設定する方法である。図1は当該制御方法の概念図である。光合成活性に代表される植物代謝はほぼ24時間周期で変動することは知られており、図1(a)に示されるように、明期と暗期が等しい時間からなる24時間の明暗サイクルでは、暗期の終期が体内時計における夜明け時刻に一致する。一方、光合成活性が最小となるのは植物の体内時計における夜明け、つまり暗期から明期に移行する時刻の1〜3時間前であると言われている。この夜明け1〜3時間前の時刻は、光に対する応答性が高まっている時間帯であり、光照射によって体内時計の時刻が数時間前進する時間帯となっている。このことを光による位相前進または位相シフトという。(1)の方法は、図1(b)に示されるように、暗期の終期を夜明け1〜3時間前に設けることにより、植物の体内時刻を位相前進により数時間早め、光合成活性が低くなる時間帯、望ましくは最低となる時間帯を消去するものである。
この方法は、ほぼ連続照射下においてダークパルスと呼ばれる暗期を光合成活性が高い時間帯に設定する方法又はライトパルスと呼ばれる明期を光合成活性が高い時間帯に設定する方法である。この方法は、連続照明下において短時間の暗期又は明期を設定した制御方法であり、ダークパルス又はライトパルスによる引き込み現象を利用した制御方法である。連続照明下においては、2時間程度のダークパルスを一定の周期で与えると植物の概日リズムが当該周期に同調し、ある特定の位相関係に収束する現象(位相ロック)が観察されていることが報告されている(例えば、非特許文献5)。この方法によると、植物の概日リズムが維持されるので連続照明による栽培促進が期待されるだけでなく、短時間の消灯による結果、光源が消費する電力が削減され、さらに温度の急激な変化も少ないので空調機器に与える負荷も少なくなる。
(概日リズムの光質依存性)
ルシフェラーゼ遺伝子を導入したレタス(CCA1::LUC)レタスの概日リズムを測定し、概日リズムに対する光質の依存性を調べた。Fukudaらの方法(Hirokazu Fukuda, Yu Uchida, Norihito Nakamichi,"Effect of a Dark Pulse Under Continuous Red Light on the Arabidopsis thaliana Circadian Rhythm", Environment Control in Biology 46 (2), 123-128, (2008))に従ってルシフェラーゼ遺伝子を組み込んだCisco種、Cos種、Green Wave種の3種のレタスを用いた。
次に、明暗サイクルが異なる照射光を照射してレタスを栽培し、明暗サイクルの相違が植物の生育に与える影響を調べた。
ルシフェラーゼ遺伝子を導入したレタス(CCA1::LUC)を栽培し、レタスの概日リズムを測定した。Cos種とGreen Wave種のレタスに、上記Fukudaらの方法に従ってルシフェラーゼ遺伝子を組み込んだ。
12 光源
13 栽培空間
20 光源制御手段を構成するコンピュータ
40 ディスプレイ
Claims (19)
- 人工的に制御された明暗サイクル下で栽培光を照射して植物を栽培するための栽培光制御方法であって、
前記明暗サイクルは、栽培光が照射される明期と、当該明期における光量よりも少ない光量が照射されるか又は光量のない暗期を有し、
前記明暗サイクルの周期は、前記植物が有する固有のフリーラン周期と異なる周期であり、
前記暗期が光合成活性の低い時間帯に設定されるか又は前記明期が光合成活性の高い時間帯に設定された栽培光制御方法。 - 前記明暗サイクルの周期と前記植物が有する固有のフリーラン周期の差が、該植物の概日リズムの位相同期が可能な時間の範囲内であって、
前記暗期の終期が、光合成活性が低い時間帯に設定された請求項1に記載の栽培光制御方法。 - 前記暗期の終期が、前記植物の体内時計における夜明け時刻から1〜3時間前に設定された請求項2に記載の栽培光制御方法。
- 前記明暗サイクルは、明期の長さと暗期の長さがほぼ等しい明暗サイクルであるか、暗期の長さが明期の長さよりも短い明暗サイクルである請求項2又は3に記載の栽培光制御方法。
- 前記明暗サイクルの周期と前記植物が有する固有のフリーラン周期の差が、3時間以内である請求項2〜4の何れか1項に記載の栽培光制御方法。
- 前記明暗サイクルは、約11時間明期と約11時間の暗期を有する請求項2〜5の何れか1項に記載の栽培光制御方法。
- 前記暗期の長さが前記植物の概日リズムの位相同期が可能な時間であって、
前記暗期が次の(A)(B)の工程によって定められた請求項1に記載の栽培光制御方法。
(A)連続照明条件下におけるフリーラン周期と、単回の暗期を設けた連続照射条件下におけるフリーラン周期とから位相応答曲線を求める工程
(B)該植物における概日リズムの位相同期が可能な時刻内において、光合成活性が低い時間帯に相当する位相と位相応答曲線との交点から、暗期を設ける位相シフトを求める工程 - 前記暗期は、前記植物の体内時計における夜明け時刻から1〜3時間前に設定された請求項7に記載の栽培光制御方法。
- 前記暗期の長さが3時間以内である請求項7又は8に記載の栽培光制御方法。
- 前記明期の長さが前記植物の概日リズムの位相同期が可能な時間であって、
前記明期が次の(A)(B)の工程によって定められた請求項1に記載の栽培光制御方法。
(A)連続照明条件下におけるフリーラン周期と、単回の暗期を設けた連続照射条件下におけるフリーラン周期とから位相応答曲線を求める工程
(B)該植物における概日リズムの位相同期が可能な時刻内において、光合成活性が高い時間帯に相当する位相と位相応答曲線との交点から、明期を設ける位相シフトを求める工程 - 当該明期が、前記植物の体内時計における夜明け時刻から5〜7時間後に設定された請求項10に記載の栽培光制御方法。
- 前記明期の長さが3時間以内である請求項10又は11に記載の栽培光制御方法。
- 人工的に制御された明暗サイクル下で栽培光を照射して植物を栽培する栽培光制御方法であって、
前記明暗サイクルは、栽培光が照射される明期と、当該明期における光量よりも少ない光量が照射されるか又は光量のない暗期を有し、
前記明暗サイクルの周期は前記植物が有する固有のフリーラン周期と異なり、当該明暗サイクルの周期が22時間である栽培光制御方法。 - 人工的に制御された明暗サイクル下で栽培光を照射して植物を栽培する栽培光制御方法であって、
前記明暗サイクルの周期が24〜30時間であって、暗期が1〜3時間、明期が残余時間である栽培光制御方法。 - 人工的に制御された明暗サイクル下で栽培光を照射して植物を栽培する栽培光制御方法であって、
前記明暗サイクルの周期が18〜24時間であって、明期が1〜3時間、暗期が残余時間である栽培光制御方法。 - 請求項1〜15の栽培光制御方法により制御された栽培光下で栽培する第1の栽培期間と、
第1の栽培期間における明暗サイクルの周期と24時間の間の周期を有する明暗サイクルの栽培光下で栽培する明暗周期調整期間を有する植物栽培方法。 - 前記明暗周期調整期間は、明暗周期を漸次短縮若しくは漸次延長した2以上の明暗周期で栽培する栽培期間を有する請求項16に記載の植物栽培方法。
- 植物を収容する筐体と、
植物を栽培するための栽培光を照射する光源と、
前記光源の点灯を制御する光源制御手段を備えた植物栽培装置であって、
当該光源制御手段は、請求項1〜15の何れか1項に記載の栽培光制御方法に従って栽培光を制御する植物栽培装置。 - 明暗サイクルの周期(T)を24時間表示に換算して表示する時計手段を備えた請求項18に記載の植物栽培装置。
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