JP5740762B2

JP5740762B2 - 植物成長又は特性を調節するためのシステム

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Publication number: JP5740762B2
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Inventors: シルヴァインデュベ
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Priority date: 2007-03-23
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Description

本発明は、クロロフィルを有する１またはそれ以上の植物の少なくとも一部の成長又は特性を調節するためのシステムに関するものである。

温室、グロースキャビネット又は倉庫内等の制御された条件下における植物の成長は通常、植物の環境を監視すること、並びに光、水蒸気圧、温度、ＣＯ_２分圧、及び空気の移動等のパラメータを制御することからなる。これにより、環境の微気候が調節され、実証的な方法で成長及び光合成が最適化されることとなる。植物特性もまた調節されると共に、これらの植物特性は、少なくとも植物の一部の定量的な形態学的、生理学的及び生化学的特性を含む。

植物栽培の様々な領域において、植物又は植物の群の生理学的条件を決定する能力を有することにより、光合成反応を気候制御アルゴリズム又はモデルに取り入れることは重要である。作物又は植物材料の光合成の最適化は、関連する光合成過程の現場観察に基づいた成長条件を注意深く計画的に及び操作することにより達成されることができる。関連する短期間の植物反応は、気候制御のみでなく生産過程、肥料、光質及び光強度、作物の品質も介して、成長要件の定義に含まれる。これら全ての反応は最終的に経済的収益に影響する。例えば、林業では毎年何百もの苗木が再植林される。これらの苗木は、最初制御された環境で成長し、そして苗木が成長する間の非常に特異的で重要な時期の間に田畑に移植される。しかし常緑の針葉樹の場合、苗木が生理学的状態に到達すると、苗木の外部への移植が成功する時を外見のみで決定することは難しい。また、制御された環境における光質及び光強度が植物の健康及び経済的収益に最適であるかどうかを、植物の外見から決定することは難しい。同様に、植物のストレス、肥料及び水環境の影響、損傷及び植物の活力に対する物理的ダメージの影響を初期の段階で決定することは、不可能でないにしても、植物の外見に基づいて決定することは難しい。ストレスが植物上に物質的に明らかになるまでに、作物は回復の臨界点を超えてしまう。

温室作物の気候環境、灌漑環境、栄養環境及び光環境を効果的に制御することにより作物の成長及び特性を有益に調節及び制御するため、「植物センサ」とモデルは、システムのフィードフォワード／フィードバック要素に包含されなければならない。ランプ照明光出力等のフィードフォワード制御器は、植物成長に必要な動力をもたらすと共に、温室気候及び光環境中の障害の影響を予期する能力を有し、そして正確に設定された制限の範囲内で実行をする。特定の作物モデルは個々の作物の種のために開発されたものである。この作物モデルは、植物ストレスセンサ及び成長監視センサ（作物センサ）からのデータに基づくものであるべきで、また結果（例：流れ時間）を支配又は調節するため、成長環境（例：光源のスペクトルの質）の変化の利点を予測可能であるべきである。作物センサにより得られたデータはモデルに基づいたアルゴリズム（ソフトセンサ）に結合され、次にこのデータは光強度及び／又は光質における特定の変化を命令する。この変化は植物の成長過程又は特性を有意に影響を及ぼす。

本発明は一般に植物の成長又は植物の特性を調節するためのシステムに関するものである。この調節は、１）温度、気圧、相対湿度、ＣＯ_２、光、及び植物生化学的特性等の植物環境パラメータを測定すること、２）分析結果を伝えること、及び３）フィードフォワード／フィードバックループを用いてシステムを制御することによってなされる。本発明は、クロロフィルを有する少なくとも１つの植物の少なくとも一部の植物成長及び／又は特性を自己維持的な方法で調節する。本発明はこの調節を形態学的及び／又は生化学的特性を変更することにより達成する。形態学的及び／又は生化学的特性とはすなわち、クロロフィルを備える少なくとも１つの植物の光合成、ホルモン調節、二次代謝産物、及び特性である。これらは植物成長の点において作物を管理する又は経済的収益の点において作物の特性を管理するためのものである。

本発明によると、クロロフィルを有する１又はそれ以上の植物の少なくとも一部の成長又は特性を促進するためのシステムが開示される。システムは以下を備える。
・発光ダイオード（ＬＥＤ）等であって、少なくとも１つの植物の一部を照射する少なくとも１つの発光装置
・少なくとも一部を包囲する光を感知する少なくとも１つの光センサ
・少なくとも１つの光センサ、前記少なくとも１つの発光装置間の通信を促進する通信機能
・プロセッサ

光を感知するという用語は、少なくとも１つの植物の部分からの光輝、反射光、及び再発光された光を感知することを含む。実施形態において、少なくとも１つの発光装置は、発光装置からの最小距離「ｄ」に置かれる。実施形態において、「ｄ」は、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０ｃｍのうちの一つである。実施形態において、少なくとも１つの光センサは、発光装置（４）からの最小距離「Ｄ」に置かれる。実施形態において、「Ｄ」は、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０ｃｍのうちの一つである。

プロセッサは少なくとも１つの光センサから通信機能を介してデータを読み込む。プロセッサはデータ及び基準に基づき制御シグナルを発生する。そして、信号は制御信号に基づき、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の少なくとも１つの発光装置を制御する。この制御により少なくとも１つの植物の部分を通信機能を介して照射して、成長及び／又は特性を調節又は促進する。

実施形態において、制御信号は温室の気候制御の一部となる機会を提供する。この機会は例えば、ＣＯ_２の分圧を変更することであり、温室内でシステムがＣＯ_２の分圧制御装置を備える場合のことを言う。制御信号は気候を制御し、植物の成長及びその特性は変更される。本発明における非制限的なものとして、植物の品質の向上、成長、及び成長速度が含まれる。

実施形態において、システムは周辺の光を感知する外部光センサをさらに備える。

基準は静的であることができる「ｓｈｏｕｌｄ基準」である。「ｓｈｏｕｌｄ基準」はどの時点でどの周波数／複数の周波数を表すかを設定する光周波数を備える。データは、少なくとも１つの発光装置により出力された光を変化する可能性のある動力として見られることができる。異なる周波数特性を有する光を放出するいくつかの発光装置の場合、制御信号は発光装置が放出すべきものに関して、光強度及び持続時間が放出すべきものに関して、また、発光装置が放出すべき周波数に関して制御を行う。

実施形態において、基準が植物成長及び発達の過程で変化することができるという点では基準は動的であることができる。基準の目的は制御手段として操作することであり、これにより、制御信号を調整することによって成長が促進されると共に特性の変更がなされる。実施形態において、基準は、結合した実験データ及び理論データに基づいたアルゴリズムに基づくものである。

実施形態において、基準は少なくとも１つのクロロフィル蛍光及び／又は葉の光の反射率に基づくものである。したがって、クロロフィル蛍光及び／又は葉の光の反射率は、基準への動力として用いられることができるパラメータである。これにより、制御信号が少なくとも１つのクロロフィル蛍光及び／又は葉の光の反射率のパラメータによって影響されることとなる。これにより、成長の調節及び植物の特性の調節がもたらされることとなる。

本発明によると、植物の一部のみ、又は林冠、又は植物全部、又はいくつかの植物は、システムによって監視されると共にシステムの影響を受けやすい。プロセッサによりもたらされた制御は他の植物又は植物の部分を制御するのに利用されることができる。

本発明の利点は以下を含む。
・所望の光のスペクトル特性を有する光エネルギへの電気エネルギ変換の高効率を考慮する。
・作物の成長により効率的に光を利用するため、温室産業によるＣＯ_２ガスの排出の削減に貢献する。
・植物によってほとんど吸収されると共に利用される光のスペクトル特性のみを用いることによって、温室産業からの大気中光害を削減することに貢献する。
・成長条件に反応する、或いはその成長条件を変化させる（例えば光をより多くする或いは少なくする、或いは光のスペクトルの質を変化させる）植物の能力をチェック又は評価するための手段を提供する。
・光物理的、光化学的及び光合成のパラメータを監視することにより、継続的な遠隔監視が可能となる。これは、局所的な環境条件を変更するという問題を、制限された葉の試料領域を区切るプローブを用いて回避するためである。
・人工神経回路網システムを用いて、目的とする成長条件における植物の最良のパフォーマンスを達成するための植物自身の要求を知ることができる。
・センサの位置に基づいて、水不足、栄養不足又は栄養過多、ウイルス、菌類又はバクテリア、昆虫及びクモ形類動物により引き起こされるストレスの明確な位置を決定するのに用いられることができる。
・水分ストレスのレベルを示すことができる。
・毒性化合物及び除草剤の影響を示すことができる。
・未知の性質の植物の集団間の光合成突然変異体をスクリーニングすることができる。
・本発明を利用して、温室（又は室内）で育てた作物の味及び風味が改善される。
・また、本発明を利用して、作物の光反射を最適化／最小化することにより、電気エネルギ動力の節約につながる。このことは、最適及び最大の光合成能力の間で光化学を維持しながら光センサを用いて測定することにより達成される。最適容量は光合成及び成長が最適である場所として定義されている。この一方で、最大容量は、芳香族化合物及び保護化合物の産生にエネルギもまた用いられる任意の場所である。

実施形態において、システムはさらに複数の発光装置を備える。この発光装置はより複雑な基準を有することができるという利点をもたらす。実施形態において、複数の発光装置は異なる周波数特性を有する光を放出する。実施形態において、放出された及び／又は反射された光は、光合成過程の少なくとも１つの特性パラメータに関連する。

実施形態において、光センサは少なくとも１つの光強度を測定し、この光強度はＲ（赤色（Red）、６３０から７００ｎｍ）、ＦＲ（遠赤色（Far Red）、７００から７４０ｎｍ）、ＮＩＲ（近赤外色（Near Infrared）、７５０から８５０ｎｍ）、ＩＲ（赤外色（Infra-Red）、８５０から１４００ｎｍ）、又はＰＡＲ（光合成有効放射（photosynthetically active radiation）、４００から７００ｎｍ）の波長のうち少なくとも１つと対応する。これらの範囲において、光は、クロロフィルを有する植物の一部分からの蛍光放射に対応することができる。

実施形態において、光センサは、ＢＧ（青緑色（Blue Green）、４００から６３０ｎｍ）の波長と対応する少なくとも１つの光強度を測定する。これらの範囲において、光は、紫外線遮蔽化合物及び／又はＮＡＤＰＨ産生又は含有を有する植物の一部分からの蛍光放射に対応することができる。

実施形態において、光センサは、ＮＩＲ（近赤外色（Near Infrared）、７５０から８５０ｎｍ）の波長に対応する少なくとも１つの光強度を測定する。これらの範囲において、光は、クロロフィルによって吸収されない光を有する植物の一部からの光反射に対応することができる。

実施形態において、光センサは、ＩＲ（赤外色（Infra-Red）、８５０から１４００ｎｍ）の波長に対応する少なくとも１つの光強度を測定する。これらの範囲において、光は、植物の葉、及び水分含量の細胞配列及び構造配列を表す光反射に対応することができる。

実施形態において、光センサは４００及び７００ｎｍの間の波長の範囲に対応する少なくとも１つの光強度を測定する。これらの範囲において、光は、ＰＡＲ、又は光合成有効放射（Photosynthetically Active Radiation）の定義に対応する光に対応することができる。

実施形態において、監視された光は、少なくとも１つの生化学的物質からの少なくとも１つの生化学的過程を測定することに関連する。

実施形態において、システムは少なくとも１つの送風機をさらに備え、この送風機は、少なくとも１つの植物の一部に関連する空気流を達成し、また制御信号は送風機信号制御をさらに備える。その意図は、接触形態を引き起こす空気移動を誘導し、葉の境界層を乱すためである（これは葉の周囲のガス化合物を混合し、蒸発、水、ＣＯ_２の取り込み及び有益な光合成を増加させるためである）。

実施形態において、少なくとも１つの送風機が、少なくとも１つの発光装置付近に配されて、少なくとも１つの発光装置の冷却を達成する。

実施形態において、少なくとも１つの光センサは、同じ波長幅の蛍光、入射光、又は反射光のいずれかを測定することができる。

実施形態において、システムはさらに、１又はそれ以上のガスメータを備える。このガスメータは少なくとも１つの植物の一部を包囲する空気中のガスレベル（例：ＣＯ_２及び相対湿度）を測定するものである。メータは少なくとも１つの植物に関連している測定距離内に配されると共に、プロセッサに接続されている。

実施形態において、システムは空気流量計をさらに備える。この空気流量計は少なくとも１つの植物の一部の近接近の気流速度を測定するものである。空気流量計は、プロセッサに電気的に接続されている。またシステムはさらに、少なくとも１つの植物の一部を包囲する空気の温度を測定するための温度センサを備える。温度センサはプロセッサに電気的に接続されている。

システムの概略図が示されている。

図１において、システム（１）の概略図が示される。システム（１）は、クロロフィルを有する１又はそれ以上の植物の少なくとも１つの植物の部分（２）の成長及び特性を測定及び／又は調節する。実施形態において、システム（１）は生化学的及び光化学的特性を測定する。システム（１）は少なくとも１つの発光装置（３）を有する。これは、ある実施形態においてはダイオード（ＬＥＤ）であって、少なくとも１つの部分（２）及び少なくとも１つの光センサ（４）を照射するためのものである。この光センサは少なくとも１つの部分（２）からの光を感知するためのものである。また、システム（１）は通信機能（５）を備える。この通信機能（５）は少なくとも１つの光センサ（４）、少なくとも１つの部分（２）を照射するための少なくとも１つの発光装置（３）、及びプロセッサ（６）の間の通信を促進するものである。システムはさらに、プロセッサ（６）を備える。プロセッサ（６）は制御ユニットを備え、この制御ユニットは、データを少なくとも１つの光センサ（４）から通信機能（５）を介して読み込む。このプロセッサ（６）は、データ及び基準に基づいて制御信号を発生すると共に、制御信号に基づいて少なくとも１つの発光装置（３）を通信機能（５）を介して制御し、植物の成長及び特性を促進する。

実施形態において、システム（１）は複数の発光装置（３）を備える。複数の発光装置（３）は異なる周波数特性を有する光を放出する。複数の発光装置（３）は、共通の支持構造体上に分離して又は共に配されることができる。

実施形態において、光は光合成過程の少なくとも１つの特性パラメータ、又は少なくとも１つの生化学的物質に関連している。

実施形態において、光センサは少なくとも１つの光強度を測定し、この光強度は少なくとも以下の１つの波長に対応するものである。
・ＢＧ（青緑色（Blue Green）、４００から６３０ｎｍ）
・Ｒ（赤色（Red）、６３０から７００ｎｍ）
・ＦＲ（遠赤色（Far Red）、７００から７４０ｎｍ）
・ＮＩＲ（近赤外色（Near Infrared）、７５０から８５０ｎｍ）
・ＩＲ（赤外色（Infra-Red）、８５０から１４００ｎｍ）及び
・ＰＡＲ（光合成有効放射（photosynthetically active radiation）、４００から７００ｎｍ）

実施形態において、システム（１）はさらに、少なくとも１つの送風機（７）を備える。この送風機（７）は、少なくとも１つの植物の部分に関連する空気流を達成する。また制御信号はさらに送風機制御信号を備える。送風機制御信号を受信するために、少なくとも１つの送風機が通信機能（５）に接続される。通信機能（５）はＬＡＮ、ＷＬＡＮ、又は通信ケーブルであることができ、これらは当業者の発明性と一致するものである。実施形態において、送風機はランプハウジング内に配され、また専用の送風機制御（１１）によって作動することができる。

実施形態において、少なくとも１つの送風機は少なくとも１つの発光装置付近に配され、少なくとも１つの発光装置の活性空気又は強制空気の冷却を達成する。

実施形態において、少なくとも１つの送風機は、少なくとも１つの発光装置から離れて配され、少なくとも１つの発光装置の冷却を達成する。

実施形態において、システムは、ＵＶ−ＢからＩＲまでの波長の９つの範囲（或いはサブセット又はクラスタ）を有する高出力、高効率のＬＥＤの配列を備える。また、９つの独立したドライバが存在し、ＬＥＤの各範囲を独立して活性化及び制御する。各配列はマイクロプロセッサを備え、直流回路又はパルス振幅変調（ＰＡＭ）電流制御回路内のＬＥＤを制御する。各範囲に関し、ドライバはユーザによってプログラム可能であって、変調の周波数及び負荷サイクルを変更する。

実施形態において、温度センサは、ＬＥＤチップ（Ｔ_ｊ）の接点付近の温度を監視するため関連する位置に配される。実施形態において、ＬＥＤの各範囲は回路盤／基盤上に熱負荷を分配するような方法で配置される。概算の接点温度が最大作動温度を超える場合、マイクロプロセッサはドライバのスイッチを切るようプログラムされることができる。実施形態において、本システムに接続される環境監視システムが存在する。環境監視システムは環境大気温度計、環境光センサ、ガスセンサ（ＣＯ_２、相対湿度、その他）を有する。

実施形態において、特定のカラーフィルタが搭載されている光ダイオードはシステム内に含まれている。

実施形態において、ＣＣＤカメラ（charged coupled device（電荷結合素子）カメラ）又は他の撮像装置は、ステップモータ制御のフィルタホイールが搭載されている。

実施形態において、少なくとも１つの発光装置はハウジングと共に提供されることができる。このハウジングは反射体を有し、所定の光のパターン及び光の領域を照らす。また、発光装置はハウジング上にバッフルを有し、葉の周囲に乱気流を作り出すことを支持する。実施形態において、１又はそれ以上の送風機が用いられることができ、これによりランプを冷却する空気流を作り出す。またハウジングにより、発光装置が効率的に熱を伝達することとなる。実施形態において、ハウジングはハウジングの端部に開口部を有し、この開口部はランプから放出される光の方向と反対にある。開口部により空気が通過することが可能となり、発光装置内部に冷却効果がもたらされることとなる。

実施形態において、センサはハウジング内又は発光装置付近に配される。

ランプを制御するプロセッサは以下の実施形態を提供するよう設計される。
・ＬＥＤは最大電流でパルスを出し、最大光度を時間間隔で得ることができる。時間間隔の非制限的な例は、１−３秒、及び０．５から５秒を含む。
・ＬＥＤは変調モードで駆動されることができる。変調モードはいわゆる「パルス幅変調電力波形」である。可変の負荷サイクルは、ＬＥＤの出力を急激な上昇及び下降時間と共に変更することができる。その一方、電流は一定に保たれている。オンタイムは２０μｓから２．５ｍｓの範囲内である。実施形態において、オフタイムは５００μｓを超過しない。
・ＬＥＤは継続モード（直流）でその典型的な電気的特性において駆動されることが可能である。
・ＬＥＤは、効率的な冷却をもたらす一方で、典型的な公称電流値の４−５倍のパルスモードで駆動されることが可能である。

実施形態において、システムはさらに、測定されたセンサからの少なくとも１つの通信出力の手段と、通信機能に接続された少なくとも１つのＬＥＤへの通信制御信号を備える。通信機能は、ＬＡＮ、ＷＬＡＮ、又は通信ケーブルであることができ、これらは当業者の発明性と一致するものである。

実施形態において植物生理機能及び植物形態は、好ましい高さ、分枝、特定の葉の領域、生物季節及び植物バイオマスに変換される。

実施形態において、植物の生化学的特性は調節されて、香料作物の香料物質の含有量を変化させる。

実施形態において、作物生産量は継続的に、即座に監視されると共に通信が行われる。

実施形態において、作物生産量（作物生育）はシステムの電気動力の知識及び操作にしたがって管理される。

実施形態において、いかなる変更も栽培者への個別の必要性に対し明確であり、また特定の作物の要件に基づくものである。

実施形態において、クロロフィル及び／又は補助色素の合成は上方制御又は下方制御され、作物の葉の色づきにおける変化を結果としてもたらす生化学的特性を変更する。

実施形態において、最初の蛍光パラメータのＦｏは光センサによって決定される。この決定は、（他の）環境光がない場合は、発光装置を制御することにより達成される。一方で、環境光が存在する場合は、Ｆｏは、Ｒ_８００／Ｒ_５５０の対数として測定されたクロロフィルの指数から算出される。この時、Ｒは反射（reflectance）であり、８００及び５００は波長（単位：ｎｍ）である。光の反射Ｒは光センサ（４）によって測定されている。

実施形態において、システムはマシンビジョン及びマルチスペクトル反射画像処理を用いて、様々な植物の上部に投射された林冠領域（TPCA: Top Projected Canopy Area）及び１つの植物の上部に投射された葉の領域（TPLA: Top Projected Leaf Area）を決定する。

実施形態において、システムは、その変異体の光阻害への感度を分析することによって光合成突然変異体を識別する手段を提供するよう用いられることができる。この分析は、強い光に長時間さらされることにより生じた照射ストレスの前及び後にΦ_PSIIを測定することによりなされる。また、システムは、条件付きの環境処遇（高ＰＡＲ、低ＰＡＲ、青色光、赤色光、紫外線光、高ＣＯ_２）を必要とする変異体の成長を可能とする手段を提供する。

実施形態において、システムは、エピクチクラワックス及び気孔制御を促進しながら葉の厚さを増大させる手段をもたらすために用いられることができる。

実施形態において、多数のアルゴリズムが存在する。
制御アルゴリズムの第１の実施形態はクロロフィル蛍光に基づくものである。クロロフィル蛍光により、生体内光合成評価の非貫入、非有害及び反復的な評価が可能になる。クロロフィル蛍光は、データを光合成量子収量の限度容量の全体に、Ｆｖ／Ｆｍ、光化学系ＩＩ光化学効率Φ_ＰＳＩＩ及び蛍光消光率の定量化を介してもたらす。成長する植物の生理学的ストレスの範囲を決定する可変蛍光の使用は、高感度で、信頼性の高い汎用ツールであり、これを用いて、もたらされた光子を利用する植物の能力を特徴付ける。

制御アルゴリズムへの動力は、植物のＦｏ、Ｆｍ、Ｆｐ、Ｆｔ（Ｆｓ）、Ｆ'ｍ、及びＦ'ｏ等のパラメータを含み、これらは指標値の計算のための値（Ｆｖ／Ｆｍ、Ｆｖ／Ｆｏ、Φ_ＰＳＩＩ、Ｆｓ／Ｆｏ、Ｆ'ｖ／Ｆ'ｍ等）と、消光係数（ＮＰＱ、ｑ_Ｎ及びｑ_Ｌ等）をもたらす。システムは植物の可変クロロフィル蛍光の産生及び測定手段をもたらす。この植物は、ランプ（区切られた領域であることができる）の下で、例えば４４０、６９０、及び／又は７３５ｎｍのクロロフィル蛍光等の波長の状態で存在する。システムは継続的に成長条件を最適化し、高速な成長率及び高順化指数を得る。このことは、クロロフィル蛍光の非光化学的消光ＮＰＱ、ｑ_Ｎ及び光化学的ｑ_Ｌ間の正確で継続的なバランスによって得られる。

制御アルゴリズムへの動力は、気孔コンダクタンスにおける変化等のパラメータを含む。Ｆｓ及び気孔コンダクタンス間には相関関係が存在している。この相関関係を用いて、Ｆｓの適正な監視は、水分ストレス及び水の超過使用量間の限界において植物を維持するために、いつ灌漑を適応しなければならないかを決定するのに有益なツールである。また、気孔閉鎖能力を評価するための手段がもたらされる。この評価は、暗闇において蒸発を監視すること、及び／又は区切られたスペクトル品質の特定の光線処理を適用する際の蒸発率内の変化における反応を介して監視することによりなされる。また、システムはｇ_ｓ（気孔コンダクタンス）を減少させる成長環境提供手段において、ＣＯ_２の部分圧を増加させる信号を提供することが可能である。これにより次の移植を促進する水分状態が改善される。気孔コンダクタンスを評価するために用いられる変数は以下の通りである。
（１）Ｆ_ｏ（暗順応状態において測定された初期又は高速のクロロフィル蛍光）
（２）Ｆ_ｔ及び／又はＦ_ｓ（ゆっくりとした又は定常状態の変数のクロロフィル蛍光（秒から時間へ））

実施形態において、制御アルゴリズムは神経回路網（ＮＮ）に基づいており、システム内部に実装されている。ＮＮによって獲得されたモデルは、特にプログラムされた成長条件下において、植物種、成長段階、成長能力に特有の識別及び制御システムを提供する。ＮＮによって獲得されたモデルは、様々な植物の短期及び長期の反応、そしてパフォーマンスを予測するのに用いられる。このようなアルゴリズムは、所定時間内に植物が最高のパフォーマンスを達成するための手段を提供する。またこのアルゴリズムは、予想される（期待される）最高のパフォーマンスを達成していない植物をすばやく検出し識別する手段をもたらす。また、アルゴリズムは、成長及び「収穫時期へ到達する時間」、又は「最低限の品質基準」を操作されたＮＮデータから得られたパラメータから獲得する時間及び費用を予測する手段を提供する。ＮＮデータは実験的な作物データから、また以下を監視することにより操作される。
（１）葉の温度
（２）ＣＯ_２吸収の量子収量
（３）放射照度
（４）可変蛍光
（５）植物の成長段階
（６）成長率における植物の変化
（７）クロロフィル含有量の推定
（８）紫外線遮蔽組成物の推定
（９）ＬＡＩ（Leaf Area Index：葉面積指数）の推定
（１０）ＴＰＣＡ（上部に投射された林冠領域）
（１１）ＰＲＩ（Photochemical Reflectance Index：光化学反射指数、ＰＲＩ=（Ｒ５３１−Ｒ５７０）／（Ｒ５３１＋Ｒ５７０））
（１２）Ｒ８００／Ｒ５５０の対数としてのクロロフィル指数
（１３）「緑色」ＮＤＶＩ（Normalized Difference Vegetation Index：正規化差植生指数）＝（ｎｉｒ−ｇ）／（ｎｉｒ＋ｇ）。「ｎｉｒ」は８００ｎｍの光反射であって、「ｇ」は５５０ｎｍの光反射である。
（１４）植物種及び／又は栽培品種

システムの実施形態において、制御アルゴリズムは気孔開口を引き起こすための処理に基づくものである。システムは気孔開孔部の制御を引き起こすための手段を、ＵＶ−Ａ又は青色領域（４５０ｎｍでピーク）の波長の光放射を適応することによって提供する。この時、不適格な葉における水利用効率を減少させてしまう広帯域（多色）光を用い光合成を引き起こす必要がない。青色光のみ、又は青色と赤色光との組み合わせは、様々な植物における気孔開口を刺激し、緑色光はその過程を逆転して気孔を閉じる。本実施形態における動力は以下の通りである。
（１）葉の周囲の風速、又は空気移動速度、又は空気流の質量流量
（２）葉の温度の推定
（３）周辺光照射
（４）葉がない或いは植物の広帯域光の残余が存在する場合の広帯域光照射の初期又は全て（紫外線から赤外線まで）
（５）照射又はＰＡＲ（Photosynthetically Active Radiation：光合成有効照射（４００ｎｍ−７００ｎｍ））
（６）可変クロロフィル蛍光（３つの異なるタイムスケール）
（７）ランプの下の作物／葉のマルチスペクトル反射
（８）その他のガスセンサ（存在又は非存在、濃縮、増加率）
（９）成長領域の温度

システムの実施形態において、制御アルゴリズムは気孔開口を引き起こすと共に光合成を測定する処理に基づくものである。本実施形態における動力は以下の通りである。
（１）葉の周囲の風速、又は空気移動速度、又は空気流の質量流量
（２）葉の温度の推定
（３）周辺光照射
（４）葉がない或いは植物の広帯域光の残余が存在する場合の広帯域光照射の初期又は全て（紫外線から赤外線まで）
（５）照射又はＰＡＲ（Photosynthetically Active Radiation：光合成有効照射（４００ｎｍ−７００ｎｍ））
（６）可変クロロフィル蛍光（３つの異なるタイムスケール）
（７）ランプの下の作物／葉のマルチスペクトル反射
（８）その他のガスセンサ（存在又は非存在、濃縮、増加率）
（９）成長領域の温度

実施形態において、制御アルゴリズムは順化指数の決定のための手順に基づくものである。この決定は、ランプの下で成長する植物の光化学系ＩＩ光化学効率Φ_ＰＳＩＩの光化学的効率のためになされる。
Φ_ＰＳＩＩ＝[Ｆ_ｍ−Ｆ'_ｍ]／Ｆ'_ｍ
（１）最初に、電子伝達鎖の酸化は、光源にさらされている植物を励起することにより達成される。この励起は、ＩＲ放出光のみを有する光源の一部を用いて数秒間電源を入れた状態にすることによりなされる。
（２）Ｆ_ｍを獲得するため、最大電力又は励起光の強い閃光は、装置により制御されたＤＣ−４に対して最大又は十分な電力を用いて電源を入れることによって、及び、持続時間が０．５から１．５秒（通常１秒未満）の光の閃光のため電源を入れるよう設定された全ての色の範囲（ＣＲ１からＣＲ８）を用いて電源を入れることによって獲得される。周知（Ｉ_{ＴＯＴＡＬ}）の強度のこの光の閃光は、ランプの下の植物からの可変クロロフィル蛍光（Ｆ_ｍ）の引き起こされた最大ピークを獲得するために用いられる。
（３）成長用の光は電源が入った状態に留まるよう設定され、植物は定常状態の光合成に到達可能であり、またＦ_ｓに到達する可変蛍光動力学に到達することが可能である。
（４）励起光のその他の強い閃光は、装置により制御されたＤＣ−４に対して最大又は十分な電力を用いて電源を入れることによって、及び、持続時間が０．５から１．５秒（通常１秒未満）の光の閃光のため電源を入れるよう設定された全ての色の範囲（ＣＲ１からＣＲ８）を用いて電源を入れることによって獲得される。周知の強度のこの光の閃光は、ランプの下の植物からの可変クロロフィル蛍光（Ｆ'_ｍ）の引き起こされた最大ピークを獲得するために用いられる。
（５）Ｆ_ｍ及びＦ'_ｍの値は、Φ_ＰＳＩＩを計算するために適用される。
（６）１から７の手順は、毎日又はその他の所望の間隔で何回も繰り返される。全ての値は読み込みの時間を伴う。
（７）蛍光順化指数はΦ_ＰＳＩＩの発展を以下の方法において評価することにより獲得される。
ＡＩ_ＰＳＩＩ＝（Φ_{ＰＳＩＩｔ２}−Φ_{ＰＳＩＩｔ１}）／（ｔ_２−ｔ_１）
（８）獲得した値から、順化誘導ストレスを継続する、又は軽減する、又は継続しないということに応じ、決定がなされる。負の値に対する相対速度の変化又は負の値は、一定のストレスへの適応が不成功であったということを示すことができるが、一方で正の値は順化計画過程の改良を示すものである。

制御アルゴリズムのいくらか又は全ては以下の変数の動力を含む。
（１）［Ｉ_{ＴＯＴＡＬ}−Ｉ_{ＲＥＭＡＩＮＩＮＧ}］＝Ｉ_ＡＢＳ（植物材料による）
（２）Ｆ_Ｏ（暗順応状態において測定された最初又は高速のクロロフィル蛍光）
（３）Ｆ_ｍａｘ（暗順応状態からの最大ピーク（０．５−１．５秒、通常１秒未満）における可変クロロフィル蛍光）
（４）Ｆ'_Ｏ（明順応状態において測定された高速クロロフィル蛍光）
（５）Ｆ'_ｍａｘ（明順応状態からの最大ピーク（０．５−１．５秒、通常１秒未満）における可変クロロフィル蛍光）
（６）Ｆ_ｔ及び／又はＦ_ｓ（ゆっくりとした又は定常状態の変数のクロロフィル蛍光（秒から時間へ））

動力変数から日常的に計算される或いは一日に何度も計算されるパラメータを以下に示す。
（１）Ｆ_Ｖ／Ｆ_Ｍ＝［Ｆ_ｍａｘ−Ｆ_ｏ］／Ｆ_ｍａｘ
（２）Φ_ＰＳＩＩ（光化学効率）＝［Ｆ_ｍａｘ−Ｆ'_ｍａｘ］／Ｆ'_ｍａｘ
（３）可変クロロフィル蛍光のＮＰＱ又はｑ_ｎの非光化学的消光
（４）可変クロロフィル蛍光のｑ_Ｌ又はｑ_Ｐの非光化学的消光
（５）Ｆｓ／Ｆｏ
（６）ΣＩ_{ＴＯＴＡＬ}
（７）ΣＩ_ＡＢＳ
（８）ＴＰＣＡ
（９）ＬＡＩ
（１０）作物及び／又は個々の植物の相対成長率（ＲＧＲ：Relative growth rate）

動力変数から得られたパラメータは徐々に以下のようになった。
（１）Ｉ_ＡＢＳ＝バイオマス及びバイオマス増加の測定
（２）ｉｎｓｔΦ_ｃｏ２＝ＣＯ_２吸収の量子収量＝Ｐ_ｎ／Ｉ_ＡＢＳ
（３）Ｒ_Ｄ（暗闇での呼吸）＝［ＣＯ_２ｏｕｔ_Ｄ］−［ＣＯ_２ｉｎ_Ｄ］
（４）ＭΦ_ｃｏ２＝ＣＯ_２吸収の量子収量＝［Ｐ_ｎ２−Ｐ_ｎ１］／［Ｉ_ｏ２−Ｉ_ｏ１］
（５）ｇ_ｓ気孔コンダクタンス
（６）Ｆ_Ｖ／Ｆ_Ｍ＝［Ｆ_ｍａｘ−Ｆ_０］／Ｆ_ｍａｘ
（７）Φ_ＰＳ２（光化学効率）＝［Ｆ_ｍａｘ−Ｆ'_ｍａｘ］／Ｆ'_ｍａｘ＝１−［Ｆ_ｓ−Ｆ'_ｍａｘ］
（８）可変クロロフィル蛍光のｑ_Ｎの非光化学的消光
ｑ_Ｎ＝１−Ｆ'ｍ―Ｆ'ｏ／Ｆｍ−Ｆｏ
（９）可変クロロフィル蛍光のＮＰＱの非光化学的消光
ＮＰＱ＝Ｆｍ／Ｆ'ｍ−１
（１０）光化学的蛍光消光のｑ_Ｌ係数
ｑ_Ｌ＝ｑ_ＰｘＦ'ｏ／Ｆ'
（１１）水利用効率（ＷＵＥ：Water Use Efficiency）
（１２）葉の成長における相対成長及び成長率（ＲＧＲ：Relative growth and growth rate）、日内変動

システムにより制御された装置（ＤＣ：Devices controlled）は以下の通りである。
（１）冷却用送風機
（２）電源オン状態の光と電源オフ状態の光
（３）光のスペクトル領域（オン／オフ及び変数）
ＣＲ１＝ＵＶＢ
ＣＲ２＝ＵＶＡ
ＣＲ３＝青色
ＣＲ４＝青緑色
ＣＲ５＝緑色
ＣＲ６＝橙色
ＣＲ７＝赤色
ＣＲ８＝真紅色
ＣＲ９＝近赤外色
（４）強い多色性の光の放射の閃光（周波数及び持続時間）
（５）（空気の）葉の境界層を乱す空気の動き（送風機）
（６）葉の周囲の風速、空気移動速度、又は空気流の質量流量

Claims

少なくとも１つの植物を栽培するための制御された環境に配置されたクロロフィルを有する前記少なくとも１つの植物の成長を促進するためのシステム（１）であって、該システム（１）は、
前記少なくとも１つの植物を照射する複数の発光装置（３）であって、第１の波長範囲の光を放出する第１の発光装置と、前記第１の波長範囲とは異なる第２の波長範囲の光を放出する第２の発光装置と、を含む複数の発光装置（３）と、
前記少なくとも１つの植物の葉の光の反射率と関連した波長範囲に対応する波長範囲の光強度、及び／又は、前記少なくとも１つの植物から放出されたクロロフィル蛍光に対応する波長範囲の光強度を測定し、前記少なくとも１つの植物のクロロフィル蛍光及び／又は葉の光の反射率を含むパラメータを有するデータを決定する、少なくとも１つの光センサ（４）と、
プロセッサ（６）と、
前記少なくとも１つの光センサ（４）、前記複数の発光装置（３）、及び前記プロセッサ（６）間の通信を促進する通信機能（５）と、
を備え、
前記プロセッサ（６）は、
前記少なくとも１つの光センサ（４）から前記通信機能（５）を介してデータを読みとり、
前記データ、及び、少なくとも１つのクロロフィル蛍光及び／又は葉の光の反射率に基づく基準に基づいて制御信号を発生し、
前記複数の発光装置（３）によって発光する光を調節するために、前記制御信号に基づき前記複数の発光装置（３）を、前記通信機能（５）を介して制御するように構成され、その結果、前記少なくとも１つの植物の改善された光合成、ホルモン調節及び／又は二次代謝産物に関して植物の成長を改善するシステム。
前記複数の発光装置（３）が異なる周波数特性を有する光を放出するために、前記制御信号に基づく前記プロセッサ（６）によって個々に制御される請求項１記載のシステム。
前記複数の発光装置（３）は、前記制御信号に基づく前記プロセッサ（６）によって個々に制御可能な複数の配列として配置される請求項１に記載のシステム。
前記発光装置（３）は、ＬＥＤである請求項１〜３の何れか一項に記載のシステム。
前記少なくとも１つの光センサ（４）が少なくとも１つの光強度を測定し、該光強度はＲ（赤色（Red）、６３０から７００ｎｍ）、ＦＲ（遠赤色（Far Red）、７００から７４０ｎｍ）、ＮＩＲ（近赤外色（Near Infrared）、７５０から８５０ｎｍ）、ＩＲ（赤外色（Infra-Red）、８５０から１４００ｎｍ）、又はＰＡＲ（光合成有効放射（photosynthetically active radiation）、４００から７００ｎｍ）の波長のうち少なくとも１つに対応する請求項１記載のシステム。
前記少なくとも１つの光センサ（４）がＢＧ（青緑色（Blue Green）、４００から６３０ｎｍ）の波長に対応する少なくとも１つの光強度を測定する請求項１記載のシステム。
少なくとも１つの送風機（７）をさらに備え、該送風機（７）は、前記少なくとも１つの植物の少なくとも１つの部分（２）に関連する空気流を達成し、また前記制御信号は送風機信号制御（１１）をさらに備える請求項１記載のシステム。
前記少なくとも１つの送風機（７）が前記複数の発光装置（３）付近に配されて、前記複数の発光装置（３）の冷却を達成する請求項７記載のシステム。
前記少なくとも１つの植物の少なくとも１つの部分（２）の近接近にある空気流を測定し、前記プロセッサ（６）に接続された空気流量計（１０）をさらに備えることによって、前記少なくとも１つの植物の前記少なくとも１つの部分（２）の改善された光合成、ホルモン調節及び／又は二次代謝産物に関して植物の成長がさらに達成される請求項１記載のシステム。
前記少なくとも１つの植物の少なくとも１つの部分（２）を包囲する空気中のＣＯ_２又は相対湿度のレベルを測定し、前記少なくとも１つの部分（２）に関連して測定距離の範囲内に配されると共に前記プロセッサ（６）に接続された１又はそれ以上のガスメータ（８，９）をさらに備えることによって、前記少なくとも１つの植物の前記少なくとも１つの部分（２）の改善された光合成、ホルモン調節及び／又は二次代謝産物に関して植物の成長がさらに達成される請求項１記載のシステム。
前記少なくとも１つの植物の少なくとも１つの部分（２）を包囲する空気の温度を測定し、前記プロセッサ（６）に接続された温度センサ（１２）をさらに備えることによって、前記少なくとも１つの植物の前記少なくとも１つの部分（２）の改善された光合成、ホルモン調節及び／又は二次代謝産物に関して植物の成長がさらに達成される請求項１記載のシステム。
前記少なくとも１つの植物の少なくとも１つの部分（２）が少なくとも１つの温室、グロースキャビネット又は倉庫内で成長する請求項１〜１１のいずれか一項に記載のシステム。