JP5757898B2 - 植物イオン電荷測定装置と植物イオン電荷測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、植物の環境応答における生理作用で放出するイオンの電荷を測定する植物イオン電荷測定装置と植物イオン電荷測定方法に関する。

植物は、食物連鎖の出発点に位置するものであり、ヒトを含めてあらゆる動物は、この食物連鎖の中で生きており、食物連鎖の出発点に位置する植物がつくった有機物を、生存のための栄養源としてとり入れ、それぞれの命をつないでいる。従って、植物の生理作用を研究し解析することは、ヒトにとって、食料、医療の観点から、非常に重要である。

しかし、植物を取り巻く環境は植物に対して直接に影響する。植物の環境応答には、光に対する応答、概日リズム、水分環境に対する応答などがあるが、これらの環境応答による生理作用において、細胞や組織内のイオンの放出や移動や吸収が関係していることはよく知られている。

光に対するでは（ａ）光化学反応ＩＩと光化学反応Ｉとにより水（Ｈ_２Ｏ）は分解されて酸素（Ｏ_２）とプロトン（Ｈ^＋）、電子（ｅ⁻）を発生し、カルビン回路によって二酸化炭素（ＣＯ_２）が３ＡＴＰと２ＮＡＤＰＨ、２プロトン（Ｈ^＋）の作用によって、多糖類に固定される（非特許文献１，２参照）。

次に、（ｂ）孔辺細胞にはＫ^＋、Ｃｌ⁻、Ｃａ^２＋などのイオンチャネルがあり、細胞内へのこれらのイオンの出入りが気孔の開閉に関係する。

また、（ｃ）水や乾燥に対する応答では、細胞内の浸透圧調整に、正（ポジティブ）と負（ネガティブ）イオンが制御因子として働いている。そして、さらに（ｄ）高度の乾燥状態では、過剰な光量子エネルギーによって生じた活性酸素（Ｏ₂ ⁻）やヒドロキシルラジカル(ＯＨ⁻)によって、葉の細胞が光阻害を受ける。これら（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の環境応答において、細胞や組織内のイオンが電気化学的な反応をすることでストレスに対応している。

植物から放出される気体やイオンに関しては、酸素や水蒸気やエチレンのような気体は、葉の気孔とクチクラを通って空気中に放出される。一方イオンについては、細胞や組織内の生理作用に対応して生じたイオンは、水蒸気蒸散と同じように、気孔やクチクラを通して空気中へ放出されていると考えられるが、現在のところは確認されていない。

ところで、これまで植物の電気生理学の分野では、植物細胞内のイオン濃度差による膜電位や葉面電位などの電位を測定することによって、環境ストレスに起因して細胞内で起こる生理現象の研究が行われてきた。しかし、植物の体外に放出されるイオンやイオン電荷を測定する研究はなかった。

植物の生理作用に対応して空気中に放出される、イオンまたはイオンの電荷を直接測定することができなかった理由は、放出されるイオンの量が極めて微量であり、現在の技術では測定が不可能なためである。なお、ここで従来の市販の高精度空気イオン測定器の分解能のレベルを説明しておくと、ＵＳＡ
Ａｌｐｈａ Ｌａｂ．Ｉｎｃ製ＡＩＣ−１０００では１０〜２００万（個／ｃｍ^３あるいは個／ｃｃ）であり、植物の生理作用で放出されると予想される０．３〜６（個／ｃｍ^３）程度のイオンを、市販の測定器では測定することは困難である。

ところで、本発明者らは、放射線計測の分野で、微量な気相中の電荷を測定できる技術を既に開発している。すなわち、本発明者らは磁気浮上電極電離箱（Magnetically Levitated electrode Ionization Chamber 、以下ＭＡＬIＣ）を開発し（特許文献１参照）、磁力で浮上した電荷収集電極によって電離箱内の電離電荷を積分的に収集することに成功した。さらにまた、本発明者らは、この電離箱を用いて光触媒活性定量測定装置と光触媒活性定量測定方法を開発し、従来測定不能であった、光触媒反応によって生成される中間体の電荷を測定することにも成功した（特許文献２参照）。

特許２９３５３６２号 特許４５７１１７０号

東京大学光合成教育研究会編，「光合成の化学」，ｐ.９１−１１６，東京大学出版会，２００９年 寺嶋一郎編，「環境応答」，ｐ.４０−４５，ｐ.８０−８４，朝倉書店，２００１年

以上説明したように、植物の生理作用によって空気中に放出されるイオンまたはイオンの電荷を非破壊的にリアルタイムで測定する技術が存在しなかった。もし植物の生理作用で放出されると予想される６個／ｃｍ^３程度さらにそれ未満の微量なイオンの量を計測することができれば、植物の環境応答に対する生理作用をリアルタイムでかつ非破壊的な方法で測定することができる。

また、この微量なイオンの量を計測して得られたデータと植物生理学や分子細胞学などの知見とを総合することにより、光やストレス応答などの生体メカニズムを解明することが可能になり、高機能植物の研究開発や、植物工場での植物の生育制御研究などに大きく貢献できることが予想できる。

本発明は、植物の環境応答による生理現象を非破壊的にかつリアルタイムで知ることが可能で、光やストレス応答などの植物の生体メカニズムの解明や高機能植物の研究開発、さらには植物工場での生育制御研究などに寄与する植物イオン電荷測定装置を提供することを目的とする。

本発明の植物イオン電荷測定装置は、植物を収納し内部に収容された空気に植物から放出されたイオンを含有せしめることができる植物容器と、内壁に対向電極が具備され周囲の大気から取り込んだ空気を収容することができる第１電離箱と、第１電離箱内に収容され磁気浮上する第１電極と、第１電極を帯電させるための第１静電帯電器と、第１電極に帯電している電荷を測定するための第１非接触電荷読取部とを具備し、第１電極と第１電離箱の対向電極との間の電界により第１電離箱内に含まれるバックグラウンドの電荷を第１電極に収集する第１磁気浮上電極電離箱と、第１電離箱と同一容量で内壁に対向電極が具備され植物から放出されたイオンを含有する空気を収容できる第２電離箱と、第１電極と共通の構成を有し第２電離箱内に収容されて磁気浮上する第２電極と、第２電極を正に帯電させるための第２静電帯電器と、第２電極に帯電している電荷を測定するための第２非接触電荷読取部とを具備し、第２電極と第２電離箱の対向電極との間の電界により植物容器内で植物から放出された負の電荷とバックグラウンドの電荷を第２電極に収集する第２磁気浮上電極電離箱と、第１電離箱と同一容量で内壁に対向電極が具備され植物から放出されたイオンを含有する空気を収容できる第３電離箱と、第１電極と共通の構成を有し第３電離箱内に収容されて磁気浮上する第３電極と、第３電極を負に帯電させるための第３静電帯電器と、第３電極に帯電している電荷を測定するための第３非接触電荷読取部とを具備し、第３電極と第３電離箱の対向電極との間の電界により植物容器内で植物から放出された正の電荷とバックグラウンドの電荷を第２電極に収集する第３磁気浮上電極電離箱と、第２電極と第１電極で測定した電荷量の差に基づいて植物から放出された負のイオンの電荷を測定するとともに、第３電極と第１電極で測定した電荷量の差に基づいて植物から放出された正のイオンの電荷を測定する測定部と、を備えたことを主要な特徴とする。

本発明の植物イオン電荷測定装置によれば、植物の環境応答による生理現象を非破壊的にかつリアルタイムで知ることが可能で、光やストレス応答などの植物の生体メカニズムの解明や高機能植物の研究開発、さらには植物工場での生育制御研究などに寄与することができる。

本発明の実施の形態1における植物イオン電荷測定装置の全体構成図 本発明の実施の形態1における植物イオン電荷測定装置の電離箱の説明図 本発明の実施の形態１の植物イオン電荷測定装置で測定した実施例1の各電離箱のイオン電荷の測定結果図 本発明の実施の形態１の植物イオン電荷測定装置で測定した実施例1の正味の正の電荷と負の電荷の測定結果図 本発明の実施の形態１の植物イオン電荷測定装置で測定した実施例２の正味の正の電荷と負の電荷の測定結果図 本発明の実施の形態１の植物イオン電荷測定方法のフローチャート

本発明の第１の形態は、植物を収納し内部に収容された空気に植物から放出されたイオンを含有せしめることができる植物容器と、内壁に対向電極が具備され周囲の大気から取り込んだ空気を収容することができる第１電離箱と、第１電離箱内に収容され磁気浮上する第１電極と、第１電極を帯電させるための第１静電帯電器と、第１電極に帯電している電荷を測定するための第１非接触電荷読取部とを具備し、第１電極と第１電離箱の対向電極との間の電界により第１電離箱内に含まれるバックグラウンドの電荷を第１電極に収集する第１磁気浮上電極電離箱と、第１電離箱と同一容量で内壁に対向電極が具備され植物から放出されたイオンを含有する空気を収容できる第２電離箱と、第１電極と共通の構成を有し第２電離箱内に収容されて磁気浮上する第２電極と、第２電極を正に帯電させるための第２静電帯電器と、第２電極に帯電している電荷を測定するための第２非接触電荷読取部とを具備し、第２電極と第２電離箱の対向電極との間の電界により植物容器内で植物から放出された負の電荷とバックグラウンドの電荷を第２電極に収集する第２磁気浮上電極電離箱と、第１電離箱と同一容量で内壁に対向電極が具備され植物から放出されたイオンを含有する空気を収容できる第３電離箱と、第１電極と共通の構成を有し第３電離箱内に収容されて磁気浮上する第３電極と、第３電極を負に帯電させるための第３静電帯電器と、第３電極に帯電している電荷を測定するための第３非接触電荷読取部とを具備し、第３電極と第３電離箱の対向電極との間の電界により植物容器内で植物から放出された正の電荷とバックグラウンドの電荷を第２電極に収集する第３磁気浮上電極電離箱と、第２電極と第１電極で測定した電荷量の差に基づいて植物から放出された負のイオンの電荷を測定するとともに、第３電極と第１電極で測定した電荷量の差に基づいて植物から放出された正のイオンの電荷を測定する測定部と、を備えたことを特徴とする植物イオン電荷測定装置である。この構成によって、植物の環境応答による生理現象を非破壊的にかつリアルタイムで知ることが可能で、光やストレス応答などの植物の生体メカニズムの解明や高機能植物の研究開発、さらには植物工場での生育制御研究などに寄与することができる。

本発明の第２の形態は、第１の形態に従属する形態であって、第１電離箱、第２電離箱及び第３電離箱の対向電極が導電性塗料の皮膜であることを特徴とする植物イオン電荷測定装置である。この構成によって、簡単な構成で電離箱内のイオンを電界によって電極に収集することができる。

本発明の第３の形態は、第１または第２の形態に従属する形態であって、第１電離箱、第２電離箱及び第３電離箱に空気を導入するエアー流入路の内周に導電性塗料の皮膜が形成されていることを特徴とする植物イオン電荷測定装置である。この構成によって、パイプ内でのイオンの再結合を防ぐことができる。

本発明の第４の形態は、同一容積の電離箱に磁気浮上する第１電極、第２電極及び第３電極がそれぞれ収容された第１磁気浮上電極電離箱、第２磁気浮上電極電離箱及び第３磁気浮上電極電離箱を設け、第１磁気浮上電極電離箱の電離箱には周囲の大気から取り込んだ空気を収容して対向電極と第１電極との電界により第１電極にバックグラウンドの電荷を収集し、第２磁気浮上電極電離箱の電離箱には植物容器内で植物から放出されたイオンを含有する空気を収容して対向電極と第２電極との電界により第２電極に植物から放出された負の電荷とバックグラウンドの電荷を収集し、第３磁気浮上電極電離箱の電離箱には植物容器内で植物から放出されたイオンを含有する空気を収容して対向電極と第３電極との電界により第３電極に植物から放出された正の電荷とバックグラウンドの電荷を収集し、第２電極と第１電極で測定した電荷量の差に基づいて植物から放出された負のイオンの電荷を測定するとともに、第３電極と第１電極で測定した電荷量の差に基づいて植物から放出された正のイオンの電荷を測定することを特徴とする植物イオン電荷測定方法である。この構成によって、植物の環境応答による生理現象を非破壊的にかつリアルタイムで知ることが可能で、光やストレス応答などの植物の生体メカニズムの解明や高機能植物の研究開発、さらには植物工場での生育制御研究などに寄与することができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態1における植物イオン電荷測定装置の全体構成について説明する。図１は本発明の実施の形態1における植物イオン電荷測定装置の全体構成図、図２は本発明の実施の形態1における植物イオン電荷測定装置の電離箱の説明図である。

本発明の植物イオン電荷測定装置は、図１のように磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ａ），（ＭＡＬIＣ_Ｂ），（ＭＡＬIＣ_Ｃ）、植物を入れるコンテナ１３（本発明の実施の形態１の植物容器）、エアー流入装置１６、さらに制御演算部１１（コンピュータ）とから構成されている。磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ａ）はバックグラウンド電流（電荷）を検出して参照するためのもので、基本的構成として、磁気浮上する電荷収集電極３ａを内蔵する電離箱２とファラデーケージ５（非接触電荷読取部）とで構成されている。

また、磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ｂ）は実施の形態１では正の電荷検出用のもので、同じく磁気浮上する電荷収集電極３ｂ（負電極）を内蔵する電離箱２とファラデーケージ５（非接触電荷読取部）とで構成される。

磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ｃ）は負の電荷検出用のもので、磁気浮上する電荷収集電極（正電極）を内蔵する電離箱とファラデーケージ５（非接触電荷読取部）とで構成される。

電荷収集電極３ａ，３ｂをポジティブ（以下、ポジティブを正ともいう）に帯電したときは、アースされた電離箱２の内壁の皮膜１４は、静電誘導によりネガティブ（以下、ネガティブを負ともいう）になる。この皮膜１４が、実施の形態１の対向電極（アース電極）である。また、電荷収集電極３ａ，３ｃを負に帯電したときは、アースされた電離箱２の内壁の皮膜１４は、静電誘導により正になる。この皮膜１４が対向電極（アース電極）となる。磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ｃ）でいえば、電離箱２内の空気中の電離電荷は、負の電荷が電荷収集電極３ｃに、正の電荷は内壁の皮膜１４に収集される。磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ｂ）ではその逆が収集される。電荷収集電極３ａ，３ｂ，３ｃの電荷は、リフト７を昇降してファラデーケージ５で読み取られ、エレクトロメータ１０を経て制御演算部１１で処理されてディスプレー１６に表示される。ファラデーケージ５、エレクトロメータ１０、制御演算部１１が、本発明の実施の形態１の測定部に相当する。

ところで、このように磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ａ），（ＭＡＬIＣ_Ｂ），（ＭＡＬIＣ_Ｃ）を磁気浮上させた理由を説明する。電荷収集電極３ａ，３ｂ，３ｃの電荷を測定するに当たって、（１）電極をコンデンサのように一定時間電荷を帯電し、その差を非接触で測定する方法と、（２）電極の収集電荷を直流電流として導いて測定する方法の２種類の方法が考えられる。

しかし、電荷収集電極に掃引される正負の電荷は、空気中を移動する空間電荷であり、１０^−１５Ａ以下の電流であって、きわめて微弱な電流である。そして、電荷集電極３ａ，３ｂ，３ｃに蓄えられた正または負の電荷を読み出すときに、エレクトロメータ１０に繋がれた接点を、電荷収集電極３ａ，３ｂ，３ｃに通電状態で接触させると、必ず不規則電荷が発生し、この大きさは無視できない。とりわけ微弱な電流の測定ではこの大きさは無視できなくなる。さらに、電荷収集電極３ａ，３ｂ，３ｃを保持する絶縁体からは常に微小のリーク電流が流れる。

そのうえ、環境放射線を考えると、この放射線で生じる空気などの電離電流は１０^−１５Ａのレベルであるため、空間を移動する１０^−１５Ａ以下の微弱な空間電荷を測定することは、いかに高感度のエレクトロメータや増幅回路を使っても、本質的にバックグラウンドを含んでおり、このバックグラウンドのほかに上記不規則なノイズ、リークが加わるのではこれにより何の値を測定しているのか分からなくなる。言い換えれば（２）の方法で電荷収集電極の電流を測定することは困難である。

このため本発明の実施の形態１では基本的に（１）の方法に拠って電荷の測定を行う。ここで時間をｔ、静電容量をＣとすると、電荷Ｑ、電圧ｖ（対向電極との電位差）、電流ｉとの間には、Ｑ＝Ｃｖ、ｄＱ／ｄｔ＝ｉのよく知られた関係がある。従って、実施の形態１においては、以下、電荷集電極の電荷Ｑ、電荷の減少量ΔＱ＝Ｑ_１−Ｑ_２を測定する。しかし、これは電圧ｖを測定することとも言えるし、単位時間Δｔ当たりの電荷の減少（増加）量ΔＱを使って、平均電流Ｉ（＝ΔＱ／Δｔ）を測定する、と言うこともできる。電荷、電圧、電流の何れで表現しても変わりがない。

本発明の実施の形態1の植物イオン電荷測定装置においては、植物から放出されたイオンを磁気浮上した電荷収集電極３ａ，３ｂ，３ｃに掃引、収集し、この磁気浮上している電荷収集電極３ａ，３ｂ，３ｃの電荷を、静電誘導の原理で、非接触でファラデーケージ５を用いて読み出している。この方法によれば、電荷収集電極３ａ，３ｂ，３ｃを支える絶縁体が必要でなく、リーク電流は生じないし、非接触で電荷を読み出すために不規則電荷も発生することがない。これにより、上記（１）で説明した測定装置に由来する（接点を電極に接触させたときの不規則電荷や、リーク電流）ノイズの問題は解決できる。従って、イオンの電荷をそれぞれ１０⁻¹⁷Ａの微弱なレベルで定量的に直接測定する準備が整ったことになる。

しかし、この（１）による測定でも、空間電荷の弱い電流を環境放射線による電離電流のランダムなノイズの中で測定する困難は変わりがない。（２）と同様に、バックグラウンドの影響を受けることなく、微弱な電荷の変化量を定量的に測定するのは簡単なことではない。

そこで、本発明の実施の形態１では、次のような構成とした。磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ａ）ではバックグラウンド電流または電荷を検出し、磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ｂ）では正のイオン電荷を測定し、磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ｃ）では負のイオン電荷を測定する。そして、磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ｂ）と磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ｃ）におけるバックグラウンド成分は、磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ａ）のバックグラウンドの測定結果を参照し、これを演算処理によって除去するものである。

先ず、磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ａ），（ＭＡＬIＣ_Ｂ），（ＭＡＬIＣ_Ｃ）の電離箱２について詳細に説明する。図１，２において、電離箱２はアクリル樹脂等で作られている。電離箱２は一端の天頂面が塞がれた円筒型のチャンバーであって、内部に導電性塗料が塗布されて皮膜１４が形成されアースされている。実施の形態１では、電離箱２の電離体積は１Lが採用されている。この１Ｌの電離体積に設定するのが、側定上の精度が保て好適である。

３ａは磁気浮上可能な電荷収集電極（本発明の実施の形態１の第１電極）で、磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ａ）の電離箱２内で磁気浮上して、電離箱２内の気体が環境放射線（γ線など）によって電離して生じたバックグラウンド電流（電荷）を収集する。３ｂは磁気浮上可能な電荷収集電極（本発明の実施の形態１の第２電極）で、磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ｂ）の電離箱２内で磁気浮上して、実施の形態１では図１のように植物から放出された植物由来の正のイオンの電荷とバックグラウンド電流（正電荷）とを収集する。

３ｃは磁気浮上可能な電荷収集電極（本発明の実施の形態１の第３電極）で、磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ｃ）の電離箱２内で磁気浮上して、実施の形態１では図１のように植物から放出された植物由来の負のイオンの電荷とバックグラウンド電流（負の電荷）とを収集する。さらに、４は電磁石で、電荷収集電極３ａ，３ｂ，３ｃは電磁石４の作用で空間に浮上する。なお、放射線で電離した空気の電荷は、正の電極の場合負の電荷が、負の電極の場合には正の電荷が掃引され、電荷収集電極３ａ，３ｂ，３ｃの極性と皮膜１４（対向電極）の極性を逆に交換しただけであるため、極性を正負何れかに固定してバックグラウンド電流（電荷）を測定すれば、磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ｂ），（ＭＡＬIＣ_Ｃ）バックグラウンド電流（電荷）を１回の測定で測定できる。

５はファラデーケージ（非接触電荷読取部）であり、１０はファラデーケージ５に接続したエレクトロメータである。図１では電圧が出力として選ばれているが、出力として電荷，電圧，平均電流の何れでも設定することができる。ファラデーケージ５を上昇して、電離箱２内にある電荷収集電極３ａ，３ｂ，３ｃをファラデーケージ５の内電極に完全に挿入することによって、エレクトロメータ１０は電荷収集電極３ａ，３ｂ，３ｃの電荷を非接触で読み取ることができる。６はシャッターで、電離箱２の底面に設けられている。７はリフトで、ファラデーケージ５を昇降する。リフト７の昇降とシャッター６の開閉は連動している。８はギャップセンサで、電離箱２内の電荷収集電極３ａ，３ｂ，３ｃの浮上位置を検出する。

ここで、ギャップセンサ８は、詳細に図示はしないが、発光素子とこの発光素子の発光を受光する受光素子とからなり、光ビーム（図１参照）の光量で電荷収集電極３ａ，３ｂ，３ｃの位置を検出する。光の遮断があると光量が減り、遮断されないと光量が増加する。図１に示す２ａは透明ガラス窓で、電離箱２の上部に向かい合って設けられていて、電離箱２内の気体と電離箱外の大気を遮断し、ギャップセンサ８の光ビームを透過させる。

さらに、９は浮上装置であって、電荷収集電極３ａ，３ｂ，３ｃが遮るギャップセンサ８の光量の電気信号を受けて光量の変化を演算し、電磁石４の励磁力を調節して電荷収集電極３ａ，３ｂ，３ｃを所定の目標位置に保持する。１１は制御演算部（コンピュータ）である。エレクトロメータ１０は入力側がファラデーケージ５に接続され、出力側は制御演算部１１に接続される。電荷、電圧若しくは平均電流を指定することにより、エレクトロメータ１０からは指定された出力値が制御演算部１１に出力される。制御演算部１１は図示しない記憶部からプログラムを読み込んで、機能実現手段としてシステムの制御手段と、測定値の演算処理手段として、これらの機能を実行する。すなわち制御演算部１１はリフト７の作動を制御し、またエレクトロメータ１０からの出力値の信号に基づいて演算処理してディスプレー１６に表示を行い、データの保存を行う。

次に、図２の電離箱２の説明を行うと、円筒型のチャンバーである電離箱２の内壁には導電性塗料の皮膜１４（対向電極）が形成されており、この電離箱２内には大気と同じ常温、常圧の空気が密閉され、この円筒チャンバーの中央の位置には上下して磁気浮上する電荷収集電極３ａ，３ｂ，３ｃが配置される。この電荷収集電極３ａ，３ｂ，３ｃには、静電帯電器１２で正または負の電荷を、非接触で帯電させることができる。皮膜１４と電荷収集電極３ａ，３ｂ，３ｃとの間は絶縁される。

電荷収集電極３ａ，３ｂ，３ｃは電離箱２内で磁気浮上させられ、静電帯電器１２によって正または負に帯電される。磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ａ）（ＭＡＬIＣ_Ｂ），（ＭＡＬIＣ_Ｃ）のそれぞれにおいて、このとき形成される電離箱２内の電界雰囲気の空間に、バックグラウンド測定のための空気、または植物由来のイオンを含む空気が、それぞれ、エアー流入装置１６を介して流入されると、植物から放出されたイオンは正または負のイオンの電荷をもっているため、クーロン力により、電荷収集電極によって帯電した金属カバー１５から電荷が引き離されて、金属カバー１５と対置して置かれた逆極性の電荷収集電極３ａ，３ｂ，３ｃに引き寄せられ、電荷収集電極に電荷が収集される。

このとき例えば電荷収集電極（正極）には正の電荷が帯電されており、この正の電荷は、収集されて移動してきたイオンの負の電荷によって減少する。また、電荷収集電極（負極）には負の電荷が帯電されており、この負の電荷は、収集されて移動してきたイオンの正の電荷によって減少する。従って、電荷集電極３ａ，３ｂ，３ｃのイオン収集前とイオン収集後の電荷の差ΔＱ＝Ｑ_１−Ｑ_２を測定することによって、バックグラウンド電流（電荷）か、あるいは、バックグラウンド電流（電荷）と植物から放出された正または負のイオンの電荷量が測定可能になる。

ところで、電荷収集電極３ａは、磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ａ）の電離箱２内の空気が環境放射線により電離して生じたバックグラウンド電流（電荷）を測定するものである。これに対し、電荷収集電極３ｂは、磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ｂ）の電離箱２内に収容した植物由来の正イオンの電荷と空気の電離によるバックグラウンド電流（正電荷）を測定するためのものである。つまり電荷収集電極３ｂで収集されるのは植物由来の正の電荷とバックグラウンド電流（正電荷）の和である。また、電荷収集電極３ｃは、磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ｃ）の電離箱２内に収容した植物由来の負イオンの電荷と空気の電離によるバックグラウンド電流（負電荷）とを測定する。つまり電荷収集電極３ｃで収集されるのは植物由来の負の電荷とバックグラウンド電流（負電荷）の和である。

浮上装置９の制御により電磁石４が磁気浮上のために励磁されると、電荷収集電極３ａ，３ｂ，３ｃはこの作用で空間に浮上する。環境放射線で正と負に電離した電荷は、電荷収集電極３ａの極性を逆にしたときには、逆方向に電極に引き寄せられるだけであるから、電荷収集電極３ａの極性を正負何れかに固定して電流（電荷）を測定することにより、電荷収集電極３ｂ，３ｃにおけるノイズ成分であるバックグラウンド電流（電荷）は電荷収集電極３ａで測定できる。

なお、大気中に十分近接して置かれた電離体積１Ｌ程度の３つの磁気浮上電極電離箱間では、それぞれに影響する環境放射線の強度はほとんど変わりがなく、差がないという事実を利用する。この事実によれば、磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ｂ）のバックグラウンド電流（電荷）と磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ｃ）の各バックグラウンド電流（電荷）は、磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ｂ）で測定されたバックグラウンド電流（電荷）と等しい。

そこで、実施の形態１では、磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ａ）はバックグラウンドを測定する。磁気浮上電極電離箱（ＭＡＬIＣ）Ｂの電極は、負（ネガティブ）に帯電され、電離箱２内の正（ポジティブ）の電荷を収集する。磁気浮上電極電離箱（ＭＡＬIＣ）Ｃの電極は正に帯電され、負の電荷を収集する。そして、磁気浮上電極電離箱（ＭＡＬIＣ）Ｂと磁気浮上電極電離箱（ＭＡＬIＣ）Ｃの測定値から、磁気浮上電極電離箱（ＭＡＬIＣ）Ａのバックグラウンド電流（電荷）の値を引くことにより、共通のバックグラウンドのノイズ成分がキャンセルされ、磁気浮上電極電離箱（ＭＡＬIＣ）Ｂと磁気浮上電極電離箱（ＭＡＬIＣ）Ｃにおいて、それぞれ正味の電荷を得ることができる。

ここで実施の形態１の植物を入れるコンテナ１３（植物容器）について説明すると、厚さ１０ｍｍのアクリル製の立方型の形状を有し（ここで１０ｍｍのアクリルを使う理由はコンテナ１３の外のα線やβ線を遮蔽するためである）、容積は１５０Ｌに設定されている。コンテナ１３の外には光照射用のランプ２３が取り付けられている。コンテナ１３の内部には温度／湿度センサー２２が設置されていて、測定中の温度と湿度を温度／湿度センサー２２でリアルタイムにモニターし、測定環境を監視する。

エアー流入装置１６は、エアーポンプ１７、フィルター１８、電荷トラップ１９、流量計２０と流入流路となるパイプ２５で構成されている。フィルター１８で空気中の放射性微粒子を除去する。電荷トラップ１９では空気中のエアロゾル電荷を除去するものである。電離箱２への空気の流入量は流量計２０によってモニターする。温度と湿度は温度計／湿度計２１によってモニターする。

コンテナ１３からの空気は、パイプ２５を通して磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ）Ｂと磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ）Ｃの電離箱２にそれぞれ同一容積が導入される。磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ）Ａにも同一容量の空気が導入される。従って、コンテナ１３にはこの容量の２倍の容量の空気が導入される。

コンテナ１３内で生じた植物由来の負と正のイオン（ネガティブイオンとアクティブイオン、以下、植物由来の正イオンの意味を込めてアクティブイオンともいう）が、パイプ２５の中を導かれる間に再結合するのを防止するために、パイプ２５は図２のように構成され、パイプ２５の内周は導電性塗料の皮膜１４ａでコーティングされている。あるいはパイプ２５には導電性の金属を使用してもよい。そして、電離箱２内部の空気の出口は導電体の金属カバー１５で覆われている。電荷収集電極を正に帯電させたときは、静電誘導の原理で、金属カバー１５とコネクター２４及びパイプ２５の内部は負に帯電される。金属カバー１５をアースすることもできる。

コンテナ１３から導入された空気のうち、正のイオン（アクティブイオン）は金属カバー１５、コネクター２４、パイプ２５の導電性塗料で直ちにトラップされ、負のイオン（ネガティブイオン）は移動途中で再結合することなく電離箱２に流入し、正の電荷収集電極に収集される。電荷収集電極を負に帯電したときは、逆に正のイオン（アクティブイオン）が収集される。

続いて、以上説明した植物イオン電荷測定装置を用いて、本発明の植物イオン電荷測定方法について説明する。図６は本発明の実施の形態１の植物イオン電荷測定方法のフローチャートである。

先ず、準備工程として、植物を立方型のコンテナ１３に入れて密閉する（ステップ１）。このときコンテナ１３は暗黒に保たれている。エアー流入装置１６を経た清浄な空気を磁気浮上電極電離箱（ＭＡＬIＣ_Ａ）とコンテナ１３へ導く（ステップ２）。磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ａ），（ＭＡＬIＣ_Ｂ），（ＭＡＬIＣ_Ｃ）に導く流入量をＦ（Ｌ／ｍｉｎ）と表すと、磁気浮上電極電離箱（ＭＡＬIＣ）Ａへの流入量はＦ（Ｌ／ｍｉｎ）で、コンテナ１３への流入量は２Ｆ（Ｌ／ｍｉｎ）であり、さらにコンテナ１３から磁気浮上電極電離箱（ＭＡＬIＣ_Ｂ）と磁気浮上電極電離箱（ＭＡＬIＣ_Ｃ）への流入量は各々Ｆ（Ｌ／ｍｉｎ）となる。植物にコンテナ１３の外からライト２３により光（蛍光灯、シリカライト）を照射し、空気を磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ｂ），（ＭＡＬIＣ_Ｃ）に導く（ステップ３）。これに代えて放射線を照射するのでもよい。

続いて、測定工程に移り、浮上装置９が電荷収集電極３ａ，３ｂ，３ｃを円筒の電離箱２の中央に磁気浮上させる（ステップ４）。次に静電帯電器１２で電極に電荷（正または負）を約±７００Vになるように帯電する（ステップ５）。磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ａ）は電荷収集電極を正または負（ポジティブまたはネガティブ）のイオンに帯電し、バックグラウンド電流（電荷）を測定する。バックグラウンド電流（電荷）は大気中の放射線によって生じ、電荷収集電極が正でも負でも、電離電流値は同じ値になる。磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ｂ）は電荷収集電極を負（ネガティブ）に帯電し、コンテナ１３を経由した空気の中の正のイオン（アクティブイオン）電荷とバックグラウンド電流（電荷）の和を、磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ｃ）は電荷収集電極を正（ポジティブ）に帯電し、負のイオン（ネガティブイオン）電荷とバックグラウンド電流（電荷）の和を、各々測定する。

測定条件を制御演算部１１（コンピュータ）の入力装置から入力し（ステップ６）、その後測定を開始する。測定開始時間になると、制御演算部１１によりリフト７が上昇され（ステップ７）、電荷収集電極３ａ，３ｂ，３ｃがファラデーケージ５に挿入されて、電荷収集電極３ａ，３ｂ，３ｃが浮上状態されたままで、電荷収集電極３ａ，３ｂ，３ｃの各電荷Ｑ_１（Ｃ）を読み取られる（ステップ８）。その後、制御演算部１１によりリフト７は当初の位置に下降させられ（ステップ９）、シャッター６が閉じられて、決められた時間Δｔ（ｓ）の間、電荷収集電極に電離電荷を収集する（ステップ１０）。

時間Δｔが経過した後、再び制御演算部１１によってリフト７を上げて各電荷Ｑ_２（Ｃ）を読み取る（ステップ１１）。このとき時間Δｔの間の電荷の各変化量はΔＱ（＝Ｑ_１−Ｑ_２）で得られるから、ΔＱ／Δｔを計算することによって、1秒当たりの電荷（Ｃ／ｓ）＝電離電流Ｉ（Ａ）を計算することができる。磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ｂ）および磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ｃ）の測定値から磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ａ）の測定値を引けば、コンテナ１３内の植物から放出した、正味の正（アクティブイオン）と負（ネガティブイオン）の電荷が得られる。そこで、ファラデーケージ５で読み取られた電荷は、エレクトロメータ１０を経て制御演算部１１でΔＱ／Δｔを計算し、正味の正（アクティブ）と負（ネガティブイオン）の電荷の計算処理をした後（ステップ１２）、リアルタイムでディスプレー１６に表示される（ステップ１３）。

本発明の実施の形態１の植物イオン電荷測定装置によれば、例えば電離体積１L、測定時間間隔（Δｔ）３０分で測定した場合、最小測定値つまり測定限界はσ＝５．０×１０⁻¹⁷（Ｃ／ｓ，Ａ）であり（σは標準偏差で信頼度６８％）、イオン個数では０．３１（個／ｃｍ^３）となる。これは市販されている高精度空気イオン計測器（ＵＳＡ
Ａｌｐｈａ Ｌａｂ．Ｉｎｃ製ＡＩＣ−１０００：計測可能範囲１０個／ｃｍ^３〜２００万個／ｃｍ^３）と比較したとき約３２倍の高感度である。従って、実測した値の中で、この数値σ（Ｃ／ｓ，Ａ）以上の測定値は、信頼できる有意の値であるといえる。

本発明の実施の形態１の植物イオン電荷測定装置で、ベンケイソウ（Crassula ovata）のイオン電荷測定を行った。ベンケイソウはＣＡＭ（Crassulacean Acid Metabolism）型光合成をする植物である。図３は本発明の実施の形態１の植物イオン電荷測定装置で測定した実施例1の各電離箱のイオン電荷の測定結果図、図４は本発明の実施の形態１の植物イオン電荷測定装置で測定した実施例1の正味の正の電荷と負の電荷の測定結果図であり、実施例１のベンケイソウのイオン電荷測定結果を示す。横軸は時刻（測定間隔Δｔ＝３０分）で、縦軸は電荷（Ｃ／ｓ，Ａ）である。流入量はＦ＝３（Ｌ／ｍｉｎ）で行った。横軸は測定日時（測定間隔Δｔ＝３０分）を、縦軸は電荷を表す。グラフは３０分間隔の測定値を３点平滑化して描いている。なお、測定中の植物を入れているコンテナの温度と湿度はモニターされている。測定期間（２０１０年７月１日〜１２日）の温度は平均１８℃、湿度は４８％である。実験は、福岡県福岡市東区松香台２丁目３番１の九州産業大学工学部の研究室内で行った。

図３中の「●」をプロットした線ＭＡＬIＣ_Ａは磁気浮上電極電離箱（ＭＡＬIＣ_Ａ）での測定値、「○」をプロットした線ＭＡＬIＣ_Ｂは磁気浮上電極電離箱（ＭＡＬIＣ_Ｂ）での測定値、「×」をプロットした線ＭＡＬIＣ_Ｃは磁気浮上電極電離箱（ＭＡＬIＣ_Ｃ）での測定値である。また図中に光（白熱ライト、蛍光灯、植物育成蛍光灯など）を照射した期間を開始（→）と終了（←）記号で表している。光を照射していない時間は暗黒状態にある。また２４時間（午前１０時を始点）ごとに一点鎖線を加えている。図４は本発明の実施の形態１の植物イオン電荷測定装置で測定したベンケイソウの磁気浮上電極電離箱（ＭＡＬIＣ_Ｂ）と磁気浮上電極電離箱１（ＭＡＬIＣ_Ｃ）の測定値から磁気浮上電極電離箱（ＭＡＬIＣ_Ａ）の測定値を引いて、正味の正（アクティブ）電荷と負（ネガティブ）電荷で表している。なお、「●」はバックグラウンドの測定値であり、「○」はバックグラウンドと正イオンの和の測定値、「×」はバックグラウンドと負イオンの和の測定値を示す。図４の横軸と縦軸の単位は図３の場合と同じである。

図４を基に、光の照射と電荷の放出について説明する。図４中の破線σは最小検出値５．０×１０⁻¹⁷（Ｃ／ｓ，Ａ）で、これ以上の数値は有意の数値と見なすことができる。ここで「○」をプロットした線「ＭＡＬIＣ（Ｂ−Ａ）正イオン」は正味の正（アクティブ）電荷（ＭＡＬIＣ_ＢとＭＡＬIＣ＿Ａの測定値の差）を示し、「×」をプロットした線「ＭＡＬIＣ（Ｃ−Ａ）負イオン」は正味の負（ネガティブ）電荷（ＭＡＬIＣ_ＣとＭＡＬIＣ＿Ａの測定値の差）を示す。

図４によると、（１）植物（ベンケイソウ）を、コンテナに入れる前は正（ポジティブ）、負（ネガティブ）の電荷の平均の放出量は破線σ以下で、植物イオン電荷測定装置が正常に動いていることを示している。

（２）植物をコンテナに入れた後は（図４においてベンケイソウｉｎ以降）、正（ポジティブ）と負（ネガティブ）の電荷とも破線σ以上で、暗黒下での何らかの生理作用を行っていることが分かる。

（３）シリカライトを照射した場合（白熱灯、８時間照射、光合成光量子束密度photosynthetic photon flux density（ＰＰＦＤ）：３２μｍｏｌｍ⁻²ｓ⁻¹）、照射開始（７月３日１０時）してその直後電荷はゼロになり、電荷の放出（イオンの放出）がリセットされているようにみえる。

（４）蛍光灯（８時間照射、光合成光量子束密度（ＰＰＦＤ）：３４μｍｏｌｍ⁻²ｓ⁻¹）の場合、シリカライトと同様に、照射の直後、電荷の放出がリセットされている。蛍光灯照射開始の２４時間後からは、図４のＡで示される、ポジティブ、ネガティブ電荷の放出量に周期的なリズムが現れている。この周期的リズムは概日リズムを示しているものと思われる。現在のところ、植物の概日リズムの測定は、ホタルルシフェラーゼ遺伝子を接続した発光レポーター遺伝子を用いて、生物発光測定などの方法で研究されているが、この測定結果は生物発光による周期性を裏付けるものである。

（５）植物育成蛍光灯（８時間照射、ＰＰＦＤ：３３μｍｏｌｍ⁻²ｓ⁻¹）を照射した場合、照射後直ちに電荷の放出がリセットされている。照射終了後はすぐに正（アクティブ）電荷も負（ネガティブ）電荷も急激に増加する。また負（ネガティブ）の電荷量はシリカライトや蛍光灯の場合より多い。蛍光灯と植物育成蛍光灯に共通に見られるのは、光の照射中は電荷の放出がほとんどゼロとなり、照射終了の後、急激に電荷が放出することである。この現象は、昼間の受光中は気孔が閉じて水分の蒸発を抑え、夜間は気孔を開いてＣＯ_２を取り込むという、ＣＡＭ型植物特有の生理を示唆しているように見える。なお、植物育成蛍光灯は主に植物工場で使用されていて、強度のピークは、青（４３０ｎｍ〜４５０ｎｍ）と緑（５５０ｎｍ）および赤（６２０ｎｍ）にある。

（６）植物をコンテナに入れて１０日目に、植物を植えている植木鉢に水を注入した。この後、負（ネガティブ）電荷の放出が３時間ほどの間急激に増減している。この現象は、ストレス応答における水の生理作用と関連していると考えられる。この図には描いていないが、植物を容器から取り出した後は、正（アクティブ）、負（ネガティブ）電荷とも急に減少して、検出限界以下のバックグラウンドの状態に戻る。

（実施例１）の測定には、ＣＡＭ型植物のベンケイソウを用いた。この他にも違ったタイプ（Ｃ３型、Ｃ４型）の植物を使って光（蛍光灯やＵＶなど）やγ線（^２４１Ａｍ、^６０Ｃｏ）を照射して、各々の環境応答によって放出する電荷を測定した。なお、ＣＡＭ型とは昼間は気孔を閉じて水分の蒸発を防ぎ、夜間は気孔を開いてＣＯ_２を取り込むタイプであり、ベンケイソウやサボテンがある。Ｃ４型は昼間気孔を開いてＣＯ_２や水分を出し入れするが、ＣＯ_２を濃縮する機能を持っているタイプのもので、トウモロコシやケイトウがある。またＣ３型は昼間気孔を開いていてＣＯ_２の濃縮機能を持っていないタイプであり、代表例はイネであるが、一般のほとんどの野菜類もこのタイプである。タイプ別の測定結果について個別に説明はしないが、とりわけγ線照射の場合は、照射中と照射後の電荷放出パターンが光の場合と全く異なっていて、放射線によるストレス応答として興味深い測定値が得られた。

本発明の実施の形態１の植物イオン電荷測定装置で、ＣＡＭ型のシャコバサボテンのイオン電荷測定を行った。図５は本発明の実施の形態１の植物イオン電荷測定装置で測定した実施例２の正味の正の電荷と負の電荷の測定結果図である。横軸は時刻（測定間隔Δｔ＝３０分）で、縦軸は電荷（Ｃ／ｓ，Ａ）である。流入量はＦ＝３（Ｌ／ｍｉｎ）で行った。測定期間（２０１１年１１月２２日〜１２月２日）の温度は平均１７℃、湿度は４８％である。実験は、実施例１と同じく、福岡県福岡市東区松香台２丁目３番１の九州産業大学工学部の研究室内で行った。

図５において、「○」をプロットした線「ＭＡＬIＣ（Ｂ−Ａ）正イオン」は正味の正（アクティブ）電荷（ＭＡＬIＣ_ＢとＭＡＬIＣ＿Ａの測定値の差）を示し、「×」をプロットした線「ＭＡＬIＣ（Ｃ−Ａ）負イオン」は正味の負（ネガティブ）電荷（ＭＡＬIＣ_ＣとＭＡＬIＣ＿Ａの測定値の差）を示す。光（またはγ線）の照射時間は開始（→）と終了（←）の間で８時間と１６時間である。光の照射時間以外は暗黒である。照射を始めた時刻（ＡＭ９：００）から２４時間ごとの時刻を示す。

（１）1回目の蛍光灯（図３で使用したものと同じ）照射の場合、照射時間中（８時間）は正（ポジティブ）と負（ネガティブ）電荷の放出量はほほ同じで、照射終了後はすぐに負（ネガティブ）電荷が増加した。

（２）ＵＶライト（強度のピーク：３６５nm、紫外線強度は２２．７μＷｃｍ^−２）照射の場合、照射時間中（８時間）は負（ネガティブ）電荷の放出量が正（ポジティブ）電荷の放出量よりも多い。照射終了後に急に負（ネガティブ）電荷が増え、ピークを示した後は急に減少している。

（３）２回目の蛍光灯の照射では、照射時間は１６時間（１１／２８：１〜１１／２８：１７）で、照射終了後の負（ネガティブ）電荷の増加と減少のパターンも、1回目と似ている。

（４）ＵＶ照射後のＣ区間と、２回目の蛍光灯照射後のＤ区間は、負（ネガティブ）電荷の放出パターンが、概日リズムを示しているように見える。暗黒下での電荷の放出でも、図４のＡ区間と図５のＣ、Ｄ区間のパターンに違いがあるのは興味深い。

（５）γ線照射の場合について説明する。植物が置かれているコンテナ１３内のバックグラウンドの線量当量率は平均５０ｎＳｖ／ｈである。^２４１Ａｍ（放射線強度：３５０ｋＢｑ、平均線量当量率：１０５ｎＳｖ／ｈ、正味の増加線量：１０５−５０＝５５ｎＳｖ／ｈ）の照射では、照射開始時と終了時に、電荷の放出がリセットされるように見える。照射が終了すると正（アクティブ）電荷の放出が負（ネガティブ）電荷に比べて多い。

（６）バックグラウンドの線量当量率平均５０ｎＳｖ／ｈにおける、^６０Ｃｏ（強度：８００ｋＢｑ、平均線量当量率：９５ｎＳｖ／ｈ、正味の増加線量：９５−５０＝４５ｎＳｖ／ｈ）の照射では、照射中の電荷の放出パターンは、^２４１Ａｍの照射と同じように、照射開始時と終了時に放出が急激に少なくなる。照射終了後は、負（ネガティブ）電荷の放出量が正（アクティブ）電荷より多く、これは^２４１Ａｍと逆である。この正（アクティブ）電荷と負（ネガティブ）電荷の放出パターンの違いは、γ線強度（^２４１Ａｍ：０．５９５ＭｅＶ、^６０Ｃｏ：１．３３３ＭｅＶ）の違いによるストレス応答を示しているように考えられる。

（４）測定された電荷のソースは、植物から放出されたか、気体の電離によるものか、またはイオンによるものと思われる。

（５）植物から放出する気体は、水（Ｈ_２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、酸素（Ｏ_２）、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）である。水（Ｈ_２Ｏ）は蒸散作用によって、二酸化炭素（ＣＯ_２）や酸素（Ｏ_２）は光合成によって、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）はストレスや果実の成熟によって生成され植物体外へ放出されている。

（６）これらの気体は、化学的に安定であり、植物から放出される量によっては、自然の放射線や電離箱内の電界（１００V〜６００V）ではほとんど電離しない（有意の差として計測できない）ことを別途既に確認している。

（７）以上の、植物から放出する気体に関する測定と検討から、我々がベンケイソウとシャコバサボテンを使って測定値した電荷は、環境応答により植物から放出したイオンに拠るものであると考える。

（８）イオンの種類を確定することは、植物の生理作用を解明するために重要である。放出するイオンの数を測定される電荷量から計算すると、電離体積１Ｌ（１０００ｃｍ^３）、仮に測定電荷１×１０^−１５（Ｃ／ｓ）（これは最小検出値の２０倍である）と見積もると、測定される電荷からイオン個数は、１×１０^−１５／１．６×１０^−１９＝６２５０個となり、１ｃｍ^３の個数は６２５０／１０００＝６．３個／ｃｍ^３が得られる。

ここで、環境応答による細胞や組織内での生理作用に関わるイオンは電子（ｅ⁻）、水素イオン（Ｈ^＋）、活性酸素（Ｏ_３ ⁻）、活性酸素（Ｏ⁻）、ヒドロキシルラジカル（ＯＨ⁻）、カリウム（Ｋ⁺）、カルシウム（Ｃａ^２＋）、塩素（Ｃｌ⁻）、ナトリウム（Ｎａ^＋）などがある。仮にイオンが植物体外へ放出されているとすれば、その種類は上記のイオンであると考えられる。この中で活性酸素（Ｏ_３ ⁻）を例にとれば、分子量から計算すると上記６２５０個のＯ_３ ⁻質量は５×1０⁻¹⁹ｇ／ｓとなる。

ここで、仮に、測定電荷が１×１０⁻¹⁵ （Ｃ／ｓ）、それがＯ_３ ⁻であったとすれば、イオン個数は６．３個／ｃｍ^３、質量は５×1０⁻¹⁹ｇ／ｓである。一方市販の高精度空気イオン測定装置の最小検出限界は１０個／ｃｍ^３、また高精度クロマトグラフの分解能は１０^−１４ｇ／ｓレベルである。このことから、現在市販されている高精度の測定機器を用いても、上記測定電荷の測定は検出限界，分解能を越えているため、植物から放出されているイオンの種類を物理・化学的にＯ_３ ⁻と決定することは困難である。しかしながら、本発明の実施の形態１の植物イオン電荷測定装置を使った場合は、最小検出値の２０倍という高い精度で、上記測定電荷の測定が可能になる。

このように本発明の実施の形態１の植物イオン電荷測定装置、植物イオン電荷測定方法は、植物の環境応答による生理現象を非破壊的にかつリアルタイムで知ることが可能で、植物生理学や分子細胞学などの知見と総合すれば、光やストレス応答などの植物の生体メカニズムの解明や高機能植物の研究開発、さらには植物工場での生育制御研究などに寄与することができる。

本発明は、植物の環境応答による生理現象を非破壊的にかつリアルタイムで知ることができ、光やストレス応答などの植物の生体メカニズムの解明や、高機能植物の研究開発、植物工場での生育制御などに寄与することが期待できる。

１ 磁気浮上電極電離箱
２ 電離箱
２ａ 透明ガラス窓
３ａ，３ｂ，３ｃ 電荷収集電極
４ 電磁石
５ ファラデーケージ
６ シャッター
７ リフト
８ ギャップセンサ
９ 浮上装置
１０ エレクトロメータ
１１ 制御演算部
１２ 静電帯電器
１３ コンテナ
１４，１４ａ 導電性塗料の皮膜
１５ 金属カバー
１６ ディスプレー
１７ エアーポンプ
１８ フィルター
１９ 電荷トラップ
２０ 流量計
２５ パイプ
２１ 温度計／湿度計
２２ 温度／湿度センサー
２３ ランプ
２４ コネクター

Claims (4)

1. 植物を収納し内部に収容された空気に前記植物から放出されたイオンを含有せしめることができる植物容器と、
   内壁に対向電極が具備され周囲の大気から取り込んだ空気を収容することができる第１電離箱と、前記第１電離箱内に収容され磁気浮上する第１電極と、前記第１電極を帯電させるための第１静電帯電器と、前記第１電極に帯電している電荷を測定するための第１非接触電荷読取部とを具備し、前記第１電極と前記第１電離箱の対向電極との間の電界により前記第１電離箱内に含まれるバックグラウンドの電荷を前記第１電極に収集する第１磁気浮上電極電離箱と、
   前記第１電離箱と同一容量で内壁に対向電極が具備され前記植物から放出されたイオンを含有する空気を収容できる第２電離箱と、前記第１電極と共通の構成を有し前記第２電離箱内に収容されて磁気浮上する第２電極と、前記第２電極を正に帯電させるための第２静電帯電器と、前記第２電極に帯電している電荷を測定するための第２非接触電荷読取部とを具備し、前記第２電極と前記第２電離箱の対向電極との間の電界により前記植物容器内で前記植物から放出された負の電荷とバックグラウンドの電荷を前記第２電極に収集する第２磁気浮上電極電離箱と、
   前記第１電離箱と同一容量で内壁に対向電極が具備され前記植物から放出されたイオンを含有する空気を収容できる第３電離箱と、前記第１電極と共通の構成を有し前記第３電離箱内に収容されて磁気浮上する第３電極と、前記第３電極を負に帯電させるための第３静電帯電器と、前記第３電極に帯電している電荷を測定するための第３非接触電荷読取部とを具備し、前記第３電極と前記第３電離箱の対向電極との間の電界により前記植物容器内で前記植物から放出された正の電荷とバックグラウンドの電荷を前記第２電極に収集する第３磁気浮上電極電離箱と、
   前記第２電極と前記第１電極で測定した電荷量の差に基づいて前記植物から放出された負のイオンの電荷を測定するとともに、前記第３電極と前記第１電極で測定した電荷量の差に基づいて前記植物から放出された正のイオンの電荷を測定する測定部と、を備えたことを特徴とする植物イオン電荷測定装置。
2. 前記第１電離箱、前記第２電離箱及び前記第３電離箱の対向電極が導電性塗料の皮膜であることを特徴とする請求項１記載の植物イオン電荷測定装置。
3. 前記第１電離箱、前記第２電離箱及び前記第３電離箱に空気を導入するエアー流入路の内周に導電性塗料の皮膜が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の植物イオン電荷測定装置。
4. 同一容積の電離箱に磁気浮上する第１電極、第２電極及び第３電極がそれぞれ収容された第１磁気浮上電極電離箱、第２磁気浮上電極電離箱及び第３磁気浮上電極電離箱を設け、第１磁気浮上電極電離箱の電離箱には周囲の大気から取り込んだ空気を収容して対向電極と前記第１電極との電界により前記第１電極にバックグラウンドの電荷を収集し、第２磁気浮上電極電離箱の電離箱には前記植物容器内で前記植物から放出されたイオンを含有する空気を収容して対向電極と前記第２電極との電界により前記第２電極に前記植物から放出された負の電荷とバックグラウンドの電荷を収集し、第３磁気浮上電極電離箱の電離箱には前記植物容器内で前記植物から放出されたイオンを含有する空気を収容して対向電極と前記第３電極との電界により前記第３電極に前記植物から放出された正の電荷とバックグラウンドの電荷を収集し、前記第２電極と前記第１電極で測定した電荷量の差に基づいて前記植物から放出された負のイオンの電荷を測定するとともに、前記第３電極と前記第１電極で測定した電荷量の差に基づいて前記植物から放出された正のイオンの電荷を測定することを特徴とする植物イオン電荷測定方法。

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