JPWO2002067660A1 - 植物の栽培方法及び植物の栽培用照明装置 - Google Patents
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Abstract
本発明に係る植物の栽培方法及び植物の栽培用照明装置は、白色の光又は白色と赤色の２種類の光を発光する発光ダイオードを光源として、周期２μｓｅｃ〜１ｍｓｅｃ、デューティ比２０〜７０％（ＤＴ比）の範囲のパルス光を照射するものを用いて植物を栽培することである。
Description
技術分野
本発明は、植物に発光ダイオードのパルス光を照射して光合成反応を促して植物を活性化させるための植物の栽培方法及び植物の栽培用照明装置に関する。
背景技術
近年、外的要因（天候、気候、害虫など）による影響を受けにくい、人工光源を利用した工場的植物育成システムの実用化が進められている。主要な人工光源としては、高圧ナトリウムランプ、低圧ナトリウムランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、蛍光ランプおよびマイクロ波ランプなどがあるが、これらの中でも発光効率が比較的高い高圧ナトリウムランプが主流である。
しかしながら、高圧ナトリウムランプなどの人工光源は、光合成などに大切な赤色（波長域：６４０〜６９０ｎｍ）と青色（波長域：４２０〜４７０ｎｍ）とのバランスが悪く、このため植物を健全に育成するには出力を十分高くする必要があった。尚、低圧ナトリウムランプの発光効率は高圧ナトリウムランプと比べて高いが、ナトリウムＤ線の単波長光を出力するため光質に問題があり、また出力を高めることが難しい。
また、このような人工光源では、熱放射量が多いため空調負荷が大きく、同時にその熱放射による影響を避けるべく、植物と光源との距離を十分にとる必要があり装置の大型化を招きやすいという問題もあった。
以上の問題を考慮して、近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた人工光源が採用されつつある。発光ダイオードでは、熱線を含まない発光波長域の素子を採用できるため空調負荷が小さくなり、またコンパクトに作製できるため照明効率が向上し、更には、発光ダイオードの寿命が高圧ナトリウムランプの何倍も長いという利点がある。また、多数の発光ダイオードを線状や面状に配列することで、照明器の形状を被照明体である植物に合わせて柔軟に決め易く、発光密度を制御し易い。
前記のように発光ダイオードを用いる他のメリットとしては、パルス光の照射が可能であるという点である。
これについては、例えば高辻正基著「植物工場の基礎と実際」のｐ８８に、植物に与える光としては、連続光に比べパルス光の方が光をパルス（間欠）照明にして暗期をとることで、強光を当てても光飽和が起こらず、単位光量当たりの光合成量が増えるという記載がある。
又、岩波洋造著「光合成の世界」講談社のＢＬＵＥ ＢＡＣＫＳのｐ１５３に、光合成は、連続光よりも短周期のパルス光の方が光の利用効率が良いという記載もあり、発光ダイオードが植物育成用として注目され始めている。
しかしながら、前述のように発光ダイオードをパルス発振して植物を間欠照明し、植物に明期と暗期とをバランス良く与えることにより植物の成長を促すことは従来から知られていたが、どのような構成のものが有効であるかが不明であり、植物を活性化させるにも限界があった。
本発明の目的は、発光ダイオードを用いることにより、コスト面及び小型化において有利にしながらも、最適な発光ダイオードを間欠照明（パルス照明）することで、光合成反応を促し得る植物の栽培方法及び植物の栽培用照明装置を提供することである。
発明の開示
本発明に係る植物の栽培方法及び植物の栽培用照明装置においては、白色の光を発光する発光ダイオード又は白色と赤色の２種類の光を発光する発光ダイオードを光源として、周期２μｓｅｃ〜１ｍｓｅｃ、デューティ比２０〜７０％（ＤＴ比）の範囲のパルス光を照射することによって、植物を栽培するのである。
つまり、後述の実験結果により、上記発光ダイオードを用いることによって、成長効率及び栄養含有量の面において有利になることがわかった。
しかも、連続光ではなく、断続するパルス光にすることによって、消費電力や発熱量の低減を図ることができながらも、成長効率を高めることができる。尚、前記デューティ比とは、周期に対する明期の割合（明期／周期）のことであり、例えば周期が１００μｓｅｃで明期が５０μｓｅｃであれば、５０÷１００＝０．５になり、この値に１００を掛けて５０％になる。
又、森康裕、高辻正基著書の「レーザー光によるサラダナ栽培実験」植物工場学会誌発行のｐ７〜ｐ１２にかけて、「植物は４２０から７３０ｎｍのブロードの波長を使用して光合成をして生育しているために、単一波長を与えるよりも白色ＬＥＤのようなピーク点が複数ある連続スペクトルの波長のほうが光の利用効率があがる」ということの説明がなされている。
前記波長の中でもとくに、クロロフィル（葉緑素）の吸収ピークのある、４２０から４７０ｎｍの青色光と６４０から６９０ｎｍの赤色光の成分で光合成は活発になる。（光合成は、クロロフィルで光を吸収し反応が起こることを言う。）
前記白色ＬＥＤは、他のＬＥＤと異なりちょうど連続スペクトルで植物に必要な波長を持っているが、品種によって多少赤色が不足している。そこで、クロロフィルａの吸収ピークである６６０ｎｍの赤色を加えて、比率を高くすることで、光合成がいままで以上に盛んになり生育があがることになる。
前記パルスで上昇した理由は、白色だけの時よりも赤を混合することで光合成速度が速くなったことが予想されパルス照射することで効率良く電子が流れ、単位光量あたりの光合成速度が大きくなったと思われる。
（光合成の電子伝達系の反応経路に律速因子があり、光合成速度があがるとスムーズに電子が流れなくなり生育が悪くなる。）
前記律速因子に関しては、藤茂宏著書の「光合成−明反応研究の流れ−ＵＰＢＩＯＬＯＧＹ」東京大学出版会発行のｐ１２１〜ｐ１２４にかけて説明されている。
前記のように、光合成速度が上がれば電子が多く流れるようになり、光合成が活発になるのであるが、ある量を超えると（光が強くなったり電子の流れが速くなると）、前記律速因子の関係から、電子が流れにくくなってしまう。
上記のことから、本願発明では、光をあるパルスの間隔で使用することで、電子の流れをスムーズにすることができ、光の無駄もなくなり、植物の生育がよくなることになる。しかも、光源として、連続スペクトルを有する白色光に加えて、光合成速度を速めることができる赤色光を混合することによって、生育を更に促進させることができる。尚、白色光と赤色光の比率は、白色光に対して赤色光が５％以上あればどのような比率に設定してもよい。
発明を実施するための最良の形態
以下、本考案の実施例について図面を参照しながら説明する。
白色光を得る基本的方式としては、赤色、緑色、青色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の３種類の発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）を同時に点灯させる、又は青緑色と黄橙色の２種類のＬＥＤを同時に点灯させる方式や、青色や紫色の光を放射する発光ダイオードを励起用光源として用い、蛍光体を励起する方式であってもよい。例えば、図５にＧａＮ系の白色ＬＥＤの発光スペクトルを示しており、図６にＺｎＳｅ系の白色ＬＥＤの発光スペクトルを示している。図５では、青色光のピーク点ａが約４４０ｎｍ、ＹＡＧ系蛍光材料から放射される黄色光のピーク点ｂが約５５０ｎｍであるのに対して、青色と黄色のいずれの発光ピーク点ａ，ｂが図６では長波長側に移動している。又、図示していないが、ＺｎＳやＺｎＯ、ＡｌＮを使う白色ＬＥＤであってもよく、要するに光変換効率が高く、長寿命であるＬＥＤを用いることが好ましい。尚、白色ＬＥＤにて白色光を発光する場合が、上記のように２種類以上のＬＥＤを用いて白色を発光させる場合に比べて、なだらかな連続スペクトルを得ることができることが多く、好ましい。
前記発光ダイオードを照射して成長させる対象となる植物としては、サラダ菜、レタス等の葉菜類の他、水草等に大きな効果があるが、その他の植物であってもよい。
（実施例１、白色のみの場合）
プリント基板の１５ｃｍ×１２ｃｍの範囲に、白色の砲弾型（チップ型でもよい）ＬＥＤランプを１０個直列＊２０個並列（ほぼ一直線上に適当間隔をおいて配置し、それらが直列接続された１０個のＬＥＤランプ群を、ほぼ平行に２０列並べた状態で）設置し、電源装置、パルスジェネレータを接続して、サラダ菜を栽培した。
ＤＴ比を５０％とし、パルス周期を２μｓｅｃ、１０μｓｅｃ、１００μｓｅｃ、１ｍｓｅｃとし、栽培トレー上面の光量子束密度を５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１に調節した。
２２℃、７０％ＲＨ、ＣＯ２濃度４００ｐｐｍの環境下で水耕装置にて栽培を行い、１４日間栽培した後の生体重、光合成速度、ビタミンＣの含有量を測定し、その結果を図１、図２、図４（ビタミンＣはパルス周期に係わらずほぼ同一の値を示し、白色ＬＥＤの箇所に一括して示している）にそれぞれ示した。
尚、栽培に用いた試料は、水耕用ウレタンキューブに播種し、育苗室にて１２日間育苗（２２℃、蛍光灯による照射で光量子束密度１５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１、１日を１サイクルとし、１サイクル中の照射時間を１７時間、非照射時間を７時間とし、１２日間照射）したものを用いた。この場合、葉数２枚で生体重が２ｇ程度のサラダ菜を用いた。
（実施例２、白色のみの場合）
プリント基板の１５ｃｍ×１２ｃｍの範囲に、白色の砲弾型ＬＥＤランプを前述と同様に１０個直列＊２０個並列に設置し、電源装置、パルスジェネレータを接続して、サラダ菜を栽培した。
パルス周期を１００μｓｅｃとし、ＤＴ比を２５％、３３％、５０％、７０％とし、栽培トレー上面の光量子束密度を５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１に調節した。
２２℃、７０％ＲＨ、ＣＯ２濃度４００ｐｐｍの環境下で水耕装置にて栽培を行い、１４日間栽培した後の生体重、光合成速度、ビタミンＣの含有量を測定し、その結果を図３、図４（ビタミンＣはＤＴ比に係わらずほぼ同一の値を示し、白色ＬＥＤの箇所に一括して示している）で示した。
尚、栽培に用いた試料は、水耕用ウレタンキューブに播種し、育苗室にて１２日間育苗（２２℃、蛍光灯による照射で光量子束密度１５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１、１日を１サイクル中の照射時間を１７時間、非照射時間を７時間とし、１２日間照射）したものを用いた。この場合、葉数２枚で生体重が２ｇ程度のサラダ菜を用いた。
（比較例１、連続光（ＤＴ１００％）及びＤＴ１０％の場合）
プリント基板の１５ｃｍ×１２ｃｍの範囲に、白色の砲弾型ＬＥＤランプを前述と同様に１０個直列＊２０個並列に設置し、電源装置、パルスジェネレータを接続して、サラダ菜を栽培した。
パルス周期を１００μｓｅｃ、ＤＴ比を１０％、１００％とし、栽培トレー上面の光量子束密度を５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１に調節した。
２２℃、７０％ＲＨ、ＣＯ２濃度４００ｐｐｍの環境下で水耕装置にて栽培を行い、１４日間栽培した後の生体重、光合成速度、ビタミンＣの含有量を測定し、その結果を図３、図４（ビタミンＣはＤＴ比に係わらずほぼ同一の値を示し、白色ＬＥＤの箇所に一括して示している）に示した。
尚、栽培に用いた試料は、水耕用ウレタンキューブに播種し、育苗室にて１２日間育苗（２２℃、蛍光灯による照射で光量子束密度１５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１、１日を１サイクルとし、１サイクル中の照射時間を１７時間、非照射時間を７時間とし、１２日間照射）したものを用いた。この場合、葉数２枚で生体重が２ｇ程度のサラダ菜を用いた。
（比較例２、周期１０ｍｓｅｃの場合）
プリント基板の１５ｃｍ×１２ｃｍの範囲に、白色の砲弾型ＬＥＤランプを前述と同様に１０個直列＊２０個並列に設置し、電源装置、パルスジェネレータを接続して、サラダ菜を栽培した。
パルス周期を１０ｍｓｅｃ、ＤＴ比を５０％、とし、栽培トレー上面の光量子束密度を５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１に調節した。
２２℃、７０％ＲＨ、ＣＯ２濃度４００ｐｐｍの環境下で水耕装置にて栽培を行い、１４日間栽培した後の生体重、光合成速度、ビタミンＣの含有量を測定し、その結果を図１、図２、図４（白色ＬＥＤの箇所）に示した。
尚、栽培に用いた試料は、水耕用ウレタンキューブに播種し、育苗室にて１２日間育苗（２２℃、蛍光灯による照射で光量子束密度１５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１、１日を１サイクルとし、１サイクル中の照射時間を１７時間、非照射時間を７時間とし、１２日間照射）したものを用いた。この場合、葉数２枚で生体重が２ｇ程度のサラダ菜を用いた。
次に、ビタミン量の比較例について説明する。
（比較例３、赤色の場合）
プリント基板の１５ｃｍ×１２ｃｍの範囲に、赤色の砲弾型ＬＥＤランプを前述と同様に１０個直列＊２０個並列に設置し、電源装置、パルスジェネレータを接続して、サラダ菜を栽培した。
パルス周期を１００μｓｅｃ（白色のＬＥＤランプの場合に生体重及び光合成速度で最もよいデータとなったパルス周期）、ＤＴ比を５０％、とし、栽培トレー上面の光量子束密度を５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１に調節した。
２２℃、７０％ＲＨ、ＣＯ２濃度４００ｐｐｍの環境下で水耕装置にて栽培を行い、１４日間栽培した後のビタミンＣの含有量を測定した結果を図４に示した（１日を１サイクルとし、１サイクル中の照射時間を１７時間、非照射時間を７時間とし、１４日間照射）。又、生体重、光合成速度を表１に、ビタミンＣの含有量を図４に示した。
尚、栽培に用いた試料は、水耕用ウレタンキューブに播種し、育苗室にて１２日間育苗（２２℃、蛍光灯による照射で光量子束密度１５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１、１日を１サイクルとし、１サイクル中の照射時間を１７時間、非照射時間を７時間とし、１２日間照射）したものを用いた。この場合、葉数２枚で生体重が２ｇ程度のサラダ菜を用いた。
（比較例４、青色の場合）
プリント基板の１５ｃｍ×１２ｃｍの範囲に、青色の砲弾型ＬＥＤランプを前述と同様に１０個直列＊２０個並列に設置し、電源装置、パルスジェネレータを接続して、サラダ菜を栽培した。
パルス周期を１００μｓｅｃ（白色のＬＥＤランプの場合に生体重及び光合成速度で最もよいデータとなったパルス周期）、ＤＴ比を５０％とし、栽培トレー上面の光量子束密度を５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１に調節した。
２２℃、７０％ＲＨ、ＣＯ２濃度４００ｐｐｍの環境下で水耕装置にて栽培を行い、１４日間栽培した後のビタミンＣの含有量を測定し、その結果を図４に示した（１日を１サイクルとし、１サイクル中照射時間を１７時間、非照射時間を７時間とし、１４日間照射）。又、生体重、光合成速度を表１に示した。
尚、栽培に用いた試料は、水耕用ウレタンキューブに播種し、育苗室にて１２日間育苗（２２℃、蛍光灯による照射で光量子束密度１５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１、１日を１サイクルとし、１サイクル中の照射時間を１７時間、非照射時間を７時間とし、１２日間照射）したものを用いた。この場合、葉数２枚で生体重が２ｇ程度のサラダ菜を用いた。
（比較例５、緑色の場合）
プリント基板の１５ｃｍ×１２ｃｍの範囲に、緑色の砲弾型ＬＥＤランプを前述と同様に１０個直列＊２０個並列に設置し、電源装置、パルスジェネレータを接続して、サラダ菜を栽培した。
パルス周期を１００μｓｅｃ（白色のＬＥＤランプの場合に生体重及び光合成速度で最もよいデータとなったパルス周期）、ＤＴ比を５０％とし、栽培トレー上面の光量子束密度を５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１に調節した。
２２℃、７０％ＲＨ、ＣＯ２濃度４００ｐｐｍの環境下で水耕装置にて栽培を行い、１４日間栽培した後のビタミンＣの含有量を測定し、その結果を図４に示した（１日を１サイクルとし、１サイクル中照射時間を１７時間、非照射時間を７時間とし、１４日間照射）。又、生体重、光合成速度を表１に示した。
尚、栽培に用いた試料は、水耕用ウレタンキューブに播種し、育苗室にて１２日間育苗（２２℃、蛍光灯による照射で光量子束密度１５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１、１日を１サイクルとし、１サイクル中の照射時間を１７時間、非照射時間を７時間とし、１２日間照射）したものを用いた。この場合、葉数２枚で生体重が２ｇ程度のサラダ菜を用いた。
（比較例６、Ｒ／Ｂ比が５〜２０）
プリント基板の１５ｃｍ×１２ｃｍの範囲に、赤色の砲弾型ＬＥＤランプを前述と同様に１０個直列＊１０個並列、青色の砲弾型ＬＥＤランプを前述と同様に１０個直列＊１０個並列に設置し、電源装置、パルスジェネレータを接続し、Ｒ／Ｂ比が５、１０、２０になるように赤色の砲弾型ＬＥＤランプ及び青色の砲弾型ＬＥＤランプを点灯して、サラダ菜を栽培した。
パルス周期を１００μｓｅｃ、ＤＴ比を５０％とし、栽培トレー上面の光量子束密度を５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１に調節した。
２２℃、７０％ＲＨ、ＣＯ２濃度４００ｐｐｍの環境下で水耕装置にて栽培を行い、１４日間栽培した後のビタミンＣの含有量を測定し、その結果を図４に示した（１日を１サイクルとし、１サイクル中照射時間を１７時間、非照射時間を７時間とし、１４日間照射）。
尚、栽培に用いた試料は、水耕用ウレタンキューブに播種し、育苗室にて１２日間育苗（２２℃、蛍光灯による照射で光量子束密度１５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１、１日を１サイクルとし、１サイクル中の照射時間を１７時間、非照射時間を７時間とし、１２日間照射）したものを用いた。この場合、葉数２枚で生体重が２ｇ程度のサラダ菜を用いた。
前記ビタミンＣ（アスコルビン酸）の含有量については、全アスコルビン酸量と還元型アスコルビン酸量を以下の方法で測定し、酸化型アスコルビン酸量は両者の差から求めた。
尚、定量測定のためのサンプルの調整方法は以下の通りである。
上述した種々の光源の照射の下で栽培したサラダ菜の葉０．５ｇを５％トリクロロ酢酸（ＴＣＡ）５ｍｌで固定し、ホモジナイザーによって粉砕し、遠心力を利用して密度の差により分離するための遠心分離機で４℃、１２０００ｒｐｍで５分間遠心分離した。この分離された上澄みを、還元型アスコルビン酸と全アスコルビン酸を定量とするためのサンプルとして用いた。
還元型アスコルビン酸は、サンプルを５％ＴＣＡで１０倍に希釈したもの１ｍｌに、５％ＴＣＡ１ｍｌ、エタノール１ｍｌ、エタノールで希釈した０．４％燐酸溶液０．５ｍｌ、エタノールで希釈した０．５％４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（バソフェナントロリン，ＢＰ）１ｍｌ、エタノールで希釈した０．０３％塩化鉄０．５ｍｌに順に加え、合計５ｍｌとした。
そして、３０℃で９０分間静置後、５３４ｎｍの吸光度を分光光度計で測定し、標品（Ｌ（＋）アスコルビン酸）を使用して作成した検量線から還元型アスコルビン酸量を求めた。
全アスコルビン酸量については、サンプルを５％ＴＣＡで１０倍希釈したもの１ｍｌに、エタノールで希釈した０．０６％ジチオスレイトル（ＤＴＴ）を０．５ｍｌ、水酸化ナトリウムを添加して１．２規定とした燐酸水素ナトリウム１ｍｌの順に加えてｐＨ７〜８に調整した。こうして酸化型アスコルビン酸を還元するために室温で１０分間静置した。その後、還元剤の過剰な反応を止めるために、エタノールで希釈した０．２４％Ｎ−エチルマレイミド（ＮＥＭ）０．５ｍｌを加え、２０％ＴＣＡ０．５ｍｌでｐＨ１〜２に調整した。還元後は還元型アスコルビン酸量の測定と同様に行った。
前述の実施例及び比較例の結果に基づいて考察すれば、まず図１から生体重においては、ＤＴ比を５０％とした場合においてパルス周期が１０ｍｓｅｃを除いては連続光や蛍光灯の光よりも白色ＬＥＤが２μｓｅｃ〜１ｍｓｅｃにおいて良好な結果を得ることができた。又、光合成速度においても（ＤＴ比を５０％とした場合）前記と同様に、パルス周期が１０ｍｓｅｃを除いては連続光や蛍光灯の光よりも白色ＬＥＤが２μｓｅｃ〜１ｍｓｅｃにおいて良好な結果を得ることができた。
又、ＤＴ比（パルス周期１００μｓｅｃの場合）においては、図３に示すように生体重において２５％（２０％についてはデータが無いが２０％も良好なデータとなる傾向であることが図３から推測することができる）〜７０％において１００％（連続光）よりも良好な結果になった。
又、ビタミンＣの含有量においては、白色ＬＥＤが最も良好なデータになった。
又、表１の赤色、青色、緑色のＬＥＤランプは、白色ランプに比べると生体重及び光合成速度において良好な結果にはなっていない。
又、白色のＬＥＤランプを照射したサラダ菜栽培用トレイには、こけの発生がほとんど見られなかったが、白色以外のＬＥＤランプを照射したサラダ菜栽培用トレイには、こけの発生が多く見られた。
図１〜図３では、白色の光を発光するＬＥＤランプを用いてサラダ菜を栽培したが、図７〜図１０では、白色の光を発光するＬＥＤランプからの白色と赤色の光を発光するＬＥＤランプからの赤色を混合させてサラダ菜を栽培したデータを示している。図１１に示すように、プリント基板１上に縦横いずれも１８個のＬＥＤランプ（図１１では一部のみ示している）を等間隔を隔てて配置し、合計３２４個のＬＥＤランプを備えさせている。前記３２４個のＬＥＤランプのうちの赤色を発光するＬＥＤランプＲが１０８個で、白色を発光するＬＥＤランプＷが２１６個であり、赤色ＬＥＤランプＲと白色ＬＥＤランプＷの比率が約３３．３：６６．７（全体を１００とした場合）になっているが、植物に応じて変更することができる。そして、このように構成された光源に、前述のように電源装置、パルスジェネレータを接続している。
パルス周期を１００μｓｅｃとし、ＤＴ比を１０％、２５％、３３％、５０％、７０％、１００％（連続光）とし、栽培トレー上面の光量子束密度を５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１に調節した。
２２℃、７０％ＲＨ、ＣＯ２濃度４００ｐｐｍの環境下で水耕装置にて栽培を行い、１４日間栽培した後の生体重を図７に示し、
又、ＤＴ比を５０％とし、パルス周期を２μｓ、１０μｓ、１００μｓ、２００μｓ、４００μｓ、５００μｓ、１ｍｓ、１０ｍｓとし、栽培トレー上面の光量子束密度を５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１に調節して生体重を測定した結果を図８に示している。
又、ＤＴ比を５０％とし、パルス周期を２μｓ、１０μｓ、１００μｓ、２００μｓ、４００μｓ、５００μｓ、１ｍｓ、１０ｍｓとし、栽培トレー上面の光量子束密度を５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１に調節して、光合成速度を測定した結果を図９に示している。
又、比較例として、パルス周期を１００μｓとし、ＤＴ比を５０％、とし、光源を白色光、青色光（４７０ｎｍ）、緑色光（５２５ｎｍ）、赤色光（６６０ｎｍ）、赤色光と白色光の組み合わせの５種類の光と、それぞれの光の連続光と、それらの比較例としての蛍光灯の光の合計１１種類の光を光源とし、栽培トレー上面の光量子束密度を５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１に調節して生体重を測定した結果を図１０に示している。
図７〜図１０までのいずれも、前述同様に、２２℃、７０％ＲＨ、ＣＯ２濃度４００ｐｐｍの環境下で水耕装置にて栽培を行い、１４日間栽培した後に上記各種のデータを測定した（１日を１サイクルとし、１サイクル中照射時間を１７時間、非照射時間を７時間とし、１４日間照射）。
尚、栽培に用いた試料は、水耕用ウレタンキューブに播種し、育苗室にて１２日間育苗（２２℃、蛍光灯による照射で光量子束密度１５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１、１日を１サイクルとし、１サイクル中の照射時間を１７時間、非照射時間を７時間とし、１２日間照射）したものを用いた。この場合、葉数２枚で生体重が２ｇ程度のサラダ菜を用いた。
図７〜図１０の結果に基づいて考察すれば、まず図７に示すＤＴ比（パルス周期１００μｓｅｃの場合）は、白色光と赤色光を混合させた場合も、白色光と同様に生体重において２５％（２０％についてはデータが無いが２０％も良好なデータとなる傾向があることが図７から推測することができる）〜７０％においてＤＴ比が１００％（連続光）よりも良好な結果になった。
図８に示したパルス周期（ＤＴ比を５０％とした場合）は、白色ＬＥＤと同様に、１０μｓｅｃを除いては連続光や蛍光灯の光よりも２μｓｅｃ〜１ｍｓｅｃにおいて良好な結果を得ることができた。その中でも、１０μｓｅｃ〜５００μｓｅｃの間がより良好であり、最もよい結果を示したものが４００μｓｅｃの場合であった。
又、光合成速度（ＤＴ比を５０％とした場合）は、１０ｍｓｅｃを除いては連続光や蛍光灯の光よりも２μｓｅｃ〜１ｍｓｅｃの間において良好な結果を得ることができた。
又、光源は、赤色光（６６０ｎｍ）、白色光、白色の連続光、赤色と白色の混合色の光、赤色と白色の混合色の連続光が蛍光灯の光よりも良好な結果を示し、その中でも、赤色と白色の混合色の光が最も良好で、次ぎに白色光、赤色と白色の混合色の連続光、赤色光（６６０ｎｍ）、白色の連続光の順番になっている。
産業上の利用可能性
本発明に係る植物の栽培方法及び植物の栽培用照明装置によれば、以下の効果を有するものである。
発光ダイオードのパルス光を用いることにより、長寿命であり、発熱量の低減に有利であることは勿論のこと、小さな電力コストで植物を栽培することが可能となり、経済面において有利になる。しかも、電子が流れにくくなることがなく、電子の流れをスムーズにすることができるから、光の無駄がない状態での植物の生育を良好に実現することができる利点がある。
又、白色の光を発光する発光ダイオードを用いることによって、ビタミンＣの含有量が非常に大きく栄養価の高い植物を栽培することが可能となると共に、植物の成長速度を著しく速めることが可能となる。
又、白色の光を発光する発光ダイオードを用いることによって、コケの発生を極めて小さなものとすることができる。
又、白色光と赤色光とを混合した光を用いることによって、生体重及び光合成速度において白色光のみを用いた場合に比べて有利になり、植物を短期間に成長させる場合に特に有利である。
【図面の簡単な説明】
図１は白色の光源を用いてＤＴ比を５０％としたときのパルス周期と生体重との関係を示すグラフである。図２は白色の光源を用いてＤＴ比を５０％としたときのパルス周期と光合成速度との関係を示すグラフである。図３は白色の光源を用いてパルス周期を１００μｓｅｃとしたときのＤＴ比と生体重との関係を示すグラフである。図４は種々の光源とビタミンＣとの関係を示すグラフである。図５はＧａＮ系白色ＬＥＤの発光スペクトルを示すグラフである。図６はＺｎＳｅ系白色ＬＥＤの発光スペクトルを示すグラフである。図７は白色と赤色の光源を用いてパルス周期を１００μｓｅｃとしたときのＤＴ比と生体重との関係を示すグラフである。図８は白色と赤色の光源を用いてＤＴ比を５０％としたときのパルス周期と生体重との関係を示すグラフである。図９は白色と赤色の光源を用いてＤＴ比を５０％としたときのパルス周期と光合成速度との関係を示すグラフである。図１０は種々の光源と生体重との関係を示すグラフである。図１１は基板に白色ＬＥＤランプと赤色ＬＥＤランプとを配設した光源の一部を示す正面図である。
本発明は、植物に発光ダイオードのパルス光を照射して光合成反応を促して植物を活性化させるための植物の栽培方法及び植物の栽培用照明装置に関する。
背景技術
近年、外的要因（天候、気候、害虫など）による影響を受けにくい、人工光源を利用した工場的植物育成システムの実用化が進められている。主要な人工光源としては、高圧ナトリウムランプ、低圧ナトリウムランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、蛍光ランプおよびマイクロ波ランプなどがあるが、これらの中でも発光効率が比較的高い高圧ナトリウムランプが主流である。
しかしながら、高圧ナトリウムランプなどの人工光源は、光合成などに大切な赤色（波長域：６４０〜６９０ｎｍ）と青色（波長域：４２０〜４７０ｎｍ）とのバランスが悪く、このため植物を健全に育成するには出力を十分高くする必要があった。尚、低圧ナトリウムランプの発光効率は高圧ナトリウムランプと比べて高いが、ナトリウムＤ線の単波長光を出力するため光質に問題があり、また出力を高めることが難しい。
また、このような人工光源では、熱放射量が多いため空調負荷が大きく、同時にその熱放射による影響を避けるべく、植物と光源との距離を十分にとる必要があり装置の大型化を招きやすいという問題もあった。
以上の問題を考慮して、近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた人工光源が採用されつつある。発光ダイオードでは、熱線を含まない発光波長域の素子を採用できるため空調負荷が小さくなり、またコンパクトに作製できるため照明効率が向上し、更には、発光ダイオードの寿命が高圧ナトリウムランプの何倍も長いという利点がある。また、多数の発光ダイオードを線状や面状に配列することで、照明器の形状を被照明体である植物に合わせて柔軟に決め易く、発光密度を制御し易い。
前記のように発光ダイオードを用いる他のメリットとしては、パルス光の照射が可能であるという点である。
これについては、例えば高辻正基著「植物工場の基礎と実際」のｐ８８に、植物に与える光としては、連続光に比べパルス光の方が光をパルス（間欠）照明にして暗期をとることで、強光を当てても光飽和が起こらず、単位光量当たりの光合成量が増えるという記載がある。
又、岩波洋造著「光合成の世界」講談社のＢＬＵＥ ＢＡＣＫＳのｐ１５３に、光合成は、連続光よりも短周期のパルス光の方が光の利用効率が良いという記載もあり、発光ダイオードが植物育成用として注目され始めている。
しかしながら、前述のように発光ダイオードをパルス発振して植物を間欠照明し、植物に明期と暗期とをバランス良く与えることにより植物の成長を促すことは従来から知られていたが、どのような構成のものが有効であるかが不明であり、植物を活性化させるにも限界があった。
本発明の目的は、発光ダイオードを用いることにより、コスト面及び小型化において有利にしながらも、最適な発光ダイオードを間欠照明（パルス照明）することで、光合成反応を促し得る植物の栽培方法及び植物の栽培用照明装置を提供することである。
発明の開示
本発明に係る植物の栽培方法及び植物の栽培用照明装置においては、白色の光を発光する発光ダイオード又は白色と赤色の２種類の光を発光する発光ダイオードを光源として、周期２μｓｅｃ〜１ｍｓｅｃ、デューティ比２０〜７０％（ＤＴ比）の範囲のパルス光を照射することによって、植物を栽培するのである。
つまり、後述の実験結果により、上記発光ダイオードを用いることによって、成長効率及び栄養含有量の面において有利になることがわかった。
しかも、連続光ではなく、断続するパルス光にすることによって、消費電力や発熱量の低減を図ることができながらも、成長効率を高めることができる。尚、前記デューティ比とは、周期に対する明期の割合（明期／周期）のことであり、例えば周期が１００μｓｅｃで明期が５０μｓｅｃであれば、５０÷１００＝０．５になり、この値に１００を掛けて５０％になる。
又、森康裕、高辻正基著書の「レーザー光によるサラダナ栽培実験」植物工場学会誌発行のｐ７〜ｐ１２にかけて、「植物は４２０から７３０ｎｍのブロードの波長を使用して光合成をして生育しているために、単一波長を与えるよりも白色ＬＥＤのようなピーク点が複数ある連続スペクトルの波長のほうが光の利用効率があがる」ということの説明がなされている。
前記波長の中でもとくに、クロロフィル（葉緑素）の吸収ピークのある、４２０から４７０ｎｍの青色光と６４０から６９０ｎｍの赤色光の成分で光合成は活発になる。（光合成は、クロロフィルで光を吸収し反応が起こることを言う。）
前記白色ＬＥＤは、他のＬＥＤと異なりちょうど連続スペクトルで植物に必要な波長を持っているが、品種によって多少赤色が不足している。そこで、クロロフィルａの吸収ピークである６６０ｎｍの赤色を加えて、比率を高くすることで、光合成がいままで以上に盛んになり生育があがることになる。
前記パルスで上昇した理由は、白色だけの時よりも赤を混合することで光合成速度が速くなったことが予想されパルス照射することで効率良く電子が流れ、単位光量あたりの光合成速度が大きくなったと思われる。
（光合成の電子伝達系の反応経路に律速因子があり、光合成速度があがるとスムーズに電子が流れなくなり生育が悪くなる。）
前記律速因子に関しては、藤茂宏著書の「光合成−明反応研究の流れ−ＵＰＢＩＯＬＯＧＹ」東京大学出版会発行のｐ１２１〜ｐ１２４にかけて説明されている。
前記のように、光合成速度が上がれば電子が多く流れるようになり、光合成が活発になるのであるが、ある量を超えると（光が強くなったり電子の流れが速くなると）、前記律速因子の関係から、電子が流れにくくなってしまう。
上記のことから、本願発明では、光をあるパルスの間隔で使用することで、電子の流れをスムーズにすることができ、光の無駄もなくなり、植物の生育がよくなることになる。しかも、光源として、連続スペクトルを有する白色光に加えて、光合成速度を速めることができる赤色光を混合することによって、生育を更に促進させることができる。尚、白色光と赤色光の比率は、白色光に対して赤色光が５％以上あればどのような比率に設定してもよい。
発明を実施するための最良の形態
以下、本考案の実施例について図面を参照しながら説明する。
白色光を得る基本的方式としては、赤色、緑色、青色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の３種類の発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）を同時に点灯させる、又は青緑色と黄橙色の２種類のＬＥＤを同時に点灯させる方式や、青色や紫色の光を放射する発光ダイオードを励起用光源として用い、蛍光体を励起する方式であってもよい。例えば、図５にＧａＮ系の白色ＬＥＤの発光スペクトルを示しており、図６にＺｎＳｅ系の白色ＬＥＤの発光スペクトルを示している。図５では、青色光のピーク点ａが約４４０ｎｍ、ＹＡＧ系蛍光材料から放射される黄色光のピーク点ｂが約５５０ｎｍであるのに対して、青色と黄色のいずれの発光ピーク点ａ，ｂが図６では長波長側に移動している。又、図示していないが、ＺｎＳやＺｎＯ、ＡｌＮを使う白色ＬＥＤであってもよく、要するに光変換効率が高く、長寿命であるＬＥＤを用いることが好ましい。尚、白色ＬＥＤにて白色光を発光する場合が、上記のように２種類以上のＬＥＤを用いて白色を発光させる場合に比べて、なだらかな連続スペクトルを得ることができることが多く、好ましい。
前記発光ダイオードを照射して成長させる対象となる植物としては、サラダ菜、レタス等の葉菜類の他、水草等に大きな効果があるが、その他の植物であってもよい。
（実施例１、白色のみの場合）
プリント基板の１５ｃｍ×１２ｃｍの範囲に、白色の砲弾型（チップ型でもよい）ＬＥＤランプを１０個直列＊２０個並列（ほぼ一直線上に適当間隔をおいて配置し、それらが直列接続された１０個のＬＥＤランプ群を、ほぼ平行に２０列並べた状態で）設置し、電源装置、パルスジェネレータを接続して、サラダ菜を栽培した。
ＤＴ比を５０％とし、パルス周期を２μｓｅｃ、１０μｓｅｃ、１００μｓｅｃ、１ｍｓｅｃとし、栽培トレー上面の光量子束密度を５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１に調節した。
２２℃、７０％ＲＨ、ＣＯ２濃度４００ｐｐｍの環境下で水耕装置にて栽培を行い、１４日間栽培した後の生体重、光合成速度、ビタミンＣの含有量を測定し、その結果を図１、図２、図４（ビタミンＣはパルス周期に係わらずほぼ同一の値を示し、白色ＬＥＤの箇所に一括して示している）にそれぞれ示した。
尚、栽培に用いた試料は、水耕用ウレタンキューブに播種し、育苗室にて１２日間育苗（２２℃、蛍光灯による照射で光量子束密度１５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１、１日を１サイクルとし、１サイクル中の照射時間を１７時間、非照射時間を７時間とし、１２日間照射）したものを用いた。この場合、葉数２枚で生体重が２ｇ程度のサラダ菜を用いた。
（実施例２、白色のみの場合）
プリント基板の１５ｃｍ×１２ｃｍの範囲に、白色の砲弾型ＬＥＤランプを前述と同様に１０個直列＊２０個並列に設置し、電源装置、パルスジェネレータを接続して、サラダ菜を栽培した。
パルス周期を１００μｓｅｃとし、ＤＴ比を２５％、３３％、５０％、７０％とし、栽培トレー上面の光量子束密度を５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１に調節した。
２２℃、７０％ＲＨ、ＣＯ２濃度４００ｐｐｍの環境下で水耕装置にて栽培を行い、１４日間栽培した後の生体重、光合成速度、ビタミンＣの含有量を測定し、その結果を図３、図４（ビタミンＣはＤＴ比に係わらずほぼ同一の値を示し、白色ＬＥＤの箇所に一括して示している）で示した。
尚、栽培に用いた試料は、水耕用ウレタンキューブに播種し、育苗室にて１２日間育苗（２２℃、蛍光灯による照射で光量子束密度１５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１、１日を１サイクル中の照射時間を１７時間、非照射時間を７時間とし、１２日間照射）したものを用いた。この場合、葉数２枚で生体重が２ｇ程度のサラダ菜を用いた。
（比較例１、連続光（ＤＴ１００％）及びＤＴ１０％の場合）
プリント基板の１５ｃｍ×１２ｃｍの範囲に、白色の砲弾型ＬＥＤランプを前述と同様に１０個直列＊２０個並列に設置し、電源装置、パルスジェネレータを接続して、サラダ菜を栽培した。
パルス周期を１００μｓｅｃ、ＤＴ比を１０％、１００％とし、栽培トレー上面の光量子束密度を５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１に調節した。
２２℃、７０％ＲＨ、ＣＯ２濃度４００ｐｐｍの環境下で水耕装置にて栽培を行い、１４日間栽培した後の生体重、光合成速度、ビタミンＣの含有量を測定し、その結果を図３、図４（ビタミンＣはＤＴ比に係わらずほぼ同一の値を示し、白色ＬＥＤの箇所に一括して示している）に示した。
尚、栽培に用いた試料は、水耕用ウレタンキューブに播種し、育苗室にて１２日間育苗（２２℃、蛍光灯による照射で光量子束密度１５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１、１日を１サイクルとし、１サイクル中の照射時間を１７時間、非照射時間を７時間とし、１２日間照射）したものを用いた。この場合、葉数２枚で生体重が２ｇ程度のサラダ菜を用いた。
（比較例２、周期１０ｍｓｅｃの場合）
プリント基板の１５ｃｍ×１２ｃｍの範囲に、白色の砲弾型ＬＥＤランプを前述と同様に１０個直列＊２０個並列に設置し、電源装置、パルスジェネレータを接続して、サラダ菜を栽培した。
パルス周期を１０ｍｓｅｃ、ＤＴ比を５０％、とし、栽培トレー上面の光量子束密度を５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１に調節した。
２２℃、７０％ＲＨ、ＣＯ２濃度４００ｐｐｍの環境下で水耕装置にて栽培を行い、１４日間栽培した後の生体重、光合成速度、ビタミンＣの含有量を測定し、その結果を図１、図２、図４（白色ＬＥＤの箇所）に示した。
尚、栽培に用いた試料は、水耕用ウレタンキューブに播種し、育苗室にて１２日間育苗（２２℃、蛍光灯による照射で光量子束密度１５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１、１日を１サイクルとし、１サイクル中の照射時間を１７時間、非照射時間を７時間とし、１２日間照射）したものを用いた。この場合、葉数２枚で生体重が２ｇ程度のサラダ菜を用いた。
次に、ビタミン量の比較例について説明する。
（比較例３、赤色の場合）
プリント基板の１５ｃｍ×１２ｃｍの範囲に、赤色の砲弾型ＬＥＤランプを前述と同様に１０個直列＊２０個並列に設置し、電源装置、パルスジェネレータを接続して、サラダ菜を栽培した。
パルス周期を１００μｓｅｃ（白色のＬＥＤランプの場合に生体重及び光合成速度で最もよいデータとなったパルス周期）、ＤＴ比を５０％、とし、栽培トレー上面の光量子束密度を５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１に調節した。
２２℃、７０％ＲＨ、ＣＯ２濃度４００ｐｐｍの環境下で水耕装置にて栽培を行い、１４日間栽培した後のビタミンＣの含有量を測定した結果を図４に示した（１日を１サイクルとし、１サイクル中の照射時間を１７時間、非照射時間を７時間とし、１４日間照射）。又、生体重、光合成速度を表１に、ビタミンＣの含有量を図４に示した。
尚、栽培に用いた試料は、水耕用ウレタンキューブに播種し、育苗室にて１２日間育苗（２２℃、蛍光灯による照射で光量子束密度１５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１、１日を１サイクルとし、１サイクル中の照射時間を１７時間、非照射時間を７時間とし、１２日間照射）したものを用いた。この場合、葉数２枚で生体重が２ｇ程度のサラダ菜を用いた。
プリント基板の１５ｃｍ×１２ｃｍの範囲に、青色の砲弾型ＬＥＤランプを前述と同様に１０個直列＊２０個並列に設置し、電源装置、パルスジェネレータを接続して、サラダ菜を栽培した。
パルス周期を１００μｓｅｃ（白色のＬＥＤランプの場合に生体重及び光合成速度で最もよいデータとなったパルス周期）、ＤＴ比を５０％とし、栽培トレー上面の光量子束密度を５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１に調節した。
２２℃、７０％ＲＨ、ＣＯ２濃度４００ｐｐｍの環境下で水耕装置にて栽培を行い、１４日間栽培した後のビタミンＣの含有量を測定し、その結果を図４に示した（１日を１サイクルとし、１サイクル中照射時間を１７時間、非照射時間を７時間とし、１４日間照射）。又、生体重、光合成速度を表１に示した。
尚、栽培に用いた試料は、水耕用ウレタンキューブに播種し、育苗室にて１２日間育苗（２２℃、蛍光灯による照射で光量子束密度１５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１、１日を１サイクルとし、１サイクル中の照射時間を１７時間、非照射時間を７時間とし、１２日間照射）したものを用いた。この場合、葉数２枚で生体重が２ｇ程度のサラダ菜を用いた。
（比較例５、緑色の場合）
プリント基板の１５ｃｍ×１２ｃｍの範囲に、緑色の砲弾型ＬＥＤランプを前述と同様に１０個直列＊２０個並列に設置し、電源装置、パルスジェネレータを接続して、サラダ菜を栽培した。
パルス周期を１００μｓｅｃ（白色のＬＥＤランプの場合に生体重及び光合成速度で最もよいデータとなったパルス周期）、ＤＴ比を５０％とし、栽培トレー上面の光量子束密度を５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１に調節した。
２２℃、７０％ＲＨ、ＣＯ２濃度４００ｐｐｍの環境下で水耕装置にて栽培を行い、１４日間栽培した後のビタミンＣの含有量を測定し、その結果を図４に示した（１日を１サイクルとし、１サイクル中照射時間を１７時間、非照射時間を７時間とし、１４日間照射）。又、生体重、光合成速度を表１に示した。
尚、栽培に用いた試料は、水耕用ウレタンキューブに播種し、育苗室にて１２日間育苗（２２℃、蛍光灯による照射で光量子束密度１５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１、１日を１サイクルとし、１サイクル中の照射時間を１７時間、非照射時間を７時間とし、１２日間照射）したものを用いた。この場合、葉数２枚で生体重が２ｇ程度のサラダ菜を用いた。
（比較例６、Ｒ／Ｂ比が５〜２０）
プリント基板の１５ｃｍ×１２ｃｍの範囲に、赤色の砲弾型ＬＥＤランプを前述と同様に１０個直列＊１０個並列、青色の砲弾型ＬＥＤランプを前述と同様に１０個直列＊１０個並列に設置し、電源装置、パルスジェネレータを接続し、Ｒ／Ｂ比が５、１０、２０になるように赤色の砲弾型ＬＥＤランプ及び青色の砲弾型ＬＥＤランプを点灯して、サラダ菜を栽培した。
パルス周期を１００μｓｅｃ、ＤＴ比を５０％とし、栽培トレー上面の光量子束密度を５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１に調節した。
２２℃、７０％ＲＨ、ＣＯ２濃度４００ｐｐｍの環境下で水耕装置にて栽培を行い、１４日間栽培した後のビタミンＣの含有量を測定し、その結果を図４に示した（１日を１サイクルとし、１サイクル中照射時間を１７時間、非照射時間を７時間とし、１４日間照射）。
尚、栽培に用いた試料は、水耕用ウレタンキューブに播種し、育苗室にて１２日間育苗（２２℃、蛍光灯による照射で光量子束密度１５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１、１日を１サイクルとし、１サイクル中の照射時間を１７時間、非照射時間を７時間とし、１２日間照射）したものを用いた。この場合、葉数２枚で生体重が２ｇ程度のサラダ菜を用いた。
前記ビタミンＣ（アスコルビン酸）の含有量については、全アスコルビン酸量と還元型アスコルビン酸量を以下の方法で測定し、酸化型アスコルビン酸量は両者の差から求めた。
尚、定量測定のためのサンプルの調整方法は以下の通りである。
上述した種々の光源の照射の下で栽培したサラダ菜の葉０．５ｇを５％トリクロロ酢酸（ＴＣＡ）５ｍｌで固定し、ホモジナイザーによって粉砕し、遠心力を利用して密度の差により分離するための遠心分離機で４℃、１２０００ｒｐｍで５分間遠心分離した。この分離された上澄みを、還元型アスコルビン酸と全アスコルビン酸を定量とするためのサンプルとして用いた。
還元型アスコルビン酸は、サンプルを５％ＴＣＡで１０倍に希釈したもの１ｍｌに、５％ＴＣＡ１ｍｌ、エタノール１ｍｌ、エタノールで希釈した０．４％燐酸溶液０．５ｍｌ、エタノールで希釈した０．５％４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（バソフェナントロリン，ＢＰ）１ｍｌ、エタノールで希釈した０．０３％塩化鉄０．５ｍｌに順に加え、合計５ｍｌとした。
そして、３０℃で９０分間静置後、５３４ｎｍの吸光度を分光光度計で測定し、標品（Ｌ（＋）アスコルビン酸）を使用して作成した検量線から還元型アスコルビン酸量を求めた。
全アスコルビン酸量については、サンプルを５％ＴＣＡで１０倍希釈したもの１ｍｌに、エタノールで希釈した０．０６％ジチオスレイトル（ＤＴＴ）を０．５ｍｌ、水酸化ナトリウムを添加して１．２規定とした燐酸水素ナトリウム１ｍｌの順に加えてｐＨ７〜８に調整した。こうして酸化型アスコルビン酸を還元するために室温で１０分間静置した。その後、還元剤の過剰な反応を止めるために、エタノールで希釈した０．２４％Ｎ−エチルマレイミド（ＮＥＭ）０．５ｍｌを加え、２０％ＴＣＡ０．５ｍｌでｐＨ１〜２に調整した。還元後は還元型アスコルビン酸量の測定と同様に行った。
前述の実施例及び比較例の結果に基づいて考察すれば、まず図１から生体重においては、ＤＴ比を５０％とした場合においてパルス周期が１０ｍｓｅｃを除いては連続光や蛍光灯の光よりも白色ＬＥＤが２μｓｅｃ〜１ｍｓｅｃにおいて良好な結果を得ることができた。又、光合成速度においても（ＤＴ比を５０％とした場合）前記と同様に、パルス周期が１０ｍｓｅｃを除いては連続光や蛍光灯の光よりも白色ＬＥＤが２μｓｅｃ〜１ｍｓｅｃにおいて良好な結果を得ることができた。
又、ＤＴ比（パルス周期１００μｓｅｃの場合）においては、図３に示すように生体重において２５％（２０％についてはデータが無いが２０％も良好なデータとなる傾向であることが図３から推測することができる）〜７０％において１００％（連続光）よりも良好な結果になった。
又、ビタミンＣの含有量においては、白色ＬＥＤが最も良好なデータになった。
又、表１の赤色、青色、緑色のＬＥＤランプは、白色ランプに比べると生体重及び光合成速度において良好な結果にはなっていない。
又、白色のＬＥＤランプを照射したサラダ菜栽培用トレイには、こけの発生がほとんど見られなかったが、白色以外のＬＥＤランプを照射したサラダ菜栽培用トレイには、こけの発生が多く見られた。
図１〜図３では、白色の光を発光するＬＥＤランプを用いてサラダ菜を栽培したが、図７〜図１０では、白色の光を発光するＬＥＤランプからの白色と赤色の光を発光するＬＥＤランプからの赤色を混合させてサラダ菜を栽培したデータを示している。図１１に示すように、プリント基板１上に縦横いずれも１８個のＬＥＤランプ（図１１では一部のみ示している）を等間隔を隔てて配置し、合計３２４個のＬＥＤランプを備えさせている。前記３２４個のＬＥＤランプのうちの赤色を発光するＬＥＤランプＲが１０８個で、白色を発光するＬＥＤランプＷが２１６個であり、赤色ＬＥＤランプＲと白色ＬＥＤランプＷの比率が約３３．３：６６．７（全体を１００とした場合）になっているが、植物に応じて変更することができる。そして、このように構成された光源に、前述のように電源装置、パルスジェネレータを接続している。
パルス周期を１００μｓｅｃとし、ＤＴ比を１０％、２５％、３３％、５０％、７０％、１００％（連続光）とし、栽培トレー上面の光量子束密度を５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１に調節した。
２２℃、７０％ＲＨ、ＣＯ２濃度４００ｐｐｍの環境下で水耕装置にて栽培を行い、１４日間栽培した後の生体重を図７に示し、
又、ＤＴ比を５０％とし、パルス周期を２μｓ、１０μｓ、１００μｓ、２００μｓ、４００μｓ、５００μｓ、１ｍｓ、１０ｍｓとし、栽培トレー上面の光量子束密度を５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１に調節して生体重を測定した結果を図８に示している。
又、ＤＴ比を５０％とし、パルス周期を２μｓ、１０μｓ、１００μｓ、２００μｓ、４００μｓ、５００μｓ、１ｍｓ、１０ｍｓとし、栽培トレー上面の光量子束密度を５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１に調節して、光合成速度を測定した結果を図９に示している。
又、比較例として、パルス周期を１００μｓとし、ＤＴ比を５０％、とし、光源を白色光、青色光（４７０ｎｍ）、緑色光（５２５ｎｍ）、赤色光（６６０ｎｍ）、赤色光と白色光の組み合わせの５種類の光と、それぞれの光の連続光と、それらの比較例としての蛍光灯の光の合計１１種類の光を光源とし、栽培トレー上面の光量子束密度を５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１に調節して生体重を測定した結果を図１０に示している。
図７〜図１０までのいずれも、前述同様に、２２℃、７０％ＲＨ、ＣＯ２濃度４００ｐｐｍの環境下で水耕装置にて栽培を行い、１４日間栽培した後に上記各種のデータを測定した（１日を１サイクルとし、１サイクル中照射時間を１７時間、非照射時間を７時間とし、１４日間照射）。
尚、栽培に用いた試料は、水耕用ウレタンキューブに播種し、育苗室にて１２日間育苗（２２℃、蛍光灯による照射で光量子束密度１５０μｍｏｌ・ｍ−２ｓ−１、１日を１サイクルとし、１サイクル中の照射時間を１７時間、非照射時間を７時間とし、１２日間照射）したものを用いた。この場合、葉数２枚で生体重が２ｇ程度のサラダ菜を用いた。
図７〜図１０の結果に基づいて考察すれば、まず図７に示すＤＴ比（パルス周期１００μｓｅｃの場合）は、白色光と赤色光を混合させた場合も、白色光と同様に生体重において２５％（２０％についてはデータが無いが２０％も良好なデータとなる傾向があることが図７から推測することができる）〜７０％においてＤＴ比が１００％（連続光）よりも良好な結果になった。
図８に示したパルス周期（ＤＴ比を５０％とした場合）は、白色ＬＥＤと同様に、１０μｓｅｃを除いては連続光や蛍光灯の光よりも２μｓｅｃ〜１ｍｓｅｃにおいて良好な結果を得ることができた。その中でも、１０μｓｅｃ〜５００μｓｅｃの間がより良好であり、最もよい結果を示したものが４００μｓｅｃの場合であった。
又、光合成速度（ＤＴ比を５０％とした場合）は、１０ｍｓｅｃを除いては連続光や蛍光灯の光よりも２μｓｅｃ〜１ｍｓｅｃの間において良好な結果を得ることができた。
又、光源は、赤色光（６６０ｎｍ）、白色光、白色の連続光、赤色と白色の混合色の光、赤色と白色の混合色の連続光が蛍光灯の光よりも良好な結果を示し、その中でも、赤色と白色の混合色の光が最も良好で、次ぎに白色光、赤色と白色の混合色の連続光、赤色光（６６０ｎｍ）、白色の連続光の順番になっている。
産業上の利用可能性
本発明に係る植物の栽培方法及び植物の栽培用照明装置によれば、以下の効果を有するものである。
発光ダイオードのパルス光を用いることにより、長寿命であり、発熱量の低減に有利であることは勿論のこと、小さな電力コストで植物を栽培することが可能となり、経済面において有利になる。しかも、電子が流れにくくなることがなく、電子の流れをスムーズにすることができるから、光の無駄がない状態での植物の生育を良好に実現することができる利点がある。
又、白色の光を発光する発光ダイオードを用いることによって、ビタミンＣの含有量が非常に大きく栄養価の高い植物を栽培することが可能となると共に、植物の成長速度を著しく速めることが可能となる。
又、白色の光を発光する発光ダイオードを用いることによって、コケの発生を極めて小さなものとすることができる。
又、白色光と赤色光とを混合した光を用いることによって、生体重及び光合成速度において白色光のみを用いた場合に比べて有利になり、植物を短期間に成長させる場合に特に有利である。
【図面の簡単な説明】
図１は白色の光源を用いてＤＴ比を５０％としたときのパルス周期と生体重との関係を示すグラフである。図２は白色の光源を用いてＤＴ比を５０％としたときのパルス周期と光合成速度との関係を示すグラフである。図３は白色の光源を用いてパルス周期を１００μｓｅｃとしたときのＤＴ比と生体重との関係を示すグラフである。図４は種々の光源とビタミンＣとの関係を示すグラフである。図５はＧａＮ系白色ＬＥＤの発光スペクトルを示すグラフである。図６はＺｎＳｅ系白色ＬＥＤの発光スペクトルを示すグラフである。図７は白色と赤色の光源を用いてパルス周期を１００μｓｅｃとしたときのＤＴ比と生体重との関係を示すグラフである。図８は白色と赤色の光源を用いてＤＴ比を５０％としたときのパルス周期と生体重との関係を示すグラフである。図９は白色と赤色の光源を用いてＤＴ比を５０％としたときのパルス周期と光合成速度との関係を示すグラフである。図１０は種々の光源と生体重との関係を示すグラフである。図１１は基板に白色ＬＥＤランプと赤色ＬＥＤランプとを配設した光源の一部を示す正面図である。
Claims (4)
- 白色の光を発光する発光ダイオードを光源として、周期２μｓｅｃ〜１ｍｓｅｃ、デューティ比２０〜７０％（ＤＴ比）の範囲のパルス光を照射するものを用いて植物を栽培する植物の栽培方法。
- 白色と赤色の２種類の光を発光する発光ダイオードを光源として、周期２μｓｅｃ〜１ｍｓｅｃ、デューティ比２０〜７０％（ＤＴ比）の範囲のパルス光を照射するものを用いて植物を栽培する植物の栽培方法。
- 白色の光を発光する発光ダイオードを光源として、周期２μｓｅｃ〜１ｍｓｅｃ、デューティ比２０〜７０％（ＤＴ比）の範囲のパルス光を照射するものから構成してなる植物の栽培用照明装置。
- 白色と赤色の２種類の光を発光する発光ダイオードを光源として、周期２μｓｅｃ〜１ｍｓｅｃ、デューティ比２０〜７０％（ＤＴ比）の範囲のパルス光を照射するものから構成してなる植物の栽培用照明装置。
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