JPWO2015093509A1 - Method for promoting photosynthesis of photosynthetic organisms - Google Patents
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Abstract
光合成能力を有する例えば生物にマイクロ波を照射することにより、光合成を促進させる光合成促進方法および光合成生物の育成方法を提供する。少なくとも光合成が行われる部分にマイクロ波を照射することにより、光合成を促進する。例えば、天候や気候により光量が不足するような場合に、光合成を行う植物にマイクロ波を照射することにより、光の照射面以外でも光合成を促進させる。これにより、植物の成長を促すことができる。極めて省スペースなだけでなくエネルギー効率も極めて高い状況で植物等の成長を促すことができ、バイオ燃料、ビタミンなどの医薬品、食料、酸素等の製造、二酸化炭素の消費を効率的に行うことができる。Provided are a method for promoting photosynthesis and a method for growing a photosynthetic organism by accelerating photosynthesis by, for example, irradiating a living organism having photosynthesis ability with microwaves. Photosynthesis is promoted by irradiating at least a portion where photosynthesis is performed with microwaves. For example, when the amount of light is insufficient due to the weather or the climate, photosynthesis is promoted at a place other than the light irradiation surface by irradiating the plant that performs photosynthesis with microwaves. Thereby, the growth of a plant can be promoted. Not only is it very space-saving, but it can also promote the growth of plants, etc. under extremely high energy efficiency, and can efficiently produce biofuels, vitamins and other medicines, food, oxygen, etc., and consume carbon dioxide it can.
Description
本発明は、光合成を行う生物（植物等と称する場合がある）や人工光合成装置の光合成を様々な状況下で促進する光合成促進方法および光合成行う生物を効率的に育成する光合成生物の育成方法に関する。 The present invention relates to a photosynthesis promoting method for promoting photosynthesis of an organism that performs photosynthesis (sometimes referred to as a plant or the like) or an artificial photosynthesis apparatus under various circumstances, and a method for growing a photosynthetic organism that efficiently grows an organism that performs photosynthesis. .
光合成とは、電磁波である光によって環境中の物質（例えば、水（Ｈ２０））から還元力を取り出し、その還元力とエネルギーによって二酸化炭素を有機物に固定する反応である。すなわち、例えば、光合成を行う植物等の葉緑体は、電磁波としての光が当たると、光エネルギーを電子エネルギーに変換し、酸化還元反応すなわち電子伝達反応により、二酸化炭素に水素原子を付加して炭水化物を生成している。Photosynthesis is a reaction in which reducing power is extracted from a substance in the environment (for example, water (H 2 0)) by light that is electromagnetic waves, and carbon dioxide is fixed to an organic substance by the reducing power and energy. That is, for example, a chloroplast such as a plant that performs photosynthesis converts light energy into electronic energy when it receives light as an electromagnetic wave, and adds a hydrogen atom to carbon dioxide by an oxidation-reduction reaction, that is, an electron transfer reaction. Producing carbohydrates.
この光合成により、二酸化炭素が吸収されるとともに酸素が放出され、地球上の酸素濃度が高められることになり、地球環境に影響を与えることになる。また、例えば、光合成により、水と空気中の二酸化炭素から炭水化物が生じ、地球の生態系を維持しているとともに、農業による食料生産を可能にしている。 This photosynthesis absorbs carbon dioxide and releases oxygen, increasing the oxygen concentration on the earth and affecting the global environment. In addition, for example, by photosynthesis, carbohydrates are generated from water and carbon dioxide in the air, maintaining the earth's ecosystem and enabling food production by agriculture.
また、光合成は、一般的に食料とされるものを含む地上植物や海藻だけではなく、海藻以外の植物性プランクトン等の藻類や、光合成細菌でも行われており、これらを産業に利用することが考えられている。例えば、浄水処理で生じる汚泥の処理方法として、汚泥に光合成細菌を含む有効微生物を付与し、有効微生物が付与された汚泥に電磁波を照射して腐敗物質分解作用を促進し、最終的に汚泥を肥料とすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。 Photosynthesis is performed not only on terrestrial plants and seaweed including foods generally used but also on algae such as phytoplankton other than seaweed, and photosynthetic bacteria, and these can be used in industry. It is considered. For example, as a treatment method of sludge generated by water purification treatment, effective microorganisms containing photosynthetic bacteria are applied to the sludge, and electromagnetic waves are irradiated to the sludge to which effective microorganisms are applied to promote the decomposition of septic substances, and finally the sludge is removed. It has been proposed to use fertilizer (see, for example, Patent Document 1).
上述の汚泥に照射される電磁波は光であるが、光以外の電磁波として、高周波発振器からの高周波を用いて植物を活性化する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。 Although the electromagnetic wave irradiated to the above-mentioned sludge is light, the method of activating a plant using the high frequency from a high frequency oscillator as electromagnetic waves other than light is proposed (for example, refer to patent documents 2).
ところで、上述の植物を活性化する方法では、高周波を植物としての木の根、幹、枝に照射し、主に根からの養分の吸収性を高めることにより樹木を活性化するものであり、光合成を促進、活性化させるものではない。また、汚泥に光合成細菌を付与して汚泥中に光を照射するのは、汚泥により光合成細菌への光が遮られて光量不足となることへの対応策であると考えられる。 By the way, in the above-mentioned method for activating a plant, the tree is activated by irradiating the roots, trunks, and branches of the tree as a plant and mainly increasing the absorbability of nutrients from the root. It does not promote or activate. Moreover, it is considered that providing the photosynthetic bacteria to the sludge and irradiating the sludge with light is a countermeasure against the sludge blocking the light to the photosynthetic bacteria and causing the light quantity to be insufficient.
植物等の光合成能力のある生物において、光合成の促進および活性化を図ることが可能となれば、地球環境や食料供給に大きな貢献が可能であり、光合成の促進・活性化をする方法が開発されることが求められている。特に、コスト等を考慮した場合に、照明により人工的に光量を増加しなくても、光合成が促進・活性化されることが求められている。 If it is possible to promote and activate photosynthesis in organisms capable of photosynthesis, such as plants, it is possible to make a significant contribution to the global environment and food supply, and a method for promoting and activating photosynthesis has been developed. It is required to be. In particular, considering cost and the like, it is required that photosynthesis is promoted and activated without artificially increasing the amount of light by illumination.
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、光合成能力を有する例えば生物にマイクロ波を照射することにより、光合成を促進させる光合成促進方法および光合成生物の育成方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for promoting photosynthesis and a method for growing a photosynthetic organism by accelerating photosynthesis by, for example, irradiating microwaves with photosynthetic ability. .
前記目的を達成するために、本発明の光合成促進方法は、少なくとも光合成が行われる部分にマイクロ波を照射することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the photosynthesis promotion method of the present invention is characterized in that at least a portion where photosynthesis is performed is irradiated with microwaves.
本発明者は、赤外線より波長が長い電磁波でも光合成が行われる可能性を完全に否定することはできないのではないかとの見解に至り、マイクロ波を植物の葉の粉砕物を含む混合液に照射した場合に、マイクロ波を照射しない場合よりも溶存酸素濃度が高くなるとの知見を得た。 The present inventor came to the view that the possibility of photosynthesis even with electromagnetic waves having a wavelength longer than that of infrared rays could not be completely denied, and microwaves were applied to the mixed liquid containing the pulverized plant leaves. In this case, it was found that the dissolved oxygen concentration was higher than that in the case where microwave irradiation was not performed.
一般に植物等の葉緑体の光合成においては、葉緑素が赤と青の光を吸収して緑色に見えることから、赤と青の光に基づいて光合成が行われると思われる場合があるが、実際に光合成の効率を見ると緑の光より青の光の方が、効率が悪いことが知られている。基本的に可視光の範囲内、特に４００ｎｍ〜７００ｎｍの光ならば色に関係なく光合成に寄与することが知れるとともに、赤外や紫外の光は、光合成に寄与しないことが知られている。 In general, in photosynthesis of chloroplasts such as plants, since chlorophyll absorbs red and blue light and appears green, photosynthesis may be performed based on red and blue light. In terms of photosynthesis efficiency, it is known that blue light is less efficient than green light. Basically, it is known that light in the range of visible light, particularly 400 nm to 700 nm, contributes to photosynthesis regardless of color, and infrared or ultraviolet light is known not to contribute to photosynthesis.
但し、光合成細菌の光合成色素のバクテリオクロロフィルは赤外線を吸収し、バクテリオクロロフィルを有する光合成細菌では、赤外線により光合成を行うことが可能なことが知られている。 However, it is known that bacteriochlorophyll, a photosynthetic pigment of photosynthetic bacteria, absorbs infrared rays, and that photosynthesis bacteria having bacteriochlorophyll can carry out photosynthesis with infrared rays.
これらのことから、光合成を行う部分、例えば、光合成色素を有する葉緑体や、光合成細菌等に対して赤外の波長範囲の波長の長い側に隣接する波長範囲の電磁波であるマイクロ波を照射した場合に、マイクロ波の少なくとも一部が吸収されることになり、マイクロ波に基づいて光合成が行われるか、もしくは、光合成が促進される。すなわち、マイクロ波に基づいて電子が供給されて電子伝達反応である光合成が行われるか、もしくは供給された電子が光合成色素等に間接的に渡されることにより光合成が行われる。いずれにしろ、マイクロ波を照射することにより、光単独の場合よりも光合成を促進することが可能になる。 For these reasons, microwaves that are electromagnetic waves in the wavelength range adjacent to the longer wavelength side of the infrared wavelength range are irradiated on the photosynthesis part, for example, chloroplasts having photosynthetic pigments, photosynthetic bacteria, etc. In this case, at least a part of the microwave is absorbed, and photosynthesis is performed based on the microwave, or photosynthesis is promoted. That is, photosynthesis is performed by supplying electrons based on microwaves and performing an electron transfer reaction, or by indirectly passing the supplied electrons to a photosynthetic dye or the like. In any case, photosynthesis can be promoted by irradiating microwaves more than light alone.
ここで、光（可視光）の照射面では光合成が活発になるが、葉の影では極端に光合成の効率が低くなり、大規模な光合成を行うためには広大な面積が必要である。光より周波数が低いマイクロ波では、直進性が光より低いとともに、葉を透過する透過率が光より高くなり、マイクロ波により光合成が促進される場合に、光だけを照射した場合に比較してスペース効率を高めることができる。 Here, photosynthesis is active on the irradiation surface of light (visible light), but in the shadow of a leaf, the efficiency of photosynthesis is extremely low, and a large area is required for large-scale photosynthesis. In microwaves with a frequency lower than that of light, the straightness is lower than that of light, the transmittance through the leaves is higher than that of light, and photosynthesis is promoted by microwaves, compared to the case where only light is irradiated. Space efficiency can be increased.
また、人工光で光合成を行うには、電力から光を作ることとなりエネルギー効率が高くなく、例えば、変換効率が良いとされるＬＥＤでも変換効率が約１５％程度である。それに対して電力からマイクロ波への変換は、変換効率９０％以上となり、エネルギーコストの低減を図ることができる。 In addition, in order to perform photosynthesis with artificial light, light is generated from electric power and energy efficiency is not high. For example, even in an LED that is considered to have good conversion efficiency, the conversion efficiency is about 15%. On the other hand, the conversion from electric power to microwaves has a conversion efficiency of 90% or more, and the energy cost can be reduced.
また、例えば、クロレラ、ユーグレナなどの単細胞の藻類（光合成細菌を含む）、各種植物（種子植物、胞子植物、海藻等の多細胞生物である藻類を含む）、動物に分類される光合成を行う生物の光合成を様々な状況下で促進することができる。 In addition, for example, single-celled algae such as chlorella and euglena (including photosynthetic bacteria), various plants (including algae that are multicellular organisms such as seed plants, spore plants, and seaweed), organisms that perform photosynthesis classified as animals Photosynthesis can be promoted under various circumstances.
光合成を行う植物等にマイクロ波を照射することにより、光の照射面以外でも光合成を促進させるこができ、極めて省スペースなだけでなくエネルギー効率も極めて高い状況で光合成生物の成長を促すことができる。マイクロ波が照射される光合成生物を利用して、バイオ燃料、ビタミンなどの医薬品、食料、酸素等の製造や、二酸化炭素の消費を効率的に行うことができる。
また、光量が弱い場合に、光合成が行われる部分にマイクロ波を照射することが有効である。また、光が無い場合でも、光合成が行われる部分にマイクロ波を照射することが有効である。By irradiating plants that perform photosynthesis with microwaves, photosynthesis can be promoted outside the light-irradiated surface, which promotes the growth of photosynthetic organisms in a very space-saving and energy-efficient situation. it can. Utilizing photosynthetic organisms irradiated with microwaves, it is possible to efficiently produce biofuels, pharmaceuticals such as vitamins, food, oxygen, etc., and consume carbon dioxide.
In addition, when the amount of light is weak, it is effective to irradiate a portion where photosynthesis is performed with microwaves. Even when there is no light, it is effective to irradiate a portion where photosynthesis is performed with microwaves.
本発明の光合成生物の育成（培養）方法は、光合成を行う生物の光合成が行われる部分にマイクロ波を照射し、前記生物を育成することを特徴とする。 The method for growing (culturing) a photosynthetic organism according to the present invention is characterized by irradiating a portion where photosynthesis of an organism performing photosynthesis is performed with microwaves to grow the organism.
このような構成によれば、光合成を行う生物、例えば、光合成生物である農作物を、光量が不足しても育成することが可能になる。すなわち、農業は、気候により生産量が左右されるが、気候不順による日照量不足をマイクロ波の照射により補うことができる。これにより、農作物の生産性の向上を図ることができる。また、植物工場において、電力を光に変換するより、送信装置によりマイクロ波に変換する方が効率的であり、光を照射するよりマイクロ波を照射した方がコストの低減を図れる可能性がある。 According to such a configuration, it is possible to grow an organism that performs photosynthesis, for example, a crop that is a photosynthetic organism even if the amount of light is insufficient. In other words, in agriculture, production is influenced by the climate, but the lack of sunshine due to unseasonable climate can be compensated for by microwave irradiation. Thereby, the productivity of agricultural products can be improved. Also, in plant factories, it is more efficient to convert electric power to light than to light, and it is more efficient to convert it to microwaves, and it is possible to reduce costs by irradiating microwaves rather than irradiating light. .
また、マイクロ波は、光より直進性が低く、かつ、植物等の生物を透過し易いので、影ができにくく、例えば、水耕栽培等の植物の栽培において、面積当たりの収穫量を増やすために、栽培する植物同士の間隔を狭めて、植物を密に配置するものとしても、隣り合う植物が影になって光量不足で生育が妨げられるのを防止することができる。これらのことから、植物等の生産性を向上し、植物等を用いて作られる各種製品、例えば、バイオ燃料、食物、医薬品、酸素等の生産性の向上およびコストダウンを図ることができる。また、二酸化炭素の除去や、酸素の供給を行うことができる。 In addition, since microwaves are less straight than light and easily pass through organisms such as plants, shadows are difficult to shadow. For example, in the cultivation of plants such as hydroponic cultivation, the yield per area is increased. Moreover, even if the distance between plants to be cultivated is narrowed and the plants are arranged densely, it is possible to prevent neighboring plants from being shaded and hindering growth due to insufficient light quantity. From these things, productivity of plants etc. can be improved and productivity of various products made using plants etc., for example, biofuel, food, medicine, oxygen, etc., and cost reduction can be aimed at. Further, carbon dioxide can be removed and oxygen can be supplied.
本発明の前記構成において、光合成を行う生物の細胞または光合成を行う生物としての単細胞生物を水中で撹拌しながらマイクロ波を照射することが好ましい。 In the above-described configuration of the present invention, it is preferable to irradiate the cells of the organism performing photosynthesis or the single cell organism as the organism performing photosynthesis with microwaves while stirring in water.
このような構成によれば、マイクロ波を用いて光合成を促進し、効率的に光合成生物を育成することが可能なり、植物等を用いて作られる上述の各種製品の生産性の向上およびコストダウンを図ることができる。また、二酸化炭素の除去や、酸素の供給をより効率的に行うことができる。 According to such a configuration, it is possible to promote photosynthesis using microwaves and efficiently cultivate photosynthetic organisms, and to improve the productivity and cost reduction of the above-mentioned various products made using plants and the like. Can be achieved. Further, carbon dioxide can be removed and oxygen can be supplied more efficiently.
本発明によれば、マイクロ波により光合成を促進させることが可能であり、マイクロ波を用いることで、農作物の生産性を向上したり、空気中の二酸化炭素濃度の低減と酸素の増加を図ったりすることができる。 According to the present invention, photosynthesis can be promoted by microwaves, and by using microwaves, productivity of crops can be improved, carbon dioxide concentration in the air can be reduced, and oxygen can be increased. can do.
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本実施の形態では、光合成を行う生物の実際に光合成が行われる部分、例えば、光合成色素がある部分や、光合成色素として葉緑素がある部分や、光合成を行う小器官としての葉緑体等に、マイクロ波を照射するものである。現実的には、植物や藻類や光合成細菌等にマイクロ波を照射することにより、例えば、光量が不十分な場合であっても、光合成を活性化させて光合成を促進するものである。なお、光合成を促進する場合に、二酸化炭素濃度や水の量や温度など光以外の他の条件が整っていることが好ましい。Embodiments of the present invention will be described below.
In the present embodiment, the part of the organism that performs photosynthesis is actually subjected to photosynthesis, for example, the part with a photosynthesis dye, the part with chlorophyll as the photosynthesis dye, the chloroplast as the organelle that performs photosynthesis, Irradiates microwaves. Actually, by irradiating a plant, algae, photosynthetic bacteria, or the like with microwaves, for example, even when the amount of light is insufficient, photosynthesis is activated to promote photosynthesis. In the case of promoting photosynthesis, it is preferable that conditions other than light such as carbon dioxide concentration, water amount, and temperature are satisfied.
ここでのマイクロ波は、例えば、極超短波（ＵＨＦ）、センチ波（ＳＨＦ）、ミリ波（ＥＨＦ）、サブミリ波を含むものであり、周波数が３００ＭＨｚ〜３ＴＨｚで、波長が１ｍ〜１００μｍの電磁波である。なお、赤外線の周波数は、３ＴＨｚ〜３００ＴＨｚである。また、好ましくは、マイクロ波でかつ周波数が例えば１ＧＨｚ以上であることが好ましい。なお、マイクロ波は、必ずしも明確に定義されたものはなく、マイクロ波がサブミリ波を含まないとする場合もある。ここでは、マイクロ波は、サブミリ波含むものとする。 The microwave here includes, for example, an ultra high frequency wave (UHF), a centimeter wave (SHF), a millimeter wave (EHF), and a submillimeter wave, and is an electromagnetic wave having a frequency of 300 MHz to 3 THz and a wavelength of 1 m to 100 μm. is there. The frequency of infrared rays is 3 THz to 300 THz. Moreover, it is preferable that it is a microwave and a frequency is 1 GHz or more, for example. Note that the microwave is not necessarily clearly defined, and the microwave may not include the submillimeter wave. Here, the microwave includes a submillimeter wave.
本実施の形態では、マイクロ波の植物等への照射は、具体的には、地上植物にマイクロ波を照射するものであり、例えば、田圃、畑等において、マイクロ波用の送信装置を用いて植物等にマイクロ波を照射する。この場合に、例えば、アンテナからマイクロ波を照射することになるが、指向性があるアンテナを用いることが好ましい。すなわち、植物等に向けてマイクロ波を照射できるようになっていることが好ましい。 In the present embodiment, the microwave irradiation to the plant or the like is specifically to irradiate the ground plant with the microwave. For example, in a field or a field, a microwave transmission device is used. Irradiate plants with microwaves. In this case, for example, microwaves are irradiated from the antenna, but it is preferable to use an antenna having directivity. That is, it is preferable to be able to irradiate microwaves toward plants and the like.
なお、アンテナの種類、アンテナの本数を含むアンテナの配置、マイクロ波送信装置の出力等は、田圃や畑の状況に応じて異なるものとなる可能性が高く、各状況において、実験的に最適な状態を求めることが好ましい。 The type of antenna, the arrangement of the antenna including the number of antennas, the output of the microwave transmission device, etc. are likely to vary depending on the situation of the rice field or the field. It is preferable to determine the state.
マイクロ波用の送信装置における発振には、マグネトロン、クライストロン、進行波管（ＴＷＴ）、ジャイロトロン、ガンダイオードを用いた回路などを用いることができる。 A circuit using a magnetron, a klystron, a traveling wave tube (TWT), a gyrotron, a Gunn diode, or the like can be used for oscillation in a microwave transmitter.
上述の畑等には、例えば、露地栽培やビニールハウスや温室を用いた促成栽培を含むとともに、建物内で例えば水耕栽培等により植物等を育てる植物工場にも応用することができる。また、水中に生息する藻類や光合成細菌に対しては、水の外側または水中の装置からマイクロ波を照射することになる。この際に、マイクロ波は、ある程度水中に入り込むが、水に吸収されて水を温めることになり、水中深くマイクロ波を照射することはできないので、浅い水槽内または水槽内に複数のマイクロ波照射口を設けて栽培（培養）することが好ましい。 The above-mentioned fields and the like include, for example, outdoor cultivation and forcing cultivation using a greenhouse or greenhouse, and can also be applied to a plant factory that grows plants and the like in a building by, for example, hydroponics. In addition, algae and photosynthetic bacteria that inhabit the water are irradiated with microwaves from the outside of the water or from an underwater device. At this time, the microwaves enter the water to some extent, but they are absorbed by the water and warm the water, and it is not possible to irradiate the microwaves deeply in the water. It is preferable to cultivate (cultivate) with a mouth.
なお、日本の電子レンジでは、２．４５ＧＨｚのマイクロ波が用いられるが、使用される波長は国によって異なり、基本的には水を温める効率等の技術的観点や安全性の観点で決められたものではなく、電波に関する各種規制や法律等に基づいて決められている。基本的にマイクロ波の周波数範囲の電磁波を水に照射することにより、水を温めることが可能である。 In Japan, microwaves of 2.45 GHz are used in microwave ovens, but the wavelength used varies from country to country and is basically determined from the technical point of view, such as the efficiency of warming water, and from the viewpoint of safety. It is determined based on various regulations and laws concerning radio waves. Basically, water can be heated by irradiating water with electromagnetic waves in the microwave frequency range.
この場合に、マイクロ波が水に吸収されることになり、マイクロ波は水中で減衰し、水中を長い距離に渡って伝播することはできないが、浅い水槽ならば、十分にマイクロ波を照射することは可能である。また、水槽が深く、大容量であるような場合には、水槽がマイクロ波を透過可能ならば、水槽の周囲に対して複数のアンテナをマイクロ波照射口として配置し、水面側から照射したのではマイクロ波が十分に照射されない部分にマイクロ波を照射可能としてもよい。また、アンテナを防水された状態（水から隔離された状態）で、水中にマイクロ照射口として配置し水槽内にマイクロ波を照射するものとしてもよい。 In this case, the microwave is absorbed by the water, and the microwave is attenuated in the water and cannot propagate in the water over a long distance, but if it is a shallow aquarium, the microwave is sufficiently irradiated. It is possible. In addition, when the water tank is deep and large in capacity, if the water tank can transmit microwaves, multiple antennas are arranged as microwave irradiation ports around the water tank and irradiated from the water surface side. Then, it may be possible to irradiate the microwave to a portion where the microwave is not sufficiently irradiated. Moreover, it is good also as what is arrange | positioned as a micro irradiation port in water and irradiates a microwave in a water tank in the state waterproofed (state isolate | separated from water).
また、マイクロ波により水が加温されるので、マイクロ波を水槽の水温を維持するための加熱装置（暖房装置）として用いるものとしてもよい。例えば、冬の低温となる時期に、光合成に必要と思われる出力よりも少し大きい出力のマイクロ波を照射して、水槽の水温を調節するものとしてもよい。また、高温を好む藻類（光合成細菌を含む）の場合に、冬以外でもマイクロ波による加熱を行ってもよい。 Further, since the water is heated by the microwave, the microwave may be used as a heating device (heating device) for maintaining the water temperature of the water tank. For example, it is good also as what adjusts the water temperature of a water tank by irradiating the microwave of an output slightly larger than the output considered necessary for photosynthesis in the time when it becomes low temperature in winter. Further, in the case of algae (including photosynthetic bacteria) that prefer high temperatures, heating by microwaves may be performed even outside winter.
また、ユーグレナ、クロレラなどの単細胞の藻類（光合成細菌を含む）の培養や、各種植物（種子植物、胞子植物、海藻等の多細胞生物である藻類を含む）の細胞培養において、マイクロ波を照射する場合、培養容器内にマイクロ波の送信装置のアンテナを配置して、培養容器内の光合成可能な細胞（単細胞生物を含む）に、マイクロ波を照射する。この場合も、上述のようにマイクロ波を温度調節に用いるものとしてもよい。また、培養容器内で、培養液を撹拌するものとすれば、マイクロ波が水に吸収されても、マイクロ波を培養容器内の細胞に略均等に照射することが可能になる。なお、細胞が撹拌に弱い場合には、撹拌速度を十分に遅くしてもよい。また、細胞培養ではなく、破砕した植物等（樹木等の場合には、葉の部分）を培養容器内に入れて、マイクロ波を照射し、光合成を行わせるものとしてもよい。この場合、光合成の進行状況に即して培養容器内の二酸化炭素濃度などを光合成に適した環境に整えることが好ましい。 In addition, microwave irradiation is used for culturing single-celled algae such as Euglena and Chlorella (including photosynthetic bacteria) and cell cultures of various plants (including algae that are multicellular organisms such as seed plants, spore plants, and seaweeds). In this case, an antenna of a microwave transmission device is arranged in the culture container, and microwaves are irradiated to photosynthesizable cells (including single-cell organisms) in the culture container. In this case, the microwave may be used for temperature adjustment as described above. In addition, if the culture solution is stirred in the culture vessel, even if the microwave is absorbed by water, it becomes possible to irradiate the cells in the culture vessel substantially evenly. In addition, when a cell is weak to stirring, you may make slow stirring speed sufficiently. Further, instead of cell culture, a crushed plant or the like (a leaf portion in the case of a tree or the like) may be placed in a culture vessel and irradiated with microwaves to perform photosynthesis. In this case, it is preferable to adjust the carbon dioxide concentration in the culture vessel to an environment suitable for photosynthesis in accordance with the progress of photosynthesis.
また、培養容器内に光を取り入れる場合に、例えば、培養容器を透明なガラスや樹脂で構成することが考えられるが、マイクロ波だけで光合成を行う場合に、培養容器を金属製としてもよい。この場合に、マイクロ波が金属容器に反射されるので、マイクロ波の漏洩によるノイズの発生を防止できる。 Further, when light is taken into the culture vessel, for example, the culture vessel may be made of transparent glass or resin. However, when photosynthesis is performed using only microwaves, the culture vessel may be made of metal. In this case, since the microwave is reflected by the metal container, the generation of noise due to the leakage of the microwave can be prevented.
マイクロ波を大きな出力で照射した場合に、マイクロ波が周囲へのノイズとなるので、例えば、アンテナの指向性と、アンテナの配置や、各アンテナでのマイクロ波の位相差等により、周囲に漏れるマイクロ波を十分に低減できない場合には、使用するマイクロ波の波長より十分に目の細かい金属のメッシュのシートや、金属のメッシュのパネルや、メッシュのシートが貼られたパネル等を周囲に配置して、電波を内側に反射させることが好ましい。なお、金属のメッシュのシート等ではなく、金属板であってもよい。 When microwaves are radiated at a high output, the microwaves generate noise to the surroundings. For example, leakage occurs to the surroundings due to antenna directivity, antenna arrangement, microwave phase difference at each antenna, etc. If the microwaves cannot be reduced sufficiently, a metal mesh sheet, a metal mesh panel, or a panel with a mesh sheet placed on the periphery that is sufficiently finer than the microwave wavelength used is placed around Thus, it is preferable to reflect radio waves inward. A metal plate may be used instead of a metal mesh sheet or the like.
このような光合成促進方法によれば、地球環境や地下室等の比較的閉鎖された空間や完全に閉鎖されている宇宙ステーション等において、マイクロ波に基づく光合成を利用して二酸化炭素の除去、酸素の供給および食料等の確保を可能とする。宇宙ステーション等に限らず、例えば１０００ｍ２の広さの植物工場を考えた場合、それに見合った大規模な照明装置があっても光による光合成の場合、光合成は１０００ｍ２の一面限り可能で、影の部分では光合成がほとんど行われない。このような場合、光合成を行わせる対象生物は異なるが、容器内に水生のユーグレナ、クロレラなどの光合成生物を入れ光合成の起こる適切な環境（循環、二酸化炭素の注入、酸素の排出、温度管理等）とすることで１〜２ｍ２（試算）のスペースですみ極めて省スペースなだけでなくエネルギー効率も極めて高い光合成が可能となる。また、マイクロ波に基づく光合成を利用して商業利用されるバイオ燃料、ビタミンなどの医薬品、酸素の製造を行うことができる。同様に、食料等に利用できる有機物の生産を行うことができる。光量が不足するような状況下において、植物等の成長を促進することができ、例えば、気孔が開く程度の光の環境で光合成を活発化できる。光の照射面にたよる光合成を平面ではない環境で行え、省スペースである。また、マイクロ波を使うことで電力が効率的に利用できる。According to such a method for promoting photosynthesis, in a relatively closed space such as the global environment or a basement, or in a completely closed space station, etc., removal of carbon dioxide, oxygen It is possible to secure supply and food. For example, when considering a plant factory with an area of 1000 m 2 , not limited to a space station, etc., even if there is a large-scale lighting device commensurate with it, photosynthesis with light is possible only on one side of 1000 m 2 , Photosynthesis is hardly performed in this part. In such a case, the target organism to be subjected to photosynthesis is different, but an appropriate environment (circulation, carbon dioxide injection, oxygen emission, temperature control, etc.) where photosynthesis occurs by placing a photosynthetic organism such as aquatic Euglena or Chlorella in a container. ), A space of 1 to 2 m 2 (estimated) can be used, and not only is it extremely space-saving, but also photosynthesis with extremely high energy efficiency becomes possible. In addition, biofuels that are commercially used, photopharmaceuticals such as vitamins, and oxygen can be produced using photosynthesis based on microwaves. Similarly, it is possible to produce organic substances that can be used for food and the like. Under circumstances where the amount of light is insufficient, the growth of plants and the like can be promoted, and for example, photosynthesis can be activated in a light environment where the pores are open. Space-saving is possible because photosynthesis by the light irradiation surface can be performed in a non-planar environment. Moreover, electric power can be used efficiently by using microwaves.
上述のように、マイクロ波の照射により光合成が促進されることになることから、光量が不十分な状況でも、マイクロ波を照射することにより、光合成による二酸化炭素への水素の供給能力を高めることが可能になる。すなわち、光合成を行う生物、例えば、地上植物を、光量が不足しても育成することが可能になる。すなわち、農業は、気候により生産量が左右されるが、気候不順による日照量不足をマイクロ波の照射により補うことができる。 As mentioned above, photosynthesis will be promoted by microwave irradiation, so even in situations where the amount of light is insufficient, the ability to supply hydrogen to carbon dioxide by photosynthesis is enhanced by irradiation with microwaves. Is possible. That is, it becomes possible to grow a living organism that performs photosynthesis, such as a plant on the ground, even if the amount of light is insufficient. In other words, in agriculture, production is influenced by the climate, but the lack of sunshine due to unseasonable climate can be compensated for by microwave irradiation.
また、植物工場等の屋内の栽培で、かつ、太陽光を十分に取り入れることができないような状況において、照明装置により植物等に光を照射するようになっているような場合に、照明装置の少なくとも一部の使用を止めて、植物等にマイクロ波を照射するようにしてもよい。なお、照明装置を用いて、電力を光に変換するより、送信装置によりマイクロ波に変換する方が効率的であり、光を照射するよりマイクロ波を照射した方がコストの低減を図れる可能性がある。 In addition, in the case of indoor cultivation, such as in a plant factory, and in situations where it is not possible to sufficiently capture sunlight, the lighting device You may make it stop at least one part use and to irradiate a plant etc. with a microwave. Note that it is more efficient to convert the power into light than using the lighting device to convert the power into light, and it is more efficient to convert the light into microwaves with the transmitting device. There is.
また、マイクロ波は、光と比較した場合に、直進性が低いとともに、植物等を透過し易く、光に比べて影が生じ難いものとなっている。すなわち、光の場合に、葉が生い茂っている植物や、隙間なく植物が植えられた状況では、影が多くなり植物の下部で光量不足となって、生育が妨げられる可能性がある。それに対してマイクロ波は、光より直進性が低く、かつ、植物等の生物を透過し易いので、影ができにくく、例えば、水耕栽培等において、面積当たりの収穫量を増やすために、栽培する植物同士の間隔を狭めて、植物を密に配置するものとしても、隣り合う植物が影になって光量不足で生育が妨げられるのを防止することができる。 Further, when compared with light, microwaves have low straightness and are easily transmitted through plants and the like, and are less likely to cause shadows than light. That is, in the case of light, in plants where leaves are overgrown or in a situation where plants are planted without gaps, there is a possibility that the shadow will increase and the amount of light will be insufficient in the lower part of the plant, thereby hindering growth. Microwaves, on the other hand, are less straight than light and easy to permeate organisms such as plants, making shadows difficult. For example, in order to increase the yield per area in hydroponics, etc. Even if the interval between plants to be narrowed is narrowly arranged, it is possible to prevent neighboring plants from being shaded and hindering growth due to insufficient light.
なお、マイクロ波を使用する場合に、光を使用せずにマイクロ波だけを使用するものとしても良いが、故意に光を遮る必要はない。また、太陽光や照明装置の光とマイクロ波を併用するものとしてもよい。基本的に露地栽培や促成栽培にマイクロ波を使用する場合には、太陽光とマイクロ波を併用することになる。また、植物工場においても、植物等を栽培する部屋を暗室とする必要はなく、太陽光が取り入れ可能な構造であってもよく、さらに、照明装置を使用してもよい。
また、人工光合成においても、マイクロ波の照射により、光合成を促進できる可能性があり、上述の植物等に人工光合成装置を含んでもよい。In addition, when using a microwave, it is good also as what uses only a microwave without using light, but it is not necessary to interrupt light intentionally. Moreover, it is good also as what uses sunlight and the light of a lighting device, and a microwave together. Basically, when microwaves are used for outdoor cultivation or forcing cultivation, sunlight and microwaves are used in combination. Also in a plant factory, a room for growing plants or the like does not have to be a dark room, may have a structure that allows sunlight to be taken in, and a lighting device may be used.
Moreover, also in artificial photosynthesis, there is a possibility that photosynthesis can be promoted by microwave irradiation, and the above-described plant or the like may include an artificial photosynthesis device.
次に、本発明の実施例を説明する。
本実施例では、以下の実験を行った。
この実験の概要は、植物の葉の粉砕物を炭酸水中に分散し、電子レンジを用いてマイクロ波（周波数、２．４５ＧＨｚ）を照射し、その際の溶存酸素濃度を計測するものである。Next, examples of the present invention will be described.
In this example, the following experiment was performed.
The outline of this experiment is to disperse a plant leaf pulverized product in carbonated water and irradiate a microwave (frequency: 2.45 GHz) using a microwave oven, and measure the dissolved oxygen concentration at that time.
以下に、実験における使用機材等を記載する。
棒状温度計（０〜１００℃）×２
スポイト １０ｍＬ×２、５ｍＬ×２、１ｍＬ×２
撹拌棒×２
試験管 ５ｍＬ×４（サンプリングした試料を入れるためのもの）
１ＬのＰＥ（ポリエチレン）容器×２ （粉砕した葉と炭酸水を入れ電子レンジにかけるための容器、または、湯煎して加温するための容器）
湯煎用ボール×１（１ＬのＰＥ容器を湯煎するためのもので７５℃の湯を入れて湯煎開始直後に約７２℃）
溶存酸素濃度測定試薬（アンプル入り液体試薬：株式会社共立理化学研究所：溶存酸素（ＤＯ）キット）The equipment used in the experiment is described below.
Rod-shaped thermometer (0-100 ° C) x 2
Dropper 10mL × 2, 5mL × 2, 1mL × 2
Stir bar x 2
Test tube 5mL × 4 (to put sampled sample)
1L PE (polyethylene) container x 2 (container for putting crushed leaves and carbonated water in a microwave oven, or container for warming by boiling water)
Hot water bowl x 1 (for water bathing 1L PE container. Put water at 75 ° C and start hot water bath at about 72 ° C)
Reagent for measuring dissolved oxygen concentration (Liquid reagent with ampule: Kyoritsu Riken Co., Ltd .: Dissolved oxygen (DO) kit)
ろ紙およびロート
電子レンジ （シャープ製 ＡＸ−Ｍ１を２００Ｗで使用、２.４５ＧＨｚ）
炭酸水約１５００ｇ（５００ｍＬペットボトル×３本）
試料 オカワカメの葉約１.２Ｋｇ（正式和名：アカザカズラ、ツルムラサキ科のつる性の多年草）
ブレンダー （ブラウン製 ＭＲ５５５０ Ｍ ＣＡ、オカワカメ粉砕用）
試料（オカワカメ）の葉を粉砕するためのガラス容器（約２Ｌ）
発泡スチロール容器（二酸化炭素を満たして空気中の酸素の影響を無くすためのもの）
ドライアイス（発泡スチロール容器に二酸化炭素を満たすためのもの）Filter paper and funnel Microwave oven (Use Sharp AX-M1 at 200W, 2.45 GHz)
About 1500 g of carbonated water (3 x 500 mL PET bottles)
Specimen Okawakame leaf approximately 1.2Kg (official Japanese name: red-faced quail, perennial perennial of the vine family)
Blender (Brown MR5550 M CA, for okakame ground)
Glass container (about 2L) for crushing the leaves of the sample (okakawame)
Styrofoam container (for filling carbon dioxide and eliminating the influence of oxygen in the air)
Dry ice (to fill carbon dioxide in polystyrene foam container)
実験は以下のように行った。
炭酸水１５００ｍＬ（２３℃）を準備する。ここで、炭酸水の一部を試料液１とする。また、湯煎用７５℃の水を準備する。ドライアイスを入れた発泡スチロール容器内で、ガラス容器に試料（オカワカメの葉）１.２Ｋgと炭酸水３００ｍＬを入れ、ブレンダーで粉砕する。なお、以後の実験においての操作は、基本的に可能ならば、発砲スチロール容器内で行った。The experiment was performed as follows.
Prepare 1500 mL (23 ° C.) of carbonated water. Here, a part of the carbonated water is designated as sample solution 1. Also, prepare 75 ° C. water for hot water bathing. In a styrofoam container containing dry ice, 1.2 kg of a sample (okakawame leaf) and 300 mL of carbonated water are placed in a glass container and pulverized with a blender. In addition, operation in subsequent experiments was performed in a foamed polystyrene container if possible.
次に、破砕した試料に炭酸水５００ｍＬを加え撹拌する。この分散された破砕物の一部を試料液２とする。 Next, 500 mL of carbonated water is added to the crushed sample and stirred. A part of the dispersed crushed material is used as sample solution 2.
上述のように破砕した試料を撹拌して炭酸水を加えた溶液を２本のＰＥ容器にそれぞれ８５０g入れ、そのうちの１本を電子レンジ（２００Ｗ、５分間）にかけた。これを試料液４とする。 The sample crushed as described above was stirred and 850 g of a solution containing carbonated water was added to each of two PE containers, and one of them was put in a microwave oven (200 W, 5 minutes). This is designated as sample solution 4.
電子レンジにかけることにより液の温度が３５℃まで上昇することと、測定値への光合成以外の影響を考慮し、対照実験として、残りのＰＥ容器の試料液８５０ｇを湯煎（７２℃の湯で約５分間）し３５℃にする。これを試料液３とする。 Considering that the temperature of the liquid rises to 35 ° C by applying it to a microwave oven and the influence other than photosynthesis on the measured value, as a control experiment, 850 g of the sample solution in the remaining PE container was bathed (with 72 ° C hot water). For about 5 minutes) to 35 ° C. This is designated as sample solution 3.
試料液１はそのまま、試料液２、３、４はろ過し、試料液３、４はさらに炭酸水でそれぞれ８倍に希釈し、溶存酸素を測定した。 The sample liquid 1 was used as it was, the sample liquids 2, 3, and 4 were filtered, the sample liquids 3 and 4 were further diluted 8 times with carbonated water, and dissolved oxygen was measured.
溶存酸素の測定結果を表１に示す。 The measurement results of dissolved oxygen are shown in Table 1.
マイクロ波を照射した試料液４が、マイクロ波が照射されていない試料液３に比べ厳密な数値ではないが２４ｍｇ/Ｌ溶存酸素が増えたことが確認できた。また、試料液３は緑色（波長５２０nm）なのに対し試料液４は褐変（波長６１０ｎｍ）しており光合成により生じた酸素により酸化されたものと考えられる。すなわち、マイクロ波により光合成が促進され、マイクロ波を照射しなかった場合に比較して、多くの酸素が光合成により発生したと思われる。 Although the sample liquid 4 irradiated with the microwave was not a strict numerical value compared with the sample liquid 3 not irradiated with the microwave, it was confirmed that 24 mg / L dissolved oxygen increased. Sample solution 3 is green (wavelength 520 nm), whereas sample solution 4 is browned (wavelength 610 nm), which is considered to be oxidized by oxygen generated by photosynthesis. That is, it is considered that photosynthesis was promoted by microwaves, and more oxygen was generated by photosynthesis than when microwaves were not irradiated.
前記目的を達成するために、本発明の光合成促進方法は、光合成を行う生物の光合成が行われる部分にマイクロ波を照射することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the method for promoting photosynthesis of the present invention is characterized in that microwaves are irradiated to a portion where photosynthesis of a living organism that performs photosynthesis is performed.
本発明は、光合成生物の光合成促進方法に関する。 The present invention relates to a method for promoting photosynthesis of a photosynthetic organism .
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、光合成能力を有する例えば生物にマイクロ波を照射することにより、光合成を促進させる光合成生物の光合成促進方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for promoting photosynthesis of a photosynthetic organism that promotes photosynthesis by, for example, irradiating the organism with photosynthetic ability with microwaves.
前記目的を達成するために、本発明の光合成生物の光合成促進方法は、光合成を行う生物の細胞または光合成を行う生物としての単細胞生物を水中で撹拌しながらマイクロ波を照射することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the method for promoting photosynthesis of a photosynthetic organism according to the present invention is characterized by irradiating a cell of an organism that performs photosynthesis or a single cell organism as an organism that performs photosynthesis with microwaves while stirring in water. .
また、光合成を行う生物、例えば、光合成生物である農作物を、光量が不足しても育成することが可能になる。すなわち、農業は、気候により生産量が左右されるが、気候不順による日照量不足をマイクロ波の照射により補うことができる。これにより、農作物の生産性の向上を図ることができる。また、植物工場において、電力を光に変換するより、送信装置によりマイクロ波に変換する方が効率的であり、光を照射するよりマイクロ波を照射した方がコストの低減を図れる可能性がある。 In addition , it is possible to grow an organism that performs photosynthesis, for example, a crop that is a photosynthetic organism even if the amount of light is insufficient. In other words, in agriculture, production is influenced by the climate, but the lack of sunshine due to unseasonable climate can be compensated for by microwave irradiation. Thereby, the productivity of agricultural products can be improved. Also, in plant factories, it is more efficient to convert electric power to light than to light, and it is more efficient to convert it to microwaves, and it is possible to reduce costs by irradiating microwaves rather than irradiating light. .
また、マイクロ波を用いて光合成を促進し、効率的に光合成生物を育成することが可能となり、植物等を用いて作られる上述の各種製品の生産性の向上およびコストダウンを図ることができる。また、二酸化炭素の除去や、酸素の供給をより効率的に行うことができる。 Moreover , it is possible to promote photosynthesis using microwaves and efficiently grow photosynthetic organisms, and to improve the productivity and cost reduction of the above-mentioned various products made using plants and the like. Further, carbon dioxide can be removed and oxygen can be supplied more efficiently.
前記目的を達成するために、本発明の光合成促進方法は、光合成を行う生物の細胞または光合成を行う生物としての単細胞生物を培養容器で培養する際に前記培養容器内の培養液を撹拌しながら前記細胞または前記単細胞生物にマイクロ波を照射することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the photosynthesis promotion method of the present invention is a method in which a cell of a living organism that performs photosynthesis or a single-cell organism that performs photosynthesis is cultured in a culture vessel while stirring the culture solution in the culture vessel. The cell or the single cell organism is irradiated with microwaves.
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