更に進化した次世代型CCFL aiSaveアイセーブ で明るい未来を創造

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植物育成用CCFL光源の活用


aiSave アイセーブ は人に優しい光で省エネ・長寿命・低コストを実現します。 革新的な技術で世の中を明るく照らす企業を目指します。

植物の光合成について

太陽光は、短い波長から長い波長まで、様々な波長の「電磁波」から構成されていますが、電磁波のうち目に見えるものは、「可視光線」と呼ばれ360~750nm の範囲にある電磁波のこと指します。(紫=380~450nm、青=450~495nm、緑=495~570nm、黄色=570~590 nm、橙色=590~620nm、赤=620~750nm)

緑葉は、クロロフィルやカロテノイド等と呼ばれる光合成色素によって主に「450nm付近の青色光」と「660nm付近の赤色光」を光合成に利用しています。しかし緑色光はあまり吸収されずに反射されるために葉は緑色に見えます。近紫外線域(300~380nm)は細胞を不活性化し、植物の伸長を抑制する半面、茎を太く丈夫に生長させる効果があり、赤色光(660nm付近)は葉を広げ、重量の増大につながります。 植物は生長していく過程において、フィトクロム等の光受容体によって発芽や開花、茎の伸長、葉の展開など、光が植物の形に顕著な影響をもたらす、「光形態形成」といわれるものがあります。また赤色光660nm近辺が発芽の促進反応を誘導する一方で、遠赤色光730nm近辺がその促進効果を打ち消す性質(赤・遠赤色光可逆反応性)も持っており、赤色光/遠赤色光比のバランスで伸長成長が左右されることが知られています。 植物の生長には、一般的に「光量が重要」となります。光が強い夏場では著しく成長します。 植物の光合成では、単色光だけよりも合成光を与えたほうが成長に良いと言われます。通常の波長域に加え、680μmの赤外色を照射することによって、植物の光量子吸収速度が加速して光合成が促進される「エマーソン効果」が知られています。つまり680nmより長い光(赤)だけでは急に光合成の効率が悪くなる(レッドドロップ現象)が、680nmより長い光と680nmより短い光を同時に与えるとレッドドロップ現象が起きないという事です。

植物の人工栽培に必要な波長 人間照明用と植物育成用の光源は同じではいけません。植物の成長にとって必要な光、つまり青(光形態形成)と赤(光合成)をベースとする光質を人工的に作り上げることがベストです。ただし非効率と言われてきた緑色光は、最近では病害防除効果や生育促進効果があることも解ってきました。また、まだ謎の多い「育成光線」も植物の成長を促進する作用があることが解ってきています。植物の人工栽培に必要な波長の研究はまだ始まったばかりなのです。

植物の成長には、可視光に含まれる全ての波長が必要なわけではなく、特定の波長の光を取り入れれば効率的に成長します。 例えば光合成反応ではクロロフィルの吸収ピークがある660nm近辺(650~700nm)の赤色光が強く伸長作用に影響を与えますし、形態形成や光屈性ではクリプトクロームやフォトトロピンの吸収ピークがある450nm近辺(380~450nm)の青色光が影響を与えています。 植物が緑色に見えるのは、緑色光は吸収されずに反射されるから…すなわち植物は緑色光にあまり反応しないと思われてきたために、これまで緑色光を照射するという研究は行われていませんでした。しかし試してみると、緑色の波長が病害防除効果や生育促進効果を持つことが解ってきました。緑色光の照射により適度なストレスを与えられた植物は、かえって抵抗力が増して病気に強くなり、生育が旺盛になるとのことです。緑色LEDを使って育てたイチゴは糖度が高くなり、酸度とのバランスも良くなります。他にも病害防除効果(光防除)生育促進効果(果実肥大効果)ハダニ抑制効果(緑色光に天敵が集まる為)、品質向上効果が見られます。aiSave イチゴCCFL栽培東京大学・理学部で高等植物の光合成を研究されている寺島氏によると、『確かに光合成色素のクロロフィルは青色光や赤色光に比べて緑色光を吸収しにくいのだが、吸収がゼロというわけではない。逆説的に実は、「緑色光を吸収しにくいこと」が、緑色光の効率的な利用に役立っている。葉の光合成組織は、表側の柵状組織と裏側の海綿状組織に分化しており、表面は反射が小さい。葉にいったん入った光は葉の内部で何度も屈折し、葉の内部を行ったり来たりする。一度葉緑体に遭遇しただけではあまり吸収されない緑色光も、何度も葉緑体に遭遇することによって、かなり吸収されるようになる。弱い単色光を用いて測定した「吸収された光量子あたりの光合成効率」を比較すると、緑色光の効率は赤色光と同程度で、青色光よりも高いことが解った。実際に、強い白色光に弱い単色光を足して光合成を測定すると、赤色光よりも緑色光の方が光合成速度を上昇させることが明らかになり、強い光の下で、効率よく光合成を駆動するのは、赤色光や青色光ではなく実は緑色光なのだということも解った』と言われています。 他にも生理的有効放射は、色素の生合成、光周性、屈光性、形態形成等、生理的に何らかの効果があるとされていて研究されています。今後、人工的な植物栽培は、育てる植物に合わせて、その成長段階に応じた特定の光波長の配合を制御し、効率良く照射することすることでその植物にとっての最適な成長をコントロールすることが可能になります。 また最終的な仕上げ段階で光波長や栄養成分を変化させることで機能性植物を創造することも可能になります。

育成光線とは 植物栽培育成光線 「育成光線」は遠赤外線の中でも熱効率の大きい4~14μm(10μm領域)の波長のものを指し、水を活性化したり  特に植物の成長を促進する作用があると言われ、「植物を育成する波長の光線」ということで「育成光線」と呼ばれています。1981年NASAの研究発表では、『太陽光線の中で人体に最も有効に作用するものは遠赤外線で、その中でも4~14ミクロン波長の遠赤外線は人体に最も深達力がある。育成光線と人体の分子との共鳴作用により発生した熱エネルギーは、微細血管の拡張(血流循環)や細胞の新陳代謝の促進効果があり、機能向上に貢献する』というものでした。 育成光線の水分子細分化つまり、「細胞の新陳代謝の促進」=「成長の促進」 ということになります。また、育成光線は、太陽赤外光であると同時に「超微弱振動エネルギー体」でもあります。育成光線の振動波はテラヘルツ帯で1秒間の振動数は約百兆回にもなります。例えば水の分子(H2O)は、6.27μmという育成光線の中の振動波長と反応し、振動することがわかっています。通常、水の分子はイオン結合によってクラスターと呼ばれる集合体になっていますが、振動を与えることで集合分子が細分化し、0.276nmの距離で分子整列します。このような振動を与えた水分子は活性化するうえ、植物の浸透膜を通りやすくもなるため、当然のように植物の成長が促進されるような現象が裏づけられることなります。 さらに赤外線波長λm=10μm周辺領域に対する換算温度をウィーンの変位法則で求めると、T=26.9℃となります。  これは おおむね20℃帯の動植物に適合した温度であるいうことです。 さて、実際の植物育成試験では、果物の栽培で遠赤外線(育成光線)をあてると発育が速くなることや、根の成長の促進、生産収量の増大、鮮度維持向上等々が確認されています。 結論として、はっきりと解明はされていないながらも、「育成光線」は植物の成長に対して何らかの影響を確実に与えており、植物の発芽や成長の促進、冷害、干ばつ等への耐候性の増大、収穫の増大、鮮度維持など様々な効果が期待できるのです。

育成光線イネの生長比較

写真はイメージです。

※CCFL蛍光灯の育成波長 ※神奈川県産業技術センター「冷陰極管の赤外線放射率測定」 植物育成用CCFL蛍光灯アイセーブ 「プラント」 詳細ページはこちらをクリック

参考資料:「人工光下の植物育成と光環境制御」 千葉大学 大学院園芸学研究科 後藤 英司氏 「栽培光源として利用される人工光源」 東海大学理学部化学科非常勤講師 森康裕氏 「平成24年9月号(プロムナード 緑色LEDで農業を変える)」 広報誌「ライト&ライフ」 「光合成」 東京海洋大学 海洋工学部 海洋電子機械工学科 動力エネルギー工学研究室 「植物生理学会Plant and Cell Physiologyの2009年4月号」 寺島 一郎(東京大学・理学部)  他 多数