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アグリフォトニクス―LEDを利用した植物工場をめざして―

  • Agri-Photonics―Advances in Plant Factories with LED Lighting―
★ 「植物工場」と「LED」、日本が世界に誇る技術の融合が拓く新しい学際分野が、いま大規模実用化への躍進を始めています!
★ 育てるだけではない! 安全で高機能な農作物を照明(ライティング)でデザインできる「アグリフォトニクス」の最新研究事例が結集!
★ 特許動向や主要メーカーの取り組みを積極的に収載! 農業生産者、プラント・機器メーカーから、より精密な環境設定を求める植物研究者まで、これからの参入・導入を検討しているすべての方に!!

商品コード: T0612

  • 監修: 後藤英司
  • 発行日: 2008年2月
  • 価格(税込): 70,200 円
  • 体裁: B5判、298ページ
  • ISBNコード: 978-4-88231-997-9
こちらの書籍については、お問い合わせください。

刊行にあたって

 植物工場は、天候の影響を受けずに同一作物を同一品質で年間を通して計画生産できる画期的な植物生産システムである。我が国では1980年代から植物工場が実用化され、季節を問わずに無農薬で高品質な野菜と花を消費者に届け、良質の作物苗を生産者に供給している。あまり知られていないことであるが、植物工場は、省資源で環境にやさしい生産システムである。安全・安心な食料を提供する場として、また高付加価値の農作物を生産する場として今後の発展が期待されている。植物工場はまた、工業原料用植物や植林用樹木の苗の大量生産、薬用植物の生産、医療用原材料となる植物の生産の場としても注目されている。
 我が国の植物工場は、完全制御型で商業生産を行っている点でユニークであり、世界中から関心を集めている。植物工場を構築するためのハードウエアとソフトウエア、環境制御技術および栽培技術は世界一と言えよう。他方LEDは、20世紀後半に誕生して以降急激に進歩し、様々な産業で使用されるようになった。我が国がLEDの開発と応用において世界をリードしていることは言うまでもない。そこで、我が国が誇る植物工場とLEDの技術を結びつければ、新たな「植物生産」を創造できるという期待が自然高まる。
 1990年代に入り、LEDと植物工場を融合して21世紀型植物生産体系を作り出す研究開発が始まった。当初LEDは高価で、利用できる波長も限られていたため一部の研究者しか扱えなかったが、2000年以降価格が下がり、植物生育に有効な多種の波長の素子を利用できるようになった。最近ではすでに植物栽培向けの商品の販売が始まっている。
 本書ではこの10数年間、我が国で精力的に進められている「LEDと植物育成」に関する研究開発の最前線を紹介している。本書のカバーする内容は、植物反応を詳細に調べる基礎研究、生産現場を見据えた栽培試験、植物育成用照明装置の開発、照明装置の応用、LEDを用いる植物工場の実際まで幅広い。本書を通じて読者は、この分野で研究開発に取り組む著者の方々の活躍を目にし、LEDと植物工場の融合による21世紀型植物生産への夢と期待を実感するに違いない。そして最新の研究開発動向を理解しその知識を得ることで、LED植物工場の将来像をより鮮明に思い描くことができるだろう。
2008年2月  後藤英司

著者一覧

後藤英司   千葉大学大学院 園芸学研究科 教授
渡邊博之   玉川大学 農学部 生命化学科 准教授
雨木若慶   東京農業大学 農学部 准教授
平井正良   筑波大学 大学院生命環境科学研究科 遺伝子実験センター;(社)植物情報物質研究センター 研究員
吾孫子輝一郎   (有)JET総合研究所 代表取締役
小嶋政信   信州大学大学院農学研究科 応用生命科学専攻 教授
福田直也   筑波大学 大学院生命環境科学研究科 講師
吉田淳一   千歳科学技術大学 光科学部 光応用システム学科 教授
角田英男   (社)植物情報物質研究センター 理事長、研究室長
田中道男   香川大学 農学部 教授
Duong Tan Nhut   Dalat Institute of Biology Vice Director
森 康裕   東海大学 理学部 化学科 非常勤講師
金山喜則   東北大学 大学院農学研究科
大川秀樹   東芝ライテック(株)
森山厳與   東芝ライテック(株)
佐藤武義   山形県農業総合研究センター
金浜耕基   東北大学 大学院農学研究科
石倉 聡   広島県立総合技術研究所 農業技術センター 栽培技術研究部 副主任研究員
鈴木誠一   宮城県農業・園芸総合研究所 園芸栽培部
吉村正久   宮城県農業・園芸総合研究所 園芸栽培部
佐々木厚   宮城県農業・園芸総合研究所 園芸栽培部
山崎敬亮   (独)農業・食品産業技術総合研究機構 近畿中国四国農業研究センター 環境保全型野菜研究チーム 研究員
石井征亜   岐阜大学 名誉教授(元農学部教授)
諸富保司   大分県農林水産研究センター 花き研究所 主幹研究員
箕田充志   松江工業高等専門学校 電気工学科 准教授
志田原崇   島根県 (元)中山間部地域研究センター 主任研究員
大橋(兼子)敬子   東京大学 大学院農学生命科学研究科 助教
富士原和宏   東京大学 大学院農学生命科学研究科 准教授
武市真吾   シーシーエス(株) 営業本部新規営業部 事業開発課 課長
秋間和広   シーシーエス(株) 光技術研究所 主任技師
岡﨑聖一   (株)ランドマーク 代表取締役
石渡正紀   松下電工(株) 照明事業本部 照明R&Dセンター オプティックスグループ
矢野幸子   宇宙航空研究開発機構 宇宙環境利用センター 開発員
田山一郎   宇宙航空研究開発機構 有人宇宙技術部 主任開発員
永瀬 睦   千代田アドバンスト・ソリューションズ(株) 宇宙・開発ソリューションユニット ユニットマネージャー

目次

【第I編 LEDと植物】

第1章 光と植物工場
1. はじめに
2. 植物工場の種類
3. 植物工場の光源
3.1 完全制御型
3.2 太陽光利用型
4. LEDの活用場面
5. 植物に作用する光の波長域
5.1 光源
5.2 植物
6. 植物の光に対する反応
7. 植物が光質を認識する方法
8. 光質のパラメータ
9. 植物育成用光源の特徴と測定法のポイント

第2章 LEDを用いた植物工場実用化の現状
1. はじめに
2. 人工光を用いた植物工場
3. 人工光完全制御型植物工場の開発
4. 植物栽培の光源としてのLEDの特徴
5. 高価なランプを使って野菜を育てる
6. LEDビル型植物工場の普及
7. 人工光完全制御型植物工場の将来性

第3章 単色光下における園芸植物の形態形成反応
1. 植物の成長・分化と光
2. 植物の光受容体
3. 単色光下での茎伸長の種間差
4. 園芸植物9種におけるLED単色光下での下胚軸、上胚軸、本葉節間の伸長
5. 放射強度の異なる単色光下におけるヒマワリ、レタス、バジルの成長
6. 植物栽培光源としてのLED

第4章 発光ダイオード・レーザーダイオードを用いたアグリフォトニクスの特許動向
1. 調査概要
2. 調査結果
2.1 出願件数および出願人数
2.2 出願人の分布と出願動向
3. 考察

【第II編 育種・栽培・高機能化】
第1章 単色可視光LEDを用いるカイワレ蕎麦の栽培と高機能化の検討
1. はじめに
2. 蕎麦の種類と含有栄養成分
3. LEDの特性と植物の光応答との関連性
4. LEDを用いるカイワレ蕎麦栽培
4.1 成長・形態形成に及ぼす波長効果
4.2 成長・形態形成に及ぼす光強度効果
4.3 単色可視光LEDの成長段階別使い分けによる栽培
5. 茎表面細胞の色素発現に及ぼす光刺激効果
6. 機能性栄養成分量に及ぼす光刺激効果
7. おわりに

第2章 各種発光ダイオードの光質がレタスの生育に及ぼす影響
1. はじめに
2. 各種発光ダイオード下におけるレタスの生育と光合成能力
2.1 各種単色LEDとレタスの生育
2.2 各種単色LEDの組み合わせ光源下でのレタスの生育
2.3 蛍光灯とLED光源におけるレタスの生育比較
3. レタスの葉の形状に及ぼすLED光質の影響
3.1 各種LED下におけるレタスの葉の形状
3.2 青色ならびに赤色LED下におけるレタスの葉の表皮細胞伸長
4. 発光ダイオードの光質と、レタスの生育・形態の関係

第3章 光環境制御によるルッコラの機能性成分の変化
1. はじめに
2. LED光源パネルを用いた光環境制御とルッコラのビタミンC増強効果
2.1 概要
2.2 LED光源パネル
2.3 ルッコラのビタミンC含有量の変化の測定(1)―予備実験
2.4 ルッコラのビタミンC含有量の変化の測定(2)―光環境制御実験
3. 光環境制御技術の適用領域と今後の展開
3.1 LED光照射周期の影響
3.2 ルッコラの光環境制御栽培技術の展開
4. まとめ

第4章 赤色/青色発光ダイオード(LED)光源を用いたマイクロプロパゲーション
1. はじめに
2. LED光源はクローン苗生産に利用できるか?
3. クローン苗の生育に最適な赤色/青色LED混合比率
4. 光合成有効光量子束密度(PPFD)の影響
5. LED光源下で生育したクローン苗の光合成速度
6. LED光源下で培養したクローン苗の順化後の生育
7. 赤色/青色LED光源を用いたマイクロプロパゲーション研究の現状と課題

第5章 種々の波長のLEDとLD光がバラの生育と開花に及ぼす影響
1. はじめに
2. 実験方法
2.1 試料の育成
2.2 組織培養方法
2.3 光源
2.4 測定項目(開花率、相対成長率、生育状況)
3. 結果及び考察
3.1 開花率
3.2 相対成長率
3.3 生育状況
4. まとめ
5. 種々の波長のLEDが短日植物と長日植物の開花に及ぼす影響
6. 開花制御にLEDを利用した製品(研究開発中)

第6章 各種人工光源の光質下におけるペチュニアの生育・生理反応
1. はじめに
2. 数種人工光源の光質に対するペチュニアの生育反応
2.1 各種人工光源の光質に対するペチュニアの生育
2.2 赤色/遠赤色光比とペチュニアの生育反応
2.3 各種人工光源の光質とペチュニア植物体主茎伸長に関するジベレリン代謝機構の関係
3. 発光ダイオードの光質がペチュニアの生育および花成に及ぼす影響
3.1 赤色、青色ならびにその混合光下におけるペチュニアとアラビドプシスの生育ならびに花成反応
3.2 前歴となる発光ダイオードの光質がペチュニアの生育に及ぼす影響
3.3 赤色光ならびに青色光下におけるペチュニアの花成反応
4. 光質とペチュニアの生育・花成反応の関係と発光ダイオードを使った生育・花成制御の可能性
4.1 ペチュニアの伸長成長と光環境
4.2 ペチュニアの花成と光環境

第7章 LED光源を用いた緑藻とウキクサの培養実験
1. はじめに
2. 緑藻を用いたLEDパルス光照射実験
3. ウキクサを用いたLED光照射下での花芽形成実験

第8章 遠赤色光によるシュッコンカスミソウの開花促進
1. はじめに
2. 光質による開花制御のモデル
3. 遠赤色光を利用する場合の光源について
4. 遠赤色光蛍光ランプによる開花促進効果
5. 遠赤色光LEDによる開花促進効果
6. おわりに

第9章 赤色LEDを用いた間欠照明による輪ギクの抑制栽培
1. はじめに
2. LEDを使用するメリット
3. 供試光源の特徴と分光特性
4. 電照効果を比較する場合の光環境の評価法
5. 赤色LEDと既存の光源との比較検証
6. 赤色LEDによる間欠照明の効果
6.1 照明時間
6.2 点滅パターン
7. おわりに

第10章 電球形蛍光ランプやLEDを利用したストックの開花促進
1. はじめに
2. R/FR比の影響
3. 各種光源の種類と光量の影響
3.1 試験1 開花に及ぼす各種光源の影響
3.1.1 材料と方法
3.1.2 結果および考察
3.2 試験2 遠赤色電球形蛍光ランプの光量の影響
3.2.1 材料と方法
3.2.2 結果および考察
4. 発光ダイオードによる単色光の夜間照射がストックの生育と開花に及ぼす影響
4.1 材料と方法
4.2 結果および考察
5. 考察

第11章 LEDにより明かされたアサガオの花成誘導に有効な波長域
1. はじめに―アサガオ花成と光質に関する研究の変遷―
2. アサガオが花を着ける時期と太陽光質との関係
3. アサガオの花成は青色光で促進される
3.1 アサガオの花成に対する光質と明期の長さとの関係
3.2 青色光の効果は限界日長を超えても有効か?
3.3 青色光は促進、赤色光は抑制
4. LEDによるアサガオ花成を誘導する青色領域内の有効波長域の探索
4.1 アサガオ花成を誘導する有効波長域探索の意義
4.2 使用したLEDの放射特性と実験方法
4.3 アサガオの花成を誘導する青色波長域とは…
4.4 青色光受容体の推定
5. おわりに

第12章 発光ダイオードによるスイートピーの補光
1. はじめに
2. スイートピーの落蕾・落花のメカニズム
3. 補光技術とLED
4. LEDの使用個数
5. LEDのユニット化
6. 圃場での補光試験
6.1 材料および方法
6.2 補光の条件
6.3 結果および考察
7. 今後の課題
7.1 装置(LEDユニット)の単純化と低コスト化
7.2 利用方法の検討

第13章 LEDの光質がトルコギキョウの育苗に及ぼす効果
1. はじめに
2. 実験方法
3. 結果および考察
3.1 発芽に及ぼす光質の効果
3.2 発芽に及ぼす光量の効果
3.3 発芽に及ぼす混色光の効果
3.4 低温処理による光質と発芽の影響 
3.5 苗の生育に及ぼす光質の効果
3.6 苗の生育に及ぼす混合光の効果
4. まとめ

第14章 赤・青LED混合光照射下で成育したイネの個葉の光合成特性と個体成長
1. はじめに
2. 赤色光への青色光の混合がイネ葉身の光合成特性に及ぼす影響
2.1 LEDの光源特性
2.2 光合成ガス交換特性
2.3 光合成構成因子間の窒素分配特性
3. 赤色光への青色光の混合がイネの成長に及ぼす影響
3.1 成長特性
3.2 窒素利用特性
4. おわりに

第15章 LED照射下のオオムギの生育
1. はじめに
2. 赤色LEDと青色LEDを用いるオオムギ実験
3. 試作したLED照射パネル
4. 栄養成長期の実験
5. 青色光の効果
6. 生殖成長期の実験


【第III編 貯蔵・品質保持】

第1章 緑色植物のLED弱光照射低温貯蔵
1. はじめに
2. 貯蔵中の弱光照射とその効果の概要
3. 弱光照射低温貯蔵用光源としての(赤色)LEDの有用性
4. LED弱光照射によるトマト接ぎ木セル成型苗の貯蔵
4.1 赤色LED弱光照射低温貯蔵の効果
4.2 赤色LED光への青色LED光添加効果および種々のピーク波長LED単色光照射効果
4.3 照射光強度自動制御型の弱光照射貯蔵システム
5. 弱光照射低温貯蔵用として今後の利用が期待できる光源
5.1 無機EL素子
5.2 有機EL素子
5.3 LEDライトパネル

第2章 赤・青色LED混合弱光照射による低温貯蔵中のトマト苗の苗質維持効果
1. はじめに
2. 高等植物の青色光反応
3. トマト苗の光合成能力評価
4. 赤・青色LED弱光照射によるトマト苗の貯蔵
4.1 赤色LED弱光照射低温貯蔵に青色LEDを混用した場合の苗質維持効果 
4.2 赤色LED弱光照射低温貯蔵に青色LEDを混用した場合の苗の光合成能力低下抑制効果
4.3 貯蔵されたトマト苗の移植後の初期成長
4.4 クロロフィル量減少抑制による外観品質維持のための最適な赤・青色光混合比率

【第IV編 光源・生産システム】

第1章 高付加価値植物栽培用光源としてのLEDの可能性
1. はじめに
2. LED照明を用いた栽培研究例
2.1 実験装置
2.2 照射波長と成長
2.3 照射波長と形態形成
2.4 照射波長と含有成分
2.5 パルス照射の影響
2.6 植物種の違いによって異なる光環境影響
3. 生産プラント用照明としての期待
4. 試作機を用いた実用化検討
4.1 光強度と成長影響
4.2 LEDの配光と光強度
5. おわりに

第2章 光生物学研究に利用可能な分光分布制御型LED擬似太陽光光源システム
1. はじめに
2. 分光分布制御型LED擬似太陽光光源システムの構成
3. 任意の分光分布・分光放射照度(SI)の作出方法
4. 光源システム動作試験
5. 第2世代光源システムの開発方法

第3章 園芸作物成長・発育研究実験用LEDインキュベータ
1. はじめに
2. 植物栽培用光源と環境・食料問題
3. 園芸作物成長・発育研究実験用LEDインキュベータの活用事例
3.1 植物の生理、光形態反応実験用途
3.1.1 Magenta Light
3.1.2 Genesis Light
3.1.3 Genesis Lightを使用して実験した結果
4. 求められる性能と課題
5. おわりに

第4章 蛍光ランプとの比較から導出されるLEDを用いた植物育成装置の課題
1. はじめに
2. 閉鎖型苗生産パイロットプラントに採用された育苗用蛍光灯モジュール
2.1 光学性能目標値
3. 蛍光ランプを用いた苗貯蔵照明装置
4. 植物育成用光源としてのLEDにおける可能性の検討
5. LEDを活用した苗貯蔵および花卉の鮮度保持の研究状況
6. LEDを活用した試験装置開発に関する光学面からの課題
7. おわりに

第5章 宇宙ステーション植物生育実験装置とLED照明ユニット
1. 宇宙における植物栽培の背景
2. 「きぼう」モジュールにおける植物生育実験の概要
3. PEUの自動植物生育機能
3.1 試料容器
3.2 光制御系
3.3 熱制御系
3.4 給水制御系
3.5 湿度制御系
3.6 観察系
4. PEUの生育用LED照明
4.1 生育用LED照明の特徴
4.2 LEDからの熱制御
4.3 LED光量の分布均一化
5. PEUでの植物生育実験
6. おわりに

付録 特許・実用新案リスト
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