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アグリフォトニクス II―LEDを中心とした植物工場の最新動向―

  • Agri-Photonics Ⅱ
    ―The Latest Technology of 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大規模実用化へ大躍進!
★照明(ライティング)で安全・高機能な農作物を作る「アグリフォトニクス」の最新事例を掲載!
★国内第一線で活躍する執筆者が自身の研究を中心に解説!

商品コード: T0867

  • 監修: 後藤英司
  • 発行日: 2012年11月
  • 価格(税込): 69,120 円
  • 体裁: B5判、234ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0622-3

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  • 植物工場/植物育成/LED/蛍光灯/光合成/太陽光/人工光/薬用植物

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。植物工場は、あまり知られていないことであるが、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、医療用原材料用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、太陽光利用型に加えて人工光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。2000年代後半から農林水産省と経済産業省が農商工連携、6次産業化のモデルとして植物工場・施設園芸の普及拡大のために研究開発、技術実証、商業生産施設に支援をしている。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。我が国は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世紀型植物生産を作り出す研究開発が始まった。当初は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、LEDは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。最近はLEDを用いる人工光型植物工場が登場し、生産施設向けの植物用光源の販売も始まっている。
 本書は、我が国でこの10数年間以上にわたって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。前版(『アグリフォトニクス-LEDを利用した植物工場をめざして-』は4年前に出版され大変に好評であった。この数年間のLED応用に関する技術開発の進展は顕著であり、今回、読者の期待に応えるべく、最新のデータを加えて内容を一新した。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と幅広い。読者は、この分野で活躍し研究開発に取り組む著者の方々の文面から、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ことに違いない。そして本書を通じて研究開発動向の理解と知識を得て、LED植物工場の将来像を描くことができよう。


2012年11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 環境調節工学研究室 教授
伊藤保 ㈱三菱総合研究所 地域経営コンサルティンググループ
鈴木廣志 昭和電工㈱ 研究開発本部 技術戦略室 戦略マーケティングセンター長
石渡正紀 パナソニック㈱ エコソリューションズ社 ライティング事業グループ R&Dセンター 光応用技術開発グループ 参事
渡邊博之 玉川大学 農学部 教授
中村謙治 エスペックミック㈱ 環境モニタリング事業部 部長
森一生 ㈱森久エンジニアリング 代表取締役
辻昭久 日本アドバンストアグリ㈱ 代表取締役
福田直也 筑波大学 生命環境系 准教授
久松完 (独)農業・食品産業技術総合研究機構 花き研究所 花き研究領域 主任研究員
雨木若慶 東京農業大学 農学部 農学科 教授
庄子和博 (一財)電力中央研究所 環境科学研究所 バイオテクノロジー領域 主任研究員
伊藤真一 山口大学 農学部 教授 
吉村和正 (地独)山口県産業技術センター 企業支援部 光・ナノ粒子応用チーム 専門研究員 
荊木康臣 山口大学 農学部 教授
土屋和 MKVドリーム㈱ 開発センター
田林紀子 ホクサン㈱ 農業科学研究所 副主任研究員
彦坂晶子 千葉大学 大学院園芸学研究科 環境調節工学研究室 准教授
中島啓之 ㈱朝日工業社 営業本部 リノベーション推進部
澤田裕樹 鹿島建設㈱ エンジニアリング本部 次長
富士原和宏 東京大学 大学院農学生命科学研究科 教授
谷野章 島根大学 生物資源科学部 准教授
宮坂裕司 シーシーエス㈱ 新規事業部門 施設園芸グループ 施設園芸セクション 
秋間和広 シーシーエス㈱ 技術・研究開発部門 光技術研究所 光技術研究セクション 主席技師
岡田透 ㈱シバサキ 顧問
阿波加和孝 IDEC㈱ 環境事業推進部 植物工場ラボ 担当リーダ
金満伸央 スタンレー電気㈱ 横浜技術センター 新規事業開発室 主任技師
岡﨑聖一 ㈱キーストーンテクノロジー 代表取締役社長 兼CEO;鹿児島大学 大学院連合農学研究科 博士後期課程
齋藤和興 ㈱セネコム 代表取締役社長

目次

【総論 編】
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 完全人工光型
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
5.1.1 紫外線(Ultraviolet radiation; UV)
5.1.2 光合成有効放射(Photosynthetically active radiation; PAR)
5.1.3 遠赤色光(Farred; FR)
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
8.1 B/R比とR/B比
8.2 R/FR比
8.3 フィトクロム光平衡φ(Pfr/P)
8.4 UVの強度
9 植物育成用光源としてのLED利用の留意点
9.1 波長別のエネルギーと光量子数
9.2 白色LED


第2章 植物工場の実用化の現状  
1 拡大する植物工場市場
2 淘汰の歴史を繰り返す植物工場入退場の歴史
3 本格的な実用化の時代到来へ
4 ひとつの産業として自立するために
4.1 業界スタンダードの構築
4.2 エネルギーに対する配慮


第3章 LED素子の開発動向 
1 はじめに
2 植物育成用高輝度LEDについて
3 4元系発光ダイオードの製造
4 波長の制御
5 高出力化,高効率化
6 LED照明の利点
6.1 省エネの効果
6.2 波長の選択
6.3 適用範囲の拡大
7 照明器具への応用と今後の課題
7.1 LED照明器具の種類
7.2 LED照明を上手に使いこなすために
7.3 LED照明の更なる普及を目指して


第4章 LED照明の現状と将来  
1 はじめに
2 LEDの特徴とLED照明の現状
2.1 寿命
2.2 省電力・高効率
2.3 放射光に紫外線や赤外線を含まない
2.4 直流点灯
2.5 低温で発光効率が低下しない
3 効率低下の要因
4 照明用途でのLED応用の変遷
5 植物育成分野への応用
6 植物育成用光源としての直管形LEDランプ
7 LED照明の関連法規と規格化
8 おわりに


【完全人工光型植物工場の照明技術 編】

第5章 LEDを用いた野菜工場    
1 はじめに
2 植物栽培光源としてのLEDのメリット
2.1 単色性
2.2 近接照射
2.3 形状
3 植物栽培光源としてのLEDの課題
3.1 高輝度化
3.2 ランプコスト
3.3 耐久性
4 ダイレクト水冷式ハイパワーLEDの開発
4.1 水冷式LEDパネル
4.2 LEDチップの水冷構造の構築
5 玉川大学 Future Sci Tech Lab 植物工場研究施設
6 おわりに


第6章 蛍光灯を用いた野菜工場―コンテナ式;,大阪府立大学―  
1 はじめに
2 コンテナ式植物工場
2.1開発の経緯
2.2 蛍光灯を用いたコンテナ式
2.3 蛍光灯とLEDを併用したコンテナ式
2.4 太陽光発電を組合せたコンテナ式
3 大阪府立大学植物工場研究センターにおける蛍光灯利用植物工場
3.1 大阪府立大学植物工場研究センター農水棟施設について
3.2 機能性植物生産室
3.3 多層型植物生産室
3.4 空調設備について


第7章 蛍光灯とその反射光を利用した植物工場 
1 はじめに
2 わが国の農業を取り巻く環境
3 完全人工光型植物工場と農業
3.1 植物工場の抱えてきた課題
3.2 人工光型植物工場の概要
3.3 植物工場の栽培コストと野菜の品質
4 どうすれば,コストを抑えて採算のとれる植物工場が出来るか?
4.1 照明の方法
4.2 放物面反射板
4.3 蛍光ランプのソケット付近の照度低下に対する対策
4.4 蛍光ランプからの熱の除去
5 環境,エネルギーから見た植物工場
6 従来農業と植物工場のすみ分け
7 マイ野菜市民農園
8 植物工場の普及
9 おわりに


第8章 HEFLをもちいた「アグリからライフサイエンス事業」への転換!植物工場産シャキシャキ塩味「美容と健康のツブリナブランド」の日産日消事業
1 はじめに
2 完全人工光型植物工場の事業モデルを考える
3 光質制御可能な人工照明を考える
3.1 HEFL照明
3.2 LED照明
4 アイスプラント(ツブリナ)とは
4.1 「ツブリナ」ブランドの特徴
4.2 アイスプラントの特徴
4.3 アイスプラントの機能性成分
5 「ツブリナ」栽培技術
5.1 「ツブリナ」のシャキシャキした食感
5.2 「ツブリナ」の塩味度と機能性評価
5.3 「ツブリナ」栽培環境技術
5.4 「ツブリナ」栽培装置技術
6 「ツブリナ」の事業化
6.1 「ツブリナ」のマーケッティングと特徴
6.2 「ツブリナ」の予防医学研究
7 おわりに


【太陽光利用型植物工場の照明技術 編】
第9章 温室における補光栽培技術の可能性   
1 農業生産現場における補光技術
2 光合成促進を主目的とした補光の照明方法
3 補光における理想的な照明方法とは?
4 作物栽培現場で用いられている各種人工光源の特性
5 LEDを利用した補光栽培技術とその可能性
5.1 光質による野菜や花の開花制御
5.2 人工光利用による植物の代謝制御
6 おわりに


第10章 電照補光  
1 はじめに
2 電照を用いた生育・開花調節の鍵となる光応答の生理機構
2.1 光周性
2.2 避陰反応
3 電照補光の現状
4 光環境の計量法
4.1 単位
4.2 計測機器(センサー)の特徴
4.2.1 照度計
4.2.2 光量子計
4.2.3 放射照度計
4.2.4 分光放射照度計
5 今後の課題


【光に対する作物の反応メカニズムとその生育制御 編】
第11章 LED下における園芸植物の光応答反応  
1 はじめに
2 植物の光受容体と情報伝達
3 異なる光質下での植物の反応
3.1 スイートバジルの精油成分含量と節間伸長に及ぼす光質の影響
3.2 観葉植物における赤LED単色光のクロロフィル形成阻害
3.3 シソの長日下での成長・開花反応
3.4 LED補光による成長促進・品質向上
4 植物の光応答反応の解析と光環境評価の問題点
4.1 ペチュニアの育苗環境がその後の成長・開花に及ぼす影響
4.2 栽培時と暗期中断時の光質とその作用評価


第12章 光制御による野菜の高品質化      
1 はじめに
2 サニーレタスのアントシアニン蓄積を促進する光制御
2.1 青色光,UV-AおよびUV-Bの夜間照射がサニーレタスの成長
と着色に及ぼす影響
2.2 青色光と赤色光の割合がサニーレタスのアントシアニン蓄積と
生合成遺伝子の発現に及ぼす影響
3 バジルのポリフェノール蓄積を促進する光制御
3.1 連続光処理による抗酸化活性と総ポリフェノール蓄積量の変化
3.2 ポリフェノール類の同定と光質による蓄積量の変化
3.3 ロズマリン酸生合成酵素遺伝子の発現
4 おわりに
 

第13章 光を用いた花きの生育制御  
1 はじめに
2 光合成促進を目的とした補光
3 生育・開花調節を目的とした補光
3.1 キクの事例
3.2 トルコギキョウの事例
3.3 その他花き類の光質応答に関する事例
4 花成ならびに花成関連遺伝子発現に及ぼす光質の影響
4.1 キクの花成ならびにFTL3遺伝子発現に及ぼす暗期中断時の光質の影響
4.2 トルコギキョウの生育ならびに花成関連遺伝子発現に及ぼす光質の影響
5 おわりに


第14章 LEDを用いた野菜の病害抵抗性向上   
1 はじめに
2 植物の病害抵抗性
2.1 静的抵抗性と動的抵抗性
2.2 病害抵抗性の誘導
3 LEDによる植物の病害抵抗性誘導
3.1 赤色光
3.2 緑色光
3.3 紫外線
3.4 紫色光
4 紫色LED補光によるトマトの病害抑制
4.1 材料および方法
4.2 結果
5 おわりに


第15章 光環境制御と薬用植物の生育  
1 はじめに
2 薬用植物と環境ストレス
3 ハッカ
3.1 特徴
3.2 紫外線と薬用成分濃度
3.3 明期・光強度と成長および薬用成分濃度
4 セントジョーンズワート
4.1 特徴
4.2 光質と成長
4.3 光質と薬用成分
5 おわりに


【生産システム 編】
第16章 閉鎖型苗生産システムの特徴と利用   
1 はじめに
2 閉鎖型苗生産システムの特徴
2.1 装置の構成と特徴
2.2 育苗の特徴
3 閉鎖型苗生産システムの利用場面
4 おわりに


第17章 医療用原材料生産のための密閉型植物工場
1 開発の背景
2 密閉型遺伝子組換え植物工場システム
2.1 遺伝子組換え体の封じ込め対策
2.2 多種多様な作物種の栽培環境を人工的に構築可能な設備性能
2.3 医薬品原材料生産のための設備と運用
2.3.1 計画生産性・収穫物の品質の均一性等
2.3.2 清浄度管理
3 密閉型遺伝子組換え植物工場施設の開発事例
3.1 遺伝子組換え体の封じ込めのための仕様
3.2 照明・空調仕様
4 イヌ歯周病薬原材料生産


第18章 人工光型イチゴ植物工場 
1 はじめに
2 果菜類の周年生産とイチゴの需要
3 人工光型植物工場での果菜類生産のデメリットとイチゴ生産の優位性
4 人工光型植物工場でのイチゴ生産に関する研究開発
4.1 これまでの研究開発
4.2 遺伝子組換えイチゴによる医療用原材料生産プロジェクト
5 四季成り性イチゴの生育ステージと研究開発要素
6 研究成果
6.1 基本となる栽培環境条件
6.2 栄養成長期の開花促進
6.3 生殖成長期の果実生産効率
7 四季成り性イチゴと一季成り性イチゴの相違点
8 イチゴ植物工場の可能性
9 おわりに

第19章 人工光型イネ植物工場
1 はじめに
2 人工環境下でのイネ栽培設備事例
2.1 植物育成チャンバ
2.2 PASONA O2(2009年閉館)およびアーバンファーム
〔(株)パソナグループ〕
2.3 閉鎖型生態系実験施設〔(財)環境科学技術研究所〕
3 人工光型イネ植物工場
3.1 光環境制御
3.2 空気環境制御
3.3 栽培結果
4 LED型イネ植物工場への期待


第20章 薬用植物生産のための植物工場   
1 はじめに
2 国内の薬用植物を取り巻く状況
3 薬用植物を植物工場で生産する意義
4 鹿島建設の薬用植物工場生産に関する取り組み
4.1 甘草とは
4.2 甘草の植物工場生産に関する取り組み
4.2.1 優良種苗系統の確保と増殖方法の開発
4.2.2 水耕栽培技術の開発
4.2.3 環境ストレスの付与によるグリチルリチン含有率制御技術の開発
4.2.4 光環境について
5 今後の展開に向けた課題
5.1 従来品との同等性の評価
5.2 多品種少量生産への対応
5.3 生産コストの削減
5.4 市場の特殊性
6 おわりに


【応用展開 編】
第21章 6波長帯光混合照射LED光源システム  
1 はじめに
2 6波長帯光混合照射LED光源システムのハードウェア構成
2.1 光源ユニット
2.1.1 LED
2.1.2  LEDアレイおよびLED配置
2.1.3 アルミニウム製ヒートシンクおよび冷却ファン
2.1.4 電流微調整用抵抗回路
2.2 光源ユニット支持台
2.3 デジタルタイマー
2.4 LEDの直・並列接続および直流電源装置
3 運転試験
3.1 分光光量子束密度(SPFD)
3.2 平均光量子束密度(PFD)および平均光合成有効光量子束密度(PPFD)
4 次世代の光源システム


第22章 植物栽培用LED照明の研究事例と現状  
1 はじめに
2 植物研究用LED照明
2.1 植物研究用LED照明の特徴
2.2 波長特性に関する報告例
2.3 波長比率検討実験
3 植物栽培用LED照明とHf蛍光灯の比較
3.1 LED照明への期待
3.2 照明効率
3.3 光強度分布
3.4 周囲温度変化
3.5 LED照明が生育に及ぼす影響
4 おわりに


第23章 LED照明技術―人工光用,補光用,実験研究用―
1 はじめに
2 人工光用LED栽培光源
3 補光用LED栽培光源
4 実験研究用LED光源
4.1 植物研究用3波長調光光源システム
4.2 開花制御研究用波長選択型ランプ光源


第24章 高演色白色LED照明導入によるイチゴの成長促進実証と緑色LED照明・青色LED照明導入によるイチゴのうどんこ病抑制効果の実証
1 はじめに
2 高演色白色LED照明によるイチゴの成長促進
2.1 高演色白色LED照明の実現
2.2 高演色白色LEDのモジュール化
2.3 高演白色LED照明による実験方法
2.4 実験結果
3 緑色LED照明・青色LED照明導入によるイチゴ栽培におけるうどんこ病抑制効果
3.1 緑色LED照明・青色LED照明の実験方法
3.2 実験結果
4 まとめ


第25章 LEDの課題と植物工場および補光栽培への応用 
1 はじめに
2 LEDの構造
3 LEDの課題と対策
3.1 防水
3.2 配光
3.3 放熱
3.4 劣化
3.5 光質
4 人工光型植物工場への応用
4.1 光源
4.2 応用事例
5 補光栽培への応用
5.1 光源
5.2 応用事例
6 おわりに


第26章 サスティナブル・低環境負荷都市型植物工場の事業に向けた提言  
1 はじめに
2 フードマイレージの数値を小さくする努力と都市型植物工場の関わり
3 植物工場における栽培用光源選定に求められる視座
4 植物栽培に利用可能な光源
4.1 白熱電球
4.2 蛍光ランプ
4.3 メタルハライドランプ
4.4 高圧ナトリウムランプ
4.5 冷陰極管(CCFL)
4.6 発光ダイオード(LED)
5 植物工場用栽培ユニット「AGRI-Oh!」
6 LED植物工場の導入事例
6.1 異業種参入事例
6.2 店産店消事例
7 高収益植物工場事業に求められる生産-直販一貫姿勢


第27章 LED照明を用いた植物栽培研究・植物工場
1 はじめに
2 植物栽培用LED
2.1 LED照明に関するLED配置の重要性
2.2 LED照明の温度,湿度対策
2.3 LED照明の電源
2.4 研究用LED照明
3 研究用LEDの応用
3.1 スプラウト類栽培への利用
3.2 農研機構 生研センター LED植物栽培試験室
3.3  マイクロ水力発電によるコンテナ型機能性植物ミスト栽培システム
4 ED植物工場&栽培システム
4.1 完全閉鎖型LEDミスト栽培工場
4.2 見せる化野菜栽培システム
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