農業における人工照明
植物は光がなければ成長できないことは長い間知られていました。 それにもかかわらず、科学技術の進歩のおかげで、光が植物に与える正確な影響が完全に発見されたのは、ここ 100 年のことです。
農業における人工照明の使用は、太陽が提供する光に似た光源を提供することを目的としています。 技術の進歩により、LED ライト、特に植物のニーズに合わせてスペクトルを調整できる LED ライトが園芸照明の最良の選択肢として浮上しました。 高圧ナトリウム (HPS) や蛍光灯などの従来の照明オプションと比較して、LED を採用した照明は、環境への影響と生産効率の点で大きな利点をもたらします。
農業における人工照明の使用に関する報告書は Valoya によって執筆され、アルメリア大学とブレシノバ大学の研究者によって共著されました。 この報告書は2018年1月に発表された。この研究では、植物が生育する環境に応じて、それぞれの形態の光が植物に与える影響を判断するために、さまざまなスペクトルと種類の光を利用したテストが提示されている。 以下は、この研究の抜粋です。読むことができます。
1. 光と植物間のコミュニケーション
電磁波は、大気中を通るエネルギーの伝達に関与します。 電磁波の例には、マイクロ波、ラジオまたはテレビの電波、X線、紫外線、または可視光線が含まれます。 電磁波は、周波数と波長の違いによって互いに区別できます。 電磁スペクトルは広範囲の周波数と波長で構成されており、そのうちのいくつかは他のものよりよく認識されます (たとえば、マイクロ波、電波、可視光など)。
電磁放射には二重の性質があります。 波として空間を移動する一方で、粒子（光子）の形でエネルギーも交換します。 1905 年、アルバート アインシュタインは、光が粒子と波の両方の特性を同時に持つと主張した最初の人物です。 フォトンは、光線の中に含まれる粒子の名前です。 より長い距離に対応する波長 (より低い周波数) の光子は、より短い距離に対応する波長の光子よりも少ないエネルギーを運びます。
人間の目は、400 ～ 700 ナノメートル (nm) の波長の光を検出できます。これは、植物が光合成の過程で利用する電磁スペクトルの部分にほぼ対応します。 したがって、400 ～ 700 nm の波長を持つ光は、光合成活性放射線 (または単に PAR) と呼ばれます。 太陽光で見える波長のスペクトルは連続的で、視覚範囲をはるかに超えています。 人間の目はさまざまな波長を色に変換し、その後人間の脳で処理されます。 青色は 400 nm に近い波長の光によって生成され、赤色は 600 nm に近い波長の光によって生成されます。 黄緑色の波長範囲は人間の目が最も敏感に反応します。
2. 植物の色素、光受容体、および光合成の化学プロセス
人間の目とほぼ同じ範囲で、光スペクトルは植物によって吸収されます。 しかし、人間とは対照的に、植物は赤と青の光をよりよく取り込むことができます。
クロロフィルは、植物が光を吸収し、そのエネルギーを利用して水と二酸化炭素を酸素やその他の複雑な有機分子に変えることを可能にする主要な化学物質の 1 つです。 このプロセスは光合成として知られています。 クロロフィルは、細胞内の葉緑体に見られる植物の色素です。 クロロフィル分子は緑色であり、実際、茎や葉に見られる緑色の原因はクロロフィル分子です。 高等植物に見られるクロロフィルには 2 つの主要な形態があります。 これらはクロロフィル a とクロロフィル b であり、それらの光吸収曲線は互いに非常にわずかに異なります。 この比較的小さな違いにより、異なる波長を捕捉できるため、太陽光スペクトルの大部分を捕捉できます。 クロロフィルが主に赤色と青色の光を吸収し、緑色の波長を反射する能力の結果、植物は私たちの目には緑色に見えます。
ただし、植物に含まれる色素はクロロフィルだけではありません。 いわゆるアクセサリー色素 (カロテノイドやキサントフィルなど) やフェノール性物質 (フラボノイド、アントシアニン、フラボン、フラボノイドなど) は、赤と青以外の波長を吸収します。 黄色、赤、紫はアクセサリー顔料を構成する色です。 これらの色合いの使用は、鳥や昆虫をおびき寄せるだけでなく、強い光の照射などの外部ストレス要因による損傷の影響から組織を保護するのにも役立ちます。
光受容体は、光を吸収できる別の種類の粒子です。 光受容体の 3 つの主要なクラスは、フィトクロム、フォトトロピン、およびクリプトクロムと呼ばれます。 さらに、UVR8 光受容体は、紫外線にのみ反応する特殊な光受容体です。 それぞれの種類の光受容体は特定の波長範囲の光に感受性があり、植物の特定の生理学的反応を担当します。 これらの応答は次のとおりです。
フォトトロピンは、葉緑体の物理的位置と気孔の開口部の両方に影響を与えます。 彼らはブルーライトを吸収することができます。
植物の内部時計は、光に関連する信号がないか環境を監視するクリプトクロムによって制御されています。 これに加えて、それらは茎の伸長の抑制、子葉の拡大、アントシアニンの発生、および光周性開花などの形態学的反応にも関連しています。 UVA（紫外線）、青色、緑色の光の波長は、クリプトクロムによって取り込まれます。
開花はフィトクロムによって引き起こされますが、フィトクロムは種子の形成にも関与します。 植物の茎の伸長、葉の拡大、および「日陰回避症候群」はすべてフィトクロムによって制御されています。 環境に存在する赤色光と遠赤色光の比率は、フィトクロム分子の光定常状態に影響を与え、それがフィトクロムによって制御される反応を媒介します。
開花、種子の発育、および発芽、開花のタイミング、植物の形状などのその他の機能はすべて光に依存する活動です。 バイオマス形成のためのエネルギーを供給するプロセスである光合成は、これらのプロセスの 1 つにすぎません。 これらの行動は、植物が周囲から受け取る光の質、つまり植物が周囲からの信号をどのように解釈するかに複雑に関係しています。 これらの応答は、UV や遠赤照射など、PAR 領域の内側と外側の両方の波長によって媒介されます。
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