光照射装置、イチゴ栽培システムおよびイチゴ栽培方法
【課題】人工光を利用したイチゴ栽培において、植物体の生育が抑制されることを防止しつつ、イチゴの果実における機能性成分等を高める。
【解決手段】ＵＶ−Ａ照射装置８は、ＵＶ−Ａ紫外線を出射するＬＥＤ８２を備えている。ＬＥＤ８２から出射されるＵＶ−Ａ紫外線が、イチゴの果実に集中的に照射されるようにＬＥＤ８２が配置されている。
【解決手段】ＵＶ−Ａ照射装置８は、ＵＶ−Ａ紫外線を出射するＬＥＤ８２を備えている。ＬＥＤ８２から出射されるＵＶ−Ａ紫外線が、イチゴの果実に集中的に照射されるようにＬＥＤ８２が配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工光を利用してイチゴを栽培するための光照射装置、栽培システムおよび栽培方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イチゴは、そのまま生食するだけでなく、加工食品など、１年を通して需要が多い作物である。冬から春にかけて市場に出回る一季成りイチゴは、短日植物であり、昼の長さが短くなる秋から冬に花芽分化し、実をつける。逆に夏季には実がつかないため、日本では非常に高価となっている。
【０００３】
一方、近年ブームとなっている植物工場では、光環境を人為的に制御できるため、植物工場においてイチゴの花芽分化に適した光環境を構築し、イチゴの周年栽培を行うことで、夏季にもイチゴを供給することが可能となる。植物工場では、気候変動に影響されず、病虫害の被害が少ないため、いくつかの研究機関が取り組みを開始している。
【０００４】
また、光の量および質が植物の形態や栄養成分、収量等に大きな影響を与えることが知られている。植物工場では、ＬＥＤや蛍光灯などの人工光を利用することにより植物の生育のコントロールが容易であることから、とくに注目を浴びている。
【０００５】
このような植物工場でイチゴを栽培する場合、必要な光だけ与えればよく、紫外線など植物の生育を妨げる波長の光を照射しないことができる。
【０００６】
その一方で、紫外線は、ポリフェノールなどの機能性成分の生成を促進する効果があるとされている。そのため、このような紫外線のない環境では機能性成分を高めることが困難である。
【０００７】
このような分野に取り組み、勝ち抜いていくためには、栄養・機能性などの面で付加価値の高い作物の栽培を行うことが重要である。特許文献１〜３にはそのための取り組みが開示されている。
【０００８】
特許文献１には、紫外線がカットされてＵＶ−Ｂが照射されるハウス内で、ＵＶ−Ｂの照射による果実の色抜けの発生を防ぐ植物用カバーが開示されている。
【０００９】
特許文献２には、栽培された黄化スプラウトに対して、青色光またはＵＶ−Ａ紫外光の波長領域内に放射スペクトルを有する発光ダイオードで植物体の表面細胞を照射し、表面細胞内に植物色素の生成を誘起させて赤色化する方法が開示されている。
【００１０】
特許文献３には、ＵＶ−Ｂを、単子葉栽培植物の芽ネギに照射することにより、植物体中のジフェニルピクリルヒドラジル（ＤＰＰＨ）ラジカル消去活性を高めるアスコルビン酸やポリフェノールなどの機能性物質含量を増加させる栽培方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１０−２７３５４６号公報（２０１０年１２月９日公開）
【特許文献２】特開２００７−８９４４５号公報（２００７年４月１２日公開）
【特許文献３】特開２００８−８６２７２号公報（２００８年４月１７日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところが特許文献１の栽培方法では、ハウス内でＵＶ−Ｂが照射されることが前提となっているが、このＵＶ−Ｂは、植物の生育を抑制するため、生育の遅延やそれに伴う果実生育の遅れ、および収量の減少が起こる可能性がある。なお、ＵＶ−Ｂは、人体に対して有害であるため、照射時には作業を行うことができない。また、イチゴ等の果実は、気孔を有しており呼吸しているため、カバーによる密閉は植物にとって過度のストレスとなるとともに、カバーの装着に手間がかかるという問題もある。
【００１３】
特許文献２の栽培方法では、黄化スプラウトの全体に対して青色光またはＵＶ−Ａ紫外光を照射するため、植物の生育を抑制する可能性がある。
【００１４】
特許文献３の栽培方法でも、単子葉植物全体にＵＶ−Ｂを照射するため、植物の生育を抑制する可能性がある。
【００１５】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、人工光を利用したイチゴ栽培において、植物体の生育が抑制されることを防止しつつ、イチゴの果実の色素、栄養素または機能性成分の蓄積を促進することができる光照射装置、イチゴ栽培システムおよびイチゴ栽培方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る光照射装置は、上記の課題を解決するために、イチゴ栽培用の光照射装置であって、青色光またはＵＶ−Ａ紫外線を出射する光源を備え、上記光源から出射される青色光またはＵＶ−Ａ紫外線が、イチゴの果実に集中的に照射されるように上記光源が配置されていることを特徴としている。
【００１７】
上記の構成によれば、青色光またはＵＶ−Ａ紫外線が光源から出射され、イチゴの果実に集中的に照射される。青色光は、植物および人にとって有害性は全くなく、ＵＶ−ＡについてもＵＶ−Ｂと比較すれば、有害性は格段に低い。それゆえ、青色光またはＵＶ−Ａ紫外線の照射時にも安全に作業を行うことができる。
【００１８】
さらに、青色光またはＵＶ−Ａ紫外線がイチゴの果実に集中的に照射されるため、葉および茎など他の部分に青色光またはＵＶ−Ａ紫外線が照射されることにより植物体の生育が妨げられることを防止できる。その上で、イチゴの果実における色素、栄養素または機能性成分の蓄積を青色光またはＵＶ−Ａ紫外線の照射により促進できる。また、照射範囲を絞ることにより、青色光またはＵＶ−Ａ紫外線の照射コストを抑制することができるという副次的な効果も得られる。
【００１９】
また、上記光源は、上記果実の近傍に配置されていることが好ましい。
【００２０】
上記の構成により、イチゴの葉または茎によって遮られることなく青色光またはＵＶ−Ａ紫外線をイチゴの果実に照射することができる。
【００２１】
また、上記光源は、イチゴが栽培される栽培容器の側面に垂れた上記果実の近傍に配置されていることが好ましい。
【００２２】
上記の構成により、イチゴが栽培される栽培容器の側面に垂れたイチゴの果実に効率良く青色光またはＵＶ−Ａ紫外線を照射することができる。
【００２３】
また、上記光源は、イチゴが栽培される栽培容器の側面に配設されていることが好ましい。
【００２４】
上記の構成により、イチゴが栽培される栽培容器の側面に垂れたイチゴの果実に効率良く青色光またはＵＶ−Ａ紫外線を照射することができる。また、光源が栽培容器に接していることにより、当該栽培容器によって光源の放熱効果を高めることができる。
【００２５】
また、上記光源の光軸は、水平方向または水平方向よりも鉛直下方向を向いていることが好ましい。
【００２６】
上記の構成によれば、上記光源から出射された青色光またはＵＶ−Ａ紫外線は、水平方向または水平方向よりも鉛直下方向に出射される。それゆえ、青色光またはＵＶ−Ａ紫外線が水平方向に対して仰角をなす角度で出射されることによって、イチゴの葉、茎または作業者に青色光またはＵＶ−Ａ紫外線が照射される可能性を低減できる。
【００２７】
また、上記光源には、上記青色光または上記ＵＶ−Ａ紫外線の指向性を高めるレンズが配されていることが好ましい。
【００２８】
上記の構成により、光源から出射される光（青色光またはＵＶ−Ａ紫外線）が進行する立体角の範囲を狭めることができ、イチゴに効率良く青色光またはＵＶ−Ａ紫外線を照射できる。
【００２９】
また、上記光源の放熱効率を高める放熱部がさらに備えられていることが好ましい。
【００３０】
上記の構成によれば、放熱部によって光源の放熱効率を高めることができ、光源の機能が熱によって低下したり、光源が熱によって破損したりすることを防止できる。
【００３１】
また、上記放熱部は、上記光源またはその近傍に風を送る送風管を含むことが好ましい。
【００３２】
上記の構成により、光源を空冷することができ、当該光源をより効率的に冷却できる。また、植物体は、気孔周辺のガス交換を必要としており、栽培には適度な風が必要であるとされている。送風管から噴出される風は、光源の冷却だけでなく、植物の生育にも良い影響を与えることができる。
【００３３】
なお、送風管から送られる風は、光源そのものに直接当てられてもよく、光源が設けられた基板に当てられてもよい。
【００３４】
また、上記光照射装置と、光合成に必要な波長範囲の光を出射する主光源装置とを含むイチゴ栽培システムも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００３５】
本発明に係るイチゴ栽培方法は、上記の課題を解決するために、光源から出射される青色光またはＵＶ−Ａ紫外線を、イチゴの果実に集中的に照射する工程を含むことを特徴としている。
【００３６】
上記の構成によれば、青色光またはＵＶ−Ａ紫外線が光源から出射され、イチゴの果実に集中的に照射される。葉および茎など他の部分に青色光またはＵＶ−Ａ紫外線が照射されることにより植物体の生育が妨げられることを防止しつつ、イチゴの果実における色素、栄養素または機能性成分の蓄積を促進できる。また、照射範囲を絞ることにより、光照射のコストを抑制することができるという副次的な効果も得られる。
【発明の効果】
【００３７】
以上のように、本発明に係る光照射装置は、イチゴ栽培用の光照射装置であって、青色光またはＵＶ−Ａ紫外線を出射する光源を備え、上記光源から出射される青色光またはＵＶ−Ａ紫外線が、イチゴの果実に集中的に照射されるように上記光源が配置されている構成である。
【００３８】
また、本発明に係るイチゴ栽培方法は、光源から出射される青色光またはＵＶ−Ａ紫外線を、イチゴの果実に集中的に照射する工程を含む構成である。
【００３９】
それゆえ、葉および茎など他の部分に青色光またはＵＶ−Ａ紫外線が照射されることにより植物体の生育が妨げられることを防止しつつ、イチゴの果実における色素、栄養素または機能性成分の蓄積を促進できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係るイチゴ栽培システムの概略構成を示す図である。
【図２】上記イチゴ栽培システムに含まれるＵＶ−Ａ照射装置の構成を示す図である。
【図３】（ａ）は、上記ＵＶ−Ａ照射装置の変更例を示す平面図であり、（ｂ）は、その側面図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、上記ＵＶ−Ａ照射装置の配置方法の好ましい例を示す図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、上記ＵＶ−Ａ照射装置の配置方法の比較例を示す図である。
【図６】（ａ）は、ＵＶ―Ａ照射がイチゴ果実の総ポリフェノール生産に及ぼす影響を示すグラフであり、（ｂ）は、ＵＶ―Ａ照射がイチゴ果実の総アントシアニン生産に及ぼす影響を示すグラフである。
【図７】イチゴ果実へのＵＶ―Ａ照射がイチゴの収穫量に影響を及ぼさないことを示すグラフである。
【図８】本発明の別の実施形態に係るイチゴ栽培システムに含まれる、送風管が配されたＵＶ−Ａ照射装置の構成を示す図である。
【図９】上記送風管の別の配設方法を示す図である。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、送風管の構造の変更例を示す斜視図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、送風管へのＵＶ−Ａ照射装置の取り付け方法の例を示す斜視図である。
【図１２】（ａ）は、スリットおよび開口部が形成されていない送風管を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す送風管にＵＶ−Ａ照射装置を密着させた状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明の実施の一形態について図１〜図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。本実施形態のイチゴ栽培システム１０は、例えば、閉鎖型の人口光利用型の植物工場で用いられる栽培システムである。このイチゴ栽培システム１０は、光合成に必要な波長範囲の光（波長４００〜７００ｎｍの光）を主に葉に照射することに加え、青色光またはＵＶ−Ａ紫外線をイチゴの果実に照射することにより、イチゴの果実の色素、栄養素または機能性成分の蓄積を促進するものである。
【００４２】
なお、本発明は、イチゴ栽培用の光として人工光を利用してイチゴを栽培する栽培施設（植物栽培用構造体）において用いられる光照射装置、栽培システムおよび栽培方法に関するものである。人工光を利用した栽培とは、栽培のための光の少なくとも一部に人工光が用いられている栽培を意味し、太陽光を全く用いない栽培を意味するわけではない。太陽光と人工光とを組み合わせて栽培する場合にも本発明を適用可能である。
【００４３】
（イチゴ栽培システム１０の構成）
図１は、イチゴ栽培システム１０の概略構成を示す図である。図１に示すように、イチゴ栽培システム１０は、照明装置（主光源装置）１、空調装置４、栽培容器５、制御装置６およびＵＶ−Ａ照射装置（光照射装置）８を備えており、栽培室７の内部に設置されている。
【００４４】
（照明装置１）
照明装置１は、光合成に必要な波長範囲の光（波長４００〜７００ｎｍの光）を出射する光源であり、栽培容器５の上方（例えば、栽培容器５の上方約３０ｃｍ）に配置されている。人工の植物栽培では、エネルギーを有効的に利用するため、植物が必要とする光だけを与えることが一般的である。照明装置１においても、イチゴの生育に必要な波長範囲の光のみをイチゴ２０に照射する。この照明装置１は、光源ユニット２および冷却板３を備えている。
【００４５】
（光源ユニット２）
光源ユニット２は、例えば、波長６４０〜６９０ｎｍの光を出射する赤色ＬＥＤ（赤色光源）および波長４２０〜５００ｎｍの光を出射する青色ＬＥＤ（青色光源）を基板上に備えている。赤色ＬＥＤは、例えば、６５０ｎｍにピークを有する赤色光を出射する。青色ＬＥＤは、例えば、４７０ｎｍにピークを有する青色光を出射する。
【００４６】
赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤとの個数の比は、例えば４：１であるが、これに限定されない。赤色光と青色光との光量の比率は、変更可能であり、所望の光量の赤色光および青色光を照射するために、赤色ＬＥＤ２２および青色ＬＥＤ２３に供給する電力を調整すればよい。
【００４７】
ただし、光源ユニット２は、イチゴの栽培に適した光源であればよく、ＬＥＤ以外の光源、例えばハロゲンランプまたは蛍光灯を備えていてもよい。また、光源ユニット２が出射する光の波長および強度も特に限定されない。また、赤色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤという２種類のＬＥＤを用いる必要は必ずしもなく、複数の波長の光を照射できるＬＥＤを１種類用いることにより、赤色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤの組み合わせと同様の波長の光を出射する光源を用いてもよい。
【００４８】
（冷却板３）
図１に示すように、照明装置１の、光源ユニット２が搭載されている側の面とは反対側の面には、冷却板３が配設されている。冷却板３は、赤色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤが発した熱を放散させるための部材であり、金属（例えば、鉄、銅、アルミニウム）など、熱伝導性の高い物質からなるものである。
【００４９】
（空調装置４）
空調装置４は、栽培室７の内部の温度を調節するエアコンある。また、空調装置４は、栽培室７の内部の空気を循環させる送風機としても機能する。
【００５０】
（栽培容器５）
栽培容器５は、培養土または栽培用の固形培地（ロックウール、ウレタン、スポンジなど）を入れるためのプランターであってもよいし、イチゴ２０を保持するとともに水耕栽培用の培養液を貯める水槽であってもよい。
【００５１】
（制御装置６）
制御装置６は、照明装置１の照度および空調装置４の空調温度および風量を制御する。イチゴは短日植物であるため、特に制御装置６は、照明装置１を制御することにより短日条件の光環境を実現する。昼夜のサイクル（明期および暗期の長さ）および、明期および暗期のそれぞれにおける空調温度は、特に限定されず、イチゴに適した公知の栽培条件を用いればよい。
【００５２】
（ＵＶ−Ａ照射装置８）
ＵＶ−Ａ照射装置８は、ＵＶ−Ａ紫外線（例えば、波長域３１５〜４００ｎｍ）を出射する光源装置であり、栽培容器５の側面に配設されている。すなわち、ＵＶ−Ａ照射装置８は、イチゴが栽培される栽培容器５の側面に垂れたイチゴ２０の果実２１の近傍に配置されている。
【００５３】
このＵＶ−Ａ照射装置８は、光合成には直接影響しない紫外線をイチゴ２０の果実２１に集中的に照射することによりイチゴにストレスを与え、果実２１における色素、栄養素または機能性成分の蓄積を促進する。
【００５４】
このような目的で照射する紫外線として、ＵＶ−Ｂ紫外線およびＵＶ−Ｃ紫外線を用いることもできるが、ＵＶ−Ｂ紫外線およびＵＶ−Ｃ紫外線は、波長が短く、人体および植物に有害である。それゆえ、安全性の高いＵＶ−Ａ紫外線を用いることが好ましい。
【００５５】
図２に示すように、ＵＶ−Ａ照射装置８は、棒状の基板８１の上にＵＶ−Ａ紫外線を出射する複数のＬＥＤ（光源）８２が一列に搭載されているものである。図２は、ＵＶ−Ａ照射装置の構成を示す図である。なお、ＵＶ−Ａ照射装置８の基板８１においてＬＥＤ８２が複数例を形成するように配置されていてもよく、ＬＥＤ８２の数および配置は特に限定されない。
【００５６】
（ＵＶ−Ａ照射装置８の変更例）
図３は、（ａ）は、ＵＶ−Ａ照射装置８の変更例を示す平面図であり、（ｂ）は、ＵＶ−Ａ照射装置８の変更例を示す側面図である。図３（ａ）および（ｂ）に示すように、ＵＶ−Ａ照射装置８が備えるＬＥＤは、ＵＶ−Ａ紫外線の指向性を高めるレンズが配された砲弾型のＬＥＤ（光源）８３であってもよい。すなわち、ＵＶ−Ａ照射装置８が備えるＬＥＤには、ＵＶ−Ａ紫外線の指向性を高めるレンズが配されていてもよい。
【００５７】
ＬＥＤに上記レンズが配されていることにより、当該ＬＥＤから出射されるＵＶ−Ａ紫外線の指向性を高めることができ、イチゴの果実２１に効率良くＵＶ−Ａ紫外線を照射できる。
【００５８】
（ＵＶ−Ａ照射装置８の配置）
図４（ａ）および（ｂ）は、ＵＶ−Ａ照射装置８の配置方法の好ましい例を示す図である。図４（ａ）に示す例では、ＵＶ−Ａ照射装置８は、イチゴの果実２１が垂れ下がる、栽培容器５の底部付近の側面に配設されており、横方向（水平方向）にＵＶ−Ａ紫外線を出射する。
【００５９】
また、図４（ｂ）に示す例では、ＵＶ−Ａ照射装置８は、栽培容器５の側面において、イチゴの果実２１が垂れ下がっている位置よりも上方に配置されている。そして、ＵＶ−Ａ照射装置８は、水平方向よりも鉛直下方向に向けてＵＶ−Ａ紫外線を出射する。すなわち、ＬＥＤ８２の光軸は、水平方向よりも鉛直下方向を向いている。
【００６０】
このように、イチゴの果実２１が垂れ下がっている位置の近傍において、水平方向、または斜め下方向（水平方向よりも鉛直下方向）に向けてＵＶ−Ａ紫外線を照射することにより、イチゴの果実２１のみにＵＶ−Ａ紫外線を照射することができ、当該果実２１において機能性成分等の蓄積を促進することができる。
【００６１】
（比較例）
図５（ａ）および（ｂ）は、ＵＶ−Ａ照射装置８の配置方法の比較例を示す図である。図５（ａ）に示すように、ＵＶ−Ａ照射装置８を栽培容器５が設置されている床等に配置し、鉛直上向きにＵＶ−Ａ紫外線を出射した場合には、ＵＶ−Ａ紫外線をイチゴに果実に照射することはできる。しかし、ＵＶ−Ａ紫外線は、イチゴ２０の葉や茎にも照射されるため、イチゴ２０の生育を阻害する可能性がある。また、作業者にＵＶ−Ａ紫外線が照射される恐れもある。
【００６２】
また、図５（ｂ）に示すように、ＵＶ−Ａ照射装置８をイチゴ２０の上方に配置し、下方に向けてＵＶ−Ａ紫外線を出射した場合には、葉または茎にＵＶ−Ａ紫外線が遮られて、効率良くＵＶ−Ａ紫外線を果実に照射することが困難である。
【００６３】
それゆえ、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、イチゴの果実２１の近傍において水平方向、または水平方向よりも鉛直下方向に向けてＵＶ−Ａ紫外線を照射することが好ましい。
【００６４】
（栽培容器５によるＵＶ−Ａ照射装置８の冷却効果）
ＵＶ−Ａ照射装置８は、栽培容器５の側面に固定されている必要は必ずしもなく、スタンドなど、栽培容器５以外の部材によってその位置が固定されていてもよい。
【００６５】
しかし、栽培容器５に定期的に培養液を補填する場合には、培養液は室温に比べて低くなっている場合が多い。そのため、ＵＶ−Ａ照射装置８の基板８１を栽培容器５に当接させることで基板８１および発熱源であるＬＥＤ８２を冷却することができる。
【００６６】
また、栽培容器５が熱伝導性の高い物質で形成されている場合には、ＵＶ−Ａ照射装置８の放熱効果をより高めることができる。
【００６７】
また、逆に、ＵＶ−Ａ照射装置８の熱によって栽培容器５の内部の培地の温度を高める効果も得られる。
【００６８】
（栽培方法の概要）
次にイチゴ栽培システム１０を用いたイチゴ栽培方法の概要について説明する。当該イチゴ栽培方法では、人工光を利用する植物栽用の空間である栽培室７において、光合成に必要な波長範囲の光（波長４００〜７００ｎｍの光）を主にイチゴ２０の葉に照射することに加え、ＵＶ−Ａ紫外線（波長域３４０〜４００ｎｍ）をイチゴ２０の果実２１に照射する。
【００６９】
より具体的には、赤色ＬＥＤからの赤色光および青色ＬＥＤからの青色光をそれぞれイチゴ２０に照射するとともに、ＵＶ−Ａ照射装置８からのＵＶ−Ａ紫外線を果実２１に照射する。
【００７０】
赤色光および青色光の総光合成光量子束密度は、例えば、１００〜１０００μｍｏｌ／ｍ２／ｓであり、赤色光と青色光との割合は、例えば１：０、１：１、４：１など、適宜設定されればよい。
【００７１】
イチゴは短日植物であるため、昼夜のサイクルは、短日条件になるように設定する。すなわち、短日条件の光環境を実現するように制御装置６によって照明装置１およびＵＶ−Ａ照射装置８の光量を制御する。昼夜のサイクルは、例えば、明期１２時間、暗期１２時間であるが、これに限定されない。
【００７２】
昼夜のサイクルに伴って栽培室７の内部の温度も調節する。この温度調節は、制御装置６の制御下において空調装置４が行う。栽培室７の内部の温度は、例えば、明期２５℃、暗期１０℃に設定する。
【００７３】
その他の栽培条件（培養土の組成、給肥条件など）については、公知の条件を用いればよい。
【００７４】
（栽培方法の具体例）
次にイチゴ栽培システム１０におけるイチゴ栽培方法の一例について説明する。イチゴ２０として「とちおとめ」を栽培容器５の中に入れたロックウールに定植し、照明装置１の下方に設置した。また、栽培容器５の側面には、図４（ａ）に示すように、ＵＶ−Ａ照射装置８を配設した。また、イチゴ栽培用の培養液として園芸試験場処方を使用し、栽培容器５に注入した。
【００７５】
明期１２時間、暗期１２時間のサイクルで照明装置１およびＵＶ−Ａ照射装置８を点灯させ、栽培室７の内部の温度を、明期２５℃、暗期１０℃に調節した。
【００７６】
赤色光および青色光の総光合成光量子束密度は、１２０μｍｏｌ／ｍ２／ｓとし、赤色光と青色光との割合（Ｒ：Ｂ）は、４：１に設定した。
【００７７】
また、ＵＶ−Ａ照射装置８のＵＶ−Ａ紫外線の光量は、３０〜４０μｍｏｌ／ｍ２／ｓに設定した。ＵＶ−Ａ紫外線は、定植後から実験収量まで全期間（明期）を通して照射した。
【００７８】
また、比較実験のためにＵＶ−Ａ紫外線を照射しない栽培区も設けた。
【００７９】
各栽培区について、イチゴの果実の果皮部分（表面から１〜２ｍｍの厚さの部分）を用いて総ポリフェノール含有量および総アントシアニン含有量（色素または機能性成分）を測定した。総ポリフェノール含有量は、Folin Ciocalteu法にて測定した。また、総アントシアニン含有量については、Lees & Francis法に基づき、抽出液を分光光度計で５３３ｎｍの吸光度を測定することで求めた。なお、各栽培区について、「とちおとめ」の４株を用いた。
【００８０】
（栽培結果）
図６（ａ）は、ＵＶ―Ａ照射がイチゴ果実の総ポリフェノール生産に及ぼす影響を示すグラフであり、図６（ｂ）はＵＶ―Ａ照射がイチゴ果実の総アントシアニン生産に及ぼす影響を示すグラフである。誤差線は標準誤差（ｎ＝４）を示し、Ｐ値はｔ検定によって求めた。
【００８１】
図６（ａ）に示すように、ＵＶ−Ａ紫外線を照射した場合には、照射しなかった場合と比較して、イチゴの果実における総ポリフェノール含有量が顕著に増加した。また、図６（ｂ）に示すように、ＵＶ−Ａ紫外線を照射した場合には、照射しなかった場合と比較して、イチゴの果実における総アントシアニン含有量が有意に増加した。
【００８２】
また、データとしては示していないが、イチゴの果実におけるビタミンＣ（アスコルビン酸）含有量もＵＶ−Ａ紫外線の照射により増加することを確認している。
【００８３】
（イチゴの収穫量に及ぼすＵＶ−Ａ紫外線照射の影響）
次に、ＵＶ−Ａ紫外線をイチゴの果実に集中的に照射することにより、ＵＶ−Ａ紫外線の照射によってイチゴの収穫量が減少することを防止できることを説明する。図７は、イチゴ果実へのＵＶ―Ａ照射がイチゴの収穫量に影響を及ぼさないことを示すグラフである。図７に示す実験では、上述のように「とちおとめ」を栽培し、ＵＶ−Ａ紫外線をイチゴの果実に集中的に照射した場合と、ＵＶ−Ａ紫外線を照射しなかった場合とにおいて、一株当たりの平均収量を測定した。各栽培区において４株を用い、１７０日間収穫を行った。
【００８４】
その結果、図７に示すように、一株から得られるイチゴの収穫量は、ＵＶ−Ａ紫外線の照射の有無に関わらず同じであった。より詳細には、ＵＶ−Ａ紫外線を照射した場合の収穫量は、平均１９５．８４ｇであり、照射しなかった場合の収穫量は、平均２００．９４ｇであり、有意水準５％のｔ検定により有意差はなし（Ｐ＝０．９６７）と判断できた。
【００８５】
このようにＵＶ−Ａ紫外線の照射をイチゴの果実に集中させることにより、植物体の生育が当該照射によって抑制されることを回避することができる。その結果、イチゴの収穫量を減少させることなくイチゴの機能性成分等を増加させることができる。
【００８６】
（イチゴ栽培システム１０の効果）
以上のように、イチゴ栽培システム１０では、ＵＶ−Ａ紫外線が光源から出射され、イチゴの果実２１に集中的に照射される。そのため、葉および茎など他の部分にＵＶ−Ａ紫外線が照射されることにより植物の生育が妨げられることを防止しつつ、イチゴの果実２１における色素、栄養素または機能性成分の蓄積を促進できる。
【００８７】
また、植物体全体にＵＶ−Ａ紫外線を照射する場合よりも、照射範囲が絞られており、ＵＶ−Ａ紫外線の照射のコストを抑制することができる。
【００８８】
（イチゴ栽培システム１０の変更例）
上述の実施形態では、イチゴの果実にＵＶ−Ａ紫外線を照射したが、イチゴの果実に青色光（波長域４２０〜４７０ｎｍ）を照射しても、機能性成分（ポリフェノールおよびアントシアニン）が効果的に蓄積誘導されることを確認している。
【００８９】
それゆえ、上述の実施形態におけるＵＶ−Ａ照射装置８を青色光照射装置に置き換えてもよい。
【００９０】
すなわち、本発明のイチゴ栽培用の光照射装置は、青色光またはＵＶ−Ａ紫外線を出射する光源を備え、上記光源から出射される青色光またはＵＶ−Ａ紫外線が、イチゴの果実に集中的に照射されるように上記光源が配置されている。この場合、青色光を出射するＬＥＤとＵＶ−Ａ紫外線を出射するＬＥＤとを同一の基板（基板８１に相当）上に設けてもよく、別々の基板上に設けてもよい。また、青色光およびＵＶ−Ａ紫外線の波長領域の光を出射する１種類のＬＥＤを用いてもよい。
【００９１】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について図８〜図１２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態１と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００９２】
本実施形態のイチゴ栽培システム３０では、ＵＶ−Ａ照射装置８を冷却する（ＵＶ−Ａ照射装置８の放熱効率を高める）送風管（放熱部）９が設けられている。図８は、本実施形態に係るイチゴ栽培システム３０に含まれる、送風管９が配されたＵＶ−Ａ照射装置８の構成を示す図である。図９は、送風管９の別の配設方法を示す図である。
【００９３】
図８に示すように、送風管９は、栽培容器５の側面とＵＶ−Ａ照射装置８との間に配設されてもよく、図９に示すように栽培容器５の側面に固定されたＵＶ−Ａ照射装置８の下方に配設されてもよく、ＵＶ−Ａ照射装置８の上方に配設されてもよい。
【００９４】
図１０（ａ）〜（ｄ）に示すように、送風管９には、スリット９１または開口部９２が形成されている。送風管９の一方の端部には、送風装置（ファン）（図示せず）が接続されており、送風装置から送られる風が送風管９の内部を通り、スリット９１または開口部９２から噴出する。この風によってＵＶ−Ａ照射装置８の基板８１およびＬＥＤ８２が冷却される。
【００９５】
また、植物体は、気孔周辺のガス交換を必要としており、栽培には適度な風が必要であるとされている。送風管９から噴出される風は、ＬＥＤ８２の冷却だけでなく、植物の生育にも良い影響を与えることができる。なお、イチゴでは果実表面にも気孔が存在する。
【００９６】
図１０（ａ）および（ｃ）に示すように、送風管９は角柱形状のものであってもよく、図１０（ｂ）および（ｄ）に示すように、円筒形状のものであってもよい。
【００９７】
また、図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、送風管９に１本のスリットが長軸方向に沿って形成されていてもよく、送風管９に複数本のスリットが長軸方向に対して垂直な方向に形成されていてもよい。
【００９８】
また、図１０（ｃ）および（ｄ）に示すように、開口部９２は、送風管９の長軸方向に沿って一列に形成されてもよく、複数列をなすように形成されてもよい。
【００９９】
図１１（ａ）〜（ｃ）は、送風管９へのＵＶ−Ａ照射装置８の取り付け方法の例を示す斜視図である。図１１（ａ）に示すように、角柱形状の送風管９のスリット９１の前方にＵＶ−Ａ照射装置８が位置するように取り付けてもよい。
【０１００】
また、図１１（ｂ）に示すように、円筒形状の送風管９のスリット９１の前方に、ＵＶ−Ａ照射装置８を支持部材９３によって支持してもよい。
【０１０１】
また、図１１（ｃ）に示すように、角柱形状の送風管９のスリット９１の前方に、ＵＶ−Ａ照射装置８を支持部材９３によって支持してもよい。支持部材９３は、送風管９とＵＶ−Ａ照射装置８との相対位置を固定する固定部材であると表現することもできる。
【０１０２】
図１１（ｂ）および図１１（ｃ）に示す構成では、送風管９とＵＶ−Ａ照射装置８の基板８１との間に隙間を形成することができ、送風管９のスリット９１または開口部９２から噴出した風を基板８１に当てた後に効率良く逃がすことができる。
【０１０３】
送風管９およびＵＶ−Ａ照射装置８の固定方法は、上述のものに限定されず、送風管９の下方にＵＶ−Ａ照射装置８を配置する場合には、送風管９とＵＶ−Ａ照射装置８とをそれぞれ栽培容器５に固定してもよい。
【０１０４】
また、送風管９を熱伝導率の高い金属等の材質で形成し、ＵＶ−Ａ照射装置８の基板８１と密着させる場合には、送風管９にスリット９１および開口部９２を形成する必要は必ずしもない。図１２（ａ）は、スリットおよび開口部が形成されていない送風管９を示す斜視図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示す送風管９にＵＶ−Ａ照射装置８を密着させた状態を示す斜視図である。送風管９にＵＶ−Ａ照射装置８を密着させる場合には、送風管９は、角柱形状など、ＵＶ−Ａ照射装置８と当接する平面を有する形状であることが好ましい。
【０１０５】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明は、植物工場など、人工照明光によりイチゴを栽培するときに用いる光照射装置および栽培システムとして利用することができる。
【符号の説明】
【０１０７】
１ 照明装置（主光源装置）
２ 光源ユニット（主光源装置）
５ 栽培容器
８ ＵＶ−Ａ照射装置（光照射装置）
９ 送風管（放熱部）
１０ イチゴ栽培システム
２０ イチゴ
２１ 果実
３０ イチゴ栽培システム
８２ ＬＥＤ（光源）
８３ ＬＥＤ（光源）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工光を利用してイチゴを栽培するための光照射装置、栽培システムおよび栽培方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イチゴは、そのまま生食するだけでなく、加工食品など、１年を通して需要が多い作物である。冬から春にかけて市場に出回る一季成りイチゴは、短日植物であり、昼の長さが短くなる秋から冬に花芽分化し、実をつける。逆に夏季には実がつかないため、日本では非常に高価となっている。
【０００３】
一方、近年ブームとなっている植物工場では、光環境を人為的に制御できるため、植物工場においてイチゴの花芽分化に適した光環境を構築し、イチゴの周年栽培を行うことで、夏季にもイチゴを供給することが可能となる。植物工場では、気候変動に影響されず、病虫害の被害が少ないため、いくつかの研究機関が取り組みを開始している。
【０００４】
また、光の量および質が植物の形態や栄養成分、収量等に大きな影響を与えることが知られている。植物工場では、ＬＥＤや蛍光灯などの人工光を利用することにより植物の生育のコントロールが容易であることから、とくに注目を浴びている。
【０００５】
このような植物工場でイチゴを栽培する場合、必要な光だけ与えればよく、紫外線など植物の生育を妨げる波長の光を照射しないことができる。
【０００６】
その一方で、紫外線は、ポリフェノールなどの機能性成分の生成を促進する効果があるとされている。そのため、このような紫外線のない環境では機能性成分を高めることが困難である。
【０００７】
このような分野に取り組み、勝ち抜いていくためには、栄養・機能性などの面で付加価値の高い作物の栽培を行うことが重要である。特許文献１〜３にはそのための取り組みが開示されている。
【０００８】
特許文献１には、紫外線がカットされてＵＶ−Ｂが照射されるハウス内で、ＵＶ−Ｂの照射による果実の色抜けの発生を防ぐ植物用カバーが開示されている。
【０００９】
特許文献２には、栽培された黄化スプラウトに対して、青色光またはＵＶ−Ａ紫外光の波長領域内に放射スペクトルを有する発光ダイオードで植物体の表面細胞を照射し、表面細胞内に植物色素の生成を誘起させて赤色化する方法が開示されている。
【００１０】
特許文献３には、ＵＶ−Ｂを、単子葉栽培植物の芽ネギに照射することにより、植物体中のジフェニルピクリルヒドラジル（ＤＰＰＨ）ラジカル消去活性を高めるアスコルビン酸やポリフェノールなどの機能性物質含量を増加させる栽培方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１０−２７３５４６号公報（２０１０年１２月９日公開）
【特許文献２】特開２００７−８９４４５号公報（２００７年４月１２日公開）
【特許文献３】特開２００８−８６２７２号公報（２００８年４月１７日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところが特許文献１の栽培方法では、ハウス内でＵＶ−Ｂが照射されることが前提となっているが、このＵＶ−Ｂは、植物の生育を抑制するため、生育の遅延やそれに伴う果実生育の遅れ、および収量の減少が起こる可能性がある。なお、ＵＶ−Ｂは、人体に対して有害であるため、照射時には作業を行うことができない。また、イチゴ等の果実は、気孔を有しており呼吸しているため、カバーによる密閉は植物にとって過度のストレスとなるとともに、カバーの装着に手間がかかるという問題もある。
【００１３】
特許文献２の栽培方法では、黄化スプラウトの全体に対して青色光またはＵＶ−Ａ紫外光を照射するため、植物の生育を抑制する可能性がある。
【００１４】
特許文献３の栽培方法でも、単子葉植物全体にＵＶ−Ｂを照射するため、植物の生育を抑制する可能性がある。
【００１５】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、人工光を利用したイチゴ栽培において、植物体の生育が抑制されることを防止しつつ、イチゴの果実の色素、栄養素または機能性成分の蓄積を促進することができる光照射装置、イチゴ栽培システムおよびイチゴ栽培方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る光照射装置は、上記の課題を解決するために、イチゴ栽培用の光照射装置であって、青色光またはＵＶ−Ａ紫外線を出射する光源を備え、上記光源から出射される青色光またはＵＶ−Ａ紫外線が、イチゴの果実に集中的に照射されるように上記光源が配置されていることを特徴としている。
【００１７】
上記の構成によれば、青色光またはＵＶ−Ａ紫外線が光源から出射され、イチゴの果実に集中的に照射される。青色光は、植物および人にとって有害性は全くなく、ＵＶ−ＡについてもＵＶ−Ｂと比較すれば、有害性は格段に低い。それゆえ、青色光またはＵＶ−Ａ紫外線の照射時にも安全に作業を行うことができる。
【００１８】
さらに、青色光またはＵＶ−Ａ紫外線がイチゴの果実に集中的に照射されるため、葉および茎など他の部分に青色光またはＵＶ−Ａ紫外線が照射されることにより植物体の生育が妨げられることを防止できる。その上で、イチゴの果実における色素、栄養素または機能性成分の蓄積を青色光またはＵＶ−Ａ紫外線の照射により促進できる。また、照射範囲を絞ることにより、青色光またはＵＶ−Ａ紫外線の照射コストを抑制することができるという副次的な効果も得られる。
【００１９】
また、上記光源は、上記果実の近傍に配置されていることが好ましい。
【００２０】
上記の構成により、イチゴの葉または茎によって遮られることなく青色光またはＵＶ−Ａ紫外線をイチゴの果実に照射することができる。
【００２１】
また、上記光源は、イチゴが栽培される栽培容器の側面に垂れた上記果実の近傍に配置されていることが好ましい。
【００２２】
上記の構成により、イチゴが栽培される栽培容器の側面に垂れたイチゴの果実に効率良く青色光またはＵＶ−Ａ紫外線を照射することができる。
【００２３】
また、上記光源は、イチゴが栽培される栽培容器の側面に配設されていることが好ましい。
【００２４】
上記の構成により、イチゴが栽培される栽培容器の側面に垂れたイチゴの果実に効率良く青色光またはＵＶ−Ａ紫外線を照射することができる。また、光源が栽培容器に接していることにより、当該栽培容器によって光源の放熱効果を高めることができる。
【００２５】
また、上記光源の光軸は、水平方向または水平方向よりも鉛直下方向を向いていることが好ましい。
【００２６】
上記の構成によれば、上記光源から出射された青色光またはＵＶ−Ａ紫外線は、水平方向または水平方向よりも鉛直下方向に出射される。それゆえ、青色光またはＵＶ−Ａ紫外線が水平方向に対して仰角をなす角度で出射されることによって、イチゴの葉、茎または作業者に青色光またはＵＶ−Ａ紫外線が照射される可能性を低減できる。
【００２７】
また、上記光源には、上記青色光または上記ＵＶ−Ａ紫外線の指向性を高めるレンズが配されていることが好ましい。
【００２８】
上記の構成により、光源から出射される光（青色光またはＵＶ−Ａ紫外線）が進行する立体角の範囲を狭めることができ、イチゴに効率良く青色光またはＵＶ−Ａ紫外線を照射できる。
【００２９】
また、上記光源の放熱効率を高める放熱部がさらに備えられていることが好ましい。
【００３０】
上記の構成によれば、放熱部によって光源の放熱効率を高めることができ、光源の機能が熱によって低下したり、光源が熱によって破損したりすることを防止できる。
【００３１】
また、上記放熱部は、上記光源またはその近傍に風を送る送風管を含むことが好ましい。
【００３２】
上記の構成により、光源を空冷することができ、当該光源をより効率的に冷却できる。また、植物体は、気孔周辺のガス交換を必要としており、栽培には適度な風が必要であるとされている。送風管から噴出される風は、光源の冷却だけでなく、植物の生育にも良い影響を与えることができる。
【００３３】
なお、送風管から送られる風は、光源そのものに直接当てられてもよく、光源が設けられた基板に当てられてもよい。
【００３４】
また、上記光照射装置と、光合成に必要な波長範囲の光を出射する主光源装置とを含むイチゴ栽培システムも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００３５】
本発明に係るイチゴ栽培方法は、上記の課題を解決するために、光源から出射される青色光またはＵＶ−Ａ紫外線を、イチゴの果実に集中的に照射する工程を含むことを特徴としている。
【００３６】
上記の構成によれば、青色光またはＵＶ−Ａ紫外線が光源から出射され、イチゴの果実に集中的に照射される。葉および茎など他の部分に青色光またはＵＶ−Ａ紫外線が照射されることにより植物体の生育が妨げられることを防止しつつ、イチゴの果実における色素、栄養素または機能性成分の蓄積を促進できる。また、照射範囲を絞ることにより、光照射のコストを抑制することができるという副次的な効果も得られる。
【発明の効果】
【００３７】
以上のように、本発明に係る光照射装置は、イチゴ栽培用の光照射装置であって、青色光またはＵＶ−Ａ紫外線を出射する光源を備え、上記光源から出射される青色光またはＵＶ−Ａ紫外線が、イチゴの果実に集中的に照射されるように上記光源が配置されている構成である。
【００３８】
また、本発明に係るイチゴ栽培方法は、光源から出射される青色光またはＵＶ−Ａ紫外線を、イチゴの果実に集中的に照射する工程を含む構成である。
【００３９】
それゆえ、葉および茎など他の部分に青色光またはＵＶ−Ａ紫外線が照射されることにより植物体の生育が妨げられることを防止しつつ、イチゴの果実における色素、栄養素または機能性成分の蓄積を促進できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係るイチゴ栽培システムの概略構成を示す図である。
【図２】上記イチゴ栽培システムに含まれるＵＶ−Ａ照射装置の構成を示す図である。
【図３】（ａ）は、上記ＵＶ−Ａ照射装置の変更例を示す平面図であり、（ｂ）は、その側面図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、上記ＵＶ−Ａ照射装置の配置方法の好ましい例を示す図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、上記ＵＶ−Ａ照射装置の配置方法の比較例を示す図である。
【図６】（ａ）は、ＵＶ―Ａ照射がイチゴ果実の総ポリフェノール生産に及ぼす影響を示すグラフであり、（ｂ）は、ＵＶ―Ａ照射がイチゴ果実の総アントシアニン生産に及ぼす影響を示すグラフである。
【図７】イチゴ果実へのＵＶ―Ａ照射がイチゴの収穫量に影響を及ぼさないことを示すグラフである。
【図８】本発明の別の実施形態に係るイチゴ栽培システムに含まれる、送風管が配されたＵＶ−Ａ照射装置の構成を示す図である。
【図９】上記送風管の別の配設方法を示す図である。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、送風管の構造の変更例を示す斜視図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、送風管へのＵＶ−Ａ照射装置の取り付け方法の例を示す斜視図である。
【図１２】（ａ）は、スリットおよび開口部が形成されていない送風管を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す送風管にＵＶ−Ａ照射装置を密着させた状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明の実施の一形態について図１〜図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。本実施形態のイチゴ栽培システム１０は、例えば、閉鎖型の人口光利用型の植物工場で用いられる栽培システムである。このイチゴ栽培システム１０は、光合成に必要な波長範囲の光（波長４００〜７００ｎｍの光）を主に葉に照射することに加え、青色光またはＵＶ−Ａ紫外線をイチゴの果実に照射することにより、イチゴの果実の色素、栄養素または機能性成分の蓄積を促進するものである。
【００４２】
なお、本発明は、イチゴ栽培用の光として人工光を利用してイチゴを栽培する栽培施設（植物栽培用構造体）において用いられる光照射装置、栽培システムおよび栽培方法に関するものである。人工光を利用した栽培とは、栽培のための光の少なくとも一部に人工光が用いられている栽培を意味し、太陽光を全く用いない栽培を意味するわけではない。太陽光と人工光とを組み合わせて栽培する場合にも本発明を適用可能である。
【００４３】
（イチゴ栽培システム１０の構成）
図１は、イチゴ栽培システム１０の概略構成を示す図である。図１に示すように、イチゴ栽培システム１０は、照明装置（主光源装置）１、空調装置４、栽培容器５、制御装置６およびＵＶ−Ａ照射装置（光照射装置）８を備えており、栽培室７の内部に設置されている。
【００４４】
（照明装置１）
照明装置１は、光合成に必要な波長範囲の光（波長４００〜７００ｎｍの光）を出射する光源であり、栽培容器５の上方（例えば、栽培容器５の上方約３０ｃｍ）に配置されている。人工の植物栽培では、エネルギーを有効的に利用するため、植物が必要とする光だけを与えることが一般的である。照明装置１においても、イチゴの生育に必要な波長範囲の光のみをイチゴ２０に照射する。この照明装置１は、光源ユニット２および冷却板３を備えている。
【００４５】
（光源ユニット２）
光源ユニット２は、例えば、波長６４０〜６９０ｎｍの光を出射する赤色ＬＥＤ（赤色光源）および波長４２０〜５００ｎｍの光を出射する青色ＬＥＤ（青色光源）を基板上に備えている。赤色ＬＥＤは、例えば、６５０ｎｍにピークを有する赤色光を出射する。青色ＬＥＤは、例えば、４７０ｎｍにピークを有する青色光を出射する。
【００４６】
赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤとの個数の比は、例えば４：１であるが、これに限定されない。赤色光と青色光との光量の比率は、変更可能であり、所望の光量の赤色光および青色光を照射するために、赤色ＬＥＤ２２および青色ＬＥＤ２３に供給する電力を調整すればよい。
【００４７】
ただし、光源ユニット２は、イチゴの栽培に適した光源であればよく、ＬＥＤ以外の光源、例えばハロゲンランプまたは蛍光灯を備えていてもよい。また、光源ユニット２が出射する光の波長および強度も特に限定されない。また、赤色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤという２種類のＬＥＤを用いる必要は必ずしもなく、複数の波長の光を照射できるＬＥＤを１種類用いることにより、赤色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤの組み合わせと同様の波長の光を出射する光源を用いてもよい。
【００４８】
（冷却板３）
図１に示すように、照明装置１の、光源ユニット２が搭載されている側の面とは反対側の面には、冷却板３が配設されている。冷却板３は、赤色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤが発した熱を放散させるための部材であり、金属（例えば、鉄、銅、アルミニウム）など、熱伝導性の高い物質からなるものである。
【００４９】
（空調装置４）
空調装置４は、栽培室７の内部の温度を調節するエアコンある。また、空調装置４は、栽培室７の内部の空気を循環させる送風機としても機能する。
【００５０】
（栽培容器５）
栽培容器５は、培養土または栽培用の固形培地（ロックウール、ウレタン、スポンジなど）を入れるためのプランターであってもよいし、イチゴ２０を保持するとともに水耕栽培用の培養液を貯める水槽であってもよい。
【００５１】
（制御装置６）
制御装置６は、照明装置１の照度および空調装置４の空調温度および風量を制御する。イチゴは短日植物であるため、特に制御装置６は、照明装置１を制御することにより短日条件の光環境を実現する。昼夜のサイクル（明期および暗期の長さ）および、明期および暗期のそれぞれにおける空調温度は、特に限定されず、イチゴに適した公知の栽培条件を用いればよい。
【００５２】
（ＵＶ−Ａ照射装置８）
ＵＶ−Ａ照射装置８は、ＵＶ−Ａ紫外線（例えば、波長域３１５〜４００ｎｍ）を出射する光源装置であり、栽培容器５の側面に配設されている。すなわち、ＵＶ−Ａ照射装置８は、イチゴが栽培される栽培容器５の側面に垂れたイチゴ２０の果実２１の近傍に配置されている。
【００５３】
このＵＶ−Ａ照射装置８は、光合成には直接影響しない紫外線をイチゴ２０の果実２１に集中的に照射することによりイチゴにストレスを与え、果実２１における色素、栄養素または機能性成分の蓄積を促進する。
【００５４】
このような目的で照射する紫外線として、ＵＶ−Ｂ紫外線およびＵＶ−Ｃ紫外線を用いることもできるが、ＵＶ−Ｂ紫外線およびＵＶ−Ｃ紫外線は、波長が短く、人体および植物に有害である。それゆえ、安全性の高いＵＶ−Ａ紫外線を用いることが好ましい。
【００５５】
図２に示すように、ＵＶ−Ａ照射装置８は、棒状の基板８１の上にＵＶ−Ａ紫外線を出射する複数のＬＥＤ（光源）８２が一列に搭載されているものである。図２は、ＵＶ−Ａ照射装置の構成を示す図である。なお、ＵＶ−Ａ照射装置８の基板８１においてＬＥＤ８２が複数例を形成するように配置されていてもよく、ＬＥＤ８２の数および配置は特に限定されない。
【００５６】
（ＵＶ−Ａ照射装置８の変更例）
図３は、（ａ）は、ＵＶ−Ａ照射装置８の変更例を示す平面図であり、（ｂ）は、ＵＶ−Ａ照射装置８の変更例を示す側面図である。図３（ａ）および（ｂ）に示すように、ＵＶ−Ａ照射装置８が備えるＬＥＤは、ＵＶ−Ａ紫外線の指向性を高めるレンズが配された砲弾型のＬＥＤ（光源）８３であってもよい。すなわち、ＵＶ−Ａ照射装置８が備えるＬＥＤには、ＵＶ−Ａ紫外線の指向性を高めるレンズが配されていてもよい。
【００５７】
ＬＥＤに上記レンズが配されていることにより、当該ＬＥＤから出射されるＵＶ−Ａ紫外線の指向性を高めることができ、イチゴの果実２１に効率良くＵＶ−Ａ紫外線を照射できる。
【００５８】
（ＵＶ−Ａ照射装置８の配置）
図４（ａ）および（ｂ）は、ＵＶ−Ａ照射装置８の配置方法の好ましい例を示す図である。図４（ａ）に示す例では、ＵＶ−Ａ照射装置８は、イチゴの果実２１が垂れ下がる、栽培容器５の底部付近の側面に配設されており、横方向（水平方向）にＵＶ−Ａ紫外線を出射する。
【００５９】
また、図４（ｂ）に示す例では、ＵＶ−Ａ照射装置８は、栽培容器５の側面において、イチゴの果実２１が垂れ下がっている位置よりも上方に配置されている。そして、ＵＶ−Ａ照射装置８は、水平方向よりも鉛直下方向に向けてＵＶ−Ａ紫外線を出射する。すなわち、ＬＥＤ８２の光軸は、水平方向よりも鉛直下方向を向いている。
【００６０】
このように、イチゴの果実２１が垂れ下がっている位置の近傍において、水平方向、または斜め下方向（水平方向よりも鉛直下方向）に向けてＵＶ−Ａ紫外線を照射することにより、イチゴの果実２１のみにＵＶ−Ａ紫外線を照射することができ、当該果実２１において機能性成分等の蓄積を促進することができる。
【００６１】
（比較例）
図５（ａ）および（ｂ）は、ＵＶ−Ａ照射装置８の配置方法の比較例を示す図である。図５（ａ）に示すように、ＵＶ−Ａ照射装置８を栽培容器５が設置されている床等に配置し、鉛直上向きにＵＶ−Ａ紫外線を出射した場合には、ＵＶ−Ａ紫外線をイチゴに果実に照射することはできる。しかし、ＵＶ−Ａ紫外線は、イチゴ２０の葉や茎にも照射されるため、イチゴ２０の生育を阻害する可能性がある。また、作業者にＵＶ−Ａ紫外線が照射される恐れもある。
【００６２】
また、図５（ｂ）に示すように、ＵＶ−Ａ照射装置８をイチゴ２０の上方に配置し、下方に向けてＵＶ−Ａ紫外線を出射した場合には、葉または茎にＵＶ−Ａ紫外線が遮られて、効率良くＵＶ−Ａ紫外線を果実に照射することが困難である。
【００６３】
それゆえ、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、イチゴの果実２１の近傍において水平方向、または水平方向よりも鉛直下方向に向けてＵＶ−Ａ紫外線を照射することが好ましい。
【００６４】
（栽培容器５によるＵＶ−Ａ照射装置８の冷却効果）
ＵＶ−Ａ照射装置８は、栽培容器５の側面に固定されている必要は必ずしもなく、スタンドなど、栽培容器５以外の部材によってその位置が固定されていてもよい。
【００６５】
しかし、栽培容器５に定期的に培養液を補填する場合には、培養液は室温に比べて低くなっている場合が多い。そのため、ＵＶ−Ａ照射装置８の基板８１を栽培容器５に当接させることで基板８１および発熱源であるＬＥＤ８２を冷却することができる。
【００６６】
また、栽培容器５が熱伝導性の高い物質で形成されている場合には、ＵＶ−Ａ照射装置８の放熱効果をより高めることができる。
【００６７】
また、逆に、ＵＶ−Ａ照射装置８の熱によって栽培容器５の内部の培地の温度を高める効果も得られる。
【００６８】
（栽培方法の概要）
次にイチゴ栽培システム１０を用いたイチゴ栽培方法の概要について説明する。当該イチゴ栽培方法では、人工光を利用する植物栽用の空間である栽培室７において、光合成に必要な波長範囲の光（波長４００〜７００ｎｍの光）を主にイチゴ２０の葉に照射することに加え、ＵＶ−Ａ紫外線（波長域３４０〜４００ｎｍ）をイチゴ２０の果実２１に照射する。
【００６９】
より具体的には、赤色ＬＥＤからの赤色光および青色ＬＥＤからの青色光をそれぞれイチゴ２０に照射するとともに、ＵＶ−Ａ照射装置８からのＵＶ−Ａ紫外線を果実２１に照射する。
【００７０】
赤色光および青色光の総光合成光量子束密度は、例えば、１００〜１０００μｍｏｌ／ｍ２／ｓであり、赤色光と青色光との割合は、例えば１：０、１：１、４：１など、適宜設定されればよい。
【００７１】
イチゴは短日植物であるため、昼夜のサイクルは、短日条件になるように設定する。すなわち、短日条件の光環境を実現するように制御装置６によって照明装置１およびＵＶ−Ａ照射装置８の光量を制御する。昼夜のサイクルは、例えば、明期１２時間、暗期１２時間であるが、これに限定されない。
【００７２】
昼夜のサイクルに伴って栽培室７の内部の温度も調節する。この温度調節は、制御装置６の制御下において空調装置４が行う。栽培室７の内部の温度は、例えば、明期２５℃、暗期１０℃に設定する。
【００７３】
その他の栽培条件（培養土の組成、給肥条件など）については、公知の条件を用いればよい。
【００７４】
（栽培方法の具体例）
次にイチゴ栽培システム１０におけるイチゴ栽培方法の一例について説明する。イチゴ２０として「とちおとめ」を栽培容器５の中に入れたロックウールに定植し、照明装置１の下方に設置した。また、栽培容器５の側面には、図４（ａ）に示すように、ＵＶ−Ａ照射装置８を配設した。また、イチゴ栽培用の培養液として園芸試験場処方を使用し、栽培容器５に注入した。
【００７５】
明期１２時間、暗期１２時間のサイクルで照明装置１およびＵＶ−Ａ照射装置８を点灯させ、栽培室７の内部の温度を、明期２５℃、暗期１０℃に調節した。
【００７６】
赤色光および青色光の総光合成光量子束密度は、１２０μｍｏｌ／ｍ２／ｓとし、赤色光と青色光との割合（Ｒ：Ｂ）は、４：１に設定した。
【００７７】
また、ＵＶ−Ａ照射装置８のＵＶ−Ａ紫外線の光量は、３０〜４０μｍｏｌ／ｍ２／ｓに設定した。ＵＶ−Ａ紫外線は、定植後から実験収量まで全期間（明期）を通して照射した。
【００７８】
また、比較実験のためにＵＶ−Ａ紫外線を照射しない栽培区も設けた。
【００７９】
各栽培区について、イチゴの果実の果皮部分（表面から１〜２ｍｍの厚さの部分）を用いて総ポリフェノール含有量および総アントシアニン含有量（色素または機能性成分）を測定した。総ポリフェノール含有量は、Folin Ciocalteu法にて測定した。また、総アントシアニン含有量については、Lees & Francis法に基づき、抽出液を分光光度計で５３３ｎｍの吸光度を測定することで求めた。なお、各栽培区について、「とちおとめ」の４株を用いた。
【００８０】
（栽培結果）
図６（ａ）は、ＵＶ―Ａ照射がイチゴ果実の総ポリフェノール生産に及ぼす影響を示すグラフであり、図６（ｂ）はＵＶ―Ａ照射がイチゴ果実の総アントシアニン生産に及ぼす影響を示すグラフである。誤差線は標準誤差（ｎ＝４）を示し、Ｐ値はｔ検定によって求めた。
【００８１】
図６（ａ）に示すように、ＵＶ−Ａ紫外線を照射した場合には、照射しなかった場合と比較して、イチゴの果実における総ポリフェノール含有量が顕著に増加した。また、図６（ｂ）に示すように、ＵＶ−Ａ紫外線を照射した場合には、照射しなかった場合と比較して、イチゴの果実における総アントシアニン含有量が有意に増加した。
【００８２】
また、データとしては示していないが、イチゴの果実におけるビタミンＣ（アスコルビン酸）含有量もＵＶ−Ａ紫外線の照射により増加することを確認している。
【００８３】
（イチゴの収穫量に及ぼすＵＶ−Ａ紫外線照射の影響）
次に、ＵＶ−Ａ紫外線をイチゴの果実に集中的に照射することにより、ＵＶ−Ａ紫外線の照射によってイチゴの収穫量が減少することを防止できることを説明する。図７は、イチゴ果実へのＵＶ―Ａ照射がイチゴの収穫量に影響を及ぼさないことを示すグラフである。図７に示す実験では、上述のように「とちおとめ」を栽培し、ＵＶ−Ａ紫外線をイチゴの果実に集中的に照射した場合と、ＵＶ−Ａ紫外線を照射しなかった場合とにおいて、一株当たりの平均収量を測定した。各栽培区において４株を用い、１７０日間収穫を行った。
【００８４】
その結果、図７に示すように、一株から得られるイチゴの収穫量は、ＵＶ−Ａ紫外線の照射の有無に関わらず同じであった。より詳細には、ＵＶ−Ａ紫外線を照射した場合の収穫量は、平均１９５．８４ｇであり、照射しなかった場合の収穫量は、平均２００．９４ｇであり、有意水準５％のｔ検定により有意差はなし（Ｐ＝０．９６７）と判断できた。
【００８５】
このようにＵＶ−Ａ紫外線の照射をイチゴの果実に集中させることにより、植物体の生育が当該照射によって抑制されることを回避することができる。その結果、イチゴの収穫量を減少させることなくイチゴの機能性成分等を増加させることができる。
【００８６】
（イチゴ栽培システム１０の効果）
以上のように、イチゴ栽培システム１０では、ＵＶ−Ａ紫外線が光源から出射され、イチゴの果実２１に集中的に照射される。そのため、葉および茎など他の部分にＵＶ−Ａ紫外線が照射されることにより植物の生育が妨げられることを防止しつつ、イチゴの果実２１における色素、栄養素または機能性成分の蓄積を促進できる。
【００８７】
また、植物体全体にＵＶ−Ａ紫外線を照射する場合よりも、照射範囲が絞られており、ＵＶ−Ａ紫外線の照射のコストを抑制することができる。
【００８８】
（イチゴ栽培システム１０の変更例）
上述の実施形態では、イチゴの果実にＵＶ−Ａ紫外線を照射したが、イチゴの果実に青色光（波長域４２０〜４７０ｎｍ）を照射しても、機能性成分（ポリフェノールおよびアントシアニン）が効果的に蓄積誘導されることを確認している。
【００８９】
それゆえ、上述の実施形態におけるＵＶ−Ａ照射装置８を青色光照射装置に置き換えてもよい。
【００９０】
すなわち、本発明のイチゴ栽培用の光照射装置は、青色光またはＵＶ−Ａ紫外線を出射する光源を備え、上記光源から出射される青色光またはＵＶ−Ａ紫外線が、イチゴの果実に集中的に照射されるように上記光源が配置されている。この場合、青色光を出射するＬＥＤとＵＶ−Ａ紫外線を出射するＬＥＤとを同一の基板（基板８１に相当）上に設けてもよく、別々の基板上に設けてもよい。また、青色光およびＵＶ−Ａ紫外線の波長領域の光を出射する１種類のＬＥＤを用いてもよい。
【００９１】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について図８〜図１２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、実施の形態１と同様の部材に関しては、同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００９２】
本実施形態のイチゴ栽培システム３０では、ＵＶ−Ａ照射装置８を冷却する（ＵＶ−Ａ照射装置８の放熱効率を高める）送風管（放熱部）９が設けられている。図８は、本実施形態に係るイチゴ栽培システム３０に含まれる、送風管９が配されたＵＶ−Ａ照射装置８の構成を示す図である。図９は、送風管９の別の配設方法を示す図である。
【００９３】
図８に示すように、送風管９は、栽培容器５の側面とＵＶ−Ａ照射装置８との間に配設されてもよく、図９に示すように栽培容器５の側面に固定されたＵＶ−Ａ照射装置８の下方に配設されてもよく、ＵＶ−Ａ照射装置８の上方に配設されてもよい。
【００９４】
図１０（ａ）〜（ｄ）に示すように、送風管９には、スリット９１または開口部９２が形成されている。送風管９の一方の端部には、送風装置（ファン）（図示せず）が接続されており、送風装置から送られる風が送風管９の内部を通り、スリット９１または開口部９２から噴出する。この風によってＵＶ−Ａ照射装置８の基板８１およびＬＥＤ８２が冷却される。
【００９５】
また、植物体は、気孔周辺のガス交換を必要としており、栽培には適度な風が必要であるとされている。送風管９から噴出される風は、ＬＥＤ８２の冷却だけでなく、植物の生育にも良い影響を与えることができる。なお、イチゴでは果実表面にも気孔が存在する。
【００９６】
図１０（ａ）および（ｃ）に示すように、送風管９は角柱形状のものであってもよく、図１０（ｂ）および（ｄ）に示すように、円筒形状のものであってもよい。
【００９７】
また、図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、送風管９に１本のスリットが長軸方向に沿って形成されていてもよく、送風管９に複数本のスリットが長軸方向に対して垂直な方向に形成されていてもよい。
【００９８】
また、図１０（ｃ）および（ｄ）に示すように、開口部９２は、送風管９の長軸方向に沿って一列に形成されてもよく、複数列をなすように形成されてもよい。
【００９９】
図１１（ａ）〜（ｃ）は、送風管９へのＵＶ−Ａ照射装置８の取り付け方法の例を示す斜視図である。図１１（ａ）に示すように、角柱形状の送風管９のスリット９１の前方にＵＶ−Ａ照射装置８が位置するように取り付けてもよい。
【０１００】
また、図１１（ｂ）に示すように、円筒形状の送風管９のスリット９１の前方に、ＵＶ−Ａ照射装置８を支持部材９３によって支持してもよい。
【０１０１】
また、図１１（ｃ）に示すように、角柱形状の送風管９のスリット９１の前方に、ＵＶ−Ａ照射装置８を支持部材９３によって支持してもよい。支持部材９３は、送風管９とＵＶ−Ａ照射装置８との相対位置を固定する固定部材であると表現することもできる。
【０１０２】
図１１（ｂ）および図１１（ｃ）に示す構成では、送風管９とＵＶ−Ａ照射装置８の基板８１との間に隙間を形成することができ、送風管９のスリット９１または開口部９２から噴出した風を基板８１に当てた後に効率良く逃がすことができる。
【０１０３】
送風管９およびＵＶ−Ａ照射装置８の固定方法は、上述のものに限定されず、送風管９の下方にＵＶ−Ａ照射装置８を配置する場合には、送風管９とＵＶ−Ａ照射装置８とをそれぞれ栽培容器５に固定してもよい。
【０１０４】
また、送風管９を熱伝導率の高い金属等の材質で形成し、ＵＶ−Ａ照射装置８の基板８１と密着させる場合には、送風管９にスリット９１および開口部９２を形成する必要は必ずしもない。図１２（ａ）は、スリットおよび開口部が形成されていない送風管９を示す斜視図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示す送風管９にＵＶ−Ａ照射装置８を密着させた状態を示す斜視図である。送風管９にＵＶ−Ａ照射装置８を密着させる場合には、送風管９は、角柱形状など、ＵＶ−Ａ照射装置８と当接する平面を有する形状であることが好ましい。
【０１０５】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明は、植物工場など、人工照明光によりイチゴを栽培するときに用いる光照射装置および栽培システムとして利用することができる。
【符号の説明】
【０１０７】
１ 照明装置（主光源装置）
２ 光源ユニット（主光源装置）
５ 栽培容器
８ ＵＶ−Ａ照射装置（光照射装置）
９ 送風管（放熱部）
１０ イチゴ栽培システム
２０ イチゴ
２１ 果実
３０ イチゴ栽培システム
８２ ＬＥＤ（光源）
８３ ＬＥＤ（光源）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イチゴ栽培用の光照射装置であって、
青色光またはＵＶ−Ａ紫外線を出射する光源を備え、
上記光源から出射される青色光またはＵＶ−Ａ紫外線が、イチゴの果実に集中的に照射されるように上記光源が配置されていることを特徴とする光照射装置。
【請求項２】
上記光源は、上記果実の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
【請求項３】
上記光源は、イチゴが栽培される栽培容器の側面に垂れた上記果実の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光照射装置。
【請求項４】
上記光源は、イチゴが栽培される栽培容器の側面に配設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光照射装置。
【請求項５】
上記光源の光軸は、水平方向または水平方向よりも鉛直下方向を向いていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光照射装置。
【請求項６】
上記光源には、上記青色光または上記ＵＶ−Ａ紫外線の指向性を高めるレンズが配されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光照射装置。
【請求項７】
上記光源の放熱効率を高める放熱部がさらに備えられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光照射装置。
【請求項８】
上記放熱部は、上記光源またはその近傍に風を送る送風管を含むことを特徴とする請求項７に記載の光照射装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光照射装置と、
光合成に必要な波長範囲の光を出射する主光源装置とを含むことを特徴とするイチゴ栽培システム。
【請求項１０】
光源から出射される青色光またはＵＶ−Ａ紫外線を、イチゴの果実に集中的に照射する工程を含むことを特徴とするイチゴ栽培方法。
【請求項１】
イチゴ栽培用の光照射装置であって、
青色光またはＵＶ−Ａ紫外線を出射する光源を備え、
上記光源から出射される青色光またはＵＶ−Ａ紫外線が、イチゴの果実に集中的に照射されるように上記光源が配置されていることを特徴とする光照射装置。
【請求項２】
上記光源は、上記果実の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
【請求項３】
上記光源は、イチゴが栽培される栽培容器の側面に垂れた上記果実の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光照射装置。
【請求項４】
上記光源は、イチゴが栽培される栽培容器の側面に配設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光照射装置。
【請求項５】
上記光源の光軸は、水平方向または水平方向よりも鉛直下方向を向いていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光照射装置。
【請求項６】
上記光源には、上記青色光または上記ＵＶ−Ａ紫外線の指向性を高めるレンズが配されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光照射装置。
【請求項７】
上記光源の放熱効率を高める放熱部がさらに備えられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光照射装置。
【請求項８】
上記放熱部は、上記光源またはその近傍に風を送る送風管を含むことを特徴とする請求項７に記載の光照射装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光照射装置と、
光合成に必要な波長範囲の光を出射する主光源装置とを含むことを特徴とするイチゴ栽培システム。
【請求項１０】
光源から出射される青色光またはＵＶ−Ａ紫外線を、イチゴの果実に集中的に照射する工程を含むことを特徴とするイチゴ栽培方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２０５５２０（Ｐ２０１２−２０５５２０Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７２５０１（Ｐ２０１１−７２５０１）
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【出願人】（５０５１２７７２１）公立大学法人大阪府立大学 (688)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【出願人】（５０５１２７７２１）公立大学法人大阪府立大学 (688)
【Ｆターム（参考）】
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