遺伝子組換え植物工場
【課題】太陽光と人工光を併用し、遺伝子組換え植物の栽培に必要な光環境を的確に制御できる遺伝子組換え植物工場を提供する。
【解決手段】遺伝子組換え植物を栽培する遺伝子組換え植物工場において、栽培室１１の上方の採光室に設けられ、太陽光を栽培室内に透過又は遮蔽すると共に遮蔽時に反射材で照明器具３１からの人工光を反射する巻取式反射装置３４と、太陽光の光合成有効光量子束密度を検出する太陽光測定光量子センサ３７と、栽培室１１に設けられ、遺伝子組換え植物に当たる光合成有効光量子束密度を検出する栽培用光量子センサ３９と、これら光量子センサ３７，３９からの光合成有効光量子束密度の検出値が入力され、その検出値に基づいて遺伝子組換え植物の光環境を調整すべく巻取式反射装置３４で太陽光の透過又は遮蔽を行うと共に、照明器具３１からの人工光の光量を制御する光量制御装置４０とを備えたものである。
【解決手段】遺伝子組換え植物を栽培する遺伝子組換え植物工場において、栽培室１１の上方の採光室に設けられ、太陽光を栽培室内に透過又は遮蔽すると共に遮蔽時に反射材で照明器具３１からの人工光を反射する巻取式反射装置３４と、太陽光の光合成有効光量子束密度を検出する太陽光測定光量子センサ３７と、栽培室１１に設けられ、遺伝子組換え植物に当たる光合成有効光量子束密度を検出する栽培用光量子センサ３９と、これら光量子センサ３７，３９からの光合成有効光量子束密度の検出値が入力され、その検出値に基づいて遺伝子組換え植物の光環境を調整すべく巻取式反射装置３４で太陽光の透過又は遮蔽を行うと共に、照明器具３１からの人工光の光量を制御する光量制御装置４０とを備えたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遺伝子組換えしたイネ等を栽培するための遺伝子組換え植物工場に係り、特に、人工光と太陽光を併用できる遺伝子組換え植物工場に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、遺伝子組換え技術を応用して、植物本来の含有成分ではない高付加価値物質を植物で生産することが可能になってきた。そのため、タンパク質を基本とした医薬品等の生産系として、遺伝子組換え植物が注目され始めている。これらの植物を気象条件に左右されずに、目的の有用物質の含有量が一定でかつ効率的に生産するためには、栽培条件を適切に制御できる完全制御型植物工場の機能を持ち、かつ、遺伝子拡散防止機能も兼ね備えた遺伝子組換え植物工場が必要となる。
【０００３】
高付加価値物質を生産するための遺伝子組換え植物由来の医薬品は、ＰＭＰｓ（Ｐｌａｎｔ ｍｏｄｅ ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｓ）と呼ばれ、インフルエンザやコレラ、アルツハイマー病の経口ワクチン、家畜用ワクチンなどを、イネやダイズ、イチゴ等で生産することになる。このような植物を利用した有用物質の生産は、動物や微生物を利用するのに比べて低コストである、精製工程が不要である、常温保存ができる収穫物ではコールドチェーンが不要である、安全性が高い等のメリットがある。
【０００４】
健康維持や病気治療を目的とした有用物質を遺伝子組換え植物で生産するための技術としては、特許文献１に示されるように、遺伝子組換え植物の栽培エリア、収穫後の遺伝子組換え植物を不活化する不活化エリア、不活化後の遺伝子組換え植物を食品や薬品に調製する製造エリアを、それぞれエアロック機構を介して独立して形成し、遺伝子拡散を防止した完全閉鎖型の植物工場が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１６１１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、栽培エリアでの植物の栽培は、養液栽培と人工光による栽培であるが、光要求量が大きい植物（イネ、ダイズ、コムギ、イチゴなどの果実）を人工光で栽培するには、電気エネルギーを大量に必要とする問題がある。
【０００７】
このため、特許文献１では、太陽光利用型としたり、太陽光・人工光併用型とすることも提案されているものの、太陽光利用型では、天候に左右され、また併用型にするにしても、太陽光と人工光とでは、光の質（光の波長組成）が相違するため、植物を栽培する光環境が、時間的にも空間的にも大きく異なってしまい、品質の安定した植物の栽培が行えない問題がある。
【０００８】
すなわち、照度の単位として用いられているｌｘ（ルックス）は、人間の目が感じる明るさを示す尺度であり、植物が受けるエネルギー密度や光量子束密度を表すものではなく、単に照度を単位として太陽光と人工光を切り換えても植物が受けるエネルギー密度や光量子束密度を適正に制御することは困難である。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、太陽光と人工光を併用し、遺伝子組換え植物の栽培に必要な光環境を的確に制御できる遺伝子組換え植物工場を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、建屋に採光室を形成すると共に採光室内に、光要求量が大きい遺伝子組換え植物を栽培する栽培室を形成し、太陽光を採光室を通して栽培室内に取り入れると共に栽培室に人工光を照射する照明器具を設けた遺伝子組換え植物工場において、上記栽培室の上方の採光室に設けられ、太陽光を栽培室内に透過又は遮蔽すべく移動自在な反射材を有し、遮蔽時に反射材で照明器具からの人工光を反射するための巻取式反射装置と、太陽光の光合成有効光量子束密度を検出する太陽光測定光量子センサと、上記栽培室に設けられ、遺伝子組換え植物に当たる光合成有効光量子束密度を検出する栽培用光量子センサと、これら光量子センサからの光合成有効光量子束密度の検出値が入力され、その検出値に基づいて遺伝子組換え植物の光環境を調整すべく上記巻取式反射材による太陽光の透過又は遮蔽を行うと共に、上記照明器具からの人工光の光量を制御する光量制御装置とを備えたことを特徴とする遺伝子組換え植物工場である。
【００１１】
請求項２の発明は、巻取式反射装置は、栽培室に太陽光を透過する透過部とその透過部に連結され栽培室内への太陽光を遮蔽すると共に上記照明装置からの人工光を反射する反射部とからなる反射材と、天井の両側に設けられ上記反射材を交互に巻き取って太陽光を透過又は遮蔽する巻取ロールからなる請求項１に記載の遺伝子組換え植物工場である。
【００１２】
請求項３の発明は、上記照明器具は、インバータ装置で光量可変に制御され、上記光量制御装置は、上記インバータ装置を介して上記照明器具の光量を制御する請求項１に記載の遺伝子組換え植物工場である。
【００１３】
請求項４の発明は、上記光量制御装置は、太陽光測定光量子センサで検出された光合成有効光量子束密度が基準光量子束密度値を超えるとき巻取式反射装置を駆動して栽培室内に太陽光を透過し、上記照明器具を消灯する請求項１記載の遺伝子組換え植物工場である。
【００１４】
請求項５の発明は、上記光量制御装置は、太陽光測定光量子センサで検出された光合成有効光量子束密度が基準光量子束密度値以下で、かつ下限光量子束密度値以上のとき、栽培室に太陽光を透過したまま、栽培用光量子センサで検出される光合成有効光量子束密度が基準光量子束密度値を超えるように上記照明器具での補光量を制御する請求項４記載の遺伝子組換え植物工場である。
【００１５】
請求項６の発明は、上記光量制御装置は、太陽光測定光量子センサで検出された光合成有効光量子束密度が下限光量子束密度値を下回るとき巻取式反射装置を駆動して栽培室内への太陽光を遮蔽し、栽培用光量子センサで検出される光合成有効光量子束密度が、基準光量子束密度値を超えるように上記照明器具での照明量を制御する請求項１記載の遺伝子組換え植物工場である。
【００１６】
請求項７の発明は、上記光量制御装置に入力された太陽光測定光量子センサと栽培用光量子センサの検出値は、栽培管理装置に入力され、その栽培管理装置に、遺伝子組換え植物の生育に応じた光環境の光量子束密度値が記憶され、上記栽培管理装置は、遺伝子組換え植物の生育時期に応じて基準光量子束密度値と下限光量子束密度値を設定し、その設定値を上記光量制御装置に出力すると共にこれに基づいて光量制御装置が光環境を制御する請求項１〜６のいずれかに記載の遺伝子組換え植物工場である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、太陽光と照明器具による人工光を併用して遺伝子組換え植物を栽培するにおいて、太陽光測定光量子センサで太陽光の光合成光量子束密度を検出し、太陽光が不足する際に、栽培用光量子センサの検出値を基に不足分を人工光で補光することで、電気エネルギーの消費を抑えて栽培することができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の遺伝子組換え植物工場の一実施の形態を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図２の変形例を示す図である。
【図４】月別全天日射量とイネ栽培に必要な日射量の関係を示す図である。
【図５】図４における全天日射量の経時変化を示す図である。
【図６】図４において天空率５０％としたときの月別全天日射量とイネ栽培に必要な日射量の関係を示す図である。
【図７】図６における全天日射量の経時変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１は、本発明の遺伝子組換え植物工場の平面図を示し、東西に細長に形成した建屋１０の南側に、内部に栽培室１１が形成された採光室１２が設けられ、北側に栽培以外の各種作業を行う作業室１３が設けられる。
【００２１】
作業室１３は、育苗室１４、制御室１５、事務室１６、製剤室１７、不活化室１８、籾すり・精米室１９、脱穀・乾燥室２０、イネ保管室２１に区画形成される。
【００２２】
採光室１２の東西側にはエアロック室２２Ｅ、２２Ｗ、空調機械室２３Ｅ、２３Ｗが設けられ、その間に栽培準備室２４を介して栽培室１１が設けられる。
【００２３】
図２は、図１のＡ−Ａ線断面図を示したものである。
【００２４】
先ず採光室１２は、作業室１３の南側にガラス張りで形成される。この場合、採光室１２のガラス屋根２５は、作業室１３から南側に傾斜するよう形成され、側壁２６は、採光が必要でない下部はコンクリート壁などで形成し、上部はガラスで形成されるとよい。
【００２５】
採光室１２内には、光要求量が大きい植物（イネ、ダイズ、コムギ、イチゴなどの果実）を栽培する栽培室１１が設けられる。本実施の形態では、光要求量が大きい植物として、遺伝子組換えイネＰを栽培する例を示し、栽培室１１内には、遺伝子組換えイネＰを養液栽培する栽培棚２７が設けられる。
【００２６】
栽培室１１のガラス天井２９上には、照明室２８が形成され、照明室２８のガラス天井３０は、採光室１２のガラス屋根２５と同じく南面に傾斜するように形成される。照明室２８の制御室１５側の壁２８ｗに照明器具３１が設けられる。
【００２７】
照明器具３１は、メタルハライドランプ、ナトリウムランプ、ハロゲンランプ、ＬＥＤなどの光源と、光源からの光を反射する反射板とからなり、反射板としては、無影灯のように光源からの光がより広範囲に広がるように構成されるのが好ましい。照明器具３１は、上下多段にかつ栽培室１１に沿って多列に設けられ、各照明器具３１毎、或いは上下多段毎や列毎に出力電圧可変のインバータ装置３２により、光量可変に制御されるようになっている。
【００２８】
照明室２８のガラス天井３０には、太陽光Ｓを栽培室１１内に透過又は遮蔽する巻取式反射装置３４が設けられる。巻取式反射装置３４は、太陽光Ｓがガラス天井３０を透過させるための紐やテープからなる透過部３５ｓと、その透過部３５ｓに連結され、ガラス天井３０を覆って栽培室１１内への太陽光Ｓを遮蔽すると共に照明器具３１からの人工光を反射するアルミシートなどの反射部３５ｒとからなる反射材３５と、ガラス天井３０の両側に設けられ、反射材３５を両端から交互に巻き取って太陽光Ｓを透過又は遮蔽する巻取ロール３６ｓ、３６ｒとで構成される。巻取式反射装置３４は、栽培室１１に太陽光Ｓを取り入れる際には、巻取ロール３６ｒで反射材３５を巻き取って、透過部３５ｓがガラス天井３０に位置するように、遮蔽する際には、巻取ロール３６ｓで反射材３５を逆に巻き取って、反射部３５ｒがガラス天井３０に位置するように反射材３５をガラス天井３０上で移動する。
【００２９】
図３は、採光室１２内の栽培室１１を変形した変形例を示すものである。
【００３０】
この図３の変形例は、図２のように栽培室１１の上部に照明室２８を形成する代わりに、栽培室１１の南北側に照明室３８を形成し、照明室３８内に上下多段で多列に照明器具３１を設け、栽培室１１の天井のガラス天井２９上に、太陽光Ｓを栽培室１１内に透過又は遮蔽する巻取式反射装置３４を設けたものであり、他の構成は図２と同じである。
【００３１】
以下、図２と図３をまとめて説明すると、採光室１２のガラス屋根２５の下部には、太陽光Ｓの光合成有効光量子束密度を検出する太陽光測定光量子センサ３７が設けられ、栽培室１１内には太陽光Ｓと人工光の光合成有効光量子束密度を検出する栽培用光量子センサ３９が設けられる。
【００３２】
太陽光測定光量子センサ３７と栽培用光量子センサ３９の検出した光合成有効光量子束密度は、制御室１５内等に設けた光量制御装置４０に入力される。
【００３３】
光量制御装置４０は、太陽光測定光量子センサ３７と栽培用光量子センサ３９の検出値に基づいて遺伝子組換えイネＰの光環境を調整すべく巻取式反射装置３４を駆動して反射材３５による太陽光Ｓの透過又は遮蔽を行うと共に、インバータ装置３２で照明器具３１からの人工光の光量を制御するようになっている。
【００３４】
この光量制御装置４０に入力された太陽光測定光量子センサ３７と栽培用光量子センサ３９の検出値は、栽培管理装置４２に入力され、栽培管理装置４２が、遺伝子組換えイネＰの光環境を判断し、遺伝子組換えイネＰの生育に合わせた最適な光環境となるように光量制御装置４０を介して巻取式反射装置３４を制御すると共にインバータ装置３２を制御するようになっている。
【００３５】
栽培管理装置４２には、日時データ、天候データ（月別、日別の気温と全天日射量）が記憶されると共に、生育に応じた気温や日射データ、栽培中の遺伝子組換えイネＰの生育状況などが入力されるようになっており、遺伝子組換えイネＰの生育時期に応じて最適な基準光量子束密度値、下限光量子束密度値が設定できるようになっている。また栽培管理装置４２は、光量制御装置４０から入力された太陽光測定光量子センサ３７と栽培用光量子センサ３９の検出値を経時的に積算して、生育中の遺伝子組換えイネＰが受ける太陽光と人工光の光量を積算できるようになっている。
【００３６】
栽培管理装置４２は、遺伝子組換えイネＰの生育時期に応じて最適な基準光量子束密度値と下限光量子束密度値を設定し、光量制御装置４０に入力された太陽光測定光量子センサ３７と栽培用光量子センサ３９の検出値に基づいて、巻取式反射装置３４による反射材３５の透過・遮蔽と照明器具３１による光量（補光量）を制御するようになっている。
【００３７】
以下に、栽培管理装置４２と光量制御装置４０による光環境の調整について説明する。
【００３８】
先ず植物にとって光環境は最も重要な要素の一つであり、緑色植物は光環境下で光合成を行い、光エネルギーを使って炭素同化を行うことで成長している。光環境が植物に及ぼす影響は大きく分けて２つに分類され、１つは、光合成速度（成長）に影響する光量、もう一つは発芽や開花、発根などの形態形成に影響する波長範囲の光質である。
【００３９】
一般に稲作（一期作）は、３〜４月に苗作りと育苗、５月前後に田植え、６〜７月に出穂と開花及び結実、９月に収穫というサイクルとなり、これには温度と日射量とが密接に関連する。
【００４０】
太陽からの日射の波長範囲は、約３００〜２５００ｎｍで、波長３８０ｎｍ以下が紫外線、３８０〜７８０ｎｍが可視光、７８０ｎｍ以上が赤外線である。植物の生育との関連では、波長域４００〜７００ｎｍは光合成有効放射で光合成に関与し、７００〜７８０ｎｍは遠赤外放射で植物の発芽、開花、発根など、形態形成に関与する。
【００４１】
そこで、太陽光を利用した遺伝子組換えイネＰを栽培する上で、栽培室１１内で利用できる全天日射量の予測と、必要な補光量（全天日射量）の関係を検討した。
【００４２】
月別全天日射量：
国内の月別全天日射量は、図４に示したように気象庁の統計資料の１９７２〜２０００年の２９年間の平均値を利用した。ここで全天日射量とは、単位面積の水平面に入射する波長約３００〜２５００ｎｍの太陽放射量であり、単位は、［ＭＪ／ｍ2］で表される。
【００４３】
イネ栽培に必要な日射量は、ＰＦ−ＰＪ試験で実績のあるＰＰＦＤ（Ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｐｈｏｔｏｎ Ｆｌｕｘ Ｄｅｎｓｉｔｙ；光合成有効光量子束密度）で、１０００［μｍｏｌｍ-2ｓ-1］で、明期１２時間がよいとされており、全天日射量からＰＰＦＤを換算した。
【００４４】
栽培条件：栽培ベット面における光合成有効光量子束密度ＰＰＦＤ＝１，０００μｍｏｌｍ-2ｓ-1の条件で明期１２時間
ＰＰＦＤから全天日射量（瞬間値）Ｉgrobalへの換算式：
ＰＰＦＤ［μｍｏｌｍ-2ｓ-1］＝１．８９８８×Ｉgrobal［Ｗｍ-2］
全天日射量の瞬間値と積算値の関係
１Ｗ＝１Ｊ／ｓ
計算：
全天日射量（日積算値）＝１，０００μｍｏｌｍ-2ｓ-1／１．８９８８×３，６００ｓ／ｈ×１２ｈ
＝２２．８ＭＪ／ｍ2
全天日射量（時間積算値）＝１．９ＭＪ／ｍ2
【００４５】
月別全天日射量とイネ栽培時の日射量の関係を図４に示した。
【００４６】
図４は、１９７２〜２０００年の那覇、札幌、東京の全天日射量を月別に月平均値とし、その月別の変化を１日当たりの全天日射量で示したものである。
【００４７】
この図４では、ＰＰＦＤ＝１０００で、１２時間明期の場合のイネ栽培は、２２．８ＭＪ／ｍ2であり、１２時間暗期を考慮すれば、３〜１０月は、那覇〜札幌まで、全天日射量は、基本的には足りている。図４では、札幌の全天日射量より、東京の全天日射量が低い結果となっている。
【００４８】
そこで、２００９年の東京での季節が異なる４日間の全天日射量の時間変化を図５に示した。
【００４９】
図５は、２００９年の東京での季節が異なる３月、８月、９月、１２月の平均値を示した４日間の全天日射量の時間変化を示したものである。
【００５０】
この図５より、ＰＰＦＤ＝１０００で、１２時間明期の時間積算の日射量は、１．９ＭＪ／ｍ2であり、８時〜１６時までは、ＰＰＦＤ＝１０００を超える全天日射量となっている。
【００５１】
しかし、遺伝子組換え植物工場では、図２、図３で説明したように、遺伝子拡散防止のために栽培室１１と採光室１２という二重構造が必要である。ここでは、外側にガラス採光室１２、内側に太陽光を透過するガラス天井を有する栽培室１１の二室から構成され、栽培室１１内で利用できる太陽からの日射量は天空率により減少するため、図４、図５の全天日射量に補正を加える必要がある。
【００５２】
そこで、栽培室１１内で天空率５０％と仮定した場合の天空率５０％時の月別全天日射量を図６に示した。
【００５３】
図６では、天空率５０％として、図４の全天日射量に０．５を乗じたものである。
【００５４】
また図７に、図５の全天日射量に０．５を乗じた全天日射量（日積算）の経時変化を示した。
【００５５】
この東京の天空率５０％の全天日射量では、ＰＰＦＤ＝１０００を超える全天日射量となる時間はなく、太陽光以外に人工光による補光が必要となることがわかる。
【００５６】
ここで、天空率は、栽培用光量子センサ３９の検出値を、太陽光測定光量子センサ３７の検出値で除することで求めることができ、また栽培室１１と採光室１２のガラスが汚れた際に、これらセンサ３７，３９で求めた天空率で、その汚れ具合もわかる。
【００５７】
ＰＰＦＤ＝１０００は、イネを人工光で栽培するときの基準光量子束密度値であるが、この基準光量子束密度値は、イネが、苗から出穂と開花及び結実まで一定ではなく、苗のうちは少なく、生育に従って、ＰＰＦＤ＝１０００が必要で、開花、結実では、ＰＰＦＤ＝６００程度でよいとされる。
【００５８】
そこで栽培管理装置４２は、遺伝子組換えイネＰの生育に応じて適正な基準光量子束密度値と下限光量子束密度値を設定し、太陽光測定光量子センサ３７で検出された光量子束密度が下限光量子束密度値より下回るときには、光量制御装置４０に遮蔽指示を出力し、巻取式反射装置３４を駆動して反射材３５の反射部３５ｒでガラス天井３０、２９を遮蔽するように制御すると共に照明器具３１を点灯し、栽培用光量子センサ３９の検出値から、栽培室１１内の光量子束密度値が基準光量子束密度値以上となるように光量制御装置４０を介してインバータ装置３２の出力電圧を調整する。
【００５９】
また栽培管理装置４２は、太陽光測定光量子センサ３７で検出された光量子束密度が下限光量子束密度値以上のときには、反射材３５の透過部３５ｓを栽培室１１のガラス天井３０、２９に位置させ、太陽光Ｓを栽培室１１内に取り込むようにし、栽培用光量子センサ３９の検出値から、栽培室１１内の光量子束密度値が、基準光量子束密度値以上のときは照明器具３１を消灯し、基準光量子束密度値以下、下限光量子束密度値以上のときは、太陽光Ｓの不足分を照明器具３１で補光量を制御する。この際、インバータ装置３２の出力電圧を調整したり、点灯する照明器具３１の点灯本数制御を同時に行うようにする。
【００６０】
なお、詳細は省略するが、栽培管理装置４２は、図１に示した空調機械室２３Ｅ、２３Ｗの空調機を制御し、栽培室１１の温度環境を制御し、また栽培棚２７に供給する養液の循環量も制御するように構成される。
【００６１】
このように、太陽光測定光量子センサ３７と栽培用光量子センサ３９で光量子束密度を検出し、遺伝子組換えイネＰの生育中に太陽光Ｓを栽培室１１内に極力取り入れるようにすると共に不足分を照明器具３１で補光することで、その消費電力を略半分に低減できる。
【００６２】
よって、通常人工光で栽培して収穫される玄米は、１ｋｇ当たり約８万円のコストがかかるが、太陽光を併用することで１ｋｇ当たり約４万円のコストとすることが可能となる。
【００６３】
また、栽培管理装置４２は、日時データ、天候データ（月別、日別の気温と全天日射量）を記憶していると共に、生育に応じた気温や日射データ、栽培中の遺伝子組換えイネＰの生育状況が入力されており、これらから、基準光量子束密度値と下限光量子束密度値を設定すると共にこれを基に生育中の遺伝子組換えイネＰの光環境を制御するが、太陽光測定光量子センサ３７と栽培用光量子センサ３９の検出値を経時的に積算することで、生育中の遺伝子組換えイネＰが受ける太陽光と人工光の光量を積算することが可能であり、これら積算した光量と遺伝子組換えイネＰから収穫された玄米の収穫量の関係を求めて設定した基準光量子束密度値の設定値を評価することで、更に消費電力を低減できる基準光量子束密度値と下限光量子束密度値を求めることも可能となる。
【００６４】
上述したようにイネの生育との関連では、波長域４００〜７００ｎｍは光合成有効放射で光合成に関与し、太陽光Ｓの波長範囲と分光強度は、光合成に関与する４００〜７００ｎｍ帯に高い分光強度分布をもっている。
【００６５】
照明器具３１として使用するメタルハライドランプは、封入するハロゲン金属により分光強度分布が相違するが、４００〜７００ｎｍ帯に分光強度のピークをもつ、沃化ナトリウム、沃化スカンジウムなどを封入したものが好ましい。また、イネの開花、発根など、形態形成に関与する光は、７００〜７８０ｎｍの遠赤外放射であり、イネの開花時期にあわせて、照明器具３１の光源として、７００〜７８０ｎｍの波長を放射するナトリウムランプ、ハロゲンランプ、ＬＥＤなどを用いて照射することで、より効率的な照明が行える。
【００６６】
よって、栽培管理装置４２は、照明器具３１で光環境を調整する際に、遺伝子組換えイネＰの生育に合わせて、種々の出力放射波長をもつ光源の照明器具３１を選択して点灯することで、より効率の良い照明が行える。
【００６７】
このように、本発明は、遺伝子組換えイネＰの栽培に応じて最適な光環境、温度環境を調整することで、短期間での遺伝子組換えイネＰの栽培が可能となり、年間で、３乃至４期作が可能となる。
【符号の説明】
【００６８】
１０ 建屋
１１ 栽培室
１２ 採光室
３１ 照明器具
３４ 巻取式反射装置
３７ 太陽光測定光量子センサ
３９ 栽培用光量子センサ
４０ 光量制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遺伝子組換えしたイネ等を栽培するための遺伝子組換え植物工場に係り、特に、人工光と太陽光を併用できる遺伝子組換え植物工場に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、遺伝子組換え技術を応用して、植物本来の含有成分ではない高付加価値物質を植物で生産することが可能になってきた。そのため、タンパク質を基本とした医薬品等の生産系として、遺伝子組換え植物が注目され始めている。これらの植物を気象条件に左右されずに、目的の有用物質の含有量が一定でかつ効率的に生産するためには、栽培条件を適切に制御できる完全制御型植物工場の機能を持ち、かつ、遺伝子拡散防止機能も兼ね備えた遺伝子組換え植物工場が必要となる。
【０００３】
高付加価値物質を生産するための遺伝子組換え植物由来の医薬品は、ＰＭＰｓ（Ｐｌａｎｔ ｍｏｄｅ ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｓ）と呼ばれ、インフルエンザやコレラ、アルツハイマー病の経口ワクチン、家畜用ワクチンなどを、イネやダイズ、イチゴ等で生産することになる。このような植物を利用した有用物質の生産は、動物や微生物を利用するのに比べて低コストである、精製工程が不要である、常温保存ができる収穫物ではコールドチェーンが不要である、安全性が高い等のメリットがある。
【０００４】
健康維持や病気治療を目的とした有用物質を遺伝子組換え植物で生産するための技術としては、特許文献１に示されるように、遺伝子組換え植物の栽培エリア、収穫後の遺伝子組換え植物を不活化する不活化エリア、不活化後の遺伝子組換え植物を食品や薬品に調製する製造エリアを、それぞれエアロック機構を介して独立して形成し、遺伝子拡散を防止した完全閉鎖型の植物工場が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１６１１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、栽培エリアでの植物の栽培は、養液栽培と人工光による栽培であるが、光要求量が大きい植物（イネ、ダイズ、コムギ、イチゴなどの果実）を人工光で栽培するには、電気エネルギーを大量に必要とする問題がある。
【０００７】
このため、特許文献１では、太陽光利用型としたり、太陽光・人工光併用型とすることも提案されているものの、太陽光利用型では、天候に左右され、また併用型にするにしても、太陽光と人工光とでは、光の質（光の波長組成）が相違するため、植物を栽培する光環境が、時間的にも空間的にも大きく異なってしまい、品質の安定した植物の栽培が行えない問題がある。
【０００８】
すなわち、照度の単位として用いられているｌｘ（ルックス）は、人間の目が感じる明るさを示す尺度であり、植物が受けるエネルギー密度や光量子束密度を表すものではなく、単に照度を単位として太陽光と人工光を切り換えても植物が受けるエネルギー密度や光量子束密度を適正に制御することは困難である。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、太陽光と人工光を併用し、遺伝子組換え植物の栽培に必要な光環境を的確に制御できる遺伝子組換え植物工場を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、建屋に採光室を形成すると共に採光室内に、光要求量が大きい遺伝子組換え植物を栽培する栽培室を形成し、太陽光を採光室を通して栽培室内に取り入れると共に栽培室に人工光を照射する照明器具を設けた遺伝子組換え植物工場において、上記栽培室の上方の採光室に設けられ、太陽光を栽培室内に透過又は遮蔽すべく移動自在な反射材を有し、遮蔽時に反射材で照明器具からの人工光を反射するための巻取式反射装置と、太陽光の光合成有効光量子束密度を検出する太陽光測定光量子センサと、上記栽培室に設けられ、遺伝子組換え植物に当たる光合成有効光量子束密度を検出する栽培用光量子センサと、これら光量子センサからの光合成有効光量子束密度の検出値が入力され、その検出値に基づいて遺伝子組換え植物の光環境を調整すべく上記巻取式反射材による太陽光の透過又は遮蔽を行うと共に、上記照明器具からの人工光の光量を制御する光量制御装置とを備えたことを特徴とする遺伝子組換え植物工場である。
【００１１】
請求項２の発明は、巻取式反射装置は、栽培室に太陽光を透過する透過部とその透過部に連結され栽培室内への太陽光を遮蔽すると共に上記照明装置からの人工光を反射する反射部とからなる反射材と、天井の両側に設けられ上記反射材を交互に巻き取って太陽光を透過又は遮蔽する巻取ロールからなる請求項１に記載の遺伝子組換え植物工場である。
【００１２】
請求項３の発明は、上記照明器具は、インバータ装置で光量可変に制御され、上記光量制御装置は、上記インバータ装置を介して上記照明器具の光量を制御する請求項１に記載の遺伝子組換え植物工場である。
【００１３】
請求項４の発明は、上記光量制御装置は、太陽光測定光量子センサで検出された光合成有効光量子束密度が基準光量子束密度値を超えるとき巻取式反射装置を駆動して栽培室内に太陽光を透過し、上記照明器具を消灯する請求項１記載の遺伝子組換え植物工場である。
【００１４】
請求項５の発明は、上記光量制御装置は、太陽光測定光量子センサで検出された光合成有効光量子束密度が基準光量子束密度値以下で、かつ下限光量子束密度値以上のとき、栽培室に太陽光を透過したまま、栽培用光量子センサで検出される光合成有効光量子束密度が基準光量子束密度値を超えるように上記照明器具での補光量を制御する請求項４記載の遺伝子組換え植物工場である。
【００１５】
請求項６の発明は、上記光量制御装置は、太陽光測定光量子センサで検出された光合成有効光量子束密度が下限光量子束密度値を下回るとき巻取式反射装置を駆動して栽培室内への太陽光を遮蔽し、栽培用光量子センサで検出される光合成有効光量子束密度が、基準光量子束密度値を超えるように上記照明器具での照明量を制御する請求項１記載の遺伝子組換え植物工場である。
【００１６】
請求項７の発明は、上記光量制御装置に入力された太陽光測定光量子センサと栽培用光量子センサの検出値は、栽培管理装置に入力され、その栽培管理装置に、遺伝子組換え植物の生育に応じた光環境の光量子束密度値が記憶され、上記栽培管理装置は、遺伝子組換え植物の生育時期に応じて基準光量子束密度値と下限光量子束密度値を設定し、その設定値を上記光量制御装置に出力すると共にこれに基づいて光量制御装置が光環境を制御する請求項１〜６のいずれかに記載の遺伝子組換え植物工場である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、太陽光と照明器具による人工光を併用して遺伝子組換え植物を栽培するにおいて、太陽光測定光量子センサで太陽光の光合成光量子束密度を検出し、太陽光が不足する際に、栽培用光量子センサの検出値を基に不足分を人工光で補光することで、電気エネルギーの消費を抑えて栽培することができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の遺伝子組換え植物工場の一実施の形態を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図２の変形例を示す図である。
【図４】月別全天日射量とイネ栽培に必要な日射量の関係を示す図である。
【図５】図４における全天日射量の経時変化を示す図である。
【図６】図４において天空率５０％としたときの月別全天日射量とイネ栽培に必要な日射量の関係を示す図である。
【図７】図６における全天日射量の経時変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１は、本発明の遺伝子組換え植物工場の平面図を示し、東西に細長に形成した建屋１０の南側に、内部に栽培室１１が形成された採光室１２が設けられ、北側に栽培以外の各種作業を行う作業室１３が設けられる。
【００２１】
作業室１３は、育苗室１４、制御室１５、事務室１６、製剤室１７、不活化室１８、籾すり・精米室１９、脱穀・乾燥室２０、イネ保管室２１に区画形成される。
【００２２】
採光室１２の東西側にはエアロック室２２Ｅ、２２Ｗ、空調機械室２３Ｅ、２３Ｗが設けられ、その間に栽培準備室２４を介して栽培室１１が設けられる。
【００２３】
図２は、図１のＡ−Ａ線断面図を示したものである。
【００２４】
先ず採光室１２は、作業室１３の南側にガラス張りで形成される。この場合、採光室１２のガラス屋根２５は、作業室１３から南側に傾斜するよう形成され、側壁２６は、採光が必要でない下部はコンクリート壁などで形成し、上部はガラスで形成されるとよい。
【００２５】
採光室１２内には、光要求量が大きい植物（イネ、ダイズ、コムギ、イチゴなどの果実）を栽培する栽培室１１が設けられる。本実施の形態では、光要求量が大きい植物として、遺伝子組換えイネＰを栽培する例を示し、栽培室１１内には、遺伝子組換えイネＰを養液栽培する栽培棚２７が設けられる。
【００２６】
栽培室１１のガラス天井２９上には、照明室２８が形成され、照明室２８のガラス天井３０は、採光室１２のガラス屋根２５と同じく南面に傾斜するように形成される。照明室２８の制御室１５側の壁２８ｗに照明器具３１が設けられる。
【００２７】
照明器具３１は、メタルハライドランプ、ナトリウムランプ、ハロゲンランプ、ＬＥＤなどの光源と、光源からの光を反射する反射板とからなり、反射板としては、無影灯のように光源からの光がより広範囲に広がるように構成されるのが好ましい。照明器具３１は、上下多段にかつ栽培室１１に沿って多列に設けられ、各照明器具３１毎、或いは上下多段毎や列毎に出力電圧可変のインバータ装置３２により、光量可変に制御されるようになっている。
【００２８】
照明室２８のガラス天井３０には、太陽光Ｓを栽培室１１内に透過又は遮蔽する巻取式反射装置３４が設けられる。巻取式反射装置３４は、太陽光Ｓがガラス天井３０を透過させるための紐やテープからなる透過部３５ｓと、その透過部３５ｓに連結され、ガラス天井３０を覆って栽培室１１内への太陽光Ｓを遮蔽すると共に照明器具３１からの人工光を反射するアルミシートなどの反射部３５ｒとからなる反射材３５と、ガラス天井３０の両側に設けられ、反射材３５を両端から交互に巻き取って太陽光Ｓを透過又は遮蔽する巻取ロール３６ｓ、３６ｒとで構成される。巻取式反射装置３４は、栽培室１１に太陽光Ｓを取り入れる際には、巻取ロール３６ｒで反射材３５を巻き取って、透過部３５ｓがガラス天井３０に位置するように、遮蔽する際には、巻取ロール３６ｓで反射材３５を逆に巻き取って、反射部３５ｒがガラス天井３０に位置するように反射材３５をガラス天井３０上で移動する。
【００２９】
図３は、採光室１２内の栽培室１１を変形した変形例を示すものである。
【００３０】
この図３の変形例は、図２のように栽培室１１の上部に照明室２８を形成する代わりに、栽培室１１の南北側に照明室３８を形成し、照明室３８内に上下多段で多列に照明器具３１を設け、栽培室１１の天井のガラス天井２９上に、太陽光Ｓを栽培室１１内に透過又は遮蔽する巻取式反射装置３４を設けたものであり、他の構成は図２と同じである。
【００３１】
以下、図２と図３をまとめて説明すると、採光室１２のガラス屋根２５の下部には、太陽光Ｓの光合成有効光量子束密度を検出する太陽光測定光量子センサ３７が設けられ、栽培室１１内には太陽光Ｓと人工光の光合成有効光量子束密度を検出する栽培用光量子センサ３９が設けられる。
【００３２】
太陽光測定光量子センサ３７と栽培用光量子センサ３９の検出した光合成有効光量子束密度は、制御室１５内等に設けた光量制御装置４０に入力される。
【００３３】
光量制御装置４０は、太陽光測定光量子センサ３７と栽培用光量子センサ３９の検出値に基づいて遺伝子組換えイネＰの光環境を調整すべく巻取式反射装置３４を駆動して反射材３５による太陽光Ｓの透過又は遮蔽を行うと共に、インバータ装置３２で照明器具３１からの人工光の光量を制御するようになっている。
【００３４】
この光量制御装置４０に入力された太陽光測定光量子センサ３７と栽培用光量子センサ３９の検出値は、栽培管理装置４２に入力され、栽培管理装置４２が、遺伝子組換えイネＰの光環境を判断し、遺伝子組換えイネＰの生育に合わせた最適な光環境となるように光量制御装置４０を介して巻取式反射装置３４を制御すると共にインバータ装置３２を制御するようになっている。
【００３５】
栽培管理装置４２には、日時データ、天候データ（月別、日別の気温と全天日射量）が記憶されると共に、生育に応じた気温や日射データ、栽培中の遺伝子組換えイネＰの生育状況などが入力されるようになっており、遺伝子組換えイネＰの生育時期に応じて最適な基準光量子束密度値、下限光量子束密度値が設定できるようになっている。また栽培管理装置４２は、光量制御装置４０から入力された太陽光測定光量子センサ３７と栽培用光量子センサ３９の検出値を経時的に積算して、生育中の遺伝子組換えイネＰが受ける太陽光と人工光の光量を積算できるようになっている。
【００３６】
栽培管理装置４２は、遺伝子組換えイネＰの生育時期に応じて最適な基準光量子束密度値と下限光量子束密度値を設定し、光量制御装置４０に入力された太陽光測定光量子センサ３７と栽培用光量子センサ３９の検出値に基づいて、巻取式反射装置３４による反射材３５の透過・遮蔽と照明器具３１による光量（補光量）を制御するようになっている。
【００３７】
以下に、栽培管理装置４２と光量制御装置４０による光環境の調整について説明する。
【００３８】
先ず植物にとって光環境は最も重要な要素の一つであり、緑色植物は光環境下で光合成を行い、光エネルギーを使って炭素同化を行うことで成長している。光環境が植物に及ぼす影響は大きく分けて２つに分類され、１つは、光合成速度（成長）に影響する光量、もう一つは発芽や開花、発根などの形態形成に影響する波長範囲の光質である。
【００３９】
一般に稲作（一期作）は、３〜４月に苗作りと育苗、５月前後に田植え、６〜７月に出穂と開花及び結実、９月に収穫というサイクルとなり、これには温度と日射量とが密接に関連する。
【００４０】
太陽からの日射の波長範囲は、約３００〜２５００ｎｍで、波長３８０ｎｍ以下が紫外線、３８０〜７８０ｎｍが可視光、７８０ｎｍ以上が赤外線である。植物の生育との関連では、波長域４００〜７００ｎｍは光合成有効放射で光合成に関与し、７００〜７８０ｎｍは遠赤外放射で植物の発芽、開花、発根など、形態形成に関与する。
【００４１】
そこで、太陽光を利用した遺伝子組換えイネＰを栽培する上で、栽培室１１内で利用できる全天日射量の予測と、必要な補光量（全天日射量）の関係を検討した。
【００４２】
月別全天日射量：
国内の月別全天日射量は、図４に示したように気象庁の統計資料の１９７２〜２０００年の２９年間の平均値を利用した。ここで全天日射量とは、単位面積の水平面に入射する波長約３００〜２５００ｎｍの太陽放射量であり、単位は、［ＭＪ／ｍ2］で表される。
【００４３】
イネ栽培に必要な日射量は、ＰＦ−ＰＪ試験で実績のあるＰＰＦＤ（Ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｐｈｏｔｏｎ Ｆｌｕｘ Ｄｅｎｓｉｔｙ；光合成有効光量子束密度）で、１０００［μｍｏｌｍ-2ｓ-1］で、明期１２時間がよいとされており、全天日射量からＰＰＦＤを換算した。
【００４４】
栽培条件：栽培ベット面における光合成有効光量子束密度ＰＰＦＤ＝１，０００μｍｏｌｍ-2ｓ-1の条件で明期１２時間
ＰＰＦＤから全天日射量（瞬間値）Ｉgrobalへの換算式：
ＰＰＦＤ［μｍｏｌｍ-2ｓ-1］＝１．８９８８×Ｉgrobal［Ｗｍ-2］
全天日射量の瞬間値と積算値の関係
１Ｗ＝１Ｊ／ｓ
計算：
全天日射量（日積算値）＝１，０００μｍｏｌｍ-2ｓ-1／１．８９８８×３，６００ｓ／ｈ×１２ｈ
＝２２．８ＭＪ／ｍ2
全天日射量（時間積算値）＝１．９ＭＪ／ｍ2
【００４５】
月別全天日射量とイネ栽培時の日射量の関係を図４に示した。
【００４６】
図４は、１９７２〜２０００年の那覇、札幌、東京の全天日射量を月別に月平均値とし、その月別の変化を１日当たりの全天日射量で示したものである。
【００４７】
この図４では、ＰＰＦＤ＝１０００で、１２時間明期の場合のイネ栽培は、２２．８ＭＪ／ｍ2であり、１２時間暗期を考慮すれば、３〜１０月は、那覇〜札幌まで、全天日射量は、基本的には足りている。図４では、札幌の全天日射量より、東京の全天日射量が低い結果となっている。
【００４８】
そこで、２００９年の東京での季節が異なる４日間の全天日射量の時間変化を図５に示した。
【００４９】
図５は、２００９年の東京での季節が異なる３月、８月、９月、１２月の平均値を示した４日間の全天日射量の時間変化を示したものである。
【００５０】
この図５より、ＰＰＦＤ＝１０００で、１２時間明期の時間積算の日射量は、１．９ＭＪ／ｍ2であり、８時〜１６時までは、ＰＰＦＤ＝１０００を超える全天日射量となっている。
【００５１】
しかし、遺伝子組換え植物工場では、図２、図３で説明したように、遺伝子拡散防止のために栽培室１１と採光室１２という二重構造が必要である。ここでは、外側にガラス採光室１２、内側に太陽光を透過するガラス天井を有する栽培室１１の二室から構成され、栽培室１１内で利用できる太陽からの日射量は天空率により減少するため、図４、図５の全天日射量に補正を加える必要がある。
【００５２】
そこで、栽培室１１内で天空率５０％と仮定した場合の天空率５０％時の月別全天日射量を図６に示した。
【００５３】
図６では、天空率５０％として、図４の全天日射量に０．５を乗じたものである。
【００５４】
また図７に、図５の全天日射量に０．５を乗じた全天日射量（日積算）の経時変化を示した。
【００５５】
この東京の天空率５０％の全天日射量では、ＰＰＦＤ＝１０００を超える全天日射量となる時間はなく、太陽光以外に人工光による補光が必要となることがわかる。
【００５６】
ここで、天空率は、栽培用光量子センサ３９の検出値を、太陽光測定光量子センサ３７の検出値で除することで求めることができ、また栽培室１１と採光室１２のガラスが汚れた際に、これらセンサ３７，３９で求めた天空率で、その汚れ具合もわかる。
【００５７】
ＰＰＦＤ＝１０００は、イネを人工光で栽培するときの基準光量子束密度値であるが、この基準光量子束密度値は、イネが、苗から出穂と開花及び結実まで一定ではなく、苗のうちは少なく、生育に従って、ＰＰＦＤ＝１０００が必要で、開花、結実では、ＰＰＦＤ＝６００程度でよいとされる。
【００５８】
そこで栽培管理装置４２は、遺伝子組換えイネＰの生育に応じて適正な基準光量子束密度値と下限光量子束密度値を設定し、太陽光測定光量子センサ３７で検出された光量子束密度が下限光量子束密度値より下回るときには、光量制御装置４０に遮蔽指示を出力し、巻取式反射装置３４を駆動して反射材３５の反射部３５ｒでガラス天井３０、２９を遮蔽するように制御すると共に照明器具３１を点灯し、栽培用光量子センサ３９の検出値から、栽培室１１内の光量子束密度値が基準光量子束密度値以上となるように光量制御装置４０を介してインバータ装置３２の出力電圧を調整する。
【００５９】
また栽培管理装置４２は、太陽光測定光量子センサ３７で検出された光量子束密度が下限光量子束密度値以上のときには、反射材３５の透過部３５ｓを栽培室１１のガラス天井３０、２９に位置させ、太陽光Ｓを栽培室１１内に取り込むようにし、栽培用光量子センサ３９の検出値から、栽培室１１内の光量子束密度値が、基準光量子束密度値以上のときは照明器具３１を消灯し、基準光量子束密度値以下、下限光量子束密度値以上のときは、太陽光Ｓの不足分を照明器具３１で補光量を制御する。この際、インバータ装置３２の出力電圧を調整したり、点灯する照明器具３１の点灯本数制御を同時に行うようにする。
【００６０】
なお、詳細は省略するが、栽培管理装置４２は、図１に示した空調機械室２３Ｅ、２３Ｗの空調機を制御し、栽培室１１の温度環境を制御し、また栽培棚２７に供給する養液の循環量も制御するように構成される。
【００６１】
このように、太陽光測定光量子センサ３７と栽培用光量子センサ３９で光量子束密度を検出し、遺伝子組換えイネＰの生育中に太陽光Ｓを栽培室１１内に極力取り入れるようにすると共に不足分を照明器具３１で補光することで、その消費電力を略半分に低減できる。
【００６２】
よって、通常人工光で栽培して収穫される玄米は、１ｋｇ当たり約８万円のコストがかかるが、太陽光を併用することで１ｋｇ当たり約４万円のコストとすることが可能となる。
【００６３】
また、栽培管理装置４２は、日時データ、天候データ（月別、日別の気温と全天日射量）を記憶していると共に、生育に応じた気温や日射データ、栽培中の遺伝子組換えイネＰの生育状況が入力されており、これらから、基準光量子束密度値と下限光量子束密度値を設定すると共にこれを基に生育中の遺伝子組換えイネＰの光環境を制御するが、太陽光測定光量子センサ３７と栽培用光量子センサ３９の検出値を経時的に積算することで、生育中の遺伝子組換えイネＰが受ける太陽光と人工光の光量を積算することが可能であり、これら積算した光量と遺伝子組換えイネＰから収穫された玄米の収穫量の関係を求めて設定した基準光量子束密度値の設定値を評価することで、更に消費電力を低減できる基準光量子束密度値と下限光量子束密度値を求めることも可能となる。
【００６４】
上述したようにイネの生育との関連では、波長域４００〜７００ｎｍは光合成有効放射で光合成に関与し、太陽光Ｓの波長範囲と分光強度は、光合成に関与する４００〜７００ｎｍ帯に高い分光強度分布をもっている。
【００６５】
照明器具３１として使用するメタルハライドランプは、封入するハロゲン金属により分光強度分布が相違するが、４００〜７００ｎｍ帯に分光強度のピークをもつ、沃化ナトリウム、沃化スカンジウムなどを封入したものが好ましい。また、イネの開花、発根など、形態形成に関与する光は、７００〜７８０ｎｍの遠赤外放射であり、イネの開花時期にあわせて、照明器具３１の光源として、７００〜７８０ｎｍの波長を放射するナトリウムランプ、ハロゲンランプ、ＬＥＤなどを用いて照射することで、より効率的な照明が行える。
【００６６】
よって、栽培管理装置４２は、照明器具３１で光環境を調整する際に、遺伝子組換えイネＰの生育に合わせて、種々の出力放射波長をもつ光源の照明器具３１を選択して点灯することで、より効率の良い照明が行える。
【００６７】
このように、本発明は、遺伝子組換えイネＰの栽培に応じて最適な光環境、温度環境を調整することで、短期間での遺伝子組換えイネＰの栽培が可能となり、年間で、３乃至４期作が可能となる。
【符号の説明】
【００６８】
１０ 建屋
１１ 栽培室
１２ 採光室
３１ 照明器具
３４ 巻取式反射装置
３７ 太陽光測定光量子センサ
３９ 栽培用光量子センサ
４０ 光量制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建屋に採光室を形成すると共に採光室内に、光要求量が大きい遺伝子組換え植物を栽培する栽培室を形成し、太陽光を採光室を通して栽培室内に取り入れると共に栽培室に人工光を照射する照明器具を設けた遺伝子組換え植物工場において、上記栽培室の上方の採光室に設けられ、太陽光を栽培室内に透過又は遮蔽すべく移動自在な反射材を有し、遮蔽時に反射材で照明器具からの人工光を反射するための巻取式反射装置と、太陽光の光合成有効光量子束密度を検出する太陽光測定光量子センサと、上記栽培室に設けられ、遺伝子組換え植物に当たる光合成有効光量子束密度を検出する栽培用光量子センサと、これら光量子センサからの光合成有効光量子束密度の検出値が入力され、その検出値に基づいて遺伝子組換え植物の光環境を調整すべく上記巻取式反射材による太陽光の透過又は遮蔽を行うと共に、上記照明器具からの人工光の光量を制御する光量制御装置とを備えたことを特徴とする遺伝子組換え植物工場。
【請求項２】
巻取式反射装置は、栽培室に太陽光を透過する透過部とその透過部に連結され栽培室内への太陽光を遮蔽すると共に上記照明装置からの人工光を反射する反射部とからなる反射材と、天井の両側に設けられ上記反射材を交互に巻き取って太陽光を透過又は遮蔽する巻取ロールからなる請求項１に記載の遺伝子組換え植物工場。
【請求項３】
上記照明器具は、インバータ装置で光量可変に制御され、上記光量制御装置は、上記インバータ装置を介して上記照明器具の光量を制御する請求項１に記載の遺伝子組換え植物工場。
【請求項４】
上記光量制御装置は、太陽光測定光量子センサで検出された光合成有効光量子束密度が基準光量子束密度値を超えるとき巻取式反射装置を駆動して栽培室内に太陽光を透過し、上記照明器具を消灯する請求項１記載の遺伝子組換え植物工場。
【請求項５】
上記光量制御装置は、太陽光測定光量子センサで検出された光合成有効光量子束密度が基準光量子束密度値以下で、かつ下限光量子束密度値以上のとき、栽培室に太陽光を透過したまま、栽培用光量子センサで検出される光合成有効光量子束密度が基準光量子束密度値を超えるように上記照明器具での補光量を制御する請求項４記載の遺伝子組換え植物工場。
【請求項６】
上記光量制御装置は、太陽光測定光量子センサで検出された光合成有効光量子束密度が下限光量子束密度値を下回るとき巻取式反射装置を駆動して栽培室内への太陽光を遮蔽し、栽培用光量子センサで検出される光合成有効光量子束密度が、基準光量子束密度値を超えるように上記照明器具での照明量を制御する請求項１記載の遺伝子組換え植物工場。
【請求項７】
上記光量制御装置に入力された太陽光測定光量子センサと栽培用光量子センサの検出値は、栽培管理装置に入力され、その栽培管理装置に、遺伝子組換え植物の生育に応じた光環境の光量子束密度値が記憶され、上記栽培管理装置は、遺伝子組換え植物の生育時期に応じて基準光量子束密度値と下限光量子束密度値を設定し、その設定値を上記光量制御装置に出力すると共にこれに基づいて光量制御装置が光環境を制御する請求項１〜６のいずれかに記載の遺伝子組換え植物工場。
【請求項１】
建屋に採光室を形成すると共に採光室内に、光要求量が大きい遺伝子組換え植物を栽培する栽培室を形成し、太陽光を採光室を通して栽培室内に取り入れると共に栽培室に人工光を照射する照明器具を設けた遺伝子組換え植物工場において、上記栽培室の上方の採光室に設けられ、太陽光を栽培室内に透過又は遮蔽すべく移動自在な反射材を有し、遮蔽時に反射材で照明器具からの人工光を反射するための巻取式反射装置と、太陽光の光合成有効光量子束密度を検出する太陽光測定光量子センサと、上記栽培室に設けられ、遺伝子組換え植物に当たる光合成有効光量子束密度を検出する栽培用光量子センサと、これら光量子センサからの光合成有効光量子束密度の検出値が入力され、その検出値に基づいて遺伝子組換え植物の光環境を調整すべく上記巻取式反射材による太陽光の透過又は遮蔽を行うと共に、上記照明器具からの人工光の光量を制御する光量制御装置とを備えたことを特徴とする遺伝子組換え植物工場。
【請求項２】
巻取式反射装置は、栽培室に太陽光を透過する透過部とその透過部に連結され栽培室内への太陽光を遮蔽すると共に上記照明装置からの人工光を反射する反射部とからなる反射材と、天井の両側に設けられ上記反射材を交互に巻き取って太陽光を透過又は遮蔽する巻取ロールからなる請求項１に記載の遺伝子組換え植物工場。
【請求項３】
上記照明器具は、インバータ装置で光量可変に制御され、上記光量制御装置は、上記インバータ装置を介して上記照明器具の光量を制御する請求項１に記載の遺伝子組換え植物工場。
【請求項４】
上記光量制御装置は、太陽光測定光量子センサで検出された光合成有効光量子束密度が基準光量子束密度値を超えるとき巻取式反射装置を駆動して栽培室内に太陽光を透過し、上記照明器具を消灯する請求項１記載の遺伝子組換え植物工場。
【請求項５】
上記光量制御装置は、太陽光測定光量子センサで検出された光合成有効光量子束密度が基準光量子束密度値以下で、かつ下限光量子束密度値以上のとき、栽培室に太陽光を透過したまま、栽培用光量子センサで検出される光合成有効光量子束密度が基準光量子束密度値を超えるように上記照明器具での補光量を制御する請求項４記載の遺伝子組換え植物工場。
【請求項６】
上記光量制御装置は、太陽光測定光量子センサで検出された光合成有効光量子束密度が下限光量子束密度値を下回るとき巻取式反射装置を駆動して栽培室内への太陽光を遮蔽し、栽培用光量子センサで検出される光合成有効光量子束密度が、基準光量子束密度値を超えるように上記照明器具での照明量を制御する請求項１記載の遺伝子組換え植物工場。
【請求項７】
上記光量制御装置に入力された太陽光測定光量子センサと栽培用光量子センサの検出値は、栽培管理装置に入力され、その栽培管理装置に、遺伝子組換え植物の生育に応じた光環境の光量子束密度値が記憶され、上記栽培管理装置は、遺伝子組換え植物の生育時期に応じて基準光量子束密度値と下限光量子束密度値を設定し、その設定値を上記光量制御装置に出力すると共にこれに基づいて光量制御装置が光環境を制御する請求項１〜６のいずれかに記載の遺伝子組換え植物工場。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２１７３５２（Ｐ２０１２−２１７３５２Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８３５６３（Ｐ２０１１−８３５６３）
【出願日】平成２３年４月５日（２０１１．４．５）
【出願人】（０００１５０５６７）株式会社朝日工業社 (29)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月５日（２０１１．４．５）
【出願人】（０００１５０５６７）株式会社朝日工業社 (29)
【Ｆターム（参考）】
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