光のパルスとそれに続く長期間の暗期は、屋内の農業生産をより持続可能なものにするのに役立つかもしれません。 DutchScenery / Shutterstock.com

アムステルダムのスキポール空港に夜間到着すると、鮮やかなピンクの輝きの野菜生産温室に飛びます。 人工光の下で作物を栽培することは 勢いを増し特に、日光がまばらである季節に農産物価格が高くなる可能性がある地域では。

The Netherlands 急速に採用されているのはただ一つの国です 環境管理農業ここでは、ハーブ、派手なレタス、トマトなどの高付加価値の特殊作物が一年中照らされる温室で生産されています。 支持者が提案する これらの完全に囲まれた建物 - または 植物工場 - 都市空間を再利用し、フードマイルを減らし、地元の食材を都市居住者に提供するための方法となり得る。

このプロセスの中心的な問題の1つは 人工光を提供するための高い金銭的コスト通常、赤と青の発光ダイオードの組み合わせによる。 エネルギーコスト 運用費用の25％を超える場合があります。 特に発展途上国で、生産者はどのようにできるのですか 太陽が空いているときに競争する？ エネルギー使用量の増加は、持続可能な耕作所が提供できる二酸化炭素排出量の減少よりも、より多くの炭素排出量につながります。

私がしました 光が植物の成長と発達にどのように影響するかを研究 30年以上にわたって。 私は最近自分自身が疑問に思いました。一日の明かりと一晩の暗闇の繰り返し周期の下で植物を育てるのではなく、同じ日光が数時間、数分または数秒だけ続くパルスに分割されたら？

屋内の植物はたくさんの人工光を必要とします。 josefkubes / Shutterstock.com

明暗の短いバースト

だから私の同僚と私は 実験をデザインした。 通常の量の光を合計して適用します。さまざまな時間に分割するだけです。

もちろん、植物は光合成のために光に頼っています。自然界では太陽のエネルギーを利用して、二酸化炭素と水を植物の代謝を促進する糖に合体させます。 光は昼夜を問わずそのシグナルを通して成長と発展を導き、その情報の流れを猿にすることは悲惨な結果をもたらすかもしれません。

それは、良いものを細かく分割すると、新しい問題が発生することがあるからです。 あなたがUSNの100請求書を受け取ることがどれほど幸せであるか想像してみてください。しかし、同等の10,000ペニーに興奮してはいません。 私たちは、小さな宗派に分けられたとき、工場の内部時計が同じ明るい通貨を受け入れないだろうと疑いました。

そしてそれこそまさに私たちのものです 私たちの実験で実証。 4日間12時間の明期、12時間の暗期のサイクルにさらされたケール、カブまたはビートの苗木は正常に成長し、色素を蓄積し、より大きく成長した。 明暗サイクルの頻度を6時間、3時間、1時間または30分に減少させると、植物は回転しました。 私たちは同じ大きさの光を届けるだけで、異なる大きさの塊に当てられただけで、実生は治療を評価しませんでした。

日中短い間隔で同量の光を当てると、植物は暗闇の中でより成長しました。 我々は、光パルスが 工場の内部時計そして、苗木はそれが何時であるか分からなかった。 より多くの光を見つけるために茎はより高く伸び、そして顔料生産のようなプロセスは保留された。

しかし、はるかに短いバーストで光を当てると、驚くべきことが起こりました。 ５秒のオン／オフサイクルの下で成長した植物は、通常の明／暗期間の下で成長した植物とほとんど同一であるように見えた。 5秒ごとに日の出が来ると内部時計が正しく起動できないようなので、植物は数秒の長さの日を気にする必要はありません。

私たちが出版する準備をしたときと同じように、学部の共同研究者であるPaul Kusumaは、私たちの発見はそれほど目新しいものではないことを知りました。 私たちはすぐに88年の間にすでに知られている何かを実際に再発見することに気づいた。 アメリカ農務省の科学者 1931でこれと同じ現象を見た 彼らはさまざまな期間の光パルスの下で植物を育てたとき。 成熟植物におけるそれらの研究は、我々が実生植物において我々が観察したものと顕著な類似性をもって一致する。

GarnerとAllardによる1931研究は、さまざまな期間の光パルスの下での黄色いコスモスの花の成長を追跡しました。 Ｊ．Ａｇｒｉ。 結果 42：国立農業図書館、農業研究サービス、米国農務省。, BY-ND CC

これらすべてが古い考えの後悔であるだけでなく、光のパルスはエネルギーを節約しません。 5秒間のオンとオフは、12時間点灯しているのと同じ量のエネルギーを使用します。 ライトは半日まだ点灯しています。

しかし、暗期を延ばすとどうなるでしょうか。 5秒後 6秒オフ または10秒オフ。 または20秒オフ。 たぶん80秒オフ？ 彼らは1931ではそれを試していませんでした。

余分なダウンタイムでの構築

それは植物が少し休止時間を気にしないことが判明した。 光合成および色素蓄積のような生物学的プロセスを活性化するために5秒間光を当てた後、我々は10、または時々20秒間光を消した。 これらの延長された暗期の下で、実生は明期と暗期が等しいときと同じように成長しました。 これを屋内農場の規模で行うことができれば、少なくとも30％以上の多大な省エネにつながる可能性があります。

私たちの研究室で最近発表されていない研究は、同じ概念がリーフレタスでうまくいくことを示しました。 それらはまたパルス間の延長された暗い時間を気にしない。 場合によっては、レタスは紫色ではなく緑色で、大きな葉があります。 つまり、栽培者は照明を消すことで、多様な製品を生産することができ、市場でより高い製品重量を得ることができます。

10秒の暗期が与えられると、レタスの一種は紫色になりました。 それらは5秒間の暗期で育ったものと似ていますが、それでも33％少ないエネルギーを使います。 暗期を20秒に延長すると、より多くのバイオマスを含む緑色の植物が得られました。 J. Feng、K. Folta

植物が連続的な照明よりもむしろ光のバーストの下で成長することができるということを学ぶことは潜在的に屋内農業の高価なエネルギー収支を調整する方法を提供します。 より多くの新鮮な野菜をより少ないエネルギーで育てることができ、そのプロセスをより持続可能なものにします。 私の同僚と私は、このイノベーションが最終的には新しいビジネスを推進し、より多くの人を養うのに役立つと考えています - そして環境への影響を少なくしてそうすることで。

この記事は、1931で育てられた植物の写真の訂正された凡例で更新されました。

著者について

ケビンM.フォルタ、園芸科学および植物分子・細胞生物学教授、 フロリダ大学

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