最近の主要な研究テーマ


LED擬似太陽光光源システム

地表面における太陽光の分光エネルギー分布(光のスペクトル)に近い光を基準光として照射可能であり,かつピーク波長の異なる複数種の発光ダイオードへの印加電圧をそれぞれ調節することにより,光生物学研究において重要な波長範囲について分光エネルギー分布を任意にかつ動的に制御できるような世界初の光源システムを開発した。
本光源システムは,照射面積に制限はあるものの,従来作出不可能であった多様な光環境を高い再現性を担保しながら作出できることから,光生物学研究の発展に貢献しうるものである。


 光源システムの全景(4号機)

 LEDモジュール 左:非点灯時 右:点灯時

 集光・混光筒を通して照射された擬似太陽光












 東京都文京区の快晴日(2009年9月24日)8時,10時,12時,14時および16時の地表面における太陽光の1/3である分光放射照度(目標SI; 灰色線),光照射口におけるSIが目標SIに最も近似すると推定したSI(推定最良近似 SI; 青線),および推定最良近似SIを与える電圧を各LEDに印加して作出した光照射口におけるSI(光照射口SI; 赤線)


各図の右の写真は,それぞれ,上がその時刻の空の写真,下が本光源システムにより作出された光の光照射口における写真













Fujiwara, K. and Y. Yano, 2011, Controllable spectrum artificial sunlight source system using LEDs with 32 different peak wavelengths of 385―910 nm. Bioelectromagnetics 32(3): 243-252.

Fujiwara, K., T. Sawada, S. Goda, Y. Ando and Y. Yano, 2007, An LED-artificial sunlight source system available for light effects research in flower science. Acta Hortic. 755: 373-380.

Fujiwara, K. and T. Sawada, 2006, Design and development of an LED-artificial sunlight source system prototype capable of controlling relative spectral power distribution. J. Light & Visual Environ. 30(3): 170-176.

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緑色植物の弱光照射低温貯蔵

苗貯蔵への弱光照射用の装置内貯蔵中の弱光照射の様子

苗や収穫後の緑色葉菜類に弱い光を照射しながら低温で貯蔵すると,光を照射せずに貯蔵した場合よりも,それらの品質の低下を抑制することができる.これは,苗や葉菜類に呼吸を釣り合うだけの光合成を行わせることによって,植物体内の炭水化物の減少をなくすことができるからである.そのための光源として,発光ダイオードは蛍光灯などと比較して多くの利点を有している.下の写真では,照射する光の色 (波長) の影響を調べている.

赤色発光ダイオード単独赤色+青色発光ダイオード左: 赤色発光ダイオード単独; 右: 赤色+青色発光ダイオード



  単色LED弱光照射の低温貯蔵の様子





     「単色LED弱光照射低温貯蔵」 前(BS) 後(AS)の苗の様子



Park, J.-S. and K. Fujiwara, 2009, Quality preservation of tomato seedlings affected by different wavelengths of LED-low light during Storage. Eur. J. Hortic. Sci. 74(1): 21-23.

Park, J.-S. and K. Fujiwara, 2008, Morphology and leaf color changes of grafted tomato plug seedlings irradiated by different wavelengths of photosynthetically active radiation during low light irradiation storage. J. Bio-Environ. Control 17(4): 283-287.

Ohashi, K. K., K. Fujiwara, Y. Kimura and K. Kurata, 2006, Effects of blue-light percentage in red and blue LED low-light irradiation during storage on the contents of chlorophyll and Rubisco in grafted tomato plug seedlings. Environ. Control Biol. 44(3): 309-314.

Fujiwara, K., T. Sawada, Y. Kimura and K. Kurata, 2005, Application of an automatic control system of photosynthetic photon flux density for LED-low light irradiation storage of green plants. HortTechnol. 15(4): 781-786.

大橋敬子・富士原和宏・木村好克・松田怜・蔵田憲次, 2004, 赤・青色LED混合弱光照射が低温貯蔵中のトマト接ぎ木セル成型苗の成長,ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase量,クロロフィル量および炭水化物量に及ぼす影響. 生物環境調節 42(1): 65-73.

富士原和宏・木村好克・蔵田憲次, 2003, 赤・青色LED弱光照射低温貯蔵における青色光PPFD比率がトマト接ぎ木セル成型苗の品質に及ぼす影響. 生物環境調節 41(4): 361-368.

富士原和宏・磯部佐保子・飯本光雄, 2001, トマト接ぎ木セル成型苗の品質維持のための弱光照射CA貯蔵最適条件. 生物環境調節 39(2): 111-120.

富士原和宏・磯部佐保子・飯本光雄, 2001, 赤色LED弱光照射CA貯蔵最適条件下でのトマト接ぎ木セル成型苗の最大貯蔵可能期間. 生物環境調節 39(4): 297-304.

富士原和宏・高久晃一・飯本光雄, 1999, 収穫後チャービルの低温貯蔵に対する弱光照射用光源としての赤色発光ダイオードおよび養液ゲル利用による無機養分供給の有効性. 生物環境調節 37(2): 137-141.

富士原和宏・磯部佐保子・飯本光雄, 1999, CAおよび赤色発光ダイオード弱光照射が低温貯蔵中のトマト接ぎ木セル成型苗の外観品質に及ぼす影響. 生物環境調節 37(3): 185-190.

富士原和宏・高久晃一・飯本光雄, 1999, 収穫後チャービル株の外観品質維持のための弱光照射CA貯蔵最適条件. 生物環境調節 37(3): 203-210.

富士原和宏・高久晃一・飯本光雄, 1998, CA,赤色発光ダイオード弱光照射および養液ゲル利用が低温貯蔵中のチャービルの外観品質に及ぼす影響. 生物環境調節 36(4): 201-208.

富士原和宏・高久晃一・飯本光雄, 1997, 収穫後チャービルの低温貯蔵のための赤色発光ダイオードによる弱光照射および養液ゲル利用. 生物環境調節 35(2): 135-138.

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植物生産制御のためのLED光照射方法の策定

Jishi, T., K. Fujiwara, K. Nishino and A. Yano (2011) Pulsed light at lower duty ratios with lower frequencies is disadvantageous for CO2 uptake in cos lettuce compared to continuous light. Proc. 4th Lighting Conference of China, Japan and Korea, Dalian, China, 321-324. (E)

Godo, T., K. Fujiwara, K., Guan and K. Miyoshi, 2011, Effects of wavelength of LED-light on asymbiotic germination and seedling growth of Bletilla ochracea Schltr. (Orchidaceae). Plant Biotechnol. 28(4) : 397-400. (E)

Park, J.-S., J. E. Son, K. Kurata and K. Fujiwara, 2011, Cherry radish growth under dim LED lighting to the root zone. Acta Hortic. 907 : 141-144. (E).

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5または6波長帯光照射用LED光源システム

Fujiwara, K., A. Yano and K. Eijima, 2011, Design and development of a plant-response experimental light-source system with LEDs of five peak wavelengths. J. Light & Visual Environ. 35(2) : 117-122. (E)

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LED単色光照射下におけるBotryococcusの光合成特性

微細緑藻類であるBotryococcus brauniiは、光合成を行うことで重油に近い組成の炭化水素を生産するため、石油の代替エネルギーのひとつとして注目されている。本研究では、Botryococcus brauniiの増殖・生産速度向上のための基礎的知見を得ることを目的として,多種類のLEDを用い,単色光照射下におけるBotryococcus brauniiの光合成特性を詳細に調べている。

Botryococcus brauniiの懸濁液    青色LED光照射時の様子

                                                                                                                                         top


電解陽極水の植物生産への利用

イオン結合塩化物の希薄水溶液を電解するときに陽極側に生成される強酸性水や,軟水を電解するときに陽極側に生成されるオゾン水は,殺菌力を有する.本研究では,植物病害防除などの,電解陽極水の植物生産への利用についての研究を行っている.下の写真は,うどんこ病の発病が見られるキュウリ葉に蒸留水を散布したものと,オゾン水を散布したものである.

蒸留水散布オゾン水散布左: 蒸留水散布; 右: オゾン水散布


Fujiwara, K., T. Fujii and J.-S. Park, 2011, Successive spraying efficacy of acidic electrolyzed oxidizing water and alkaline electrolyzed reducing water in controlling powdery mildew infection and suppressing the occurrence of visible disorder on cucumber leaves. Hortic. Environ. Biotechnol. 52(4) : 387-392 (E)

Fujiwara, K., Y. Hayashi and J.-S. Park, 2011, Spraying ozonated water under a well-ventilated condition does not cause any visible injury on several fruit-vegetable seedlings. Ozone Sci. Eng. 33(2): 179-182. (E)

Fujiwara, K., T. Fujii, J.-S. Park, 2009, Comparison of foliar spray efficacy of electrolytically ozonated water and acidic electrolyzed oxidizing water for controlling powdery mildew infection on cucumber leaves. Ozone Sci. Eng. 31(1): 10-14.

Park, J.-S., T. Isobe, S. Kusakari and K. Fujiwara, 2009, Promotion of adventitious roots in chrysanthemum cuttings by soaking in ozonated water. Ozone Sci. Eng. 31(1):15-20.

Park, J.-S., M. Ishii, L. Okushima, S. Sase and K. Fujiwara, 2008, Effects of ozonated water-fog cooling on ozone gas concentration and population densities of airborne bacteria and fungi on plant leaves in a naturally ventilated greenhouse. JARQ 42(4): 291-297.

Fujiwara, K., M. Kadoya, Y. Hayashi and K. Kurata, 2006, Effects of ozonated water application on the population density of Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici in soil columns. Ozone Sci. Eng. 28(2): 125-127.

Fujiwara, K. and T. Fujii, 2004, Effects of ozonated water spray droplet size and distance on the dissolved ozone concentration at the spray target. Ozone Sci. Eng. 26(5): 511-516.

Fujiwara, K. and T. Fujii, 2002, Effects of spraying ozonated water on the severity of powdery mildew infection on cucumber leaves. Ozone Sci. Eng. 24(6): 463-469.

富士原和宏・土井龍太・飯本光雄・藤井琢哉, 2000, 電気分解陽極水噴霧による作物病害防除に関する基礎研究 (4)pHおよび有効塩素濃度がトマトうどんこ病発病度および生理障害発生葉率に及ぼす影響. 生物環境調節 38(4): 263-271.

富士原和宏・土井龍太・飯本光雄・谷野章, 2000, 電気分解陽極水噴霧による作物病害防除に関する基礎研究 (3)電気分解陽極水およびpH・有効塩素濃度調節水の噴霧がキュウリうどんこ病発病度および生理障害発生葉率に及ぼす影響. 生物環境調節 38(1): 33-38.

富士原和宏・土井龍太・史慶春・飯本光雄, 1998, 電気分解強酸性水噴霧による作物病害防除に関する基礎研究 (2)キュウリべと病の発病抑制および葉焼け様生理障害の発生に及ぼす影響. 生物環境調節 36(4): 245-249.

富士原和宏・飯本光雄・藤原樹子, 1998, 電気分解強酸性水噴霧による作物病害防除に関する基礎研究 (1)水素イオン濃度指数および遊離形有効塩素濃度がキュウリうどんこ病の発病抑制に及ぼす影響. 生物環境調節 36(3): 137-143.

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つぼみ切り花の強制開花

つぼみのうちに収穫されたつぼみ切り切り花は,市場で売られる時点までに強制的に開花される処理(強制開花)を行う必要がある.本研究では,照射する光強度などの環境条件が強制開花に要する時間および強制開花後の花の品質に及ぼす影響を調べている.

つぼみ切り花の強制開花の様子つぼみ切り花の強制開花の様子

Park, J.-S., K. Fujiwara and K. Kurata, 2006, Carbon balance and flower quality of bud-cut carnations during flower bud opening under elevated photosynthetic photon flux density. Environ. Control Biol. 44(3): 215-224.

Park, J.-S., K. Fujiwara and K. Kurata, 2005, Effect of photosynthetic photon flux density and inorganic nutrient salts on post-harvest flower bud opening of tight bud-cut carnations. J. Hortic. Sci. Biotech. 80(1): 43-48.

Fujiwara, K., Y. Tanaka, J.-S. Park and K. Kurata, 2004, Effect of photosynthetic photon flux density on postharvest flower bud opening of cut carnations with reference to carbon balance. J. Hortic. Sci. Biotech. 79(1): 42-46.

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光合成の光質応答の生理生化学と植物生産への応用

発光ダイオード (LED) は限定された波長範囲の光のみを照射可能であることから,光の波長組成 (光質) に対する植物の応答を調べるための実験用光源に適している。また,人工光利用型植物・苗生産における栽培・育苗用光源や温室における補光用光源として,実用的にも注目されている。 当研究室ではこれまでに,LEDを用いて,植物の光合成や窒素利用の光質応答,特に青色光応答に関する栄養生理学的研究を行ってきた。現在は,植物のシステミック制御 (器官間のシグナル伝達を介した個体レベルでの生理特性・形態調節) を想定した局所的単色光照射の効果や,光質に対する葉のCO2同化・気孔の動的応答に着目し,興味深い光質応答の探索および解明に取り組んでいる。また将来的には,見出されたあらたな光質応答を利用した植物生産技術の開発をも目指している。 .


異なる青色光比率の赤青混合光照射下で栽培中のホウレンソウ


Matsuda, R., K. Ohashi-Kaneko, K. Fujiwara, K. Kurata. (2008) Effects of blue light deficiency on acclimation of light energy partitioning in PSII and CO2 assimilation capacity to high irradiance in spinach leaves. Plant and Cell Physiology 49(4): 664-670.

Matsuda, R., K. Ohashi-Kaneko, K. Fujiwara, K. Kurata. (2008) Effects of blue-light photon flux density on nitrogen and carbohydrate content and growth of spinach. Acta Horticulturae 801: 1393-1398.

Matsuda, R., K. Ohashi-Kaneko, K. Fujiwara, K. Kurata. (2007) Analysis of the relationship between blue-light photon flux density and the photosynthetic properties of spinach (Spinacia oleracea L.) leaves with regard to the acclimation of photosynthesis to growth irradiance. Soil Science and Plant Nutrition 53(4): 459-465.

Ohashi-Kaneko, K. R. Matsuda, E. Goto, K. Fujiwara, K. Kurata. (2006) Growth of rice plants under red light with or without supplemental blue light. Soil Science and Plant Nutrition 52(4): 444-452.

Matsuda, R., K. Ohashi-Kaneko, K. Fujiwara, E. Goto, K. Kurata. (2004) Photosynthetic characteristics of rice leaves grown under red light with or without supplemental blue light. Plant and Cell Physiology 45(12): 1870-1874.

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わが国の施設園芸の生産性向上・高効率化

わが国の代表的な施設果菜類であるトマトをおもな対象として,施設園芸の生産性向上および高効率化を目指した基礎研究を,実験・理論の両面から行っている。
日本の施設栽培トマトの年間収量は20-30 kg m-2程度である。他方,オランダのそれはおよそ60-70 kg m-2であり,日本のそれの2倍以上である。この差は,品種特性,温室内環境,あるいは栽培管理などに関わる複数の要因によってもたらされるものと考えられる。これまでに,日本品種とオランダ品種の生産性の差をソース・シンクバランスの観点から解析した。現在は,機構的温室作物成育モデルを用いた計算機シミュレーションによって,収量差をもたらす要因の総合的・定量的な推定を試みている。
また,養液栽培において「量管理」と呼ばれる培養液施用法を検討し,収量を低下させずに施肥量を低減できる,経済的で環境負荷の低い養液栽培システムを提案した。

温室におけるトマトのハイワイヤー栽培

Matsuda, R., K. Suzuki, Y. Nakano, H. Sasaki, M. Takaichi. (2010) Daily based quantitative nutrient management in rockwool hydroponics: Growth and yield of tomato and nutrient use at elevated CO2. Journal of Agricultural Meteorology 66(4): 印刷中.

Matsuda, R., K. Suzuki, A. Nakano, T. Higashide, M. Takaichi. Responses of leaf photosynthesis and plant growth to altered source-sink balance in a Japanese and a Dutch tomato cultivar. 改訂中.

Matsuda, R., A. Nakano, D.-H. Ahn, K. Suzuki, K.-I. Yasuba, M. Takaichi. Growth characteristic and sink strength of fruit at different CO2 concentrations in a Japanese and a Dutch tomato cultivar. 改訂中.

Dueck, T.A., R. Matsuda, E. Meinen, M.J. Bakker, A. Elings, L.F.M. Marcelis, E. Heuvelink. Growth and yield of greenhouse tomato under supplementary assimilation light with different photoperiods and light intensities: Experimental and simulational investigation. 投稿準備中.

Matsuda, R., K. Suzuki, Y. Nakano, H. Sasaki, M. Takaichi. Nutrient use and fruit yields in tomato rockwool hydroponics under daily quantitative nutrient management: Evaluation based on leaf area index. 投稿準備中.

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