植物补光应用

1使用电照----花卉类的开花调节技术编译吴老师1、前言在园艺作物的设施栽培中，人工光源的利用是以生育、开花调节为目的的补光（以下，电照）与以促进光合成为目的的补光是有区别的。在我国的花卉生产中，人工光源的利用是以生育，开花调节为目的的电照为主，以菊花为首很多的花卉品种栽培是利用电照，使暗期中断和日长时间延长。最近指出，不仅是光量（光照长度和强度），还有处理的时机和光质（波长）对于电照效果的重要性。还有，最近分子生物学研究的进展异常出色，各种各样的光应答机构在遗传基因水平和细胞水平也相继明朗起来了。例如，2007年弄清了日长反应所生成的“幻之开花激素(成花素フロリゲン）”的原形。在这样的状况中，对于花卉类，不仅要遵循基础事实，也要联系栽培技术，来不断促使时机的成熟。另一方面，在工学领域新电光源持续开发，谋求在各种各样的场所实用化，将设施园艺的情况与工学领域的技术相融合，期待用新的电照开发生育调节技术。在这里想介绍关于电照成为生育调节的基础，植物光反应与花卉类生育调节技术开发的现状,以及有关的最新话题。2、光反应成为用电照花卉类生长育、开花调节的关键对于不能动的植物来说，光是为了进行光合成不可欠缺的能源，同时是感知生长发育场所的环境，不仅决定什么时候发芽，什么时候开花等，还是重要的信息源。使用电照花卉类的生育、开花调节是基于植物生理反应而被开发出来的，根据光信息，了解生育调节机构是很重要的。作为信息的光是由支配光形态形成，光生理反应，这种光信息相当于动物的眼睛，根据光容納体、フィトクロム、クリプトクロム和フォトトロピン等来使之感受。フィトクロム是感受红色光领域与远红外光领域，クリプトクロム和フォトトロピン是主要感受蓝色光领域，传达信息。还有，作为生物的数日时计（生物时计）被认识，即使在恒常条件下（例如连续黑暗条件和连续照明条件）约用24小时周期，存在生理活动变动的概日节奏。植物是使用从光容納体的光信息和内在概日时计来决定光形态形成与开花时期等重要的活动。在这里，使用植物光应答中的电照成为花卉类的生育、开花调节的关键。关于⑴光周性，与⑵遮荫反应作一简单的介绍。2⑴光周期性感知各种光应答日长变化的植物是判断季节、决定开花期与休眠进入时间等，光应答被称为光周期性，或者称日长感应性，成为花卉类生育、开花调节的关键是重要的光应答。以ガーナー（美植物学家Garner）和アラードー（美植物学家Allard）发现光周期性花成为契机(1920年)，开始由光周期特性研究机构来进行探究，运用日长调节来开发各种各样植物的开花调节技术，在1930年,美国利用日长调节开始了商业性的菊花生产。短日植物开花反应的场合，在长期黑暗中间,被分配给光冲脉（暗期中断）,阻止花成(花芽分化)。对暗期中断最有效果性的光是600-700nm附近的红色光(图1)，红色光刚照射之后的效果,能被700-800nm附近的远红外光抵消。图1给多头菊的开花带来暗期中断时的光质影响上：照射光的分光特性，蓝光（B）、红红（R），远红外光（FR）下:在12小时昼长栽培、暗期中断4小时。3这是对控制花成的暗期中断，显示与フィトクロム(色素蛋白质)相关的。像这样的光周期反应,光照射的长度和强度这样的光能量和光质(波长)都很重要。长日植物开花反应的情况,与在短日照的条件下对于暗期中断红色光照被认为可以促进开花的短日照植物的情况是一样的，暗期的长度也是很重要的。但是，事例一旦重复，长日植物，不仅红色光，连对蓝光和远红外色光反应的事例也能看到，光质在长日植物的反应里有变化。用模型植物，推进关于光信息的容纳和概日时计的周期等的研究进展，让这种详细的开花调节机构逐渐清楚起来。长日性的模型植物シロイヌナズナ，以日长反应的关键作为基因，CONSTANS(CO)遗传因子被同定。CO遗传基因的发现是根据光信息被同一步调的概日时计的控制来显示日周变动，光质（蓝光或者是远红外光）成为重要的环境因子翻译产物，对蛋白质的机能性起作用的フロリゲン遗传因子，控制FLOWERINGLOCUST(FT)遗传基因的发现。这样的日长反应，不仅仅是明暗周期的长度，光的质量和照射的时机分担重要任务。虽然对模型植物进行详细的了解，但是在其他的长日植物有还不怎么进行了解的现状。近年，各种各样的花卉类应用LED光源等发光光谱幅度狭窄的单色光的应答分析，认为在变化大的长日照性花卉类方面，也考虑进一步了解关于光质的影响。⑵遮荫反应在自然环境下，植物群落为了光能量的获得，进行生存竞争。这是因为植物能感知周围其他个体的存在，具备能从其他植物的荫影逃脱的机制。日射是包含对可见光领域的光的大部分，因为在植物群落内クロロフィル红光（R）被吸收，对于远红外光（FR），红光的比例减少（R/FR）。日射的R/F是根据气候与季节，从1到1.15的范围，植物群落内的R/FR是从0.05到0.7。像这样在植物群落内的低R/FR的光环境变成信号机，植物从其他植物的荫影逃脱促进茎伸长。进一步能看出有些植物品种也能促进开花。这种应答被称为遮荫反应，被认为是R/FR容纳体由于フィトクロム受到调节。并且，对于日落的时间带所到达的太阳光是FR光的比例增加，变成低R/FR的光环境。根据模仿自然现象的明期终了时（End-of-day:EOD）的短时间FR照射（低R/FR）处理，能看到遮荫反应与同样的伸长，开花促进作用。由于这些低R/FR和低R/FR，反应是通过フィトクロ4ム信息传达的同时，以ジベレリン、オーキシン为首干预植物荷尔蒙的生合成和信息传达。3、被花卉生产所利用的电光源被使用于花卉类设施生产的人工照明种类主要有白炽灯、荧光灯、高压钠灯、，金属卤化灯，考虑这些电光源在配合使用场合各自的分光特性、配光、点灯和调光的容易、寿命、投入成本及运营成本等，考虑应用特征而进行选择。例如，以生长，开花调节为目的的电照使用白炽灯，荧光灯的很多，以促进光合成为目的的补光是使用出力高的高压钠电灯和金属卤化灯。在日本，最初用电照尝试开花抑制是在1937年，以乙炔气体的热光作为人工照明被使用在菊花生产上。1950年代以后，白炽灯作为日本价格便宜、操作方便的光源，被使用在电照栽培上，并向全国普及推广。这之后，不论长日，短日性花卉类的生长，开花调节的情况，白炽灯是被使用最多的。最近，伴随着环境意识的提高，，以节省电力资源作为地球温暖化的防止对策之一，在家庭，办公室等的一般照明是从消费电力大的白炽灯向消费电力小的电灯形荧光灯，并且，从发光二极管（LightEmttingDiode,LED）向照明器具的替换在不断扩大。配合这种趋势，对即使在国内的花卉生产现场取代白炽灯光源的探索与效率性的使用方法的探讨也被全力进行。现在，特别是对LED的利用寄予了很高的希望，在一部分实际的生产现场，开始利用LED照明器具等新的电光源。（图2）菊花栽培的红色LED的使用。5但是，在这些新光源开发中应该研究出力、配光性、耐久性等的课题被遗留下来，很有必要的对品种或者每个光源开花调节抑制效果和生长带来的影响等作验证。4、花卉生产的电照现状现在，在国内，主要是使用白炽灯对菊花，一品红，カランコエ、ソリダコ等的短日植物开花抑制，(シュッコンカスミソウ)、千鸟草、洋桔梗、風铃草(カンパニュラ)等长日植物促进开花为目的进行电照。最近，由于菊花的电照，在开花抑制的情况方面比其他品种先施行，根据省电力，生产成本和环境负荷的降低等为目的的白炽灯代替光源的探索被推进，进行电灯形的荧光灯和红色LED照明器具等的新光源适用性的验证。在先驱性的生产现场，虽然开始这些新光源的引入，但是也有关于一部分品种新光源得不到充分的效果的报告，并且，为了达到稳定生产，详细的验证是很有必要的。关于洋桔梗的开花反应，若干实验研究机关的努力，根据长日处理时的光源种类，也弄清楚了效果是不同的。使用白炽灯，远红外光荧光灯，远红外光LEDR/FR比小的光源时，与无电照相比较能促进开花。一方面，R/FR比大的白色荧光灯和红光荧光灯对光源进行长日处理与无电照相比较，表示出开花被抑制。基于这种见识，对应生产现场的开花促进，抑制各自的目的，活用光源的电照被尝试进行。以开花调节为目的的电照以外的人工照明的活用事例是，利用黄光的防蛾技术。这种防蛾技术事90年代以后，扩大了花卉领域。在花卉使用方面是用康乃馨栽培以オオタバコガ等的防除为目的，更加普及的发展着。对夜间活动的夜蛾类成虫的复眼的明适应化，580nm附近的光起到效果性的作用，根据这个波长区域的光照，抑制夜间的交配、产卵活动，幼虫的加害能被抑制得很低。利用黄色荧光灯，根据害虫防除技术的引入，能减低栽培期间中的化学合成农药散布，能构筑“对环境和人温柔一点”的防除体系，用其他品种的引入的检验在发张。但是，黄光的波长区域因为影响介于植物的フィトクロム之内日长反应，适用困难的情况也有。因此，面向拥有日长反应性的品种的防蛾灯的引入，对于夜蛾拥有同等的效果，利用对植物影响小的绿色光领域的防蛾灯被开发出来，这种适当的照射方法的检验被进行，并且，拥有波长宽度窄的、单一最高顶点波长，6脉冲点灯活用可能性的LED特性的防蛾灯的开发开始。5、所期待的新电照技术⑴EOD-FR处理的应用等待不久的将来有实用的FR光源开发的情况也，对所期待的新电照技术，应用植物的遮荫反应，根据EOD-FR处理，生长，开花调节。菊花生殖生长期间（短日期）的EOD-FR处理对开花没有影响，能得到促进茎伸长效果，紫罗兰、金魚草(キンギョソウ)、洋桔梗等，证实在生长促进的同时开花促进效果。（图3）对于紫罗兰(ストック)、金魚草(キンギョソウ)的EOD-FR效果左：ストック右：キンギョソウ(照片提供：农研机构花卉研究所住友氏)基于这些效果，对多头菊生产应用尝试被实施，在圃场条件方面，短日期的EOD-FR处理对开花没有波及到影响，能得到有效的茎伸张促进效果。（图4）对于多头菊的EOD-FR效果左；对日落时照射光质的影响右;进行FR照射时间带的影响（照片提供；和歌山县农林水产综合技术中心岛氏）7根据这个实际栽培，为了确保作物高度缩短一定期间的营养生长期(长日时期)成为可能。期待使周年生产的多头菊，栽培期间的缩短是在设施回转率的提高和对冬季加温成本的减低等相连。还有，探讨关于洋桔梗在寡日照地区圃场的EOD-FR处理的有效性，能得到显著地效果。今后，这种实用化将被期待。像这样的EOD-FR处理是成为花卉类的生产性提高的有效手段的新电照技术，期待紧急的FR光源的普及。⑵对病害防除的电照应用最近，关于植物带有的病虫害抵抗性，这种抵抗性机制和抵抗性诱导机作逐渐明显，关于光的影响通过紫外线的干预和フィトクロム持续表示信息传达的干预。根据光照射，关于病害抵抗性以草莓为首的数种蔬菜类，由于紫外线（UV-B领域）的照射病防除和绿色光照射，显示出病害防除效果。一部分被实用化。这个技术是特定波长区域的光照射，用诱导植物的キチナーゼ和グルカナーゼ等的病害抵抗性相关的各种PR蛋白质的遗传基因发现，提高病害抵抗性。现在，关于对花卉的适用的可能性开始探讨，品种，病害效果的检验与抵抗性诱导机构的阐明发展。并且，由于设施生产成为问题的蓟马(アザミウマ)类、粉虱(コナジラミ)类等的以难防除害虫为对象，对光波长和颜色进行诱引，忌避等的行动解析。将来，对于植物的光生长反应和病虫害抵抗性反应组合成的活用“对环境和人温柔’的光，期待发展1PM防除技术。86、今后的课题植物和人不能用同样的感度来感受光，光合成反应和各种各样的光形态形成反应，在各自的光应答方面利用不同波长的光。以植物为对象引入新光源的时候，有必要弄清楚植物与人的感觉是不一致的。例如，作为白炽灯和白炽灯代替品人的眼睛能感受到相同的色调，明亮度，开发出来的电灯色电灯形荧光灯，电灯色电灯形LED从光源输出功率的光分光特性变得完全不同。（图5）白炽灯、LED电灯(电灯色)、电灯形荧光灯（电灯色）的分光特性当然，植物与各自不同的光认识反应。将来，LED光源和有机EL等的新光源的开发在进一步发展，预想在各种各样的情况实用化。因此，理解植物的光应答机制和人工光源特性双方，