2022（令和4）年3月18日の日本経済新聞に、野菜の成長を促進させる特殊フィルムに関する記事が掲載されました。
｢赤色光｣で野菜が1.3倍に 北大・長谷川教授が開発:日本経済新聞
このフィルムは太陽光の紫外線を、植物の光合成を促進するとされる「赤色光」に変換し、植物の成長を促進します。
本記事では、この新しい特殊フィルムの研究概要とともに、植物を成長させる「赤色光」に着目します。
特殊フィルムの研究概要
光合成を行う植物は太陽光を有効活用しますが、冬季の北海道など日照時間の少ない地域では、ハウス栽培や植物工場などで利用されるLEDなどの光源が太陽光の代替として期待されます。しかし北海道の大規模型農場においては、光源を設置することは設備的にも経済的にも負担が大きくなります。
このような背景から開発されたのが冒頭の特殊フィルムです。北海道大学の長谷川靖哉教授が開発しました。
植物細胞内の葉緑素（クロロフィルと呼ばれる緑色の天然色素）は波長600〜700ナノメートル（以下、nm）の光をよく吸収し、成長に利用します。もちろん植物が光合成のために吸収するのは赤色光だけではなく、青色や緑色などの可視光（人の目で見える波長の光）も吸収しますが、赤色光の波長は660nm前後でよく吸収されます。また発芽には波長450nm前後の光が必要とされるのですが、青色の光は波長450nm前後なので、必要な光として当てはまります。
開発されたフィルムは赤色光のほか、生育促進や病害防除など、さまざまな効果があるとされる「緑色光」や、蒸散やカビ、腐敗を抑制するとされる「近赤外光」にも変更可能なのだとか。
加えて、このフィルムの使用は電力を消費しないため、大規模型農場の設備面、経済面でのデメリット軽減につながります。
光合成を促進する「光」も！？
2019年10月16日に学術誌「Plant and Cell Physiology」で発表された東京大学の研究には、「遠赤色光」という光合成には直接働きかけない光が、植物の光合成の促進に関わることが記されています。
遠赤色光は波長700〜800nmの光で、植物の伸長促進や発芽の制御などに関わる光です。遠赤色光は先で紹介した葉緑素（クロロフィル）にも吸収されますが、その吸収率は低いです。用語集には“光化学系IIのクロロフィルにはほとんど吸収されない（引用元：光合成を駆動しない遠赤色光が光合成を促進する – 東京大学 大学院理学研究科・理学部）”ともありました。上記“光化学系II”とは、光合成において水分子を酸素と水素に分解する光化学反応を指します。
なお「光化学系Ⅰ」は
光合成における光化学反応の一。光化学系Ⅱに由来する水素を、光エネルギーを利用して反応しやすい状態にし、カルビン回路とよばれる反応系に受け渡す。
出典元：小学館 デジタル大辞泉
という意味です。
遠赤色光だけでは光合成による酸素の発生や二酸化炭素の固定はほとんど起こりません。そのため“光合成における遠赤色光の役割は長年無視されてきた”ようですが、太陽光には光合成に活用される可視光だけでなく遠赤色光も豊富に含まれていますし、実験下で調節された光と違い、通常野外の光は、光の強さや質（波長の特性）が光を遮るものの影響によって絶えず変化する“変動光”です。
過去の研究から、“変動光”が植物にとってストレス要因になりうることはすでに示されており、植物にとって変動光下で効率よく光合成を行うことは重要だと考えられていました。
そこで東京大学の研究グループは、変動光下の光合成で遠赤色光がどのような役割を担うのか、アブラナ科シロイヌナズナを用いて実験を行いました。光合成を起こす光と遠赤色光の光源には発光ダイオードが用いられ、プログラムによって制御された変動光が照射されました。
強光と弱光を繰り返す変動光下で、光合成速度は強光で高くなり、弱光で低下します。変動光下で強光から弱光に切り替わるとき、遠赤色光の補光が光合成速度と光化学系IIの活性の増加につながることがわかりました。
参考文献
