uv-b、uv-aおよび青色光の夜間補光がサニーレタ...
TRANSCRIPT
UV-B、UV-Aおよび青色光の夜間補光がサニーレタスの成長と着色に及ぼす影響
誌名誌名 植物環境工学
ISSNISSN 18802028
巻/号巻/号 203
掲載ページ掲載ページ p. 158-164
発行年月発行年月 2008年9月
農林水産省 農林水産技術会議事務局筑波産学連携支援センターTsukuba Business-Academia Cooperation Support Center, Agriculture, Forestry and Fisheries Research CouncilSecretariat
158 植物環境工学 (J.SHITA)20(3)・158-164.2008.
UV-B, UV-Aおよび、青色光の夜間補光がサ二一レタスの
成長と着色に及ぼす影響
海老i畢聖宗 1,2.庄子和博口.加藤美恵子 2・下村講一郎 2 後藤文之 1・吉原利一 1
l電力中央研究所環境科学研究所 270-1194 千葉県我孫子市我孫子 1646
2東洋大学生命科学研究科 374-0193 群馬県邑楽郡板倉町泉野 1-1-1
3千葉大学園芸学部 270-8510 千葉県松戸市松戸 648
Effect of Supplementary Lighting of UV-B, UV-A, and Blue Light during the Night on Growth
and Coloring in Red-Leaf Lettuce
Masanori EBISAWA1.2, Kazuhiro SHOJI1.3, Mieko KAT02, Koichiro SHIMOMURA2,
Fumiyuki GOT01 and Toshihiro YOSHIHARA 1
lEnvironmental Science Research Laboratory, Central Research Institute 01 Electric Power lndustry,
1646Abiko, Chiba 270-1194, lapan
2FaculかolL約 Sciences,Toyo University, 1-1-1, Izumino, Itakura, Oura, Gunma 374-0193, lapan
3Faculty 01 Horticulture, Chiba University, Matsudo, Chiba 271-8510, lapan
Abstract
In the case of hydroponics, the anthocyanin content of red-leaf lettuce decreases, and the poor coloring of a leaf occurs in many cases. We investigated the effect of irradiation for blue light, UV-A, and UV-B at night, in order to promote growth of hydroponic red-leaf lettuce and coloring. As a result, anthocyanin content increased using blue light or UV-B irradiation. Growth was promoted by blue light, but it was inhibited by UV-B irradiation. When simultaneous irradiation of blue light and UV-B was carried out at night,
the anthocyanin content increased remarkably. Since it was necessary to reduce input energy as much as possible for utilization, light intensity, and a cultivation stage, which can promote both coloring and growth, were examined. Relevant optical irradiation conditions at night are described below. 1) Irradiate with blue light (9.4 W m-2) and UV-B (from 0.3 to 0.6 W m-2) simultaneously for 4 hours or more. 2) The most effective cultivation stage is one to two weeks before a harvest day. We showed that supplementary lighting was ef-fective in the hydroponics of red-leaf lettuce.
Keywords: anthocyanin, blue light, growth, red-leaf lettuce, UV-A, UV-B
2007年 11月 2日受付
2008年 3月11日受理
Corresponding author: Kazuhiro Shoji ([email protected])
緒 Eコ
温室や植物工場などの栽培施設では,葉菜類の周年生産
が可能であり.水耕栽培システムを導入すれば収量増加が
期待できる。サニーレタスは主一要な葉菜類のひとつで、あり,緑
色と赤色の着色のバランスが良い栽培品種が生産者と消費
-34一
159 UV-B, UV-Aおよび‘青色光の夜間補光がサニーレタスの成長と着色に及ぼす影響
岡1.0r UViB Ur-A
= n 1¥ ~;・ロ"11 国" 11 S J ¥ 11 o " 1 1 .c "1 I Q. , , 11 ~ 0.5ト, ¥ I I ~ I ¥1 I Q. , I I
~ ¥1・ 1'= Vs 1 司."¥ .
~ 1 I I ¥ ¥̂ 九九凶 0.01J . J 、別---
250 300 350 400 450 500 550 600 650 Wave length (nm)
!~, ヘ.-過畠
800 900 1000
1.0
0.5
700
-舵山
mm
出
nrf
um削
印
刷
AU
I
t
:
J
5
L
H
o
b
-
L
h
h
H
Vん
h
a、戸川
「
mιOL刷、1
0.剖
1BG
mt冶パm
J
U
H
品
川v
tinunu
(pdnJ
msゅん
4
4
α回、比
6
7
6
h
adjげ
川
Mmiぃh
onk配叫ん刈
φLrrnH1
、L比
P3
i
i
F
E
,、ィ・
4
ぃ白
山町凶
行い
o
m町山mmm
巾川
hpnh
ktnQd引h
M即加おぶ
叫
犯
hL、リ
um低
岳
山
川
町
oevn
puf1d
門
J
snunv向い
500 400 0.0 300
Fig.l
者の両方に支持されている。しかし.紫外領域が少ないガラ
ス温室や人工光環境下でサニーレタスの水耕栽培を行うと,
縁地栽培と比べて,アントシアニン含量が不足し品質が低
下することがあるため,これを改善する対策が求められてい
る。
多くの植物において,アントシアニン含量1.2)や成長量 3)は
光質の変化による影響を受けることが知られている。特に,
アントシアニンの生合成に関連する遺伝子の発現に有効な光
質は UV-B.UV-Aおよび、青色光であることが報告されてい
る←6)。我々は,水耕栽培サニーレタスに 120μmolm-2s-1
以上の青色光を夜間に連続照射すると,アントシアニン含量
の増加と成長促進の効果が同時に得られることを明らかにし
ている 7)。
一方で、,サニーレタスの葉のアントシアニン含量は昼間に
UV-B8)やUV-A9)を照射すると増加することが示されている。
シロイヌナズナでは, UV-Bと青色光または UV-BとUV-Aを
併用して照射すると単独で、照射したときと比べて,アントシア
ニンの生合成に関連のあるカルコン合成酵素遺伝子 (CHS)
の発現量が著しく増加することが確認されている 6.10.11)。水耕
栽培サニーレタスの着色改善においても.UV-Bや UV-Aの
照射が有効で、はないかと考えられたので,本研究では,光質
制御が可能な人工気象室において.UV-BとUV-Aの蛍光ラ
ンプを夜間補光に用いた場合にサニーレタスの成長と着色に
及ぼす影響を調べた。また.UV-BやUV-Aの蛍光ランプに
青色蛍光ランプを併用して夜間補光を行った場合の影響を明
らかにした。さらに, 着色不良を改善する際に,夜間に利用
する電力を節減することを考えて.補光時間,照射強度およ
び補光時期の影響を検討した。
2.光環境調節
光処理を行う人工気象隻の光源は UV-B.UV-A, 青色,
緑色.赤色および遠赤色の 40W蛍光ランプ(FLR1250T6.
ニッポ電機)を用い,調光装置 (FDP-2001;横浜機工)でラ
ンプ出力を制御した 12)。蛍光ランプの波長特性は分光放射
計 (MSR7000.オプトリサーチ)で計測した (Fig.1)0 PPFD
(400-700 nm)は光量子センサ (LI-190SB.Li-Cor)を用いて
計測し.UV-B (280-320 nm)とUV-A(320-400 nm)の放射
照度は UVメーター代九T203.Macam)を用いて計測した。
植物体を植栽する培地面上を基準として人工気象室内の
光環境を設定した。昼間の長さ(明期)は 10h d-1に設定
し• PPFDを150μmolIII-2s-lとして,青色 (400-500nm).
緑色 (500-600nm).赤色 (600-700nm):遠赤色 (700-800
nm)の光量子組成を分光放射計を用いてそれぞれ45.60.
45. 43.5μmol m-25-1に調節した。過去の知見 7)を参考に
して,夜間の長さ(暗期)は 14h d-1としエネルギー消費
-35一
材料および方法
1.供試植物および栽培方法
サニーレタス (Lactucasativa L.)晩邦lレ、ノドファイヤー.の
種子を水に浸したウレタンキューブF上lこ播種し,気温 25'tの
暗黒下に 3日間おいて発芽させた。播種 3日目から 14日目
までは,白色蛍光ランプ下 (FLR110HW/ Al100.三菱電機
オスラム)で光合成有効光量子束密度 (PPFD)120μmol
m-2s-l明期 12h d- I • 気温 25'tの条件で芽生えを育成
した。その後.均ーな苗を人工気象室(W1300x D800 x
H1750 mm;横浜機工 )内の湛液式水耕栽培装置 (900x
600 x 200 mm)に定植した。水耕栽培の培養液は,大塚ハ
ウスA処方(大塚化学)を用いて作製し培養液の pHを6
-7に維持し電気伝導度 (EC)を播種 7日目から定植 2日
目(矯種 16日目)までは1.2dS m-Iとし以後は 2.0dS m-I
に調節した。
160 海老j率・庄子・加藤・下村・後藤・ 吉原
を抑えることを目的に青色光 (400-5∞nm)を120μmolm-2
S-1の半分である 60μmolm-2s-1 (9.4 W m-2)とした。太陽
光に含まれる UV-BとUV-Aの放射照度は,それぞれ約1.0
W m-2と20.0W m-2であることが観測されているl針。そこ
で,夜間有Ii光に使用する UV-Bの放射照度を 0.3- 1.0W
m2に設定し.UV-Aの放射照度は 2.5-8.1 (出力限界)
W m-2に設定した。また,夜間補光を終夜行い,必要に応じ
て,暗期に補光を行わない無補光区 (control)を設定して処
理区と比較した。
3.生育調査
各実験区あたり 10株のサニーレタスを収穫した。1株毎
に.業面積(lA:leaf area)を感度 0.03cm2の画像処理装
置でiJIIJった。その後.60'tの通風乾燥機内で 7日間以上保
管し葉乾物重 (LDW:leaf dry weight)と根乾物重を量り.
全乾物重 (TDW:to凶 dryweight)を求めた。各実験区間
における平均値の差異は.Tukeyの多重比較検定を用い
て.5%水準で有意差検定を行った。
4.アントシアニン含量の測定
各実験区あたり 5株のサニーレタスを収穫し l株毎に l
-2cm2に葉を刻んだ。10mlの 1%塩酸ーメタノール溶液
(v/v)に新鮮重1.0gの刻んだ棄を加え冷蔵庫内 (4't)に
一晩静置して,アントシアニン色素を抽出した。抽出液を 96
穴マイクロプレート (3370Assay Plate. Costar)に200μlず
つ分注しマイクロプレートリーダー (Benchmark.Bio . Rad)
を用いて 530nmにおける吸光度を測定し,この値をアントシ
アニン含量とした。各実験区間における平均値の差異は,
Tukeyの多重比較検定を用いて 5%水準で有意差検定を行
った。
結果
果を Table1に示す。青色光ランプを点灯させると,無補光
と比べて.TDW. LDWおよびlAが増加した。UV-Bラン
プを点灯させると,無補光や青色光ランプを点灯させた場合
と比べて.TDW. LDWおよびlAは減少した。一方.UV-A
ランプを点灯させても. ~\ri補光と比べて. LA. LDW. TDW
に有意差は認められなかった。アントシアニン含量は.UV-B
と青色光のランプをそれぞれ単独で、点灯させた場合.無補
光と比べて両ランプともに 3.2倍に増加したが.UV-Aを点灯
させても有意に増加しなかった。また,青色光ランプの放射
照度は UV-Bランプの 9.4倍で‘あったが両実験区のアントシ
アニン含量に有意差はなかった。UV-Aランプの放射照度は
UV-Bランプの 2.5倍であったが,成長と着色に及ぼす影響
は認められなかった。
UV-Aランプの放射照度が 2.5W m-2 (7.7μmol m-2c1)
の場合に,成長と着色に及ぼす影響が確認できなかったの
で.UV-Aを出力限界の 8.1W m-2 (28μmol m-2s-1)まで高
めた試験および青色光を 3.9W m-2 (28μmol m-2s-1)に弱
めた試験を行った結果を Table2に示す。両ランプの光量
子束密度を同じに設定した場合, 青色光は UV-Aと比べて.
TDW. LDWおよびlAは高い値を示したが.アントシアニン
含量に有意差はなかった。UV-Aと青色光の放射照度を培
加させると.TDW. LDWおよびlAが増加した。アントシア
ニン含量は 9.4Wm-2の青色光を照射すると他の光処理区よ
りも増加した。
2. UV-BやUV-Aに青色光を併用して夜間補光した場合の
影響
UV-B (1.0 W m-2)や UV-A(2.5 W m -2)に青色光ランプ
(9.4 W m-2)を併用して夜間補光を終夜.14日間行った場
合の成長と着色に及ぼす影響を調べた (Table3)。無補光
区と比べて.UV-Aと青色光を併用して用いた場合や青色光
を単独で点灯させた場合は TDW.LDWおよびlAが増加
l.UV・Bまたはuv・Aの夜間補光が成長と着色に及ぼす影響 した。UV-Bと青色光を併用して用いると,無補光と比べて,
UV-B. UV-Aおよび青色光の蛍光ランプの放射照度をそ TDWおよびlAは増加したが.LDWに有意差は認められな
れぞれ.1.0 W m-2. 2.5 W m-2および 9.4W m-2に調節し かった。 アントシアニン含量は, 無裕光と比べて• UV-Bと育
て.夜間補光を終夜.14日間行った場合の影響を調べた結 色光を併用すると 7.0倍.UV-Aと青色光を併用すると 3.7倍
Table 1 Effects of supplementary lighting of UV-B, UV-A, and blue light during the night on growth and anthocyanin
content.
Light quality TDW (g planC1) LDW (g planC1) lA (cm2 planC1) Anthocyanin content (OD530 nm g FW→)
Contro¥ 0.59b 0.52 b 345 b 0.58 b Blue 1.48 a 1.32 a 776 a 1.87 a UV-A 0.63 b 0.55 b 363 b 0.74 b UV-B 0.38c 0.32c 208 c 1.83 a
The ¥evels of UV-B, UV-A or blue light are controlled 1.0 W m -2 (2.6μmol m-2 c¥ 2.5 W m-2 (7.7μmo¥ m-2 S-I) or 9.4 Wm-2
(60μmol m-2 S-I), respectively.ηle plants were harvested at 14 d (TDW, LDW and lA) and 15 d (anthocyanin) after the start
of the light treatment (14 h d→). Data are the means and SE of 10 replicate experiments (5 replicate experiments of anthocyanin content). Letters indicate significance at the p<0.05¥eve¥s determined by Turkey' s multiple range test
-36-
UV-B, UV-Aおよび、青色光の夜間補光がサニーレタスの成長と着色に及ぼす影響 161
Table 2 Effects of UV-A and blue light at equal photon f1ux density on growth and anthocyanin content
Light quality Photon flux density TDW (g planC') LDW (g planC') LA (cm2 planC') Anthocyanin content (μmol m-2 s-') (OD530 nm gFW→)
UV-A 7.7 0.61 d 0.53d 381 d 0.61 b 28 0.78c 0.69 c 448c 0.79b
Blue 28 0.98 b 0.87 b 561 b 0.70b 60 1.24 a 1.09 a 654 a 1.09 a
百letwo levels of UV-A or blue light are controlled each 2.5 W m-2 (7.7μmol m-2 s-'), 8.1 W m-2 (28μmol m-2 S-I) or 3.9 W
m-2 (28μmol m-2 c1), 9.4 W m-2 (60μmol m-2 c1). The plants were harvested at 14 d (TDW, LDW and LA) and 15 d
(anthocyanin) after the start of the light treatment (14 h ょう Statisticalanalyses are described in Table 1.
Table 3 Effects of blue lisht tOsether with UV-B or UV-A on srow仕1and anthocyanin content.
Light quality TDW (g planC') LDW (g planC1) LA (cm2 plant-1) Anthocyanin content (OD530 nm g ~1)
Control 0.77 c 0.70 a 520 c 0.55 c Blue 1.43 a 1.30 a 688 a 1.67 b UV守A+Blue 1.48 a 1.35 a 669 a 2.03 b IN-B+Blue 0.95 b 0.86 b 513 b 3.83 a
The levels of UV-B, UV-A or blue light are described in Table 1. The plants were harvested at 14 d (TDW, LDW and LA)釦 d15 d (anthocyanin) after the start of the light treatment (14 h d-1). Statistical analyses are described in Table 1.
Table 4 Effects of出eirradiating time of blue light toge出erwi出 UV-Bon growth and anthocyanin content.
Light quality Time (hour) TDW (g planC1) LDW (g planC1
) LA (cm2 planC1) Anthocyanin content
(OD530 nm g ~')
UV-B O 0.58 a 0.51 a 384 a 0.40b 4 0.50 b 0.44 b 339b 0.80 a 9 0.40 c 0.35c 240c 0.81 a 14 0.41c 0.36 c 228c 0.89 a
UV-B+Blue O 0.49 d 。目43d 322 d 0.43 a 4 0.86c 0.76 c 566c 0.92c 9 1.04 b 0.93 b 681 b 1.64 b 14 1.50 a 1.33 a 859 a 3.36a
The levels of UV-B, UV-A or blue light are described in Table 1. UV-B and blue light were irradiated for 4, 9 and 14 hours at the time of beginning of the night. The plants were harvested at 14 d (TDW, LDW and LA) and 15 d (anthocyanin) after出estart of the light仕印刷ent(14 h d-1). Statistical analyses are described in Table 1..
Table 5 Effects of the levels of UV-B irradian白 onsrowth and anthocyanin content. Light quality UV-B irradiance仰 mウ TDW(g planC') LDW (g planC') LA (cmZ planC') Anthocyanin content
(OD530nm-g FW-1)
UV-B 0 0.57 a 0.50 a 366 a 0.47 b 0.3 0.53 b 0.47 a 376 a 0.90 a 0.6 0.44 c 0.38 b 266 b 0.94 a 1.0 0.37 c 0.32 b 192 c 1.21 a
UV-B+Blue 0 1.07 a 0.94 a 633 a 1.45 d 0.3 1.15 a 1.01 a 674 a 1.78 c 0.6 0.90 b 0.79 b 546 b 2.59 b 1.0 0.86 b 0.75 b 524 b 3.21 a
百lelev官lsof UV-B was ωntrolled to 0.3 W m -2, 0.6 W m -2 or 1.0 W m -2. The levモlsof blue li喧htwere regulated at 9.4 W m-2
(60μmol m-2 S-I). The plants were harvested at 14 d (TDW, LDW and LA) and 15 d (anthocyan凶)after the start of the light
treatment (14 h d-1). Statistical analyses are described in Table 1.
-37一
162 海老1峯・庄子・加藤・下村・後藤・吉原
Table 6 Effects of the stage of blue light together with 1N-B irradiation on growth.
Stage TDW (g plant-1) LDW (g plant-1) LA (cm2 planC1)
A 1.38 b 13.7 b 1150 bc B 1.20 b 13.2 b 1011 c C 2.09 a 14.4 a 1509 a
D 2.03 a 13.0 b 1296 bc
The levels of UV-B and blue light was controlled each 0.5 W m-2 and 9.4 W m-2. (A) Control was dark at night from
transplanting to harvest. (B) The 14th-day-old plants were irradiated UV-B together with blue light for a week. (C)
The 21st-day-old plants were irradiated UV-B together with blue light for a week. (D) The 28th-day-old plants were
irradiated UV-B together wi出 bluelight for a week. The plants we閃 harvestedat 21 d after the start of the light
treatment (14 h d-1). Statistical analyses are described in
Table 1.
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0 ( 同
E 3.0 a
2.0
1.0
0.0
j 回o u -B I c 3.0
2.0
1.0
0.0
3.0
2.0
1.0
0.0 14th
21“ 28th 35th
Plant age (days old)
Fig. 2 Effects of the stage of blue light together with UV-B irradiation on anthocyanin content. The experimental light conditions of A-D were
described in Table 6. The 14-. 21-, 28-, and 35-day-old plants were harvested, respectively
Statistical analyses are described in Table 1.
に増加した。
3.消費電力を節減するための夜間補光条件の検討
夜間補光時の消費電力の節減を図るため, UV-B (1.0 W
m-2)と青色光 (9.4W m-2)のランプを併用して 14日間の夜
間補光を行う時に。ランプの点灯時間を変化させた場合の影
響を調べた (Table4)0 TDW, LDWおよび LAは,両ランプ
を同時に 4時間以上点灯させると増加し.SLAは点灯時間
が 14時間のl侍のみ減少した。また,両ランプ併用の点灯時
聞が長いほと¥アントシアニン含量がより増加した。
UV-Aや青色光のランプと比べて,UV-Bランプの放射照
度は低いにもかかわらず.成長と着色に有意な影響iを及ぼし
たので.UV-Bの放射照度を下げた場合の影響について検
討した (Table5)。無補光区と比べて,単独の UV-Bの放射
照度を高めるほどTDW,LDWおよび‘LAは減少し.アントシ
アニン含量は 0.3W m-2以上照射すると増加した。青色光
に併用する UV-Bの放射照度を 0.6W m-2以上にすると.
無補光と比べて,TDW,LDWおよび LAが減少した。青色
光に併用する UV-Bの放射照度を 0.3W m-2以上にすると.
アントシアニン含量は増加した。
サニーレタスのアントシアニン含量の増加と成長促進を両立
する条件として,UV-B (0.5 W m-2)と青色光 (9.4W m-2)の
ランプを併用することを想定し,その際に夜間補光を開始す
る生育ステージを変えた場合の影響を検討した。なお,本試
験に限り,夜間終夜補光の期間を7日間に設定した。現時有n光のA区と比較すると播種 14日目に夜間補光を開始した
B区では,すべての調査項目において有意な差異は認められ
なかったが,播種 21日目に開始した C区では, TDW,LDW
および LAが増加した(Table6)。一方,播種 28日目に開始
した D区では, TDWのみが増加した σable6)0 UV-Bと
青色光のランプを 1週間点灯させると B,Cおよび D区のア
ントシアニン含量は, A区と比べて増加した (Fig.2)。しかし,
Bおよび C区のアントシアニン含量は.点灯を止めて 1週間
後には点灯前のレベルに減少していた (Fig.2)。
考察
これまでの研究で.夜間に青色光を照射すると水耕栽培
サニーレタスの成長と着色が促進されることが確認されている
ことから 7) 本研究では夜間補光に UV-BとUV-Aを利用し
て水耕栽培サニーレタスの着色不良を改善する方法を検討
した。
自然光環境下において,昼間に 210W m-2のUV-Aを付
加照射すると,サニーレタスの着色が促進されることが報告さ
れている9)。本実験では.夜間補光の影響について調べる
ことを目的としていることから。低レベルの UV-Aの影響を確認
-38一
UV-B, UV-Aおよび、青色光の夜間補光がサニーレタスの成長と着色に及ぼす影響
した。夜間に照射する UV-Aの放射照度を 8.1W m-2に設
定しでも,着色は促進されなかった (Table2)0 UV-Aの放射
照度を過去の知見を参考にしてさらに高めれば着色を促進で
きると考えられるが, 9.5 W m-2の青色光は同レベルの UV-A
と比べて,成長と着色を促進する効果が大きいぐTable2)。
そのため.夜間補光を行う場合には,UV-Aランプよりも青色
光ランプを用いたほうが有効であると考えられる。
夜間に1.0Wm-2 の UV-B を照射することによって,書!~
補光と比べて,着色が促進されることから (Table1. 4, 5),
UV-Aよりも UV-Bのランプを用いるほうが.少ない光エネル
ギー量で着色を促進できると恩われる。青色光ほどではない
が,UV-Aの光量を増加させると,成長が促進された (Table
2)0 UV-Aランプから照射される光には,青色領域が含まれ
ているため (Fig.1),本実験で用いた UV-Aランプには,成
長を促進する効果があるのではないかと考えられる。
夜間にUV-Bを照射して水耕栽培サニーレタスを育てると,
成長が抑制された (Table1. 5)。エンドウマメの葉に UV-B
を照射すると,葉緑体のチラコイド膜に傷が生じることが示
されており,この傷による光合成活性の低下が成長を抑制
することが考察されている 14)。さらに.サニーレタスにおいて
UV-Bの放射照度が高まると光合成によって生じる酸素量
が減少することから, UV-Bは葉の光合成活性を低下させるこ
とが考察されている 15)。そのため,本実験においても UV-B
によって葉緑体のチラコイド膜に傷がつき膜上に存在する集
光性クロロフィル結合タンパク質,光反応中心,電子伝達タン
パク質の機能が低下して,光合成活性が低下するため.成
長が抑制されたのではなし、かと推察される。
UV-BにUV-Aや音色光を併用して照射すると,アントシア
ニン生合成の鍵となる CHSが相乗的に増加し 6.10.11) 音色光
によって成長が促進されることが報告されていることから 7.16)
UV-BやUV-Aを青色光に併用する実験を行った。UV-Bと
青色光を併用照射すると.他の照射方法と比べて,着色が著
しく促進されることから(Table3), UV-Bと青色光を併用した
夜間祁i光は,水耕栽培サニーレタスの着色不良を改善する
方法として有効であると考えられる。UV-Bを単独照射すると
成長は阻害されたが (Table1. 4, 5),青色光を併用すると成
長阻害は緩和されたため (Table4, 5), UV-Bを夜間補光に
利用する場合は, 青色光を併用することが重要であると思わ
れる。
夜間補光の実用的な利用を考えると,投入する光エネルギ
ーの節減が求められることから,水耕栽培サニーレタスに夜
間補光を行う際の条件を検討した。UV-Bと青色光を併用照
射する時間が4時間を越えると,有意に成長量とアントシアニ
ン含設が増加した (Table4)。屋外で行われた実験におい
てコントルタマツの菌 17)およびリンゴの花 聞を遮蔽物で渡
163
い,太陽光の曝露時間を短くすると,アントシアニン含量が低
下することが報告されている。施設内で行われた実験におい
て,サニーレタスの葉は.青色光の有無ではなく,青色光の
量の増加にしたがって,アントシアニン含量が増加する可能性
が示されている 7)。本研究において, UV-Bと青色光の光量
が増加すると,アントシアニン含量が増加することを確認して
いることからぐTable4),夜間補光によって成長と着色の両方
を促進する場合は, UV-Bと青色光を併用照射する時間を4
時間以上に設定する必要があると考えられる。
UV-Bの放射照度について検討した実験において,アント
シアニン含量は,青色光に併用する UV-Bの放射照度を 0.3
W m-2以上に設定すると有意に増加するがぐTable5),単
独で照射する UV-Bの放射照度を 0.3W m-2以上に高めて
も有意に増加しなかった (Table5)0 UV-Bによって,アントシ
アニン含量を培加する効果を大きくするためには,青色光と
併用することが重要であると考えられる。UV-Bによるサニー
レタスの成長阻害は,青色光に併用する UV-Bの放射照度
を0,6W m-2より低く設定すると軽減された (Table5)。夜
間補光に 0.3W m-2以上 0.6W m-2未満の UV-Bと9.4W
m-2の青色光を用いることによって,省エネルギーで着色を促
進する効果が得られると考えられる。また.アントシアニン生
合成に関連のある CHSの発現量は,UV-Bに音色光または
UV-Aを併用照射することによって相乗的に増加することが知
られている 6.10.11)。本実験においても.これらの知見と類似し
た遺伝子の発現制御が行われていることが予想される。
UV-Bと青色光を併用して夜間補光を開始する時期が成
長と着色に及ぼす影響を調べた。収穫時に成長量が最も大
きかったのは C区であったことから (Table6),併用照射の
エネルギー量が同じであっても,照射を開始する|時期によっ
て夜間補光の効果が異なる可能性が示された。本実験条
件では, t柄引炎 21日目:から 28日目の時期の苗が最も効率よ
く終夜の補光を葉の成長に利用できる時期なのではないかと
予測される。収穫時にアントシアニン含量が最も多かったの
はD区であることから (Fig.2),収穫直前の 1週間.UV-B
と青色光を併用照射することによって,着色不良を改善できる
ことが示された。一方で.収穫の 1週間以上前に UV-Bと
青色光の併用照射を止めると収穫日にはアントシアニン含量
が減少した (Fig.2B, 2C)。様々な植物において,アントシア
ニンの生合成には光が必要であることが報告されていること
から1.2).Fig.2のBおよびC区では,併用照射を止めてか
ら収穫日までに展開した葉のアントシアニン含量が増加しない
ので,収穫日まで夜間に終夜の補光が必要であると考えられ
る。以上より,収穫日の 1-2週間前から UV-Bと青色光を夜
間に併用照射し続けることにより.アントシアニン含量を増加さ
せ.成長もまた効果的に促進できるのではないかと考えられる。
nY
9J
164 海老津・庄子・加藤・下村・後藤・ 吉原
摘要
水耕栽培サニーレタスは,露地栽培サニーレタスと比べて,
アントシアニンによる着色量が不足し品質が低下することが
あるため,これを改善する方法が求められている。そこで,
夜間に UV-B.UV-Aおよび青色光を照射して,水耕栽培サ
ニーレタスの成長と着色を促進する方法を調べた。着色は
青色光と UV-Bによって促進されたが.成長は青色光によっ
て促進され.UV-Bによって抑制された。UV-Bと青色光を併
用して用いると成長量とアントシアニン含量が著しく増加す
ることが示された。夜間補光を実用的に利用する場合,投
入する光エネルギーの節減が求められることから,夜間補光
を行う際の条件を検討した。青色光 (9.4W m-2)に0.3-0.6
Wm-2のUV-Bを収穫日の 1-2週間前から4時間以上照射
すると,成長と着色の両方を促進できる可能性が示された。
謝辞
本研究を遂行するにあたり,ご指導をして頂いた元電力中
央研究所の羽生広道博士に深く感謝する次第である。さら
に,本研究の実施にあたり,サニーレタスの栽培と生育調査
に御協力頂いた(株)セレスの関口ひき子氏と二階堂教子
氏に,心より謝意を表する。
引用文献
1) Woodall GS. Stewart GR. Do anthocyanins play a role in UV protection of the red juvenile leaves of Syzygium? J. Exp. Bot. 49: 1447-1450. 1998.
2) Chalker-Sco抗1. Environmental significance of anthocyanins in plant stress responses. Photochem. Photobiol. 70 (1)・1-9.1999.
3) Goto E. Effects of light quality on growth of crop
plants under artificial lighting. Environ. Control in Biol. 41: 121-132.2003.
4) A・H・MackernessS. Plant responses to ultraviolet-B (UV-B: 280-320) stress: What are the key regulators?
Plant Growth Reg. 32: 27-39. 2000.
5) Mol J, Jenkins G, Schafer E, Weiss D. Signal perception, transduction, and gene expression
involved in anthocyanin biosynthesis. Crit. Rev. Plant Sci. 15: 525-557. 1996.
6) Jenkins GI. uv and blue light signal transduction in Arabidopsis. Plant Cell Environ. 20: 773-778. 1997.
7) 庄子和博,羽生広道,清水英人.青色光の夜間補光
がサニーレタスの着色と成長に及ぼす効果電力中央
研究所報告 U01009:1-32. 2001.
8) Park JS, Choung MG, Kim JB, Hahn BS, Kim JB,
Bae SC, Roh阻-1,Kim YH, Cheon CI, Sung MK, Cho
KJ. Gene up-regulated during red coloration in UV-B irradiated lettuce leaves. Plant Cell Rep. 26・507-5162007.
9) Voipio 1, Autio J. Responses of Red-leaved lettuce to light intensity, UV-A radiation and root zone
temperature. Acta Hor甘culturae.399: 183-187. 1995. 10) Wade HK, Bibikova TN, Valentine WJ, Jenkins
GI. Interactions within a network of phytochrome,
cryptochrome and UV-B phototransduction pathways regulate chalcone synthase gene expression in Arabidopsis leaf tissue. The Plant Journal. 25 (6):
675-685.2001. 11) Fuglevand G, Jackson JA, Jenkins GI. UV-B, UV-A,
and blue light signal仕ansductionpathways interact
synergistically to regulate chalcone synthase gene expression in Arabidopsis. Plant Cell 8: 2347-2357. 1996.
12) H釦刊 H,ShojiKE旺ectof blue light and red light on kidney bean plants grown under combined radiation
from narrow-band light sources. Environ. Control in Boil. 38: 13-24. 2000.
13)佐 木々政子, 竹下 秀 "UVと生物産業-UV(紫外
放射)の影響と利用 2.1太陽 UV"照明学会編,養賢
堂.東京 11-22.1998.
14) Brandle JR, Cambell WF, Sission WB, Caldwell M. Net photosynthesis, electron transport capacity and ultrastructure of Pisum sativum 1. exposed to
ultraviolet-B radiation. Plant Physiol. 60・165-1691977.
15) Bogenrieder A, KIe凶R. Die Abhangigkeit der
UV-Empfindlichkeit von der Lichtqualitat bei der Aufzucht (Lactuca sativa 1.) Angew. Botanil仁 52:283-293. 1978.
16) Hirai T, Amaki W, Watanabe H. Effects of monochromatic light irradiation by LED on the internodal stem elongation of seedlings in eggplant,
leaf lettuce and sunflower. J. SHITA 18・160-166.
2006 17) Camm EL, McCallum J, Leaf E, Koupai-Abyazan
MR. Cold-induced purpling of Pinus contorta
seedlings depends on previous day length仕eatmentPlant Cell Environ. 16・761-764.1993.
18) Dong YH, Beuning L, Davies K, Mitra D, Morris
B, Kootstra A Expression of pigmentation genes and photo-regulation of anthocyanin biosynthesis in developing Royal Gala apple f1owers. Aust. J. Plant
Physiol. 25: 245-252. 1998.
-40一