水菜の光合成測定

2018年11月22日 - 未分類

CAM型光合成植物であるアロマティカスは、なかなか、挙動不審なところがある（夜間にCO2を葉っぱの中に蓄積して、光が当たると蓄えたCO2を放出しながら光合成をする）ので、もっとシンプルなC3型光合成植物の水菜で、光合成測定実験をしてみました。C3型光合成植物は、光が当たると光合成をし、光がなくなると光合成が停止する単純な仕組みです。今回は、ポンプで養液を汲み上げて給水する水耕栽培にも対応できるように、ポリ袋による密封を工夫してみました。

先ず、密封すべきは、アイティプランターの養液タンクから上の部分であり、養液ポンプ、栽培トレイ、苗、センサ及びペルチェ部分になります。

アイティプランターの内部容積から、W250mmXD250mmX350mmの立方体領域を密封します。

密封に必要なポリ袋は、W500mmXH350mmです。規格品では、400×600が最も近いサイズになります。

ポリ袋の開放部は、下側にして使います。先ず、ポリ袋の中央を折りたたんで、250mm幅にして立方体にします。上部にマチを取ると立方体にできます。

次に、苗と養液を苗トレイにセットしたアイティプランターの養液タンクの上に被せます。養液ポンプは、ポリ袋の中に入れて、ポンプの配線をポリ袋に裂け目を入れて取り出して、裂け目はテープで密封します。この時、ポリ袋の底面開口部は、養液の水面以下になっている必要があります。ポリ袋の底面開口が養液水面以下にあるので、アイティプランターへの養液給水は、通常通りに行うことができます。

ITBOXの左右壁面の上部に両面テープを貼って、ポリ袋がずり落ちないように固定します。

さらに、ポリ袋の背面部分に切れ目を入れて、ペルチェユニットが付いた背面パネルを入れて、アイティプランターに取付けます。取付けた後、背面パネルとポンプの隙間をテープで塞ぎます。これで、密封完了です。

C3型光合成をする水菜は、暗期には、呼吸によりCO2を排出するので、CO2濃度が増加します。明期には、光強度に応じてCO2げ減少します。下のグラフは、１１時から１２時までの１時間は暗期にして、１２時からLEDをライトを当てた時のCO2の変化を示しています。

CO2が減り続けている限り、光合成が進行していることになります。CO2とは逆に、O2は増加していきます。これは、光合成によりO2が生産されているからです。

O2の増減は、CO2と比較して小さなものになります。

光合成が続いていけば、いずれは密閉空間内のCO2濃度が低下しますが、植物の成長に十分な量のCO2は確保されていると思われます。

密封したために、密封内部の湿度は９０％RH近くになりました。温度２４度一定で、しばらく、栽培して様子を見てみます。

１日のCO2,O２,TVOCの変動を記録しました。

光強度は、７:00 PWM 30%、10:00 PWM 60%、12:00 PWM 90%、14:00 PWM 60%、19:00消灯です。

CO2は、光強度に、すばやく追従しています。PWMとCO2減少量が比例しないのは、大きなPWMで光飽和が生じているからだと考えられます。

そもそも、CO2は暗反応で消費されるために、CO2濃度が低下します。光に無関係な暗反応なのに光に追従しているのは、光があたることで気孔が開いたためではないかと思われます。

O2の変動は、点灯時にO2が増加していますが、光強度が強まるとO2が減少しています。光が90％から60％に減るとO2が増加しています。消灯時にも一旦、減少しています。O2は、光合成での水分解で出てきます。生成されたO2は呼吸で消費される分もあり、気孔から出てくるO2は多くはありません。

TVOCは、点灯時に増加し、消灯時には減少しています。これも気孔の開閉に関係しているように思われます。ところどころ、謎のピークが観測されています。CO2変動とは、かなり異なっていますね。

光合成が盛んに行われていれば、CO2は減少し、O2は増加するはずです。しかし、O2は生成されても、すぐには外には出てこないようで、遅れ時間があります。また、O2変動量も数ppmと、極、微量です。

光強度が高くなると、光呼吸も始まり、ATPを使ってO2をCO2に変換する現象も起きます。光呼吸は、エネルギーを消費するために、光呼吸が生じない光量にするのが適切だと思われます。

LEDライトの強度とCO2,TVOCを並べて比較してみました。PWM90%の場合とPWM60%の場合では、CO2の減少量は大差ありませんが、PWM30％になると大きく変化しました。TVOCの異常なピークは、写真撮影時のLED点灯に関係ありそうです。