【IoP農業研究会】連載コラムNOTE（第１４回） 「光がないとはじまらない！」

本コラムは、植物生理や栽培環境の基礎について、日々の栽培における気づきや課題解決に繋がるような情報を、定期的に発信しています。お時間あるときにでもお読みください。

3月に入りました。「立春後からのこの時期は日射量急増期間です！」と以前のコラムでおつたえしたとおり、冬至時期と比べると日射量は1.5倍に増えておりまして、植物の生長速度も一段階上がりそう！となったところで、このところは曇雨天続きの天候予報．．．栽培環境としては気の抜けない3月になりそうです。

そんな曇雨天続きで日射が少なくても、どうにかして光合成を稼いで良好な植物の栄養状態がキープできれば、天候回復とともに樹勢回復も早まることはまちがいないので、今回は光合成についてのお話で進めていきたいと思います。

植物が自ら成長するために必要となる栄養を作り出す働きが光合成であり、光合成は光と水とCO2（二酸化炭素）を材料にして葉っぱで糖が作られますが、こうした内容は中学生の理科でも習いますね。でもこれだけだと栽培にはあまり参考にならないレベルですので、ここでは一歩進んだ内容で光合成の動きをお伝えいたします。

光合成では「光化学反応」と「炭素固定反応」とよばれる2つのステップを踏んで、上の化学式のように糖を生成しています。

① 光化学反応

その名のとおり、葉の中の細胞にある葉緑体が光エネルギーを受けて、水の分子を分解して電子を取り出します。この電子が、葉内を伝達していく過程で光合成に必要な物質を作りだしています。ちょっと難しくなってきましたが、要は第一ステップの光化学反応は、「光エネルギーによって糖をつくる原料物質をつくる段階」と認識できれば良いと思います。

② 炭素固定反応

第2ステップの炭素固定反応では、前段階でつくられた物質をつかって、気孔から取り込まれたCO2を糖に変換していきます。この作業が行われる場所を「カルビン回路」と呼んでいます。

ここで重要なのは、実際に糖をつくる第2ステップのカルビン回路は、第1ステップでつくられる物質がないと動かないということです。つまり光がなければ第１ステップでの物質は作られず、それがなければ第２ステップに進めないということになり、「夜間には光合成が行われない」という道理が合いますね。まさに「光がなければはじまらない！」のです。

もう一つ重要な点は、光エネルギーで物質が生成されたとしても、第2ステップで使うCO2が十分になければ、糖を作る働きは鈍くなってしまうことです。

これら光の強さとCO2濃度が、光合成による糖の生産能力に大きく依存しますので、栽培においてはこの2つをしっかりと意識して、光合成能力をできるだけ高めて、植物体の栄養状態を良好に保っていく意識が大切です。

ここからはIoP研究で開発された植物生理生態AIエンジンを利用した光合成量シミュレーターをつかって、日射強度とCO2濃度によって光合成能力がどの程度影響を受けるかを見てみましょう。

下のグラフは日射強度を０～９００Wに変化させた時のキュウリ・ピーマン・ナスにおける光合成速度（光合成能力の瞬間値）をシミュレーションしたものです。光合成能力に影響するその他の環境要因は固定値（CO2濃度:４００ｐｐｍ・気温：20℃・湿度：８５％）としています。

どの品目も日射がゼロであれば光合成は働かず、日射が増加するにしたがって光合成速度もあがっているのが分かると思います。

キュウリとピーマンについては日射増加にともなう光合成速度増加率がナスに較べて高くなっていますが、５００W程度まで日射が強くなると光合成能力の限界に達するようです。ナスについてはキュウリ・ピーマンほど日射への反応が高くはないものの、日射が５００Wを越えても上昇は継続しています。

日射を受けて始まる光合成の第一ステップである「光科学反応」は、ステップ２でカルビン回路を動かして糖の生成作業を行うために必要な物質をつくる段階ですが、ここでのグラフの変化はその物質が作られる量に類似しているとも考えられますね。

次に光合成の第2ステップ「炭素固定反応」の動きをみるために、CO2濃度による光合成速度の影響についてシミュレーションしてみます。

こちらは、日射量：２５０W、温度：２０℃、湿度：８５％で固定して、CO2濃度を２５０～７００ppmに変化させたときの光合成速度を表しています。

大気のＣＯ２濃度は約４００ppmですが、ハウスの天窓が閉まったままの状態で第２ステップにおけるカルビン回路の動きが盛んになれば、材料であるＣＯ２の濃度は下がって糖の生産量も低下しますし、天窓を開けて外気のＣＯ２を取り込んだり、ＣＯ２施用機で濃度を高めれば、糖の生産量は高まります。こうした環境を想定して、ＣＯ２の過不足の影響がどの程度あるのかをみてみましょう。