非線形振動子制御理論を用いた植物概日時計制御技術の構築

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植物工場の主要な生産品目であるリーフレタスを用い、これまでの研究で示された概日時計の位相応答曲線（PRC）の計測手法とPRCに基づいた栽培環境設計の有効性を検証した．まず，先行研究で示されたPRC推定手法の有効性を検証した．実験では遺伝子組換えリーフレタスを用い，発光計測により時計遺伝子CCA1のリズムを計測した．恒明条件下で11日経過させた後，暗期・温度刺激を加え応答を計測した．結果，恒明条件下では時間経過によりリズムの振幅が0に至り，この状態での刺激によりリズムが特定の位相・振幅にリセットされることが確認できた．さらに，それぞれの刺激に対する応答が，シロイヌナズナの応答特性と類似することが分かった．次に，概日時計の時空間パターンを用いたPRC計測手法の有効性を検証した．植物の概日時計では自発的あるいは環境制御により，根や葉の中に複数の位相が存在する時空間パターンが現れる．この状態で刺激を与えることで全ての位相に対する応答を一度に計測できる．この手法を用いてリーフレタスのPRCを計測した．結果，リーフレタスにおいても根と葉に時空間パターンが現れ，この状態での刺激に対する応答からPRCを計測することができた．最後に，リーフレタスを用いてPRCに基づいた栽培環境設計の有効性を検証した．明暗と冷温サイクルの複合環境においてそれぞれの時差を変化させ概日リズムと生育を計測した結果，シロイヌナズナと同様にサイクル間の時差により生育量が変化し，この変化に概日リズムの振幅と正の相関があることが分かった．また，PRCを用いたシミュレーションにより，振幅の変化が予測できることが分かった．これらの結果を組み合わせ，PRCに基づいて環境の変化に対する生育量の変化を予測できることが確かめられた．以上の結果から，概日時計の応答特性を植物工場での栽培に応用するための一連の計測手法と利用方法を提案した．