植物工場は「環境制御や自動化など，ハイテクを利用した植物の周年生産システム」であり，光源まで含めて，全てを人工環境で構成したものを完全制御型植物工場，光については太陽光を利用するものを太陽光 (自然光) 利用型植物工場とよぶ。

特徴は，あらゆる環境条件を制御し，植物の成育に最も適した環境を作り出すことによって，高品質の作物を促成的，周年的に栽培できることである。また，気象，気候の影響を受けないため，どのような場所，地域であっても任意の作物を生産することができる。制御する環境要素は，気温，湿度，光強度，波長，明暗周期，養液組成，濃度，pH，二酸化炭素濃度などである。いずれもセンサーによって現在値を測定しつつ，コンピュータによって制御され，一定制御，変動制御を栽培植物に合うように任意に行うことができる。

このような環境制御を効率良く行うために，栽培室は断熱材のパネルで作られ，気密性が高く作られているので，二酸化炭素の制御を行う際に効率が良く，また，栽培室内を清潔に保つことができる。このことにより，無菌に近い作物を作ることができ，病害虫が発生しないので農薬を使う必要がないなど，ウィルスフリー・無農薬という付加価値をもった野菜を生産することができる。さらに閉鎖性の高さを活かし，遺伝子組換え作物の栽培も安全に行うことができ，加工施設と一体化することにより，遺伝子組換え作物そのものは施設外に出さず，生産品のみ出荷する加工工場を作ることもできる。この他，栽培室内の植物のレイアウトを任意に決められるので，自動化，省力化のための機械導入が容易であるなどの利点もある。

植物工場では，栽培室内を清潔に保つために，多くの場合において土耕栽培は行わず，滅菌が容易な水耕栽培システム，養液栽培システムを用いて栽培を行うことが一般的である。水耕栽培は養液栽培の一形態で，培地に培養液のみを用い，根全体が培養液に浸かっている状態で栽培するものを水耕栽培，植物の支持材に固形材を用い，養分として培養液を供給するものを固形培地耕と呼ぶ。養液栽培のメリットとして，養液濃度，pH，組成を容易に制御できるため，植物に合わせた最適条件を実現できること，養液の温度制御が容易であることなどが挙げられる。長期にわたって栽培を行う場合には，紫外線による滅菌装置が配管系に組み込まれ，連続的な滅菌が行われる。

植物工場は優れた点を多く持つにもかかわらず，現在普及しているとは言いがたい。その原因は，建設費，ランニングコストが高額であるのに対し，生産費の価格が低く，全く採算が確保できないことにある。完全人工環境型植物工場において，人工光源による照明では，得られる光強度は30,000 luxほどとなり，自然条件下では曇天日の日射量に相当する強度となる。また，植物工場で多用される栽培法は水耕栽培であり，光強度と合わせ，多くの場合はリーフレタスなどの葉菜類が栽培される。一般的に葉菜類は安価でなくては売れないため，促成栽培，周年栽培により，出荷サイクルを短縮しても初期コスト，ランニングコストを回収しきれない。このため，より強い光環境を実現し，栽培品種の多様化を図るために考案されたのが太陽光利用型植物工場である。しかし，空調，補光のための電気代など，ランニングコストの低減は難しく，人工光型，太陽光利用型のいずれについても現状では採算性がない状態である。

このため，採算性の高い実用的な植物工場を実現するために，

• 高価格で販売できる新たな栽培植物の開発
• ランニングコストを低減するための新たな機器の開発

などの研究が行われている。

薬用植物は薬用に用いる植物の総称であり，ハーブやスパイスなども含まれる。

薬用植物は，主に漢方薬 (和漢薬) に配合される生薬の原材料となるものが注目されている。日本では消費する生薬の約8割を輸入に依存しており，そのほとんどが中国産である。日本における和漢薬の使用量は増加傾向にあり，高品質で安定的な生薬の供給が望まれるが，主要輸出国の中国の経済発展による国内消費量の増加と乱獲による品質低下，それに伴う輸出規制などにより，供給の不安定化と価格の高騰が危惧されている。そのため，薬用植物の国産化事業が進められている。

しかし，生薬の材料となる薬用植物の供給はこれまでは天然物の採集によっており，一部を除いて栽培は行われておらず，栽培方法が確立されていない。また，効率的生産には欠かせない，栽培用品種の育種，農薬の開発と認可，農業機械の開発が進んでおらず，いまだ試行の段階にある。さらに，日本で栽培すると薬効成分を充分産生しない事例もある。薬効成分，すなわち二次代謝物質の役割のひとつに環境耐性があり，それらは低温，乾燥，紫外線など，植物の成育を阻害する環境下にあるときに高発現する。これらの気候条件が日本と原産国で異なるために薬効成分を産生しなくなると考えられる。

薬用植物の効果的な国内栽培を実現するためには，以下の様な研究が必要である。

• 薬用植物の成育に適した環境(光，温度，湿度，水分環境など)の解明
• 薬用成分を産生するために必要な環境条件の解明

地衣類(ちいるい)とは，菌類と藻類で構成された共生生物であり，菌類に分類される生物である。「コケ」は「木毛(こけ)」とも書き，小さな植物の総称として用いられてきた。そのため，コケ植物，地衣類ともに「コケ」の名がつけられているが，両者は根本的には異なる生物である。

地衣類は世界全体で約2万種が知られており，日本では2千種程が確認されている。地衣類を構成する菌類(地衣菌と呼ばれる)は子嚢(しのう)菌と担子(たんし)菌の仲間であり，日本の地衣類の97%は子嚢菌の仲間である。また，世界中の子嚢菌のうち，4分の1は地衣化していると考えられているが，分子生物学的な研究により，一度地衣化した後，非共生菌に戻ったと考えられている菌も存在する。共生藻は，トレボウクシア(Trebouxia/Asterochloris)，コッコミクサ(Coccomyxa)，クロレラ(Chrollera)などの緑藻類と，ノストック(Nostoc)，アナベナ(Anabaena)などのシアノバクテリアの二種類であるが，地衣類によっては，緑藻とシアノバクテリアの両方を共生藻として持つものや，生育環境によって主たる共生藻を緑藻からシアノバクテリア，シアノバクテリアから緑藻と切り替え，その際に地衣体の形が完全に変わってしまうものもある。また，共生パートナーを厳密に識別し，特定の藻類とのみと地衣化できる地衣類がある一方で，近縁であれば比較的柔軟にパートナーを選べる地衣類もあるとされている。

地衣類は形状によっておおまかに樹状，葉状，痂状(かじょう)に分類することができる。樹状地衣類は樹皮，岩上，地上などに生育し，枝分かれした小さな樹木状の地衣体が着生基物から立ち上がる形態をしている。葉状地衣類は，植物の葉の様な地衣体が鱗状に重なり合い，樹皮や岩上に円形に平たく着生する。痂状地衣類は樹皮，岩上に不定形に密着するように生育し，樹木や岩の表面に特徴的な文様を描く。

地衣類は日射や乾燥などから藻類を保護し，藻類にとって不都合な乾燥や強い紫外線を防ぎ，かわりに藻類が光合成によってつくり出す同化産物を栄養源として生育している。地衣類を特徴付けるものとして，特異な二次代謝物質＝地衣成分がある。地衣成分は他の生物にはあまり見られないデプシド類，デプシドーン類，ジベンゾフラン類の化合物で，1000種以上の化合物が知られている。地衣成分の役割は，環境耐性(ラジカル補足，紫外線防御，耐冷，耐乾燥)，生物防御(対昆虫，対カビ，対細菌，対植物)などであると考えられているが，このような機能は古くから注目されており，染料・香料・民間薬などに利用されてきた。近年の研究でも，イワタケ(Umbilicaria esculenta)に含まれる地衣成分はコレステロールを低下させる機能を持つことが明らかにされており，他にもチロシナーゼ阻害，キサンチンオキシターゼ阻害，薬理活性を持つ地衣成分が見つかっている。

地衣類はあまり研究が進んでいない生物であり，我々の研究室では以下の様な研究を行っている。

• 医薬品，化粧品などに利用できる新たな地衣成分の発見
• 地衣菌培養物が生合成する新規生物活性物質の探索
• 分子生物学的手法による地衣類の分類方法の確立
• 地衣菌と共生藻以外の地衣内生菌などの分離，分類

地中熱について

土壌は粘土，砂などの土粒子と土壌空隙中の水で構成されており，日中は日射によって地表面が温められ，熱の一部は大気への熱伝達および対流(顕熱)，地表面での水の蒸発に伴う水蒸気の移動(潜熱)で上方に輸送され，残りが下方に輸送される(地中熱流)。一方，夜間は大気温度より地表面温度が高いため，熱は上方へと移動する。このため，地表面温度は一日の間で著しく変動し，隣接する浅層土壌の温度も熱移動の方向に依存して大きく変動する。しかし，この熱変動は深さ50cm以上になると日変化がほとんど見られなくなり，9m以上の深さになると年変化もほぼなくなり，一年を通して11～12^oCの地温を示す。このように温度の年変動がなくなる土層を不易層と呼ぶが，夏の平均気温に対しては低く，冬の平均気温に対しては高いという特徴がある。

土壌が熱を保持する能力は，土壌の種類や含水量，地下水の影響を受け，特に地下水の影響が大きい。水は熱容量の大きい物質であり，土粒子間に必ず空隙が存在する土壌に比べて蓄熱量が大きい。従って，地下水位が高いほど，また地下水量が多いほど蓄熱量が多く，地下水を汲み上げてかけ流すことで冷却・加温ができるなど，利用もしやすい。地中熱とは，これら土壌・地下水が蓄積した熱，あるいは汲み上げられた地下水の熱のことを指す。

ヒートポンプについて

ヒートポンプとは低温の熱源から熱を汲み上げ，高温の水や空気を作り出す装置である。熱力学的に自然な移動方向と逆に熱を移動させる(汲み上げる)ためにエネルギーを必要とする。原理としては，液相と気相に相変化する際の気化熱と凝縮熱を利用して熱を移動させる。

エアコンの冷房に例えれば，室内空気(ヒートタンク)中におかれた蒸発機(エアコンの室内機)において，冷媒液を蒸発させて気化熱で空気から熱を取り出す。ガスとなった冷媒を圧縮機で断熱圧縮により高温ガスにし，室外の空気(ヒートシンク)中で凝縮，液化させて凝縮熱を外気に移す。これにより，外気より低温な室内空気から外気へ熱が移動し，室温が下がる。圧縮機の駆動と冷媒循環のために電気エネルギーが必要であり，ヒートタンクとヒートシンクの温度差が大きいほど多量のエネルギーを必要とする。また，室外をヒートタンク，室内をヒートシンクとして，ヒートポンプを逆方向に運転すれば暖房もできる。

地中熱ヒートポンプについて

地中熱ヒートポンプは，熱源(ヒートタンク)に地中熱を利用し，施設内の冷暖房などに利用するものである。例えば夏期の冷房では，温度の高い空気から温度の低い地中へ熱を移動させるため，一般的なヒートポンプに比べると少ないエネルギーで冷房することができる。このため，近年では公共施設や一般住宅の冷暖房用途での導入が進んでいる。ただし，地中熱ヒートポンプを使う際には，50～100m深の縦穴(採熱井)をボーリングしなければならず，敷設費用は非常に高額になる。

農業生産と地中熱ヒートポンプ

日本は世界的に見ても施設栽培が盛んであり，付加価値の高い園芸作物の栽培により，高い収益が得られている。個人経営の農家が所有する栽培施設はほぼビニールハウスであり，建設コストは低いが，保温性は限定的であり，とくに東日本では冬期夜間の暖房は必須である。暖房方式は重油を用いた温風暖房であり，原油価格の変動で収益が変動するため，安価でコストが安定した新しい暖房方式の導入が望まれている。

我々の研究室では，導入コストを低く抑えることができる浅層地中熱ヒートポンプシステムを栽培施設に導入することの有効性について研究を行っている。浅層地中熱とは，一般的な50～100m深の地中から再熱するのではなく，2～3m程度の地表面近くに熱交換器を埋めて採熱するもので，地温の日変化，年変化が大きいため，一般的な地中熱ヒートポンプシステムに比べて採熱効率は低下するが，施工費用は低く抑えられる特徴がある。具体的には，以下の様な課題の解決に取り組んでいる。

• 浅層地中熱ヒートポンプシステムの熱交換効率の検証
• 効果的な冷暖房方式の検証