PAR、PPF、PPFD、PFDの違いを解く

執筆者 Hedy Lee | 12月 6, 2023 | blogs, グローライト | コメント0件

耳を傾け、従う (AI translation)

温室や園芸の専門家は、光測定に関するさまざまな用語に遭遇する。この記事では、PAR、PPF、PPFD、PFDの4つの用語について説明する。これらの用語は文献の中で同じ意味で使われており、混乱を招くことがある。私たちは、この問題をきっぱりと解決したい。

背景

光合成有効放射量（PAR）は、光が植物の成長と光合成に与える影響の礎となってきた。 1960年代、PARは光合成に重要な波長である400～700nmの光を測定していた。ワット毎秒（W/s）またはワット毎平方メートル毎秒（W/m²/s）のいずれかを使用した。事実上、植物の成長を誘発し、維持するために必要な光からの「エネルギー」を測定したのである。

図1 -写真：Meritt Thomas on Unsplash

PARからPPFへ

植物を理解する上で極めて重要な変化が1970年代に現れた。科学者たちは、放射線のエネルギー（ワット数）を数値化するだけでは不十分だと主張した。その代わり、光合成への影響をより直接的かつ正確に測定できることから、ワット数の代わりに放出された光子の数を測定することを提案した。

その結果、光合成フォトンフラックス（PPF）が生まれ、決められた時間内にこの臨界範囲内にある光子の数を定量化することになった（1秒あたりの光子数、μmol/s）。

図2 光の光子

PPFからPPFDへ

さらに、PPFに表面積という次元を加えた光合成光量子束密度（Photosynthetic Photon Flux Density：PPFD）へと改良された。したがって、PPF（μmol/s）は、1秒間にある表面積に入射する光子の数（μmol/m²/s）であるPPFDにつながった。表面積」が重要なのは、生産者がこのデータを使って栽培用ライトを設置し、十分な光量が栽培面積に均等に行き渡るようにできるからだ。

注：molとμmolの説明（こちら）

図3 PFFDは、波長400～700nmの表面積に1秒間に降り注ぐ光子を測定する。

図4-チラコイド膜の光エネルギー工場

PPFDからPFDへ

前述の通り、PPFDは400-700nmの間に存在する光子のみを含む。とはいえ、最近の科学的解明によって、この範囲を超えてもなお植物の生理機能に影響を与える波長の重要性が明らかになった。これには400nm以下の青色光と700nm以上の遠赤外光が含まれる。

その結果、PFD（Photon Flux Density：光子束密度）は、350nmから800nmまでのより広いスペクトルを持つ、従来定義されていなかった光合成活性域を包含する、もうひとつの改良点となった。

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図5 従来の400～700nmを超えるPFD対策

図6 – PFDは400nmと700nmを越えて広がっている。

PFDのさらなる細分化

さらに、PFDをPFD-B（ブルー）、PFD-R（レッド）、PFD-FR（ファーレッド）、PFD-UV（ウルトラバイオレット）など、より特定の色波長に細分化した。

光合成の主要な色素であるクロロフィルは、スペクトルの赤（PFD-R）と青（PFD-B）の領域で最も効率よく光を吸収する。 PFD-Bは、より短く、よりエネルギーの高い波長で、葉の拡大、枝分かれ、植物全体の構造に影響を与えるため、成長初期には不可欠である。 PFD-Rは植物の光吸収範囲を広げ、利用可能な光合成エネルギーの全体的なプールに貢献する。

PFD-FRは、PFD-Rデータとともに、種子の発芽、茎の成長、開花、結実を理解し、影響を与える上で極めて重要である。光形態形成に関する記事（こちら）を参照。

PFD-UVデータは植物の健康にとって重要である。軽度の紫外線暴露は、害虫や病原菌に対する防御など、多くの反応を引き起こす可能性がある。抗酸化物質を増やして日光から身を守り、免疫力と栄養価を高める。

図7 PFD-FR、PFD-UVの重要性

図8 – スペクトルPARメーターは色が見える

PFD測定 – スペクトルPARメーター

市場に出回っているPAR測定装置のほとんどは、量子PARメーターやセンサーであり、400-700nmの間の光子をカウントするだけで、PFDのような詳細な測定はできない。

しかし、最近では、生産者は科学に傾倒し、PFDのすべての細分化を測定するためにスペクトルPARメーターに目を向けている。スペクトルPARメーターは色を見ることができるが、量子メーターは色を見ることができない。

これらの色帯の光強度を分析・定量化することで、栽培者は温室照明のセットアップを最適化し、成長段階ごとに植物が必要とする光スペクトルを調整することができる。色波長にわたってPFDを測定するこのきめ細かさにより、植物の成長を正確に制御・促進し、光合成効率と全体的な収量を最大化することができる。

概要

結論として、PARからPPF、PPFD、PFDへの進化は段階的な発展を遂げ、曖昧さが文献や会話の中に入り込んできた。しかし、これらの用語を明確な文脈で理解することは、生産者と科学者が伝統的農業と新技術のギャップを埋めるのに役立つだろう。

PARは、植物の生育に必要な光量を測定するための包括的な用語であり、PPF、PPFD、PFDを含む。
PPF（Photosynthetic Photon Flux）は、400～700ナノメートルの範囲の光量（光子）を測定するもので、μmol/sとして測定される。
PPFD（光合成光量子束密度）は、400～700ナノメートルの光量を測定するもので、単位はμmol/m²/s。
PFD（光子束密度）は350～800ナノメートルの光量を測定し、単位はμmol/m²/s。 PFDはスペクトルPARメーターによってさらにPFD-B、PFD-R、PFD-FR、PFD-UVに細分化される。

私たちは、時に緩やかに使用されるこれらの用語を解きほぐし、あなたの知識ベースにいくらかの明快さをもたらしたことを願っている。ご質問やご意見がありましたら、コメントください。

参考文献

UPRtek –光合成の兄弟分、光形態形成

UPRtek –光合成：何が、どこで、どのように、そしてなぜ？

UPRtek –強大なクロロフィル分子。

図9 スペクトルPARメーターPPFD

ディープ・ダイブモル（mol）、マイクロモル（μmol）とは？

モルとは、キログラムやメートル、あるいは「リンゴ」のような名詞（私はリンゴを5個持っている）のような、単なる数え方のメートル法である。しかし、なぜ光子を数えるのにモルを使うのか？大きな数字を簡単に管理できるからだ。

例えば、原子、分子、光子といった小さなものは、大量に存在する。例えば、光から放出される光子の数を602,214,129,000,000,000,000,000,000光子とする。 6.02214129モルの光子と言った方が簡単だろう。小数点以下の過剰な数字が減り、管理しやすくなる！

しかし、通常、光子を数えると、602,214,129,000,000（例えば）のような数値が得られる。この場合、モル数に換算すると0.0000006022000214129モルの光子となる。しかし、1,000,000倍すると、6.02224129マイクロモル（μmol）となる。つまり、マイクロモルを使用することは、光子を数えるのに適しており、小数点以下の数字が過度に大きくなったり小さくなったりするのを避けるためのもう一つの方法なのである。

つまり、モルとは本質的に大量の何かであり、それは光子かもしれないし、リンゴかもしれない。 1モルのリンゴがあれば、太陽系の端から端までリンゴを並べることができる！