JP2014128253A - 微小生物用環境応答調査装置及び微小生物用環境応答調査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】任意の地点の自然環境と同等の環境条件を実現でき、かつ、省エネルギを指向した微小生物用環境応答調査装置を提供する。
【解決手段】伝熱および換気によるエネルギの入出力が抑制された微小生物用環境応答調査装置において、環境センサで測定した任意の地点の光強度、日長時間、気温、湿度、風向、風速、降雨のうち少なくとも一つのリアルタイムの自然環境データ、既取得済みの任意の地点の自然環境データ又は任意の仮想の自然環境データを用意する。光強度、日長時間、気温、湿度、風向、風速、降雨のうち少なくとも一つを検知する環境センサと、照明装置、空調装置、加湿装置、除湿装置、撹拌装置、および降雨装置のうちの少なくとも一つと制御コントローラを備えていて、光に不透明であり、かつ、伝熱および換気が抑制された構造物で囲まれた空間内で、冷暖房に係るエネルギ消費を抑制しつつも、微小生物の環境応答を調査する。
【選択図】図１

Description

本発明は、省エネルギを指向した微小生物用環境応答調査装置及びこれを用いた微小生物用環境応答調査方法に関する。

農作物生産現場（以下、生産現場）で見られる動物類（とくに害虫）、植物類（植物苗など）、菌類、バクテリア類、ウイルス類（以下、微小生物）の生長、発育、生殖、捕食、感染等におよぼす環境の影響（以下、環境応答）を、自然環境のような変動する環境下で定量的に把握できれば、実用的にも学術的にも大きな成果が得られる。

それも簡易で、かつ、電気エネルギ消費を抑えたシステムを構築することにより微小生物の環境応答が把握できるようになれば、生産者、種苗業者、農薬会社など生産現場のニーズに迅速に答えられる。他方で、生産現場のニーズに対応することは、高品質な植物生産や減農薬化・無農薬化に繋がり、ひいては、一般消費者の食の安心、かつ、安全に対するニーズへの対応にも繋がる。

従来、微小生物の環境応答は、エネルギ輸送の面から見ると開放的な温室、および、比較的閉鎖的なグロースチャンバの一方を用いて調査されてきた。

温室の場合、自然環境の変動を再現させることはできるが、物理的、生物的外乱の一方により多大な電気エネルギ投入を必要とする。これは、熱エネルギ輸送の観点からみると、温室は閉鎖的な空間ではないためである。これまでに、特許文献１では、遺伝子組み換え作物を対象として、温室外部の環境センサで取得したデータを利用して温室内部で自然環境を再現することを試みている。

一方、グロースチャンバの場合、自然環境と同じように変動する環境を再現することはなく、特に微小生物の環境応答を調査する場合は一定、または、ステップ状の環境を再現して与えるにとどまる。

特開２０１０−８１８７７号公報

森樊須編、「天敵農薬―チリカブリダニ その生態と応用―」、１９９３年、（社）日本植物防疫協会、１３０ページ

しかし、熱帯に位置する温室において、寒帯、または、亜寒帯の自然環境を真夏に再現するには、温室内の気温の維持、すなわち冷房にかかわる電気エネルギ消費は莫大になり、場合によっては冷凍機の容量以上の冷房負荷が発生し、温室内の気温を制御できなくなる。逆に、寒帯に位置する温室において、熱帯、または、亜熱帯の自然環境を真冬に再現する場合にも、同じ問題が生じる。

特許文献１のような温室の場合、環境制御をする空間は比較的大きく、したがって、参照元の環境の急変に対応しようとした場合、迅速にはできずに遅れが生じる場合がある。また、温室内空間の容積は、微小生物の環境応答を調査するには大きすぎるために、環境制御の遅れやエネルギ消費の増大とともに、スペースの利用効率低下につながる。自然光を利用するために平面的にしか設置できないという温室の特性自体もスペースの利用効率向上には足かせとなる。

またグロースチャンバ等で得られた微小生物の環境に対する反応は、一定の環境を与えるために、変動する自然環境におけるそれとは異なる場合がある（たとえば、上記非特許文献１参照）。したがって、生産現場で真に必要とされる複合的な環境の影響に対する微小生物応答に関する情報を適切に提供できない危険性がある。この問題を解決するためには、任意の複数地点の自然環境における微小生物の環境応答を迅速に把握し、新薬の開発、生物農薬の利用法開発など技術開発推進につなげる必要がある。

そこで、本発明は、前記課題を鑑み、任意の単一、または、複数地点の自然環境に対する微小生物応答を定量的に把握することのできる微小生物用環境応答調査装置及び微小生物用環境応答調査方法を提供することを目的とする。また、微小生物の環境応答の調査にかかわる電気エネルギ投入の最小化も目指す。

上記課題を解決する本発明の第一の観点に係る微小生物用環境応答調査装置は、伝熱及び換気によるエネルギの入出力が抑制されている微小生物を収容する構造物と、構造物で囲まれた空間内部の環境を制御する制御機器と、任意の地点の自然環境データにもとづいて制御機器を稼働させて、任意の地点の自然環境を構造物内に作り出す制御手段と、を備えていることを特徴とする。

また、本発明の第二の観点に係る微小生物用環境応答調査装置は、限定されるわけではないが、第一の観点において、構造物は断熱性素材が封入された板部材で構成され、板部材の接合面のすき間は密封され、板部材の任意位置には微小生物を出し入れするための開閉可能な出し入れ口が設けられ、かつ、出し入れ口と板部材のすき間は弾性部材でふさがれていることが好ましい。

また、本発明の第三の観点に係る微小生物用環境応答調査装置は、限定されるわけではないが、第一又は第二の観点において、任意の地点の光強度、日長時間、気温、湿度、風向、風速、及び、降雨のうち少なくとも一つを検知するセンサを備え、制御機器は、センサにより得られたデータにもとづいた環境を再現するための照明装置、空調装置、加湿装置、除湿装置、撹拌装置、および、降雨装置のうちの少なくとも一つを含むことが好ましい。

また、本発明の第四の観点に係る微小生物用環境応答調査装置は、限定されるわけではないが、第三の観点において、通信回線を介してセンサが検知するデータを取得する通信部を備えることが好ましい。

また、本発明の第五の観点に係る微小生物用環境応答調査装置は、限定されるわけではないが、第三又は第四の観点において、制御機器は、照明装置、加湿装置、除湿装置、撹拌装置、および、降雨装置のうちの少なくとも一つからの熱エネルギ発生と、構造物の伝熱および換気による熱エネルギの流入とを抑制することにより、構造物で囲まれた空間内の気温を低下させる際の空調装置のエネルギ消費を低減させることが好ましい。

また、本発明の第六の観点に係る微小生物用環境応答調査装置は、限定されるわけではないが、第三又は第四の観点において、制御機器は、照明装置、加湿装置、除湿装置、撹拌装置、および、降雨装置のうちの少なくとも一つからの発熱を利用することにより、構造物で囲まれた空間内の気温を上昇させる際の空調装置のエネルギ消費を発生させないことが好ましい。

また、本発明の第七の観点に係る微小生物用環境応答調査装置は、限定されるわけではないが、第一乃至第六の観点のいずれかにおいて、限定されるわけではないが、構造物内において、昆虫類、植物類、ダニ類、菌類、バクテリア、及びウイルス類のうちのすくなくとも一つ以上の環境応答を調査するために用いることが好ましい。

また、本発明の第八の観点に係る微小生物環境応答調査方法は、第一の観点に係る微小生物環境応答調査装置を複数台設置して微小生物用環境応答調査装置群とし、微小生物用環境応答調査装置群の設置地点において、任意の複数地点の自然環境にもとづき前記構造物内のそれぞれの空間で微小生物の環境応答を調査する。

以上本発明によれば、構造物内において、任意の地点の自然環境を再現でき、よって、構造物内の微小生物の環境応答を定量的に把握することができる。また、構造物内の伝熱および換気による熱エネルギの入出力を抑制しているため、構造物内の主に気温の維持にかかわる電気エネルギ投入を低減できる。

また本発明の第二の観点に係る構成によれば、構造物として用いる断熱性素材が封入された板部材により、構造物内に貫流する熱エネルギを抑制できる。また、構造物の板部材の接合面および出し入れ口の接合面を塞いで構造物内外のガス交換を抑制することにより、構造物内に換気により流入する熱エネルギを抑制できる。電熱および換気により流入する熱エネルギの抑制により、前記構造物内の気温を調節するために必要な電気エネルギを低減できるといった効果がある。

また本発明の第三の観点に係る構成によれば、構造物内において、任意の地点の光強度、日長時間、気温、湿度、風向、風速、雨量のうち少なくとも一つを再現できるといった効果がある。

また本発明の第四の観点に係る構成によれば、構造物内において、前記任意の地点におけるリアルタイムの自然環境データ、既取得済みの任意の地点の自然環境データ、または、任意の仮想の自然環境データを再現できるといった効果がある。

また本発明の第五の観点に係る構成によれば、構造物内の気温を低下させるために要するエネルギ消費を抑制できるといった効果がある。

また本発明の第六の観点に係る構成によれば、構造物内の気温を上昇させるために要するエネルギ消費を抑制できるといった効果がある。

また本発明の第七の観点に係る構成によれば、微小生物用環境応答調査装置において、任意の地点における植物類、昆虫類、ダニ類、菌類、バクテリア類、または、ウイルス類のうちの一つ以上の環境応答を調査できるといった効果がある。

また本発明の第三の観点に係る構成によれば、微小生物用環境応答調査装置の複数台を多段棚に設置して微小生物用環境応答調査装置群として使用することによって、微小生物用環境応答調査装置群の設置地点において、スペースの利用効率を向上しつつ、構造物それぞれの空間内で任意の複数地点の自然環境に対する微小生物応答を調査できるといった効果がある。

実施形態に係る微小生物用環境応答調査装置を示す模式図である。 実施形態に係る微小生物用環境応答調査装置群を示す模式図である。 京都府京都市における２０１０年７月５日の気温（ａ）と実施形態に係る微小生物用環境応答調査装置で再現した気温（ｂ）の経時変化を示す図である。 京都府京都市における２０１０年７月５日の気温と実施形態に係る微小生物用環境応答調査装置で再現した気温の関係を示した図である。 京都府京都市における２０１０年７月５日の相対湿度（ａ）と実施形態に係る微小生物用環境応答調査装置で再現した相対湿度（ｂ）の経時変化を示す図である。 京都府京都市における２０１０年７月５日の相対湿度と実施形態に係る微小生物用環境応答調査装置で再現した相対湿度の関係を示した図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態の具体的な例示的な記載にのみ限定されるわけではない。

図１は、本実施形態に係る微小生物用環境応答調査装置を示す図である。本図で示す通り、本微小生物用環境応答調査装置は、任意の地点１００の環境を計測する環境センサ１１０、光に不透明であり、かつ、断熱性能を有する構造物２００、構造物２００で囲まれた空間の環境を計測する環境センサ２１０、構造物２００で囲まれた空間の環境を調節するための制御機器２２０および制御コントローラ２３０、環境センサ１１０の自然環境データを通信回線３００を介して出力する通信部１２０、環境センサ１１０の自然環境データを通信回線３００を介して取得する通信部２４０により構成されている。

構造物２００で囲まれた空間には、植物類、昆虫類、ダニ類、菌類、バクテリア類、または、ウイルス類のうちの一つ以上を収容して、複数の生物と自然環境などとの間の相互作用を調査する。

構造物２００は、金属、または、プラスチックで補強された硬質ポリウレタンなどの断熱材により構成される必要がある。断熱材自体の強度により、構造物２００の構造が維持できるのであれば、断熱材を金属、または、プラスチックで補強する必要はない。断熱材を金属で補強する場合には、金属の熱貫流係数は大きいので、熱橋が生じないようにする。構造物２００の断熱によって、構造物２００内の空間の空気調和にかかわる電気エネルギ消費の低減を図る。

構造物２００で囲まれた空間の換気は抑制する。構造物２００に開閉可能な出し入れ口がある場合、出し入れ口を閉じた際に生じる隙間は、伸縮性のエラストマなどでシールする。出し入れ口以外の隙間は、充填剤などを使用してシールする。構造物２００の換気の最小化によって、構造物２００内の空間の主に気温制御にかかわる電気エネルギ消費の低減を図る。

環境センサ１１０は、光強度、日長時間を計測する日射センサ１１１、気温を計測する温度センサ１１２、湿度を計測する湿度センサ１１３、風向を計測する風向センサ１１４、風速を計測する風速センサ１１５、降雨を計測する降雨センサ１１６のうち少なくとも一つにより構成されるセンサであり、任意の地点の自然環境を測定する。

環境センサ２１０は、光強度、日長時間を計測する日射センサ２１１、気温を計測する温度センサ２１２、湿度を計測する湿度センサ２１３、風向を計測する風向センサ２１４、風速を計測する風速センサ２１５、降雨を計測する降雨センサ２１６のうち少なくとも一つにより構成されるセンサであり、構造物２００で囲まれた空間の自然環境を測定する。

制御コントローラ２３０は、環境センサ２１０の測定値が目標値となるように制御機器２２０を制御する。ここで目標値には、環境センサ１１０による任意の地点１００におけるリアルタイムの自然環境データ、既取得済みの任意の地点１００の自然環境データ、または、任意の仮想の自然環境データを用いる。

制御機器２２０には、環境センサ１１０による任意の地点１００におけるリアルタイムの自然環境データ、既取得済みの任意の地点１００の自然環境データ、または、任意の仮想の自然環境データを、構造物２００で囲まれた空間において再現するために使用される照明装置２２１、空調装置２２２、加湿装置２２３、除湿装置２２４、撹拌装置２２５、および降雨装置２２６のうちの少なくとも一つが用いられる。

任意の地点１００におけるリアルタイムの自然環境データを目標値として、構造物２００で囲まれた空間の環境を制御する場合、インターネット回線、電話回線等の通信回線３００を介して環境センサ１１０と制御コントローラ２３０の間を通信させる必要がある。したがって、通信部１２０、２４０を設ける。

任意の地点１００におけるリアルタイムの自然環境データではなく、記憶部２５０に記憶されている既取得済みの任意の地点１００の自然環境データ、または、任意の仮想の自然環境データを目標値に用いて、前記構造物２００で囲まれた空間の環境を制御してもよい。この場合は、環境センサ１１０と制御コントローラ２３０との間で通信する必要はなく、環境センサ１１０の自然環境データを通信回線３００を介して出力する通信部１２０、および、環境センサ１１０の自然環境データを通信回線３００を介して取得する通信部２４０を省略してもよい。

構造物２００で囲まれた空間に設置する制御機器２２０は、前記構造物で囲まれた空間における熱エネルギの発生低減のために、電気エネルギ消費効率の高い機器を採用する。

照明装置２２１は、人工光源を利用する。この人工光源を制御コントローラ２３０による任意の地点１００のリアルタイムの自然環境データ、既取得済みの任意の地点１１０の自然環境データ、または、任意の仮想の自然環境データにもとづいて制御することにより、光強度および日長時間を構造物２００で囲まれた空間において再現する。人工光源は、構造物２００で囲まれた空間内の対象物に近接設置する。これは、近接照射による照明率向上の結果としての電気エネルギ消費の低減を目的とするためである。同時に、反射板なども適切に設置する。

空調装置２２２は、成績係数の大きいヒートポンプを利用する。このヒートポンプを制御コントローラ２３０による任意の地点１００のリアルタイムの自然環境データ、既取得済みの任意の地点１００の自然環境データ、または、任意の仮想の自然環境データにもとづいて制御することによって、気温を構造物２００で囲まれた空間において再現する。

構造物２００では、熱伝達および換気により外部から構造物２００で囲まれた空間内部へ輸送される熱エネルギは小さく、したがって、構造物２００で囲まれた空間内において制御機器２２０の稼働によって発生する熱エネルギを、空調装置２２２を用いて構造物２００で囲まれた空間内から構造物２００で囲まれた空間外へ輸送することで、構造物２００で囲まれた空間内の気温を低下できる。

このとき、制御機器２２０の稼働で発生する熱エネルギは、電気エネルギ消費効率の高い機器を採用することによって低減する。したがって、空調機器２２２が構造物２００で囲まれた空間外へ輸送する熱エネルギは少なくなり、空調機器２２２の電気エネルギ消費が低減される。なお、空調装置２２２としては、成績係数の小さいペルチェ素子や電熱ヒータを利用するよりも、ヒートポンプを利用することが望ましい。

構造物２００で囲まれた空間内の気温を所望の値に上昇させる場合、空調装置２２２は停止させ、制御装置２２０から発生する熱エネルギを利用する。このとき、空調装置２２２は電気エネルギを消費することなく構造物２００内の気温を上昇できる。

加湿装置２２３および除湿装置２２４は、制御コントローラ２３０による任意の地点２００のリアルタイムの自然環境データ、既取得済みの任意の地点の自然環境データ、または、任意の仮想の自然環境データにもとづいた制御により、湿度を構造物２００で囲まれた空間において再現する。構造物２００で囲まれた空間の湿度センサ２１３の計測する湿度が目標値を下回った場合には加湿装置２２３を、上回った場合には除湿装置２２４を用いる。このとき、構造物２００で囲まれた空間の外の空気は一切導入しない。

撹拌装置２２５は、構造物２００で囲まれた空間上部に設置する。制御コントローラ２３０による任意の地点１００のリアルタイムの自然環境データ、既取得済みの任意の地点１００の自然環境データ、または、任意の仮想の自然環境データにもとづいた制御により、撹拌装置２２５を構成する軸流ファンの主風向の角度および軸流ファンの回転数を調整することによって、風向および風速を構造物２００で囲まれた空間において再現する。

降雨装置２２６は、構造物２００内面上部に設置する。制御コントローラ２３０による任意の地点１００のリアルタイムの自然環境データ、既取得済みの任意の地点１００の自然環境データ、または、任意の仮想の自然環境データにもとづいた制御により、降雨を構造物２００で囲まれた空間において、散水ノズル用いて再現する。構造物２００で囲まれた空間において降雨を再現する場合、環境センサ２１０および制御機器２２０には雨除けの設置等防水対策を講じる。なお、環境センサ１１０の設置場所を園芸施設内に限定する場合、降雨はおこらないので構造物２００で囲まれた空間内に散水装置２２６は設置しない。

なお、微小生物用環境応答調査装置を複数台利用して、微小生物用環境応答調査装置群を構成することも可能である。微小生物用環境応答調査装置群の構成例を図２に示す。リアルタイムの自然環境データにもとづき各々の微小生物用環境応答調査装置において自然環境を再現する場合、任意の複数地点１００ａ、１００ｂ、１００ｃに複数台の環境センサ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを設置し、かつ、対応する個数の構造物２００ａ、２００ｂ、２００ｃ一式を組み合わせて微小生物用環境応答調査装置群を構成する。図示例では、３台のシミュレータを使用したが、任意の地点１００ａ、１００ｂ、１００ｃの数に相当する個数の構造物２００ａ、２００ｂ、２００ｃを組み合わせて微小生物用環境応答調査装置群を構成してもよい。

微小生物用環境応答調査装置群は、記憶部２５０ａ、２５０ｂ、２５０ｃに記録されている既取得済みの任意の地点１００ａ、１００ｂ、１００ｃの自然環境データ、または、任意の仮想の自然環境データにもとづき各々の構造物２００ａ、２００ｂ、２００ｃにおいて自然環境を再現することもできる。また、構造物２００ａ、２００ｂ、２００ｃにおいて、任意の地点１００ａ、１００ｂ、１００ｃのリアルタイムの自然環境データ、既取得済みの任意の地点１００ａ、１００ｂ、１００ｃの自然環境データ、および、任意の仮想の自然環境データのうちの少なくとも１つ以上を組み合わせて再現してもよい。

以下に微小生物用環境応答調査装置を用いた実験結果を説明する。
（微小生物用環境応答調査装置の構成）
高気密、高断熱構造の容器により構成されている構造物２００で囲まれた空間内の気温は、空調装置２２２（定格消費電力１６０Ｗ）を用いて制御した。空調装置２２２の蒸発器は構造物２００で囲まれた空間内となるように、空調装置２２２の凝縮器は構造物２００で囲まれた空間外となるように、それぞれ設置した。蒸発器に内蔵されたファンによるコイルの強制対流によって構造物２００で囲まれた空間の空気を冷却した。他方、凝縮器に接続されたヒートシンクの自然対流によって、構造物２００内の発熱を構造物２００外へ放熱した。

（環境要素制御方法）
制御コントローラ２３０は、構造物２００で囲まれた空間の気温が設定値を上回る場合、空調装置２２２を稼働させて構造物２００で囲まれた空間の空気を冷却した。一方、構造物２００で囲まれた空間の気温が設定値を下回る場合、空調装置２２２を停止して、構造物２００で囲まれた空間の発熱により構造物２００で囲まれた空間の空気を加熱した。

制御コントローラ２３０は、構造物２００で囲まれた空間の相対湿度が設定値を下回る場合、水が充填された加湿ビンとポンプ（定格消費電力１０Ｗ）により構成される加湿装置２２３を利用して、構造物２００で囲まれた空間の空気を加湿した。一方、構造物２００で囲まれた空間の相対湿度が設定値を上回る場合、シリカゲルが充填された除湿ビンおよびポンプ（定格消費電力１０Ｗ）により構成される除湿装置２２４を利用して、構造物２００で囲まれた空間の空気を減湿した。

（構造物２００の設置場所）
任意の地点１００の気温および相対湿度を構造物２００で囲まれた空間において再現することにした。任意の地点１００の自然環境データとして、気象庁から公開されている京都府京都市の２０１０年７月５日の気象観測データを選び、千葉県柏市に設置した構造物２００で囲まれた空間で気温および相対湿度を再現した。

（気温の再現結果）
図３ａに任意の地点１００として選んだ京都府京都市の気温を示す。図３ｂに記憶部２５０に記憶した前記京都府京都市の気温にもとづき千葉県柏市に設置した構造物２００で囲まれた空間で再現した気温を示す。図３ａに示すように、京都府京都市では午前５時ごろに最低気温を、午後３時ごろに最高気温をそれぞれ記録した。任意の地点１００として選んだ京都府京都市の気温の構造物２００で囲まれた空間における再現開始時刻を任意の地点１００として選んだ京都府京都市の時刻と揃えて比較したところ、図３ｂに示すようにほぼ同様の推移を示し、遅れは認められなかった。同時に、図４に示すように、任意の地点１００として選んだ京都府京都市の気温と千葉県柏市に設置した構造物２００で囲まれた空間で再現した気温は一致し、線形回帰分析をしたところ０．９９９４と非常に高い決定係数が得られた。また、両者の差は、最大で０．２℃であった。

（相対湿度の再現結果）
図５ａに任意の地点１００として選んだ京都府京都市の相対湿度を示す。図５ｂに記憶部２５０に記憶した前記京都府京都市の相対湿度にもとづき千葉県柏市に設置した構造物２００で囲まれた空間で再現した相対湿度を示す。図５ａに示すように、京都府京都市では午前５時ごろに最低相対湿度を、午後３時ごろに最高相対湿度をそれぞれ記録した。任意の地点１００として選んだ京都府京都市の相対湿度の構造物２００で囲まれた空間における再現開始時刻を任意の地点１００として選んだ京都府京都市の時刻と揃えて比較したところ、図５ｂに示すようにほぼ同様の推移を示し、遅れは認められなかった。同時に、図６に示すように、任意の地点１００として選んだ京都府京都市の相対湿度と千葉県柏市に設置した構造物２００で囲まれた空間で再現した相対湿度は一致し、線形回帰分析をしたところ０．９９７９と非常に高い決定係数が得られた。また、両者の差は最大で２％であった。

（電気エネルギ消費の試算）
ここでは、微小生物用環境応答調査装置と温室で自然環境を再現する場合の電気エネルギ消費を試算してみる。試算にあたり、１）閉鎖型シミュレータ、温室ともに一辺１ｍの立方体である、２）微小生物用環境応答調査装置および温室の壁面の熱貫流率は、それぞれ０．０２５（硬質ポリウレタン）および２．０Ｗｍ^−２Ｋ^−１（ガラス）ある、３）微小生物用環境応答調査装置および温室の換気回数は、それぞれ０．０１および０．１ｈ^−１である、４）微小生物用環境応答調査装置および温室内外の気温は、それぞれ２７．４℃（２０１０年７月５日の京都市の平均気温）および２０℃である、５）微小生物用環境応答調査装置および温室内外の相対湿度は、それぞれ６４．３（２０１０年７月５日の京都市の平均相対湿度）および６０％である、６）微小生物用環境応答調査装置および温室への日射の入射はない、とした。

上記条件下における試算結果では、微小生物用環境応答調査装置と温室で自然環境を再現する場合の１日あたりの電気エネルギ消費量は、それぞれ０．４および３０．５ｋＷｈとなった。電気料金が１ｋＷｈあたり２５円の場合、自然環境を再現するのに要する電気料金は、微小生物用環境応答調査装置では１０円となる。一方、温室では７６２円となり、微小生物用環境応答調査装置の７６倍の電気料金が必要となる。

ここで本実施形態に係る微小生物用環境応答調査装置の具体的な使用方法とその効果を以下に述べる。

微小生物用環境応答調査装置の電気エネルギ消費の低減は、微小生物用環境応答調査装置群を構成する微小生物用環境応答調査装置の個数の増大とともに、微小生物用環境応答調査装置運用コスト低減の面から重要となる。本発明の微小生物用環境応答調査装置を構築する制御機器２２０を選定する際、必要最小限の電気エネルギ消費で任意の地点１００の自然環境を再現できるようにした。とくに、空調機器２２２の電気エネルギ消費が小さくなるよう、構造物２００は高気密、かつ、高断熱、すなわち閉鎖的となるようにした。本実施形態に係る微小生物用環境応答調査装置が省エネルギを指向している点は、既存技術と一線を画している。

構造物２００内では、物理的、生物的外乱による影響をうけることなく任意の地点の自然環境に近い環境を再現できる。この点は温室を利用した既存の技術では得られない効果である。これまで行われてきた生物の環境応答に関する研究の多くは、グロースチャンバなどを用いて、気温や相対湿度といった物理環境条件が一定の条件下で行われてきた。ただし、自然環境下では物理環境が一定となることは極めて稀であり、したがって、グロースチャンバで得られた結果とは異なる場合があった。この一例として、グロースチャンバ内での農薬試験の結果を自然条件である圃場などにあてはめた場合に生じる齟齬があげられる。しかし、微小生物用環境応答調査装置を使用すれば、このような問題は容易に回避できる。

微小生物用環境応答調査装置では、人工環境ではあるが、発酵製品の熟成室のようなやや変動する環境も構造物２００で囲まれた空間で忠実に再現できる。したがって、微小生物用環境応答調査装置は、有用微生物群の選抜や育種にも利用できる。

微小生物用環境応答調査装置群を利用することで、２種類以上の生物の環境応答を同時に把握できる。これにより、植物類と、植物類の病気の原因となる菌類と、自然環境との３者間、または、それ以上の複数の生物と自然環境などとの間の相互作用を定量的に把握できる。実際の生産現場では複数の要因が相互作用をおよぼしあって生態系を形成していることからも、このような相互作用を定量的に把握できる微小生物用環境応答調査装置の利用は、結果の生産現場への反映の上で必須である。

上記三者間の相互作用の例として、微小生物用環境応答調査装置の構造物２００で囲まれた空間に、キュウリと、キュウリうどんこ病（菌類）とを入れて、任意の場所１００の環境を再現することにより、実際の生産現場では識別困難なキュウリうどんこ病発生状況を提供できるようになる。この発生状況にもとづいて殺菌剤を使用することで、生産者は従来のような勘にもとづいた殺菌剤の複数回散布を回避でき、結果として殺菌剤消費量と薬剤散布にかかわる労力の低減に繋げられる。

また、四者間の相互作用の例として、ダニ類（害虫）の防除のためにカブリダニ類（天敵）を生産現場に放飼した場合、活発に活動する自然環境は、ハダニ類とカブリダニ類で異なる可能性がある。たとえば、カブリダニ類がハダニ類よりも低い気温で活発になるような現象が微小生物用環境応答調査装置の利用により明らかになった場合、一時的な遮光によるカブリダニの捕食促進を防除技術として利用できるかもしれない。その場合、光合成低下による植物類の品質低下についても微小生物用環境応答調査装置の利用により評価できる。したがって、対策を講じたことによる得失を判断する上で微小生物用環境応答調査装置は重要な役割を担う。

本実施形態に係る微小生物用環境応答調査装置の各々の構造物２００は可能な限り小型にし、かつ多段棚に複数の構造物２００を設置して微小生物用環境応答調査装置群を構成することで、省スペースながらも微小生物用環境応答調査装置群を設置した地点において任意の複数地点の自然環境を同時に再現できるようになる。

上記のような微小生物用環境応答調査装置群を構成することは、例えば、日本国内の地方（北海道、東北、北陸、中部、近畿、山陽、山陰、四国、九州、沖縄）毎に代表地点を選び出し、各々の自然環境を千葉県一カ所に設置した微小生物用環境応答調査装置群で再現できる。各々の自然環境で侵入生物を飼育、または、育成することで、侵入外来生物の定着可否を判断に繋がる。

構造物２００の小型化、かつ、または、可搬化は、微小生物用環境応答調査装置群を構成する微小生物用環境応答調査装置の個数の変更や微小生物用環境応答調査装置群の設置場所の変更等、微小生物用環境応答調査装置群の弾力的な運用に繋がる。

微小生物用環境応答調査装置における任意の仮想の自然環境データの再現により、従来得られなかった生物の生理・生態学的知見を得られる。任意の仮想の自然環境データの例として、自然環境データの１つ以上の要素を、連続、または、非連続である周期的、または、非周期的関数をあてはめて再現することが挙げられる。

また、自然環境データの要素のうちの１つ、または、複数を一定にし、かつ、他の要素は変動させる、または、要素のうちの１つ以上、または、複数を現在の値よりも任意の値大きくして仮想の自然環境データとして再現することも例として挙げられる。

微小生物用環境応答調査装置では、構造物２００で囲まれた空間の大気組成の変更によって、将来的な生物の反応を予測できる。例えば、近年の大気中二酸化炭素濃度増加を先取りし、近未来、または、未来におけるより高い二酸化炭素濃度での生物の環境応答を把握できる。その場合、環境センサ１１０、２１０に二酸化炭素ガスセンサ、制御装置２２０に構造物２００で囲まれた空間へ二酸化炭素ガスを供給する二酸化炭素ガス供給装置、および環境センサ１１０、２１０にもとづき制御装置２２０を制御する手段を追加した制御コントローラ２３０が必要となる。

微小生物用環境応答調査装置では、火山活動の活発な地域や特異的なガス発生地域等のガス環境が通常とは異なる地域の環境も構造物２００で囲まれた空間で再現でき、結果として、それら地域における生物の環境応答を把握できるようになる。なお、その場合は、環境センサ１１０および環境センサ２１０に新たなガスセンサを取り付け、また、ガス組成を制御するための制御装置２２０および制御コントローラ２３０を導入すればよい。

微小生物用環境応答調査装置、または、微小生物用環境応答調査装置群の利用により、種子の発芽情報の提供、生物農薬を含めた農薬に対する害虫の反応等をこれまでよりも正確に把握できるようになる。したがって、それら情報を消費者に提供する必要のある種苗会社や農薬会社における需要は高い。

また、従来困難であった変動する環境下における定量的な微小生物の環境応答を把握できるようになることから、本発明は大学や研究機関における強い要望に答える結果ともなる。

本実施形態では微小生物用環境応答調査装置、または、微小生物用環境応答調査装置群の使用によって得られた結果を生産現場に迅速に反映させることを主目的としたが、他の産業にも応用可能である。

たとえば、環境センサ１１０を住居内に設置して環境が衛生害虫（例えば、ハエ、ゴキブリ、カなど）や不快害虫（例えば、クモ、ムカデ、ダンゴムシなど）の行動におよぼす影響を把握できれば、住環境における害虫対策に応用できる。

また、博物館や美術館における展示物設置空間の環境データ収集と展示物の劣化防止対策や、水族館や動物園における魚類、両生類、爬虫類、または、哺乳類の飼育環境の把握とその改善にも応用できる。さらに、農学、獣医学、生物学分野だけではなく、薬学、医学分野における利用も考えられる。

１００…任意の地点
１１０、２１０…環境センサ
１１１、２１１…日射センサ
１１２、２１２…温度センサ
１１３、２１３…湿度センサ
１１４、２１４…風向センサ
１１５、２１５…風速センサ
１１６、２１６…降雨センサ
１２０、２４０…通信部
２００…構造物
２２０…制御機器
２２１…照明装置
２２２…空調装置
２２３…加湿装置
２２４…除湿装置
２２５…撹拌装置
２２６…降雨装置
２３０…制御コントローラ
２５０…記憶部
３００…通信回線

Claims (8)

1. 伝熱及び換気によるエネルギの入出力が抑制されている微小生物を収容する構造物と、
   前記構造物で囲まれた空間内部の環境を制御する制御機器と、
   任意の地点の自然環境データにもとづいて前記制御機器を稼働させて、前記任意の地点の自然環境を前記構造物内に作り出す制御手段と、を備えた微小生物用環境応答調査装置。
2. 前記構造物は断熱性素材が封入された板部材で構成され、
   前記板部材の接合面のすき間は密封され、前記板部材の任意位置には微小生物を出し入れするための開閉可能な出し入れ口が設けられ、かつ、前記出し入れ口と前記板部材のすき間は弾性部材でふさがれていることを特徴とする請求項１記載の微小生物用環境応答調査装置。
3. 前記任意の地点の光強度、日長時間、気温、湿度、風向、風速、及び、降雨のうち少なくとも一つを検知するセンサを備え、
   前記制御機器は、前記センサにより得られたデータにもとづいた環境を再現するための照明装置、空調装置、加湿装置、除湿装置、撹拌装置、および、降雨装置のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の微小生物用環境応答調査装置。
4. 前記任意の地点において、通信回線を介して前記センサが検知するデータを取得する通信部を備えることを特徴とする請求項３記載の微小生物用環境応答調査装置。
5. 前記制御機器は、照明装置、加湿装置、除湿装置、撹拌装置、および、降雨装置のうちの少なくとも一つからの熱エネルギ発生と、前記構造物の伝熱および換気による熱エネルギの流入とを抑制することにより、前記構造物で囲まれた空間内の気温を低下させる際の空調装置のエネルギ消費を低減させることを特徴とする請求項３又は請求項４記載の微小生物用環境応答調査装置。
6. 前記制御機器は、照明装置、加湿装置、除湿装置、撹拌装置、および、降雨装置のうちの少なくとも一つからの発熱を利用することにより、前記構造物で囲まれた空間内の気温を上昇させる際の空調装置のエネルギ消費を発生させないことを特徴とする請求項３または請求項４記載の微小生物用環境応答調査装置。
7. 前記構造物内において、昆虫類、植物類、ダニ類、菌類、バクテリア、及びウイルス類のうちのすくなくとも一つ以上の環境応答を調査するために用いる請求項１乃至請求項６のうちのいずれか一項記載の微小生物用環境応答調査装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の微小生物用環境応答調査装置を複数台設置して微小生物用環境応答調査装置群とし、
   前記微小生物用環境応答調査装置群の設置地点において、任意の複数地点の自然環境にもとづき前記構造物内のそれぞれの空間で微小生物の環境応答を調査する微小生物環境応答調査方法。