植物工場を支える技術② 植物体内時計...2015/07/11 ·...
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文部科学省事業「成長分野等における中核的専門人材養成等の戦略的推進」大阪府立大学植物工場研究センター
「植物工場分野での中核的専門人材養成講座2014」２０１４年11月22日（土）
植物工場を支える技術②植物体内時計
大阪府立大学 工学研究科福田 弘和
＜講座の特色＞・質疑応答の時間を多くした双方向型講義、・最新鋭植物工場での実習、・ビジネスプランの作成と発表会が本講座の３つの特色。
講義時間は80分。うち講義を60分、質疑応答の時間を20分。
講 義 概 要と
参 考 図 書
近年、植物工場における生産品目は拡大傾向にあり、2次代謝がより重要となる高機能植物（ハーブ類や薬用植物）の研究が急増している。このため、細胞内の代謝分子情報を利用した環境調節工学（Speaking Cell Approach: SCA）や、数理モデルを駆使した工学的な代謝制御の研究が、重視されるようになってきた。しかし一方で、学術上の課題が浮き彫りとなってきている。１）数万
の遺伝子や数千の代謝情報（オミクス診断情報）を包括的に扱うための理論的基盤が脆弱であること、２）細胞レベルの分子情報を個体レベルの成長制御等に利用するための、ミクロからマクロまでの全階層を繋ぐ学術基盤が欠如していること、が大きな課題となっている。これらの課題の克服は容易ではないが、植物工場の革新的な技術開発のためにも、挑戦的かつ大規模な研究が求められている。このような背景の下、本講義では加速度的に研究が進展している
「体内時計」に着目し、最新の研究技術開発を紹介する。
【参考図書】①岡山毅，*福田弘和，村瀬治比古（*本章編集責任者）：植物工場のシステム制御，太陽光型植物工場（第3章），養賢堂(2012)②福田弘和：体内時計制御の植物工場への応用，体内時計の科学と産業応用（第16章）シーエムシー(2011)
０．そもそもの目的①植物工場ビジネスの展望②問題点と課題
１．植物工場の課題①ハイテクとしての展望②農作物と植物工場（社会課題→高品質・安心）③植物工場産農作物の課題④高度な栽培プロトコル 研究課題
２．植物生理状態の高度な評価法①トランスクリプトームとは②トランスクリプトームデータの取得法
３．研究開発の事例①バイオマーカー遺伝子の探索②大規模生物現象のキーストーン遺伝子（花成制御）③フィールドトランスクリプトーム（イネの統計モデル）④太陽光植物工場におけるトマトの概日時計診断
４．Green Clocks Technologies
講義内容
植物工場ビジネス
都市型植物工場（Global Plant Factory）
地方型植物工場（Local Plant Factory）
大規模化標準化
競争的ビジネス大手参入工業化
一年草
自律分散多様性地形・気象・文化・伝統
共生的ビジネス地域コミュニティー
多年草生命科学
オープンイノベーション
バックキャスティング １．植物工場の課題①ハイテクとしての展望
②農業と植物工場（社会課題→高品質・安心）
③植物工場産農作物の課題・安定に生産できるか・真に安全安心か・伝統農業を継承できるか・極限まで生産コストを低減できるか＊植物生理状態の高度な評価が必須
④高度な栽培プロトコル 研究課題・高度な栽培プロトコル
★朝採り（日制御）★★旬の農作物（季節制御）★★★匠の栽培プロファイル（理想条件）★★★★環境パラメータ空間における黄金領域
（超高速最適条件探索）
R&D Center for the Plant FactoryOsaka Prefecture University
Ministry of Agriculture, Forestry and Fisheries, JPMinistry of Economy, Trade and Industry, JP
(2011)Controlled parameters:Light, Temperature, R.H., Nutrients(pH, EC), CO2
The industrial model of fully‐controlled plant factory for lettuce
①ハイテクとしての展望
ICTビッグデータハイパースペクトルカメラメタボロームトランスクリプトームオミクス診断センサーネットワーク３D解析生体シミュレーター仮想市場自動搬送ロボットシステムレーザー照明気流解析遺伝子組換え薬用植物・・・
ICTビッグデータハイパースペクトルカメラメタボロームトランスクリプトームオミクス診断センサーネットワーク３D解析生体シミュレーター仮想市場自動搬送ロボットシステムレーザー照明気流解析遺伝子組換え薬用植物・・・
農家 植物工場企業 消費者
安定安心供給
◎デジタル継承技術
匠の農作物伝統の継承
②農作物と植物工場
作成・提供
研究機関
「匠の栽培プロファイル」
○匠の農作物×異常気象リスク×高齢化・後継者不足
○新規ビジネスチャンス○安定安心供給△農作物のクオリティ
○安定安心供給○高品質（伝統農作物）○高機能○適正価格
社会課題（根本課題）●高齢化・後継者不足による伝統農業の危機 → 伝統農業の継承技術が必要●従来農作物への需要 → 「匠の農作物」を生産できる植物工場システム
－ 61 －
３．研究開発の事例
①バイオマーカー遺伝子の探索
②大規模生物現象のキーストーン遺伝子（花成制御）
③フィールドトランスクリプトーム（イネの統計モデル）
④太陽光植物工場におけるトマトの概日時計診断
バイオマーカー遺伝子
遺伝子発現を「○○○」のバイオマーカーとして扱う
・ストレス応答
・窒素施肥の効果
・開花タイミング
・体内時計
各種ストレス遺伝子（HSP、イネ乾燥・生育抑制OsPIL1、・・・）
トウモロコシ、8個の遺伝子 Yang., et al., Plant Physiology (2011)
野外の開花期、2個の遺伝子 Satake et al. Nature Communications (2013)
1個の時計遺伝子の時系列数十の時計表示遺伝子 Ueda, et al. PNAS (2004)
・生育、品質 ：最適条件不明・・・
8／32000 ①バイオマーカー遺伝子の探索
窒素濃度の遺伝子診断と収量予測トウモロコシ：モンサント社の研究 Yang., et al., Plant Physiology (2011)
窒素量（葉） 窒素量（根）
バイオマーカー（葉）
バイオマーカー（根）
初期診断（R2）
収量
バイオマーカー反応なし×
効果なし×
バイオマーカー反応あり○
効果あり○
窒素施肥量
②大規模生物現象のキーストーン遺伝子（花成制御）
大規模生物現象の視点からLarge Scale Biological Events
LSBE研究会HPより
愛媛大学植物工場研究センター
駆動遺伝子（FT、FLC）の発現予測による開花予測
FT
FLC
Satake, et al., Nature Commu. 2013ハクサンハタザオの開花制御モデル
Clock Genes
③フィールドトランスクリプトーム（イネの統計モデル）イネ・時系列トランスクリプトームの研究（Nagano et al., Cell 2012）
遺伝子発現量 ＝
成長ステージ(D) ＋ 日周期変動(C) ＋ 環境応答(E) ＋ α
葉で発現が認められる
遺伝子の4割がCを最大成分にもつ
OsGI
気象情報（つくば）
Ehime Univ.植物工場の生物情報：クロロフィル蛍光、揮発性物質、・・・
����� � ∑ ���� � ��� ��
����
� ��� � ������� ��� ���� � �� �������� �
遺伝子発現の統計モデル（ET‐1）
太陽光植物工場における体内時計の状態評価
Xi: log2(exp. of gene i)
関連遺伝子の発現情報：光合成遺伝子、ストレス応答遺伝子、・・・
トランスクリプトーム（NGS）：トマト35,000個の遺伝子Takayama, J.SHITA, 25,165 (2013)
体内時計 成長ステージ環境応答発現量
✔体内時計成分を正確に評価する手法を確立する必要がある
環境因子
トマトサビダニ
＊植物生理状態の高度な評価が必須
③植物工場産農作物の課題
課 題 背景／要因 研究開発
✔安定に生産できるか ・ハードウエアの経時変化・栽培環境の不均一性・種子の変化・栽培者（栽培法）の変化
・生産システムの確立・種子の診断、選別・栽培プロトコルの確立
✔真に安全安心か ・従来農作物との比較なし・評価が十分でない
・代謝物診断・遺伝子発現診断
✔伝統農業を継承できるか
・＜食材＞に対する直観・ブランド志向・栽培システムの違い・栽培環境コピーが困難
・「匠の栽培プロファイル」
✔極限まで生産コストを低減できるか
・広大なパラメータ領域・厖大な探索時間
・「黄金領域」の探索・超高速最適パラメータ探索
栽培プロトコルに関する課題
＊植物生理状態の高度な評価が必須
当研究室の目標：匠の農作物を生産できる植物工場システムの開発
高度な栽培プロトコル
★朝採り（日制御）
★★旬の農作物（季節制御）
★★★匠の栽培プロファイル（理想条件）
★★★★環境パラメータ空間における黄金領域（超高速最適化技術）
④高度な栽培プロトコル 研究目標
体内時計
体内時計、花成制御、フェノロジー
体内時計、時系列トランスクリプトーム、統計モデル、フィールドサーバー
体内時計、時系列トランスクリプトーム、統計モデル、ODME、機械学習
２．植物生理状態の高度な評価
①トランスクリプトームとは・生物情報の階層構造：オミクス・バイオマーカー遺伝子・解読された作物ゲノム・シーケンシング能力の跳躍・ゲノムに対するコスト
②トランスクリプトームデータの取得法・サンプリング・シーケンシング・データ解析
生物情報の階層構造、オミクス
1次代謝、2次代謝ホルモン経路（オーキシン）
細胞増殖/分化といった細胞プロセスがさまざまな細胞表現型を制御する
細胞システム、シグナル経路、発生キュー間の相互作用が結果的に発生表現型をもたらす
（葉/果実 サイズ・形状、根長）
内因性・外因性シグナルに反応する生理学的表現型（光合成速度）
複合・特徴的・定量的/定性的 特徴（草丈、バイオマス、油分、非生物/生物ストレス 抵抗）
収量/作物 能力Phenome
表現型形質
生理システム
発生システム
細胞システム
Metabolome
Proteome
Genome
スケール
構成表現
型（Co
mpo
nent phe
notype
s)
Transcriptome
Vaslis, V.C., Gay, A.,Camargo, A., Doonan, J.H.: Challenges of crop phenomics in the post‐genomic era, Phenomics, Hancock, J.M.(Ed), pp.142‐171, CRC Press (2014)
亀岡孝治教授 御講演資料より改変
遺伝子情報
遺伝子発現情報
育種
環境応答の指標
品質の指標
Omics
手段
愛媛大学植物工場研究センター
②トランスクリプトームデータの取得法
Agilent Bioanalyzer 2100
HiSeq
RNA‐seq解析 結果（例）RPKM正規化データ（Reads per kilobase of exon per million mapped reads）
Gene Name
Gene Length
RPKM of each sample サンプリング時刻
約３５，０００個（トマト）
０ ２ ４ ６
８ １０ １２ １４
１６ １８ ２０ ２２
Ueda, et al. PNAS (2004)
－ 62 －
３．研究開発の事例
①バイオマーカー遺伝子の探索
②大規模生物現象のキーストーン遺伝子（花成制御）
③フィールドトランスクリプトーム（イネの統計モデル）
④太陽光植物工場におけるトマトの概日時計診断
バイオマーカー遺伝子
遺伝子発現を「○○○」のバイオマーカーとして扱う
・ストレス応答
・窒素施肥の効果
・開花タイミング
・体内時計
各種ストレス遺伝子（HSP、イネ乾燥・生育抑制OsPIL1、・・・）
トウモロコシ、8個の遺伝子 Yang., et al., Plant Physiology (2011)
野外の開花期、2個の遺伝子 Satake et al. Nature Communications (2013)
1個の時計遺伝子の時系列数十の時計表示遺伝子 Ueda, et al. PNAS (2004)
・生育、品質 ：最適条件不明・・・
8／32000 ①バイオマーカー遺伝子の探索
窒素濃度の遺伝子診断と収量予測トウモロコシ：モンサント社の研究 Yang., et al., Plant Physiology (2011)
窒素量（葉） 窒素量（根）
バイオマーカー（葉）
バイオマーカー（根）
初期診断（R2）
収量
バイオマーカー反応なし×
効果なし×
バイオマーカー反応あり○
効果あり○
窒素施肥量
②大規模生物現象のキーストーン遺伝子（花成制御）
大規模生物現象の視点からLarge Scale Biological Events
LSBE研究会HPより
愛媛大学植物工場研究センター
駆動遺伝子（FT、FLC）の発現予測による開花予測
FT
FLC
Satake, et al., Nature Commu. 2013ハクサンハタザオの開花制御モデル
Clock Genes
③フィールドトランスクリプトーム（イネの統計モデル）イネ・時系列トランスクリプトームの研究（Nagano et al., Cell 2012）
遺伝子発現量 ＝
成長ステージ(D) ＋ 日周期変動(C) ＋ 環境応答(E) ＋ α
葉で発現が認められる
遺伝子の4割がCを最大成分にもつ
OsGI
気象情報（つくば）
Ehime Univ.植物工場の生物情報：クロロフィル蛍光、揮発性物質、・・・
����� � ∑ ���� � ��� ��
����
� ��� � ������� ��� ���� � �� �������� �
遺伝子発現の統計モデル（ET‐1）
太陽光植物工場における体内時計の状態評価
Xi: log2(exp. of gene i)
関連遺伝子の発現情報：光合成遺伝子、ストレス応答遺伝子、・・・
トランスクリプトーム（NGS）：トマト35,000個の遺伝子Takayama, J.SHITA, 25,165 (2013)
体内時計 成長ステージ環境応答発現量
✔体内時計成分を正確に評価する手法を確立する必要がある
環境因子
トマトサビダニ
＊植物生理状態の高度な評価が必須
③植物工場産農作物の課題
課 題 背景／要因 研究開発
✔安定に生産できるか ・ハードウエアの経時変化・栽培環境の不均一性・種子の変化・栽培者（栽培法）の変化
・生産システムの確立・種子の診断、選別・栽培プロトコルの確立
✔真に安全安心か ・従来農作物との比較なし・評価が十分でない
・代謝物診断・遺伝子発現診断
✔伝統農業を継承できるか
・＜食材＞に対する直観・ブランド志向・栽培システムの違い・栽培環境コピーが困難
・「匠の栽培プロファイル」
✔極限まで生産コストを低減できるか
・広大なパラメータ領域・厖大な探索時間
・「黄金領域」の探索・超高速最適パラメータ探索
栽培プロトコルに関する課題
＊植物生理状態の高度な評価が必須
当研究室の目標：匠の農作物を生産できる植物工場システムの開発
高度な栽培プロトコル
★朝採り（日制御）
★★旬の農作物（季節制御）
★★★匠の栽培プロファイル（理想条件）
★★★★環境パラメータ空間における黄金領域（超高速最適化技術）
④高度な栽培プロトコル 研究目標
体内時計
体内時計、花成制御、フェノロジー
体内時計、時系列トランスクリプトーム、統計モデル、フィールドサーバー
体内時計、時系列トランスクリプトーム、統計モデル、ODME、機械学習
２．植物生理状態の高度な評価
①トランスクリプトームとは・生物情報の階層構造：オミクス・バイオマーカー遺伝子・解読された作物ゲノム・シーケンシング能力の跳躍・ゲノムに対するコスト
②トランスクリプトームデータの取得法・サンプリング・シーケンシング・データ解析
生物情報の階層構造、オミクス
1次代謝、2次代謝ホルモン経路（オーキシン）
細胞増殖/分化といった細胞プロセスがさまざまな細胞表現型を制御する
細胞システム、シグナル経路、発生キュー間の相互作用が結果的に発生表現型をもたらす
（葉/果実 サイズ・形状、根長）
内因性・外因性シグナルに反応する生理学的表現型（光合成速度）
複合・特徴的・定量的/定性的 特徴（草丈、バイオマス、油分、非生物/生物ストレス 抵抗）
収量/作物 能力Phenome
表現型形質
生理システム
発生システム
細胞システム
Metabolome
Proteome
Genome
スケール
構成表現
型（Co
mpo
nent phe
notype
s)
Transcriptome
Vaslis, V.C., Gay, A.,Camargo, A., Doonan, J.H.: Challenges of crop phenomics in the post‐genomic era, Phenomics, Hancock, J.M.(Ed), pp.142‐171, CRC Press (2014)
亀岡孝治教授 御講演資料より改変
遺伝子情報
遺伝子発現情報
育種
環境応答の指標
品質の指標
Omics
手段
愛媛大学植物工場研究センター
②トランスクリプトームデータの取得法
Agilent Bioanalyzer 2100
HiSeq
RNA‐seq解析 結果（例）RPKM正規化データ（Reads per kilobase of exon per million mapped reads）
Gene Name
Gene Length
RPKM of each sample サンプリング時刻
約３５，０００個（トマト）
０ ２ ４ ６
８ １０ １２ １４
１６ １８ ２０ ２２
Ueda, et al. PNAS (2004)
－ 63 －
0
20
40
60
80
100
0
5
10
15
20
25
30
0:10
6:10
12:10
18:10
0:10
6:10
12:10
18:10
0:10
6:10
12:10
18:10
日照時間 (分)
気温 (℃)
相対湿度 (％)
温度
（℃
）、日
照（ｈ）
湿度
（％
）
時刻
2014年1月6日～8日（屋外）
●高精度に「真の環境応答」を抽出する
●網羅的な遺伝子発現解析の時系列データ【時系列トランスクリプトームデータ】
「情報・科学に基づく農業」（野口先生）「オミクス情報利用SCA」（野並先生）「ロボット化SPA高精度生体情報計測」（高山先生）
●不規則・複雑に変動する環境パターン →生物情報「時系列」が必要
日照変動
「環境応答」
４．Green Clocks Technologies
葉菜類果菜類薬用植物GM植物
・最適条件探索技術・最適品種開発技術
トランスクリプトーム解析
解析システム解析システム
Green Clocks Technologies
選抜の目標
優秀苗 （コストパフォーマンス強化）
選抜情報実施情報集約
36
Green Clocks Plant Factory
優秀苗選抜技術
選抜：20000株／日
育苗システム育苗システム
市場へ
体内時計最適化技術
日産5000株
栽培システム栽培システム
産業実装棟 2014
最適条件最適品種
実施情報集約
技術コンセプト
1) Clock Genes Network model (Locke, JTB 2004~)2) Clock Cells Network model (Fukuda, PRL 2007~)3) Omics in Dynamic Multi‐Environment model* Field Transcriptome method (Nagano, Cell 2012~)* Molecular Timetable method (Ueda, PNAS 2004~)
分子レベル 細胞レベル 個体レベル
概日時計システム
CGN model CCN modelODME model
大自由度
階層性
ダイナミクス
遺伝子：3万個代謝分子：数百万個
－ 64 －
0
20
40
60
80
100
0
5
10
15
20
25
30
0:10
6:10
12:10
18:10
0:10
6:10
12:10
18:10
0:10
6:10
12:10
18:10
日照時間 (分)
気温 (℃)
相対湿度 (％)
温度
（℃
）、日
照（ｈ）
湿度
（％
）
時刻
2014年1月6日～8日（屋外）
●高精度に「真の環境応答」を抽出する
●網羅的な遺伝子発現解析の時系列データ【時系列トランスクリプトームデータ】
「情報・科学に基づく農業」（野口先生）「オミクス情報利用SCA」（野並先生）「ロボット化SPA高精度生体情報計測」（高山先生）
●不規則・複雑に変動する環境パターン →生物情報「時系列」が必要
日照変動
「環境応答」
４．Green Clocks Technologies
葉菜類果菜類薬用植物GM植物
・最適条件探索技術・最適品種開発技術
トランスクリプトーム解析
解析システム解析システム
Green Clocks Technologies
選抜の目標
優秀苗 （コストパフォーマンス強化）
選抜情報実施情報集約
36
Green Clocks Plant Factory
優秀苗選抜技術
選抜：20000株／日
育苗システム育苗システム
市場へ
体内時計最適化技術
日産5000株
栽培システム栽培システム
産業実装棟 2014
最適条件最適品種
実施情報集約
技術コンセプト
1) Clock Genes Network model (Locke, JTB 2004~)2) Clock Cells Network model (Fukuda, PRL 2007~)3) Omics in Dynamic Multi‐Environment model* Field Transcriptome method (Nagano, Cell 2012~)* Molecular Timetable method (Ueda, PNAS 2004~)
分子レベル 細胞レベル 個体レベル
概日時計システム
CGN model CCN modelODME model
大自由度
階層性
ダイナミクス
遺伝子：3万個代謝分子：数百万個
－ 65 －
何をよりも、どのようにして（取り違えて失敗） 成功のポイント 目的の整理・確認 事業領域の探索・調査（自社資源分析、外部環境分析） リストアップ→一次ｽｸﾘｰﾆﾝｸﾞ→二次ｽｸﾘｰﾆﾝｸﾞ 自社技術資源の分析 （ｴﾚｸﾄﾛﾆｸｽﾒｰｶｰの事例；材料設計、部品設計、材料プロセス、機器設計、組立て・加工、方式設計、回路設計、生産支援、評価技術、意匠 等）
自社営業資源の分析 自社の文化・風土分析 外部環境分析 マクロ社会動向分析、市場動向分析、技術動向分析
新規事業（起業）成功への道
①事業目標の設定 （売上、利益規模 いつ黒字化）（業界内の位置づけ トップor 何位目標） ②事業内容の決定 （材料・部品･機器・システム・サービス 事業？） ③その他の検討要素 自社ブランド or OEM 生産・販売への取り組み 競合分析 ・ SWOT分析
事業戦略立案プロセス
When いつ立ち上げるのか、いつまでに採算にのせるのか
Who 誰が主体になるのか？組織に配置される陣容 Where どこで（場所）立ち上げるか？
What 何を事業としてやるのか？
Why 起業ビジョンは？ + Whom 顧客ターゲット
How どのようにしてやるのか？ How many 投入できる人材、資源は？
How much 投資できる金額は？
6W・３H
① 新規事業ビジョン・起業ビジョンの明確化
目的感・使命感が明確か？ ビジョンが明確か？ ↓
② ６W・３Hの明確化
新規事業参入（起業）のために
新規事業立ち上げの準備として、積極的に資源投入しているが、成果が見えない
技術レベルは優れていると技術者は言うが、技術レベルはほんとに高いのか
いつになっても利益がでない 実行部隊と企画舞台は別々にすべきか？ この分野に資質のありそうな社員が見つからない 新分野へ対応するためにはどんな技術が必要か見当がつかない 従来技術と異なるカルチャーが必要な事業なので、分社化が必要かどうか？
新規事業のマネジメントは社内人材の登用か、外部からの登用か迷う
その他数々の悩み・迷いが生じてくる。こうしたことをなくすため、しっかりと計画を立てる必要がある
新規事業立ち上げ（起業）前後の悩み
①広い意味での植物工場を立ち上げたい ②関連設備等で、所属会社の新規事業として立ち上げたい
③海外での展開を考えている ⑤特に具体的構想を持っていないが、討議により参入も検討する
⑩（④＋⑥）グループディスカッションを通じ初期検討を行いたい
⑦（特定のｸﾞﾙｰﾌﾟ希望はなかったが意見をいただいた）
○それ以外の希望
グループ分け実施
グループで発表することの意義 コミュニケーション力を養う（説明力、説得力、傾聴力） 他の人の考え方を参考にする。取り入れる 人的ネットワークを構築する グループで活動する意義を確認する（役割分担を明確に） ⇒ビジネスを立ち上げるとき、 その経験を活かす ↓
今回は、このことを意義として捕らえ、自分の考えの客観性についても検討する
ビジネス提案討議・発表の目的
植物工場での中核的専門人材養成講座 ２０１４
ビジネス提案検討のための準備講座 植物工場研究センター統括ｺｰﾃﾞｨﾈｰﾀｰ
綾木光弘
2014年11月22日（土） 第3時限
－ 66 －
それでは、いよいよグループでの活動を始めてください
12月6日には、本格的な起業のための導入講座があります
乞うご期待！
綾木光弘
ご清聴有難うございます
新規事業推進の組織、体制の考え方
ベンチャーキャピタル
分社
合弁
提携
企業内新事業部
社内ベンチャー
買収
強
企（起）業家精神
弱 弱い 事業管理 強い
展開方向 内容 長所 短所
川下化 すでに保有する材料、部品をベースに、ユニット、機器へと展開
事業規模の拡大に貢献できる。高付加価値化することが多い
ﾕｰｻﾞｰの事業領域を侵食する恐れ 新技術の習得が必要
川上化 すでに保有する材料、部品の基礎素材の内製化、事業化へと展開
独自の基礎素材を保有することによる差別化に繋がる
低付加価値分野への展開となることが多い
水平展開 既存の事業の拡大として類似新製品を提供する。あくまでも類似技術で
総合事業化し、事業拡大に繋がる 既存の営業・技術資源が有効に利用できる
技術資源投入の拡散、営業努力の拡散が起こりうる
平面展開 既存事業におけるﾕｰｻﾞｰの求める関連製品を供給する
既存の営業ﾁｬﾈﾙ内で事業の拡大が可能。新製品の保有により新事業の芽が形成される
まったく異質の新技術の習得が必要 （技術資源投入の拡散）
事業展開の考え方（つづき）
技術の新旧
在来技術 周辺技術 新規技術
市場 在来市場 / 既存品
サービス向上
製品改良 原価低減
代替品
在来市場 / 新製品
品揃え強化
品揃え強化
高付加価値化の可能性
周辺市場 新規事業
新規市場 新規事業
事業展開（起業）の考え方 市場性と技術の関連
一次スクリーニング 経営ビジョンとの整合性 マクロ社会動向との整合性 他事業とのシナジー効果 活性化、文化・風土改革への貢献 経営基盤の拡大 二次スクリーニング 期待効果 リスク 事業方針 市場状況 事業目標（5年後） 技術 労務 投資 企業イメージ 事業化
ｽｸﾘｰﾆﾝｸﾞの基準となる代表項目
成功のポイント（つづき） 進出の決意の確認 事業の正しい理解 正しい戦略の策定（戦略と戦術 混乱しないように） 正しいアクションプランの策定 アクションプランの実行
新規事業（起業）成功への道
－ 67 －
G
－ 68 －
or
－ 69 －
－ 70 －
→
μmol m-2 s-1
RQ
文部科学省事業 平成26年度「成長分野における中核的専門人材養成等の戦略的推進」
植物工場を支える技術④機械化・IT化
平成26年12月6日（土）10：00〜11:20
大阪府立大学大学院工学研究科 岩村幸治
1
自己紹介
2
（略歴）1974年4月 広島県福山市生まれ．2歳から20歳まで姫路市で暮らす．
1995年3月 神戸市立工業高等専門学校機械工学科 卒業1995年4月 大阪府立大学工学部機械システム工学科 編入学1998年4月 大阪府立大学大学院工学研究科博士前期課程 入学2000年3月 同上 修了2000年4月 東京都立航空工業高等専門学校 助手2003年3月 同上 退職2003年4月 大阪府立大学大学院工学研究科 機械系専攻 助手2012年4月 大阪府立大学大学院工学研究科 機械系専攻 准教授
（専門分野）生産システムに関する設計・計画・管理などの研究に従事．2014年5月から植物工場に関する共同研究に取り組み始める．
現在の生産システム
5
航空機の生産（ボーイング）ハイブリッド車の生産（トヨタ自動車）
1970年代以降 顧客ニーズに合わせた多様なものづくり
コンピュータ・ネットワーク技術，ロボット技術などの利用
1990年代以降 多品種極少量変動生産
（多種類の製品の少しずつ生産する．製品の種類もすぐ変更する）
「いいものを安く，早くお客様に提供し，かつ無駄にはつくらない」
講師の植物工場に関する研究
6
• 植物工場の生産品の市場見合い流通モデル構築に関する研究（平成26年2月〜）
– 東芝テック（株），（株）グリーンクロックス，大阪府立大学（桃山学院大学，龍谷大学）の共同研究
– 植物工場の生産品の商取引（IT化）に関する研究
– 関連する話題は，12/20（土）2コマ 「植物工場マーケティング戦略，ブランド戦略，流通戦略」 浦出俊和先生の講義で聞けると思います．
この研究を行うにあたり，文献調査した植物工場に関する機械化・IT化技術について紹介します．
本日の内容
3
• 講師の専門領域について– 生産システムとは？
• 植物工場の機械化・IT化の取り組み– （機械化）パナソニック（株） パッシブ型農業環境制御システム
– （機械化）植物工場千葉大学拠点「統合環境制御による生産性向上」
– （IT化）近畿大学 星岳彦教授 BIX‐pp情報プラットフォーム
• 植物工場に転用可能な（？）生産システムにおける機械化・IT化の先端技術– （機械化）自律型搬送車
– （機械化）自動立体倉庫
– （機械化）マテリアルハンドリング（双腕ロボット）
– （IT化）生産システムシミュレーション
• まとめ
生産システムの誕生 フォードシステム1903年
• 生産量 1910年：18,600台 → 1923年：2,055,300台
• 値段 1910年：$950 → 1925年：$290（2005年レート：$3,300)
• （労働者日給$5，年収$1,000）
• コンベアシステムによる単一製品の大量生産：ライン型生産システム
T型フォードの大量生産
4
その前に･･･植物工場って？（定義）
7
大阪府立大学 植物工場研究センター統括CD 小倉東一様 資料
従来のハウス栽培は植物工場では無いが，太陽光利用型植物工場の定義はグレー
ちょっと前までは、植物工場の定義は比較的わかりやすいものでした。「人工光を使った栽培システム」という明快な定義だったのです。栽培から収穫まで外乱がなく、計画通りに植物を育てることができるシステムです。すべてを人工光で育てるものもあれば、太陽光と人工光を併用するものもあります。いずれにせよ、人工光を使うことが植物工場の必須条件となっていました。
ところが、5年くらい前から植物工場の定義が変わりました。太陽光利用型植物工場という
ものが、植物工場の仲間入りをするようになったことがきっかけです。人工光をまったく使っていなくても植物工場と呼ばれる種類のものが入ってくるようになりました。
この太陽光利用型植物工場と、まったく太陽光を使わない完全人工光型植物工場、それから太陽光・人工光併用型植物工場という、三つに分類されるようになっています。ただ、太陽光利用型植物工場については、明確な定義が難しいというのが実情です。
あえて定義するならば、「ほぼ周年的に施設を利用すること」「環境制御や収穫予測を行っていること」になるかと思います。もちろんそれに伴って、自動制御といったことも行われることになります。一般的なイメージとしては、栽培方法として土を用いない「養液栽培」をするということが、植物工場の前提になるでしょう。
千葉大学（植物工場研究会副理事長） 丸尾達教授
http://www.nikkeibp.co.jp/article/tk/20130912/365020/?ST=change&P=1 8
－ 71 －
パナソニック（株）「パッシブハウス型農業プラント」
https://www.youtube.com/watch?v=pBOpuskZCso 9
（3分52秒）
「パッシブハウス型農業プラント」の特長自然の力を積極的に活用した「環境制御システム」
10
自然光、水、風などの自然エネルギーを直接利用するパッシブ技術により、できるだけ電気のエネルギーに頼らずに、作物周辺の温度、湿度などの環境をバランス良く整えるトータル環境制御システムを提供します。一般的な植物工場と異なり、エアコンや暖房機を使用しないためエネルギーコストを抑えた栽培が可能です。
ハウス外の照度、外気温度、ハウス内の温度・湿度を計測して、遮光、送風、散水を行なう設備機器を制御します。作物の生育ステップごとに機器動作の優先順位を決めて、成長に合わせた制御を行います。また、機器動作の制御は、季節や時間に合わせて自動的に変更して制御します。
http://news.panasonic.com/press/news/official.data/data.dir/2014/04/jn140421‐4/jn140421‐4.html
基本的には光合成を効率的にさせないと、生産性は上がりません。光合成の効率を上げるためには、もちろん、温度もコントロールしなければなりませんが、温度については従来の施設園芸（いわゆる温室栽培・ハウス栽培）でもコントロールされてきたわけです。
植物工場では、温度に加えてCO2濃度や湿度をコンロールしているという点がやはり重要と言えます。
温度一辺倒の制御ではなくて、より高度な制御を行うことによって、光合成をより効率的にしていくことができます。
――野菜の生産性を高めるための重要なコントロール項目は何になるのでしょうか。
13
千葉大学（植物工場研究会副理事長） 丸尾達教授
http://www.nikkeibp.co.jp/article/tk/20130912/365020/?ST=change&P=1
植物工場実証拠点
• 千葉大学拠点http://www.fc.chiba‐u.jp/plant‐factory/
• 農研機構植物工場つくば実証拠点http://www.naro.affrc.go.jp/vegetea/plant_factory/
• 農研機構植物工場九州実証拠点http://www.naro.affrc.go.jp/karc/plant_factory/
• 大阪府立大学２１世紀科学研究機構植物工場研究センターhttp://www.plant‐factory.21c.osakafu‐u.ac.jp/
• 愛媛大学植物工場研究センターhttp://igh.agr.ehime‐u.ac.jp/
• 植物工場三重県拠点（三重県農業研究所）http://www.mate.pref.mie.lg.jp/plant‐factory/index.htm
14http://www.jgha.com/pf14/index‐3.html
「パッシブハウス型農業プラント」の特長2. 「局所フォーカス」や日照シミュレーション等を
活用した「エンジニアリング技術」
11
設備機器を最適に配置することで作物周辺のみを集中的に環境制御する「局所フォーカス」を実現し、環境制御を省エネで実現。ハウス内の設備機器は気流解析やサーモグラフィによる測定を行ない、最大限の効果が発揮できるように機器選定や配置設計をしています。
また、日照シミュレーションによる周辺環境の影響を考慮したハウスの全体配置設計や生産者が既にお持ちの井戸ポンプや電源設備などに合わせた共用設備の設計を行なって、生産者一人ひとりに合わせ、提案します。
http://news.panasonic.com/press/news/official.data/data.dir/2014/04/jn140421‐4/jn140421‐4.html
「パッシブハウス型農業プラント」の特長3. ほうれん草の周年栽培を実証
一般的には難しかった夏を含めて年間を通じたほうれん草の栽培を実証しました。例えば、複数棟で播種時期をずらしながら栽培することで、毎日の出荷も可能になります。また、天候リスクが低減できるため栽培期間のブレが少なく計画が立てやすくなり、出荷期日に合わせた栽培を行なうことも可能です。さらに環境制御が自動化されているため、栽培中の手間が大幅に削減できます。
http://news.panasonic.com/press/news/official.data/data.dir/2014/04/jn140421‐4/jn140421‐4.html 12
千葉大学拠点リーダー 丸尾達 教授
15http://www.fc.chiba‐u.jp/plant‐factory/project_leader.html
千葉大学植物工場拠点では、可能な限り環境負荷を低減し、環境と人にやさしく、高い生産性を安定して発揮する植物工場のモデルをめざします。つまり、脱石油、低CO2排出とそれを担保する革新的な省エネルギーを実現し、水や肥料等も含めた
省資源型閉鎖系システムで生産効率の大幅な向上をめざします。具体的には、ヒートポンプの多面的利用や施設環境の統合環境制御システムの構築、雨水利用の拡大、専用品種の開発などに挑戦します。太陽光利用型植物工場では、5つのコンソーシアムで競争してトマトの最適生産シ
ステムを模索します。内訳は２つの長期多段型栽培システム、１つの3段密植栽培シ
ステム、２つの１段密植栽培システムを用いたコンソーシアムが生産性、コスト、省エネ性、省力性等について客観的な評価を受け、実証・展示することで広く研究者や技術者、生産者等関係者の皆様に多くの試験データ、結果をご提供します。
完全人工光型植物工場についても、リーフレタスと結球レタスを生産するコンソーシアムをそれぞれ一つずつ設置して、業務加工用のレタス生産を、十分な価格競争力を持った形で安定生産する栽培システムの実証・展示を行います。
千葉大学（植物工場研究会副理事長） 丸尾達教授
オランダ並みのトマト収穫、植物工場で都市部への安全・安定生産が実現へ
http://www.nikkeibp.co.jp/article/tk/20130923/366283/?ST=change&P=1
「統合環境制御による生産性向上」コンソーシアムでは、オランダで開発された技術を使ってオランダ品種のトマト栽培が行われています。その結果、10アールあたり51.4トンという高収量を実現しています。千葉県の平均収量が15～20トンですから、非常に高い水準です。
今まで日本では、50トンという収量は不可能だと言われてきました。一方、オランダの平均収量は60トンです。気象条件の良いオランダにはまだ届きませんが、それでも植物工場を導入することで、日本でもオランダ並みの収量が実現できるというわけです。
日本には「夏に栽培できない」という大きなハンディキャップがあります。日本農業の最大の敵が「夏の暑さ」なのです。それを何とか克服する必要があるわけですが、オランダで開発された技術をそのまま導入するだけでは難しい。
16
－ 72 －
図 統合環境制御で光合成向上を図る
（株）誠和がリーダーを務めるコンソーシアムでは、オランダ型のRWハイワイヤー
システムで、日本の気象環境等に適合した統合環境制御システムを確立することにより、光合成速度を高め、オランダ品種を用いて世界レベルの多収（50t/10a以上）を目指している。栽培施設には、軒高５mのエフクリーン
展張ハウスを用いている。
http://vegetable.alic.go.jp/yasaijoho/joho/1209/joho01.html 17
RW（ロックウール）って・・・？
ハイワイヤーシステムとは，高軒高施設の棟梁下に設置した高い位置にある誘引線を使った茎を直立にする整枝・誘引法のことで，作業位置が高く立ったままで収穫できる等の利点がある．
http://www.agrinet.pref.tochigi.lg.jp/81_area‐desaki/10_nousi/04_kenkyuuseika/g31_seika01/seika/kenhou/kp_055/kp_055_02.pdf
日本とオランダの施設栽培の特徴
18
これまでの日本では，園芸生産施設を‘温室’と称して，暖めることを主に考えてきた．すなわち，春先に加温して露地よりも早く収穫できる，あるいは保温して晩秋まで収穫できることで，不時栽培あるいは収入増加を実現するものとして考えてきたのである．しかもその多くは鉄パイプにフィルムをかぶせただけのもので，温度管理も体感的な手作業で行う場合が多かった．炭酸ガス濃度や湿度までも制御して，植物の生育環境をできるだけ好適条件に維持するという考えはあまりなかった．栽培法も，‘土作り農業’という表現に代表されるように，そのほとんどは土耕であり，たとえ養液栽培が行われる場合でも，‘養液栽培用’という特別な品種はなく，高収量品種も提供されなかった．全体として，経験と勘に強く依存する栽培といえよう．（図１）
これに対して，オランダでは，ガラス室
を植物生育に好適な条件を整えるものとして，光環境や気温，湿度，炭酸ガス濃度などのすべての環境を，データに基づいて，コピュータを用いて可能な限り良好にして，生育を早め，収量を増加させるものとしての精密農業を発達させてきた．1990 年代からは，高
い労賃対策や軽労化のために，システム化・自動化やロボット化を一層進めている．
http://www.fc.chiba‐u.jp/plant%20factory/project_plant/Holland_Ikeda.pdf
BIX‐pp情報プラットフォーム（近畿大学 星岳彦教授）
21
すなわち、植物生理学、土壌肥料学、育種学、栽培学、土木学、建築学、農業機械学、ロボティックス、制御工学、応用計測学、気象学、経済学、経営学、ロジスティックス、人間工学など、実に多くの分野に関連しています。したがって、その生産過程を情報化する場合には、多種多様な情報を分野横断的に処理していかなければなりません。現状では、それらが図のように、ばらばらに管理・記録されていて、統合されていません。
http://bix‐pp.info/explain‐j.htm
様々な分野で、情報化が進められています。植物生産の分野も例外ではありません。
特に、先端的な生産を行っている施設園芸や植物工場における植物生産では、多分野の生産技術が統合されています。
情報が統合化されていないばかりでなく、規格化されていないため、それらの情報を処理するコンピュータのアプリケーションソフトウェアの開発も困難を極めています。これらの問題を克服しなければ、植物生産の情報化の推進は不可能です。
そこで、これらを統合化し、その標準規格をここで提案したいと思います。2001年に構想が提案された、BIXの考え方
に基づき、植物生産の過程の情報を統合し、一本化するために、BIX‐ppという規格を作りました。
BIX‐ppは、XMLで記述されている、標準化された植物生産過程の記録オブジェクトです。
この規格に基づいて記録された植物生産の過程は、対応する汎用的アプリケーションソフトウェアによって、様々な解析が容易に行えます。また、生産者が過去の生産検証を行ったり、何回かの生産を比較検討したり、コンサルタントから生産の診断や指導を受ける際のカルテとして用いたり、さまざまな用途に使用することが可能です．
22http://bix‐pp.info/explain‐j.htm
近年は新しいエネルギー対策もさまざまに展開している．栽培施設は，今後閉鎖型あるいは半閉鎖型に向かい，エネルギー収集施設に変化する方向をたどっている．オランダの施設栽培は輸出産業である．常に国際競争を意識し，生産性の向上，収量増加，エネルギーの削減などが検討されている．図２に示すように，トマト果実の収量は 1970年からの 40 年間でおよそ 4倍に増加した．
4割増加したのではない．
http://www.fc.chiba‐u.jp/plant%20factory/project_plant/Holland_Ikeda.pdf 19
このような急激な収量増加がどのようになされたのかを検証してみたとき，栽培を土に依存せずにロックウールを用いたことの効果は大きかったと考えられる．また，養液栽培用品種の開発や，ハウス軒高が高くなって光環境が改善されたことや，コンピュータの導入も大きな効果を発揮したと言われている．一言で言えば，オランダの施設栽培はサイエンスの塊である．
（株）誠和が提案する植物工場
20
【統合環境制御とは】
成長に必要なさまざまな環境因子を統合的にコントロールし、光合成速度が最大になるように調和したハウス内環境をつくりだす。そのために必須の技術が‘統合環境制御’です。
作物の生産性を高めるためには、光合成を最大にする必要があります。果菜類の場合、葉で、光合成によってつくられた糖を収穫物である果実に送る転流もまた重要であり、葉ものに比べて栽培管理も複雑になるため、より高い技術を要します。
http://www.seiwa‐ltd.jp/plant‐review/（参考）植物工場つくば実証拠点でも“統合型環境制御”として同様の研究が行われている
サンプルアプリケーション①生産情報統合ビューア BixComposite
記録されている画像データ、環境計測データ、生育計測データ、作業データ等を、一度に表示することができます。各データを日付をキーに関連付けて閲覧したり、画像を動画のように再生できます。
http://bix‐pp.info/samples/softwareBixComposite.pdf 23
サンプルアプリケーション②生産情報自動収集プログラム
24
様々な植物生産情報を、BIX‐pp形式で手軽に記録できるプログラムです。生産現場に設置されたフィールドサーバやWebカメラを利用して、温度や湿度などの環境情報、植物成育画像などを自動記録できます。また、生産解析に必要な、栽培管理
作業や成育測定情報などの情報を、手動入力で補えます。
フィールドサーバとはWebサーバ，複数のセンサ，ネットワークカメラ，無線LAN通信モジュール，超高輝度LED照明など様々な電子機器を搭載し，フィールド（圃場）に長期間設置して，環境の計測，動植物のモニタリング，農園の監視等を行う超分散モニタリングデバイスです。
－ 73 －
本日の内容
25
• 講師の自己紹介と専門領域について– 生産システムとは？
• 植物工場の機械化・IT化の取り組み– （機械化）パナソニック（株） パッシブ型農業環境制御システム
– （機械化）植物工場千葉大学拠点「統合環境制御による生産性向上」
– （IT化）近畿大学 星岳彦教授 BIX‐pp情報プラットフォーム
• 植物工場に転用可能な（？）生産システムにおける機械化・IT化の先端技術– （機械化）自律型搬送車
– （機械化）自動立体倉庫
– （機械化）マテリアルハンドリング（双腕ロボット）
– （IT化）生産システムシミュレーション
• まとめ
自律型搬送台車Egemin Automated Guided Vehicles (AGV)
26https://www.youtube.com/watch?v=QKPIOny1AL4
（3分33秒）搬送車の自己位置を検出する方法として、建て屋の要所に設置された光反射体に車上からレーザ光を照射して反射光を捉える方法、車載または天井設置のCCDカメラから得られる画像情報を利用する方法、車載ジャイロを利用する方法、車載GPSを利用する方法などがある。
生産システムシミュレーション
29http://www.engineering‐eye.com/WITNESS/
まとめ 〜本講義資料を作成して感じたこと〜
• 工業立国の日本では，農業分野における要素技術の開発については取り組んできたが，（製造業のように）システム全体を最適化して，高品質・低コストを追求する取り組みが長年おろそかであった．
• 環境制御がしやすい植物工場が誕生し，システム（工場）全体を最適化する志向ができた．
• 機械化・情報化は，農業分野の要素技術として従来からも取り組みが行われており，植物工場にも転用されている．（初めから植物工場用に作られた技術ばかりではない．）
• 製造業において使われている機械化・情報化の最新技術が多数あるため，植物工場で有効活用（事業化）するアイデアが求められる．
30
（株）ダイフク 高能力ケース自動倉庫「DUOSYS（デュオシス）」
27
1つの通路に2台のスタッカークレーン「ラックマスター（RM）」を設置し、2層構造にして計4台のRMを同時に稼働させることにより、非常に高い入出庫能力を持つ自動倉庫です。
https://www.youtube.com/watch?v=O‐NwUdhIIow
（5分30秒）
2011国際ロボット展安川電機 双腕ロボット
28https://www.youtube.com/watch?v=Lk0zxX913rU
（1分16秒）
－ 74 －
!!— —!
! CO2 !" !
! !
! !" !
! !
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(1992)
96 kcal/h!112 Wh/h!5815 Wh/h!
1016 Wh/h!
636 Wh/h!
520 Wh/h!
1989 Wh/h!
4161 Wh/h!!
EDMC/ "2009 (2009)
6.52 × 1015 Wh/y!÷ 128 × 106 !÷ 365 d/y!÷ 24 h/d!
= 5815 W/ !
EDMC/ "2009 (2009)
CO2
EDMC/ "2009 (2009)
1.22 × 109 t/y!÷ 128 × 106 !÷ 365 d/y!÷ 24 h/d!
= 1.09 kg/h/ !
CO2
http://en.wikipedia.org/wiki/File:CO2_data_mlo.svg."
－ 75 －
CO2
52 g-CO2/h!!
216 g-CO2/h!
65 g-CO2/h!
47 g-CO2/h!
438 g-CO2/h!
270 g-CO2/h!
: 1088 g-CO2/h!!
36 g-CO2/h!= 18 L/h!= 1 /h!
! !" !" 1,000 !" 360,000 !" 20 !" 20,000 !
! !" 360 !" 8,640 !
! !" 40 W × 2,300 !" 92 kW!
! !" 138 kW!" 46 kW!
! !" 12 kW!
(2011)
96 kcal/h!= 112 Wh/h!
60 kcal/ !×1.6 /h!= 112 Wh/h!
6682 Wh/h!
15494 Wh/h! 3533 Wh/h!
5760 Wh/h!
1766 Wh/h!
461 Wh/h!
¥
CO2
1823 (2438)!g-CO2/h!
¥
36 g-CO2/h!= 18 L/h!= 1 /h!
911 (1219)!g-CO2/h!
238 (318)!g-CO2/h!
: 2972 (3975)! g-CO2/h!
13 %8 %
25 %
36 %
18 %
(2011)
21 %
8 %71 %
18 %9 %
73 %
(2011)
核!エネルギー
光!エネルギー
電気!エネルギー
力学的!エネルギー
熱!エネルギー
化学!エネルギー
! !
! !" J!" W = J/s!
! !" !" !" !"
－ 76 －
! !" cal J = W·s !
! 1 cal = 4.186 J 1 J = 0.2389 cal!" Wh J = W·s !
! 1 Wh = 3600 J 1 J = 0.0002778 Wh!" cal Wh !
! 1 cal = 0.001163 Wh 1 Wh = 860.0 cal!
! !" k : 103 M : 106 G : 109 T : 1012
P : 1015 E : 1018!
! !" !" !" !
! !" 100 % !" 100 %
!"
"""
"
! !" !" !
! !" !
! !" !" !"
! !
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"
"
－ 77 －
CO2LCC, LCE, LCCO2
! !"
!
! !"
!
! CO2!"
CO2
!CO2 !
－ 78 －
－ 79 －
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Win
Qout
Qin
in
in
W
Q�COP
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�
A
A+B
A+B+C A+B+C+D
A+B+C+D+E A+B+C+D+E+F
A: B: C: CO2 D: E: F:
� �FE,D,C,B,A,max fP �
CO2 H2O
CO2
Rm
Rs
Rb
Ra
Cm
Cr
NPR � �
absmT
T
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RRRRR
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H2O
rm
rs rb
ra
Wm
Wr
CO2 O2
CO2
O2 H2O �
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2014 12 6
－ 80 －
� CO2
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� CO2 CO2 �
CO2
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��
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VPD
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�
�
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�
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�
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��
－ 81 －
12/21 01:16
12/21 01:46
12/21 02:16
12/21 02:46
12/21 09:46
12/21 10:16
12/21 10:46
12/21 11:16
A A’
B B’
B-B’
A-A’
~
’
2014 2/7 21:00 2/10 800
’ ’
’
’ ’
A A’
B B’
B-B’
A-A’
’ ’ ’
’ ’ ’
2013 12/20 18:00 12/22 7:00
A-A’
B-B’
－ 82 －
4
3
Wind profile
Lettuce x 9
CO2 concentration profile
Wind speed [m/s]
CO2 conc. [ppm]
Transpiration rate (Penman-Monteith method)
Photosynthetic rate (non-rectangular hyperbola model)
Heat flux tothe root
TranspirationPhotosynthesis
Respiration
Heat
Water
CO2
Radiation
Vaporization heatHeat transfer
Light
Water absorption
Water, heat, and CO2 balance between plant and atmosphere.
)()/1(
/
)/1(
asaac
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IVgVIg
VIgVV
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2
42)(
2
maxmax
max
���
���
� � Rplantnhplantpahplantt SRShTTLSE ��� �����������
Heat balance between the plants and the atmosphere
(b) X=0.5m
2550
2550
X=2.3m
(g)
X=0.5m
2550
2550
X=2.3m
(c) X=0.5m
2550
2550
X=2.3m (d)
X=0.5m
2550
2550
X=2.3m (a)
X=0.5m
2550
2550
X=2.3m
(e) X=0.5m
2550
2550
X=2.3m (f)
X=0.5m
2550
2550
X=2.3m
X
X
25
28
26 25
28
26
25
28
26
25
28
26
24
26
28 27
27 25
28
26
24
27 28
26
24
27 28
26
24
27
25
24
25
24
25
25
26
25
26
25
8600
700 1600 250
400
3650CMH( 5.6m/s) 18 3650CMH( 2.5m/s)
30W 9
10W/m2 25W/m2 25
50%
250
8600
35500
1800
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
9
12
12 6 18
－ 83 －
4
20 0.8m/s 1,000ppm
LED
�
�
�
�
�
�
PPFD Hf PPFD LED
LED PPFD Hf
3 :LED Hf
LED(PPFD200)
Hf(PPFD200)
LED PPFD200 Hf PPFD550 Hf PPFD200 Hf PPFD290
LED 36 LED
CO2
300
150
x 30
0
3 : NAR a. b.
c. a. LED PPFD200 Hf PPFD550
b. LED PPFD200 Hf PPFD550
0.8m/s c. LED PPFD200 Hf PPFD550
20
3 : a. b.
c. a.
b.
0.8m/s
2.2m/s
c. 20 25
30
8
g 14
cm cm-1 11
14
c 14
L 14 9
RGR g g-1 day-1 RGR
RGR
(NAR) g cm-2 day-1
RGR
(LAR) c g-1
RGR
2
LED PPFD= 200μmol m-2 s-2 Hf 3 PPFD= 200μmol m-2 s-2 Hf 4 PPFD= 290μmol m-2 s-2 Hf 7 PPFD= 550μmol m-2 s-2
: 14h:10h 70%RH = A
(EC=1.3~1.5 pH=5.0~6.5)
2 3
1~2
b. = 0.14m/s 18Hz = 0.82m/s 36Hz = 2.23m/s CO2 1,000ppm 20
c. =20 =25 =30 CO2 1,000ppm 0.82m/s
a. CO2 = 400ppm CO2 = 1,000ppm 0.82m/s 20
－ 85 －
ビジネス企画
言語情報を遮断する簡易なパーティションの 開発・販売戦略
Ⅰビジネス企画演習 受講学生の企画概要書より
３．企画書の事例
ビジネス企画： タイトル （1）商品の概要 （2）事業戦略
（3）研究、開発戦略
開発の日程 開発人員 開発費
（4）生産戦略 （5）販売戦略
氏名 ００００００ ビジネス企画 概要書
商品コンセプト、特長、ターゲットユーザーなど 市場規模、 仕様・技術動向、 パテント戦略 提案商品の妥当性など 事業リスク 開発、生産、販売での留意点
設備、外部委託費、試料など
鍵となる技術 開発や品質のリスク （選択特許がカバーしている技術と抵触の恐れがある特許は？） 開発（技術）の妥当性・独自性・進歩性の根拠
販売価格、数量、期間、 事業試算
生産の場 設備投資 生産リスク
（６）その他、特記事項
商品の発売時期と ビジネス企画
認知度 売上数 成熟度
成長期
創成期
時期
研究・開発者が主役
ビジネス企画が重要、リーダーの手腕 （チームワーク）
商品成熟期
独自商品 ユーザーベネフィット 達成技術とFS
類似商品 商品コンセプト コスト対応力
１）商品の概要
２）事業戦略
３）研究・開発戦略
４）生産戦略
５）販売戦略
・商品コンセプト （商品化の狙い 想定される顧客にとっての購買理由） ・主な特長 （商品の魅力は？ ユーザーに訴求するポイントは？ ） ・ターゲットユーザ （誰がお客さまで、どこにいて何を欲している人なのか？） ・効果的であればネーミング （セールストークなど）
・市場規模の想定とユーザー数の明確化 ・事業リスクとその対応 ・研究開発⇒生産⇒販売等のステージで考慮すべき事項
・開発投資（人件費、設備費、外部委託費など） ・開発や品質のリスク 本商品技術をカバーしている特許、抵触の恐れのある特許等を明記、対応案。 開発レベルでの課題（品質や安全、仕様のどの観点で） ・コスト戦略 目標コスト、コストのリスクとその対応
・生産の場 ・設備投資（金型、専用設備） ・生産のリスクとその対応
・販売地域 ・価格設定（導入時期、1年後・・・・など） ・ロット設定 ・事業試算（販売数量、売上、粗利、営業利益など）
２．ビジネス企画書の構成要素
１．ビジネス企画書とは
研究提案書
業務契約書 成果目標
プロジェクト提案書
商品企画書 開発提案書
個人
チームとして
ビジネス企画書
研究企画書
起業提案書
・自分の商品（夢）を実現する ための設計図（シナリオ） ・実現のためには、 他の人に伝え賛同を得る 資金、 パートナー ・伝えるための手段が ビジネス企画書 ・伝える内容 まず商品のイメージ、 コンセプト（夢でも良い）
人を引き付ける写真とは ・非日常性 ・立体感 ・一瞬の表情 ・光と影
写真のテクニック ・アングル ・空の比率 ・写真は引き算（トリミング） ・ボケ
蛇足
０．自己紹介
• 1968年 4月：ミノルタカメラ株式会社に入社 • 1989年 4月：ミノルタ株式会社 カメラ開発センター プロジェクト推進室長 • 1996年10月:ミノルタ株式会社 光学機器事業本部副本部長
カメラ開発センター所長 • 2001年 1月：ミノルタコンポーネンツ株式会社 代表取締役社長
2001年 3月：退任 • 2006年 4月：大阪府立大学 産学官連携機構 統括 コーディネータ • 2008年 8月：大阪府立大学 産学協同高度人材育成センター
プログラム運営統括 • 2013 年5月：合同会社 ゲンテック 設立 代表社員 引き続き 人材育成センター プログラム運営統括（業務受託）
植物工場分野での中核的専門人材養成講座2014
ビジネス企画書と提案者（リーダー）の素養
０．自己紹介
１．ビジネス企画とは
２．ビジネス企画書の構成要素
１） 商品の概要 ２） 事業戦略 ３） 研究・開発戦略 ４） 生産戦略 ５） 販売戦略
３．企画書の事例
４．プロジェクトリーダーの素養
①業務 ②要件
141206 合同会社 ゲンテック 松田 元伸
－ 86 －
②リーダーに必要とされる要件要件
・企画力
・マネージ メント力
調査・統計に基づく基礎知識 情報の収集と分析技法 マーケティングの基礎知識 科学技術に関する基礎知識 人脈・ネットワーク 問題意識 創造性 プレゼンテーション能力 ビジョン構築力
状況判断力 （代替え案の検討 行動方針の選択） 意思決定力 （会議・検討の進め方なども含む） 指示命令の出し方（趣旨の徹底、情報の加工伝達力） 問題解決力 計画と実行統制 （進捗管理） 経営資源管理 （係数感覚） リーダーシップ、チーム作り コミュニケーション力 （動機付け、相談）
あるべき姿をきちんと描き、 現実をそこへ導くためのシナリオをつくること
「なに」を「どうするか」を創り出す
①リーダーの業務業務 ・企画業務
・マネージメント業務 描いたシナリオを実行してゆくこと
そのために人・モノ・金と組織を動かし、 生起する問題や課題を解決すること
・誰がお客様なのか （どこにいて何を 欲している人なのか） ・自社で貢献できる技術・ ノウハウ・サービスは何か
・どんな商品にすれば売れるのか （妥当性） ・どうすれば、その売れる商品を 作ることができるのか
目的目標を作る 指示命令や指針を与える 報告や連絡を受ける 計画に実行を監督する チーム内外との協力関係を作り調整を行う
問題や課題を発見・分析し解決を図る 必要な情報を分配する
４．プロジェクト リーダーの素養
要素 開発
商品 開発 設計
生産技術
製品 技術
品質保証
生産
品質管理
情報システム
知的財産
商品企画（ビジネス企画）
研究
製品化
企画書の提案部署
マーケティング
３．企画書の事例 Ⅰビジネス企画演習受講学生の企画概要書より
４）生産戦略 ５）販売戦略
・生産の場 ・設備投資（金型、専用設備） ・生産のリスクとその対応
・販売地域 ・価格設定（導入時期、1年後・・・・など） ・ロット設定 ・事業試算（販売数量、売上、粗利、営業利益など）
製品の組立は人員を要するため、生産段階では組み立てを行わずに出荷し、施工時に組み立てを行う。生産は国内外部委託とし、輸送費を抑える。生産リスクとしては重錘付き薄膜が性能を保つための必要精度により、金型及び金型成型機のコストが大きく変動する恐れがある。
販売価格は 円 セットを目指し、初年度で 箇所 枚程度の施工を目標とし、 年目で 箇所 枚の販売を目指す。以上の目標から、粗利益は年目 万円
2年目 1億200万円 3年目 3億4000万円
とした。
３．企画書の事例 ３）研究・開発戦略
・開発投資（人件費、設備費、外部委託費など） ・開発や品質のリスク 本商品技術をカバーしている特許、抵触の恐れのある特許等を明記、対応案。 開発レベルでの課題（品質や安全、仕様のどの観点で） ・コスト戦略 目標コスト、コストのリスクとその対応
薄膜に一定間隔で重錘を固定した構造体により、薄膜全体の振動と重錘によって分割された領域の振動が打ち消しあい、入射音波の減衰効果を実現する。この構造体の周波数特性は薄膜の素材と大きさ、重錘の固定間隔に依存する（特開平６－１９５０８６）。本特許を用いた製品が実用化されており、「錘付き遮音板」として株式会社鴻池組から販売されている。この製品は屋外・低周波専用であり、大型機械の発する低周波騒音の軽減を目的としている。本商品企画ではこの技術を高周波領域に適応し、小型・軽量化することで屋内向けのパーティションの開発を目指す。防音性能を有するパーティションとしては「キューパネ」の商品名でコマニー株式会社から販売されている。この製品は特開２０１０－１０６５５１を基に作られているが、防音手法は上記技術とは異なる上、著しい周波数特性は有さない。防音の分野において情報漏洩の観点に特化した製品は無く、導入の手軽さ・安心感を提供できることから独自のユーザーを獲得できる商品であるといえる。また、この製品を導入することで情報漏えい・プライバシーへの配慮を対外的に示すことが出来、導入店舗のイメージアップにつながることが期待できる。
３．企画書の事例
２）事業戦略
・市場規模の想定とユーザー数の明確化 ・事業リスクとその対応 ・研究開発⇒生産⇒販売等のステージで考慮すべき事項
全国の銀行店舗数は 店舗あり、郵便局の 店舗、携帯電話会社の 店舗と合わせると販売可能場所は約 店舗となる。さらに中、小規模オフィスは総計 箇所に上り、販売が見込める場合には膨大な規模の市場となる。販売単価を 円とし 店舗につき 単位の販売が見込めると仮定すると市場規模は約 億円となる。但し、防音パーティションとしては他社がすでに販売しており、ニーズとして重複する可能性があるため商品の差別化を図ることが重要である。そのためにはコンセプトである言語認識の低減性能が他社の防音パーティションに対して対抗できる程度であることが必要となる。つまり開発段階において目標とする性能に達することが非常に重要であり、定めた期限内に目標性能を達成出来ない場合には事業中止を含めた早期の判断が必要である。
３．企画書の事例 １）商品の概要
・商品コンセプト （商品化の狙い 想定される顧客にとっての購買理由） ・主な特長 （商品の魅力は？ ユーザーに訴求するポイントは？ ） ・ターゲットユーザ （誰がお客さまで、どこにいて何を欲している人なのか？） ・効果的であればネーミング （セールストークなど）
騒音問題は建築技術の発展により軽減されつつある。しかし、不特定多数の人間が存在する状況下においては他人に会話内容を聞かれたり、他人の会話内容が聞こえてしまったりする状況が考えられる。このような会話内容は一種の「騒音」とみなされるが、この種の騒音についてはその身近さゆえに対策がとられていない現状にある。例えば銀行窓口における会話の内容は他者に対して秘匿にされるべき事柄である。この目的においては、大掛かりな完全防音は必要では無く、会話の内容の漏洩を防ぐことが必要充分条件であると考えられる。そこで私は特定の周波数帯の音波成分のみを選択的に吸収し、透過音波の言語認識を困難にするパーティションを提案する。この商品は非常に薄く、軽量且つ透明な素材で作製可能であるため、大掛かりな防音設備を必要とせず、室内の景観を損ねること無くプライバシー保護を実現できる。また、派生的な商品の形態としてこの技術を用いたカーテンやシール等が考えられ、病院の診察室や一般家庭等への市場拡大を見込んでいる。他の防音を謳った商品との差別化として、本商品の目的は情報の遮断であることを強調する。
３．企画書の事例
－ 87 －
御静聴 ありがとうございました
企画商品の特定(マーケティングを経て)
・取り上げる企画は、情熱（熱意）を持てるテーマであってほしい （完成までに挫折することもあり乗り越えるには情熱が必要） ・企画商品を大きく分けると、既に市場に同種の商品が存在している『類似商品』 の場合と、全く存在していない新しい『独自商品』になる ・前者の場合は、従来商品と比べ優位差は何か、それはユーザーにとって従来品に比べ どんな価値があるのかを調査しデーターで示し伝える ・後者の『独自商品』の場合は、独自性として新しく提供する「ユーザーベネフィット」 を明確に考察し、それを受け入れる（使用する状況を充分想定し）市場があるのか、 また必要とされる背景等も伝える必要がある ・そして、両ケースとも、それを達成する課題と技術を明確にし、その販売のために 新しいビジネスモデルがあれば、付け加えればよい。 ・「セールストーク」や「商品コンセプト」を示すことで商品が目指す市場が分り易くなる ・提案する企画が商品として実現可能かを充分掘り下げて考える それでも技術課題の解決見通が付かない場合でも、その課題が解決出来れば商品として 実現可能であれば「技術課題」として企画に取りあげる
養液栽培理論 養液栽培の基礎理論基本システム
ＥＣ，ｐＨ，必須元素，培養液単位の話，濃度の計算
Hydroponics Soilless CultureHyroPonos
3
培地の種類
水耕 流動法 DFT（湛液水耕）
NFT（薄膜水耕）
静置法 毛管水耕，パッシブ水耕，浮根水耕
養液栽培 噴霧耕
天然無機系 粒状 礫，砂
無機培地 粒状 人工礫，クン炭，多孔質セラミック
人工無機系
繊維状 ロックウール（スラブ，粒状綿）
その他 パーライト，バーミキュライト
フォーム状 ポリウレタン，フェノール発泡樹脂
ポリエステル
その他 粒状ポリエステル，ポリビニル
その他 バーク，ピートモス，ヤシ殻ダスト
固形培地耕
粒状 モミガラ，オガクズ
有機培地（天然有機系） 繊維状 ヤシ殻
有機合成系 繊維状
4
NFT Nutrient Film Technique) DFT Deep Flow Technique
5
DFT
6
cm
7 8
養液栽培理論 養液栽培の基礎理論基本システム
ＥＣ，ｐＨ，必須元素，培養液単位の話，濃度の計算
Hydroponics Soilless CultureHyroPonos
3
培地の種類
水耕 流動法 DFT（湛液水耕）
NFT（薄膜水耕）
静置法 毛管水耕，パッシブ水耕，浮根水耕
養液栽培 噴霧耕
天然無機系 粒状 礫，砂
無機培地 粒状 人工礫，クン炭，多孔質セラミック
人工無機系
繊維状 ロックウール（スラブ，粒状綿）
その他 パーライト，バーミキュライト
フォーム状 ポリウレタン，フェノール発泡樹脂
ポリエステル
その他 粒状ポリエステル，ポリビニル
その他 バーク，ピートモス，ヤシ殻ダスト
固形培地耕
粒状 モミガラ，オガクズ
有機培地（天然有機系） 繊維状 ヤシ殻
有機合成系 繊維状
4
NFT Nutrient Film Technique) DFT Deep Flow Technique
5
DFT
6
cm
7 8
－ 89 －
18
19 20
C H ON P K
Ca Mg S
Fe Cu Zn MnMo B Cl
Si Na Al
Mineral Elements
水と二酸化炭素から
肥料の三大要素
土耕では元々土壌に含まれる
21
C H O
NO3-N,NH4-N
NO3-NNH4-N
PO4-P K
H
Ca Mg
9 10
NFT
11 12
13 14
スチロール製ベッド
防根透水シート（根切りシート）
灌水チューブ
ポリエチレンシート
ロックウールマット粒状綿 など
ポリエチレンバッグ
ロックウールキューブ
マイクロチューブドリッパー
ガター給液管
排液路
排液路
植え付け部のフィルムは切り取る
排液用の切り込みを入れる
15
ヤシがら（生）ココピート
クリプトモス ロックウール粒状綿
16
－ 90 －
18
19 20
C H ON P K
Ca Mg S
Fe Cu Zn MnMo B Cl
Si Na Al
Mineral Elements
水と二酸化炭素から
肥料の三大要素
土耕では元々土壌に含まれる
21
C H O
NO3-N,NH4-N
NO3-NNH4-N
PO4-P K
H
Ca Mg
9 10
NFT
11 12
13 14
スチロール製ベッド
防根透水シート（根切りシート）
灌水チューブ
ポリエチレンシート
ロックウールマット粒状綿 など
ポリエチレンバッグ
ロックウールキューブ
マイクロチューブドリッパー
ガター給液管
排液路
排液路
植え付け部のフィルムは切り取る
排液用の切り込みを入れる
15
ヤシがら（生）ココピート
クリプトモス ロックウール粒状綿
16
－ 91 －
B
N
P
→
→
K
→
→
Ca
←
→
→
←
Fe
→
→
Ca
K Mg H
Mg
K Ca
SO4-S
K Ca
Fe
Mn Cu
,
,
Zn
,
Mo
鞭
,
－ 92 －
B
N
P
→
→
K
→
→
Ca
←
→
→
←
Fe
→
→
Ca
K Mg H
Mg
K Ca
SO4-S
K Ca
Fe
Mn Cu
,
,
Zn
,
Mo
鞭
,
－ 93 －
μ
g mol.
K mol gCa mol g
NaCl mol . g
mol LmolL
molL
mol L M
NaCl → Na Cl
NaCa
H
1 2 13 14 15 16 17 18
1 1 H 2 He
1 4
2 3 Li 4 Be 5 B 6 C 7 N 8 O 9 F 10 Ne
7 9 11 12 14 16 19 20
3 11 Na 12 Mg 13 Al 14 Si 15 P 16 S 17 Cl 18 Ar
23 24 27 28 31 32 35.5 40
4 19 K 20 Ca
39 40
52
Ca(NO3) 2 4H2O→Ca2++2NO3-
KNO3→K++NO3-
2
NH4H2PO4→NH4++2H++PO4
3-
MgSO4 7H2O→Mg2++SO42-
8 K
Ca NO3
2+ 7+
NO
OO
NO3
K
Ca NO3
K+
2+ 7+
42
培養液処方 要素組成（me／L）NO3
− NH4＋ P K Ca Mg
園試処方ｚ 16 1.33 4 8 8 4山崎処方トマト 7 0.67 2 4 3 2
キュウリ 13 1 3 6 7 4ナス 10 1 3 7 3 2メロン 13 1.3 4 6 7 3イチゴ 5 0.5 1.5 3 2 1レタス 6 0.5 1.5 4 2 1ミツバ 8 0.67 2 4 4 2
池田ホウレンソウ処方 16 4 4 10.3 3 4千葉農試イチゴ処方 11 1 3 6 5 4静大メロン処方 8 1 3 6 8 4愛知園研バラ処方 13.3 0.5 5.3 6 8 2大塚アグリテクノ A処方ｙ 16.6 1.6 5.1 8.6 8.2 3 ｚ：園芸試験場標準処方ｙ：1,000 ℓ当たり，大塚ハウス肥料1号を1.5 kg，2号を1 kg溶解する．
微量要素組成（ppm）
Fe B Mn Zn Cu Mo
園試処方 3 0.5 0.5 0.05 0.02 0.01
※
1V 1AA
1 m1 m2
1S/mEC
. /
[ / ] / . / /
/
/
/ / /
Ω
Ω
45
pH log H+
1 7 14← →
46
μ
－ 94 －
μ
g mol.
K mol gCa mol g
NaCl mol . g
mol LmolL
molL
mol L M
NaCl → Na Cl
NaCa
H
1 2 13 14 15 16 17 18
1 1 H 2 He
1 4
2 3 Li 4 Be 5 B 6 C 7 N 8 O 9 F 10 Ne
7 9 11 12 14 16 19 20
3 11 Na 12 Mg 13 Al 14 Si 15 P 16 S 17 Cl 18 Ar
23 24 27 28 31 32 35.5 40
4 19 K 20 Ca
39 40
52
Ca(NO3) 2 4H2O→Ca2++2NO3-
KNO3→K++NO3-
2
NH4H2PO4→NH4++2H++PO4
3-
MgSO4 7H2O→Mg2++SO42-
8 K
Ca NO3
2+ 7+
NO
OO
NO3
K
Ca NO3
K+
2+ 7+
42
培養液処方 要素組成（me／L）NO3
− NH4＋ P K Ca Mg
園試処方ｚ 16 1.33 4 8 8 4山崎処方トマト 7 0.67 2 4 3 2
キュウリ 13 1 3 6 7 4ナス 10 1 3 7 3 2メロン 13 1.3 4 6 7 3イチゴ 5 0.5 1.5 3 2 1レタス 6 0.5 1.5 4 2 1ミツバ 8 0.67 2 4 4 2
池田ホウレンソウ処方 16 4 4 10.3 3 4千葉農試イチゴ処方 11 1 3 6 5 4静大メロン処方 8 1 3 6 8 4愛知園研バラ処方 13.3 0.5 5.3 6 8 2大塚アグリテクノ A処方ｙ 16.6 1.6 5.1 8.6 8.2 3 ｚ：園芸試験場標準処方ｙ：1,000 ℓ当たり，大塚ハウス肥料1号を1.5 kg，2号を1 kg溶解する．
微量要素組成（ppm）
Fe B Mn Zn Cu Mo
園試処方 3 0.5 0.5 0.05 0.02 0.01
※
1V 1AA
1 m1 m2
1S/mEC
. /
[ / ] / . / /
/
/
/ / /
Ω
Ω
45
pH log H+
1 7 14← →
46
μ
－ 95 －
ppm
N P K Ca Mg MnB S O NH4‐N NO3‐N P2O5 K2O CaO MgO SO4
MnO B2O3 Fe Cu Zn Mo Cl
→
→→
→≒
→≒
→≒
→≒
→≒
→≒
→ ≒
→ ≒
→ ≒
→ ≒
→ ≒
→ ≒
NH4‐N NO3‐N P2O5 K2O CaO MgO SO4
MnO B2O3 Fe Cu Zn Mo Cl
NH4‐N NO3‐N P K Ca Mg SO4
NH4‐N NO3‐N P K Ca Mg SO4
Mn B Fe Cu Zn Mo Cl
K
Ca 2+ NO3‐
K+
2+ 7+
KNO3
Ca NO3 2 NO3
K
NO3NO3 Ca
KNO3
Ca NO3 2 NO3‐
K+
NO3‐NO3
‐ Ca2+
H+
K+
Ca +
Mg +
PO -
SO -
NO -
molCa mol
eq Leq
L
→
eq LeqL
eq LeqL
→→→→
→→
→→→→→
→
－ 96 －
ppm
N P K Ca Mg MnB S O NH4‐N NO3‐N P2O5 K2O CaO MgO SO4
MnO B2O3 Fe Cu Zn Mo Cl
→
→→
→≒
→≒
→≒
→≒
→≒
→≒
→ ≒
→ ≒
→ ≒
→ ≒
→ ≒
→ ≒
NH4‐N NO3‐N P2O5 K2O CaO MgO SO4
MnO B2O3 Fe Cu Zn Mo Cl
NH4‐N NO3‐N P K Ca Mg SO4
NH4‐N NO3‐N P K Ca Mg SO4
Mn B Fe Cu Zn Mo Cl
K
Ca 2+ NO3‐
K+
2+ 7+
KNO3
Ca NO3 2 NO3
K
NO3NO3 Ca
KNO3
Ca NO3 2 NO3‐
K+
NO3‐NO3
‐ Ca2+
H+
K+
Ca +
Mg +
PO -
SO -
NO -
molCa mol
eq Leq
L
→
eq LeqL
eq LeqL
→→→→
→→
→→→→→
→
－ 97 －
カチオン濃度(me/L) アニオン濃度 (me/L) mol濃度 分子量肥料塩濃度
肥料塩NH４-
N K Ca Mg H 計NO３-
NPO４-
P SO４ 計 mmol/L mg/L
設定値 1.33 8 8 4 16 4
KNO３ 8 8 8 8 8 101 808
NH４H２PO４ 4/3 8/3 4 4 4 4/3 115 152
MgSO４･7H２O 4 4 4 4 2 246 492
Ca(NO３)２･4H２O 8 8 8 8 4 236 944
計 4/3 8 8 4 8/3 24 16 4 4 24
EC = 24 10 = 2.4
培養液処方 調製法（mg／L）KNO3 Ca(NO3)2･4H2O MgSO4･7H2O NH4H2PO4 NH4NO3 K2SO4
園試処方ｚ 808 944 492 152 − −山崎処方トマト 404 354 246 76 − −
キュウリ 606 826 492 114 − −ナス 707 354 246 114 − −メロン 606 826 369 152 − −イチゴ 303 236 123 57 − −レタス 404 236 123 57 − −ミツバ 404 472 246 76 − −
池田ホウレンソウ処方 1040.3 354 492 152 108 −千葉農試イチゴ処方 606 590 492 114 − −静大メロン処方 − 944 492 114 − 522愛知園研バラ処方 374 767 246 132 64 70大塚化学 A処方ｙ − − − − − −ｙ：1,000 ℓ当たり，大塚ハウス肥料1号を1.5 kg，2号を1 kg溶解する．
★主要な培養液処方の多量要素調製方法
KNO3 Ca(NO3)2･4H2O MgSO4･7H2O NH4H2PO4
園試処方ｚ （mg/L） 808 944 492 152
★園試処方培養液の100倍濃厚原液を100リットル作るとしたら
100倍濃厚原液
100リットル
×100 ×100 ×100×100
80.8 g/L 94.4 g/L 49.2 g/L 15.2 g/L
×100 ×100 ×100×100
8.08 kg 9.44 kg 4.92 kg 1.52 kg
タンクA タンクB
★園試処方の微量要素組成
微量要素組成（ppm）
Fe B Mn Zn Cu Mo
園試処方 3 0.5 0.5 0.05 0.02 0.01
園試処方微量要素原液調製法 Fe 微量要素10,000倍液
試薬名 Fe-EDTA H3BO3MnCl2･4H2O
ZnSO4･7H2OCuSO4･
5H2ONa2MoO4･
2H2O
濃度（g／L) ＊1 28.6 18.1 2.2 0.8 0.25
★鉄を除く微量要素10,000倍液の調製方法
＊1：キレート鉄は，微量要素10,000倍液調製時には添加せず，
100倍濃厚原液作成時に，1L当たり2.262 g添加する．
＊2：微量要素10,000倍液は100倍濃厚原液作成時に，1 L当たり10mL添加する．
Aタンク Bタンク
★園試処方培養液の100倍濃厚原液100Lの作り方
硝酸カリウム 8.08 kg
硫酸マグネシウム 4.92 kg
リン酸アンモニウム 1.52 kg硝酸カルシウム 9.44 kg多量要素
微量要素
Fe-EDTA 226.2 g
微量要素10,000倍液 1 L
大塚ハウス5号 500 g
もしくは
＊：硝酸カリウムの一部はBタンクに混ぜても良い
★濃厚原液調製上の注意点
・硝酸カルシウムは他の肥料と混合しない．
・硝酸カリウムは溶けにくい．
・キレート鉄を入れたタンクは黄色くなる．
・硝酸カルシウムは潮解する．
・肥料が溶けずに沈殿が残る場合がある．
・硝酸カルシウムは国産肥料と輸入肥料で成分が違う．
・肥料は溶けにくいものから溶かす．
・微量要素は培養液濃度に関わらず同じ濃度で給液する．
★硝酸カルシウムを他の肥料と分ける理由
硝酸カルシウム
Ca(NO3)2・4H2O
リン酸アンモニウム
NH4H2PO4
硫酸マグネシウム
MgSO4・7H2O
リン酸カルシウム
Ca3（PO4)2
CaHPO4
Ca（H2PO4）２
硫酸カルシウム
CaSO4
水に難溶水に難溶
Ca2＋ NO3－ H＋ Mg2＋ SO4
2－
NH4＋
PO43－
硝酸カリウムとは混合してもよい
硝酸カルシウム
Ca(NO3)2・4H2O
硝酸カリウム 硫酸マグネシウム 燐酸アンモニウム 微量要素
（大塚ハウス5号）
★硝酸カルシウムを他の肥料と混合すると沈殿を生じる
硝酸カリウムとは混合できる
©Hydroponic Society of Japan
NH4‐N NO3‐N P2O5 K2O CaO MgO SO4
NH4‐N NO3‐N P K Ca Mg SO4
MnO B2O3 Fe Cu Zn Mo Cl
Mn B Fe Cu Zn Mo Cl
実際の培養液管理・培養液の作り方
・ECの変化とその調整・pHの変化とその調整
・培養液の作り方
・培地耕における給液量の調整法
・ECの変化とその調整
・pHの変化とその調整
★本章で取り上げる項目
培養液の作り方
100倍濃厚原液の作り方
AタンクとBタンクの2つのタンクに分けて，100倍濃厚原液を作る
使用時に，水1,000L当たり10Lずつ添加して希釈する（100倍に希釈する）
Aタンク： 硝酸カルシウム以外の肥料 Bタンク： 硝酸カルシウム
硝酸カリウム
硫酸マグネシウム
リン酸アンモニウム
キレート鉄
微量要素
硝酸カルシウム
★培養液作成の基本的な流れ
培養液処方 要素組成（me／L）NO3
− NH4＋ P K Ca Mg
園試処方ｚ 16 1.33 4 8 8 4山崎処方トマト 7 0.67 2 4 3 2
キュウリ 13 1 3 6 7 4ナス 10 1 3 7 3 2メロン 13 1.3 4 6 7 3イチゴ 5 0.5 1.5 3 2 1レタス 6 0.5 1.5 4 2 1ミツバ 8 0.67 2 4 4 2
池田ホウレンソウ処方 16 4 4 10.3 3 4千葉農試イチゴ処方 11 1 3 6 5 4静大メロン処方 8 1 3 6 8 4愛知園研バラ処方 13.3 0.5 5.3 6 8 2大塚アグリテクノ A処方ｙ 16.6 1.6 5.1 8.6 8.2 3 ｚ：園芸試験場標準処方ｙ：1,000 ℓ当たり，大塚ハウス肥料1号を1.5 kg，2号を1 kg溶解する．
★主要な培養液処方の多量要素組成
mg/me
KNO3 101 1 101
Ca(NO3)2 4H2O 236 2 118
MgSO4 7H2O 246 2 123
NH4H2PO4 114 3 38
※当量重は，分子量をイオンの価数で割った値となる．
★一般的な培養液（多量要素）の作成に用いられる肥料
KNO3 K+ NO3-
Ca(NO3)2 Ca2+ 2 NO3-
MgSO4 Mg2+ SO42-
NH4H2PO4 NH4+ 2 H+ PO4
3-
→→→→
→ 1価→ 2価→ 2価→ 3価
原液タンク使用する肥料（化学式）
NO3-N NH4-N P K Ca Mg溶解量me/L
当量重mg/me
溶解量mg/L16 1.3 4.0 8.0 8.0 4.0
me/L
A液
KNO3 8.0 8.0 8.0 101 808
MgSO4･7H2O 4.0 4.0 123 492
NH4H2PO4 1.3 4.0 4.0 38 152
B液 Ca(NO3)2･4H2O 8.0 8.0 8.0 118 944
合 計 16.0 1.3 4.0 8.0 8.0 4.0 --- --- ---
NO3-N NH4-N P K Ca Mg
園試処方 16 1.3 4 8 8 4
処方名 me/L
－ 98 －
カチオン濃度(me/L) アニオン濃度 (me/L) mol濃度 分子量肥料塩濃度
肥料塩NH４-
N K Ca Mg H 計NO３-
NPO４-
P SO４ 計 mmol/L mg/L
設定値 1.33 8 8 4 16 4
KNO３ 8 8 8 8 8 101 808
NH４H２PO４ 4/3 8/3 4 4 4 4/3 115 152
MgSO４･7H２O 4 4 4 4 2 246 492
Ca(NO３)２･4H２O 8 8 8 8 4 236 944
計 4/3 8 8 4 8/3 24 16 4 4 24
EC = 24 10 = 2.4
培養液処方 調製法（mg／L）KNO3 Ca(NO3)2･4H2O MgSO4･7H2O NH4H2PO4 NH4NO3 K2SO4
園試処方ｚ 808 944 492 152 − −山崎処方トマト 404 354 246 76 − −
キュウリ 606 826 492 114 − −ナス 707 354 246 114 − −メロン 606 826 369 152 − −イチゴ 303 236 123 57 − −レタス 404 236 123 57 − −ミツバ 404 472 246 76 − −
池田ホウレンソウ処方 1040.3 354 492 152 108 −千葉農試イチゴ処方 606 590 492 114 − −静大メロン処方 − 944 492 114 − 522愛知園研バラ処方 374 767 246 132 64 70大塚化学 A処方ｙ − − − − − −ｙ：1,000 ℓ当たり，大塚ハウス肥料1号を1.5 kg，2号を1 kg溶解する．
★主要な培養液処方の多量要素調製方法
KNO3 Ca(NO3)2･4H2O MgSO4･7H2O NH4H2PO4
園試処方ｚ （mg/L） 808 944 492 152
★園試処方培養液の100倍濃厚原液を100リットル作るとしたら
100倍濃厚原液
100リットル
×100 ×100 ×100×100
80.8 g/L 94.4 g/L 49.2 g/L 15.2 g/L
×100 ×100 ×100×100
8.08 kg 9.44 kg 4.92 kg 1.52 kg
タンクA タンクB
★園試処方の微量要素組成
微量要素組成（ppm）
Fe B Mn Zn Cu Mo
園試処方 3 0.5 0.5 0.05 0.02 0.01
園試処方微量要素原液調製法 Fe 微量要素10,000倍液
試薬名 Fe-EDTA H3BO3MnCl2･4H2O
ZnSO4･7H2OCuSO4･
5H2ONa2MoO4･
2H2O
濃度（g／L) ＊1 28.6 18.1 2.2 0.8 0.25
★鉄を除く微量要素10,000倍液の調製方法
＊1：キレート鉄は，微量要素10,000倍液調製時には添加せず，
100倍濃厚原液作成時に，1L当たり2.262 g添加する．
＊2：微量要素10,000倍液は100倍濃厚原液作成時に，1 L当たり10mL添加する．
Aタンク Bタンク
★園試処方培養液の100倍濃厚原液100Lの作り方
硝酸カリウム 8.08 kg
硫酸マグネシウム 4.92 kg
リン酸アンモニウム 1.52 kg硝酸カルシウム 9.44 kg多量要素
微量要素
Fe-EDTA 226.2 g
微量要素10,000倍液 1 L
大塚ハウス5号 500 g
もしくは
＊：硝酸カリウムの一部はBタンクに混ぜても良い
★濃厚原液調製上の注意点
・硝酸カルシウムは他の肥料と混合しない．
・硝酸カリウムは溶けにくい．
・キレート鉄を入れたタンクは黄色くなる．
・硝酸カルシウムは潮解する．
・肥料が溶けずに沈殿が残る場合がある．
・硝酸カルシウムは国産肥料と輸入肥料で成分が違う．
・肥料は溶けにくいものから溶かす．
・微量要素は培養液濃度に関わらず同じ濃度で給液する．
★硝酸カルシウムを他の肥料と分ける理由
硝酸カルシウム
Ca(NO3)2・4H2O
リン酸アンモニウム
NH4H2PO4
硫酸マグネシウム
MgSO4・7H2O
リン酸カルシウム
Ca3（PO4)2
CaHPO4
Ca（H2PO4）２
硫酸カルシウム
CaSO4
水に難溶水に難溶
Ca2＋ NO3－ H＋ Mg2＋ SO4
2－
NH4＋
PO43－
硝酸カリウムとは混合してもよい
硝酸カルシウム
Ca(NO3)2・4H2O
硝酸カリウム 硫酸マグネシウム 燐酸アンモニウム 微量要素
（大塚ハウス5号）
★硝酸カルシウムを他の肥料と混合すると沈殿を生じる
硝酸カリウムとは混合できる
©Hydroponic Society of Japan
NH4‐N NO3‐N P2O5 K2O CaO MgO SO4
NH4‐N NO3‐N P K Ca Mg SO4
MnO B2O3 Fe Cu Zn Mo Cl
Mn B Fe Cu Zn Mo Cl
実際の培養液管理・培養液の作り方
・ECの変化とその調整・pHの変化とその調整
・培養液の作り方
・培地耕における給液量の調整法
・ECの変化とその調整
・pHの変化とその調整
★本章で取り上げる項目
培養液の作り方
100倍濃厚原液の作り方
AタンクとBタンクの2つのタンクに分けて，100倍濃厚原液を作る
使用時に，水1,000L当たり10Lずつ添加して希釈する（100倍に希釈する）
Aタンク： 硝酸カルシウム以外の肥料 Bタンク： 硝酸カルシウム
硝酸カリウム
硫酸マグネシウム
リン酸アンモニウム
キレート鉄
微量要素
硝酸カルシウム
★培養液作成の基本的な流れ
培養液処方 要素組成（me／L）NO3
− NH4＋ P K Ca Mg
園試処方ｚ 16 1.33 4 8 8 4山崎処方トマト 7 0.67 2 4 3 2
キュウリ 13 1 3 6 7 4ナス 10 1 3 7 3 2メロン 13 1.3 4 6 7 3イチゴ 5 0.5 1.5 3 2 1レタス 6 0.5 1.5 4 2 1ミツバ 8 0.67 2 4 4 2
池田ホウレンソウ処方 16 4 4 10.3 3 4千葉農試イチゴ処方 11 1 3 6 5 4静大メロン処方 8 1 3 6 8 4愛知園研バラ処方 13.3 0.5 5.3 6 8 2大塚アグリテクノ A処方ｙ 16.6 1.6 5.1 8.6 8.2 3 ｚ：園芸試験場標準処方ｙ：1,000 ℓ当たり，大塚ハウス肥料1号を1.5 kg，2号を1 kg溶解する．
★主要な培養液処方の多量要素組成
mg/me
KNO3 101 1 101
Ca(NO3)2 4H2O 236 2 118
MgSO4 7H2O 246 2 123
NH4H2PO4 114 3 38
※当量重は，分子量をイオンの価数で割った値となる．
★一般的な培養液（多量要素）の作成に用いられる肥料
KNO3 K+ NO3-
Ca(NO3)2 Ca2+ 2 NO3-
MgSO4 Mg2+ SO42-
NH4H2PO4 NH4+ 2 H+ PO4
3-
→→→→
→ 1価→ 2価→ 2価→ 3価
原液タンク使用する肥料（化学式）
NO3-N NH4-N P K Ca Mg溶解量me/L
当量重mg/me
溶解量mg/L16 1.3 4.0 8.0 8.0 4.0
me/L
A液
KNO3 8.0 8.0 8.0 101 808
MgSO4･7H2O 4.0 4.0 123 492
NH4H2PO4 1.3 4.0 4.0 38 152
B液 Ca(NO3)2･4H2O 8.0 8.0 8.0 118 944
合 計 16.0 1.3 4.0 8.0 8.0 4.0 --- --- ---
NO3-N NH4-N P K Ca Mg
園試処方 16 1.3 4 8 8 4
処方名 me/L
－ 99 －
★培養液調製方法（自分で作る場合）
1．水100 Lに対し，100倍濃厚原液をA液，B液ともに１Lの割合で添加する．
2．撹拌する．
3．EC，pHを測定する．
水 １００ L
A液１ L
B液１ L
培養液100 LEC 2.4dS/m
A液0.5 L
B液0.5 L
５０ LEC ???
植物による吸水
水 ５０ L
A液？ L
B液？ L
水 ５０ L
★培養液調製方法（培養液の補給）
補給した水量に応じて原液を添加する． 水を補給した後，ECが設定値になるまで原液を補給する．
↓
↓EC
↓pH
EC
pH24
EC
A B
99
肥料混合ポンプ×２(パルス駆動タイプ）
肥料原液タンク×２
流量センサーフィルター 減圧弁 フィルター
給液ポンプ
水源（地下水） 電磁弁
培養液管理装置（比例混入方式方式）の模式図（岩崎原図）
比例混入式培養液自動作成装置の例１
原液タンクB
原液タンクA
コントローラー
©Hydroponic Society of Japan
流量センサー
電磁弁
原液混入用ポンプ
原液注入部
フィルター
・硝酸カルシウムは潮解する．
潮解とは
空気中の湿気を吸って自ら溶ける（自然にどろどろになる）現象を潮解という．
硝酸カルシウムは潮解性があるため，
袋の開封後は袋内の空気を完全に
抜いて袋を密封する．
また，乾燥した場所で保存する．
空気を抜いて口を縛る
折って再び縛る
ちなみに： 硫酸マグネシウムは固まる
・硝酸カルシウムは国産肥料と輸入肥料
で成分が違う．
国産の肥料は多くが4水和物（Ca(NO3) 2・4H2O）であるが，安価な輸入肥料は2水和物（Ca(NO3) 2・2H2O）が多い．
2水和物は，潮解性が強く，置いておくと空中の湿気を吸って，すぐに溶けてしまう（どろどろになる）ために，表面を硝安（NH4NO3）でコーティングしてある（5Ca(NO3)2・NH4NO3・10H2O））
2水和物を使うと，硝酸カルシウム10me/L毎に，硝酸アンモニウム1me/Lも添加される．
輸入肥料を使用する場合は，培養液のアンモニア濃度が高くなることに注意し，場合によっては処方を修正する必要がある．
通常は，リン酸アンモニウムの一部をリン酸カリウムに変えて修正を行う．
・硝酸カリウムは溶けにくい．
1．硝酸カリウムを水に溶かすと，冷たくなる，吸熱反応をしめす．
温度が低いほど溶解度は低下するので，溶けにくくなる．
2．硝酸カリウムは溶解度が低い．
肥料塩 硝酸カリウム 硝酸カルシウム 硫酸マグネシウム リン酸アンモニウム
溶解度 31.59 129.9 57.5 36.2
肥料塩の溶解度（水温20℃の場合，水100gに溶ける肥料の量（g））
○一番最初に溶かす．
○時間をかけてしっかり溶かす．
○冬季に溶けにくい場合は，お湯を使う．
○溶けにくい場合は，硝酸カリウムの内，1／3程度の量を硝酸カルシウムの
タンク（Bタンク）に混ぜても良い．
・肥料は溶けにくいものから溶かす．
肥料を溶かす際は，溶けにくいものから順にとかした方が溶けやすくなる．
硝酸カリウムは，溶解度が低い上に溶かす量が多いので，これを真っ先に溶かす．
次に溶解度の低いのはリン酸アンモニウムであるが，溶かす量が少ないので，あまり気にする必要はなく，残りは溶かす量が多いものから順に溶かす．
硝酸カルシウムは溶解度が高いので，直ぐに溶けてしまう．
１．硝酸カリウム
2．硫酸マグネシウム
3．リン酸アンモニウム
4．微量要素
・肥料が溶けずに沈殿が残る場合がある．
通常の場合，多少沈殿が生じても問題となることはない．
しかし，ひどい場合には微量要素の欠乏症を生じる場合がある．
原水がアルカリ性であったり，重炭酸を含んでいる場合に起こりやすい．
濃厚原液を作る前に，水に硝酸あるいはリン酸を添加してpHを下げてやると沈殿が生じにくい．
この場合は，硝酸およびリンが供給されるので，処方の修正が必要である．
・キレート鉄を入れたタンクは黄色くなる．これは，キレート剤の色である．
鉄は非常に沈殿しやすい元素である．
養液栽培の原理が考えられたことは，クエン酸鉄を使っていた．Hoaglandの元々の処方では，3日に一度ずつ，クエン酸鉄を添加することになっていた．
その後，比較的安定なキレート鉄が使われるようになって，安定した栽培が可能となった．
日本で主として用いられるキレートはEDTAであり，これが黄色い色をしている．
海外では，より安定したDTPAやEDDHAが用いられる．EDDHAを用いると赤色になる．
これらは，日本では高価なためあまり使われない．
・微量要素は培養液濃度に関わらず同じ濃度で給液する．
例えば，園試処方培養液の100倍濃厚原液を作った場合，ECを2.4dS/mにして給液したときの微量要素濃度は適切であるが，ECを1.2dS/mで給液した場合は，微量要素濃度が通常の半分となり，微量要素の欠乏症が発生する危険性がある．
もし，給液する培養液濃度を通常の1/2や1/３にする場合は，濃厚原液を作成するときに，微量要素の添加量をそれぞれ2倍，3倍にして添加しておく必要がある．
上記の例のように園試処方培養液の1/2濃度（EC 約1.2dS/m）に
希釈して使用する場合は，濃厚原液作成時に微量要素を通常の2倍溶かしておく．
逆にEC 4.8や9.6dS/mなど，標準の2倍や4倍の濃度で給液するときは，濃厚原液作成時に微量要素を通常の1/2，1/4倍しか溶かさなくてよい．
培養液の作り方
培養液の作り方
－ 100 －