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　エコタイプ次世代植物工場は、従来の植物工場や露地栽培では実現不可能な多くの特色がある。その主な特色は以下の１０項目である。
　日本では、お米や牛肉を除いて、農業生産する側は、食べる側の消費者のことをあまり考えずに野菜や農産物を生産するという傾向がある。野菜の露地栽培においては、その土地の土壌条件や気象条件などによって、栽培条件を選択する余地がなく、農産物を生産せざるをえないという事情もある。一方で、植物工場では、本来は多様な条件を選んで、消費者に喜んでもらえる野菜を生産できるのに、一番安易な方法でレタスなどを生産・販売している。そのため、従来の植物工場野菜は、ビタミン・ミネラルなどの栄養価は露地野菜と比べてもはるかに低く、逆に肥料成分の硝酸塩が非常に多く蓄積しており、健康被害が心配されるほどの野菜を平気で生産・販売している現状がある。
　それに対して、エコタイプ次世代植物工場での野菜生産は、消費者にとって、栄養価が高く、かつ極めておいしい、という大きな特徴がある。この特徴は、生の野菜を食べる際に多くの消費者に喜んでもらえるだけでなく、抗酸化成分や葉酸、亜鉛、薬用ニンジンなど、健康機能に注目した新たな商品群の開発につながる見込みである。既存の野菜ジュースや青汁などは、製造過程で加熱処理をするので、肝心な抗酸化成分や葉酸は酸化分解され、製品にはほとんど残存していない。すなわち、エコタイプ次世代植物工場で生産する野菜が有する健康維持、疾病予防作用をもつ各種成分を凍結乾燥によってそのまま製品化し、食から医療への貢献をめざす新しい健康商品群・産業分野が開けてくる可能性である。今後は、エコタイプ次世代植物工場で生産される野菜を原料として、健康食品・医薬品が商品化される見込みである。また、地球温暖化が進行する中で、持続可能で、環境と調和できる新しい農業の姿が開けてくる、と展望できる。ご期待願いたい。

（１）抗酸化成分を大幅に増強した野菜生産

　抗酸化成分は、身体の中で発生する活性酸素を消去する機能をもち、野菜の重要な栄養素である。エコタイプ次世代植物工場では、収穫前処理によって、抗酸化成分の総量（ORAC値）を１０〜２０倍に増強できる。露地栽培では、冬期栽培で夏期よりも２割程度増やせるのみである。従来の植物工場では、露地栽培よりも抗酸化成分含量は低い。抗酸化成分は、がんの予防効果が期待されている（コラム2021.12.6「がん予防には抗酸化成分の多い野菜（e-スーパー健康野菜）を！」；ブログ2020.10.26「がんの予防について」；ブログ2022.5.30 「野生動物にがんが少ないのはなぜか？」；ブログ2023.10.2「抗酸化成分がガンの予防になることを示す直接の証拠」；ブログ2023.10.11「発がん要因の因果関係」参照）。

（２）葉酸を大幅に増強した野菜生産

　葉酸は、細胞分裂時に必須であり、妊婦・授乳時の母親にはより多くの葉酸が必要とされる。また成人でも、血液細胞、免疫細胞、皮膚や味覚の細胞など、数日〜１０日ごとに分裂しており、葉酸が必要である。さらに、肝臓のアミノ酸代謝で生成するホモシステインをメチオニンに転換する際にも葉酸が必要である。ホモシステインは、血管を傷つけ、脳梗塞・心筋梗塞・アルツハイマー病の原因となる。エコタイプ次世代植物工場では、野菜の葉酸を数倍〜１０数倍に増強でき、これは露地栽培では実現不可能な技術である。従来の植物工場野菜では、露地栽培よりも葉酸含量は低い。妊婦・出産女性にはサプリメントの葉酸が推奨されてきたが、サプリメント葉酸は体内で二段階の還元を受けて活性型の葉酸に変換されるが、その変換を触媒する酵素遺伝子に変異のあることが判明しており、変異型の人（アメリカ人の１７％）は変換活性が弱い。また体内での葉酸の再生に関わる酵素遺伝子にも変異があり、日本女性の2 /3 は酵素活性が弱く、体内の活性型葉酸レベルが低下していることが明らかになっている。野菜には活性型葉酸しか含まれていず、やはり野菜から活性型葉酸を得るのが最もよいことになる（コラム2022.6.10「亜鉛と葉酸を豊富に含む「e-スーパー健康野菜」；コラム2023.10.23「サプリメントの葉酸ではなく」；ブログ2020.10.26「心臓病・脳卒中・アルツハイマーと葉酸」参照）。

（３）亜鉛を豊富に含む野菜生産

　亜鉛は、遺伝子の発現調節に関わっており、また多くの酵素活性に必要な、重要な栄養素である。特に、細胞分裂する組織で必要量が多い。しかし、日本人では亜鉛不足が指摘されており、その理由として、日本の土壌に亜鉛が少なく、その上、土壌中の亜鉛は肥料成分のリン酸と不溶性の塩を形成するので、作物はごく少量しか吸収できない。エコタイプ次世代植物工場では、養液にポリリン酸を使用することで、この問題を解決している。そのため、亜鉛を任意に増やすことが可能で、亜鉛を豊富に含む野菜生産が可能となっている。e-スーパー健康野菜 100 g中には、亜鉛サプリメントと同量の亜鉛が含まれている。亜鉛が豊富に含まれるために、葉酸含量が高く、またビタミンB群の含量も高くなる（（コラム2022.6.10「亜鉛と葉酸を豊富に含む「e-スーパー健康野菜」参照）。

（４）食味・風味の優れた野菜生産

　エコタイプ次世代植物工場では、収穫前処理を行うので、残留硝酸塩を非常に低いレベルにまで下げている。そのため、野菜のエグ味がなくなり、野菜本来の食味・風味が味わえる。特に、シュンギクのおいしさは別格である。エコタイプ次世代植物工場で生産した野菜を、野菜嫌いの子供に食べてもらったところ、まるでお菓子でも食べるように、次から次へと口に運んでいた。また、料理のプロに食べてもらったところ、非常に高い評価が寄せられている。露地栽培の野菜や従来の植物工場野菜は、残留硝酸塩の濃度が高いので、生で食べるとエグく、ドレッシングなどを振りかけて、その味で食べる必要がある（2021.,2.12 コラム「日本の露地野菜は、なぜおいしさを競わないのか？」参照）。

（５）栽培期間の短縮技術

　マグネシウムは、クロロフィルの構成元素であり、また３００種以上の酵素の活性発現に必要である。ところが、種子発芽期には、給水後の根の発育抑制を回避するために、養液を希釈して苗を育てることが伝統的に行われている。そのため、発芽期の根や成長点で細胞分裂に必要なマグネシウム濃度が不足して、苗の発育が遅れることが判明した。細胞分裂では、DNA Polymerase が活発に働くが、この酵素は活性中心に２個のマグネシウムが必要であり、そのため、養液中に比較的高濃度のマグネシウムが必要となる。この点を考慮して、発芽期にマグネシウム濃度を上げることにより、苗の成長が著しくよくなり、その苗を移植すると、すでに細胞分裂を終えた成長点の成長が速くなり、収穫時期の大幅な短縮が可能となった（コラム2022.2.3 「マグネシウムの発育促進作用について」参照）。

（６）抗がん成分イソチオシアネートの増強生産

　アブラナ科の野菜には、イソチオシアネートが含まれており、代表的なブロッコリーのスルフォラファンには、がん細胞の増殖抑制と転移抑制作用のあることが証明されている。カラシナに含まれるアリルイソチオシアネートにも抗がん作用のあることが報告されているが、この成分を大幅に増強できることが分かった。この方法は、露地栽培や従来の植物工場では実現できない。

（７）抗がん作用・抗炎症作用のあるハーブ成分の増強生産

　ハーブ類に含まれる香り成分には、抗がん作用、抗炎症作用のあることが報告されている。そのなかで、スペアミントの香り成分を増強できる技術が開発された。

（８）大幅な省電力による野菜生産

　植物工場の維持には電気代金の負担が大きく、特に近年では電気代金の高騰により、運営に支障を来すほどになっている。LED 照明をパルス照射する方法については、このコラム欄でもすでに解説しているが、現在では、電力を1/2〜1/3 にまで削減しても、ほぼ正常な発育が確保できる、小型で安価な装置が開発されている。今後は、すべての植物工場で、このパルス照明法が採用されるものと思う（コラム 2023.8.1「植物工場の電気代金を大幅に節約できるパルス照明法」参照）。

（９）薬用ニンジン（根菜類）の大量生産技術完成

　薬用ニンジンなどの根菜類をウレタンを支持材として使用することで、根菜類を通常の養液栽培する方法が開発された。特に薬用ニンジンは、連作障害が強く、また微生物による病気に弱いので露地栽培では農薬（殺菌剤）の使用が問題となっている。エコタイプ次世代植物工場の完全無農薬栽培は、薬用植物の栽培に適している（コラム 2021.2.12「薬用ニンジンの養液栽培について」参照）。

（１０）水を完全循環再使用する植物工場

　エコタイプ次世代植物工場では、植物の蒸散により空気中に放出された水蒸気は、エアコンで水に戻され、その水を養液に再使用することで、水の完全循環再使用システムが完成している。原理的には、収穫物に含まれる水分を補給してやれば、無限に植物の栽培が可能となる。この事実は非常に重要である。なぜなら、現在の地球では温暖化の進行により、雨が降らず乾燥がすすむ地域が多く出現しており、それらの地域では、土に水を加えて農耕を行うという、従来の農業の形態が持続不可能となりつつあるからである。地下水を農業用水に使うことも、地下水の枯渇により、持続不可能になっている。およそ１万２千年前に始まったとされる人類の農耕が、持続できない事態となりつつある。過去１００年間に、世界人口の増大に伴って水需要が増加したが、その８割強が農業用水であった。水を循環再使用するエコタイプ次世代植物工場は、乾燥地でも農業生産が可能になるので、従来の農耕に代わる新たな農業の方式として、今後大きく発展していくことが期待される。現在の日本農業では、農業従事者の高齢化が進行し、特に複雑で多様な農業技術が要求され、災害の影響を受けやすい野菜生産が危機に直面している。今後は、日本農業のうち野菜生産が、露地栽培からエコタイプ次世代植物工場へと順次移行していくと予想される（コラム2021.3.12「エコタイプ次世代植物工場は、乾燥地の主要な農業形態となる」参照）。

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　葉酸はビタミンB群（B9）に属する重要な栄養素である。生体内ではC１-ユニット（メチル基-CH3、メチレン基 >CH2）の転移反応に関与している。DNA、RNAの合成に必要な塩基（アデニン、グアニン、チミン）の生合成に必須であり、またアミノ酸のメチオニンの合成にも関与している。DNA合成は細胞分裂に必要であるから、特に妊娠・授乳期には摂取必要量が多くなる。

　葉酸という用語は化学合成品の名称であり、生体内にはテトラヒドロ葉酸という活性型で存在する。サプリメントに含まれる葉酸は化学合成品であり、体内で二段階の還元反応を受けて、活性型のテトラヒドロ葉酸に変換される。植物でも細胞分裂する際には活性型葉酸は必要であるが、細胞分裂以外に光呼吸という光合成の代謝に関与しているため、緑色の部分に多く含まれている。葉酸含量を調べると、緑色の野菜に多く含まれており（ほうれん草 210 μg/100 g生重）、肉や卵などの食品には含量が少ない（卵 9 μg、牛もも肉 2 μg）。肝臓（レバー）のみはアミノ酸の代謝を担う必要性から、食物から摂取した活性型葉酸を貯蔵しており、比較的多く含まれている（牛レバー 200 μg）。

　成人でも、体内では細胞分裂の盛んな組織は多い。血液の免疫細胞や皮膚の細胞、味覚細胞などは、数日〜２週間ほどの単位で細胞分裂を繰り返している。葉酸は、人体内では合成できないから、食物で得る必要がある。緑色の野菜を多く食べていれば問題はないが、野菜を多く食べない場合には葉酸不足になる。特に、妊婦・授乳期の女性には多くの葉酸が必要とされる。日本の基準では、貧血（赤血球不足）にならない目安として 240 μg/日を定めている（妊婦 480 μg/日）が、国際的には400 μg/日が推奨されている。葉酸摂取量調査によると、 229 μg/日（2010年、国民栄養調査）と、多くの国民が葉酸摂取不足の状態である。

　毎日必要な葉酸を野菜で摂取するとすれば、ほうれん草を毎日 150 g 程度食べなければならない。妊婦であれば ほうれん草 230 g 程度となる。そのため、特に妊娠時期には、サプリメントの葉酸の服用が勧められている。ところが、サプリメント葉酸には多くの問題があることが近年明らかになってきた。

　サプリメントに含まれる化学合成した葉酸は、体内で二段階の還元反応を受けて活性型葉酸に変換されることは、先に述べた。この反応を触媒する酵素を Dihydrofolate Reductase (DHFR)という。この酵素遺伝子に変異のあることが分かった。代表的な変異は、第一イントロンが欠失しているケースである（イントロンとは、遺伝子の配列の中でタンパク質に翻訳されないDNA部分）。この欠失型の変異（ホモ接合体）の割合が、アメリカでは人口の１７% になるという。この変異をもつ人の場合、サプリメント葉酸を摂取しても、体内で活性型に変換されないために、乳がんや網膜芽細胞腫のリスクが高まることが報告されている。

　また、活性型テトラヒドロ葉酸が体内で再生される際に働く酵素を Methylenetetrahydrofolate reductase (MTHFR) というが、この酵素遺伝子にも遺伝子の欠損や多型のあることが明らかになった。この酵素を欠損している人は人口の5% とされ、さらに、遺伝子多型（遺伝子に塩基単位で変異がある場合）が存在し、日本女性の約 2/3 がこの遺伝子多型で酵素活性が弱いことが判明している。この酵素遺伝子に欠損がある場合、体内で活性型葉酸の再生ができず、血液中にホモシステイン（活性型葉酸があれば、ホモシステインは肝臓でメチオニンに変換される；ホモシステインは血管を傷つけ動脈硬化の原因になる）が蓄積し、若年性脳梗塞のリスクが高まる、とされている。また、この酵素遺伝子の多型がある場合は、酵素活性が弱いためにサプリメント葉酸を服用しても、活性型葉酸量が不足することになる。

　Dale E. Bredesen は、The End of Alzheimer’s (2017)の中で、アルツハイマー病は、従来言われてきた脳細胞にアミロイドβなどのタンパク質が蓄積することで引き起こされるのではなく、葉酸不足が原因で血管の炎症が起きることが根本原因であり、アミロイドβの蓄積は炎症に対する脳細胞の応答にすぎないことを、多くの症例を示して、明らかにしている。したがって、アルツハイマー病の治療には葉酸の投与が必須であることを強調している。その中で、テリ（65）という患者が、家族性アルツハイマー病の家系にあり、初期症状が出てきた時の血中ホモシステイン値は１６μmol/L であった（正常値は 6 μmol/L）。そこで、サプリメント葉酸を投与したところ、１２μmol/L にまでしか低下しなかったこと、そこで活性型のテトラヒドロ葉酸を投与したところ、ホモシステイン値は７にまで低下して、その後４年経過したがアルツハイマー病は進行せず、精神的も元気で活動的な状態を維持していることを報告している。このケースは、上記DHFRまたはMTHFR 遺伝子のいずれかが欠損または多型変異しているケースであると推定される。

　このように、従来、サプリメント葉酸さえ服用すれば、葉酸不足が回避されるとされてきたが、サプリメントの葉酸では多くの問題があることが明らかになってきた。やはり、野菜に含まれる活性型葉酸を摂取することが、身体には一番よいのである。それにしても、野菜に含まれる活性型葉酸量をもう少し増やすことはできないのか？この問いに対しては、このコラム欄（「亜鉛と葉酸を豊富に含むe-スーパー健康野菜」2022.6.10）でも述べた。養液中に亜鉛の濃度を高めて、葉酸の生合成を促進させる方法である。亜鉛と葉酸の含有量が高い野菜は、体内の葉酸代謝経路に亜鉛が必要な代謝経路が多くある点を見ても、身体によい野菜と言える。

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電気代金の大幅な値上げが続いている。植物工場では、ランニングコストの約半分は電気代と言われている。
そのため、今後電気代が上がれば、それだけ植物工場の野菜生産には大きな負担となる。
パルス照明法については、このコラム欄で「パルス照明装置について」（2022.8.4）と題して説明したが、その後、電力を連続光の1/3 に下げても、連続照射の場合とほぼ同じ生育結果が得られたので、その結果について報告する。

今回の実験に用いたのは、レイトロン株式会社（京都府宇治市、TEL 050-3733-9511 URL:https://www.raytron-japan.co.jp/company-profile/代表取締役　高崎尚之）の開発したパルス発生装置である。
この装置は、パルスの時間を任意に設定できること、明暗の比率が自由に設定できることが特徴である。
例えば、１ミリ秒のパルスを明１に対して、暗１で照射することができる。
この場合、連続照射に比べて、消費電力は 1/2 になる。この状態でコマツナ、レタスを育ててみると、連続照射と比べて、発育はほとんど同じであった。
さらに、明１に対して暗２の割合でパルス照明すると、消費電力は 1/3 になる。
下図は、その結果であるが、移植後２週間目の成長を比べると、ほぼ同様に育っていることが分かる。
1/3 では図に示すように、生重量では、連続光の８４％であった。
同じ実験をレタスで行うと、連続光に対して、電力1/3 区では７８％であった。

厳密に同じ成長量を得るには、1/3 区では、さらに１〜２日栽培を延長する必要があるが、84〜78 %の成長量であれば、問題はない。
それよりも、消費電力が1/3 になることが、非常に大きいメリットである。
今後植物工場のランニングコストを下げる非常に有力な装置となることは間違いない。

電力を 1/3 にしてパルス照明した場合に、野菜によって、連続光区との成長量に差が出るのは、なぜなのか。
その理由は、前回も説明した通り、C, N、S の還元反応系の速度の違いによる。
C, N、S の還元反応系の速度が相対的に遅ければ、光化学系に待ち時間が発生して、パルス照明下での光合成量（成長量）が連続光下の光合成量に近くなる。
逆に、C, N、S の還元反応系の速度が速ければ、光化学系の待ち時間が少なくなり、パルス照明による光合成量は低下する。C, N、S の還元反応系の速度は、主に葉の外部からCO2 が拡散してくる速度に依存する。
一般的には、葉が薄く、外部からCO2 が入リやすい構造の葉では、C, N、S の還元反応系の速度は速くなる。
イネなどは葉が薄いので、外部から CO2 が入りやすく、C, N、S の還元反応系の速度も速く、光合成全体の速度も光強度が増すにつれて高くなる。
コマツナとレタスとを比較すると、レタスがややCO2 が入りやすい構造になっている。

ただし、この装置は、LED に通電する前に、交流を直流に変換しておき、直流電流をこの装置に通す必要がある。
交流電流をそのままLEDに通す方式のLEDでは、LED内で大きな山を下げて平均化する装置が入れられているので、この装置を導入しても、パルス状の光を発生させることができず、上記のような結果は得られない。

前回の解説でも説明したが、パルス照明の特徴は、強い光を植物に当てた後、C, N, S の還元反応系が進む際に、時間的待ち時間ができたときに、次の強い光が照射されるまでの時間が節約できることが原理である。
植物に照射される光が、パルスとならずに平均化された弱い光であれば、待ち時間は発生せず、結果として、単に光強度を下げた照射となり、光合成速度は遅くなる。

このレイトロン社の装置は、２０個以上発注した際には、１個あたり約２万円ほどになるという。詳しくはレイトロン社に問い合わせてほしい。

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「低カリウム野菜」が生産・販売されている。特に腎臓に疾患がある場合、カリウムの尿への排泄が十分に行われなくて、血中のカリウム濃度が高まると、神経細胞内のカリウム濃度との差がなくなり、心臓を動かす際に必要な電気信号の伝達が不十分になり、心臓が止まるなど、突然死を招くことがある。神経細胞の電気信号が正常に伝達されるためには、細胞内のカリウム濃度が高く、逆に細胞外のカリウム濃度は低く保たれる必要がある。そのため、腎臓の機能が低下すると、カリウムの摂取を制限する食事制限が必要となる。
カリウムは、葉野菜や果菜類などに多く含まれる（下記の表参照）ので、葉野菜や果菜類の摂取制限が課されることになる。しかし、葉野菜や果菜類は、通常の食事に欠かすことできない食品であるので、カリウムの少ない葉野菜や果菜類を生産できないか、ということで「低カリウム」を謳った野菜が生産されることになった。
露地栽培で「低カリウム野菜」を生産することは困難であるので、植物工場やハウスの水耕栽培で「低カリウム野菜」が生産されている。具体的には、葉野菜では、肥料の調整で、カリウム塩の代わりにナトリウム塩を使用する方法が一般的に採用されている。植物にとって、カリウムは必須元素であるが、植物にとって必須元素ではないナトリウムに一部置き換えても、ある程度は成長できる。果菜類では、生産の前半ではカリウムで育てて、果実が実る生育後期にカリウムを抜く方法が採用されることが多い。カリウムは植物体内を移動しやすい元素であるので、果実が大きくなる生育後期にカリウムを抜いても、すでに葉などに蓄積されているカリウムが転流して果実に運ばれる。それでも、生育後期にカリウムを抜くと、最終的に果実内に運ばれるカリウムは、通常の場合と比べて半分程度に低下する。それを「低カリウム果実」として出荷するのである。
ここで、カリウムを抜くと表現したが、実際には、カリウムの代わりにナトリムが使用されるので、「低カリウム野菜」は「高ナトリウム野菜」になる。肥料の成分は、必ずアニオン（マイナスイオン、硝酸イオンやリン酸イオンなど）とカチオン（プラスイオン、カリウムイオンやマグネシウムイオンなど）とが結合したの形の「塩」の形態で使用されるので、カリウムイオンを使用しない場合にはナトリウムイオンなどの同じ一価のカチオンを使用せざるを得ないのである。
問題は、腎臓疾患の患者に「低カリウム野菜」を提供する目的で「高ナトリウム野菜」を提供してよいのか、という点にある。腎臓の機能が落ちた患者には、厳しい食塩制限が課されている。食塩とはナトリウムの制限である。そのため腎臓の機能が落ちた患者に「低カリウム野菜」（＝「高ナトリウム野菜」）を食べさせると、腎臓をさらに悪くする可能性がある。しかも、多くの病院関係者（医者、管理栄養士）および一般の人々は、「低カリウム野菜」が「高ナトリウム野菜」である事実を知らない。「低カリウム野菜」とは、単純にカリウムが少ない野菜のことだと理解している。「低カリウム野菜」はこのような無理解の隙をぬって販売されている。「低カリウム野菜」の生産業者も、カリウム含量のデータのみを示して、ナトリウム含量のデータは隠している。
カリウムは植物の生存および成長に必須の元素である。植物が光合成の働きで最初に生成するのは有機酸であり、糖が転流して果実などで代謝される際にも有機酸が生成する。有機酸はカルボキシル基（-COOH）が解離してアニオン（-COO-）になっており、それを電気的に中和するためにカリウムイオン（K+）が必要となる。また、細胞が伸長する際にも有機酸のカリウム塩が浸透圧を上げて吸水力を生み出し、細胞は伸長し、それが植物が生長する基礎過程となっている。さらに、気孔が開く際にも孔辺細胞内の有機酸の生成に対応してカリウムイオンが流入して孔辺細胞が吸水して気孔が開くなど、植物の生活の至る所でイオン調節を行っている。特に、カリウムによって酵素が活性化されることが、６０あまりの酵素で確認されている。カリウムとナトリウムとは、イオンの大きさが異なるため、カリウムによって活性化される酵素がナトリウムに同程度に活性化されない場合もあると考えられ、カリウムをすべてナトリウムに置き換えると、植物は生育できない。したがって、カリウムをナトリムに置き換える栽培方法には問題がある。
植物工場は、野菜の生育条件を多様に制御できるので、野菜生産の可能性を大きく展開できる生産法であるが、「低カリウム野菜」は、上記の理由で間違った方向に走った生産方法である、と言える。社会の理解が進めば、やがて消える運命にある。
腎臓病の患者には、野菜をゆでて、それを搾ることにより、野菜の中に含まれていたカリウムなど水に溶けやすいミネラルなどは、約半分の含量に落ちるので、この方法が「低カリウム野菜」よりも安全である。
なお、腎臓の機能が正常の場合には、カリウムはナトリウムの尿中への排出の際に必須であり、ナトリウムはカリウムの取り込みと交換で排出されるので、日本人のように食塩（ナトリウム）を過剰に摂取している場合には、カリウムを積極的に摂取することが望ましい。特に、野菜はカリウムが多く含まれており、逆にナトリウムの含量は非常に低い（表参照）ので、食塩含量の高い工業製品の食品を多く摂っている場合には、野菜を多く摂ることが食塩（ナトリウム）の排出を促す上で大きな効果がある。腎臓が正常に機能している場合には、過剰なカリウムはすべて尿中に排泄されるので、問題は起きない。そのため、腎臓機能が悪くない人にとっては、「低カリウム野菜」は単純に栄養を損なう野菜といえる。

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植物工場の維持費の中で、電気代金の占める割合は大きい。この電気代金を節約する有力で確実な方法がある。LED の照明を連続して照射するのではなく、明、暗のサイクルで光をパルス状に照射するのである。例えば、LED を１秒間照射した後、電源を切り１秒間暗くするのである。これをパルス照明と呼ぶことにする。そうすと、パルス照明を同じ間隔にすれば、電気代金は半分になる。問題はパルス照明をしたときの植物の成長である。驚くことに、１秒間隔でパルス照明をしても、植物の成長は半分にはならない。通常のLEDを用いて１秒間隔でパルス照明を行って見ると、植物の成長は連続光の場合に比べて約２割ほど遅れたが、光の照明時間では半分しか照明していないのに、成長は約８割にしか落ちないことが分かる。そこで、パルス照明の時間を短縮して、 0.1 秒にすると、植物の成長は約９割になることが分かった。電気代金は連続照射の場合と比べて半分のままである。このようなパルス照明はLED でしか実現しない。蛍光灯では不可能である。

　この原理を上の図を用いて説明しよう。光合成は、光化学系と炭素（C), 窒素（N), イオウ（S) の還元系とから構成されている。光化学系は、光の関与する反応系であり、植物に光が当たると、最初に水が分解され電子が抜き取られて、その電子は光化学系の産物である還元物質（NADPH）に渡され、同時に化学エネルギーのATPが生成する。このNADPH と ATP とが光化学系の産物である。一方で、C, N, S の 還元系では、光化学系の産物である NADPH, ATP が使われて、それぞれ、NADP⁺, ADP になる。

　植物に光が当たり、その光が有効に使われるためには、NADP⁺, ADP が存在しなければならない。もし、強い光が連続的に照射され、NADP⁺, ADP がすべてNADPH, ATP になっておれば、それ以上の光はNADP⁺ の還元やATPの生成には使えず、その余分な光は熱として発散される。すなわち、NADP⁺, ADP がすべて使われて、ゼロになっている状況下では、光を消しても光合成全体の速度には影響がない訳である。

　NADPH, ATP は、C, N, S の還元系で使用され、NADP⁺, ADP が再生される。この反応系は酵素反応であるから、温度の影響を受ける。一方で、光化学系の速度は温度の影響を受けない。そのため、温度が高い場合には NADPH, ATP の消費とNADP⁺, ADP の再生も速くなる。この関係は、上図のグラフで、縦軸で表した、NADPH/(NADPH + NADP⁺), ATP/(ATP+ADP) として、表示される。このグラフが 100% 近くになれば、それ以上の光は無駄になっており、 100% を下回っておれば、光は有効に使用されていることになる。

　パルス照明を行っても、光合成速度が落ちない場合は、上図のグラフが 100% 近くになっている場合であり、パルス照明を行うと光合成速度（成長速度）が落ちる場合は、上図のグラフが 100% を下回って入る場合である。

　パルス照明を行う場合、パルスの間隔が短いほど、連続光との差が小さくなることが分かっている。それでは、どこまで短くすれば、連続光との差が極小となるのか。実験によると、 0.01秒までは光合成速度（成長速度）が上昇し、連続光との差が小さくなることが分かっている。理論的にはパルスの間隔はさらに短縮できる可能性があるが、それは光強度による。しかし、例えば 0.01秒でも、電気代金は半分になるのである。電気代金が半分になるのであれば、野菜の成長が 95% になっても、植物工場の運営面からみれば OK という選択肢も考えられる。上記の話は、明：暗の比率が 1:1 の場合である。明：暗が 1:2 になれば、電気代金は1/3 になる。電気代金が 1/3 になれば、ランニングコストの大きな節約になる。もちろん、その場合一定の成長量が確保されることが前提であるが。

　ただし、LED の光が弱い場合には、パルス照明をしても、成長（光合成）は低下する。その場合、光化学系の速度が小さいので、常にNADP⁺, ADP が存在し、パルス照明で光を消すと、その分、光合成の低下となり、成長も少なくなる。パルス照明が有効であるのはLED の光強度が強い場合である。

　光強度と光合成速度との関係は、光飽和曲線として古くから知られている。横軸に光強度をとり、縦軸に光合成速度をとると、一般的には、光の弱いときは光合成速度は光強度とともに直線的に増加し、光強度が高くなると、ある光強度で光合成曲線は一定となり、それ以上増加しない。この光強度を光飽和点と呼ぶ。多くの場合に、光飽和点の幅は広い。徐々に光飽和になるためである。上述のパルス照明でいえば、光飽和点を過ぎれば、パルス照明を行っても光合成速度は低下しない。しかし、光飽和点に達しなくても、パルス照明と連続光照射とを比較すると、光強度が強いときには、両者の光合成速度は近接してくる。したがって、通常の植物工場でも、比較的光強度の強いLED を使用していれば、パルス照明を使用して、電気代金を節約できる。

　光飽和点が何によって規定されているかといえば、自然界では、多くの場合、CO₂ の供給速度である。CO₂ は葉の外部から拡散によって供給されるので、この拡散速度は一定以上には増大しない。CO₂ 拡散速度は、主に葉の構造によって規定される。イネなどの薄い葉では外部からのCO₂ が入りやすい。そのため、イネの光飽和点は高い。一方で、葉の厚い植物では、外部からのCO₂ 拡散速度が制限されるので、光飽和点は低くなる。レタスなどは、光飽和点が低い。

　いろいろな野菜の光合成曲線で光飽和点を求める際に、CO₂ などのガス量の変化を測定して、光合成速度を計測するのは、簡単ではない。最も簡単に光合成曲線および光飽和点を求めることができるのは、PAM（クロロフィル蛍光分析装置）である。PAMの測定装置に葉を挟んで、光強度を増していくと、光合成速度に対応する電子伝達速度（ETR）が測定でき、光合成曲線を約１０分程度で作成することができる。この装置を活用すべきである。

　植物工場で実施可能なパルス照明装置が開発されている。松栄電子工業株式会社（岐阜県、TEL 058-214-3111、e-mail: shoei@coda.ocn.ne.jp, 代表取締役　上松広之）が、植物工場用に開発した装置で、従来の製品よりも格段に低価格（約¥15,000）で、しかも安定した性能である。関心のある方は問い合わせて欲しい。

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　現在の植物工場では、苗を移植した後の光利用効率が非常に低い。LED の光は栽培棚全面に照射されるのに対して、その光を利用する苗の占める面積は移植直後は２〜５％のみであり、95% 以上の光は周りに散乱して植物には利用されない。この状況は苗の成長とともに徐々に改善されるが、基本的には移植後２週間ごろまで続く。栽培棚全面に葉が拡がるのは、栽培後期の３〜４週間になってからである。植物工場のランニングコストの中で電気代金の占める割合は非常に大きいので、この問題は放置できない。

　この問題に対処する方策はいくつかあるが、ここではヤングリーフ栽培（多植栽培）法を紹介する。それは、播種の際に、通常はウレタン播種ベッドに１粒づつ蒔くが、２〜４粒づつ蒔くのである。そうすると、その苗を移植すると、通常法に比べて苗の葉の占める面積は２〜４倍に増加し、特に移植後１〜２週間の光の利用効率も２〜４倍に増加する。総光合成量（総成長量）も２〜４倍に増加する。栽培初期の総光合成量（総成長量）を２〜４倍に増加する方法は他にない。この光合成量の増加は、従来では捨てていた光を活用するので、画期的な方法である。

　そして、栽培棚全面に葉が拡がる２週間目ぐらいに収獲するのである。通常の収獲よりも１〜２週間は早く、野菜の成長も１株あたり３０〜40 g程度であるが、このように野菜を若く収穫するメリットは、野菜が柔らかく風味も豊富である点にある。いわゆるベビーリーフは芽生えを使用するのに対して、この方法で栽培する野菜を「ヤングリーフ」と呼ぶことにする。植物工場野菜の特徴は一般的には、露地栽培の野菜に比べて、柔らかいと言われるが、ヤングリーフはさらに非常に柔らかいのが特色である。現在多くの植物工場ではレタスが栽培されているが、レタスは水分含量が９５％程度あり、基本的に柔らかい野菜であるので、柔らかい野菜の需要についてはあまり感じていない業者も多い。しかし、コマツナ、シュンギク、ホウレンソウなどをヤングリーフ法で育てると、柔らかい野菜の有利さに気づくはずである。

　移植後２週間で収獲すると、栽培棚の利用効率も大きく改善できる。従来法では１株あたり80 g ぐらいまで育てるには約４週間要していたので、その方法に比べると半分の期間で栽培棚を回せるので、年間を通じて生産できる野菜の量は非常に多くなる。しかも、その生産量の増加分は、これまで捨てていた光を活用することで得られるもので、新たな経費を使うのではない。

　発芽期にMg⁺⁺ を増強して細胞分裂を促進することにより、発育を促進させ収穫時期も１〜２週間早める栽培技術については別項で紹介しているが、ヤングリーフ栽培法はこのMg⁺⁺ による発育促進効果を有効に活かす栽培方法である。ヤングリーフ栽培においても、収穫前処理を施し抗酸化成分と食味・風味を増強する栽培法を採用でき、また、Zn⁺⁺ を増強して活性型葉酸量を増強する栽培法を利用できるので、ヤングリーフは、抗酸化成分が豊富で食味・風味がよく、葉酸・ビタミン類・ミネラルが豊富で、しかも非常に柔らかい野菜なのである。

　ヤングリーフ栽培法は、新しい植物工場野菜の創出である。現状の植物工場野菜は、露地野菜に比べて、天候に影響されず安定的に生産できることが強調されるが、その品質は、食味・風味・栄養価（抗酸化成分、葉酸・ビタミン類・ミネラル含量）において露地野菜に明確に劣る。露地野菜の生産は、生産農家の高齢化、跡継ぎ難、生産用具・肥料の高騰などで、将来が危ぶまれている中で、従来の植物工場野菜が露地野菜に代われるかといえば、その品質の低さを考えると、それでは日本人の健康を維持できないとの危惧を抱かざるを得ない。ヤングリーフは、従来の植物工場野菜に欠けている品質の高さがある。その上、移植後の光の効率を飛躍的に高めることができ、植物工場のランニングコストの大半を占める電気代金を大幅に節約できる、また栽培棚の回転効率も高く、全体として植物工場の効率を大幅に改善でき、現状では植物工場野菜を最も効率的に栽培できる方法といえる。

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　本ホームページでも紹介している当社の特許技術を使った野菜の栽培技術は、高品質の野菜を栽培することができ、その野菜を食べることにより、がんの予防になるだけでなく、脳卒中・心臓病・アルツハイマー病の予防にも有効であり、しかも好きな野菜を自在に栽培できる。我が家では、その栽培装置を家庭用に適用した小規模植物工場を作っている。毎日、新鮮な野菜を食卓にのせることができ、余った野菜は近所に配っており、好評を得ている。
　まず、特許技術の要点を簡単にまとめておこう。特許１は、収穫前処理の条件を定めており、養液から窒素を除き、同時に青色光を照射することにより、抗酸化成分の増強（10〜20倍）、残留硝酸塩の低減、食味・風味の向上の効果を生む。特許２は、発芽期にMg++ 濃度を増すことにより細胞分裂を促進し、以後の発育を促進する効果を生む、この処理により苗の移植後に発育が促進され、収穫時期を１〜２週間短縮することができる。特許３は、Zn++ を増強することにより、活性型葉酸含量を数倍〜10倍に高め、同時にビタミンB群も数倍に増強することができる。これらの特許の効果は下図（図１）にまとめている。
　これらの特許により生産された野菜の品質は露地野菜の品質を大きく上回ることが分かっている。これらの特許技術を使用しない従来の植物工場野菜の生産は、近い将来これらの特許を使用する野菜生産方式に置き換わっていくと予想される。これらの特許内容は、他の方法では代替が不可能であり、その意味で、これらの特許を使用した野菜の生産方式は、将来の世界標準になると予想している。
　下の写真（写真１）は、上記特許技術を使用した家庭用の小規模植物工場の内部写真である。敷地面積は 10 m2 であり、中央の通路の両脇に３段の栽培棚がある。各栽培棚にはそれぞれ５本のLED が設置されており、そのうち２本のLED は赤：緑：青が３：１：１で、生育期に使用し、残り３本は青色光で収穫前処理の際に点灯させる。いずれもレイトロン社のLED である。
　この栽培装置が通常の栽培装置と大きく異なるのは、栽培棚の下に設置している養液槽に加えて、もう一つ養液槽があり、そこには収穫前処理に必要な窒素を含まない養液が入っている。そのため、各栽培棚には、２つのコックが付いており、一つは通常の養液用、もう一つは窒素を含まない養液用である。各栽培槽には出口側にも２つの養液用のコックが付いている。野菜を収穫すべき時期になれば、通常の養液コックを閉め、養液が出てしまった後に窒素を含まない養液を入れる。出口側のコックもそれに応じて切り換える。同時に、青色光を点灯して、収穫前処理を始める。収穫前処理は通常２〜３日間である。
　生育期では12 時間照明(朝６時〜夕方6 時）としている。この条件が通常の野菜（レタス、コマツナ、シュンギク、ホウレンソウ）の花芽誘導を抑えながら成長させる条件である。植物工場内の温度は年間を通じて25℃としている。本来は、季節に応じて夜間の温度は下げた方がよいのであるが、煩雑さを避けるため一定温度としている。植物工場全体の電気代金、水道代金は、月約１万円〜１万５千円程度である。
　植物工場の建設は、庭の片隅の空き地を利用して、排水路を含めて最初から建設した。壁や天井には断熱材を使用して、外気の温度変化を受けにくいようにした。植物工場全体の建設費用は、内部の栽培装置を含めて約400万円であった。建設は、（株）恵葉＆菜健康野菜（京都府精華町；TEL 0774-95-5165）に依頼した。
　自宅で植物工場をもつことは、まだ一般的ではないかもしれない。しかし、毎日、新鮮な野菜を収穫できることは、食生活が豊かになる。さらに、がん、脳卒中、心臓病、アルツハイマー病などの予防にも役立つので、生活していく上で得る安心感は大きい。また、植物工場の一部にイチゴも栽培する計画である。野菜が毎日大きくなるのを見ながら生活できることは、大きな喜びである。しかも、年中無休で繰り返し栽培ができるのである。キャベツやハクサイ、ジャガイモなどの根菜類など、貯蔵のできる野菜は、従来通りスーパーなどで購入しているが、新鮮な緑色野菜を自宅で栽培収獲できることは、生活の充実感につながる。皆さんにも、退職、老後の楽しみと疾病予防のために、自宅用の植物工場の設置をおすすめする。
　なお、当社の特許技術を自宅用に使う場合には、ライセンス契約は必要ない。生産した野菜を販売するなど、事業として展開する場合はライセンス契約が必要となる。

　　　　

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　当初は、栽培装置を入れた業者から、野菜の育て方を教えてもらう日々であったが、まもなく業者から教えてもらう内容にいくつかの問題点のあることに気づいた。一つは、この業界が非常に閉鎖的であることである。植物工場を始める業者は、その栽培装置を納入してもらう企業から、最初に野菜の栽培方法について指導してもらうわけであるが、その内容は「他の業者には絶対秘密」という内容が多く、彼らはその内容を頑なに守っているのである。そのため、植物工場業者間で技術的な交流はなく、中には間違った方法を頑なに守っているケースもあった。

　その典型例は、植物工場内の湿度は高い方がよい、という内容である。業者に聞くと、ある有名な大学の先生が本に書いている、ということである。これは、別項でも述べているように、全くの間違いであり、野菜の生産にとっても、植物工場の衛生管理にとっても、完全に逆の効果を生む。私は、その有名な大学の先生が書いた本を取り寄せて読むことはしなかったが、想像してみると、その先生は露地栽培の常識をそのまま植物工場に持ち込んだのではないか、と考えられる。露地栽培では、空気が乾燥すると土も乾燥し、地上部にしおれが出ると、気孔が堅く閉じてしまう。これは、アブシジン酸という植物ホルモンが関与する仕組みとして知られる。「空気が乾燥すると気孔が閉じるので、空気中の湿度が高いと気孔が開いている」という露地栽培の常識から、植物工場内の湿度は高い方がよい、と考えたのではないか、と想像される。しかし、植物工場では、野菜の根は常に水（養液）に浸かっているのである。そのため、植物工場内の湿度が低くても気孔が閉じることはない。植物工場内の湿度が低い方が蒸散が盛んになり、野菜の成長もよくなる。さらに、植物工場内の湿度が高いと、壁や天井に水滴が付着し、そのためカビが繁殖し、そのカビを食べる小さな虫がどこからとなく侵入して増え、さらにその小さな虫を食べる大きな虫が増えてくる。植物工場の衛生管理上、非常に困った状況に陥るのである。植物工場内の湿度は高い方がよい、というその本の影響は大きく、2011年当時、ほとんどの業者がそれを守り、中には加湿器まで入れて湿度を80% に近くにまで上げている植物工場もあった。

　その有名な大学の先生は、なぜそのような大きな間違いを書いてしまったのか。その点について大学の研究者であった者の立場から言えることは、植物工場の専門家・研究者の分野が偏っている点である。植物工場というのは、農学の施設園芸という分野から始まっている。農家のハウス栽培の延長として発展してきたのである。施設園芸の分野に加えて、作物の環境制御の分野として加わった人たちが、現在の植物工場の研究を支えている、といってよい。ところが、施設園芸や環境制御など農学の研究者は、一般論としては、気孔の開閉に関する最新の研究状況には疎い。なぜかといえば、気孔の開閉に関する研究は、主に理学系の研究分野で展開されており、農学分野の研究者との交流がないのである。交流がないだけでなく、理学分野の研究者が使用する用語が農学分野の研究者には通じないのである。そのため、理学分野で研究された気孔開閉に関する成果を農学分野の研究者が知る機会も少ない。気孔の開閉のメカニズムでいえば、湿度が高いと気孔が開くという仕組みは存在しない。このことは、気孔開閉を研究する理学系の研究者にとっては、ごく初歩的な知識なのである。

　このような事情は、気孔開閉の分野だけでなく、光合成の分野でも同じ状況である。光合成は小学校から出てくる植物の基本的な機能であるが、その測定は意外に難しい。植物を容器に閉じ込めてCO2 などのガスの出入りを測定する訳であるが、自然の状態に近づけるためには装置が大規模になり、どこでもできる装置ではない。さらに、光合成の仕組みに関する研究状況は、その大部分が分子レベルの物理学となっており、多くの農学部教員が理解できる内容ではない。ここでも、光合成研究の現場の用語が難しく、光合成研究の成果が、農学教育に活かされることは少ない。そのため、一部の大学を除いて、日本の農学系の学生教育で、気孔開閉や光合成といった農学教育に本来は必須な分野で、最新の研究成果に基づく教育はなされていない。考えてみれば、恐ろしいことである。上述した気孔の開閉についての間違いが研究者間で正されずに出版されたことは、本来であれば、農学・理学を問わず広い分野の専門家によって支えられるべき野菜の生産技術の体系が、非常に限られた分野の研究者のみによって支えられていたことの反映である。なお、このように農学と理学とが分離した状況にあるのは、明治以降外国からの学問の導入過程で生じた日本の特殊な状況であり、諸外国では農業の現場と基礎科学とは融合している。

　ここで、日本の農学教育全般をどのように見直すべきかについて、議論を展開するつもりはない。日本の農学教育全般の見直しについては、農学部を構成する農学部教員の意識の改革が必要であり、そのためには意識の基礎となる世界の研究状況の把握が必要であり、研究状況の把握のためには永い年月が必要となるからである。その点で言えば、年配の教員の意識を変えることは非常に困難であるので、若い教員に期待したい。

　問題は、植物工場の今後の展開である。日本の農業の現状は、誰もが指摘するとおり、農家の高齢化、跡継ぎ難、栽培資材・肥料等の高騰などにより、その担い手が急速に減少する状況が間近に迫っている。識者の中には、外国から農産物を輸入すればよい、という意見を展開する人もいるが、野菜の中でも葉野菜など新鮮な野菜が必要であるので、やはり、健康に直接寄与する葉野菜の生産は、日本国内で生産すべきである。その際に、葉野菜の生産に関しては、土にこだわる必要はないと考える。

　このホームページでも紹介しているように、葉野菜の品質については、すでに露地野菜の品質を大幅に超える技術が確立している。当社の技術を使用しない、従来の植物工場野菜の品質は露地野菜に比べて相当に劣るが、当社の栽培技術を使用すれば、露地野菜では到達不可能な高い品質の野菜生産が可能である。さらに言えば、当社の栽培技術を使用せずに、同等の品質をもつ野菜の生産は原理的に不可能である。具体的に言えば、野菜の抗酸化成分を増強し食味・風味を改善するには、無窒素下で青色光を照射する方法（特許１）以外に同じ効果を出す技術は他になく、今後もそのような技術が出てくる可能性はない、と断言できる。また、活性型葉酸を増強するには亜鉛含量を高めることが必須であり、他の方法では代替できない（特許３）。さらに、Mg⁺⁺ の発育促進効果を使わずに収穫時期を早めることは困難である（特許２）。その意味で当社の栽培技術は、近い将来、植物工場野菜の世界標準の栽培方式になっていくと断言できる。

　ただし、野菜の種ごと品種ごとの詳細な最適栽培条件については、まだ多くの実験栽培が必要である。また、葉野菜以外の作物や牧草などの栽培法については、多くの研究者による研究が必要である。さらに、日本国内の状況だけでなく、世界的に見ても、地球温暖化の進行とともに、深刻な干ばつが進行している地域が拡がっており、そのような地域では、水を循環再使用できるエコタイプ次世代植物工場による農業技術の導入が農業生産の維持に不可避である。現在は、地球温暖化の影響で従来の農業生産方式は維持が困難な地域が拡大しており、従来の農業生産方式をエコタイプ次世代植物工場方式に転換すべき時期であり、その方向に沿う多くの研究が農作物ごとに必要な時期である。地球温暖化を見据えて国家的に取り組むべき課題としては、従来の土に依存した農業体系をエコタイプ次世代植物工場方式に移行すべく、国のレベルで大型予算を組み、多くの研究者を動員して大規模に研究開発を展開すべき時期である。中国ではすでにそのような取り組みが進行していると聞く。

　日本をはじめとして、世界規模でエコタイプの植物工場による農業技術の展開は必然的な方向となっている。にもかかわらず、日本の農学教育の現状は、日本及び世界の状況に到底対応できない、と考える。大学の教員の意識を変革する上で一つの提案がある。それは、小規模でよいから、各大学に実験的植物工場を作ることである。そこで、農学、理学を問わず、研究者が実験材料を育て、教育研究を展開する中で、植物のもつ基本的な性質について、総合的に理解し合える教育研究環境ができるのではないかと期待する。植物工場で植物を育てるには、植物栄養の知識、光合成の知識、生長生理の知識、花芽形成の知識、など多くの分野の知識が必要となり、狭い専門分野の知識のみでは対応できないので、植物に対する総合的な視野が養われる。現在の大学には、植物を育てる施設として制御温室がある。しかし、その多くは太陽光を利用する施設であり、温度制御と光強度の制御に難がある。養液組成、温度・湿度・CO2濃度、風力などを総合的に制御できる施設ではない。商業的にはすでに一般的に普及している閉鎖式植物工場が、大学の教育研究の場にはないのである。

　ただし、予算を配布する権限をもつ官庁にも問題はある。例えば農水省の考え方は、農業とはあくまで土に依存する生産体系である、という信念と法体系があり、いわゆる植物工場は農業とは別物と見なしていることが問題である。農水省では「健康」という用語も禁句であると聞く。「健康」はあくまでも厚労省の使う用語であり、農水省は国民の健康を直接支える食料の生産に関与し、その担当官庁であるにもかかわらず、「健康に役立つ農作物」という表現ができず、「機能性農作物」という表現を使用する。そのため、農水省の予算は植物工場に関係する分野には使用できない。日本の野菜に関する研究状況には、教員の意識に関する問題だけでなく、官庁の意識に関する壁もある。

　日本と世界の現実の状況は、エコタイプ次世代植物工場の研究教育の更なる展開・発展を求めている。大学内の大きな壁、官庁の大きな壁が厳然とある中で、当面は民間の企業が率先してこの問題を突破することに期待したい。

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　野菜には抗酸化成分が多く含まれているので、がんの予防に有効であるというと、それでは野菜に含まれている抗酸化成分のうち、何ががんの予防に有効なのか、という発想が出てきて、それを究明するとがん予防の特効薬になるのでは、と展開していく。このような発想を「薬学的発想」としておく。何か有効な成分を見つけて、それを薬として売り出せば、人々に喜ばれるかもしれない、儲かるかのしれない。このような「薬学的発想」によって、多くのビタミン類が発見されてきた歴史がある。
　がんの予防効果についても、野菜に含まれる抗酸化成分を「薬学的発想」で、多くの研究者が取り組んできた経過がある。すなわち、野菜に含まれる抗酸化成分をサプリメントとして人々に投与して、その効果を調べた大規模な調査が過去にあった。しかし、その結果は「効果なし」であった。効果がないどころか、ビタミンEやカロチノイドなどの脂溶性成分をサプリメントとして一定量投与すると、むしろがんの発生率が高まった、という結果が報告されている。野菜に含まれる抗酸化成分の効能については、ここで話が止まってしまっている。野菜のがんの予防効果については、十分なエビデンスがない、ということになり、がんの原因究明を含めて、思考が停止したままになっているのである。
　一方で、がんの直接の原因であるDNAの変異要因については、肝臓がん３００人のがん細胞のDNA配列を解析することによって、変異原は活性酸素（特にヒドロキシラジカル）であることが明白になっている。肝臓がん以外のがんについても、がん細胞では非常に多くの点突然変異が見つかっており、活性酸素でDNAが変異することが、がんの基本的な仕組みであることが明らかになってきている。がんの直接の原因は、慢性炎症で免疫細胞が出す活性酸素が過酸化水素として周辺細胞に流出し、そこでFe++ と出会って、非常に反応性の高いヒドロキシラジカルが生成し、それがDNAの塩基に結合して点突然変異を蓄積していくことにあることは、過去の様々なデータを合理的に説明できる、がん化の基本的な姿と考えられる。
　がんの直接の原因が活性酸素であることに立脚すると、活性酸素を消去する機能をもつ抗酸化成分の役割が明確になる。植物は、強い太陽光の下で固着生活をすることで進化してきたので、光合成の光化学系で発生する多くの活性酸素に対応するために、様々な抗酸化成分の生合成系を発達させてきた。抗酸化成分とは還元作用のある化合物のことであり、その還元作用の正体は電子であり、その電子は太陽光のエネルギーで水が分解して出てきた電子なのである。植物に非常に多くの抗酸化成分が含まれるのは、太陽光の下でふんだんに発生する電子の流れが背景にある。動物にも抗酸化成分はあるが、それらは植物が作った糖を分解して還元力（呼吸鎖で生成するNADHなどの還元物質）をつくるか、あるいは植物から得た成分をそのまま利用するもの（システインやグルタチオンなど）である。動物に比べて、植物の方が、圧倒的に抗酸化成分が多い理由である。植物には多種多様な抗酸化成分が多く含まれ、動物はその植物を食べて抗酸化成分を得てきた進化の過程がある。
　前田浩（熊本大学名誉教授、日本がん予防学会会長）氏の「最強の野菜スープ」（マキノ出版 2017）には、野菜を食べる人ほどがんにならない事例が多く紹介されている。例えば、肝炎ウィルスのキャリアで野菜摂取量の多い人は肝臓がんの発生率が4.7 倍少なかった（台湾）、「Five a day 運動」で野菜摂取量が増加した東部州（ニューヨーク州、マサチューセッツ州）では大腸・直腸がんによる死亡率が急激に低下した（下図参照）、など。
　ところで、最初に述べた野菜とサプリメントの違いに関する問題である。野菜ではがんの予防効果が多く報告されているのに、サプリメントではその効果がないのはなぜなのか。それは、野菜に含まれる抗酸化成分のミックス効果である、そして、効能があるとその成分を追い求める「薬学的発想」にも問題がある、と考える。
　野菜に含まれる抗酸化成分のミックス効果とは何か。それは、野菜には多種多様な抗酸化成分が含まれており、それらは人体内では協調的に作用して総合的に抗酸化機能を果たしている、という内容である。具体的にいうと、ビタミンEは脂溶性であり、主に生体膜に存在し、脂質の酸化を防止する機能がある。生体膜に含まれるリン脂質の脂肪酸側鎖が酸化されると、ビタミンEがそれを還元して元に戻す役割がある。すると、ビタミンEは酸化されるが、そのビタミンEを還元して元に戻すのが細胞質に含まれる水溶性のビタミンCである。その際にビタミンCは酸化されるが、そのビタミンCを元に戻すのが、各種のポリフェノール類である。このように、野菜に含まれる抗酸化成分は相互に協調して機能しており、全体として抗酸化機能を果たしているのである。すなわち、野菜の抗酸化作用は、野菜に含まれる抗酸化成分の協調によって、それぞれの量は少なくても連続して持続する効能がある。ビタミンCやポリフェノール類は水溶性であり、野菜から得たそれらの成分は人体内を通過して排泄される。こうして、我々の身体は活性酸素の害から守られているのである。動物の身体は、永い進化の過程において、植物から抗酸化成分を得て、体内の活性酸素の害に対応してきたのであり、その対応方法も植物に含まれる抗酸化成分に応じて進化してきたのである。
　野菜に含まれる多種多様な抗酸化成分間の協調作用で末端に位置するポリフェノールには、健康に寄与する多くの効能が知られている。Hannah Cory ら（National Library of Medicine 2018）は、ポリフェノールの健康機能についてレビューしている。フランスボルドー地域では、赤いポリフェノールであるレスベラトロールを含む１日３〜４杯のワインを飲むと、非飲酒者と比較して認知症とアルツハイマー病の発生率が８０％低くなる；カレーに含まれ、ポリフェノールクルクミンを含むターメリックは、消費量が多いため、インドでのアルツハイマー病の発生率が低いことに寄与している；緑茶を飲んだ日本の高齢者は、お茶を飲まない人やコーヒーや紅茶を飲む人と比較して、認知機能低下の発生率が低い；ポリフェノールが豊富な食事の長期摂取が、特定の癌、心血管疾患、2型糖尿病、骨粗鬆症、膵炎、胃腸障害、肺損傷、および神経変性疾患から保護することを示唆；アントシアニンを含む食品の摂取により、空腹時血糖値が改善され、耐糖能とインスリン感受性が改善される、などである。
　「薬学的発想」に問題がある、というのは、野菜に含まれる抗酸化成分のミックス効果を、有効成分の探索という「薬学的発想」では解明できないからである。「薬学的発想」の行き着く先は、この場合サプリメントの開発である。サプリメントは一度に大量の成分を飲む。そうすると、いくつかの問題が生ずる。抗酸化反応では、抗酸化の機能を果たした成分は酸化型になるが、酸化型は抗酸化反応を阻害する。そうすると、時間とともに抗酸化作用は機能しなくなる。サプリメントでは、抗酸化作用が持続しないのである。サプリメントをいくつか組み合わせてがんの予防効果を調べるという調査そのものに問題があることになる。すなわち、野菜に含まれる抗酸化成分によるがんの予防効果については、それをサプリメントの効果に置き換えて調べるという「薬学的発想」では解明できないのである。野菜に含まれる抗酸化成分をすべて調べ上げて、それと同じ種類と量とをサプリメントで再現すれば実験は可能かもしれないが、それは野菜そのものを食べることに他ならず、またその作業は現実問題としては不可能である。
　がんの予防に関しては、がんの直接の原因が活性酸素であること、そのため活性酸素の消去に有効な野菜の効能が認めらること、ここに土台をおく必要がある、と考える。

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