2025年6月、オランダ・アムステルダムで開催された国際園芸技術展「GreenTech」にて、新型カメラシステムCF2GO（Chlorophyll Fluorescence 2 Go）が正式に発表されました。そして、全47製品の中から審査員によってイノベーションアワードにノミネートされました！

図1-1：GreenTechで発表されたCF2GO外観

CF2GOは、クロロフィル蛍光シグナルを捉えることで、植物のストレス状態やリアルタイムの光合成効率を「離れた場所から」測定できる最新のカメラシステムです。従来のセンサーのように葉にクリップを取り付ける必要がなく、植物から1メートルの作動距離を保ちながら高い精度で測定を行える点が大きな特徴です。この技術により、他の据え置き型システムと同等の科学的クオリティと測定精度を、商業温室（グリーンハウス）環境へと直接もたらすことが可能になりました。

クロロフィル蛍光に隠された情報についての研究は、過去80年以上にわたり大学や研究機関で進められてきました。ここ20年ほどで、この基礎研究は主に大手の育種会社、マルチナショナル企業、大学などを中心に、農業分野の実用アプリケーションとして実装され始めています。しかし、この高度な技術を小型軽量なボディに凝縮し、遠隔から測定できるカメラシステムとして統合した事例は前例がなく、温室栽培における光合成センサーの活用を次のステージへと進める革新的な一歩となります。

光合成効率やストレス指標に関するリアルタイムデータを得ることで、作物のパフォーマンスをより深く理解し、栽培管理においてデータに裏付けられた確実な意思決定を下すことができます。カメラは固定設置することはもちろん、温室内に張り巡らされたロボットアームなどの移動装置に搭載して運用することも可能です。

商業温室での実証事例：Maarel Orchids社

CF2GOは、すでに4棟の商業温室に導入されています（うち2棟は製品の検証およびファインチューニング用）。園芸専門誌『In Greenhouses』（蘭語題: Onder Glas）のインタビューにおいて、Maarel Orchids社の栽培マネージャーであるヨハン・ランゲラーン（Johan Langelaan）氏は、自社の栽培プロセスにCF2GOを統合し始めた理由を次のように語っています。

「植物が光合成を行うために、今どのくらいの光（強さ・弱さ）を必要としているのかがリアルタイムに可視化されるため、遮光スクリーンや補光用照明の稼働を即座に調整できるようになりました。光の過不足による植物へのダメージを恐れる必要が完全になくなりました。結果として、作物からより多くの成果を引き出すことができ、大きな自信を持って栽培を行うことができています」

同氏が挙げるもう一つの重要なメリットは、データの解釈に迷う必要がない点です。「システムから明確な事実と測定値が直接出力され、それが何を意味しているのかが直感的にすぐ分かるからです」と述べています。 現在、Maarel Orchids社では、これまで手動で行われることが多かった照明や遮光スクリーンの制御を完全自動化するため、CF2GOの測定データを環境制御コンピューター（気候コンピューター）に統合するタスクを積極的に進めています。

※該当の記事は以下よりご確認いただけます：
Onder Glas 掲載記事リンク

本コラムでは、CF2GOの技術仕様や測定の仕組みについて解説するとともに、実験データや温室での実例を示し、光合成・ストレスデータがどのように栽培管理の最適化に役立つのかをご紹介します。

ハードウェアとソフトウェアの仕様

ハードウェア - 堅牢なビルドクオリティ

CF2GOは強固なアルミニウムフレームで構築されており、光源、カメラ、フィルター、センサー、内蔵コンピューターなどのすべてのコンポーネントが、空気や塵の入らない密閉環境（防水・防塵設計）に統合されています。システムはサーマルブリッジ（熱伝導経路）によって冷却され、温室特有の湿気や埃からデリケートな電子部品を完全に保護します。ハウジングフレームには粉体塗装（パウダーコーティング）が施されたアルミを採用しているため、温室内の激しい環境変動にも耐え、極めて高い耐久性を誇ります。

ソフトウェア

制御ソフトウェアは内蔵コンピューター上で動作し、あらかじめインストールされた各種プロトコルに基づいて異なる分光画像を自動キャプチャします。収集されたデータは、解釈および可視化のためにクラウドインターフェース「MyLegnd」へと送信されます。また、ソフトウェアはリモートコントロール機能を備えているため、自動フェノタイピングプラットフォームなどの他システムとの連携も容易です。さらに、アプリケーションプログラミングインターフェース（API）経由でのデータアクセスもサポートしているため、気候コンピューターとダイレクトに通信するカスタム自動化プログラムの開発も可能です。

データ解釈（データ・インテグレーション）

CF2GOによって収集されたデータは、ユーザーインターフェース「MyLegnd」に統合されます（図2）。ここでは、CF2GOの指標と同時に、温室内に設置された他の各種センサー（PAR光量子束密度、温度、湿度、CO₂濃度、蒸散量、光応答曲線など）のバイタルパラメータを並行してモニタリングでき、温室全体の包括的なオーバービューを得ることができます。 データやグラフは必要に応じて個人利用のためにローカルPCへダウンロード可能なほか、データセットはCF2GOの内部ストレージに最大5年間安全に保存されます。

図2：MyLegndプラットフォーム上でのデータ一元管理画面

高度なキャリブレーション（校正）技術

データの信頼性と正確性を保証するため、すべてのCF2GOシステムは出荷前に厳密なキャリブレーション（校正）が行われます。あらゆる電子測定機器において、電気的ノイズを最小限に抑え、機体間のバラつきをなくすために校正は不可欠です。

CF2GOシステムを用いた検証実験（図3）では、校正後のデバイス間の機体差変動は極めてわずか0.22%であり、相関係数（$R^2$）は0.9989という極めて高い再現性と一貫性を実証しました（図4）。

図3：CF2GOデバイス間の検証実験の様子

図4：校正後における高いデバイス間相関を示すグラフデータ

測定理論とOJIPプロトコルの仕組み

図5は、葉の表面における太陽光のエネルギー経路を示しています。葉に光が吸収されると、そのエネルギーの大部分は光化学反応（1：糖を合成する光合成経路）へと向かいますが、すべてではありません。一部は熱として安全に放散され（2：NPQ経路）、消費しきれなかった余剰分が微弱な蛍光（3）として再放出されます。これら3つの経路は常に同時に起こり、相互に競合（トレードオフ）しているため、どれか1つが増えれば他方が減少します。この物理的現象を利用して、光合成効率やその他のエネルギー分配を正確に算出することができます。

図5：葉が吸収した光エネルギーの3つの運命（PQ、NPQ、蛍光）

CF2GOは、**高速クロロフィルa蛍光誘導上昇（通称：OJIP法）**と呼ばれるプロトコルを用いて光合成とストレスを測定します。この手法は、わずか1秒間の単一ライトフラッシュの間におけるクロロフィル蛍光の上昇ダイナミクスを高精度に記録するものです。

高速クロロフィル蛍光上昇（OJIP測定）

このプロトコル中に照射されるライトフラッシュは、100cmの距離において**最低6000 μmol m⁻² s⁻¹**という極めて高い青色光強度を持ちます。この強烈な光（太陽光の約3倍）は、植物の光化学系を瞬時に「完全飽和」させるために必要不可欠であり、正確で再現性の高い蛍光シグナルを捉え、主要な光合成パラメータを計算するための鍵となります。

1秒間の光パルス中に植物から放射される蛍光シグナルは急激に上昇し、内蔵された高速カメラがこの1秒間に**1,000フレーム**をキャプチャして上昇曲線を追跡します。得られるグラフは、上昇中に2つの明確なプラトー（平坦部：JプラトーおよびIプラトー）を持つ、特徴的なダブルS字型のカーブを描きます。これが「OJIP」と呼ばれる所以です（図6）。

図6：高速測定によって得られる特徴的なOJIP蛍光誘導曲線

各ステップの定義は以下の通りです。 「O」ステップはOrigin（原点・最小蛍光レベル）を表します。「J」ステップは開始2ミリ秒以内、続いて「I」ステップが約30ミリ秒付近に現れ、最終的な「P」ステップがPeak（ピーク・すべての光化学系が閉じ、蛍光が最大値に達した状態）を示します（図7を参照）。

図7：強光エネルギー照射によりすべての光化学系（反応中心）が閉じた状態のモデル

最小蛍光（O）と最大蛍光（P）の差は植物の光化学系（光合成）の機能的状態に関する情報を提供し、曲線に現れる各プラトーは光合成プロセスにおける電子伝達鎖の特定の動的な挙動を反映しています。

これらのプロセスを追跡することで、植物の内部で起きている光化学反応やエネルギー分配の経路を完全に把握できます。これらの生理プロセスは、水不足、高温・低温ストレス、栄養欠乏、病害虫、病気などの環境・生物的ストレスに対して極めて敏感です。この高い感受性により、OJIPプロトコルは光合成のメカニズム解明だけでなく、**植物のストレスを肉眼で症状が現れる前の超早期段階で検出する**ための強力なツールとして機能します。

CF2GOが測定する主要パラメータとストレスの影響

1. 光合成効率（Efficiency of Photosynthesis）

光合成を駆動する光化学系II（PSII）複合体の潜在的な効率を測定する指標です。植物が吸収した光エネルギーのうち、実際の光合成（電荷分離）に利用された割合を表します。この効率が突発的、あるいは慢性的に低下した場合は、植物が何らかのストレスに晒されている明確なサインとなります。

健全な植物は、すべての光化学系が開いてリラックスしている夜間（暗適応状態）において、**0.75〜0.84**の非常に安定した潜在的効率を示します。しかし日中になると、この値は通常低下します。これは、植物がキャプチャした光エネルギーの量が、光合成で処理できる容量を上回るためです。光による破壊を防ぐため、植物は余剰エネルギーを「熱（NPQ）」として能動的に放散し、その結果として日中の光合成効率は見かけ上低下します。

図8：除草剤（グリホサート）散布後のダイズにおける光合成効率の時系列変化

図8では、除草剤（グリホサート）を散布したダイズの光合成効率を追跡しています。散布後2日目には、すでに日中の値が0.6から0.4へ、夜間の値が0.75から0.65へと大幅に下落しているのが確認できます。**重要なのは、この時点で植物の見た目には一切の変化（枯れや変色）が起きていなかったという点です。** 葉が黄色に変化するなどの視覚的なストレス症状（HUE値の低下）が現れたのは、散布から4日後でした（図9-1、9-2）。グリホサートは植物を急速に枯死させる目的のものですが、一般的な栽培ストレス（水不足や温度ストレスなど）であれば、この数日間の「タイムラグ」の間に早期に対策（潅水や遮光）を打つことで、作物への致命的なダメージを未然に防ぎ、収量を維持する決定的なチャンスを得ることができます。

図9-1, 9-2：4日後に初めて現れた葉の黄化シグナル（HUEの減少）

2. NPQ(t)（熱放散量子収率）

植物が光合成で使い切れなかった光エネルギーは、そのまま放置すると分子状酸素と反応して非常に有害な「活性酸素種（ROS）」を発生させ、細胞に深刻な破壊ダメージを与えます。そのため、植物には過剰なエネルギーを安全に「熱」として大気中にアクティブに捨てる防御システムが備わっており、これを非光化学的消光（NPQ）と呼びます。

NPQは光の強さや植物の健康状態に応じてリアルタイムに変動する動的なプロセスです。光がある環境下では常に機能していますが、**「光合成効率の低下と同時に、NPQ(t)の値が突発的に急上昇する挙動」**が見られた場合は警戒が必要です。これは、植物が処理しきれないレベルの過剰な光を浴びており、システム破壊を防ぐために防御ギミックをフル稼働させて必死に耐えている（ストレスを受けている）状態を意味します（図10）。

図10：除草剤ストレスによって防御反応（NPQ(t)）が急上昇する様子

3. 電子伝達速度：ETR（Electron Transport Rate）

光合成機構の電子伝達鎖内を、電子が移動するスピードの推定値です。この値は植物の全体的な光合成活性および（気孔が開いている状態での）CO₂固定・同化量と正の相関関係にあるため、植物の活力やストレス応答を評価するパラメータとして世界中で広く使われています。

光合成効率の数値に対するETRの最大のメリットは、計算式の中に**「実際の光の強さ（PAR）」と「葉の光吸収率」が考慮されている点**です。これにより、変動する環境光の中で、実際の光化学反応がどのくらいアクティブに動いているかをリアルに把握できます。ETRが高いほど電子伝達がスムーズであることを示しますが、光の強さが一定であるにもかかわらずETRが急激にダウンした場合は、何らかの代謝阻害（ストレス）が発生していると判断できます（図11）。

図11：散布2日目に電子伝達速度（ETR）が大幅に低下したデータ

4. ETR乖離率 / 偏差（Deviation ETR）

実測されたETRの値が、制限要因の全くない理想環境下で達成されるはずの「理論上の最大ETR」からどのくらいマイナスに離れてしまっているかを示すインジケーターです。理想的な環境であれば最大ETRは光の強さに応じて直線的に上昇しますが（図12）、現実にはCO₂の取り込み限界や光飽和があるため、無限に直線上昇することはありません。理論最大値から実測値が大きく離れる（乖離率が高くなる）ほど、植物はその特定の光強度を効率よく使いこなせていないことを意味します。

通常、作物ごとに許容される閾値を設定して運用します。ストレスを受けた植物では電子伝達のスピードが物理的に滞るため、実測ETRが理論値より大幅に低いままになり、結果として**ETR乖離率が突発的に跳ね上がります**。これが異常を検知するトリガーとなります。

図12：光強度の上昇に伴う理論最大ETRと実測値の乖離率（%）の概念モデル

制御環境下におけるコチョウラン（Phalaenopsis：CAM植物）の実験

CF2GOの測定データを実際の栽培にどう活かすかを検証するため、コチョウラン（ファレノプシス）を用いた実証実験を行いました。 コチョウランは典型的な**CAM（ベンケイソウ型有機酸代謝）植物**であり、夜間に気孔を開いてCO₂を吸収し、リンゴ酸として細胞内に蓄えます。日中は気孔を完全に閉じ、夜間に貯め込んだリンゴ酸を分解してCO₂を再放出し、それを使って光合成を行います。生産者にとっての大きな課題は、この「リンゴ酸の消費・放出タイミング」に合わせて最適な光を照射することです。コチョウランは元来日陰を好む植物であるため、光が強すぎると葉焼け（黄化）を起こし、少なすぎると生育不足に直結します。

日中の光強度を完全に一定に保った実験において、**明期の後半（午後）になると光合成効率が自然に低下していく現象**が観察されました（図13）。これは、夜間に蓄積したリンゴ酸が午後の段階で使い果たされ（枯渇し）、細胞内での光合成に必要なCO₂が足りなくなったことが原因と考えられます。 光合成効率が落ちている午後にそれまでと同じ強いLED照明を当て続けることは、エネルギーの無駄であるばかりか、植物に光ストレスを与えるリスクを伴います。そこで、効率低下のタイミングに合わせてLEDの光強度を段階的に下げたところ、仮説通り、植物の光合成効率を高い水準に回復・維持させることに成功しました。

図13：明期後半のCO₂枯渇による効率低下と、DLI制御による最適化の波形

実際の商業温室における運用データ

実際のコチョウラン商業温室においても、上記の制御実験と全く同じ現象、すなわち「午後の光合成効率のわずかなドロップ」が確認されました（図14）。この効率低下と完全にリンクして、ETR乖離率（Deviation ETR）が急上昇していました。興味深いことに、**効率が本格的に落ち始める1時間も前の段階で、最大蛍光に達するまでの所要時間（Time to maximum fluorescence）がすでに短縮し始める**という先行サインが出ていることも分かりました。生産者はこれらの数値をアラートとして捉え、遮光スクリーンを閉じる、または補光を減光するなどのアクションを即座に起こすことができます。

図14：商業温室内における午後からの光合成効率の低下と先行指標の挙動

この温室では、ETR乖離率（Deviation ETR）のパラメータを活用し、上限管理の閾値を**「30%」**に設定しています（図15）。データを見ると、乖離率が30%のラインを越えてスパイク状に急上昇しているポイントが数回確認できます（赤色の矢印）。これは、部分的に雲がかかった日（薄曇り）に突然強い直射日光が差し込んだ際、遮光スクリーンの閉鎖が間に合わなかったために発生したものです。コチョウランにとってこのような突発的な強光は非常に有害です。目まぐるしく天候が変わる日の環境管理は非常に困難ですが、CF2GOを導入すれば、強光がもたらしたストレス（光阻害）がその後何時間、あるいは何日間にわたって尾を引いているか（PSIIの修復にかかる時間）まで定量データとして追跡可能です。

図15：30%の閾値を超えた突発光ストレス（赤矢印）の可視化

別の鉢物植物の商業温室では、MyLegndインターフェース上で光合成効率、DLI（日射量積分値）、およびETRが並行してプロットされています（図16）。データ全体を通して光合成効率が極めて安定した高いレベルを維持していることから、栽培が非常に順調に進んでいることがデータから読み取れます。

特に5月31日は、十分な光が利用可能（高いDLI）でありながら光合成効率も最大に近く、結果としてETRが期間中で最も高い値を記録しました。この日は同時にその月で最も気温が高い日でしたが、作物の数値には一切のストレス兆候が見られませんでした。適度な温度上昇が、植物の代謝プロセスをむしろ迅速化させ、効率を高めたと考えられます。 翌6月1日は、DLI（光の量）自体は前日より低かったものの、高いETRが維持されました。その翌日は、DLIの大幅な低下に伴ってETRも低くなっています。こうした一連の挙動を可視化することで、生産者は「自分の育てている作物がどのくらいの環境負荷まで耐えられるのか」「どのような条件が真のストレスになるのか」を、経験則ではなく確固たるサイエンスのデータとして完全に把握・蓄積していくことができます。

図16：MyLegndで表示されたDLI、ETR、光合成効率の長期相関データ