作物葉は400〜700 nmのvisible photonsを約90%吸収しますが、700〜800 nmのfar-red（FR）は多くを反射・透過します。2025年の Nature Communications 研究は、cyanobacteriaのchlorophyll d/fのようなFR吸収能力をsoybeanへ導入したらcanopy photosynthesisがどこまで増えるかを3D simulationで評価しました。
実物のChl d/f soybeanを作った研究ではない
field-grown soybeanの3D canopy architectureとspectral dataを使い、ray tracing、leaf energy balance、gas exchange modelを組み合わせて1日全体のphoton absorptionとCO₂ assimilationを計算しました。
つまり、これは高精度なvirtual experimentです。Chl d/fを持つtransgenic soybeanを作り、field yieldを測った試験ではありません。
Chl d strategyでdaily canopy assimilation約13.5〜13.7%増
Chl dをcanopy全体へ一定に導入するstrategyではdaily average CO₂ assimilationが13.5%増加。FR/R比が高いlower canopyほど吸収を強めるstrategyでは13.7%増加し、upper leavesのphotodamage/heating riskを抑えやすい設計となりました。
Chl fを含むlonger-wavelength strategyで最大26%
Chl fを含むFR utilizationをphytochrome-sensed FR/R ratioへ連動させるsimulationでは、pod-filling phaseのcanopy CO₂ assimilationが最大約26%増加しました。効果はvisible lightが不足しFRが豊富なmiddle/lower canopyで大きくなりました。
model上ではphotodamage riskを増やさず利用できる範囲が示されました。
26% photosynthesis増＝26% yield増ではない
著者ら自身もphotosynthesis increaseが必ずyield increaseへ等量変換されるわけではないと明記しています。source–sink balance、respiration、phenology、水・栄養、stress、harvest indexなどが介在します。
旧記事の“量子computerと相性がよく、量子農業の地ならし”という展開は原著内容ではないため削除しました。
最大の壁はphotosystem engineering
cyanobacteriaではChl d/fを利用できますが、高等植物でpigmentを作るだけでは不十分です。photosystem/antennaへの組込み、energy transfer、FR-induced expression、発生・光環境に応じた制御が必要です。
このsimulationは、その困難なengineeringへ投資する価値があるかを定量化した研究と位置づけるのが正確です。
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参考文献
- Wang Y, Oliver TJ, Croce R, Long SP. Addition of longer wavelength absorbing chlorophylls into crops could increase their photosynthetic productivity by 26%. Nature Communications. 2025;16:7933. https://doi.org/10.1038/s41467-025-62885-6
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