2021 Fiscal Year Annual Research Report
Modeling and Experimental Validation of CO2 Uptake of Multi-Cells in Crassulacean Acid Metabolism
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18K04208
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| Research Institution | Oita University |
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Principal Investigator |
末光 治雄 大分大学, 理工学部, 客員研究員 (50162839)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小西 忠司 大分大学, 減災・復興デザイン教育研究センター, 客員教授 (00225468)
星野 修 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (00303016)
松尾 孝美 大分大学, 理工学部, 教授 (90181700)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | CAM植物 / 概日リズム / 信号分離 / 適応微分推定器 / 多変数最適化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，数理モデルベースの実用的計測法として，比較的リアルタイム測定の容易な植物全体の二酸化炭素取り込み量を計測値とし，このデータはセグメントごとの細胞集団の時間遅れ信号の線形和として，植物全体の二酸化炭素取り込み量が合成されるという数理モデルから各セグメントの細胞の状態を推定する信号分離手法を提案した．提案した数理モデルを，単一細胞振動子をカーネルとした周期カーネルモデルと見なし，植物全体の二酸化炭素取り込み量から単一細胞の二酸化炭素取り込み量への信号分離法をシステム同定法から提案した．推定誤差を目的関数として最適化計算を行うことにより，パラメータである線形結合の係数と信号の時間遅れ列を推定する．これはマルチカーネル線形予測モデル推定の一種となるが，カーネルが4次元微分方程式から構成される細胞振動子であるため，カーネル勾配を解析的に導出することができないため，我々が提案してきた適応微分推定器を応用した勾配推定則を最適化計算に応用した．さらに，この手法の有効性の検証のため，二酸化炭素取り込み量を測定する実験システムを構築して，実データを収集した．実験装置は，あらゆる温度域の湿度を再現することが可能な２温度分流式光合成・呼吸測定装置およびパルス変調を利用した調光制御システムにより構成されている．シーケンサープログラムにより任意の波長変動を与え，高精度赤外線ＣＯ２測定器で変動を記録した．また，シーケンサーにはアナログ入出力機能もあり，ＣＯ２測定値により光源をフィードバック制御することも可能である．この実データを用いて，提案した最適化手法により，植物全体の二酸化炭素取り込み量をセグメントごとのリズムに信号分離した．
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