2019 Fiscal Year Research-status Report

反射分光指数(PRI)を用いた植物の環境ストレス評価

Research Project

Project/Area Number	18K05592
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	上妻馨梨東北大学, 生命科学研究科, JSPS特別研究員(RPD) (70704899)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2022-03-31
Keywords	光合成 / 分光反射 / 熱放散 / 環境応答
Outline of Annual Research Achievements	温室効果ガス増加に起因した気候変化による地球の温度上昇が問題視されがちであるが、農業現場においてはコンスタントな温度上昇よりも近年多発している一過的な高温・低温や干ばつの頻度の増加などの「極端現象」が食糧生産により深刻な影響を与えている。そのため、変動する気象環境下において、植物のストレス状態を瞬時に検知し、それぞれの問題に対処する必要がある。しかし、現存する手法では、これらをリアルタイムに検出できない。そこで申請者は反射分光指数（PRI）を用いて、植物の余剰光エネルギーを可視化することで、植物が受ける環境ストレスをハイスループット検出する新規の測定法の開発を試みた。本研究では、１）人工気象器レベルで植物にストレスを与えた時のPRIと実際の光合成応答との相関をみる、２）ハイパースペクトルカメラを用いてPRIを測定することで、圃場レベルにおける植物ストレス応答を広範囲で一括解析する、３）人工衛星画像からPRIを抽出し、地球レベルでの植物ストレス応答を観測する、という３つの大きな枠組みで研究を行っている。本年度においては、クロロフィル蛍光解析と分光反射解析を同一光源下で同じ植物領域を同時測定する手法を確立した。特に、PRIが関与していると考えられている光合成色素であるキサントフィル関連のシロイヌナズナ変異体をこのシステムで測定することで、PRIを生理学的に検証した。また、これまで手作業で行っていたPRIイメージングの画像処理作業の自動化システムも構築した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究課題の目的はPRIパラメータを用いて、植物の環境ストレスをイメージングすることである。ハイパースペクトルカメラを用いた画像の取得、および画像処理法を確立したことは、今後のPRIイメージングの研究に大きな発展をもたらすと期待する。
Strategy for Future Research Activity	これまで、強光乾燥ストレスに焦点をあてPRIの測定を行ってきたが、今後は低温や病害などその他の環境ストレスにどの程度有効であるか検証していく。稲作が主流の日本の農業では乾燥による問題は比較的少ない。低温障害などのより日本の農業分野で必要性の高い環境ストレスを取り上げ、PRIの有効性を検証する。また、糸状菌（カビ）の一種である菌核菌が作物などに感染する菌核病においては、その感染部位のキサントフィル色素に変化が起こることが報告されている。これは、菌核病をPRIによって検出できる可能性を意味する。今後はPRIイメージングの更なる可能性を植物病理においても展開していく。