2019 Fiscal Year Annual Research Report
ハイスループットフェノタイピングに向けた植物群落ファンクショナルイメージング
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19H03081
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
荊木 康臣 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (50242160)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐合 悠貴 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (20648852)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | クロロフィル蛍光 / 分光反射 / 画像解析 / 光強度分布 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、植物の表現型解析（フェノタイピング）において、植物の機能形質の評価を可能にする、群落を対象とした画像解析手法を開発することを目的とし、安価な計測・撮影機器を利用して、植物の機能形質に関する大量な情報を高速に取得することで、育種分野や栽培管理において有用となる手法の開発をめざす。
２０１９年度は、まず、モデル実験系を決定した後、今回のファンクショナルイメージング技術の基盤となる群落表面の受光強度分布をリアルタイムで画像化するシステムを確立するための知見取集を図った。その結果、画像による受光強度のリアルタイム測定においては、画像中の植物葉部分の抽出および複数画像の位置合わせが非常に重要であることが明らかになった。植物葉部分の抽出方法としては、畳み込みニューラルネットワーク（CNN）による画素単位での機械学習による方法を検討し、比較的高い精度での植物抽出が可能であったが、計算に時間がかかるなど、より簡便な手法の開発が望まれた。位置合わせに関しては、今後、同時に撮影する標準反射板を活用した手法の開発に取り組む。さらに、群落画像から、葉の重なりなどの群落構造に関する情報取得および群落としての受光態勢の評価のために、投影面積と実際の葉面積の比である葉面積変換係数の推定方法を検討し、CNNを利用した推定手法を開発した。本手法は、群落画像からのLAI推定にも使用可能であり、群落光合成の評価にも有用である。
次に、PS2量子収率の群落表面マッピング手法の開発をめざして、飽和光照射強度とクロロフィル蛍光量子収率の関係の把握とそのモデル化によるPS2量子収率の推定手法の検討に取り組んだ。結果、イチゴをモデル植物にした場合、飽和光として照射した光強度とクロロフィル蛍光から計算されるPS2量子収率の関係を求め、そのモデル化の可能性を示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
画像による葉面光強度分布の測定法に関しては、大まかなシステムを構築し、測定上の問題点を抽出したが、実際の群落におけるリアルタイムでの光強度分布測定は、まだ、実現できていないので、やや遅れていると判断した。飽和光照射強度とクロロフィル蛍光量子収率の関係の把握とそのモデル化に関しては、順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
解決すべき課題は明らかにできているので、それらへの対応を中心に取り組む。特に、異なる方向から撮影した複数の画像を位置合わせが課題となっているが、この分野を専門とする研究者の参画も考えている。
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