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光合成などの生理生化学機能診断のためのハイパースペクトル画像計測システムの試作

研究課題

研究課題/領域番号 12556041
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分展開研究
研究分野 生物環境
研究機関東京大学

研究代表者

大政 謙次  東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 教授 (70109908)

研究分担者 林 秀則  愛媛大学, 理学部, 教授 (60124682)
沖 一雄  東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 講師 (50292628)
研究期間 (年度) 2000 – 2002
研究課題ステータス 完了 (2002年度)
配分額 *注記
13,300千円 (直接経費: 13,300千円)
2002年度: 2,700千円 (直接経費: 2,700千円)
2001年度: 4,800千円 (直接経費: 4,800千円)
2000年度: 5,800千円 (直接経費: 5,800千円)
キーワードハイパースペクトルイメージング / 植物成長 / 蛍光スペクトロフォトメーター / クロロフィル含有量 / NPQ / PSII yield / 除草剤 / 水ストレス / 植物 / クロロフィル蛍光 / 画像診断 / 光合成 / LIFイメージング / 励起-蛍光スペクトル / 尿素系土壌処理剤 / ハイパースペクトル / 窒素施肥 / 画像情報 / LIF / 分光反射
研究概要

本研究ではハイパースペクトル画像計測により得られたスペクトル画像データからコムギの窒素施肥の違いによるクロロフィル量や成長の違を診断した。異なる生育時期において計測されたスペクトル画像データのバンド間の比をとり、クロロフィル量と乾物量との関係を検討したところ、550nmと900nmの比が最も相関係数が高く、クロロフィル量との関係ではR^2=0.74、乾物量との関係ではR^2=0.55であった。また、このバンド比画像では、施肥量の違う区のクロロフィル量と乾物量の違いを明確に識別することができた。次に、植物葉の色素や構造、生理機能の情報を非破壊・非接触で得るのに適している蛍光分光計測について検討した。まず、3次元分光蛍光光度計を用いて、暗期乾燥状態におかれたホウレンソウ葉を対象とし、複数の励起波長に対する蛍光スペクトル(励起・蛍光matrix)の経時変化を計測した。その結果,ホウレンソウの相対含水率変化の検知には短波長の紫外線(330nm程度)によって励起したときのF450/F680およびF450/F725が適していることがわかった。さらに、インダクション法と飽和パルス法によるクロロフィル蛍光画像計測が可能なシステムを開発した。そして、このシステムを用いて、除草剤の影響を解析した。除草剤の一つであるネコソギエースによる不可視障害はインダクション法および飽和パルス法のどちらでも検知可能なものであった。インダクション法では、PSIIとPSIの間に光合成電子伝達系の阻害部位があることを特定でき、葉脈周辺部の障害が主にネコソギエースの尿素系成分によって引き起こされたものであると診断することができた。また、飽和パルス法ではqN画像やNPQ画像において、葉面における光合成機能障害の進行程度を定量的に評価することができた。これによって、両計測法の併用による診断が有効であることが示された。飽和パルス法は、その計測に強光(飽和パルス光)の計測対象面への均一な照射が必要なため、広い範囲の計測は困難であるが、インダクション法は、計測に必要な光強度が飽和パルス法の1/10程度ですむため、比較的広い範囲の葉面の計測が可能である。この点からも、クロロフィル蛍光画像計測による植物の光合成機能障害の診断において、両計測法の併用は有効であろう。

報告書

(4件)
  • 2002 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2001 実績報告書
  • 2000 実績報告書
  • 研究成果

    (34件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (34件)

  • [文献書誌] 大政謙次他: "除草剤による植物の光合成機能障害の画像診断-クロロフィルa蛍光解析におけるインダクション法と飽和パルス法の比較"植物工場学会誌. 13. 29-37 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 高山弘太郎, 大政謙次: "除草剤による植物の光合成機能障害の画像解析-尿素系土壌処理剤がin situのキュウリ葉に与える影響の解析"植物工場学会誌. 13. 247-253 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Omasa et al.: "Analysis of effects of abscisic acid on Cucumis sativus leaves using chlorophyll fluorescence imaging and thermal imaging"Proc. 12th Int. Cong. on Photosynthesis. S15-009:1-4 (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Takayama, K.Omasa: "Comparison of the induction method with the saturation pulse method in chlorophyll fluorescence imaging"Proc. 12th Int. Cong. on Photosynthesis. S15-010:1-4 (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] R.Endo, K.Omasa: "Microscopic image instrumentation of chlorophyll a fluorescence from in situ microalgae Closterium moniliferium"Proc. 12th Int. Cong. on Photosynthesis. S15-011:1-4 (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 藤野素子, 大政謙次他: "キュウリ葉におけるストレスの非破壊計測に関する研究"農業情報研究. 11. 161-170 (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Omasa et al.: "Image instrumentation of chlorophyll a fluorescence for diagnosing photosynthetic injury. In Air Pollution and Plant Biotechnology"Springer. 287-308 (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Omasa et al.: "Image Diagnosis of Photosynthetic Injuries Induced by Herbicide in Plants―Comparison of the Induction Method with the Saturation Pulse Method for Chlorophyll a Fluorescence Analysis―"J. Jpn High Tech. Agri.. 13. 29-37 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Takayama, and K. Omasa.: "Image Diagnosis of Photosynthetic Injuries Induced by Herbicides in Plants ― Analysis of the Effects of Soil-Application Type Urea Herbicide on in situ Cucumber Leaves―"J. Jpn. High Tech. Agri.. 13. 247-253 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Omasa et al.: "Analysis of effects of abscisic acid on Cucumissativus leaves using chlorophyll fluorescence imaging and thermal imaging"Proc. 12th Int. Cong. On Photosynthesis. 315-009. 1-4 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Takayama, and K. Omasa.: "Comparison of the inductionmethod with the saturation pulse method in chlorophyll fluorescence imaging"Proc. 12th Int. Cong. On Photosynthesis. 815-010. 1-4 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] R. Endo, and K Omasa: "Microscopic image instrumentation of chlorophyll a fluorescence from in situ microlgae Closterium moniliferium"Proc. 12th Int. Cong. On Photosynthesis. S15-011. 1-4 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M. Fujino, and K. Omasa.: "Nondestructive Instrumentation of Water-stressed Cucumber Leaves―Comparison between Changes in Spectral Reflectance, Stomatal Conductance, PSII Yield and Shape―"Agri. Inform. Res.. 11. 161-170 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Omasa et al.: "Image instrumentation of chlorophyll a fluorescence for diagnosing photosynthetic injury"Air Pollution and Plant Biotechnology. 287-308 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Omasa et al.: "Analysis of effects of abscisic acid on Cucumis sativus leaves using chlorophyll fluorescence imaging and thermal imaging"Proc. 12th Int. Cong. on Photosynthesis. S15-009:1-S15-009:4 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] K.Takayama, K.Omasa: "Comparison of the induction method with the saturation pulse method in chlorophyll fluorescence imaging"Proc. 12th Int. Cong. on Photosynthesis. S15-010:1-S15-010:4 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] R.Endo, K.Omasa: "Microscopic image instrumentation of chlorophyll a fluorescence from in situ microalgae Closterium moniliferium"Proc. 12th Int. Cong. on Photosynthesis. S15-011:1-S15-011:4 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 遠藤良輔, 大政謙次他: "微小藻類のin situクロロフィル蛍光顕微画像計測"Eco-Engineering. 14. 17-22 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 藤野素子, 大政謙次他: "キュウリ葉における水ストレスの非破壊画像計測に関する研究"農業情報研究. 11. 161-170 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] K.Tobe, K.Omasa et al.: "Effects of sodium, magnesium and calcium salts on seed germination and radicle survival of a halophyte, Kalidium caspicum (Chenopodiaceae)"Aust. J. Bot.. 50. 163-169 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] K.Omasa: "Image sensing and phytobiological IT"ASAE (in press). (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 大政謙次他: "除草剤による植物の光合成機能障害の画像診断-クロロフィルa蛍光解析におけるインダクション法と飽和パルス法の比較"植物工場学会誌. 13. 29-37 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 高山弘太郎, 大政謙次: "除草剤による植物の光合成機能障害の画像診断-尿素系土壌処理剤がin situのキュウリ葉に与える影響の解析"植物工場学会誌. 13. 247-253 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 大政謙次: "植物の形状と機能の非破壊画像計測に関する研究"生物環境調節. 39. 321-324 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] K.Omasa, et al.: "Analysis of effects of abscisic acid on Cucumis sativus. L. leaves using c hlororophyll fluorescence imaging and thermal imaging"Proc. 12^<th> Int. Cong. on Photosynthesis. (In press). (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] K.Takayama, K.Omasa: "Comparison of the induction method with the saturation pulse method in chlorophyll fluorescence imaging"Proc. 12^<th> Int. Cong. on Photosynthersis. (In press). (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] R.Endo, K.Omasa: "Microscopic image instrumentation of chlorophyll a fluorescence from in situ microalgae Closterium moniliferium"Proc. 12^<th> Int. Cong. on Photosynthesis. (In press). (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] K.Omasa, et al.: "Image instrumentation of chlorophyll a fluorescence for diagnosing photosynthetic injury. In Air Pollution and Plant Biotechnology"Springer. 287-308 (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] K.Omasa et al.: "Absorption of ozone and seven organic pollutants by Populus nigra and Camellia Sasanqua"Environ.Sci.& Technol.. 34. 2498-2500 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] K.Omasa et al.: "Phytobiological IT in agricultural engineering."Proc.XIV Memorial CIGR World Congress 2000. 125-132 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] K.Takayama,K.Omasa et al.: "Diagnosis of photosynthetic injury caused by agricultural chemicals using chlorophyll fluorescence imaging"Proc.XIV Memorial CIGR World Congress 2000. 1436-1441 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 大政謙次 他: "除草剤による植物の光合成機能障害の画像診断-クロロフィルa蛍光解析におけるインダクション法と飽和パルス法の比較"植物工場学会誌. 13. 29-37 (2001)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] K.Omasa: "Image Analysis : Methods and Applications"CRC Press. 257-273 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 大政謙次: "農業における新しい情報化技術"農業電化協会. 75-91 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書

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公開日: 2000-04-01   更新日: 2016-04-21  

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