JP2006067954A - ストレスに対する植物体の適応応答反応の測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 植物体を傷つけることなく簡易で安価の装置を用いて植物体のストレス適応応答の履歴を測定することができる測定方法を提供すること。
【解決手段】 植物体２に対してマイクロウェーブを照射し、植物体２から反射される信号から測定される植物体２の複素誘電率εを求め、この複素誘電率εの周波数特性から植物体２に加わったストレス適応応答を検出することを特徴とする植物体の外的ストレス適応応答反応の測定方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、植物体に加わった外的ストレスによって生じた植物体の生存のための適応応答反応を測定する方法に関するものである。

従来、農作物、草花、花木及び林産物などの植物体の育成において、水分および肥料の量や、これらを付与する時期を調節して適度なストレスを植物に与えて、例えば青果の味や花弁の色等の品質や、賞味期間、開花期間等の持ちを調節することが行われてきた。

植物体の収穫後においても品質や持ちを向上させることを目的として、それぞれの植物体に適した輸送方法や管理方法がとられてきた。これらの育成方法などの開発は、従来、農家等が自己の長年の経験に基づいて行っていた。

青果等の購入者側も、市場や店頭に並んだ青果等の外観からその新鮮度や美味しさを推測して判断していた。

しかし近年、植物体が例えば、水（乾燥）ストレスや塩ストレスなどの外的ストレスを受けると、植物体は、ストレス適応応答反応を起こし、自らストレス適応応答物質を生成することが知られており、この植物体が起こすなんらかの物理的変化（以下植物体の外的ストレス適応応答反応という。）を測定して各植物体の特性を数値化し、各植物体に最適の育種方法や管理方法を採用したり、または植物体の品質表示の指標に採用する試みがなされてきている。

既に行われている測定方法には、該ストレスに応答して植物体が生成した特定の物質の量を該植物体を粉砕し化学分析を行うことで、植物体のストレス応答を測定するものがある。

しかし近年、非破壊の状態で植物体のストレス応答を測定する試みがなされるようになった。

上記方法には、例えば、特許文献１に開示された方法がある。

特許文献１に開示された方法は、植物体の水ストレスに対する応答を植物体の有する起電力の変化を指標として測定する方法である。土壌に植設された植物体の幹または茎には、ワイヤやネジからなる第一の非分極性電極を接続し、土壌には、第二の非分極性電極を接続し、これら両電極を電位差計に接続することにより、土壌と植物体との間の起電力の差を経時的に測定し、植物の乾燥による起電力の増加を測定するものである。

また、植物に加わる種々のストレス応答を、植物体の有する起電力の変化以外の指標により測定する方法には、特許文献２に開示された方法がある。

特許文献２に開示されているのは、植物体への異物の進入、切断などの傷、低音高温等のショックなど種々のストレスが加わった際に活性酸素の一種であるスーパーオキシドが生成され、その結果種々のフリーラジカルが産出されるが、これを指標として植舞台のストレス応答を測定する方法で、上記活性酸素とスピン試薬の反応によって生成した安定補足ラジカルを電子スピン共鳴（ESR）法により測定するものである。

この測定に用いる装置は、磁界発生装置としての空芯コイル型電磁石および磁場掃引コイル、磁場変調コイル、測定部周辺にはマイクロ波発振器からのマイクロ波照射および測定を行う表面コイル型共振器、マイクロ波を検波検出する検出部などで構成されていて、この磁場変調コイルの間にスピン試薬を十分に取り込ませた植物体を挿入して、表面コイル型共振器検出部ループを検出部位に直接留置してラジカル量の検出を行うことで植物体のストレス応答を測定するものである。

尚、上記特許文献１および特許文献２に開示された方法および装置は、ともに植物体のストレス適当応答を測定するためのものであるが、特許文献１に開示された方法は、植物体の起電力を指標として応答を測定するものであり、特許文献２に開示された方法は、試薬を染み込ませた植物体から応答をESR法により測定するものであり、本願において開示する発明の内容とは、測定の指標および手法が全く異なるものである。
特開2001-272373号公報 特開2002-122646号公報

上記特許文献１および特許文献２に開示された植物体の外的ストレス適応応答反応の測定方法によれば、従来は農家等の経験則から把握されてきた植物体のストレス応答を、数量的に知ることができるので、客観的に一定の基準を把握することができた。また非破壊で上記植物体のストレス応答を測定することができるので植物体を無駄にすることなく測定することができた。

しかし、上記特許文献１および特許文献２に開示されている方法を用いた場合、植物体に人為的にストレスを与えて、このストレスにより生じる比較的短時間の間のストレス応答を測定するに留まり、植物体の成長過程および収穫、輸送過程において与えられたストレスに対する応答を測定することはできなかった。

また、一旦ストレス状態が解消された場合には、ストレス原因解消前のストレス応答を検出することはできず、ストレスを与えた極短時間の間の外的ストレス適応応答反応のみしか測定することができなかった。即ち、上述した従来の方法は、測定した時点の植物体のストレス適応応答反応は測定できるものであっても、比較的長期間に渡った測定や、測定対象の植物体に過去に生じた外的ストレス適応応答反応を履歴的に測定することはできなかった。

また、特許文献１に開示された発明によれば、植物体にネジ等の非分極性電極を接続するため、測定対象の植物体を傷つけることは免れなかった。

特許文献２に開示された発明によれば、あらかじめ植物体に試薬を染み込ませておく必要があり、手間がかかるうえ、試薬を染み込ませた植物体は市場に供給できないという問題があった。また、安定補足ラジカルを電子スピン共鳴（ESR）法による測定に用いる装置は、専用の多数の機器を組み合わせて構成しなければならず、測定装置が複雑な上、広い載置面積を要する。

さらに、植物体の葉のように薄い材料から正確にストレス応答物質の値を測定する場合、金属等他の一般的な材料の測定を行う場合と違い、測定面の形状や表面の状態を均一にすることが困難である。また、値を正確に測定するためには従来プラスチックや金属のような硬質の材料上に植物体を載置することが多く、外力に対して容易に損傷する植物体の非破壊的計測は困難であった。

また、まったく同一の場所を同じ条件でバックグラウンドを変更して測定することも植物体のような生体を測定対象とする場合非現実的であり、測定の過程の損傷や測定部位の違いが測定誤差を大きくする要因になることも考えられた。

本願発明は、上記観点に鑑みなされたものであって、測定対象物である植物体が受けた外部ストレスにより生成されることが知られているストレス適応応答物質の値を、該植物体を傷つけることなく簡便で安価な測定方法および装置を用いて計測し、該植物体の外的ストレス適応応答反応を測定することができる測定方法を提供することを目的とし、特に、比較的長期間に渡った測定や、測定対象の植物体に過去に生じた外的ストレス適応応答反応を履歴的に測定する測定方法を提供することを目的とする。

また、本願発明では測定対象の植物体の種類や形状を制限する必要はなく，短時間で多くの対象を測定することが可能であり，さらに、非常に小さい測定誤差の範囲でストレスに対する該植物体の適応応答反応を測定する方法を提供することを目的とする。

本願発明の構成の第一は、植物体に加わった外的ストレスによって生じた植物体の生存のための適応応答反応を測定する方法であって、前記植物体に対してマイクロウェーブを照射し、前記植物体から反射される信号から測定される前記植物体の複素誘電率を求め、この複素誘電率の周波数特性から前記植物体に加わったストレス適応応答を検出することを特徴とする。

本願発明の構成の第二は、マイクロウェーブ信号送受信器と、前記マイクロウェーブ信号送受信器に連結されるプローブとを有する植物体ストレス適応応答反応の測定装置を用い、前記プローブの一端を前記植物体に接触させて前記マイクロウェーブを照射し、前記植物体から反射される信号から測定される前記植物体の複素誘電率を求め、この複素誘電率を構成する誘電率および誘電損率の周波数特性から前記植物体に加わった外的ストレス適応応答反応を検出することを特徴とする。

本願発明の構成の第三は、マイクロウェーブ信号送受信器と、前記マイクロウェーブ信号送受信器に連結される同軸プローブと、植物体を載置する面を測定周波数範囲で既知の複素誘電率をもつ板体で形成した載置台とを有する植物体の外的ストレス適応応答反応の測定装置を用い、前記載置面に前記植物体を載置して前記植物体を前記板体と前記同軸プローブの間にはさんだ状態で前記マイクロウェーブを照射し、一定の荷重圧がかかった後荷重圧が一定割合の荷重圧まで減少したときの前記植物体から反射される信号から測定される前記植物体の複素誘電率を求め、この複素誘電率を構成する誘電率および誘電損率の周波数特性から前記植物体に加わったストレス応答の履歴を検出することを特徴とする。

本願発明の構成の第四は、前記植物体に照射する前記マイクロウェーブは、水の緩和周波数を包含する300MHz〜30GHzの周波数帯の全体または一部を使用することを特徴とする。

本願発明の構成の第五は、植物の種類や品種に固有の外的ストレス適応応答反応の過程に応じた固有の複素誘電率の変動特性データのデータベースを搭載した演算装置を有する前記植物体の外的ストレス適応応答反応の測定装置を用いることを特徴とする。

請求項１にかかる発明によれば、光や赤外線に対して不透明な金属以外の材料を透過する、非破壊的・連続的測定が可能、材料を変化・汚染しないという特性を有するマイクロウェーブを植物体に対して照射し、前記植物体から反射される信号から測定される前記植物体の複素誘電率を求めることで、植物体を粉砕して均一化した場合は勿論のこと、特に、植物体が非破壊の場合においても正確なストレス適応応答反応を測定することができる。

即ち、従来の起電力を指標とした測定のように植物体を傷つけることもない上、複素誘電率を測定するので従来のESR法のように試薬を浸透させる必要もなく、実際の植物体の外的ストレス適応応答反応を簡便に知ることができる。

特にマイクロウェーブを用いて、植物体の複素誘電率を構成する誘電率および誘電損率の周波数特性を測定することで、イオン伝導率の変動を測定することができ、植物体が含有するストレス適応応答物質としてのアミノ酸，蛋白質および電解質等の濃度の変化を推定することができる。よって、水ストレスのほか、このような環境ストレス適応物質の生成原因となる高温低温状態に置かれた場合などの温度ストレスや植物体の損傷によるストレス等種種のストレス適応応答反応を測定できる。

さらに、ストレスを受けた植物は，植物体内ではアミノ酸および電解質などの適応物質が生成され，残存させる履歴性を有するので、これに起因して変化する誘電率および誘電損率を測定すれば該植物体が受けたストレスを長期的、履歴的に測定することができる。従って、従来のように起電力の変動などにより該植物体の水ストレス適応応答を測定する方法等に比べて長期的なストレス適応応答を履歴的に測定することが可能である。

請求項２および請求項３にかかる発明によれば、プローブを接触させて複素誘電率を測定するので、測定部位の広さおよび厚みに限定されることなく、複素誘電率を測定することができ、植物体の葉や茎等任意の部位のストレス応答を測定することができる。

特に、測定部位を板体と開放端同軸プローブの間にはさんだ状態でマイクロウェーブを照射して測定すれば、測定される複素誘電率は、植物体の測定部位の誘電率とそのバックグラウンドである板体の複素誘電率を電界強度で平均した値が得られる。

このとき、板体の複素誘電率が既知であれば、植物体の複素誘電率を知ることができる。特に板体を複素誘電率が空気とほぼ同じ 物質で形成すれば、ここで測定される複素誘電率の変化の傾向は一般性を損なわない。よって、表面が均一ではない植物体から直接複素誘電率を測定する場合に比べて、測定誤差を小さくすることができ、より正確なストレス応答履歴を測定することができる。

さらに、一定の荷重圧をかけたのち荷重圧が減少したときに植物体から反射される信号から測定される複素誘電率を測定することで、測定ごとの測定条件が同一となり、測定ごとの誤差を小さくすることができ、より正確なストレス応答を測定することができる。

請求項４にかかる発明によれば、水の緩和周波数を包含する300MHz〜30GHzの周波数帯の全体あるいは一部を使用することで、水ストレスは勿論のこと、塩ストレス、高温または低温ストレス、化学物質によるストレス、葉や茎の損傷などの物理的ストレス、害虫や微生物によって受けるストレスなどの、植物の正常な生育を阻害する種種の外的ストレスに対する適応応答反応を数量的に測定することができる。

請求項５にかかる発明によれば、植物体固有の環境適応応答過程に応じた固有の複素誘電率の変動特性を判断のデータベースとしてもつことで、この判断の指標データと測定した実データと比較解析することにより、測定対象である植物体のストレス適応応答履歴の度合いを知ることができる。従って、例えば、青果の味や花木の持ちなどを一定の標準に従って認識することができる。

本発明の実施の形態を図１〜図５に基づいて以下に示す。

通常、生育中の農作物、草花、花木及び林産物などの植物体及び収穫後の農作物、草花、花木及び林産物などの植物体（本願実施の形態において生育中の植物体と収穫後の植物体を含めて、植物体という。）が、水（乾燥）ストレス、塩ストレス、高温または低温ストレス、有害な薬剤やガスなどの化学物質によるストレス、葉や茎の損傷などの物理的ストレス、害虫や微生物によって受けるストレスなどの植物の正常な生育を阻害する外的ストレス(以下これらを植物体の外的ストレスという)、を受けると、植物体は、ストレス反応を起こし、自らストレス適応応答物質としてのアミノ酸、蛋白質および強電解質を生成することが知られている（この反応を、植物体の外的ストレス適応応答反応という。）。この植物体の外的ストレス適応応答反応を測定する本願発明の方法を以下に説明する。

図１は、本願発明にかかる、植物体の外的ストレス適応応答反応の測定に用いるのに好適の植物体外的ストレス適応応答反応の測定装置（以下単に測定装置という。）を模式的に示した図である。

図１に示すように、測定装置１は、マイクロウェーブ信号送信・受信器としてのネットワークアナライザ１０と、植物体２の載置台である電子天秤１１と、データベース蓄積装置・データ解析装置としてのパーソナルコンピュータ１２を有し、ネットワークアナライザ１０とプローブ、例えば同軸プローブ１３aは高周波ケーブル１３で繋がれていて、ネットワークアナライザ１０とパーソナルコンピュータ１２は、ケーブル１４で相互通信可能につながれている。

さらに、本実施の形態に用いる装置１は、上記構成のように複素誘電率測定装置、特に植物体の複素誘電率の周波数特性を測定するためのものであって、具体的には、測定周波数域300kHz〜３GHz、分解能１Hz等のネットワークアナライザ１０（例えば、Agilent technologies 社製 Model HP8714ES）と、対応範囲200MHz〜20GHzの開放端同軸プローブ１３a（例えば、Agilent technologies 社製 Agilent 85070D Dielectric Probe Kit）を高周波ケーブル１３で連結し、さらに、ネットワークアナライザ１０と、植物の固有の外的ストレス適応応答過程に応じた固有の複素誘電率の変動特性データのデータベースが搭載されるとともに、計測した植物体の比誘電率と比較解析するプログラムが搭載されたパーソナルコンピュータ１２を、ケーブル１４（例えば、GP-IB等の信号伝送インターフェース）で相互通信可能に連結している。

さらに、電子天秤１１のステージ１１ａ上には、比誘電率が完全に既知の板体１１ｂを固定して植物体２の載置面としている。本実施の形態においては、比誘電率が空気とほぼ同一の比誘電率約1の板体が好ましく、特に、比誘電率が空気とほぼ同一の比誘電率約1で柔軟性のある発泡スチロールからなる板体を固定して植物体２の載置面とすることが好ましい。

本発明の実施の形態にかかる植物体ストレス応答の履歴の測定方法は、測定装置１を用い、測定装置１の同軸プローブ１３ａを測定対象である植物体２に接触させ、マイクロウェーブ信号を照射し、植物体２の接触端面からの反射信号を測定することによって、植物体２の複素誘電率ε（ε＝ε’-ｊε” 但しε’は、誘電率、ε”は、誘電損率である）を計測する方法であって、この値から植物体２が受けた環境ストレスにより生成されたアミノ酸や、電解質の割合の変化に起因する誘電率ε’および誘電損失ε”の周波数特性を測定して、植物体２が含有するアミノ酸や、電解質の濃度を検出し植物体２が受けた外的ストレスの適応応答反応を数量的に検出するものである。

具体的には、電子天秤１１ステージ１１ａ上の板体１１ｂに測定対象の植物体２を載置し、同軸プローブ１３ａと電子天秤１１上に固定した板体１１ｂの間にはさむ。この状態でネットワークアナライザ１０から所定の周波数のマイクロウェーブを送信する。ネットワークアナライザ１０から送信されたマイクロウェーブは、高周波ケーブル１３を経由して同軸プローブ１３aに送られ、植物体２で吸収、反射され再度同軸プローブ１３a，高周波ケーブル１３を通って、ネットワークアナライザ１０に戻ってくる。この送信、受信された信号の変化から同軸プローブ１３ａとの接触面における植物体２の複素誘電率εすなわち誘電率ε’、誘電損率ε”の周波数特性を測定する。

本願実施の形態においては、水の緩和周波数を包含する300MHz〜30GHzの周波数帯のマイクロウェーブを照射し、反射したマイクロウェーブの複素誘電率を測定し、この複素誘電率の周波数特性から植物体２の環境ストレス応答履歴を測定する。また、計測結果とあらかじめデータベース化された、植物体の固有の外的ストレス適応応答過程に応じた固有の複素誘電率の変動特性データとを比較解析する。

尚、測定前に、空気、同軸プローブ１３aの短絡状態および純水を測定することにより、測定装置１のキャリブレーションを行うことがのぞましい。

本願発明かかる植物体の外的ストレス適応応答反応の測定方法により、生育中の植物体２の外的ストレス適応応答反応を非破壊的に測定する第一の実施の形態を、例えば、生育中の植物体２としての栽培中のトマト（Lycopersicon esculentum Mill., ハウス桃太郎）に、外的ストレスとしての水（乾燥）ストレスを与えた場合の外的ストレス適応応答反応を測定する場合を例に説明する。

図１に示すように、生育中のトマト２の葉の先端部２aを、同軸プローブ１３aと電子天秤１１上に固定した比誘電率1.0の発泡スチロールからなる板体１１ｂ間にはさみ、周波数域300MHz〜３GHzの範囲でマイクロウェーブを照射する。

このとき、葉面に損傷を生じない程度の荷重圧を加える過程で荷重圧が減少する瞬間に各周波数における複素誘電率εを計測することが好ましい。この、荷重圧の減少は、荷重圧により葉２aが同軸プローブ１３aの形状に変形していく過程で生じる。荷重圧が減少する瞬間に測定するのは、同軸プローブ１３aの形状に葉の形状をなじませ、測定ごとの測定条件をできるだけ同一にするためである。

本実施の形態においては、同軸プローブ１３aと葉２ａの間に、約3秒以内に約２１ｇ/ｃｍ²の荷重圧をかけたのち荷重圧が３０％減少した瞬間に測定を行うことが好ましい。

さらに、測定は、目視により大きな葉脈は避け、可能な限り均一な組織の部分を選んで測定位置を変更しながら複数箇所で測定し、葉部の不均一な組織の影響を避けるために測定値の中央値に近い所定の個数の測定値の平均値を採用することがすることが好ましい。

同軸プローブ１３aを用いる本発明にかかる方法による複素誘電率εの測定の原理が被測定材の広さおよび厚みを無限大と仮定した手法であることから、本願発明にかかる方法を用いることで、同軸プローブ１３aが接触された厚さ数百μmの葉の部分２aの複素誘電率と、そのバックグラウンドであり板体１１ｂの複素誘電率を電界強度で平均した複素誘電率εの値を得ることができる。

よって、葉２ａと発泡スチロールの電界強度で平均化されて得られた複素誘電率は、300MHz〜３GHzにおける板体１１ｂの複素誘電率が空気とほぼ同一で周波数依存性を持たないことより、葉２a自体の厳密な複素誘電率を測定することなく、一般性を損なわない葉２aの複素誘電率εを測定することができる。よって、葉２ａ表面が均一ではない場合でも誤差の少ない外的ストレス適応応答反応の測定をすることができる。

表面が比較的柔軟な発泡スチロールからなる板体１１ｂを利用すれば、葉２aを損傷する心配なく複素誘電率εの変化を測定できる。

尚、上述のように比誘電率が空気とほぼ同一の板体に葉２aを載置するのことが最適の実施の形態であるが、比誘電率が空気とほぼ同一ではない板体であっても、その比誘電率が既知であれば,葉２aの複素誘電率εを求めることができる。

図２に、本実施の形態にかかる方法により測定した、トマト２の複素誘電率εとこれを構成する誘電率ε’、誘電損率ε”から導かれるトマト２水ストレス応答反応測定結果を示す。

尚、本実施の形態にかかる方法において、トマト２は、昼夜気温を２５℃とし、明期（５00 μmol m^-2s^-1）および暗期をそれぞれ１２時間で育成した。尚、培養液は、大塚１号および2号（大塚化学社製）をA処方標準溶液のECを0.25m^-1に調整して使用し、培地はロックウール（日東紡製）を使用し、測定には７〜８時間水耕栽培したトマトを使用し、気温２５℃、相対湿度３０％、光強度はトマト２の成長点でPPED 500 μmol m^-2s^-1 に制御した室内で栽培した。

測定に際しては、トマト２は栽培した室内からから環境試験室内に移動し、環境試験室内の環境に２日以上順化させ、照明点灯後2時間したところで液肥の供給を止めることにより水ストレスを与えた。測定対象の葉２ａは、十分に拡張した第５葉とした。

図２に、液肥の供給を停止して水ストレスを与えたのち、トマト２の第５葉２aの誘電率ε´および誘電損失ε”の時間経過に伴う変化を本実施の形態にかかる方法により測定した例を、液肥の供給を停止して水ストレス環境におかれてからの時間経過（0時間、3時間、6時間）ごとに測定した場合を示す。尚、縦軸には、誘電率ε’および誘電損率ε”をとり、横軸にはマイクロウェーブの周波数をとった。

図２によれば、液肥の供給を停止して水ストレス環境におかれてからの時間経過（0時間、3時間、6時間）に伴い、トマト２の葉２aの実線で示した誘電率ε’および破線で示した誘電損率ε”がいずれも増加したことを示している。誘電率ε’は３時間ごとに測定周波数300MHz〜３GHzで約0.5増加した、誘電損率ε”も同様の傾向で増加するが、特にイオン伝導の影響を示す1.5GHz以下の低い周波数域で大きく増加する。

多くの種類の果物や野菜類においては、低い周波数域でイオン伝導の影響が大きいことが知られているが、この低い周波数帯域での誘電損率ε”の増加は、イオン伝導率σの増加を意味する。すなわち、トマト２の葉２a内部で強電解質のイオンが増加していることを示している。

一方、強電解質のイオンが増加すると、誘電率ε’を減少させる効果をもつことが一般的に知られているが、それにもかかわらず誘電率ε’は増加している。これは、低濃度においてアミノ酸やタンパク質は、溶解した溶質の誘電率を増加させる効果をもつからであって、特に水溶性の材料においては、尿素を除いてはアミノ酸とタンパク質は例外的に誘電率を増加させる効果をもつからである。

本実施の形態の測定方法により、植物体の複素誘電率εを構成する誘電損率ε”および誘電率ε’の周波数特性を測定することで、イオン伝導率σの変動を測定することができ、これにより強電解質のイオンの増減およびアミノ酸とタンパク質の増減を測定して植物体２の外的ストレス適応応答反応を数量的に測定することができる。

尚、一定の荷重圧を葉２aとプローブ１３a間に加える非破壊的な本実施の形態にかかる測定方法が水ストレスによる膨圧低下などの影響を検出せずに、トマト２の葉２aの複素誘電率εを正しく測定できているか、その検証のために、トマト２の葉２aを粉砕して複素誘電率εを測定した。図３に示すように、水ストレスを加えていないものと加えたものを比較すると、誘電率は、測定周波数300MHz〜３GHzで増加し、誘電損率も同様の傾向で増加するが、特にイオン伝導の影響を示す1.5GHz以下の低い周波数域で大きく増加し、本願発明にかかる非破壊的方法で測定した場合と同様の傾向を示している。

即ち、水ストレスを受けることによって、誘電率ε’および誘電損率ε”が300MHz〜３GHzのすべての周波数域でいずれも増加し、その傾向は破壊、非破壊問わず同様である。よって、本願発明にかかる方法によればトマト葉部を粉砕し均一化して測定した場合と同程度の正確な複素誘電率εの変化を測定することができる。従って、非破壊の場合においても、粉砕して均一化した場合と同様に、正確なストレス適応応答の反応を測定することができる。

また、図２においては、水ストレスを与えてから一定の時間ごとに複素誘電率εを測定して水ストレスを受けたトマト２の経過時間に伴う複素誘電率εの変化を示しているが、ある一定時の複素誘電率εを測定することで、植物体２が以前に水ストレスを受けていれば誘電率ε’および誘電損率ε”は比較的高いレベルに出る。例えば、ある一定時の誘電率ε’および誘電損率ε”の位置する値を測定し、例えば、植物体２を粉砕して測定した場合のデータから得られる植物体の固有の適応応答過程に応じた固有の複素誘電率の変動特性データのデータベースから抽出した基準値と比較すればトマト２が受けたストレスの度合いを履歴的に把握することができる。

よって、例えば、トマト２等植物体の育成者は、一定期間ごとにトマト２等の複素誘電率εを測定し、定期的に水ストレスを調節しながら、最も適当なアミノ酸、タンパク質含有率を有するトマト２等の育成をすることができる。

さらに、需要者がトマト２等の複素誘電率εを測定すれば、トマト2等植物体２が測定時までにどの程度のストレスを受けたかどうかの指標を得ることができ、美味しさを推測する指標とすることができる。

次に、本願発明にかかる植物体の外的ストレス適応応答反応の測定方法により、収穫後の植物体２の植物体ストレス適応応答反応を非破壊的に測定する第二の実施の形態を、植物体２としての園芸用の花（バラおよびトルコキキョウ）に、外的ストレスとしての水（乾燥）ストレスを与えた場合の外的ストレス適応応答反応を測定する場合を例に説明する。

茎部分から切断した収穫後のバラ２’の葉２’aを同軸プローブ１３aと、電子天秤上１１上に固定した比誘電率1.0の発泡スチロールからなる板体１１ｂ間にはさみ、周波数域300MHz〜３GHzの範囲でマイクロウェーブを照射し、葉面に損傷を生じない程度の荷重圧を加える過程で荷重圧が減少する瞬間に各周波数における複素誘電率εを計測する。

尚、本実施の形態にかかる方法において、バラ２’は、茎の切断面を28時間水に付けたもの、２４時間水を切って２４時間水に付けたもの、48時間水を切ったものの３種類を用意し、それぞれの葉２’aの複素誘電率εを本願発明にかかる測定方法で測定した。

図４に示すように、バラ２’は、水を切った後４８時間たったバラに関してはストレス応答をほとんど得ることができなかったのであるが、48時間水に付けたバラと24時間水を切って24時間水に付けたバラを比べると、水ストレスの大きな24時間水を切って24時間水に付けたバラの誘電率ε’および誘電損率ε”は共に水ストレスが小さい48時間水につけたバラに比べて大きくなっている。

特に、水ストレス環境におかれてからの時間経過に伴い、バラ２’の葉２’aの誘電率ε’および誘電損率ε”がいずれも増加したことを示している。誘電率ε’は測定周波数300MHz〜３GHzで約0.5増加した、誘電損率ε”も同様の傾向で増加するが、特にイオン伝導の影響を示す1.5GHz以下の低い周波数域で大きく増加する。

よって、本願実施の形態の測定方法により、植物体の誘電率εに依存する誘電損率ε”および誘電率ε’の周波数特性を測定することで、イオン伝導率σの変動を測定することができ、これにより強電解質のイオンの増減およびアミノ酸とタンパク質の増減を測定して植物体２の外的ストレス適応応答反応を数量的に測定することができる。

即ち、収穫後のバラ２’に代表されるように植物体２を切断して収穫した場合でも、植物体２に生命反応がある間は、本願発明の測定方法で測定することで、該植物体２の外的ストレス適応応答反応を測定することができる。

尚、バラ２’に代表される殆どの園芸用の花は、切断後から継続的に保水をするほど持ちがよいことが知られている。従って、現在はダンボール箱に入れて輸送する従来の輸送方法ではなく、水をはったバケツに立てた状態で輸送することもある。しかし、一旦これらの花が、花木市場や小売店等に出るとどのような輸送方法で運ばれたものであるか一見してわからないという問題がある。

そこで、該バラの複素誘電率εを本願発明にかかる方法で測定すれば、水に付けた状態で輸送されたものであるか否かを非破壊で測定することができ、花持ち期間を推定することができる。

バラの測定と同じ方法で行った図５に示すトルコキキョウ２”の外的ストレス適応応答反応の測定の場合には、図４に示すバラの特性とは異なり、水ストレスが大きい48時間水を切ったものに比べて、水ストレスの小さい４８時間水に付けたものは誘電損率ε”はバラの場合と同様に大きくなったのであるが、誘電率ε’は、小さくなるという結果が得られた。

これは，植物の種類によって同じ水ストレスに対しても異なった適応応答パターンが生じていることを意味する。ストレスを与えたときの誘電率および誘電損失の変化の特性は品種により異なることから、このように品種、種類ごとに異なる複素誘電率の変化のパターンをデータベース化しこれを指標することによって様々な種類の植物体の外的ストレス適応応答反応を測定することが可能になる。よって、測定した外的ストレス適応応答結果を指標に品種改良なども行うことができる。

また、さらに、本願発明にかかる植物体ストレス適応応答反応の測定方法により、収穫後の植物体２を粉砕均一化して外的ストレス適応応答反応を測定する第三の実施の形態を、バラ２’トルコキキョウ２”を粉砕して均一化した状態で測定する場合を説明する。

茎部分から切断した収穫後のバラ２’の葉２’aおよびトルコキキョウ２”の葉２”aを粉砕して均一にした状態で、表面が平らで厚み数cm，幅でプローブ直径の３倍以上のブロック状のサンプルをシャーレ内に作成し，ほぼ理想的な測定条件を作り，表面に軽くプローブを接触させ複素誘電率の周波数特性を測定した．このため測定回数は1回程度でよい。

この場合においても、図４および図５に示す、非破壊的に測定した場合と同傾向の波形を得ることができた。即ち本実施の形態の測定方法は粉砕して均一化した場合にも適用できるものであり、この場合は、葉２aが均一化されていることから少ない測定回数で正確な外的ストレス適応応答反応を測定することができる。

本願実施の形態においてはトマト、バラ、トルコキキョウを例に測定方法を説明したものであるが、測定対象の植物体はこれに限られるものではなく、本方法によれば、収穫前および収穫後のいかなる植物体の外的ストレスの適応応答反応も測定することができる。

植物体を粉砕均一化して測定する場合には、従来よりも安価簡便な方法で測定ができるものであることは勿論であるが、本願発明にかかる測定方法を用いることにより、植物体の外的ストレス適応応答反応を非破壊で測定することができ、特に、測定の過程におけるストレスをほとんど与えることなく測定ができる。

また、本実施の形態においては、植物体２への液肥の供給を停止したり、植物体２切断後の水つけおよび水切りの時間を調節することで水ストレスを与え、これによる外的ストレス適応応答反応の測定を例に説明したものであるが、これは、結果比較の容易性から水ストレスを例に用いたものである。

即ち、外的ストレス適応応答反応は，水ストレス以外、例えば、塩ストレス、低温度および高温度による温度ストレス，植物体組織の損傷によるストレス、微生物等の進入によるストレスに応答しても生じることが知られており、これらの外的ストレスに対する適応応答反応の測定に本願発明にかかる方法を用いることができる。

水ストレスのみに限らず、上述のように様様な植物体の適応応答反応によって生じるアミノ酸類や塩類などの環境適応物質の濃度変化を、水の緩和周波数と誘電率および誘電損率から測定する場合、照射するマイクロウェーブの周波数は水の緩和周波数を包含する300MHz〜30GHz、好ましくは、下限を水の緩和周波数域の２０GHz以上とする。この場合、ネットワークアナライザ１０は、２０GHz以上を測定できるベクトルネットワークアナライザを用いることが好ましい。

本発明の構成による測定が最良であるが，様々な種類の植物体の様々な外的ストレス適応応答反応の複素誘電率の変化のパターンをデータベースとして持つことによって，より簡便で安価な測定手法を用いることができる．

図１は、本願発明の植物体ストレス応答の履歴の測定に用いるのに好適の植物体ストレス応答履歴の非破壊測定装置の概略図。 図２は、第一の実施の形態を示す水ストレスを与えたトマトのストレス適応応答反応を本願発明にかかる方法を用いて非破壊的に測定したときの測定結果の図。 図３は、水ストレスを与えたトマトのストレス適応応答反応を、粉砕して測定したときの測定結果の図。 図４は、第二および第三の実施の形態を示す水つけ時間、水きり時間を調節したバラのストレス適応応答反応の本願発明にかかる方法による測定結果の図。 図５は、第二および第三の実施の形態を示す水つけ時間、水きり時間を調節したトルコキキョウのストレス適応応答反応の本願発明にかかる方法による測定結果の図。

符号の説明

１ 植物体ストレス適応応答反応の測定装置
１０ ネットワークアナライザ
１１ 電子天秤
１１ａ電子天秤ステージ
１１ｂ載置用板体
１２ パーソナルコンピュータ
１３ 高周波ケーブル
１３ａ同軸プローブ
１４ ケーブル
２ 植物体
２ａ 植物体測定部

Claims (5)

1. 植物体に加わった外的ストレスによって生じた植物体の生存のための適応応答反応を測定する方法であって、前記植物体に対してマイクロウェーブを照射し、前記植物体から反射される信号から測定される前記植物体の複素誘電率を求め、この複素誘電率の周波数特性から前記植物体に加わったストレス適応応答を検出することを特徴とする植物体の外的ストレス適応応答反応の測定方法。
2. マイクロウェーブ信号送受信器と、前記マイクロウェーブ信号送受信器に連結されるプローブとを有する植物体ストレス適応応答反応の測定装置を用い、前記プローブの一端を前記植物体に接触させて前記マイクロウェーブを照射し、前記植物体から反射される信号から測定される前記植物体の複素誘電率を求め、この複素誘電率を構成する誘電率および誘電損率の周波数特性から前記植物体に加わった外的ストレス適応応答反応を検出することを特徴とする植物体の外的ストレス適応応答反応の測定方法。
3. マイクロウェーブ信号送受信器と、前記マイクロウェーブ信号送受信器に連結される同軸プローブと、植物体を載置する面を測定周波数範囲で既知の複素誘電率をもつ板体で形成した載置台とを有する植物体の外的ストレス適応応答反応の測定装置を用い、前記載置面に前記植物体を載置して前記植物体を前記板体と前記同軸プローブの間にはさんだ状態で前記マイクロウェーブを照射し、一定の荷重圧がかかった後荷重圧が一定割合の荷重圧まで減少したときの前記植物体から反射される信号から測定される前記植物体の複素誘電率を求め、この複素誘電率を構成する誘電率および誘電損率の周波数特性から前記植物体に加わったストレス応答の履歴を検出することを特徴とする植物体の外的ストレス適応応答反応の測定方法。
4. 前記植物体に照射する前記マイクロウェーブは、水の緩和周波数を包含する300MHz〜30GHzの周波数帯の全体または一部を使用することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の植物体の外的ストレス適応応答反応の測定方法。
5. 植物の種類や品種に固有の外的ストレス適応応答反応の過程に応じた固有の複素誘電率の変動特性データのデータベースを搭載した演算装置を有する前記植物体の外的ストレス適応応答反応の測定装置を用いることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の植物体の外的ストレス適応応答反応の測定方法。
   
   

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