JP3346373B2 - 植物の生育診断方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、植物、例えば樹木
の葉にレーザ光を照射したときに葉から生じる蛍光をレ
ーザ励起蛍光法 (Laser Induced Fluorescence: LIF
法) によって計測し、得られたデータでもってその植物
の生育状態を診断する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、樹木の生育状態の診断は、専門の
管理業者の永年の経験的知識によるところが大きく、簡
便かつ客観的手法での生育状態の評価は困難であった。
また、樹木外観の変化、つまり葉の変色や落葉などの変
化が現れるまで、その生育状態の悪化を検出することが
できない。

【０００３】したがって、樹木の生育、移植に当たって
は専門の管理業者の経験によって、樹木の生育の良否の
選別を行っている。しかし、そのような経験は永年にか
けて蓄積されるもので、一朝一夕に獲得できるものでは
ない。しかも、樹木の生育・管理に携わる人達の高齢化
によって、そのような経験・知識の獲得・継承は今後ま
すます難しくなる。

【０００４】一方、最近の都市空間のように、人工的な
自然空間が屋外の公園などにおいてはもちろん、アトリ
ウムというような屋内空間においても再現され、樹木の
植栽を行うことが広く行われるようになってきている。
そのような環境下では、常に手入れを怠らず、生育状態
の悪い樹木があれば、直ちに植え替えるなどして、常に
生育状態を良好なものとする必要がある。

【０００５】したがって、樹木の生育状態を何等かの手
段でもって容易にかつ客観的に判断できる技術の開発が
求められている。◇例えば、特許第2,943,796 号におい
て本件出願人は、レーザ光線の照射によって発生する蛍
光の強度を計測し、得られる蛍光強度曲線によって植物
の生育状況を診断する方法を開示した。

【０００６】ところで、上述の公報の説明からも分かる
ように、光照射によって植物の葉から発生する蛍光の強
度が時間によって変化することは、Kautsky 効果あるい
はクロロフィルの誘導期現象として知られており、それ
らの現象と光合成活性、つまり植物の生育状態との相関
が知られている。葉緑体の単離や、アデニレートの抽出
など面倒な操作なしに光合成活性を計測できることか
ら、Kautsky 効果を利用した光合成活性の計測法は、植
物の簡便な生育状態の判断手法として考えられている。

【０００７】図１は、Kautsky 効果をモデル化して示す
グラフであり、図示例では20分間暗所においた葉に、光
の代わりにレーザを照射しており、レーザ照射後から蛍
光が発生し、まず、定常状態のＯの位置から点Ｉ、Ｄを
経て蛍光強度は上昇し、最初の最大値Ｐに到ってから蛍
光強度は減少を開始し、点ＳおよびＭを経て、再び定常
状態Ｔに至る。

【０００８】上述の特許はこのようにして得られた蛍光
強度曲線の変曲点を求め、その出現時間でもって植物の
生育を診断するのである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、経験的
にも、そのような解析方法をもって実際の植物活性の診
断を行おうとする場合、実用上の簡便さを考慮すると、
更なる改善が必要であることが判明した。

【００１０】すなわち、特許第2,943,796 号公報に開示
された発明では、LIF 法によって植物から得られた蛍光
強度の減少線の変曲点を求め、その変曲点の出現時間か
ら生育診断を行っている。その解析手順には２次微分法
を使用し、診断時には、ａ、Ipという２つの評価因子を
用いている。

【００１１】このような２次微分法による診断を試行し
た結果、以下のような解決すべき点のあることがわかっ
た。 (i) 評価因子 (ａ、Ip) が多い。 (ii)明確な変化の評価には適しているが、微少な変化に
は対応できない場合がある。 (iii) 極度のストレスを受けたときのフラットな蛍光強
度の変化を評価できない場合がある。

【００１２】ここに、本発明の課題は、上述のような２
次微分法を用いて行う植物の生育診断における評価因子
が多い等の問題点を解消でき、植物の生育診断をより明
確に広範囲に示す指標と解析法に基づく新たな生育診断
法を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の課
題を解決すべく種々検討を重ねた結果、植物の葉の生育
状態をレーザ誘起蛍光法(LIF法) によって計測し、その
結果から、積分法による解析で診断基準値を求め、その
基準で植物の生育状態を診断することが有効であること
を知り、本発明を完成した。

【００１４】ここに、本発明は次の通りである。 (1) 植物の葉にレーザ光線を照射し、発生する蛍光の強
度を測定して、例えば時間に対する蛍光強度の変化をグ
ラフ化し、得られたグラフの蛍光強度の積分値を求める
などの手法により、時間に対する蛍光強度の積分値を求
め、該積分値と、予め求めておいた基準値との比較によ
り上記植物の生育を診断することを特徴とする植物の生
育診断方法。 (2) 前記基準値が正常活性値（ＮＶ）と生育限界値（Ｌ
Ｂ）とであり、前記積分値が該正常活性値より小さけれ
ば生育状態を正常と判断し、前記積分値が該生育限界値
より大きければ生育状態不良と判断することを特徴とす
る上記(1) 記載の植物の生育診断方法。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明は、上述のように LIF法に
よる計測結果から得た蛍光強度曲線の積分値(Iv)を求
め、正常活性値(NV)と生育限界値(LB)という２つの基準
値との比較によって、生育状態を診断する。

【００１６】すでに述べたように、樹木の生育状態とク
ロロフィル蛍光誘導期現象の関係に関しては、これまで
の研究で、樹木の生育状態が悪化した際の誘導期現象の
蛍光強度曲線が、以下のように変化することが分かって
いる。

【００１７】まず、生育が良好なときには、図２(a) に
示すように、蛍光強度はピークを示した後、緩やかなＳ
字を描いて減衰する。生育状況が悪化すると、ピークラ
インが徐々に緩やかになり、図２(b) に示すように、ピ
ーク後の減衰曲線がＳ字を示さなくなり、上部方向に膨
らみ、減衰する割合が小さくなる。

【００１８】最終的には、蛍光強度の減衰曲線が減衰し
なくなり、図２(c) に示すようにフラットなラインを描
くことになる。ここに、本発明によれば、上述の図２
(a) 〜(c) の生育状態の変化に伴う蛍光強度変化の特徴
すべてを解析対象とすることができる。

【００１９】まず、本発明にかかる解析手順によれば、
誘導期現象として観察される蛍光強度の減衰曲線は、最
小値を０、ピークＰ出現時間 (約1.0 秒) を１として規
格化する。

【００２０】このとき、図３に示すように、減衰曲線と
時間軸Ｘ軸で囲まれた範囲の面積Ｓ( 図中、斜線領域と
して示す) を求めるが、相対蛍光強度をf(t)とおくと、
下記式(3) が得られる。

【００２１】 本発明においてこの値を積分値(Iv:Integral value) と
言う。なお、このときの積分領域の時間は上述の図２
(a) 〜(c) の蛍光強度変化を区別して表示できる最短時
間として決める。図示例では24秒としている。

【００２２】蛍光強度曲線の作成領域は、前述の特許と
同様に以下のような手順で行う。 (1) 葉を採取して試料ホルダーにセットし、ホルダー内
で暗処理する。 (2) 暗処理後、レーザ光を照射し、葉からの蛍光を取得
する。

【００２３】クロロフィル蛍光の誘導期現象は３〜５分
間ほど続くが、本発明では24秒間の誘導期現象で診断可
能である。ここに、本発明によれば、診断指標(Diagnos
is Index) を予め設定しておき、上記積分値Ivと比較す
ることで植物の生育状況を判断する。

【００２４】ここに、上記診断指標の定義および決定方
法は次の通りである。本発明の好適実施例で樹木の生育
状態を診断するために、以下の２つの値を基準とする診
断指標を定めるのが好ましい。

【００２５】(i)正常活性値：Normal Vitality value(N
V) ・・・生育状態が正常であることを示す基準値。 (ii) 生育限界値：Life Boundary value(LB) ・・・生
育の限界を示す基準値。

【００２６】これらの関係は図４に模式的に示すが、積
分値Ivが上記正常活性値(NV)以下であれば、植物の生育
状況は正常と判断し、生育限界値(LB)以上であれば、生
育状況は不良であって、樹木は枯死に至ると診断され
る。

【００２７】正常活性値と生育限界値の間の領域のとき
には、樹木の生育は保たれているが最良とは言えず、何
らかの手入れを必要とすると診断する。このときの正常
活性値および生育限界値は次のようにして予め求めてお
くのである。なお、これらの操作は樹木の種類毎に行
う。このような基準値はいくつかの基準によって各種の
基準値が設定可能であるが、本発明の場合には、葉内糖
濃度の変化と上記積分値Ivとの相関に基づき、基準値を
設定することができる。以下、その設定操作を説明す
る。

【００２８】なお、以下において、植物として、生育状
態が比較的判断しにくいと考えられている樹木、特にモ
ッコクを例にとって本発明を説明する。 (1) 温湿度制御可能な植物育成チャンバー内にモッコク
を搬入し、光を与えず (暗黒化) 生育させた (24℃、40
％RH、01x)。 (2) LIF 法による蛍光強度計測と葉内糖濃度計測は、
(1) の搬入開始直前から開始し、搬入後は２〜４日おき
に継続して行った。計測手順は、葉を採取してLIF法に
よりIv値を計測し、計測の終了した葉は破砕し、抽出、
精製して、高速液体クロマトグラフィにより葉内糖濃度
を計測した。

【００２９】なお、葉内糖分はサッカロースにより決定
した。このようにして計測された暗黒化での葉内糖濃度
と積分値Ivの変化を図５に示す。

【００３０】葉内糖濃度の低下から、生育状態の悪化し
ていく様子を捉えることができた。葉内糖濃度の低下
は、光合成速度の低下を示し、低下後の生育が困難であ
ることを意味する。したがって、診断の基準値を以下の
ように考えることができる。

【００３１】NV・・・最も植物の活性が高い夏期におけ
る屋外での生育状態 LB・・・暗所に置いた後、葉内糖濃度が低下時の生育状
態 図６は、図５を模式化して示すグラフであり、図中、NV
点において葉内糖濃度が低下を開始し、LB点において葉
内糖濃度は最小値となる。このときの模式図内のNV、LB
の表記に従い、以下のように診断基準値を設定すること
ができる。

【００３２】診断基準値：NV＝15、LB＝17このように本
発明によれば、診断のための２つの基準値 (NV、LB) を
求めることができ、求められた基準値には、以下のよう
な意味がある。

【００３３】NV・・・基準値以下であれば、正常な活性
を維持することが可能 LB・・・基準値以下であれば、樹木の生育を維持するこ
とが可能 また、モッコク以外の樹木で同様の実験を実施したとこ
ろ、診断基準値が異なることも判明した。すなわち、診
断基準値は樹種によって異なることから、予め各樹種毎
の基準値を求めておいてそれに基づいて診断を行うのが
よい。

【００３４】

【実施例】(実施例１)本例では蛍光強度の減衰曲線を作
成し、これに基づいて本発明にしたがって積分法により
生育診断を行った。比較例として、前述の特許第2,943,
769 号にかかる方法による２次微分法による生育診断を
行った。

【００３５】結果は、図７(a) 、(b) 、(c) にそれぞれ
グラフで示す。図中、○印で示すIv値は本発明により得
られた積分値を示し、△印で示すａ値は比較例による２
次微分係数を示す。黒丸は葉内糖濃度を示す。

【００３６】これらの結果からは、次の点が判明した。 (i) 夏期 (図７(b))において、２次微分係数ａ、積分値
Ivとも暗所に置いた後に一定の傾向を示した。 (ii) 春期 (図７(a))および秋期 (図７(c)) におい
て、暗所に置いた後、２次微分係数ａでは一定の傾向が
みられないのに対し、積分値Ivは値の増加する傾向がみ
られた。

【００３７】これらの試験はヤマモモおよびモッコクの
両種について行ったが、図８(a) に示すように、２次微
分係数ａに樹種の違いは現れなかった。しかし、図８
(b) に示すように積分値Ivではヤマモモとモッコクの違
いが検出できた。

【００３８】これらの結果は表１にまとめて示すが、誘
導期現象の解析法として２つの解析法を比較すると、２
次微分法より積分法の方が、多くの状況を評価できるこ
とがわかった。

【００３９】この積分法の長所は、２次微分法を用いた
解析結果ではストレスが生じていることが判明しても、
それ以上の詳細な評価ができなかった春期および秋期に
おいて、ストレスに対する樹木の反応が検出できること
である。

【００４０】また、積分法では、樹種の違いが検出で
き、これによって、樹種ごとの評価基準が得られ、樹種
に応じた診断が可能となる。

【００４１】

【表１】

【００４２】(実施例２)春期に、樹高およそ３ｍのヤマ
モモを屋内に設置し、屋外設置のヤマモモと生育状態を
比較した。

【００４３】 屋内環境条件： 温度24℃、湿度40％、樹冠頂上の照度1700lx ヤマモモ診断基準値：正常活性値(NV)＝21、生育限界値(LB)＝24 これらの結果を図９にグラフで示す。

【００４４】その結果、屋内に設置したヤマモモは、実
験開始から30日を過ぎる頃から落葉が始まり、生育不良
であった。積分値(Iv)もLBを越える値を示した。それに
対して、屋外のヤマモモは新葉の萌芽が観察されるなど
し、生育良好であった。積分値もNV付近あるいは下まわ
る値を示した。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、LIF 法による葉から蛍
光強度の減衰曲線を積分法で解析することによって、簡
便に植物の生育状態を診断することができる。また、植
物種特有の診断基準値を求めることによって、より正確
な診断が可能になったので、植物の生育管理が極めて細
かく、正確にできるようになり、植物の活性を充分引き
出すことができる。

【００４６】したがって、本発明を実施することによ
り、植栽樹管理の簡略化をはかることができ、専門業者
に依ることなく、樹木管理コストの削減につながる。ま
た、リモートセンシングによる樹木の生育診断技術とし
て応用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】kautsky 効果をモデル化して示すグラフであ
る。

【図２】図２(a) 〜(c)は、樹木の生育状態と誘導期現
象の関係を示すグラフである。

【図３】積分領域を示すグラフである。

【図４】診断指標と診断基準値 (NV、LB) を示す図であ
る。

【図５】夏期：７〜９月における暗処理後の葉内糖濃度
およびIvの変化 (モッコク) を示すグラフである。

【図６】診断基準値の設定を示す図５の模式的グラフで
ある。

【図７】図７(a) は春期、図７(b) は夏期、図７(c)は
秋期のそれぞれの暗処理後の２次微分係数ａ、積分値I
v、葉内糖濃度の変化を示すグラフである。

【図８】図８(a) は樹種による暗処理後の２次微分係数
ａの変化、図８(b) は積分値Ivの変化を示すグラフであ
る。

【図９】実験開始後のヤマモモの積分値Ivの変化を示す
グラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐川 美佳 茨城県つくば市和台41番地 新菱冷熱工 業株式会社中央研究所内 (72)発明者 高橋 邦夫 千葉県木更津市清見台南５−10−13 (72)発明者 峰内 健一 千葉県木更津市祇園３−15−８ (72)発明者 蔵田 憲次 神奈川県厚木市森の里３−12−２−502 (56)参考文献 特開 平４−216463（ＪＰ，Ａ) 特許2943796（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A01G 7/00 603 G01N 21/64

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 植物の葉にレーザ光線を照射し、発生す
   る蛍光の強度を測定して、時間に対する蛍光強度の積分
   値を求め、該積分値と予め求めておいた基準値との比較
   により上記植物の生育を診断することを特徴とする植物
   の生育診断方法。
2. 【請求項２】 前記基準値が正常活性値（ＮＶ）と生育
   限界値（ＬＢ）とであり、前記積分値が該正常活性値よ
   り小さければ生育状態を正常と判断し、前記積分値が該
   生育限界値より大きければ生育状態不良と判断すること
   を特徴とする請求項１記載の植物の生育診断方法。