JP3958694B2

JP3958694B2 - 色による花粉の遺伝的特徴の評価方法およびその評価方法のプログラムを記録した記録媒体

Info

Publication number: JP3958694B2
Application number: JP2003030321A
Authority: JP
Inventors: 功一尾崎
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2023-02-07
Also published as: JP2004239794A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交配させた花粉の色情報からその花粉の遺伝的特徴を評価する色による花粉の遺伝的特徴の評価方法に関するものであり、植物の交雑育種法による有用品種の選抜方法に好適な評価方法に関するものである。
本発明によれば、例えばＣＣＤカメラで撮られた花粉の色情報をＣＩＥ標準色度図等の二次元座標であらわすことのできる表色系に変換し、その色情報に基づく花粉の分布をｘｙ色度図と度数による３次元座標で表し、この分布図から花粉の遺伝子的特徴を推計することが出来る。
【０００２】
【従来の技術】
花粉の形状を画像処理し、ニューラルネットワークとフラクタル次元により花粉の遺伝的特徴を評価する方法はすでに発明者が報告した（非特許文献１）。
【０００３】
【非特許文献１】
精密工学会誌（ＶＯＬ．６７．ＮＯ．６．２００１Ｐ９８２〜Ｐ９８６）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
また、これまで交雑育種あるいは細胞融合などにおける雑種の遺伝的な特徴の評価方法は、（１）その植物の花粉を顕微鏡などで観察し、（２）染色液等による化学反応からその花粉の稔性（生殖能力あり）・不稔（生殖能力なし）を評価し、（３）実際に種を育成して、その後の経過を調査する必要があった。
【０００５】
しかし、これらの従来評価方法は、
（１）花粉の観察では人間の主観が働いてしまい、客観的な評価ができない。また、数百〜数千の花粉を肉眼で観察するのはきわめて困難である。
（２）（１）を客観的に行う一手段として染色液等による化学反応から稔・不稔の評価が行われるが、この場合その花粉は死んでしまう。このため、希少かつ貴重な花粉が発見されていたとしても、これを育種に利用することはできない。
（３）植物によっては成長するのに長い期間を要する。たとえば、樹木のように成長に数年かかるような植物では、途中でなんらかの評価が有用である、
等の問題点がある。
【０００６】
そこで、本発明は、一般的な生物顕微鏡とデジタルカメラによって撮像した花粉の画像を花粉の色によって評価することにより、花粉の遺伝的特徴を簡単に評価できる評価方法を提供し、上記従来の問題点を解決することを目的とする。
本発明に係る色による花粉の遺伝的特徴の評価方法は、（１）人問が評価していると思われる色などの量を定量化すること、（２）花から採取できる多くの花粉を解析できる特徴があり、これらによって、その花粉から得られる遺伝的な傾向を統計的に把握することが可能である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明が採用した技術解決手段は、
デジタルカメラによってとらえた花粉の画像から花粉を計測するための花粉一つを抽出した画像を獲得し、前記花粉一つの画像をＣＩＥ表色系を使用してｘｙ色度図に変換し、そのｘｙ色度図を縦横所定の数に分割し、そのなかで最多度数座標をその花粉の色の特徴量とし、それを試料全体に行って試料全体の最多度数座標を取得し、その傾向を色度図に表示し、この色度図により色による花粉の遺伝的特徴を評価する評価方法である。
また、前記分布図は、ＣＩＥ標準色度図の二次元座標であらわすことのできる表色系から作成することを特徴とする請求項１に記載の色による花粉の遺伝的特徴の評価方法である。
また、デジタルカメラによってとらえた花粉の画像から花粉を計測するための花粉一つを抽出して画像を獲得するステップと、前記抽出した花粉の一つをＣＩＥ表色系を使用してｘｙ色度図に変換するステップと、そのｘｙ色度図を縦横所定の数に分割しそのなかで最多度数座標をその花粉の色の特徴量とするステップと、それを試料全体に行って花粉全体の最多度数座標を取得するステップと、前記花粉全体の最多度数座標から判断される傾向を色度図に表示しこの色度図を基に花粉の遺伝子的傾向を評価するステップとを記録した色による花粉の遺伝的特徴の評価方法のプログラムを記録した記録媒体である。
【０００８】
【実施の形態】
一般に広く利用されているＣＣＤカメラから得られる色情報は、光の３原色であるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の量（輝度）を、各々混合することによって表現される。しかしＲ、Ｇ、Ｂの輝度を単に色彩情報として利用するには問題が生じる。なぜなら色はＲ、Ｇ、Ｂの各輝度の量の配分によるものなので、各輝度から抽出した色彩情報を直接得ることができないためである。例えば、黄はＧとＢの比率がおおよそ１：１の割合で表現される色であるが、この配分であれば、ＧとＢの輝度の大小はあまり重要ではない。この場合の輝度の違いは、黄の色の明るさに影響を与えるだけである。したがって、色彩を得るためには、Ｒ、Ｇ、Ｂの配分を考慮した上で各値を利用しなければ意味がない。それに対してＣＩＥ表色系におけるＸＹＺ表色系では、色を定量的に表現できるので、色情報を容易に得ることができ、評価しやすい。以上の理由により、本発明は、ＣＩＥ表色系におけるＸＹＺ表色系を用い、花粉の色の評価を行う。
【０００９】
ここでＣＩＥ表色系について簡単に説明する。
１９３１年に行われた国際照明委員会( Ｃommission Internationa1e de l'Eclairage 、ＣIE) の会議で、原刺激に特定のものを採用することの取り決めが行われ、その表色系をＣＩＥ表色系とすることが決められた。ＣＩＥ表色系には、Ｒ、Ｇ、Ｂ表色系とＸＹＺ表色系とがあり、Ｒ、Ｇ、Ｂ表色系は、ＣＩＥ表色系の基本となるもので、ＸＹＺ表色系は、Ｒ、Ｇ、Ｂ表色系から数学的変換によって導き出されたものである。
【００１０】
ＸＹＺ表色系は、ＣＩＥ１９３１標準表色系と呼ばれる。Ｒ、Ｇ、Ｂ表色系では、三刺激値または色度座標の三つの値のうちで、一つが負量になる場合がある。これを避けるために、ＣＩＥでは、すべての実在の色刺激を、原刺激Ｘ、Ｙ、Ｚと決定した。このような原刺激による表色系をＸＹＺ表色系と呼ぶ。
Ｒ、Ｇ、Ｂ表色系における三刺激値Ｒ、Ｇ、Ｂと、ＸＹＺ表色系における三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚは、次の関係により、相互に変換できる。例えば三刺激値Ｒ、Ｇ、Ｂから三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚへの変換は、
【００１１】
Ｘ＝2.7689Ｒ＋1.7517Ｇ＋1.1302Ｂ
Ｙ＝1.0000Ｒ＋4.5907Ｇ＋0.0601Ｂ
Ｚ＝ 0.0565Ｇ＋5.5943Ｂ
であり、逆に三刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚから三刺激値Ｒ、Ｇ、Ｂへの変換は、
【００１２】
Ｒ＝ 0.41844Ｘ− 0.15866Ｙ− 0.08230Ｚ
Ｇ＝− 0.09117Ｘ＋ 0.25242Ｙ＋ 0.01570Ｚ
Ｂ＝ 0.00092Ｘ− 0.00255Ｙ＋ 0.17858Ｚ
である。
また、色ベクトル( Ｘ、Ｙ、Ｚ) と単位平面Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１の交点で色度座標ｘｙｚを、以下のように定める。
【００１３】
ｘ＝Ｘ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）ｙ＝Ｙ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）
図１に示す、横軸に色度座標ｘを、縦軸に色度座標ｙをとって描いた色度図をＣＩＥ標準色度図、または単にｘｙ色度図と呼ぶ。
【００１４】
図１に示すｘｙ色度図を用いて色による花粉の遺伝的特徴を評価する方法について説明する。
図２は本評価方法を実施するための装置であり、この装置は従来から使用されている。図において１は表示手段（モニタ）、２はデジタルカメラ（ＣＣＤカメラ）、３は顕微鏡、４はパーソナルコンピュータであり、デジタルカメラ２で捉えた花粉の色は、コンピュータ４内で処理し、上述したｘｙ色度図を使用して評価する。なお、人間が目視での確認も可能なため表示手段１は必要に応じて削除することができる。
【００１５】
図３は花粉の色の特徴量取得の流れを示した図である。
ステップＳ１で前記ＣＣＤカメラ（デジタルカメラ）によってとらえた花粉の画像から従来の手法により花粉を計測するための花粉一つを抽出した画像を獲得する。次にステップＳ２において、前記花粉一つの画像をＣＩＥ表色系を使用してｘｙ色度図に変換する。その後そのｘｙ色度図をステップＳ３において縦横所定の数（本例では１８０）に分割し、そのなかで最も高い度数を示した座標をその花粉の色の特徴量とする。それをステップＳ４で試料全体に行って最多度数座標を取得し、その傾向をステップＳ５で色度図に表示し、この色度図に花粉の傾向を評価し、その試料の特徴とする。
【００１６】
上記方法により一般的な生物顕微鏡とデジタルカメラによって撮像した花粉の画像を本発明の評価方法を適用して評価を行った。
ここでの試料は実験的に作られた２種類の栽培種（キャベッとモリカンディア）と、それら体細胞融合によって作られた「雑種」から採取した花粉であり、これらの遺伝的な特徴は既知である。
【００１７】
栽培種であるキャベツｃｃ（図４）とモリカンディアｍｍ（図５）、およびそれらを体細胞融合により得た雑種（図６）の表色系での分布を示す。この例では、色座標としてｘｙ色度図を用いた。この結果、それぞれに特徴的な領域に分布が集中していることがわかる。この例では、体細胞融合によって得られた雑種ｃｃ＋ｍｍの組み合わせとして、図６の領域Ｃにプロットが集中している。
【００１８】
この分布の比率は、体細胞融合によって得られる雑種の類別数と比率がほぼ一致する。このことから、色を評価して花粉の全数的な評価を行うことが確かめられた。具体的には、上記各図では、稔性・不稔性判別において最多度数分布図に稔性域と不稔性域が表れている。グラフ中破線の丸で囲んだＡはｘｙ色度図において無彩色に近い座標であり、画像において花粉の中身が無く透過光が透けて、正常な花粉よりも白っぽく見える不稔性花粉がほとんどである。Ｂの領域は稔性花粉が多く含まれる領域であり、Ｃの領域はほとんどが不稔性花粉であった。ここでＣの領域はｘｙ色度図において色が濃く暗く見える領域であり、細胞分裂が正常に行われず、見た目でに潰れてしまった花粉が暗く見えてこの領域にカウントされたものだと考えられる。
【００１９】
なお、上述した実施形態に係る色による花粉の遺伝的特徴の評価方法は、コンピュータのソフトウエアとして構成することができ、このソフトウエアを記録した記録媒体を構成すると、その記録媒体を使用しただけでいつでも、だれでも簡単に、色による花粉の遺伝的特徴を評価することができる。
【００２０】
以上本発明の実施形態について説明したが、花粉の色の決定は上記方法に限定されることなく、他の方法によって花粉の色を検出することも可能である。また上記実施形態では色度図としてＣＩＥ標準色度図を使用しているが、ＣＩＥ標準色度図以外で二次元座標であらわすことのできる表色系としてはｘｙ色度図、ＬＡＢ色度図等がある。また、本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいかなる形でも実施できる。そのため、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず限定的に解釈してはならない。
【００２１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、一般的な生物顕微鏡とデジタルカメラによって撮像した花粉の画像を花粉の色により評価することにより、花粉の遺伝的特徴を評価することができる。また本方法は、顕微鏡、デジタルカメラおよびパソコン以外に特殊な設備を必要とせず、また従来公知のＤＮＡ解析による方法や、電子顕微鏡を使って観察する方法に比較して設備的なコストを安価にすることができる。また顕微鏡も花粉を数１００倍程度まで拡大できればいいので、安価な顕微鏡で十分であり、デジタルカメラも一般的なもので十分である。また、本発明を製品化したとしても設備的なコストが低い上に、方法自体はソフトウェアで製品化することが可能である。このため農家などの現場で、より一般的な交雑育種の支援技術となる可能性がある等の優れた効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用するｘｙ色度図である。
【図２】花粉の遺伝的特徴を評価するための装置構成図である。
【図３】遺伝的特徴を評価するための手順を示す図である。
【図４】栽培種であるキャベツｃｃの色座標中の分布を示す。
【図５】栽培種であるモリカンディアｍｍの色座標中の分布を示す。
【図６】栽培種であるキャベツｃｃとモリカンディアｍｍを体細胞融合して得た雑種の色座標中の分布を示す。
【符号の説明】
１表示手段
２デジタルカメラ
３顕微鏡
４コンピュータ

Claims

デジタルカメラによってとらえた花粉の画像から花粉を計測するための花粉一つを抽出した画像を獲得し、前記花粉一つの画像をＣＩＥ表色系を使用してｘｙ色度図に変換し、そのｘｙ色度図を縦横所定の数に分割し、そのなかで最多度数座標をその花粉の色の特徴量とし、それを試料全体に行って試料全体の最多度数座標を取得し、その傾向を色度図に表示し、この色度図により色による花粉の遺伝的特徴を評価する評価方法。
前記分布図は、ＣＩＥ標準色度図の二次元座標であらわすことのできる表色系から作成することを特徴とする請求項１に記載の色による花粉の遺伝的特徴の評価方法。
デジタルカメラによってとらえた花粉の画像から花粉を計測するための花粉一つを抽出して画像を獲得するステップと、前記抽出した花粉の一つをＣＩＥ表色系を使用してｘｙ色度図に変換するステップと、そのｘｙ色度図を縦横所定の数に分割しそのなかで最多度数座標をその花粉の色の特徴量とするステップと、それを試料全体に行って花粉全体の最多度数座標を取得するステップと、前記花粉全体の最多度数座標から判断される傾向を色度図に表示しこの色度図を基に花粉の遺伝子的傾向を評価するステップとを記録した色による花粉の遺伝的特徴の評価方法のプログラムを記録した記録媒体。