JP6557100B2 - Plant diagnosis method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、植物の診断方法及び診断装置に関する。 The present invention relates to a diagnostic method and diagnostic equipment of the plant.
植物工場を含む農業全体において植物を栽培する制御因子としては、例えば、天気、気温、湿度、風力、風向、照度、光量、及びCO2濃度をはじめとする外部要因が挙げられる。
また、植物工場を含む農業全体において植物の栽培を制御する手法として、環境制御やスピーキング・プラント・アプローチ(Speaking Plant Approach;SPA(例えば、非特許文献1参照))などがある。
Examples of control factors for cultivating plants in the entire agriculture including a plant factory include external factors such as weather, air temperature, humidity, wind power, wind direction, illuminance, light intensity, and CO 2 concentration.
Moreover, there exist environmental control, a speaking plant approach (Speaking Plant Approach; SPA (for example, refer nonpatent literature 1)) etc. as a method of controlling cultivation of a plant in the whole agriculture including a plant factory.
植物の栽培を行う際における環境制御とは、従来、広く一般的に行われているように、栽培する植物に応じて土壌や水のpH、環境温度などを適宜最適な範囲に調節することをいう。
これに対し、SPAとは、栽培対象の植物から得られる情報を制御因子とする栽培管理を行う技術思想の一つであり、植物栽培における気象条件と植物の生育状態の変動に対応して収穫量を維持・増大させるため、植物の変動を捉えて生育診断と栽培管理(環境制御など)とを適切に行う技術思想をいう。なお、SPAが可能となった背景には、近年、ビッグデータの運用から膨大な外部要因変動因子データに基づく栽培管理が可能になりつつあることが挙げられる。
Environmental control when cultivating plants is to adjust the pH of the soil and water, the environmental temperature, etc. to the optimal range as appropriate according to the plant to be cultivated, as has been widely done conventionally. Say.
SPA, on the other hand, is one of the technical ideas for performing cultivation management using information obtained from the plant to be cultivated as a control factor, and harvests corresponding to changes in weather conditions and plant growth state in plant cultivation. In order to maintain and increase the quantity, it refers to the technical idea of appropriately performing growth diagnosis and cultivation management (environmental control, etc.) by capturing changes in plants. In addition, it is mentioned that the cultivation management based on huge external factor variation factor data is becoming possible from the operation of big data in recent years as a background that SPA has become possible.
SPAは、モニタリング対象である植物のコンディションや育ち具合について、植物を直接的に計測対象としてデータを得て、それに基づいて環境制御を行うことで、栽培条件をより最適なものに修正する。これにより、従来、人が経験と知識に基づいて環境制御を行っていたのを、植物から直接情報を得て栽培条件の最適化を図ることが可能になりつつある。SPAを実践する手法として、例えば、微小な温度センサを植物に装着したり、茎にセンサを巻いて水分状態を計測したり、小型の同化箱(光合成測定装置)を葉に取り付けて光合成を調べたりすることなどが提案されている。特に、最近では、非破壊の画像計測で植物の体温、水分状態、伸長(肥大)速度、光合成活性(クロロフィル蛍光)などが把握できるようになり、これらに基づいて外部要因の最適化を図るシステムの開発が行われている。 SPA obtains data about the condition and growth of a plant to be monitored directly as a measurement target, and corrects the cultivation condition to a more optimal one by performing environmental control based on the data. As a result, it has become possible to optimize cultivation conditions by obtaining information directly from a plant, which has been conventionally controlled by humans based on experience and knowledge. As a technique for implementing SPA, for example, attaching a small temperature sensor to a plant, measuring the moisture state by wrapping the sensor on a stem, or attaching a small assimilation box (photosynthesis measuring device) to the leaf, and examining photosynthesis Have been proposed. In particular, non-destructive image measurement has recently made it possible to understand plant temperature, moisture status, elongation (hypertrophy) rate, photosynthetic activity (chlorophyll fluorescence), etc., and a system to optimize external factors based on these Development is underway.
近年では、SPAに用いられる生体計測技術の発達により、環境及び植物体に関する多様な情報が利用可能となり、植物の状態に応じた空気調和、灌水、施肥、摘葉、整枝剪定などの諸作業を行うことが試みられている。しかし、植物体の内外では様々な物理化学的及び植物生理学的な現象が複雑な相互関係の下に生じており、計測により得られた計測データを栽培管理と環境制御に還元し、その結果として収穫に反映させるためには個々の環境要因と植物体の生命科学的現象の直接的な因果関係を解明することが求められる。しかし、その学術的研究は未だ途上にあり、現状としては環境−植物系におけるどの情報に基づき、栽培条件をどのように改変すれば、生産にどのような効果が見出されるか、について必ずしも明確な解答が得られた場面ばかりとはいえず、その実践は道半ばであって今後のさらなる発展が望まれるところである。 In recent years, the development of biometric technology used in SPA has made it possible to use a variety of information about the environment and plants, and various operations such as air conditioning, irrigation, fertilization, leaf cutting, and pruning are performed according to the state of the plant. It has been tried. However, various physicochemical and plant physiological phenomena occur inside and outside the plant under complex interrelationships, and the measurement data obtained by measurement is reduced to cultivation management and environmental control. In order to reflect this in harvesting, it is necessary to clarify the direct causal relationship between individual environmental factors and plant life science phenomena. However, the academic research is still in progress, and it is not always clear as to what kind of information in the environment-plant system is used and how the cultivation conditions are modified and what effect is found in production. It is not just the scene where the answer was obtained, the practice is halfway, and further development is desired in the future.
最近、SPAの考え方をさらに発展させたスピーキング・セル・アプローチ(Speaking Cell Approach;SCA)が提唱されている(例えば、非特許文献2参照)。
SCAとは、前記と同様の技術思想において、植物の細胞レベル(又は遺伝子発現)での生体情報に基づいて生育診断と栽培管理(環境制御など)とを適切に行う技術思想をいう。
Recently, a speaking cell approach (SCA), which further develops the idea of SPA, has been proposed (for example, see Non-Patent Document 2).
SCA refers to a technical idea that appropriately performs growth diagnosis and cultivation management (environmental control, etc.) based on biological information at the cell level (or gene expression) of a plant in the same technical idea as described above.
SCAは、マトリックス支援レーザー脱離イオン化法−飛行時間型質量分析法(Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization - Time of Flight Mass Spectrometry;MALDI−TOFMS)などを活用することによって植物の細胞を計測し、その結果を植物の栽培管理に用いる。そのため、SCAは、生体情報を迅速に環境制御に反映することができ、より直接的に環境要因と植物体内の生命現象の相互関係を明示することが期待されている。そのような理由から、最近ではSCAに対する研究が精力的に進められている。また、SCAにおいては、微小な装置を植物に装着し、微量な細胞内容物を採取して即座に分子分析を行うという技術も開発されつつある。このような技術によれば、植物に対する外部要因の変化があったときに生じる遺伝子発現やタンパク質の合成を逐次把握することができる。すなわち、細胞内の変化を逐次的に観測することができ、植物が何らかの反応をしつつあることをいち早く検出することができる。 SCA measures plant cells by utilizing Matrix Assisted Laser Desorption / Ionization-Time of Flight Mass Spectrometry (MALDI-TOFMS). Is used for plant cultivation management. Therefore, SCA can rapidly reflect biological information in environmental control, and is expected to more directly specify the interrelationship between environmental factors and life phenomena in the plant body. For these reasons, research on SCA has been actively conducted recently. In SCA, a technique is also being developed in which a minute device is attached to a plant, a minute amount of cell contents is collected, and molecular analysis is immediately performed. According to such a technique, it is possible to sequentially grasp gene expression and protein synthesis that occur when there is a change in an external factor for a plant. That is, changes in cells can be observed sequentially, and it can be quickly detected that a plant is reacting in some way.
しかしながら、非特許文献1に記載されている測定手段によるSPAの試みは、前記したように、植物の体温、水分状態、伸長(肥大)速度、光合成活性(クロロフィル蛍光)などに基づく診断と栽培管理を行う研究は進められているものの、植物個体の生体計測情報を収集データに基づいていることから、栽培区域全体の状態を俯瞰的に評価することには向いていない。
However, as described above, the SPA attempts by the measuring means described in
また、非特許文献2に記載されているSCAでは、遺伝子発現や代謝に関する情報を逐次把握することが可能であり、SPAより論理的な応用が期待される。しかしながら、SCAにおける微細なサンプリングシステムと高度な質量分析装置を用いる方法論は、学術研究として実験室内で行われているものであり、植物を生産する際に非破壊・非接触によるオンサイト計測、つまり、現場での計測を行うことは、現状では困難であり、前述同様、栽培区域全体の状態を俯瞰的に評価することには向いていない。
In addition, the SCA described in Non-Patent
本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、栽培区域の揮発性物質に基づいて栽培区域全体の状態を俯瞰的に評価することができ、揮発性物質に基づく生体情報により的確な診断と栽培管理を導き出すことができ、且つ植物を生産する際に非破壊・非接触によるオンサイト計測を行うことができる植物の診断方法及び診断装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and can comprehensively evaluate the state of the entire cultivation area based on the volatile substances in the cultivation area, and can be accurately diagnosed by biological information based on the volatile substances. can be derived cultivation management and shall be the challenge is to provide a diagnostic method and diagnostic apparatus for a plant that can be performed on-site measurement by nondestructive and non-contact in producing plants.
前記課題を解決した本発明に係る植物の診断方法及び診断装置は以下の手段を有する。 Diagnostic methods and diagnostic equipment of the plant according to the present invention which has solved the above problems has the following means.
本発明に係る植物の診断方法は、被検対象である1つ以上の植物を生育している区域において、前記植物から発せられる揮発性物質の濃度、前記揮発性物質の種類、前記揮発性物質として含有されている化合物の混合比率及び前記区域内における前記揮発性物質の位置情報のうちの少なくとも1つの情報をモニタリングし、前記区域内の植物の状態を診断し、前記モニタリングが、前記区域において前記植物に非破壊・非接触で設けられたセンサによって、前記区域内における1つ以上の揮発性物質を検出する検出工程と、前記検出工程で検出された揮発性物質に基づいて、前記センサが揮発性物質に関する分子情報をコード化し、計測制御装置に送信するコード化工程と、前記コード化工程でコード化された分子情報に基づいて、前記計測制御装置が前記揮発性物質の種類を識別するための識別マップを作成する識別マップ作成工程と、を含むこととしている。 The method for diagnosing a plant according to the present invention includes a concentration of a volatile substance emitted from the plant, a type of the volatile substance, and the volatile substance in an area where one or more plants to be examined are grown. Monitoring at least one of the mixing ratio of the compound contained in the area and the location information of the volatile substance in the area, diagnosing the state of the plant in the area, and the monitoring in the area Based on the detection step of detecting one or more volatile substances in the area by a sensor provided in a non-destructive and non-contact manner on the plant, and based on the volatile substance detected in the detection step, Based on the encoding step of encoding molecular information related to the volatile substance and transmitting it to the measurement control device, and the molecular information encoded in the encoding step, the measurement Is set to the control device comprises a, an identification map creating step of creating an identification map for identifying a type of the volatile substance.
また、本発明に係る植物の診断装置は、被検対象である1つ以上の植物を生育している区域において、前記植物から発せられる揮発性物質の濃度、前記揮発性物質の種類、前記揮発性物質として含有されている化合物の混合比率及び前記区域内における前記揮発性物質の位置情報のうちの少なくとも1つの情報をモニタリングするモニタリング手段と、前記モニタリング手段でモニタリングされた情報に基づいて前記区域内の植物の状態を診断する診断手段と、を有し、前記モニタリング手段が、前記区域において前記植物に非破壊・非接触で設けられたセンサによって、前記区域内における1つ以上の揮発性物質を検出する検出手段と、前記検出手段で検出された揮発性物質に基づいて、前記センサが揮発性物質に関する分子情報をコード化し、計測制御装置に送信するコード化手段と、前記コード化手段でコード化された分子情報に基づいて、前記計測制御装置が前記揮発性物質の種類を識別するための識別マップを作成する識別マップ作成手段と、を有ることとしている。 Further, the plant diagnostic apparatus according to the present invention includes a concentration of a volatile substance emitted from the plant, a type of the volatile substance, and the volatilization in an area where one or more plants to be examined are grown. Monitoring means for monitoring at least one of the mixing ratio of the compound contained as the active substance and the positional information of the volatile substance in the area, and the area based on the information monitored by the monitoring means possess a diagnostic means for diagnosing the condition of the plants of the inner, and the monitoring means, the sensor provided in a non-destructive and non-contact with the plant in the zone, one or more volatile substances in the zone Based on the volatile substance detected by the detecting means and the detecting means, the sensor codes molecular information related to the volatile substance. And an identification unit for creating an identification map for identifying the type of the volatile substance based on the molecular information encoded by the encoding unit and the encoding unit to be transmitted to the measurement control unit. and map creation means, a is a chromatic Rukoto.
このように、本発明に係る植物の診断方法及び診断装置は、植物から発せられる揮発性物質の濃度などをモニタリングしているので、植物の状態を診断することができる。 As described above, the plant diagnosis method and diagnosis apparatus according to the present invention monitor the concentration of volatile substances emitted from plants, and therefore can diagnose the state of plants.
本発明に係る植物の診断方法及び診断装置は、植物から発せられる揮発性物質の濃度などをモニタリングすることによって植物の状態を診断する。そのため、本発明に係る植物の診断方法及び診断装置によれば、栽培区域の揮発性物質に基づいて栽培区域全体の状態を俯瞰的に評価することができ、揮発性物質に基づく生体情報により的確な診断と栽培管理を導き出すことができ、且つ植物を生産する際に非破壊・非接触によるオンサイト計測を行うことができる。 The plant diagnosis method and diagnosis apparatus according to the present invention diagnoses the state of a plant by monitoring the concentration of a volatile substance emitted from the plant. Therefore, according to the plant diagnosis method and diagnosis apparatus according to the present invention, the state of the entire cultivation area can be comprehensively evaluated based on the volatile substances in the cultivation area, and more accurately based on the biological information based on the volatile substances. Diagnosis and cultivation management can be derived, and non-destructive and non-contact on-site measurement can be performed when producing plants.
以下、適宜図面を参照して本発明に係る植物の診断方法及び診断装置、並びに、病害虫の判別方法及び判別装置を実施するための形態(実施形態)について詳細に説明する。 DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a plant diagnosis method and diagnosis apparatus, and a pest determination method and determination apparatus (embodiment) according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
[植物の診断装置の第1実施形態]
説明の便宜上、はじめに、図1を参照して、本発明に係る植物の診断装置の第1実施形態について説明する。
図1に示すように、本発明の第1実施形態に係る植物の診断装置1は、被検対象である1つ以上の植物2を生育している区域3において、植物2から発せられる揮発性物質の濃度、揮発性物質の種類、揮発性物質として含有されている化合物の混合比率及び区域3内における揮発性物質の位置情報のうちの少なくとも1つの情報をモニタリングし、区域3内の植物2の状態を診断するというものである。
[First Embodiment of Plant Diagnosis Device]
For convenience of explanation, first, a first embodiment of a plant diagnostic apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the
ここで、前記したモニタリングは、モニタリング手段(図示せず)で行い、前記した診断は、診断手段(図示せず)で行う。つまり、診断装置1は、モニタリング手段と、診断手段と、を有している。
モニタリング手段は、例えば、前記した情報を検出するセンサ4などの検出手段と、検出手段で検出した揮発性物質の分子情報をコード化するコード化手段と、分子情報に基づいて、センサ4で検出された情報(揮発性物質の種類)を識別するための識別マップを作成する識別マップ作成手段と、で構成される。
なお、識別マップ作成手段は、計測制御装置5(コンピュータ)に備えられている中央演算処理装置(CPU)がハードディスクドライブ(HDD、図示せず)などの記憶媒体に格納された所定のプログラムを読み込み、当該プログラムに従って所定の機能を果たすべく動作(演算処理)することで具現される。
診断手段も識別マップ作成手段と同様に、計測制御装置5に備えられているCPUがHDDなどの記憶媒体に格納された所定のプログラムを読み込み、当該プログラムに従って所定の機能を果たすべく動作(演算処理)することで具現される。
モニタリング手段(検出手段、コード化手段、識別マップ作成手段)と診断手段の具体的な態様については後述する。
Here, the monitoring described above is performed by monitoring means (not shown), and the diagnosis described above is performed by diagnostic means (not shown). That is, the
The monitoring means is, for example, a detection means such as the
The identification map creating means reads a predetermined program stored in a storage medium such as a hard disk drive (HDD, not shown) by a central processing unit (CPU) provided in the measurement control device 5 (computer). It is realized by operating (calculating) to perform a predetermined function according to the program.
Similarly to the identification map creating means, the diagnosis means also operates such that a CPU provided in the
Specific modes of the monitoring means (detection means, coding means, identification map creation means) and diagnosis means will be described later.
本明細書における植物2とは、光合成を行う生物であればよく、多細胞生物であってもよいし、単細胞生物であってもよい。本明細書における植物としては、例えば、野菜、穀物、果物、藻類などが含まれる。
The
野菜としては、例えば、シソ、イチゴ、スイカ、メロン、ダイコン、ニンジン、ゴボウ、ジャガイモ、サツマイモ、タマネギ、アスパラガス、キャベツ、レタス、ホウレンソウ、ハクサイ、トマト、ナス、カボチャ、ピーマン、キュウリ、ミョウガ、カリフラワー、ブロッコリー、食用菊、ショウガ、ウコンなどが挙げられる。 Examples of vegetables include perilla, strawberry, watermelon, melon, radish, carrot, burdock, potato, sweet potato, onion, asparagus, cabbage, lettuce, spinach, Chinese cabbage, tomato, eggplant, pumpkin, bell pepper, cucumber, ginger, cauliflower , Broccoli, edible chrysanthemum, ginger, turmeric.
穀物としては、例えば、トウモロコシ、コメ、コムギ、オオムギ、エンバク、ライムギ、キビ、アワ、ヒエ、モロコシ(タカキビ、コウリャン、ソルガム)、ダイズ、アズキ、リョクトウ、インゲンマメ、ラッカセイ、エンドウ、ソラマメ、レンズマメ、ヒヨコマメ、ソバ、ダッタンソバなどが挙げられる。 Examples of cereals include corn, rice, wheat, barley, oat, rye, millet, millet, millet, sorghum (periwinkle, sorghum, sorghum), soybean, azuki bean, mung bean, kidney bean, peanut, pea, broad bean, lentil, chickpea. , Buckwheat and tartary buckwheat.
果物としては、例えば、オレンジ、グレープフルーツ、ユズ、ダイダイ、カボス、スダチ、シークヮーサー、レモン、ライム、シトロン、ナツミカン、ハッサク、ヒュウガナツ、ジャバラ、スウィーティー、イヨカン、マンダリンオレンジ、ウンシュウミカン、ポンカン、紀州ミカン、キンカン、カリン、チュウゴクナシ、ナシ、セイヨウカリン、リンゴ、アメリカンチェリー、アンズ、ウメ、サクランボ、スモモ、モモ、アーモンド、イチョウ、クリ、クルミ、ペカン、アケビ、イチジク、カキ、カシス、キイチゴ、キウイ、グミ、クワ、クランベリー、コケモモ、ザクロ、スグリ、ナツメ、ハスカップ、ビルベリー、ブドウ、ブラックベリー、ブルーベリー、ラズベリー、オリーブ、ビワ、ヤマモモなどが挙げられる。 Examples of fruits include orange, grapefruit, yuzu, daidai, kabosu, sudachi, shikuwasa, lemon, lime, citron, natsumikan, hassaku, hyuga natsu, bellows, sweetie, yeokan, mandarin orange, unshu mikan, ponkan, mandarin orange, kumquat , Karin, Chugoku pear, Pear, Atlantic quince, Apple, American cherry, apricot, ume, cherry, plum, peach, almond, ginkgo, chestnut, walnut, pecan, akebi, fig, oyster, cassis, kistrawberry, kiwi, gummy, Mulberry, cranberry, cowberry, pomegranate, currant, jujube, lotus cup, bilberry, grape, blackberry, blueberry, raspberry, olive, loquat, bayberry and the like.
藻類としては、例えば、緑藻、紅藻、アオサ藻などの海藻類、藍藻(シアノバクテリア)、ユーグレナなどが挙げられる。 Examples of algae include seaweeds such as green algae, red algae, and blue-green algae, cyanobacteria, and Euglena.
前記した野菜、穀物、果物などの陸上植物の育成は、一般的に行われるように、土壌、水耕栽培、固体培地などを用いて行うことができる。
また、前記した藻類の育成は、所定の容器内に所定の組成(育成する藻類に適した組成)の液体培地と藻類を投入することにより行うことができる。なお、育成する藻類に適した組成は、育成する藻類に関する各種文献や論文などを適宜参照すればよい。
そして、本発明における区域3とは、1つ以上の植物が育成されている所定の面積又は体積をいう。区域3は、植物から発せられる揮発性物質をモニタリングするセンサ4が、当該揮発性物質を検出することのできる能力に応じて設定することができる。つまり、センサ4の揮発性物質を検出する能力が、生育している1つの植物2しかカバーすることができない場合は、当該1つの植物2を生育している区画が前記した区域3(この場合、図1に示す区域31が該当する。)となる。また、センサ4の揮発性物質を検出する能力が、生育している2つ以上の植物2をカバーすることができる場合は、当該2つ以上の植物2を生育している区画が前記した区域3(この場合、図1に示す区域32が該当する。)となる。また、複数のセンサ4で1つの区域3をモニタリングしてもよく、複数のセンサで複数の区域3を重複してモニタリングしてもよい。つまり、図1に示す区域31、31が互いに重複して1つ以上の植物2をモニタリングしてもよい。なお、図1に示すように、センサ4は、被検対象である植物2の上方に設けられているのが好ましく、有線又は無線で計測制御装置5と接続されている。
The above-mentioned cultivation of land plants such as vegetables, grains, and fruits can be performed using soil, hydroponics, solid medium, or the like, as is generally done.
The algae can be grown by putting a liquid medium and algae having a predetermined composition (a composition suitable for the algae to be grown) into a predetermined container. In addition, what is necessary is just to refer suitably for the various literature, the paper, etc. regarding the algae to grow for the composition suitable for the algae to grow.
And the
揮発性物質は、代謝中間体、代謝産物及び代謝産物の分解物のうちの少なくとも1つであるのが好ましいが、これに限定されるものではなく、例えば、揮発性の植物ホルモンや、任意に特定した少数のマーカー的な化学物質なども含まれる。なお、任意に特定した少数のマーカー的な化学物質としては、例えば、ジャスモン酸、サリチル酸メチル、アリルイソチオシアネート、カンファー、シネオールなどを挙げることができる。揮発性物質としてこれらの物質を検出することにより、植物の状態を診断することができる。 The volatile substance is preferably at least one of metabolic intermediates, metabolites, and metabolite degradation products, but is not limited thereto, for example, volatile plant hormones, optionally It includes a small number of identified chemical chemicals. Examples of the small number of marker-like chemical substances specified arbitrarily include jasmonic acid, methyl salicylate, allyl isothiocyanate, camphor, and cineol. By detecting these substances as volatile substances, the state of the plant can be diagnosed.
このような揮発性物質として、具体的には、シキミ酸経路を経て合成されるキナゾリンアルカロイド(Quinazoline alkaloid)、アクリジンアルカロイド(Acridine alkaloid)、キノリンアルカロイド(Quinoline alkaloid)、単純なアルカロイド(Simple alkaloid)、単純なβ−カルボリン(Simple β−carboline)、テルペノイドインドール(Terpenoid indole)、キノロンアルカロイド(Quinolone alkaloid)、キノリンアルカロイド(Quinoline alkaloid)、ピロロインドールアルカロイド(Pyrroloindole alkaloid)などの各種アルカロイド、アスパラギン酸を経由するピペリジン、キノリジン、インドリジン等の各種アルカロイド、メバロン酸経路、非メバロン酸経路(MEP/DOPX経路)やマロニルCoAを経由するゼチアン合成系、テルペノイド合成系、ジテルペノイド合成系、カロチノイド合成系、ユビキノン合成系、テルペノイド−キノン合成系、モノテルペン合成系、ステロイド合成系、セスキルテルペン及びトリテルペン合成系物質など、揮発性の代謝中間体、代謝産物、代謝産物の分解物でその中には植物ホルモンやその分解物も含まれる。これらのうち、モノテルペン合成系物質として、例えば、ペリル化合物(ペリリル化合物、ペリラ化合物)が挙げられる。また、ペリル化合物として、例えば、ペリルアルデヒド、ペリルアルコール、ペリラケトン、酢酸ペリリル、ペリラルチン等が挙げられる。 Specific examples of such volatile substances include quinazoline alkaloid, acridine alkaloid, quinoline alkaloid, simple alkaloid synthesized through the shikimate pathway, Via various alkaloids such as simple β-carboline, terpenoid indole, quinolone alkaloid, quinoline alkaloid, pyrroloindole alkaloid, and aspartic acid Zetian synthesis system, terpenoid synthesis system, diterpenoid synthesis system via various alkaloids such as piperidine, quinolidine, indolizine, mevalonate pathway, non-mevalonate pathway (MEP / DOPX pathway) and malonyl CoA Carotenoid synthesis system, ubiquinone synthesis system, terpenoid-quinone synthesis system, monoterpene synthesis system, steroid synthesis system, sesquil terpene and triterpene synthesis system materials, etc. Some include plant hormones and their degradation products. Among these, examples of the monoterpene synthesis material include peryl compounds (perillyl compounds, perilla compounds). Examples of the peryl compound include peryl aldehyde, peryl alcohol, perilla ketone, perillyl acetate, and perillartin.
図2は、センサ4によって検出された揮発性物質に基づいて揮発性物質に関する分子情報をコード化する概念を説明する説明図である。図2を参照して植物2の状態の診断について説明する。
図2に示すように、植物2は、芽生えた直後の生長に伴う経時的変化が少ない段階(以下、初期という。)であれば揮発性物質a、bを揮発しており、生長に伴う経時的変化がある程度進んだ段階(以下、中期という。)であれば揮発性物質a、b、cを揮発しており、生長に伴う経時的変化がさらに進んだ段階(以下、収穫期という。)であれば揮発性物質b、c、dを揮発している。
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the concept of encoding molecular information related to a volatile substance based on the volatile substance detected by the
As shown in FIG. 2, the
これに対し、センサ4は、揮発性物質a、b、c、dを検出する検出手段(図示せず)と、検出した揮発性物質a、b、c、dに基づいて分子情報をコードA、B、C、Dのようにコード化するコード化手段(図示せず)と、を有しており、コード化した分子情報を計測制御装置5に送信することができる。つまり、植物の診断装置1は、このようなセンサ4を備えていることにより、揮発性物質の濃度、揮発性物質の種類、揮発性物質として含有されている化合物の混合比率及び区域3内における揮発性物質の位置情報を把握することができる。なお、揮発性物質として含有されている化合物の混合比率は、センサ4から送信された分子情報の受信回数などを基に計測制御装置5が各化合物の含有量を数値化してその比率を求めることにより得ることができる。つまり、化合物の濃度が高ければ分子情報の受信回数が多くなり、数値も高くなる。一方、化合物の濃度が低ければ分子情報の受信回数が少なくなり、数値も低くなる。よって、これらの数値を比較すれば揮発性物質として含有されている各化合物の混合比率を求めることができる。また、揮発性物質の位置情報は、例えば、揮発性物質を検出したセンサ4に予め位置情報(例えば、育成施設内におけるセンサ4の設置位置に関する情報)を記憶させておき、コード化した分子情報とともに当該位置情報を計測制御装置5に送信することにより、計測制御装置5にて位置情報を把握することができる。従って、センサ4を用いることにより、栽培区域の揮発性物質に基づいて栽培区域全体の状態を俯瞰的に評価することができる。
On the other hand, the
センサ4は、例えば、分子鋳型ポリマーを用いた分子認識フィルタを有しており、1つ以上の揮発性物質の中からターゲット分子(すなわち、ターゲットとなるペリルアルデヒドなどの揮発性物質)を特異的に、つまり、選択的に捕捉又は通過させるため、当該ターゲット分子のみを選択的に検出することが可能である。なお、分子鋳型ポリマーは、ターゲット分子を鋳型としてポリマーを合成し、その後、ターゲット分子を除去したものであり、選択的なターゲット分子の検出が可能である。
The
分子情報は、例えば、センサ4内に設けられた記憶装置に予め格納されている。センサ4が、揮発性物質中から1つ以上のターゲット分子を検出すると、当該センサ4は当該記憶装置から該当するターゲット分子の分子情報を読み出して前記したようにコードA、B、C、Dのようにコード化し、計測制御装置5に送信する。なお、分子情報としては、例えば、ターゲットとなる揮発性物質の分子サイズや極性などを挙げることができる。
The molecular information is stored in advance in a storage device provided in the
計測制御装置5は、受信した分子情報に基づいて、センサ4で検出された揮発性物質の種類を識別するための識別マップを作成する識別マップ作成手段(図示せず)を有している。
なお、識別マップとしては、例えば、図3に示すような分子サイズと極性によって揮発性物質a、b、c、dをクラスタcA、cB、cC、cDなどに分類することのできる識別マップ(クラスタマップ)が挙げられるが、これに限定されるものではない。識別マップは表のようなものであってもよい。また、識別マップのパラメータは、前記した分子サイズと極性に限定されるものではなく、例えば、分子形状、pKa(酸解離定数)、疎水性・親水性、極性官能基などを用いることもできる。
The
As an identification map, for example, an identification map (cluster) that can classify volatile substances a, b, c, and d into clusters cA, cB, cC, cD and the like according to molecular size and polarity as shown in FIG. Map), but is not limited to this. The identification map may be a table. In addition, the parameters of the identification map are not limited to the above-described molecular size and polarity. For example, molecular shape, pKa (acid dissociation constant), hydrophobicity / hydrophilicity, polar functional group, and the like can be used.
図2に戻って説明を続ける。
前記したように、植物2は、初期の段階では揮発性物質a、bを発しているので、これらを検出したセンサ4は、揮発性物質a、bに基づいて、揮発性物質a、bに関する分子情報をコード化する。コード化にあたっては、図2に示すように、センサ4は揮発性物質a、bを検出しているので、コードAはコード化OK(○)、コードBはコード化OK(○)、コードCはコード化NG(×)、コードDはコード化NG(×)と処理する。
Returning to FIG. 2, the description will be continued.
As described above, since the
センサ4は、コード化OK(○)となっている揮発性物質a、bのコードA、Bを計測制御装置5に送信する。このとき、センサ4は、コードA、Bの場合は植物2の生育状況が初期の段階であるという情報をコード化した分子情報に含ませることもできる。
The
計測制御装置5は、例えば、図3に示す識別マップ(クラスタマップ)中のクラスタcA、cBに揮発性物質a、bの分子情報(すなわち、分子サイズと極性)に基づいてマッピングする。このようにすると、センサ4で検出した揮発性物質の種類、揮発性物質として含有されている化合物の混合比率などを把握することができる。なお、揮発性物質の濃度は、センサ4によって検知された回数の多少や電気信号の強弱によって把握することができる。識別マップにマッピングされた結果をみれば、その植物2が好ましい状態であるのか、好ましくない状態であるのか診断することができる。換言すると、植物2が好ましい状態であれば、その識別マップ(クラスタマップ)による栽培空間が良好であると評価することができ、植物2が好ましくない状態であれば、その識別マップ(クラスタマップ)による栽培空間が良好ではないと評価することがでる。また、このとき、初期の段階であるという情報もあれば、発育段階を加味して、植物2の状態をより正確に診断することができる。
For example, the
なお、好ましくない状態であるという診断は、本来、植物2が発していない揮発性物質の組み合わせであった場合や揮発性物質の混合比率が好ましい状態とは異なっている場合などが該当する。本来、植物2が発していない揮発性物質の組み合わせとしては、例えば、揮発性物質a、cが検出された場合や揮発性物質c、dが検出された場合、本来検出されない揮発性物質を検出した場合などが挙げられる。
In addition, the diagnosis that it is an unfavorable state corresponds to a case where the
また、植物2は、中期の段階では揮発性物質a、b、cを発しているので、これらを検出したセンサ4は、揮発性物質a、b、cに基づいて、揮発性物質a、b、cに関する分子情報をコード化する。コード化にあたっては、図2に示すように、センサ4は揮発性物質a、b、cを検出しているので、コードAはコード化OK(○)、コードBはコード化OK(○)、コードCはコード化OK(○)、コードDはコード化NG(×)と処理する。
In addition, since the
センサ4は、コード化OK(○)となっている揮発性物質a、b、cのコードA、B、Cを計測制御装置5に送信する。このとき、センサ4は、コードA、B、Cの場合は植物2の生育状況が中期の段階であるという情報をコード化した分子情報に含ませることもできる。
The
計測制御装置5は、例えば、図3に示す識別マップ(クラスタマップ)中のクラスタcA、cB、cCに揮発性物質a、b、cの分子情報(すなわち、分子サイズと極性)に基づいてマッピングする。このようにすると、センサ4で検出した揮発性物質の種類、揮発性物質として含有されている化合物の混合比率などを把握することができる。また、識別マップにマッピングされた結果をみれば、その植物2が好ましい状態であるのか、好ましくない状態であるのか診断することができる。このとき、中期の段階であるという情報もあれば、発育段階を加味して、植物2の状態をより正確に診断することができる。
For example, the
さらに、植物2は、収穫期の段階では揮発性物質b、c、dを発しているので、これらを検出したセンサ4は、揮発性物質b、c、dに基づいて、揮発性物質b、c、dに関する分子情報をコード化する。コード化にあたっては、図2に示すように、センサ4は揮発性物質b、c、dを検出しているので、コードAはコード化NG(×)、コードBはコード化OK(○)、コードCはコード化OK(○)、コードDはコード化OK(○)と処理する。
Furthermore, since the
センサ4は、コード化OK(○)となっている揮発性物質b、c、dのコードB、C、Dを計測制御装置5に送信する。このとき、センサ4は、コードB、C、Dの場合は植物2の生育状況が収穫期の段階であるという情報をコード化した分子情報に含ませることもできる。
The
計測制御装置5は、例えば、図3に示す識別マップ(クラスタマップ)中のクラスタcB、cC、cDに揮発性物質b、c、dの分子情報(すなわち、分子サイズと極性)に基づいてマッピングする。このようにすると、センサ4で検出した揮発性物質の種類、揮発性物質として含有されている化合物の混合比率などを把握することができる。また、識別マップにマッピングされた結果をみれば、その植物2が好ましい状態であるのか、好ましくない状態であるのか診断することができる。このとき、収穫期の段階であるという情報もあれば、発育段階を加味して、植物2の状態をより正確に診断することができる。
For example, the
本実施形態に係る植物の診断装置1は、前記したように、診断手段を有している。診断手段は、例えば、センサ4によって検出された揮発性物質の濃度と、識別マップに基づいて識別された揮発性物質の種類と、揮発性物質として含有されている化合物の混合比率と、区域3内における揮発性物質の位置情報のうちの少なくとも1つの情報を用いて区域3内における植物2の状態を診断する。このようにすると、特定の位置のセンサ4で検出した植物2の状態をさらに正確に診断することができる。
As described above, the plant
また、本実施形態に係る植物の診断装置1における検出手段は、区域3が写された画像内に、検出された揮発性物質の分布を表示する可視化手段を有していてもよい。区域3が写された画像は、例えば、別途撮影しておいた写真、動画、施設の平面図(見取り図)などであればよい。また、揮発性物質の分布は、区域3内における揮発性物質の位置情報に基づいて、前記した揮発性物質の濃度、揮発性物質の種類、揮発性物質として含有されている化合物の混合比率などから任意の色彩及び濃淡をもって揮発性物質分布マップを作成し、前記した区域3が写された画像に重ねて表示するとよい。このようにすると、ユーザーが揮発性物質の分布を直感的に、かつ容易に把握することができるようになる。
Moreover, the detection means in the plant
以上に説明した本実施形態に係る植物の診断装置1によれば、植物から発せられる揮発性物質の濃度、揮発性物質の種類、揮発性物質として含有されている化合物の混合比率及び区域内における揮発性物質の位置情報のうちの少なくとも1つの情報をモニタリングするので、植物の状態を診断することができる。そのため、本実施形態に係る植物の診断装置1は、栽培区域の揮発性物質に基づいて栽培区域全体の状態を俯瞰的に評価することができ、揮発性物質に基づく生体情報により的確な診断と栽培管理を導き出すことができ、且つ植物を生産する際に非破壊・非接触によるオンサイト計測を行うことが可能となる。従って、本実施形態に係る植物の診断装置1は、代謝をリアルタイムに捉えて統合し、マクロな視点にたって植物を栽培管理することができる。
According to the plant
[病害虫の判別装置]
次に、本発明に係る病害虫の判別装置の第1実施形態について説明する。
なお、本実施形態に係る病害虫の判別装置の説明にあたって、前述した植物の診断装置1と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
[Pesticide identification device]
Next, a description will be given of a first embodiment of a disease and pest discrimination apparatus according to the present invention.
In the description of the pest identification apparatus according to the present embodiment, the same elements as those in the plant
本実施形態に係る病害虫の判別装置は、被検対象である1つ以上の植物2を生育している区域3において、植物2の成長を阻害する病害虫に侵された植物2から発せられる揮発性物質の濃度、揮発性物質の種類、揮発性物質として含有されている化合物の混合比率及び区域3内における揮発性物質の位置情報のうちの少なくとも1つの情報をモニタリングし、区域3内の病害虫を判別するというものである。なお、病害虫としては、微生物及び昆虫のうちの少なくとも1つが挙げられる。モニタリングは、植物の診断装置1と同様、モニタリング手段で行い、診断は、診断手段で行うことができる。つまり、判別装置もモニタリング手段と、診断手段と、を有している。
The pest identification apparatus according to the present embodiment is a volatile product emitted from a
つまり、前述した植物の診断装置1と、本実施形態に係る病害虫の判別装置とは、前述した植物の診断装置1が、植物2から発せられた揮発性物質をモニタリングし、植物2の状態を診断しているのに対し、本実施形態に係る病害虫の判別装置が、病害虫に侵された植物2から発せられた揮発性物質をモニタリングし、病害虫の判別をしていることのみが相違し、他の要素は全く同一である。従って、以下の説明では相違する構成について説明する。
That is, the above-described plant
前記したように、本実施形態に係る病害虫の判別装置は、植物2についた病害虫に侵された植物2から発せられる揮発性物質をモニタリングする。ここで、病害虫に侵されたとは、例えば、植物2が昆虫に食害されたり、病原菌に感染したりしたことをいう。植物2は、これらの場合に、昆虫を忌避させたり、病原菌を殺菌したりして防御する物質を生合成する。このように生合成された物質はファイトアレキシンなどと呼ばれており、揮発性物質が含まれている場合もある。従って、本実施形態に係る病害虫の判別装置では、ファイトアレキシンとして生合成され、かつ揮発性物質であるものを検出し、病害虫の判別を行う。病害虫の判別装置で検出する揮発性物質としては、例えば、フラボノイド、テルペノイド(特に、セスキテルペン)、脂肪酸(フラン)誘導体などがある。マメ科エンドウに含まれるフラボノイドの一種としてプテロカルパン誘導体のピサチン(pisatin)、ファセオリン(phaseolin)、キク科ベニバナのサフィノール(safynol)、ナス科トマトのリシチン(rishitin)、ジャガイモのフィツベリン(phytuberin)、ヒルガオ科サツマイモのイポメアマロン(ipomeamarone)がある。また、例えば、イネには、モミラクトン2種、オリザレキシン7種、ファイトカサン5種にサクラネチンを加えた15化合物が知られている。さらに、植物が傷つけられた際に放出され、殺菌力を持つ揮発性物質としてフィトンチッド(phytoncide)がある。フィトンチッドとしては、例えば、カンファー、アリルイソチオシアネート、カテキン、グラニルアセテート、チモール、バニリン、ジテルペノイド、ロスマリン酸、ベルベノン、シネオール、ヒノキチオール、α−ピネン、リモネン、カジノール、ピシフェリン酸、アサロンなどがある。
As described above, the pest identification apparatus according to the present embodiment monitors the volatile substances emitted from the
本実施形態に係る病害虫の判別装置は、病害虫に侵された植物2から発せられる揮発性物質をモニタリングする。そのため、本発明に係る病害虫の判別装置によれば、栽培区域の揮発性物質に基づいて栽培区域全体の状態を俯瞰的に評価することができるとともに、病害虫に対する植物の反応を生態学的観点から多面的に捉えることができる。また、本発明に係る病害虫の判別装置によれば、効率良く病害虫を判別(特定)することができる。従って、本発明に係る病害虫の判別装置によれば、病害虫に対して迅速に対応することができるようになる。すなわち、本実施形態に係る病害虫の判別装置は、栽培区域の揮発性物質に基づいて栽培区域全体の状態を俯瞰的に評価することができるとともに、病害虫に対する植物の反応を生態学的観点から多面的に捉えることができ、且つ植物の成長を阻害する病害虫を判別することができる病害虫の判別装置を提供するという課題があるとき、これを解決することができる。
The pest identification apparatus according to the present embodiment monitors volatile substances emitted from the
[植物の診断方法の第1実施形態]
次に、本発明に係る植物の診断方法の第1実施形態について説明する。
なお、本発明の第1実施形態に係る植物の診断方法の説明にあたって、前述した第1実施形態に係る植物の診断装置1と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
[First Embodiment of Plant Diagnosis Method]
Next, a first embodiment of the plant diagnosis method according to the present invention will be described.
In the description of the plant diagnosis method according to the first embodiment of the present invention, the same elements as those of the
本発明の第1実施形態に係る植物の診断方法は、まず、被検対象である1つ以上の植物を生育している区域3において、植物2から発せられる揮発性物質の濃度、揮発性物質の種類、揮発性物質として含有されている化合物の混合比率及び前記した区域3内における揮発性物質の位置情報のうちの少なくとも1つの情報をモニタリングする。次いで、モニタリングした情報に基づいて、前記した区域3内の植物の状態を診断するというものである。
In the plant diagnosis method according to the first embodiment of the present invention, first, in the
ここで、前記したモニタリングは、検出工程と、コード化工程と、識別マップ作成工程と、を含み、これらの工程をこの手順で行うのが好ましい。
検出工程は、区域3に設けられたセンサ4によって、区域3内における1つ以上の揮発性物質を検出する工程である。
コード化工程は、検出工程で検出された揮発性物質に基づいて、揮発性物質に関する分子情報をコード化する工程である。
識別マップ作成工程は、コード化工程でコード化された分子情報に基づいて、センサ4で検出された揮発性物質の種類を識別するための識別マップを作成する工程である。
Here, the monitoring described above includes a detection step, a coding step, and an identification map creation step, and these steps are preferably performed according to this procedure.
The detection step is a step of detecting one or more volatile substances in the
The encoding step is a step of encoding molecular information related to the volatile material based on the volatile material detected in the detection step.
The identification map creating step is a step of creating an identification map for identifying the type of the volatile substance detected by the
前記した各工程をこの手順で行うと、検出した揮発性物質に基づいて識別マップ(クラスタマップ、図3参照)を作成することができる。つまり、これらの工程をこの手順で行うと、揮発性物質の濃度、揮発性物質の種類、揮発性物質として含有されている化合物の混合比率及び区域3内における揮発性物質の位置情報を把握することができる。なお、揮発性物質の位置情報は、前記したように、揮発性物質を検出したセンサ4の位置情報を用いることにより把握することができる。
When the above-described steps are performed according to this procedure, an identification map (cluster map, see FIG. 3) can be created based on the detected volatile substance. In other words, if these steps are performed in this procedure, the concentration of the volatile substance, the type of the volatile substance, the mixing ratio of the compound contained as the volatile substance, and the position information of the volatile substance in the
本実施形態に係る植物の診断方法における診断は、センサ4によって検出された揮発性物質の濃度と、識別マップに基づいて識別された揮発性物質の種類と、揮発性物質として含有されている化合物の混合比率と、区域3内における揮発性物質の位置情報のうちの少なくとも1つを用いて区域3内における植物の状態を診断する診断工程を含んでいてもよい。この診断工程を含んでいると、特定の位置のセンサ4で検出した植物2の状態をさらに正確に診断することができる。
The diagnosis in the plant diagnosis method according to the present embodiment includes the concentration of the volatile substance detected by the
さらに、本実施形態に係る植物の診断方法における検出工程は、区域3が写された画像内に、検出された揮発性物質の分布を表示する可視化工程を含んでいてもよい。この可視化工程を含んでいると、ユーザーが揮発性物質の分布を直感的に、かつ容易に把握することができるようになる。
Furthermore, the detection step in the plant diagnosis method according to the present embodiment may include a visualization step of displaying the distribution of the detected volatile substance in the image in which the
以上に説明した本実施形態に係る植物の診断方法によれば、植物から発せられる揮発性物質の濃度、揮発性物質の種類、揮発性物質として含有されている化合物の混合比率及び区域内における揮発性物質の位置情報のうちの少なくとも1つの情報をモニタリングするので、植物の状態を診断することができる。そのため、本実施形態に係る植物の診断方法によれば、栽培区域の揮発性物質に基づいて栽培区域全体の状態を俯瞰的に評価することができ、揮発性物質に基づく生体情報により的確な診断と栽培管理を導き出すことができ、且つ植物を生産する際に非破壊・非接触によるオンサイト計測を行うことが可能となる。従って、本実施形態に係る植物の診断方法は、代謝をリアルタイムに捉えて統合し、マクロな視点にたって植物を栽培管理することができる。 According to the plant diagnosis method according to the present embodiment described above, the concentration of volatile substances emitted from plants, the type of volatile substances, the mixing ratio of compounds contained as volatile substances, and volatilization within the area. Since at least one piece of information on the position information of the sex substance is monitored, the state of the plant can be diagnosed. Therefore, according to the plant diagnosis method according to the present embodiment, the state of the entire cultivation area can be comprehensively evaluated based on the volatile substance in the cultivation area, and accurate diagnosis can be performed based on biological information based on the volatile substance. It is possible to derive cultivation management and to perform non-destructive and non-contact on-site measurement when producing plants. Therefore, the plant diagnosis method according to the present embodiment can grasp and integrate metabolism in real time, and can cultivate and manage plants from a macro viewpoint.
[病害虫の判別方法]
次に、本発明に係る病害虫の判別方法の第1実施形態について説明する。
なお、本実施形態に係る病害虫の判別方法の説明にあたって、前述した植物の診断装置1、植物の診断方法、病害虫の判別装置と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
[Disease detection method]
Next, a first embodiment of the pest identification method according to the present invention will be described.
In the description of the pest determination method according to the present embodiment, the same elements as those in the
本実施形態に係る病害虫の判別方法は、被検対象である1つ以上の植物2を生育している区域3において、植物2の成長を阻害する病害虫に侵された植物2から発せられる揮発性物質の濃度、揮発性物質の種類、揮発性物質として含有されている化合物の混合比率及び区域3内における揮発性物質の位置情報のうちの少なくとも1つの情報をモニタリングし、区域3内の病害虫を判別するというものである。
The pest identification method according to the present embodiment is a volatile property emitted from a
つまり、前述した植物の診断方法と、本実施形態に係る病害虫の判別方法とは、前述した植物の診断方法が、植物から発せられた揮発性物質をモニタリングし、植物の状態を診断しているのに対し、本実施形態に係る病害虫の判別方法が、病害虫に侵された植物2から発せられた揮発性物質をモニタリングし、病害虫の判別をしていることのみが相違し、他の要素は全く同一である。従って、以下の説明では相違する構成について説明する。
That is, the above-described plant diagnosis method and the pest determination method according to the present embodiment are such that the above-described plant diagnosis method monitors a volatile substance emitted from a plant and diagnoses the state of the plant. On the other hand, the pest determination method according to the present embodiment is different only in that the volatile substance emitted from the
前記したように、本実施形態に係る病害虫の判別方法は、病害虫に侵された植物2から発せられる揮発性物質をモニタリングする。そのため、本実施形態に係る病害虫の判別方法によれば、栽培区域の揮発性物質に基づいて栽培区域全体の状態を俯瞰的に評価することができるとともに、病害虫に対する植物の反応を生態学的観点から多面的に捉えることができる。また、本実施形態に係る病害虫の判別方法によれば、効率良く病害虫を判別(特定)することができる。従って、本実施形態に係る病害虫の判別方法によれば、病害虫に対して迅速に対応することができるようになる。すなわち、本実施形態に係る病害虫の判別方法は、栽培区域の揮発性物質に基づいて栽培区域全体の状態を俯瞰的に評価することができるとともに、病害虫に対する植物の反応を生態学的観点から多面的に捉えることができ、且つ植物の成長を阻害する病害虫を判別することができる病害虫の判別方法を提供するという課題があるとき、これを解決することができる。
As described above, the pest identification method according to the present embodiment monitors a volatile substance emitted from the
[植物の診断装置の第2実施形態]
次に、本発明に係る植物の診断装置の第2実施形態について説明する。
なお、本発明の第2実施形態に係る植物の診断装置の説明にあたって、前述した第1実施形態に係る植物の診断装置1と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
[Second Embodiment of Plant Diagnosis Device]
Next, a second embodiment of the plant diagnostic apparatus according to the present invention will be described.
In the description of the plant diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention, the same elements as those of the plant
第2実施形態に係る植物の診断装置は、被検対象である1つ以上の植物2を生育している区域3において、植物2から発せられる揮発性物質の濃度、揮発性物質の種類、揮発性物質として含有されている化合物の混合比率及び区域3内における揮発性物質の位置情報のうちの少なくとも1つの情報をモニタリングするモニタリング手段と、このモニタリング手段でモニタリングされた情報に基づいて区域3内における植物体内の水分状態を診断する診断手段と、を有している。なお、第2実施形態におけるモニタリング手段及び診断手段は、第1実施形態に係る診断装置1と同様のものを用いることができる。
The plant diagnostic apparatus according to the second embodiment includes a concentration of a volatile substance emitted from the
つまり、この第2実施形態に係る植物の診断装置は、植物2から発せられた揮発性物質をモニタリングし、区域3内における植物体内の水分状態を診断している点で、植物2の状態として、植物2の生長に伴う経時的変化が少ない段階(初期)、ある程度進んだ段階(中期)、さらに進んだ段階(収穫期)を具体例として挙げている第1実施形態に係る植物の診断装置1と相違している。従って、以下の説明では相違する構成について説明する。
That is, the plant diagnosis apparatus according to the second embodiment monitors the volatile substances emitted from the
第2実施形態に係る植物の診断装置においては、第1実施形態で例示した揮発性物質や判別装置で例示した揮発性物質のうちのいずれ物質も検出手段によって検出することができるが、植物体内の水分状態を診断するため、例えば、モノテルペン合成系物質を検出するようにするのが好ましい。モノテルペン合成系物質としては、例えば、ペリル化合物が好適であり、特に、ペリルアルデヒド、ペリルアルコール、ペリラケトン、ペリラ酸、ペリラルチン等が好適である。植物体におけるモノテルペン類などの揮発性物質の茎葉から大気への放出量は、日中に(光照射下で)変動する場合がある。そして、その放出量と変動パターンは、良好な環境条件とそうでない環境条件とで異なる場合がある。実施例の項目で具体的に説明するように、例えば、植物への水分供給条件が異なると、モニタリングで得られる揮発性物質の放出量と変動パターンが相違する。従って、モノテルペン類などの揮発性物質の放出量と変動パターンを把握しておくことによって植物体内の水分状態を評価することが可能である。例えば、シソではペリル化合物を大量に生成するため、モニタリング手段で検出・定量することが比較的容易である。従って、シソにおいては、前記したペリル化合物の放出量と変動パターンを評価の指標とすることが好ましい。 In the plant diagnostic apparatus according to the second embodiment, any of the volatile substances exemplified in the first embodiment and the volatile substances exemplified in the discrimination apparatus can be detected by the detection means. For example, it is preferable to detect a monoterpene synthetic substance, for example. As the monoterpene synthetic substance, for example, a peryl compound is suitable, and in particular, perylaldehyde, peryl alcohol, perilaketone, perillaric acid, perillartin and the like are suitable. The amount of volatile substances such as monoterpenes in plants that are released from the foliage to the atmosphere may vary during the day (under light irradiation). The amount of emission and the variation pattern may differ between favorable environmental conditions and other environmental conditions. As specifically described in the items of the examples, for example, when the water supply condition to the plant is different, the amount of emission of the volatile substance obtained by monitoring and the variation pattern are different. Therefore, it is possible to evaluate the moisture state in the plant body by grasping the release amount and fluctuation pattern of volatile substances such as monoterpenes. For example, perilla produces a large amount of peryl compound, so that it is relatively easy to detect and quantify with a monitoring means. Therefore, in perilla, it is preferable to use the release amount and variation pattern of the peryl compound as an evaluation index.
このように、第2実施形態に係る植物の診断装置によれば、植物から発せられるペリル化合物などの揮発性物質の濃度、揮発性物質の種類、揮発性物質として含有されている化合物の混合比率及び区域内における揮発性物質の位置情報のうちの少なくとも1つの情報をモニタリング手段によってモニタリングする。このとき、モニタリング手段は、モニタリングによって得られた前記情報(本実施形態の場合、具体的には、揮発性物質の放出量と変動パターン)を、例えば、HDDなどの記憶媒体に記憶しておく。そして、診断手段は、予めHDDなどに記憶させておいた良好な環境条件における情報(揮発性物質の放出量と変動パターン)と、前記モニタリングした情報(揮発性物質の放出量と変動パターン)とを対比させることにより、植物体内の水分状態が良好であるか否かを診断することができる。そのため、第2実施形態に係る植物の診断装置は、栽培区域の揮発性物質に基づいて栽培区域全体の状態(植物体内の水分状態)を俯瞰的に評価することができ、揮発性物質に基づく生体情報により的確な診断と栽培管理を導き出すことができ、且つ植物を生産する際に非破壊・非接触によるオンサイト計測を行うことが可能となる。従って、第2実施形態に係る植物の診断装置1は、代謝をリアルタイムに捉えて統合し、マクロな視点にたって植物を栽培管理することができる。
Thus, according to the plant diagnostic apparatus according to the second embodiment, the concentration of volatile substances such as peryl compounds emitted from plants, the type of volatile substances, and the mixing ratio of compounds contained as volatile substances And at least one of the positional information of the volatile substances in the area is monitored by the monitoring means. At this time, the monitoring means stores the information obtained by the monitoring (specifically, in the case of the present embodiment, the emission amount and fluctuation pattern of volatile substances) in a storage medium such as an HDD. . Then, the diagnostic means includes information on good environmental conditions (volatile substance release amount and fluctuation pattern) stored in advance in an HDD or the like, and the monitored information (volatile substance release amount and fluctuation pattern) By contrasting, it can be diagnosed whether the moisture state in a plant body is favorable. Therefore, the plant diagnostic apparatus according to the second embodiment can comprehensively evaluate the state of the entire cultivation area (moisture state in the plant body) based on the volatile substance in the cultivation area, and is based on the volatile substance. Accurate diagnosis and cultivation management can be derived from the biological information, and non-destructive and non-contact on-site measurement can be performed when producing plants. Therefore, the plant
[植物の診断方法の第2実施形態]
次に、本発明に係る植物の診断方法の第2実施形態について説明する。
なお、本発明の第2実施形態に係る植物の診断方法の説明にあたって、前述した第1実施形態に係る植物の診断装置1及び診断方法、第2実施形態に係る植物の診断装置と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
[Second Embodiment of Plant Diagnosis Method]
Next, a second embodiment of the plant diagnosis method according to the present invention will be described.
In the description of the plant diagnosis method according to the second embodiment of the present invention, the same elements as those of the
本発明の第2実施形態に係る植物の診断方法は、まず、被検対象である1つ以上の植物を生育している区域3において、植物2から発せられる揮発性物質(例えば、前記したように、モノテルペン合成系物質)の濃度、揮発性物質の種類、揮発性物質として含有されている化合物の混合比率及び前記した区域3内における揮発性物質の位置情報のうちの少なくとも1つの情報をモニタリングする。次いで、モニタリングした情報に基づいて、前記した区域3内における植物体内の水分状態を診断するというものである。
In the method for diagnosing a plant according to the second embodiment of the present invention, first, a volatile substance emitted from the plant 2 (for example, as described above) in the
なお、第2実施形態に係る植物の診断方法におけるモニタリングは、第1実施形態に係る植物の診断方法と同様、検出工程と、コード化工程と、識別マップ作成工程と、を含み、これらの工程をこの手順で行うことによって行うことができる。また、診断工程も第1実施形態に係る植物の診断方法と同様にして行うことができる。 The monitoring in the plant diagnosis method according to the second embodiment includes a detection step, a coding step, and an identification map creation step, as in the plant diagnosis method according to the first embodiment. Can be performed by this procedure. Moreover, a diagnostic process can also be performed similarly to the diagnostic method of the plant which concerns on 1st Embodiment.
ここで、第2実施形態に係る植物の診断方法も前記と同様、植物体におけるモノテルペン類などの揮発性物質の放出量と変動パターンを把握することによって植物体内の水分状態が良好であるか否かを評価することが可能である。なお、本実施態様についての詳細は既に説明しているので、ここでの説明は省略する。 Here, in the plant diagnosis method according to the second embodiment as well, whether the moisture state in the plant body is good by grasping the release amount and variation pattern of volatile substances such as monoterpenes in the plant body as described above. It is possible to evaluate whether or not. Since details of this embodiment have already been described, description thereof is omitted here.
以上に説明した第2実施形態に係る植物の診断方法によれば、植物から発せられる揮発性物質の濃度、揮発性物質の種類、揮発性物質として含有されている化合物の混合比率及び区域内における揮発性物質の位置情報のうちの少なくとも1つの情報をモニタリングし、揮発性物質の放出量と変動パターンを把握することによって、植物の状態(植物体内の水分状態)を診断することができる。そのため、第2実施形態に係る植物の診断方法によれば、栽培区域の揮発性物質に基づいて栽培区域全体の状態(植物体内の水分状態)を俯瞰的に評価することができ、揮発性物質に基づく生体情報により的確な診断と栽培管理を導き出すことができ、且つ植物を生産する際に非破壊・非接触によるオンサイト計測を行うことが可能となる。従って、本実施形態に係る植物の診断方法は、代謝をリアルタイムに捉えて統合し、マクロな視点にたって植物を栽培管理することができる。 According to the plant diagnostic method according to the second embodiment described above, the concentration of volatile substances emitted from plants, the type of volatile substances, the mixing ratio of compounds contained as volatile substances, and the area By monitoring at least one piece of positional information of the volatile substance and grasping the emission amount and fluctuation pattern of the volatile substance, the state of the plant (the water state in the plant body) can be diagnosed. Therefore, according to the plant diagnosis method according to the second embodiment, the state of the entire cultivation area (moisture state in the plant body) can be comprehensively evaluated based on the volatile substance in the cultivation area, and the volatile substance Therefore, accurate diagnosis and cultivation management can be derived from the biological information based on the information, and non-destructive and non-contact on-site measurement can be performed when producing plants. Therefore, the plant diagnosis method according to the present embodiment can grasp and integrate metabolism in real time, and can cultivate and manage plants from a macro viewpoint.
以下、本発明に係る植物の診断方法及び診断装置、並びに、病害虫の判別方法及び判別装置について実施例により具体的に説明する。 Hereinafter, the plant diagnosis method and diagnosis apparatus, and the pest determination method and determination apparatus according to the present invention will be specifically described with reference to examples.
〔1〕植物に対する乾燥ストレスとVOCモニタリング
シソ(Perilla frutescens)は、揮発性有機化合物(Volatile Organic Compounds:VOC)としてペリルアルデヒド、ペリルアルコール、酢酸ペリリルなどのペリル化合物を放出することが知られている。そこで、これらのペリル化合物をVOCモニタリングの対象として用いることができるのではないかと考え、実施例における被検対象としてシソを選択した。
[1] Drought stress and VOC monitoring on plants Perilla frutescens is known to release peryl compounds such as perilaldehyde, peryl alcohol, and perillyl acetate as volatile organic compounds (VOC). . Therefore, it was thought that these peryl compounds could be used as the target of VOC monitoring, and perilla was selected as the test target in the examples.
シソは以下の育成条件で育成した。まず、55穴のプラグトレイ(育苗トレイ)に培地を充填して播種し、気温23℃、湿度70〜80%、CO2濃度380〜500ppm、光子量250μmol/m2/s、白色蛍光灯光源により日長16時間という条件で肥培管理を行って4ヶ月間生育させた。そして、整枝、剪定(切り戻し)により草丈を25cm以下に保った。 The perilla was raised under the following conditions. First, a 55-hole plug tray (nursery seedling tray) is filled with a culture medium, seeded, air temperature 23 ° C., humidity 70-80%, CO 2 concentration 380-500 ppm, photon amount 250 μmol / m 2 / s, white fluorescent light source Was grown for 4 months under the condition of 16 hours of day length. The plant height was kept below 25 cm by branching and pruning (cutting back).
ペリルアルデヒドの測定の際には、まず、灌水を行って、1、2日目の培地を湿潤状態に維持し、それ以降は水を与えなかった。これにより、3日目には培地が過渡的に水分を失い、4日目には培地が乾燥した状態となった。ペリルアルデヒドの測定は合計5日間行った。
灌水を行ってから1〜2日目のシソの葉と、培地が乾燥した3〜4日目のシソの葉を後述する遺伝子実験用に採取した。なお、採取したシソの葉は、採取後速やかに液体窒素を用いて凍結し、−80℃でストックすることで、解析のためのRNA抽出操作以前に、リボヌクレアーゼ(RNase)によるRNAの分解が最小限にとどめられるようにした。
また、灌水を行ってから1〜2日目の培地とシソの葉の水ポテンシャル(Wet)と、培地が乾燥した3〜4日目の培地とシソの葉の水ポテンシャル(Dry)とを測定した。なお、水ポテンシャルは、水ポテンシャル測定装置(Decagon Devices,Inc.製WP4)を用い、培土及び植物葉を採取して直ちに当該装置に投入し、室温条件下で水分平衡させた後に水ポテンシャルの値を得た(n=3)。Wet及びDryそれぞれシソ3個体の平均値(MPa)と標準誤差を求めた。表1にその結果を示す。
In the measurement of peryl aldehyde, first, irrigation was performed, and the medium on the 1st and 2nd days was maintained in a wet state, and water was not given thereafter. As a result, the medium transiently lost water on the third day, and the medium became dry on the fourth day. Perylaldehyde was measured for a total of 5 days.
The perilla leaves 1 to 2 days after irrigation and the perilla leaves 3 to 4 days after drying of the medium were collected for a genetic experiment described below. In addition, the collected perilla leaves are frozen with liquid nitrogen immediately after collection and stocked at −80 ° C., so that RNA degradation by ribonuclease (RNase) is minimized before RNA extraction operation for analysis. I tried to keep it to the limit.
In addition, the water potential (Wet) of the medium and perilla leaves on the first and second days after irrigation, and the water potential (Dry) of the medium and perilla leaves on the third and fourth days when the medium is dried are measured. did. The water potential was measured by using a water potential measurement device (Decagon Devices, Inc., WP4), collecting soil and plant leaves, immediately putting them into the device, and equilibrating the water at room temperature. (N = 3). The average value (MPa) and standard error of three perilla individuals were obtained for each of Wet and Dry. Table 1 shows the results.
また、灌水を行った直後から5日が経過するまでガスセンサを用いてVOCのモニタリングを行った。VOCのモニタリングにあたり、ガスセンサとガスクロマトグラフ質量分析計(GC−MS)は以下のものを用いた。
ガスセンサは、フィガロ技研株式会社製TGS2600を用い、データロガーは、グラフテック株式会社製GL820を用い、また、CO2及び温湿度データロガーは、Extech社製SD800を用いた。
固相マイクロ抽出(Solid Phase Micro Extraction;SPME)ファイバは、シグマアルドリッチジャパン合同会社製DVB/CAR/PDMSを用い、GC−MSは、株式会社島津製作所製QP2010を用い、カラムは、アジレント・テクノロジー株式会社製DB−WAXを用いた。
Moreover, VOC monitoring was performed using a gas sensor until 5 days passed immediately after irrigation. In monitoring VOC, the following gas sensor and gas chromatograph mass spectrometer (GC-MS) were used.
The gas sensor used was TGS2600 manufactured by Figaro Engineering Co., Ltd., the data logger used GL820 manufactured by Graphtec Co., Ltd., and the CO 2 and temperature / humidity data logger used SD800 manufactured by Extech.
Solid phase micro extraction (SPME) fiber uses DVB / CAR / PDMS manufactured by Sigma-Aldrich Japan LLC, GC-MS uses QP2010 manufactured by Shimadzu Corporation, and the column is Agilent Technologies Inc. Company DB-WAX was used.
なお、前記したガスセンサは、ペリルアルデヒド、ペリルアルコール、酢酸ペリリルと選択的に結合(吸着)する分子フィルタを組み込んだものと、そのような分子フィルタを組み込まないものを用意した。当該分子フィルタは以下の組成で各試薬を混合し、次のようにして作製した。 The gas sensors described above were prepared with a molecular filter that selectively binds (adsorbs) with perylaldehyde, peryl alcohol, and perillyl acetate, and with a gas sensor that does not incorporate such a molecular filter. The molecular filter was prepared as follows by mixing each reagent with the following composition.
<<分子フィルタの組成>>
溶媒:アセトニトリル(5mL)
モノマー:メタクリル酸(1.5mM)
テンプレート:ペリルアルデヒド、ペリルアルコール又は酢酸ペリリル(1.5mM)
架橋剤:トリメチロールプロパントリメタクリラート(12mL)
重合開始剤:アゾビスイソブチロニトリル(25mg)
<< Composition of molecular filter >>
Solvent: acetonitrile (5 mL)
Monomer: Methacrylic acid (1.5 mM)
Template: perillaldehyde, perillic alcohol or perillyl acetate (1.5 mM)
Cross-linking agent: trimethylolpropane trimethacrylate (12 mL)
Polymerization initiator: Azobisisobutyronitrile (25 mg)
前記試薬を試薬瓶に入れて20分間室温にて攪拌した後、90℃で8時間加熱することで重合させ、固化させることにより分子鋳型ポリマーを得た。なお、テンプレートとなる分子は前記したように3種類用意し、テンプレート毎に3種類の分子鋳型ポリマーを得た。
得られた分子鋳型ポリマーをすり鉢ですり潰した後、目開き100μmの篩で分級することによって、粒径100μm以下の粉末を得た。得られた粉末をエタノールで洗浄した後、60℃で真空乾燥し、テンプレートを除去した。以下、このようにして得られた粉末をMIP(Molecular Imprinted Polymer)パウダーという。
The reagent was placed in a reagent bottle and stirred for 20 minutes at room temperature, and then polymerized by heating at 90 ° C. for 8 hours to solidify, thereby obtaining a molecular template polymer. As described above, three types of molecules serving as templates were prepared, and three types of molecular template polymers were obtained for each template.
The obtained molecular template polymer was ground in a mortar and then classified with a sieve having an opening of 100 μm to obtain a powder having a particle size of 100 μm or less. The obtained powder was washed with ethanol and then vacuum dried at 60 ° C. to remove the template. Hereinafter, the powder thus obtained is referred to as MIP (Molecular Imprinted Polymer) powder.
そして、3種類のMIPパウダーに対するペリルアルデヒド、ペリルアルコール及び酢酸ペリリルの吸着特性を次のようにして調べた。つまり、MIPパウダーの種類毎に、MIPパウダーなしのものとの変化率(除去率)を下記式によりそれぞれ求めた。
変化率=(Vout−V0)/V0
なお、VoutはMIPパウダーあり又はMIPパウダーなしの状態におけるガスセンサの応答値であり、V0は初期値である。
And the adsorption | suction characteristic of perillaldehyde, perillic alcohol, and perillyl acetate with respect to three types of MIP powder was investigated as follows. That is, for each type of MIP powder, the rate of change (removal rate) from that without MIP powder was determined by the following formula.
Rate of change = (V out −V 0 ) / V 0
Note that V out is a response value of the gas sensor in the state with or without MIP powder, and V 0 is an initial value.
また、MIPパウダーなしの状態の応答値から、MIPパウダーありの状態の応答値を差し引くと、その差分が、MIPパウダーによって除去されたペリルアルデヒド、ペリルアルコール及び酢酸ペリリルの除去量となる。なお、前記した除去率は、MIPパウダーに対するペリルアルデヒド、ペリルアルコール及び酢酸ペリリルの吸着率(吸着特性)と換言することができる。
今回行った確認では、ペリルアルデヒドを鋳型とするMIPパウダーは、ペリルアルデヒドの除去率(吸着率)が96.26%となり、ペリルアルコールを鋳型とするMIPパウダーは、ペリルアルコールの除去率(吸着率)が90.53%となり、酢酸ペリリルを鋳型とするMIPパウダーは、酢酸ペリリルの除去率(吸着率)が89.67%となった。なお、各MIPパウダーに異なるテンプレートの分子を吸着させても大きな影響が見られなかったことから、各MIPパウダーによる対象物質の除去(吸着)は特異的乃至選択的であることが確認された。
Further, when the response value in the state with MIP powder is subtracted from the response value in the state without MIP powder, the difference becomes the removal amount of perillaldehyde, peryl alcohol and perillyl acetate removed by the MIP powder. The removal rate described above can be restated as the adsorption rate (adsorption characteristics) of perillaldehyde, peryl alcohol, and perillyl acetate with respect to the MIP powder.
In the confirmation performed this time, perylaldehyde removal rate (adsorption rate) of MIP powder using perilaldehyde as a template was 96.26%, and permaldehyde removal rate (adsorption rate) of MIP powder using peryl alcohol as a template. ) Was 90.53%, and the perityl acetate removal rate (adsorption rate) of the MIP powder using perillyl acetate as a template was 89.67%. It should be noted that the removal (adsorption) of the target substance by each MIP powder was confirmed to be specific or selective because no significant effect was observed even when different MIP powders adsorbed different template molecules.
この結果から、前記したようにして作製したMIPパウダーを用いると、シソに対して何らかのストレス(具体的には、乾燥ストレス)を与え、それによってシソから発せられる特定のVOC(具体的には、ペリルアルデヒド、ペリルアルコール及び酢酸ペリリル)を特異的乃至選択的にモニタリングすることが可能であることが確認された。 From this result, when the MIP powder produced as described above is used, certain stress (specifically, drying stress) is given to the perilla, thereby causing a specific VOC (specifically, It has been confirmed that it is possible to specifically and selectively monitor perylaldehyde, perillic alcohol and perillyl acetate.
〔2〕VOCモニタリングの条件
前記した3種類のMIPパウダーを混合してガス洗浄瓶に入れ、シソから近い順に、VOCサンプリング用のドライチューブ(ジーエルサイエンス株式会社製パーマピュアドライヤー;型式MD−110−48P)、ガス洗浄瓶(3種類を混合したMIPパウダー入り)、ガスセンサ、吸引ポンプ(アズワン株式会社製MV−6005VP)、GC−MSと接続し、経路1に係るVOC測定系を構成した。
同様の構成で、シソから近い順に、ドライチューブ、ガス洗浄瓶(3種類を混合したMIPパウダーなし)、ガスセンサ、吸引ポンプ(アズワン株式会社製MV−6005VP)、GC−MSと接続し、経路2に係るVOC測定系を構成した。
なお、ガスセンサにはデータロガーを接続した。ドライチューブは乾燥空気で常時パージさせ、MIPパウダーは24時間で交換した。
[2] Conditions for VOC monitoring The above three types of MIP powders are mixed and placed in a gas washing bottle, and in order from the side of the tail, a dry tube for VOC sampling (Perma Pure dryer manufactured by GL Sciences Inc .; model MD-110- 48P), a gas cleaning bottle (containing three types of mixed MIP powder), a gas sensor, a suction pump (MV-6005VP manufactured by AS ONE Co., Ltd.), and GC-MS were connected to form a VOC measurement system related to
In the same configuration, in order from the side of the perimeter, it is connected to a dry tube, a gas cleaning bottle (without MIP powder mixed with three types), a gas sensor, a suction pump (MV-6005VP manufactured by ASONE Corporation), GC-MS, and
A data logger was connected to the gas sensor. The dry tube was constantly purged with dry air and the MIP powder was replaced in 24 hours.
そして、前記した育成条件でシソを育成する間、経路1、2に係るVOC測定系をそれぞれ用いてVOCであるペリル化合物(具体的には、ペリルアルデヒド、ペリルアルコール及び酢酸ペリリル)のモニタリングを行った。経路1、2毎にガスセンサの応答値の平均を求め、当該平均値の差分を求め、この差分をペリル化合物応答値とした。同じ育成条件及び測定条件で時期を違えて同じシソに対してVOCを3回測定した。なお、1回目は2月2日〜2月6日に行い、2回目は2月23日〜2月27日に行い、3回目は3月9日〜3月13日に行った。
その結果を図4に示す。なお、図4は、ペリル化合物応答値の日変動を示すグラフである。図4中、横軸は経過日数(日)であり、縦軸はペリル化合物応答値(平均値)(単位は任意単位(a.u.))である。
ペリル化合物応答値の日変動との対比のため、図5に総VOC相当値の日変動を示す。図5中、横軸は経過日数(日)であり、縦軸はペリル化合物応答値(平均値)(単位は任意単位(a.u.))である。なお、総VOC相当値は、水素、アルコール類、ペリル化合物を含むVOC、アンモニア、硫化水素、有機溶媒、トリメチルアミン、メチルメルカプタンに対するガスセンサ応答値を単純に加算したものである。
Then, while growing the perilla under the above-mentioned growth conditions, the VOC measurement system according to
The result is shown in FIG. FIG. 4 is a graph showing the daily fluctuation of the peryl compound response value. In FIG. 4, the horizontal axis represents the number of days elapsed (days), and the vertical axis represents the peryl compound response value (average value) (unit: arbitrary unit (au)).
For comparison with the daily fluctuation of the peryl compound response value, FIG. 5 shows the daily fluctuation of the total VOC equivalent value. In FIG. 5, the horizontal axis represents the number of days elapsed (day), and the vertical axis represents the peryl compound response value (average value) (unit: arbitrary unit (au)). The total VOC equivalent value is obtained by simply adding the gas sensor response values to VOC including hydrogen, alcohols, and peryl compounds, ammonia, hydrogen sulfide, organic solvent, trimethylamine, and methyl mercaptan.
図4に示すように、灌水を行ってから1〜2日目(通常の水やり)は、1回目、2回目、3回目ともペリル化合物の濃度が低くなる傾向が強かった。しかしながら、培地が乾燥する3〜5日目(水ストレス条件下)においては、1回目、2回目、3回目ともペリル化合物の濃度が高くなる傾向が強かった。
これに対し、図5に示すように、総VOC相当値は1回目、2回目、3回目とも日が経つに連れて減少する傾向にあり、つまり、通常の水やりであるか、水ストレス条件下であるかに関わらず総VOC相当値が減少する傾向にあり、ペリル化合物のように大きく変動することはなかった。また、ペリル化合物応答値と総VOC相当値との間に相関を見出すことはできなかった。
As shown in FIG. 4, on the first to second days after normal irrigation (normal watering), the concentration of the peryl compound was strong in the first, second, and third times. However, on the 3rd to 5th days (under water stress conditions) when the medium was dried, the concentration of the peryl compound was strong at the first time, the second time, and the third time.
On the other hand, as shown in FIG. 5, the total VOC equivalent value tends to decrease with the passage of time in the first time, the second time, and the third time, that is, whether it is normal watering or water stress conditions. Regardless of whether it is lower, the total VOC equivalent value tended to decrease, and did not fluctuate as much as the peryl compound. Further, no correlation could be found between the peryl compound response value and the total VOC equivalent value.
このことから、(1)ペリル化合物などのVOCをセンサ等を用いてモニタリングすることによって、シソなどの植物の状態(例えば、植物の体内の水分状態)を診断することが可能であることが確認できた。(2)また、培地の水分が十分であるとペリル化合物の濃度が低くなり、培地の水分が十分でなく乾燥した状態になるとペリル化合物の濃度が高くなるなどの“挙動の変化”を把握しておけば、そのような挙動の変化が検出された場合には、即座に培地に給水するなどの対処が可能であることも分かった。(3)さらに、図4に示すように、1回目、2回目、3回目と回を重ねるごとにペリル化合物応答値の経過日数における変動パターンが変化することが確認された。これは、乾燥する(水が欠乏する)という水ストレスを繰り返し与えることで水ストレス耐性ができた可能性を示すものである。なお、水ストレスを繰り返したシソは萎れ難いことが目視観察で確認されている。(4)また、このような変動パターンの変化は、植物のシソの初期、中期、収穫期を把握することも可能であることを示すものである。 From this, it is confirmed that (1) the state of plants such as perilla (for example, the water state in the body of plants) can be diagnosed by monitoring VOCs such as peryl compounds using a sensor or the like. did it. (2) In addition, grasp the “behavioral change” such that the concentration of peryl compound decreases when the medium has sufficient moisture, and the concentration of peryl compound increases when the medium does not have enough moisture. It was also found that if such a change in behavior was detected, it was possible to take measures such as immediately supplying water to the medium. (3) Furthermore, as shown in FIG. 4, it was confirmed that the variation pattern in the elapsed days of the peryl compound response value changes each time the first time, the second time, and the third time. This shows the possibility that water stress tolerance has been achieved by repeatedly applying water stress of drying (deficient in water). It has been confirmed by visual observation that perillas that have been repeatedly subjected to water stress are difficult to wither. (4) In addition, such a change in the fluctuation pattern indicates that it is possible to grasp the initial, middle and harvest periods of the perilla of the plant.
〔3〕遺伝子発現の解析
以上の検討から、水ストレスなどの環境の変化によって植物体内における蓄積物質や植物体から揮発する揮発物質の物理的変化が生じ、代謝産物の揮発量の変化に繋がっていると推察される。これに対し、前記したように、そのような代謝産物の揮発量の変化はVOCモニタリングによって把握することができる。
前記した代謝産物の揮発量の変化は、生体中の揮発性物質の合成量の変化を反映している可能性が高く、その変化は環境の変化に応じて遺伝子の発現量が変化することに起因することが最も可能性の高い要因であると考えられる。言い換えると、遺伝子の発現量の変化は、代謝産物の合成や蓄積量が変化することに繋がり、それが代謝産物の揮発量にも反映されると考えられる。
すなわち、VOCモニタリングの結果は、植物体からの代謝産物の揮発量の変化を捉えたものであるから、VOCモニタリングの結果から、植物体内における代謝産物の合成や蓄積量の変化や遺伝子発現の変化を推定することができれば、遺伝子発現の変化によってもたらされる背丈、色、味などの表現形質の変化も推定可能になると考察される。
[3] Analysis of gene expression From the above study, physical changes in the accumulated substances in the plant and volatile substances that volatilize from the plant occur due to environmental changes such as water stress, leading to changes in the volatilization amount of metabolites. It is assumed that On the other hand, as described above, the change in the volatilization amount of such a metabolite can be grasped by VOC monitoring.
The change in the volatilization amount of the metabolite described above is likely to reflect the change in the synthesis amount of the volatile substance in the living body, and the change is that the expression amount of the gene changes in accordance with the environmental change. It is thought that it is the most likely cause. In other words, a change in the expression level of the gene leads to a change in the synthesis and accumulation amount of the metabolite, which is also reflected in the volatilization amount of the metabolite.
That is, the results of VOC monitoring capture changes in the amount of metabolites volatilized from the plant. From the results of VOC monitoring, changes in synthesis and accumulation of metabolites in the plant and changes in gene expression. If it can be estimated, it is considered that changes in expression traits such as height, color, and taste caused by changes in gene expression can also be estimated.
上記のような考察に基づき、前記〔1〕で遺伝子実験用に採取したシソの葉を用い、遺伝子発現の解析を行った。つまり、〔1〕及び〔2〕においてモニタリングが行われたシソの葉において、ペリルアルデヒド生合成末端経路に関連する遺伝子の発現量がどのように変化しているのかを遺伝子工学的手法により解析した。遺伝子工学的手法に係るRNAの抽出、cDNAの合成、及び定量PCRは各種市販キット(Qiagen社製、タカラバイオ社製)を用いた。 Based on the above considerations, gene expression was analyzed using perilla leaves collected for genetic experiments in [1]. In other words, in the perilla leaves monitored in [1] and [2], we analyzed how the expression level of genes related to the perylaldehyde biosynthetic terminal pathway changed by genetic engineering techniques. . Various commercial kits (Qiagen, Takara Bio) were used for RNA extraction, cDNA synthesis, and quantitative PCR according to genetic engineering techniques.
解析対象遺伝子は、リモネン合成酵素(本明細書において遺伝子Hと呼称することもある)とリモネンヒドロキシラーゼ(本明細書において遺伝子Rと呼称することもある)とし、これらの酵素の遺伝子の発現量を定量PCR(Polymerase Chain Reaction)にて測定した。なお、リモネン合成酵素は、シソのメバロン酸合成経路からの代謝産物であるゲラニルピロリン酸に作用してリモネン((-)-limonene)を生成する酵素であり、リモネンヒドロキシラーゼは、このリモネンに作用してペリルアルコールを生成する酵素である。なお、生成されたペリルアルコールは酸化され、ペリルアルデヒドとなる。 The genes to be analyzed are limonene synthase (sometimes referred to herein as gene H) and limonene hydroxylase (sometimes referred to herein as gene R), and the expression levels of the genes of these enzymes Was measured by quantitative PCR (Polymerase Chain Reaction). Limonene synthase acts on geranyl pyrophosphate, a metabolite from the perilla mevalonate synthesis pathway to produce limonene ((-)-limonene), and limonene hydroxylase acts on this limonene. It is an enzyme that produces peryl alcohol. The produced peryl alcohol is oxidized to peryl aldehyde.
リモネン合成酵素の遺伝子は、Yuba, A., Yazaki, K., Tabata, M., Honda, G. and Croteau, R., "cDNA cloning, characterization, and functional expression of 4S-(-)-limonene synthase from perilla frutescens", Arch. Biochem. Biophys. 332, 280-287 (1996)にて報告され、GenBankにおいてアクセッション番号D49368で登録されている。
また、リモネンヒドロキシラーゼの遺伝子は、Mau, C. J., Karp, F., Ito, M., Honda, G. and Croteau, R. B., "A candidate cDNA clone for (-)-limonene-7-hydroxylase from Perilla frutescens", Phytochemistry 71 (4), 373-379 (2010)にて報告され、GenBankにおいてアクセッション番号GQ120438で登録されている。
そして、各種サンプル間での遺伝子発現量を比較する際の標準として、恒常発現遺伝子であるアクチン遺伝子を選択した。なお、アクチン遺伝子は、Gong, Z., Yamazaki, M., Sugiyama, M., Tanaka, Y. and Saito, K., "Cloning and molecular analysis of structural genes involved in anthocyanin biosynthesis and expressed in a forma-specific manner in Perilla frutescens", Plant Mol. Biol. 35 (6), 915-927 (1997)にて報告され、GenBankにおいてアクセッション番号AB002819で登録されている。
The gene for limonene synthase is Yuba, A., Yazaki, K., Tabata, M., Honda, G. and Croteau, R., "cDNA cloning, characterization, and functional expression of 4S-(-)-limonene synthase from perilla frutescens ", Arch. Biochem. Biophys. 332, 280-287 (1996) and is registered with GenBank with accession number D49368.
The gene for limonene hydroxylase is Mau, CJ, Karp, F., Ito, M., Honda, G. and Croteau, RB, "A candidate cDNA clone for (-)-limonene-7-hydroxylase from Perilla frutescens ", Phytochemistry 71 (4), 373-379 (2010), and registered under GenBank accession number GQ120438.
And the actin gene which is a constitutive expression gene was selected as a standard at the time of comparing the gene expression level between various samples. The actin gene is Gong, Z., Yamazaki, M., Sugiyama, M., Tanaka, Y. and Saito, K., "Cloning and molecular analysis of structural genes involved in anthocyanin biosynthesis and expressed in a forma-specific. manner in Perilla frutescens ", Plant Mol. Biol. 35 (6), 915-927 (1997), registered in GenBank with accession number AB002819.
〔3−1〕RNAの抽出
サンプルからのRNAの抽出は、RNeasy(登録商標) Plant Mini Kit(Qiagen社製)を用い、当該Kitに添付されている取扱い説明書を参照して以下のステップ1〜14で行った。
[3-1] Extraction of RNA RNA is extracted from a sample by using RNeasy (registered trademark) Plant Mini Kit (manufactured by Qiagen) with reference to the instruction manual attached to the kit. Performed at ~ 14.
(ステップ1)
前記〔1〕で−80℃でストックしたシソの葉(100mg以下)を液体窒素に浸した後、液体窒素中で乳鉢及び乳棒を用いて細かい粉末にした。
(ステップ2)
液体窒素で冷却した2mlマイクロ遠心チューブ(RNaseフリー、別途準備)に、粉末状の組織と液体窒素を移した後、組織が解凍しないように注意しつつ、液体窒素を蒸発させた。
(ステップ3)
Buffer RLT 450μlを最大100mgの粉末状の組織に添加し、激しくボルテックスした(激しく攪拌した)。
(ステップ4)
2mlの回収チューブにセットしたQIAshredderスピンカラム(薄紫色)にライセートを添加し、最高スピードで2分間遠心した。
(ステップ5)
QIAshredderからのろ液の上清を、回収チューブ中の細胞破片ペレットを乱さないよう注意しながら新しいマイクロ遠心チューブ(別途準備)に350μl移した。
(ステップ6)
清澄化したライセートに175μlのエタノール(96〜100%)を添加し、直ちにピペッティングにより混和した。
(ステップ7)
形成した沈澱を含む500μlを、2ml回収チューブにセッティングしたRNeasyスピンカラム(ピンク)にアプライした。
(ステップ8)
RNeasyスピンカラムを10,000rpm以上で15秒間遠心操作した後、ろ液を捨てた。
(ステップ9)
700μlのBuffer RW1をRNeasyスピンカラムに添加した後、10,000rpm以上で15秒間遠心して洗浄し、ろ液を捨てた。
(ステップ10)
500μlのBuffer RPEをRNeasyスピンカラムに添加した後、10,000rpm以上で15秒間遠心して洗浄し、ろ液を捨てた。
(ステップ11)
500μlのBuffer RPEをRNeasyスピンカラムに添加した後、10,000rpm以上で2分間遠心して洗浄し、ろ液を捨てた。
(ステップ12)
RNeasyスピンカラムを新しい2ml回収チューブ(添付)に移し、最高スピードで1分間遠心操作を行った。
(ステップ13)
RNeasyスピンカラムを新しい1.5ml回収チューブ(添付)にセットし、RNaseフリー水50μlを直接スピンカラム・メンブレンに添加した。
(ステップ14)
10,000rpm以上で1分間遠心操作を行い、RNAを溶出した。
(Step 1)
The perilla leaves (100 mg or less) stocked at -80 ° C. in [1] above were immersed in liquid nitrogen and then made into a fine powder in liquid nitrogen using a mortar and pestle.
(Step 2)
After transferring the powdered tissue and liquid nitrogen to a 2 ml microcentrifuge tube (RNase free, separately prepared) cooled with liquid nitrogen, the liquid nitrogen was evaporated while taking care not to thaw the tissue.
(Step 3)
450 μl of Buffer RLT was added to a maximum of 100 mg of powdered tissue and vortexed vigorously (stirred vigorously).
(Step 4)
Lysate was added to a QIAshredder spin column (light purple) set in a 2 ml collection tube and centrifuged at maximum speed for 2 minutes.
(Step 5)
350 μl of the filtrate supernatant from QIAshredder was transferred to a new microcentrifuge tube (not supplied), taking care not to disturb the cell debris pellet in the collection tube.
(Step 6)
175 μl of ethanol (96-100%) was added to the clarified lysate and mixed immediately by pipetting.
(Step 7)
500 μl containing the formed precipitate was applied to an RNeasy spin column (pink) set in a 2 ml collection tube.
(Step 8)
The RNeasy spin column was centrifuged at 10,000 rpm or higher for 15 seconds, and the filtrate was discarded.
(Step 9)
700 μl of Buffer RW1 was added to the RNeasy spin column, then washed by centrifugation at 10,000 rpm or more for 15 seconds, and the filtrate was discarded.
(Step 10)
After adding 500 μl of Buffer RPE to the RNeasy spin column, it was washed by centrifugation at 10,000 rpm or more for 15 seconds, and the filtrate was discarded.
(Step 11)
After adding 500 μl of Buffer RPE to the RNeasy spin column, it was washed by centrifugation at 10,000 rpm or more for 2 minutes, and the filtrate was discarded.
(Step 12)
The RNeasy spin column was transferred to a new 2 ml collection tube (attached) and centrifuged at maximum speed for 1 minute.
(Step 13)
The RNeasy spin column was set in a new 1.5 ml collection tube (attached) and 50 μl of RNase free water was added directly to the spin column membrane.
(Step 14)
Centrifugation was performed at 10,000 rpm or more for 1 minute to elute RNA.
〔3−2〕cDNAの合成
cDNA合成は、QuantiTect(登録商標) Reverse Transcription Kit(Qiagen社製)を用い、当該Kitに添付されている取扱い説明書を参照して、以下のステップ1〜8で行った。
[3-2] Synthesis of cDNA cDNA synthesis was carried out using the QuantiTect (registered trademark) Reverse Transcription Kit (manufactured by Qiagen) with reference to the instruction manual attached to the Kit in the following
(ステップ1)
RNAテンプレート、gDNA Wipeout Buffer、Quantiscript Reverse Transcriptase、Quantiscript RT Buffer、RTPrimer Mix、RNaseフリー水を氷上で解凍後、それぞれタッピングにて混和し、スピンダウンした。
(ステップ2)
下記表2に従って、氷上でゲノムDNA除去反応液を調製して混和した後、氷上で保冷した。
(ステップ3)
次いで、ステップ2で保冷しているゲノムDNA除去反応液を42℃で2分間インキュベートした後、氷上に置いた。
(ステップ4)
下記表3に従って、氷上で「逆転写反応マスターミックス」を調製して混和した後、氷上で保冷した。
(ステップ5)
逆転写反応マスターミックスを含んだ各チューブに「ステップ3からのRNAテンプレート14μl)」を添加して混和した後、氷上で保冷した。
(ステップ6)
ステップ5で得られた溶液を42℃で30分間インキュベートした。
(ステップ7)
Quantiscript Reverse Transcriptaseを不活性化するために95℃、3分間インキュベートした。
(ステップ8)
このようにして得られた逆転写反応溶液を−20℃で保存した。
(Step 1)
The RNA template, gDNA Wipeout Buffer, Quantitative Reverse Transscriptase, Quantscript RT Buffer, RTP Primer Mix, and RNase-free water were thawed on ice, then mixed by tapping and spin down.
(Step 2)
According to Table 2 below, a genomic DNA removal reaction solution was prepared on ice and mixed, and then cooled on ice.
(Step 3)
Next, the genomic DNA removal reaction solution that had been refrigerated in
(Step 4)
According to Table 3 below, a “reverse transcription reaction master mix” was prepared on ice and mixed, and then kept on ice.
(Step 5)
“RNA template from step 3 (14 μl)” was added to each tube containing the reverse transcription reaction master mix and mixed, and then kept on ice.
(Step 6)
The solution obtained in
(Step 7)
In order to inactivate Quantitative Reverse Transscriptase, it was incubated at 95 ° C. for 3 minutes.
(Step 8)
The reverse transcription reaction solution thus obtained was stored at -20 ° C.
〔3−3〕定量PCR
定量PCRに用いるプライマーは、ユーロフィンジェノミクス株式会社(オペロンバイオテクノロジー株式会社)HPのプライマー設計サイト([URL]http://www.operon.com/technical/pcr#primer#design#tool.aspx)で作成及び選抜を行った後、日本遺伝子研究所にプライマー合成を委託(HPLC精製グレード)した。以下に設計したプライマーの塩基配列を示す。
[3-3] Quantitative PCR
Primer used for quantitative PCR is Eurofin Genomics Co., Ltd. (Operon Biotechnology Co., Ltd.) HP primer design site ([URL] http://www.operon.com/technical/pcr#primer#design#tool.aspx) After preparation and selection in, primer synthesis was commissioned to the Japan Genetic Research Institute (HPLC purification grade). The base sequence of the designed primer is shown below.
(遺伝子H増幅用プライマー)
5’forward primer 1:ttccttttggaatgcggac(配列表の配列番号1)
3’reverse primer 2:tccccatcaccatcttcac(配列表の配列番号2)
(遺伝子R増幅用プライマー)
5’forward primer 3:ccctccattcccattaatccc(配列表の配列番号3)
3’reverse primer 4:tcccttcccagagaccaaac(配列表の配列番号4)
(恒常発現遺伝子増幅用プライマー)
5’forward primer 5:aggcaaacagagagaaaatgac(配列表の配列番号5)
3’reverse primer 6:caccagaatcgagcacaatac(配列表の配列番号6)
(Gene H amplification primer)
5'forward primer 1: ttccttttggaatgcggac (SEQ ID NO: 1 in the sequence listing)
3'reverse primer 2: tccccatcaccatcttcac (SEQ ID NO: 2 in the sequence listing)
(Gene R amplification primer)
5'forward primer 3: ccctccattcccattaatccc (SEQ ID NO: 3 in the sequence listing)
3'reverse primer 4: tcccttcccagagaccaaac (SEQ ID NO: 4 in the sequence listing)
(Primer for gene expression of constant expression)
5'forward primer 5: aggcaaacagagagaaaatgac (SEQ ID NO: 5 in the sequence listing)
3'reverse primer 6: caccagaatcgagcacaatac (SEQ ID NO: 6 in the sequence listing)
定量PCRにおいて、PCR試薬にはタカラバイオ株式会社製SYBR(登録商標) Premix Ex Taq(Tli RNaseH Plus)を用いた。また、PCR毎の増幅量の定量検出は、ロシュ・ダイアグノスティックス株式会社製Light Cycler3.0システムを用いた。定量PCRは、PCR試薬及び当該システムに添付の各取扱い説明書を参照して、以下のステップ1〜3で行った。
In quantitative PCR, SYBR (registered trademark) Premix Ex Taq (Tli RNase H Plus) manufactured by Takara Bio Inc. was used as a PCR reagent. In addition, quantitative detection of the amount of amplification for each PCR was performed using a Light Cycler 3.0 system manufactured by Roche Diagnostics. Quantitative PCR was performed in the following
(ステップ1)
逆転写反応溶液を融解し、下記表4の組成で反応溶液を作製した。
(ステップ2)
各溶液をLight Cycler Capillaries(20μl)に封入した。
(ステップ3)
下記表5に示した条件(Stage2のサイクル数は適宜で変更)で定量PCRを実施した。
(Step 1)
The reverse transcription reaction solution was melted to prepare a reaction solution having the composition shown in Table 4 below.
(Step 2)
Each solution was encapsulated in Light Cycler Capillaries (20 μl).
(Step 3)
Quantitative PCR was performed under the conditions shown in Table 5 below (the number of Stage2 cycles was changed as appropriate).
〔3−4〕結果及び考察
以上に述べた方法により、シソの葉の成長過程による遺伝子の発現差異、及び水分環境(乾燥/湿潤)による遺伝子の発現差異について検証試験を行った。その結果及び考察を以下に記す。
[3-4] Results and Discussion By the method described above, a verification test was performed on the difference in gene expression due to the growth process of perilla leaves and the difference in gene expression due to moisture environment (dry / wet). The results and discussion are described below.
(1)葉の成長過程による遺伝子の発現量の差異
アクチン遺伝子の発現検出量を基準量とし、各対象遺伝子のPCRが一定の蛍光強度に達したサイクル数(Cq値)を用いて、葉の成長過程による遺伝子の発現量の差異を比較した。
その結果、遺伝子Rの発現量比(「成葉」/「展開途中の葉」)は0.3、遺伝子Hの発現量比(「成葉」/「展開途中の葉」)は0となった。
よって、成葉ではペリルアルデヒドの生合成末端経路が衰えていると考察された。
(1) Difference in gene expression level due to leaf growth process Using the detected amount of actin gene expression as a reference amount, and using the number of cycles (Cq value) at which the PCR of each target gene reached a certain fluorescence intensity, Differences in gene expression levels during the growth process were compared.
As a result, the expression level ratio of gene R (“adult leaves” / “leaves during development”) is 0.3, and the expression level ratio of gene H (“adult leaves” / “leaves during development”) is 0. It was.
Therefore, it was considered that the biosynthetic terminal pathway of perillaldehyde has declined in adult leaves.
(2)水分環境(乾燥/湿潤)による遺伝子の発現量の差異
アクチン遺伝子の発現検出量を基準量とし、遺伝子H、RのPCRが一定の蛍光強度に達したサイクル数(Cq値)を用いて、水分環境(乾燥/湿潤)による遺伝子の発現量の差異を比較した。
その結果、遺伝子H、Rはいずれも、通常灌水(湿潤状態、通常の水やり)のものに比べると、水ストレス条件下(乾燥状態)で1回目、2回目、3回目と水ストレスの回数を重ねるごとに、蛍光強度が飽和するまでの増幅に要するサイクル数が多くなっていた。この結果は、水ストレスの回数を重ねるごとに遺伝子の発現量が低下していることを示している。また、遺伝子H、Rはいずれも、水ストレス1〜3回目のサンプル間の増幅に要するサイクル数の差異が大きかった。この結果は、発現量の低下度合いがばらついていることを示している。
(2) Difference in gene expression level due to moisture environment (dry / wet) Using the detected amount of actin gene expression as a reference amount, the number of cycles (Cq value) at which PCR of genes H and R reached a certain fluorescence intensity was used. Thus, the difference in gene expression level depending on the water environment (dry / wet) was compared.
As a result, the genes H and R are both first, second, third, and water stress times under water stress conditions (dry condition) compared to those with normal irrigation (wet condition, normal watering). Each time, the number of cycles required for amplification until the fluorescence intensity was saturated increased. This result shows that the expression level of the gene decreases as the number of water stresses is repeated. In addition, in both genes H and R, the difference in the number of cycles required for amplification between the first to third samples of water stress was large. This result shows that the degree of decrease in the expression level varies.
以上の結果、遺伝子Rの発現量比(「成葉(湿潤)」/「成葉(乾燥)」)は64.9、遺伝子Hの発現量比(「成葉(湿潤)」/「成葉(乾燥)」)は2.9となった。
つまり、成葉(乾燥)における遺伝子Rの発現量は、成葉(湿潤)における遺伝子Rの発現量の僅か1/64.9しかなく、成葉(乾燥)における遺伝子Hの発現量は、成葉(湿潤)における遺伝子Hの発現量の1/2.9しかないことが確認された。
よって、乾燥状態ではペリルアルデヒドの生合成末端経路が衰えていると考察された。
As a result, the expression ratio of gene R (“adult (wet)” / “adult (dry)”) was 64.9, and the expression ratio of gene H (“adult (wet)” / “adult) (Dry) ") was 2.9.
That is, the expression level of gene R in adult leaves (dry) is only 1 / 64.9 of the expression level of gene R in adult leaves (wet), and the expression level of gene H in adult leaves (dry) is It was confirmed that there was only 1 / 2.9 of the expression level of gene H in leaves (wet).
Therefore, it was considered that the biosynthetic terminal pathway of perillaldehyde was weakened in the dry state.
(3)まとめ
以上に説明したように、本発明によれば、植物から発せられる揮発性物質の濃度などをモニタリングすることによって植物の状態(例えば、植物体内の水分状態)を診断することができることが確認された。また、本発明によれば、栽培区域の揮発性物質に基づいて栽培区域全体の状態を俯瞰的に評価することができ、揮発性物質に基づく生体情報により的確な診断と栽培管理を導き出すことができ、且つ植物を生産する際に非破壊・非接触によるオンサイト計測を行うことができることが確認された。
(3) Summary As described above, according to the present invention, it is possible to diagnose the state of a plant (for example, the water state in the plant body) by monitoring the concentration of a volatile substance emitted from the plant. Was confirmed. Moreover, according to this invention, based on the volatile substance of a cultivation area, the state of the whole cultivation area can be evaluated in a bird's-eye view, and accurate diagnosis and cultivation management can be derived from biological information based on a volatile substance. It was confirmed that on-site measurement can be performed by non-destructive and non-contact when producing plants.
1 植物の診断装置
2 植物
3 区域
4 センサ
5 計測制御装置
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記モニタリングが、
前記区域において前記植物に非破壊・非接触で設けられたセンサによって、前記区域内における1つ以上の揮発性物質を検出する検出工程と、
前記検出工程で検出された揮発性物質に基づいて、前記センサが揮発性物質に関する分子情報をコード化し、計測制御装置に送信するコード化工程と、
前記コード化工程でコード化された分子情報に基づいて、前記計測制御装置が前記揮発性物質の種類を識別するための識別マップを作成する識別マップ作成工程と、を含むことを特徴とする植物の診断方法。 In an area where one or more plants to be tested are grown, the concentration of volatile substances emitted from the plants, the type of the volatile substances, the mixing ratio of the compounds contained as the volatile substances, and Monitoring at least one piece of positional information of the volatile substance in the area, diagnosing the state of the plant in the area ,
The monitoring is
A detection step of detecting one or more volatile substances in the area by a sensor provided in the area in a non-destructive and non-contact manner with the plant;
Based on the volatile substance detected in the detection step, the sensor encodes molecular information related to the volatile substance, and sends the information to the measurement control device;
An identification map creating step in which the measurement control device creates an identification map for identifying the type of the volatile substance based on the molecular information coded in the coding step. Diagnosis method.
前記センサによって検出された揮発性物質の濃度と、前記識別マップに基づいて識別された揮発性物質の種類と、前記揮発性物質として含有されている化合物の前記混合比率と、前記区域内における前記揮発性物質の位置情報のうちの少なくとも1つの情報を用いて前記区域内における植物の状態を診断する診断工程を含むことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の植物の診断方法。 The diagnosis is
The concentration of the volatile substance detected by the sensor, the type of the volatile substance identified based on the identification map, the mixing ratio of the compound contained as the volatile substance, and the mixture in the area The diagnostic process of diagnosing the state of the plant in the area using at least one piece of information of the position information of the volatile substance, according to any one of claims 1 to 3 . Plant diagnostic method.
前記モニタリング手段でモニタリングされた情報に基づいて前記区域内の植物の状態を診断する診断手段と、を有し、
前記モニタリング手段が、
前記区域において前記植物に非破壊・非接触で設けられたセンサによって、前記区域内における1つ以上の揮発性物質を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出された揮発性物質に基づいて、前記センサが揮発性物質に関する分子情報をコード化し、計測制御装置に送信するコード化手段と、
前記コード化手段でコード化された分子情報に基づいて、前記計測制御装置が前記揮発性物質の種類を識別するための識別マップを作成する識別マップ作成手段と、を有することを特徴とする植物の診断装置。 In an area where one or more plants to be tested are grown, the concentration of volatile substances emitted from the plants, the type of the volatile substances, the mixing ratio of the compounds contained as the volatile substances, and Monitoring means for monitoring at least one piece of positional information of the volatile substance in the area;
Have a, a diagnostic means for diagnosing the condition of the plant in the zone based on the information the is monitored by the monitoring means,
The monitoring means comprises:
Detecting means for detecting one or more volatile substances in the area by a sensor provided in the area in a non-destructive and non-contact manner with the plant;
Based on the volatile substance detected by the detection means, the sensor encodes molecular information related to the volatile substance and transmits the molecular information to the measurement control device;
Based on the encoded molecular information by the coding means, wherein the measurement control device characterized in that it have a, an identification map creating means for creating an identification map for identifying a type of the volatile substance Plant diagnostic equipment.
ことを特徴とする請求項6から請求項8のいずれか1項に記載の植物の診断装置。 The concentration of the volatile substance detected by the sensor, the type of the volatile substance identified based on the identification map, the mixing ratio of the compound contained as the volatile substance, and the mixture in the area The diagnostic means for diagnosing the state of the plant in the area by using at least one piece of information of the position information of the volatile substance. The method according to any one of claims 6 to 8 , Plant diagnostic equipment.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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