JPH11332375A - 植物の生育診断方法 - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
化を利用した、植の生育診断方法を提供する。 【解決手段】 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変化
をグラフ化し、得られたグラフの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に応じて、植物の生
育状態を診断する。
Description
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。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、特にクスノキを例にとって本発明を説明す
る。
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。
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。
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、直ちに植え代えるなどして、常に
生育状態を良好なものとする必要がある。
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、特開平4−216463号公報に
は、植物に励起光を照射して発生する蛍光強度を計測
し、一方、生育環境の違う同じ植物の蛍光強度のいくつ
かを予め求めておき、これらの蛍光強度のデータを比較
することでその生育状態を判断する方法が開示されてい
る。
させた植物を用意して、その蛍光強度の変化を予め求め
ておき、これと生育状態を判断すべき植物について求め
た蛍光強度の変化とを比較するのである。しかも、いず
れの場合も蛍光強度を求めるときは、一種の基準環境と
して炭酸ガス雰囲気を用いるのである。
物を各種環境下で生育させて得た多数の比較用の植物を
用意する必要があること、そしてそれらを一時的に炭酸
ガス雰囲気において蛍光強度を計測する必要があるこ
と、などから、実用的とは言えず、特に樹木のような大
型の植物の生育判断には適しない。
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。
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。
を診断する蛍光強度データの解析手法の1例を示すグラ
フであり、この場合にも最初暗所においた葉にレーザ照
射を行い、発生する蛍光の強度を測定している。図示例
は、グリーンホースラディッシュのデータであり、励起
光照射から蛍光強度の増加および減少に至る経過を曲線
で示している。図2の例にあっては、fmaxからfsまでの
蛍光強度の減少量(fd)を光合成量に関連する値として、
またRfd の大きさが葉の光合成活性を表すとして、この
ときの蛍光強度の減少率(Rfd値) をもって植物活性指標
とするというのである。かかる解析方法では、植物活
性、つまり生育状態は蛍光強度の最大値と最小値とによ
って決定され、その途中経過は問題とならない。
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。
な大型の植物の信頼性ある生育診断を可能とする実用的
な方法を提供することである。より具体的には、本発明
は、上述のKautsky 効果を利用した植物の活力の程度の
評価方法、つまり光合成の生起の程度に基づく一層精確
な植物の生育診断方法を提供することである。
題の解決のために種々検討を重ねた結果、前述のような
蛍光強度の減少率による診断法では、健全な生育状態か
ら極端に離れた状態のときにはその診断は容易である
が、蛍光強度の減少段階で見られる微妙な変化による生
育状態の微妙な状況あるいは近い将来における生育状態
の変化などについてはその判断ができないことを知っ
た。
つかの親木から葉を採取し、外観上からはその生育状態
が識別できないそれらの葉を試料葉として用いてLIF 法
によって蛍光強度を求め、そのグラフについて比較して
いたところ、蛍光強度の減少期間中のグラフの変化に一
つの傾向があることに着目した。
境条件の異なる( 生育時の光条件の異なる) 一連の葉の
蛍光強度の変化をグラフで示すものであるが、蛍光強度
の減少域においていわゆる曲線の変曲点の位置が大きく
異なっていることを知り、それぞれの試料葉の環境条件
が異なるものを対比したところ、両者間には一定の傾向
が見られ、したがって、葉の外観だけからは分からなく
ても、そのような変曲点の位置によって葉の光合成活
性、つまり親木の生育診断が可能となることを知り、本
発明に至った。
を照射し、発生する蛍光の強度を測定して、時間に対す
る蛍光強度の変化をグラフ化し、得られたグラフの蛍光
強度の減少線の変曲点を求め、該変曲点の出現時間に基
づいて、前記植物の生育を診断することを特徴とする植
物の生育診断方法である。本発明によれば、変曲点の出
現時間が早いときはそれだけ生育状態は良好と診断す
る。
光強度の計測装置の概要を図3に示す。図3の計測装置
により得られる葉からの蛍光強度の時間変化のグラフを
模式的に図4に示す。以下にあっては、樹木の生育判断
に、クスノキを例にとり、その葉を試料とする。
コントローラ10によって所定温度に保たれた水槽12の上
に設けた試料フォルダ14に載せる。一定時間暗所におい
てからレーザ発生装置16からの半導体レーザ(656.9nm)
による励起光18を試料の葉の表面に照射し、その際に生
じる葉からの蛍光を検出する。本例では、波長740 nmの
蛍光強度の測定を行った。干渉フィルタ20の特性によっ
て測定波長は変えることができる。このようにして得ら
れる検出結果は、ホトマルチプライヤー22を経て、マル
チディジタイザ24を経て、コンピュータ26に送られ、計
測蛍光強度が計算され、必要によりディスプレイ28に表
示される。このようにして得た計測値を時間軸に対して
プロットしてグラフ化する。このグラフ化したものをデ
ィスプレイ28に表示するようにしてもよい。
ラフから、励起光照射後24秒間の波長740 nm蛍光強度の
変化より、蛍光強度の減少する変曲点の出現時間を算出
することで、変曲点の出現時間が早ければそれだけ生育
状態を良好として、樹木の生育状態を診断できる。
光強度の時間的変化を示すグラフであり、これからも分
かるように蛍光強度は一旦最大値 (M) に達してから
は、時間経過とともに徐々に減衰してゆく。
5 秒間にピークが二つ出現するが、このようにピークが
いくつ出現しても、また、最初のピークが最大値をとっ
ても、本発明の場合には、蛍光強度の減衰期間の曲線、
つまり減衰曲線を対象として解析するから、最後のピー
クが出現してからの減衰曲線について変曲点を求め、そ
れに基づいて生育診断を行う。
線における変曲点の求め方とそれによるクスノキの生育
診断解析方法を図示例に基づいて以下に具体的に示す。
まず、図3の装置を使い、すでに説明した操作によって
診断対象となるクスノキの葉についてレーザ照射を行い
蛍光強度を測定する。このときに得られた蛍光強度の時
間に対する変化が図4に示すようなグラフとして得られ
たとする。
最大値Mの出現する時点で、0〜5秒間と5〜24秒間の
波形に分離する。 最大値Mが達成された後の曲線、つまり減衰期間から
定常状態に至る5〜24秒間の波形を3次式で近似し、以
下の計算で(1) 式のa〜dの値を得る。なお、このとき
5〜24秒の間の波形を対象とする理由は、この区間が最
も生育状態による違いが分かるからである。
Yとすると、 Y=aX3 +bX2 +cX+d ・・・ (1) ただし、a≠0 (1)式を2次微分する。
あるから、 6aX+2b=0 X=−b/3a ・・・ (3) 。
合成の過程には何ら関連しないが、蛍光強度の減衰の傾
向を数学的に把握するには有効であって、したがって、
この時間(X) さらには時間(X) とそのときの減少曲線の
形状、つまりaの符号の相対的比較によっても、生育状
態が診断できるのである。
は、葉のチラコイド膜を介した高エネルギー状態や、色
素間エネルギー転移効率の変化などに影響される区間で
あって、変曲点の位置とこの区間とがほぼ一致すること
から、変曲点の時間(X) を比較することは、そのような
エネルギー状態や転移効率の変化の量的大小の比較をす
ることであり、これにより生育状態を診断することがで
きるのである。
一層正確にするためには、予め生育状態の異なる多種類
の葉のデータを蓄積しておき、それと比較することによ
り、診断結果の信頼性をより高めることができる。
は、まず、診断すべき親木から葉を採取し、外観上から
はその生育状態が識別できないそれらの葉を試料葉とし
て用いて前述の操作によりLIF 法によって蛍光強度を求
め、次いで、その減少曲線の変曲点を求め、そして照射
開始時からの変曲点の時間を求める。
態の相違による基準変曲点時間と、上述のようにして求
めた変曲点の時間とを比較し、最も近い基準変曲点時間
に相当する生育状態を当該親木の生育状態であると診断
するのである。
つかの葉に生育状態の相違に対応するように前もって光
照射量を変えて光照射しておいた試料葉を用意して予め
求めておいてもよく、あるいは、生育状態の異なる各種
親木から代表的な葉を採取してそれらについて予め求め
ておいてもよい。
ータはより多くのデータを蓄積することにより、また絶
えずデータを更新することにより、診断結果は一層正確
になる。
葉について光照射量、つまり図示例では遮光率を変えて
生育状態が相違する試料葉を用意し、これによって基準
変曲点時間を求めたものである。
クスノキにおいて、前述の式(3) の値を求め、これを比
較した結果、生育状態が悪くなるに従い大きな値をと
り、以下の条件で生育状態の診断ができる。
≠0、a<0のとき、X<12ならば、生育状態良好。a
≠0、a<0のとき、X≧12ならば、生育状態不良。た
だし、屋外で生育したクスノキの計測結果では、気温の
低い時期には、生育状態の良否に関わらず、前述の式
(3) の値は低くなる。
キを用い、本発明の効果を確認したが、その他、ヤマモ
モについても同様の効果がある。もちろん、樹木に限ら
ず、植物一般にもその効果は期待される。
は、LIF 法による葉の蛍光強度計測値において、最も良
く植物の生育状態が検出できる計測時間範囲を特定し、
その範囲内での蛍光の変化を数値で表した結果、その生
育状態を評価することができるのであり、したがって、
本発明によれば、植栽樹管理の簡略化をはかることがで
き、専門業者によることなく、生育状態の判断が可能と
なり、樹木管理コストの削減につながる。
る。
析手法の一例を示すグラフである。
る。
示すグラフである。
たクスノキのLIF 計測値における変曲点出現時間の違い
を示すグラフである。
Claims (2)
- 【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変化
をグラフ化し、得られたグラフの蛍光強度の減少線の変
曲点を求め、該変曲点の出現時間に基づいて、前記植物
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。 - 【請求項2】 前記変曲点の出現時間が早いほど生育状
態を良好と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。
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JP2010246488A (ja) * | 2009-04-17 | 2010-11-04 | Ehime Univ | 光合成活性評価プログラムおよび光合成活性評価装置 |
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1998
- 1998-05-21 JP JP14003198A patent/JP2943796B1/ja not_active Expired - Lifetime
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