分光学的手法による水稲の光合成とその関連形質の簡易・迅速推定法の開発

光合成やその関連形質の実測に多大な労力を要することは光合成能力に着目した作物育種を進めていく上でのボトルネックとなる。本研究では遠隔計測により取得した個葉の分光学的情報と多変量回帰モデルを駆使し、光合成およびその関連形質の簡易迅速かつ非破壊で推定する手法を開発する。水稲の栽培は東北農業研究センター圃場にて行った。品種、栄養状態、時期に関わらず対象形質の幅広い推定モデルを作成することを意図し、普及・業務用米の4品種を対象に窒素に関して無窒素、標肥、多肥区を設けて栽培を行い、光合成測定および関連形質測定用のサンプリングについては出穂期前の7月下旬、登熟期にあたる9月中旬の2回行った。上位完全展開葉について光合成測定装置LI-6400による光-光合成応答曲線の作成を行った後、同じ葉について携帯型分光器により450～1000nmの分光反射・透過・吸光計測を行った。取得したデータの2/3をトレーニング用、1/3をテスト用データとした。光-光合成曲線のパラメータを目的変数、分光データを説明変数としてleave-one-out交差検証法により部分最小二乗(PLS)回帰モデルを作成し、テストデータによる検証を行った。光-光合成曲線のパラメータのうち、最大光合成速度および光-光合成曲線の初期勾配で表される光合成量子収率について、それぞれ決定係数が0.78および0.52と一定精度の推定が可能であった。また説明変数として使用する分光データは反射、透過よりも吸光で最も推定精度が高かった。パラメータのうち暗呼吸速度と曲線の凸度に関しては本手法による推定は困難と思われた。

光合成やその関連形質の実測に多大な労力を要することは光合成能力に着目した作物育種を進めていく上でのボトルネックとなる。本研究では遠隔計測により取得した個葉の分光学的情報と多変量回帰モデルを駆使し、光合成およびその関連形質の簡易迅速かつ非破壊で推定する手法を開発する。水稲の栽培は東北農業研究センター圃場にて行った。品種、栄養状態、時期に関わらず対象形質の幅広い推定モデルを作成することを意図し、普及・業務用米の4品種を対象に窒素に関して無窒素、標肥、多肥区を設けて栽培を行い、光合成測定および関連形質測定用のサンプリングについては出穂期前の7月下旬、登熟期にあたる9月中旬の2回行った。上位完全展開葉について光合成測定装置LI-6400による光-光合成応答曲線の作成を行った後、同じ葉について携帯型分光器により450～1000nmの分光反射・透過・吸光計測を行った。取得したデータの2/3をトレーニング用、1/3をテスト用データとした。光-光合成曲線のパラメータを目的変数、分光データを説明変数としてleave-one-out交差検証法により部分最小二乗(PLS)回帰モデルを作成し、テストデータによる検証を行った。光-光合成曲線のパラメータのうち、最大光合成速度および光-光合成曲線の初期勾配で表される光合成量子収率について、それぞれ決定係数が0.78および0.52と一定精度の推定が可能であった。また説明変数として使用する分光データは反射、透過よりも吸光で最も推定精度が高かった。パラメータのうち暗呼吸速度と曲線の凸度に関しては本手法による推定は困難と思われた。