光化学系の反応速度に基づく種々の分光分布下の光合成速度推定法の開発

本研究の目的は、葉へ照射された光の光質 (分光光量子束密度分布) から、迅速、簡易、かつ非接触で葉の光合成速度を推定する手法を開発することにより、環境調節条件下における植物栽培での光照射および光環境調節技術の向上に貢献することである。この目的を達成するため、光合成における光利用反応で中心的な役割を果たす光化学系IIおよび光化学系Iへの光由来の励起エネルギーの分配を定量化する手法を開発し、各系に分配された励起エネルギーの利用を機構的に説明する数理的モデルを作成することを試みた。まず、本研究では、２種類の狭波長帯光の組合せ照射のもとで、葉の分光反射・透過特性を計測することにより、光化学系間での励起エネルギー分配を非破壊的に定量化する手法を提案し、その検証を行った。そして、各光化学系における光利用を機構的に表現した数理的モデルを考案し、定量化した分配特性に基づいて着生葉の光合成電子伝達速度を推定し、実測値との比較検証を行った。いずれの検証実験とも、既往の報告および実測値と整合的な結果が得られており、本研究で開発した手法の妥当性を示唆している。また、本研究の目的から派生し、励起エネルギー分配を考慮することなく、一定の光質の光のみを使用する、現在普及している光合成速度評価手法の問題点を実験的に示し、その改善方法を提案した。しかしながら、光化学系間での励起エネルギー分配の定量手法の検証に、予想以上の時間を要したため、本研究で提案した光合成電子伝達速度の推定手法の汎化性能の評価は十分になされていない。すなわち、任意の光質・種・成育ステージの葉に対しても本手法が適用可能であることを示すには至っていない。

本研究の目的は、葉へ照射された光の光質 (分光光量子束密度分布) から、迅速、簡易、かつ非接触で葉の光合成速度を推定する手法を開発することにより、環境調節条件下における植物栽培での光照射および光環境調節技術の向上に貢献することである。この目的を達成するため、光合成における光利用反応で中心的な役割を果たす光化学系IIおよび光化学系Iへの光由来の励起エネルギーの分配を定量化する手法を開発し、各系に分配された励起エネルギーの利用を機構的に説明する数理的モデルを作成することを試みた。まず、本研究では、２種類の狭波長帯光の組合せ照射のもとで、葉の分光反射・透過特性を計測することにより、光化学系間での励起エネルギー分配を非破壊的に定量化する手法を提案し、その検証を行った。そして、各光化学系における光利用を機構的に表現した数理的モデルを考案し、定量化した分配特性に基づいて着生葉の光合成電子伝達速度を推定し、実測値との比較検証を行った。いずれの検証実験とも、既往の報告および実測値と整合的な結果が得られており、本研究で開発した手法の妥当性を示唆している。また、本研究の目的から派生し、励起エネルギー分配を考慮することなく、一定の光質の光のみを使用する、現在普及している光合成速度評価手法の問題点を実験的に示し、その改善方法を提案した。しかしながら、光化学系間での励起エネルギー分配の定量手法の検証に、予想以上の時間を要したため、本研究で提案した光合成電子伝達速度の推定手法の汎化性能の評価は十分になされていない。すなわち、任意の光質・種・成育ステージの葉に対しても本手法が適用可能であることを示すには至っていない。