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

基于光系统反应速率的各种光谱分布下光合速率估计方法的发展

• 批准号: 14J09372
• 负责人: 村上 貴一
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J09372/
• 关键词: 光合成; 電子伝達; 光化学系II; 光化学系I; 光質; クロロフィル蛍光; P700; PSII; PSI; エマーソン効果; チラコイド反応

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。

The purpose of this study is to irradiate leaves with light quality (spectroscopic light quantum beam density distribution)から, fast, easy, かつ non-contact で叶のphotosynthetic speed を estimated する technique を开発 することにより, environment Plant cultivation under regulated conditions and light irradiation have contributed to the improvement of light environment regulation technology.このObject Achievement するため、Photosynthesis におけるLight Utilization Reaction Center な抜で を Fruit たす Department of Photochemistry II および Department of Photochemistry I へのOrigin of Light エネルギQuantitative method of distribution and allocation of each departmentーのThe use of を mechanism's に explanation and す る mathematical モデルを production す る こ と を test み た.まず、This study is about irradiation using a combination of two types of narrow-wavelength light, and the measurement of the spectroscopic reflection and transmission characteristics of leaves Kazuo and the Department of Photochemistry shared the proposal and implementation of a non-destructive quantitative method.そして, each department of photochemistry, に お け る light utilization を performance し た mathematical モ デ ル を examination case し quantification し たThe distribution characteristics are based on the photosynthetic electrons in the leaves and the speed of the electrons is estimated, and the measured values are compared and verified. The results of the integration of the previous reports and the previous reports The reason for this is that the appropriateness of the method used in this study is not clear.また、The purpose of this study is the derivation of the し、The distribution of the motivation エネルギーConsider the することなく、The light quality of the certain の光のみをThe problem points of the now popular photosynthetic speed evaluation technique are shown in the paper, and the improvement methods are proposed.しかしながら、Quantitative method assigned by the photochemistry department and the の検证に、I think the above time is necessary したThis study proposes a method for estimating the speed of photosynthetic electrons and evaluating its generalization performance.すなわち, any light quality, species, cultivation, ステージの叶に対してもThis technique is applicable to であることをshow すには to っていない.

项目成果

Light- and CO2-dependent systemic regulation of photosynthesis, in "Progress in Botany"

光合作用的光和二氧化碳依赖性系统调节，见“植物学进展”

• 发表时间: 2016
• 作者: Ryo Matsuda;Keach Murakami
• 通讯作者: Keach Murakami

A Basis for Selecting Light Spectral Distribution for Evaluating Leaf Photosynthetic Rates of Plants Grown under Different Light Spectral Distributions

评价不同光谱分布下植物叶片光合速率选择光谱分布的依据

• DOI: 10.2525/ecb.55.1
• 发表时间: 2017
• 期刊: Environment Control in Biology
• 作者: Keach Murakami;Ryo Matsuda;Kazuhiro Fujiwara
• 通讯作者: Kazuhiro Fujiwara

A difference in net photosynthetic rate between leaves grown with and without far-red light depends on the spectral distribution of measuring light

使用和不使用远红光生长的叶子之间的净光合速率差异取决于测量光的光谱分布

• 发表时间: 2015
• 作者: Murakami Keach;Matsuda Ryo;Fujiwara Kazuhiro
• 通讯作者: Fujiwara Kazuhiro

Interaction between the spectral photon flux density distributions of light during growth and for measurements in net photosynthetic rates of cucumber leaves

生长过程中光的光谱光子通量密度分布与黄瓜叶片净光合速率测量之间的相互作用

• DOI: 10.1111/ppl.12421
• 发表时间: 2016
• 期刊: Physiologia Plantarum
• 影响因子: 6.4
• 作者: Keach Murakami;Ryo Matsuda;Kazuhiro Fujiwara
• 通讯作者: Kazuhiro Fujiwara

Non-destructive estimation of light energy distribution between photosystems

光系统之间光能分布的无损估计

• 发表时间: 2016
• 作者: Keach Murakami;Ryo Matsuda;Kazuhiro Fujiwara
• 通讯作者: Kazuhiro Fujiwara