In situ-embed sensor for the monitoring of internal mass transfer in plant body

用于监测植物体内内部传质的原位嵌入式传感器

基本信息

批准号：
22K19177
负责人：
高山弘太郎
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

高精度な環境制御が可能な太陽光植物工場の生産性向上のためには，植物の生体情報計測とそれに基づいた栽培環境の適切な制御（Speaking plant approach）が不可欠になりつつある。本研究では，イオン濃度の面的分布のリアルタイム計測が可能なイオンイメージングセンサ技術を応用して，超小型イオンイメージングセンサを植物体内に挿入(embed)し，植物体内の物質移動を直接(in situ)モニタリングする技術を開発する。この技術が開発されれば，これまで極めて困難であった植物体内における物質移動のダイナミクス（物質種の大まかな同定，移動の向きと速度）を明らかにするキーテクノロジになるものと期待される。本年度は，植物体内差し込み用イオンイメージングセンサの動作検証，センサ装着後の植物体を対象とした高精度生体情報計測の動作検証を行った。具体的には，3mm×1mm(厚さ0.3mm)の領域に128×32ピクセルのセンサ素子を有するイオンイメージングセンサを植物体（茎側面）に挿入するためのプロトコルを確立し，センサー挿入後のセンシングデータの可視化が可能であることを確認した。また，従来の開放型光合成蒸散リアルタイムモニタリングシステムを植物１個体レベルでの計測が可能なシステムとして改良し，半閉鎖型光合成蒸散モニタリングシステムとして再構築した。これを用いて１個体レベルでの光合成蒸散の光環境応答のモニタリングを行うとともに，光合成速度・蒸散速度の光環境応答モデルを試作した。

为了提高可以提供高精度环境控制的太阳能工厂工厂的生产率，它对于衡量植物的生物学信息并适当控制基于它们的培养环境变得至关重要。在这项研究中，我们将应用一种离子成像传感器技术，该技术允许对离子浓度的表面分布进行实时测量，并开发一种涉及将超紧凑型离子成像传感器插入植物并直接监测工厂内的质量转移的技术。如果开发了这项技术，预计它将成为一项关键技术，它将揭示植物内传质的动态，到目前为止，这非常困难（对材料物种，方向和移动速度的粗略识别）。今年，我们验证了离子成像传感器的操作以插入植物中，并验证了连接传感器后植物上高精度生物学信息测量的操作。具体而言，建立了一项协议，用于将带有128 x 32像素传感器元件的离子成像传感器插入3mm x 1mm（厚度0.3mm）区域中（茎的侧面）（茎的侧面），确认在插入传感器后可以可视化感测数据。此外，常规的开放型光合蒸发实时监测系统已被改进为可以在单个工厂水平上进行测量的系统，并已被重建为半固定的光合蒸发监测系统。使用此过程，我们监视了一个个体水平的光合作用蒸发的轻度环境响应，并创建了光合作用和蒸发速率的原型模型。