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。

本研究的目的是开发一种根据照射到叶子上的光的光质量（光谱光子通量密度分布）来快速、轻松、非接触地估计叶子的光合速率的方法。为植物栽培中光照射和光环境控制技术的提高做出贡献。为了实现这一目标，我们开发了一种方法来量化光系统 II 和光系统 I 中光激发能的分布，这两个系统在光合作用的光利用反应中发挥着核心作用，我们试图创建一个数学模型来机械地解释其用途。的激发能。首先，在本研究中，我们将通过测量两种窄波长带光联合照射下叶片的光谱反射和透射特性，无损地量化光系统之间的激发能量分布。我们提出了一种方法并进行了验证。然后，他们设计了一个数学模型，机械地表达了每个光系统中光的使用情况，根据量化的分布特征估计了附生叶片的光合电子转移率，并将其与实际测量结果进行了比较。在两次验证实验中，获得的结果与过去的报告和实际测量结果一致，表明了本研究方法的有效性。此外，从本研究的目的出发，我们将通过实验证明目前流行的光合作用速率评估方法仅使用一定质量的光而不考虑激发能量分布的问题，并提出一种方法。然而，由于验证量化光系统之间激发能量分布的方法花费的时间比预期要长，因此本研究提出的估计光合电子转移速率的方法的泛化性能尚未得到充分评估。换句话说，尚未表明本方法适用于任何光质量、物种或生长阶段的叶子。

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

サンプルサイズ（n）の検定力分析による決定 ―グロースチャンバでの植物栽培試験での例―

通过功率分析确定样本量 (n) - 生长室中植物栽培试验的示例 -

• 发表时间: 2016
• 作者: Keach Murakami;Ryo Matsuda;Kazuhiro Fujiwara;村上 貴一・松田 怜・富士原 和宏
• 通讯作者: 村上 貴一・松田 怜・富士原 和宏

栽培中の遠赤色光添加は栽培後の葉の光合成速度を小さくするのか？

栽培时添加远红光是否会降低栽培后叶片的光合速率？

• 发表时间: 2015
• 作者: Tachibana RO;Takahasi M;Hessler NA;Okanoya K;村上 貴一・松田 怜・富士原 和宏
• 通讯作者: 村上 貴一・松田 怜・富士原 和宏