生物情報計測学 第7回　植物の生育・水分状態の計測.

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1 生物情報計測学 第7回　植物の生育・水分状態の計測

2 光合成色素 色素 含有植物 吸収波長 クロロフィルa クロロフィルb クロロフィルc クロロフィルd 全植物 高等植物・緑藻類
褐藻類・珪藻類 紅藻類 赤，紫～青 フィコシアニン ラン藻類・紅藻類 橙～赤 フィコエリトリン 緑 カロチノイド　　 （カロチン） （キサントフィル） 青，緑

3 個葉における光のゆくえ 葉緑体は光合成の場で、チラコイドでは光エネルギーの取り込みや水の分解が、ストロマでは二酸化炭素を取り込んで炭水化物の合成が起こる。 H2Oの取り込み 表面反射 入射 内部反射 吸収 CO2の取り込み Ｈ2Ｏの放出 透過 気孔：イネで約300個/mm2

4 植物群落における光のゆくえ 入射：100 反射率：ｒ α=100 – r – τ+（0.01rs×τ） 吸収率： α 土壌面で反射した比率
                                  吸収されない 吸収率： α 土壌面で反射した比率 透過率： τ 土壌面反射率：rs 反射 （Reflectance : R） 透過 (Transmittance :T) 吸収(Absorption : A)

5 光合成色素の吸収スペクトル （ＢＩＤＷＥＬＬ，1979）
（-・-・-） 光合成色素の吸収スペクトル （ＢＩＤＷＥＬＬ，1979） 植物色素の光選択吸収性

6 イネの葉に含まれる光合成色素による吸収率（1枚の葉の吸収率に対する各色素の寄与率を表わす） （ＩＮＡＤＡ、1980）
緑色で反射率大 反射率 透過率 近赤外域で 反射率大 イネの葉に含まれる光合成色素による吸収率（1枚の葉の吸収率に対する各色素の寄与率を表わす） （ＩＮＡＤＡ、1980）

7 葉緑素計（ＳＰＡＤ-502） イネの葉に含まれている葉緑素量を、葉をいためることなく簡単に測定できます。

8 複層葉におけるスペクトルと反射率との関係
9枚 ダイズ 近赤外域における反射率の増加 1枚 反射率（％） 可視域における反射率の維持 波長（nm） 複層葉におけるスペクトルと反射率との関係

9 ダイズのSLW（面積重）の積算値と反射率との関係
1100nm ダイズ 波長により，SLWの積算値が異なる 反射率（％） 750nm 近赤外域 拡散反射光の増加 枚 SLW（面積重）の積算値 ダイズのSLW（面積重）の積算値と反射率との関係

10 葉緑素値の異なる複層葉の分光反射特性 Leaf A：低い葉緑素値 Leaf B：高い葉緑素値 1 2 1 2 入射光 反射光 上層葉 下層葉
反射率（％） 入射光 反射光 1 波長（nm） Leaf A：低い葉緑素値 上層葉 下層葉 Leaf B：高い葉緑素値 2 反射率（％） 1 Leaf B：高い葉緑素値 上層葉 下層葉 2 Leaf A：低い葉緑素値 可視域 　上層葉のスペクトルに依存 近赤外域 　複層葉のスペクトルに依存 波長（nm） 葉緑素値の異なる複層葉の分光反射特性

11 SLW（面積重）と近赤外域の反射率との関係
サツマイモ ダイズ クワ SLWが同じでも近赤外域の反射率が異なる→葉内の組織構造などが拡散反射に影響 反射率（％） SLW（面積重）と近赤外域の反射率との関係

12 ダイズ群落における分光反射率の推移 近赤外域 高 低 可視域 低 高 低 高 近赤外域 可視域 葉面積指数 葉面積の増減による反射率の変化
反射率（％） 可視域 可視域 クロロフィル含量の増減による反射率の変化 低 高 低 高 波長（nm） 測定日 ダイズ群落における分光反射率の推移

13 反射率850nmと反射率650nmの比と葉面積指数の関係
従来は，解体調査により求めていた葉面積指数 　　　　　　　　　　　　　　↓ ２つの波長（850nm, 650nm）を測定することにより，非破壊的手法により推定が可能と 繁茂 葉面積指数：4.7 葉面積指数 850nmと650nmを測定 比率を計算：20 疎 反射率850nmと反射率650nmの比と葉面積指数の関係

14 葉内水分量の異なる葉における反射率の変動
水分の吸収域 乾燥 反射率（％） 湿潤 緑葉の反射率と水の吸収率 波長（nm） 葉が乾燥（水分が減少する） 　　　↓ 近赤外域では反射率が増加 水分の吸収域 反射率（％） 波長（nm） 葉内水分量の異なる葉における反射率の変動

15 1496nmの反射率（％）と葉内水分量の関係 波長と決定係数の関係 重相関係数（Ｒ） 波長 葉内水分量 反射率（1496nm） 1496nm
決定係数が低い 波長 波長と決定係数の関係 10 mg/cm2 葉内水分量 38% 反射率（1496nm） 1496nmの反射率（％）と葉内水分量の関係

16 葉内水分量を推定するために選択された波長と重相関係数・標準誤差（ダイズの場合）
選択された波長（nm） 重相関係数（Ｒ） 標準誤差

17 非破壊分析法の概念 大型試料の反射スペクトル測定装置
透過法　　　　　　反射法

18 農業分野での近赤外分光法の利用