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LED 誘起蛍光法による植物葉とミドリムシの光合成活性の測定
増田 健二 1，竹本 裕之 1,2（静岡大学

1 技術部，2 グリーン科学技術研究所）

M Kenji Masuda1, Hiroyuki Takemoto1, 2:
Photosynthesis activity measurement of vegetation leaves and euglena using LED-induced fluorescencemethodWe have developed a LED-induced fluorescence method for measuring photosynthetic activity without damaging plants.

Theultraviolet or visible laser light used in conventional methods to measure the chlorophyll fluorescence spectrum of plant leaves candecrease the photosynthetic reaction of the plants due to the heat generated, making it impossible to accurately measure thephotosynthetic activity. With the current method that we present here when LED light passes through a hot mirror and a cyan filter,
far-red light and near-infrared light with wavelengths longer than 620 nm are cut. This prevents heat generation by near-infrared lightand the inactivation of phytochromes involved in photosynthesis by far-red light around 730 nm. In addition, since there is no influenceon the absorption region of chlorophyll (570 nm to 680 nm), the fluorescence spectrum of chlorophyll with peaks at 685 nm and 740 nm
can be obtained. Since the amount of chlorophyll can be measured accurately without reducing the photosynthetic reaction of plantleaves, photosynthetic activity can be diagnosed with high accuracy. We show an application of the method to diagnose thephotosynthetic activity of Euglena by measuring the fluorescence spectrum and absorption spectrum.

カットしている。緑色の葉では、685 nm と 740 nm に

1. はじめに
これまでのクロロフィル蛍光の解析手法は、レーザピークを持つ Chla 蛍光スペクトル（緑線）が検出され

ー誘起蛍光 (Laser-Induced Fluorescence：LIF) 法により、ます。また、ミドリムシの Chlb 蛍光のピークは 685 nm

植物葉のクロロフィル蛍光スペクトルを測定している。の赤い点線である（Fig.1）。

レーザー光を植物葉に照射するとその熱のため、植物の光合成反応は衰退し、F740 蛍光ピーク値は小さくなって

3. 葉色別の SPAD と Chla 蛍光スペクトルの比較いく、このため正確な測定ができなかった。本研究では植植物葉の光合成反応の活性化の診断のために考案され物にダメージを与えることなく、光合成活性を測定できるた の が 葉 緑 素 計 （ SPAD: Soil and Plant Analyzer

1)

LED 誘起蛍光法を開発した 。本技術では、熱がでないDevelopment）である。SPAD 値によりクロロフィル濃（赤外線カット）LED を照射するため、植物葉の光合成活度の推定も可能となっている。Fig.1 の青線のような性を衰退させることなく、クロロフィル含量の定量的な測定ができ、精度が高い光合成活性の診断が可能となった。
これまで、ミドリムシのクロロフィル b （以降 Chl b）蛍光は、UV 又は可視光レーザーをミドリムシに照射するレーザー誘起蛍光法で測定されている。また今回は、技術開発した LED 誘起蛍光法をミドリムシの光合成活性の測定に応用した。
2. LED 誘起蛍光法
LED 誘導蛍光法の光源（青線）は、LED 光（破線）をホットミラー（675nm～NIR カット）とシアンフィ

Fig. 1 LED-induced fluorescence method: green leaves

ルター（620～725nm カット）に通すことで赤外線を(green line), greenfly (red dotted line)

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生理学・生物学技研報2023

620nm より長波長側をカットした LED 光で誘起する

4. ミドリムシの Chlb 蛍光強度と吸収率と 685nm と 740nm にピークのある Chla 蛍光が検出でミドリムシは光合成色素として Chlb を持ち、光合成きる（Fig.2）。光化学系 II（PSII）の Chla に集められ反応を行い、二酸化炭素を還元し、酸素を生成する。

た誘起エネルギーは、光合成に利用されない場合、ほまた、ミドリムシ特有の多糖類であるパラミロンと、とんどが熱として放散され、ごく一部が F685 蛍光と細胞内貯蔵物質である油脂を生成する。ミドリムシのして PSII から放射される。
740nm にピークを持つ Chla

Chlb 蛍光強度スペクトルの濃度依存性は、培養液の蛍光は、活発な光合成の際に PSI の Chl から放出され20%希釈液（乾燥重量 3.82 mg/m ）を用いて測定した。

る。LED により光合成有効放射強度（Photosynthetically

F685 蛍光強度値は、684.5 nm から 685.4 nm までのActive Radiation, PAR）が 350 µ mol m s 程度の適切な0.1 nm の波長間隔の 1 nm あたりの合計値である。ミ強度光を照射すると、光合成反応が起こる。SPAD 値

ドリムシは 685 nm に Chlb 蛍光強度ピーク値を持ち、が同じくらいの値に偏らないように 40 枚の葉を選び、ミドリムシの濃度が高くなるほど増加する（Fig.4 (a)）
。

SPAD 値と Chla 蛍光を測定した。Fig.3 は、横軸に SPAD

横軸はミドリムシの濃度、主軸は Chlb 蛍光強度値、第値、主軸に F740 (739.5-740.4nm) と F685 の蛍光ピーク値、2 軸は赤色吸収率である。ミドリムシの濃度と Chlb 蛍

2 軸に正規化植生指数（NDVI）を示したグラフである。

光強度値(▲)、赤色吸収率(●)はともに 0.99 以上の高い

SPAD 値と F740 蛍光 peak 値(●)の相関係数が 0.926 と相関を示した。ミドリムシの濃度が高くなると、F685高い相関を示した。SPAD 値と NDVI(▲) もよい相関

蛍光強度値（▲）および赤色吸収率（●）はほぼ同じ(R=0.843)を示す。このことから、光合成活性は Chla 含量割合で増加した（Fig.4 (b)）
。このことから、ミドリムに由来し、PSⅠから発する F740 蛍光強度値から判断が可

シの光合成活性は、Chlb が吸収した誘起エネルギー量能であることが分かる。光合成に使用されずに PSⅡから放（赤色吸収率）に由来し、蛍光強度値から診断できる。

-2 -1

出される F685 蛍光 peak 値(◆)には SPAD 値との間に相関関係が見られない。

Fig.2 Chla fluorescence spectra by leaf color

Fig.4 Fluorescence intensity values of euglena (a) Fluorescenceintensity spectrum (b) Concentration dependence of fluorescenceintensity values.
参考文献
Fig.3 Comparison of SPAD values with Chla fluorescencepeak values and NDVI1) 増田健二（2022）静岡大学技術報告 27 31-34 （URL,
http://doi.org/10.14945/00028636）

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