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Jul 18, 2023

旋光計を用いた植物の生育状態の光学的モニタリング

Scientific Reports volume 12、記事番号: 21841 (2022) この記事を引用 1426 アクセス 1 Altmetric Metrics の詳細 旋光計は、豊富な情報を使用する強力な特性評価手法です。

Scientific Reports volume 12、記事番号: 21841 (2022) この記事を引用

1426 アクセス

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

偏光測定は、偏光を含む電磁波からの豊富な情報を使用する強力な特性評価手法です。 旋光計によって得られる豊富な情報を利用して、がんや腫瘍の診断などの生物医学分野で積極的に研究されています。 農業における偏光測定の重要性と可能性にもかかわらず、生きた植物の偏光測定は十分に研究されていません。 ストークス偏光イメージング システムは、葉を通過する光の偏光状態とレタスの成長状態の間の相関関係を決定するために構築されました。 円偏光に関連するストークス パラメーター s3 は時間の経過とともに増加し、レタス苗の成長と強く相関していました。 統計分析では、s3 の分布は一般化極値 (GEV) 確率密度関数に従いました。 塩ストレスは植物の成長を遅らせ、処理された塩化ナトリウム（NaCl）の濃度はGEVの位置パラメータμと負の相関を示しました。 ここで報告された明確な相関関係により、生きている植物の偏光測定の可能性が開かれ、植物の健康状態をリアルタイムで監視できるようになります。

材料によって屈折、反射、または回折される光の偏光状態は、材料の特性によって異なります。 光学偏光測定は、光の偏光状態の変化を測定して解釈することにより、材料の物理的または化学的特性を分析するために使用されます1。 エリプソメトリーは、偏光状態を測定することによって材料の特性を評価するために使用されるよく知られた技術の 1 つです。 偏光測定の多用途性は、有機化合物や無機化合物などの物体に限定されず、生体 (臓器、組織、細胞など) にも使用できます。 旋光計を使用した生物医学診断は、この分野で最も活発に研究されている技術の 1 つです2、3、4、5。 ポラリメトリック生物医学診断の大きな利点は、非接触でリアルタイムの測定であることです。 たとえば、ミュラー偏光計光ファイバーはがんの診断に使用されます4。

同じ理由で、生きた植物の診断は農業にとって有望な技術です。 一方、生きた植物に対する偏光技術に関する研究はほとんどありません6、7、8、9、10、11、12、13。 偏光測定では、特定の光の波長における電磁波の振幅だけでなく、位相情報も使用されます1。 したがって、電磁場の振幅のみを使用する従来のハイパースペクトル解析よりも植物に関するより多くの情報を提供できます14、15、16、17、18、19、20、21、22。 偏光方位角や楕円率など、偏光測定から多くのパラメータを取得できます。 しかし、これまでの研究のほとんどは、植物の状態を監視するために脱分極情報のみを使用することに限定されていました6、8、12、13。 したがって、植物の状態と光の偏光状態との間の正確な相関関係はまだ明らかにされておらず、未解決の問題のままである。

現在、一部の植物は、一年中収穫できるように、光、温度、湿度が人工的に制御された管理された環境（温室や植物工場など）で生育しています。 一方、植物は制御された環境でも異なる成長をする可能性があるため、監視技術を開発する必要があります。 偏光状態と植物の成長との相関関係を調べるために、ストークス偏光イメージング システムが構築されました。 ストークス画像システムを使用して、レタスの葉を通過する光の偏光状態が記録され、分析されました。 レタス (Lactuca sativa L.) が主題として選ばれたのは、レタスが世界中で栽培され消費されている最も人気のある葉物野菜の 1 つであるためです23。 この論文では、植物の成長と偏光状態の間に強い相関関係があることが示され、植物モニタリングのための偏光測定の実現可能性が証明されました。