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JP4813327B2 - Photosynthesis sample evaluation method and photosynthesis sample evaluation program - Google Patents
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JP4813327B2 - Photosynthesis sample evaluation method and photosynthesis sample evaluation program - Google Patents

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Description

本発明は、光合成サンプルの評価方法及び光合成サンプルの評価プログラムに関するものである。   The present invention relates to a photosynthesis sample evaluation method and a photosynthesis sample evaluation program.

従来から、環境中に存在する未知化学物質の生物に対する影響を評価する方法として、細菌、藻類等の生物個体に対する生育阻害を検査する生物学的な毒性検査「バイオアッセイ」が用いられている。このバイオアッセイの一つとして、遅延蛍光を用いる手法が知られている。例えば、下記非特許文献1には、遅延発光計測前に暗中で2時間放置した試料と放置しない試料とで遅延発光の発光パターンが変化すること、及び、遅延発光計測前に照射する光の波長を変更した場合に遅延発光の発光パターンが変化することが開示されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for evaluating the influence of unknown chemical substances existing in the environment on living organisms, a biological toxicity test “bioassay” for examining growth inhibition of living organisms such as bacteria and algae has been used. As one of the bioassays, a technique using delayed fluorescence is known. For example, the following Non-Patent Document 1 describes that the light emission pattern of delayed light emission changes between a sample left for 2 hours in the dark before the delayed light emission measurement and a sample that is not left standing, and the wavelength of light irradiated before the delayed light emission measurement. It is disclosed that the light emission pattern of delayed light emission changes when the value is changed.

また、下記特許文献1には、遅延蛍光を用いた有害物質の評価方法が開示されている。この有害物質の評価方法は、まず、有害物質を含む水溶液サンプルからの遅延蛍光(遅延発光)の光量と比較サンプルからの遅延蛍光の光量とをそれぞれ計測する。そして、計測した各遅延蛍光の光量に基づいて、遅延蛍光の光量の時間的変化の特徴点における経過時間を算出し、当該経過時間の比較値を求めることにより、水溶液サンプル中に存在する有害物質を評価する。下記特許文献1においても、対象物に照射する光の光強度又は光波長を変更した場合に遅延発光のパターンが変化することが開示されている。
国際公開第2005/062027号パンフレット Werner Schmidt and Horst Senger、“Long-term delayed luminescence in Scenedesmus obliquus II Influenceof exogeneous factors”、Biochimica et Biophysica Acta、Elsevier Science Publishers、1987、891(1987)、p.22-27
Patent Document 1 below discloses a method for evaluating harmful substances using delayed fluorescence. In this harmful substance evaluation method, first, the amount of delayed fluorescence (delayed luminescence) from an aqueous solution sample containing a toxic substance and the amount of delayed fluorescence from a comparative sample are respectively measured. Then, based on the measured amount of delayed fluorescence, the elapsed time at the characteristic point of the temporal change in the amount of delayed fluorescence is calculated, and a comparison value of the elapsed time is obtained to obtain a harmful substance present in the aqueous solution sample. To evaluate. Also in the following Patent Document 1, it is disclosed that the pattern of delayed light emission changes when the light intensity or the light wavelength of light applied to an object is changed.
International Publication No. 2005/062027 Pamphlet Werner Schmidt and Horst Senger, “Long-term delayed luminescence in Scenedesmus obliquus II Influence of exogeneous factors”, Biochimica et Biophysica Acta, Elsevier Science Publishers, 1987, 891 (1987), p.22-27

しかしながら、上述した従来の評価方法においては、光合成サンプルの光合成機能の反応過程における影響が適切に評価されていない。すなわち、光合成サンプルの光合成機能全体への影響は分かっても、その各反応過程への影響を評価するのは困難である。   However, in the conventional evaluation method described above, the influence on the reaction process of the photosynthetic function of the photosynthetic sample is not properly evaluated. That is, even if the influence of the photosynthetic sample on the entire photosynthetic function is known, it is difficult to evaluate the influence on each reaction process.

本発明は、上記課題を解決する為になされたものであり、評価試料に含まれる光合成サンプルの光合成機能を適切に評価することが可能な光合成サンプルの評価方法及び光合成サンプルの評価プログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a photosynthetic sample evaluation method and a photosynthetic sample evaluation program capable of appropriately evaluating the photosynthetic function of a photosynthetic sample included in an evaluation sample. For the purpose.

本発明の発明者は、通常、光合成サンプルに照射する励起光の光量が多くなるにつれて増加する、当該光合成サンプルからの遅延発光(遅延蛍光:以下、遅延発光とする)の発光量について以下のような知見を得た。すなわち、本発明の発明者は、遅延発光の発光量の経時変化に関し、強光を光合成サンプルに照射した場合に、ある測定時間帯の発光量が減少する一方で、他のある測定時間帯の発光量が増加するという知見を得た。更に、本発明の発明者は、このような遅延発光の発光量の増減は、強光による光合成サンプルの光合成電子伝達系の酸化還元状態(以下、「光合成サンプルの酸化還元状態」という)の変化と関係があり、光合成電子伝達系における分子の動きと電子の分布の変化とを反映しているという知見を得た。   The inventor of the present invention generally describes the light emission amount of delayed luminescence (delayed fluorescence: hereinafter referred to as delayed luminescence) from the photosynthetic sample, which increases as the amount of excitation light applied to the photosynthetic sample increases. I got a good knowledge. That is, the inventor of the present invention relates to the change over time in the amount of delayed luminescence, when the light synthesis sample is irradiated with intense light, while the amount of luminescence in a certain measurement time period decreases, The knowledge that the amount of luminescence increases was obtained. Furthermore, the inventors of the present invention have found that the increase or decrease in the amount of delayed luminescence is caused by a change in the redox state of the photosynthetic electron transport system of the photosynthetic sample (hereinafter referred to as “the redox state of the photosynthetic sample”) due to strong light. It was found that the movement of molecules in the photosynthetic electron transport system and changes in the distribution of electrons are reflected.

そこで、上述の知見に基づいて上記課題を解決するため、本発明の光合成サンプルの評価方法は、光合成機能を有する光合成サンプルを含む評価試料を評価する光合成サンプルの評価方法であって、評価試料に第1の励起光を所定の第1の照射条件で照射する第1励起ステップと、第1励起ステップの後、評価試料に第2の励起光を第1の照射条件と比較して光エネルギー積算値が小さい第2の照射条件で照射する第2励起ステップと、第2励起ステップの後、評価試料から発生する遅延発光の発光量を測定する測定ステップと、測定ステップにおいて測定された遅延発光の発光量に基づいて評価値を導出し、評価値と標準データとに基づいて評価試料を評価する評価ステップとを備え、測定ステップでは、第2の照射条件を変更して第1励起ステップ及び第2励起ステップの後の発光量を測定し、評価ステップでは、測定ステップにおいて測定された発光量に対応する評価値と当該評価値に対応する標準データとに基づいて評価試料を評価することを特徴とする   Therefore, in order to solve the above problems based on the above-mentioned knowledge, the photosynthesis sample evaluation method of the present invention is a photosynthesis sample evaluation method for evaluating an evaluation sample including a photosynthesis sample having a photosynthesis function. A first excitation step of irradiating the first excitation light under a predetermined first irradiation condition, and after the first excitation step, the second excitation light is applied to the evaluation sample by comparing the first irradiation condition with the first irradiation condition. A second excitation step for irradiation under a second irradiation condition having a small value, a measurement step for measuring the amount of delayed emission generated from the evaluation sample after the second excitation step, and the delayed emission measured in the measurement step. And an evaluation step for deriving an evaluation value based on the light emission amount and evaluating the evaluation sample based on the evaluation value and the standard data. In the measurement step, the second irradiation condition is changed to change the first excitation. The amount of luminescence after the step and the second excitation step is measured, and in the evaluation step, the evaluation sample is evaluated based on the evaluation value corresponding to the luminescence amount measured in the measurement step and the standard data corresponding to the evaluation value. It is characterized by

また、本発明の光合成サンプルの評価プログラムは、光合成機能を有する光合成サンプルを含む評価試料を評価する光合成サンプルの評価プログラムであって、コンピュータを、評価試料に第1の励起光を所定の第1の照射条件で照射する第1励起手段と、第1励起手段の後、評価試料に第2の励起光を第1の照射条件と比較して光エネルギー積算値が小さい第2の照射条件で照射する第2励起手段と、第2励起手段の後、評価試料から発生する遅延発光の発光量を測定する測定手段と、測定手段により測定された遅延発光の発光量に基づいて評価値を導出し、評価値と標準データとに基づいて評価試料を評価する評価手段として機能させ、測定手段は、第2の照射条件を変更して第1励起手段及び第2励起手段の後の発光量を測定し、評価手段は、測定手段により測定された発光量に対応する評価値と当該評価値に対応する標準データとに基づいて評価試料を評価することを特徴とする   The photosynthesis sample evaluation program of the present invention is a photosynthesis sample evaluation program for evaluating an evaluation sample including a photosynthesis sample having a photosynthesis function. The computer uses a computer to output a first excitation light to a predetermined first sample. After the first excitation means and the first excitation means, the second excitation light is irradiated to the evaluation sample under the second irradiation condition having a smaller integrated light energy than the first irradiation condition. An evaluation value is derived based on the second excitation means, the measurement means for measuring the amount of delayed luminescence emitted from the evaluation sample after the second excitation means, and the amount of delayed luminescence measured by the measurement means And functioning as an evaluation means for evaluating the evaluation sample based on the evaluation value and the standard data, and the measurement means changes the second irradiation condition and measures the amount of light emitted after the first excitation means and the second excitation means. And evaluate Stage, and evaluating the evaluation sample on the basis of the standard data corresponding to the evaluation value and the evaluation value corresponding to the light emission amount measured by the measuring means

このような光合成サンプルの評価方法及び光合成サンプルの評価プログラムによれば、評価試料に対して、まず、第1の励起光が照射される。その後、この評価試料に、第1の励起光よりもエネルギー積算値が小さくなるように設定された照射条件で第2の励起光が照射される。第2の励起光の照射が終了すると、評価試料からの遅延発光の発光量が測定される。このような遅延発光の発光量は、第2の照射条件を変更することで複数得られる。そして、測定された発光量に対応した評価値が導出され、この評価値と標準データとに基づいて評価試料が評価される。このように、評価試料について、異なった第2の照射条件毎に遅延発光の発光量を得ることができるので、光合成サンプルの酸化還元状態が異なる場合に対する影響を導出することができ、その結果、評価試料に含まれる光合成サンプルの光合成機能を適切に評価することが可能となる。   According to the photosynthesis sample evaluation method and the photosynthesis sample evaluation program, first, the first excitation light is irradiated to the evaluation sample. Thereafter, the second excitation light is irradiated on the evaluation sample under irradiation conditions set so that the energy integrated value is smaller than that of the first excitation light. When the irradiation of the second excitation light is completed, the amount of delayed emission from the evaluation sample is measured. A plurality of such delayed emission amounts can be obtained by changing the second irradiation condition. Then, an evaluation value corresponding to the measured light emission amount is derived, and the evaluation sample is evaluated based on the evaluation value and the standard data. As described above, since the light emission amount of delayed luminescence can be obtained for each different second irradiation condition for the evaluation sample, the influence on the case where the redox state of the photosynthetic sample is different can be derived. It is possible to appropriately evaluate the photosynthetic function of the photosynthetic sample included in the evaluation sample.

また、第1の励起光の照射後、当該第1の励起光よりもエネルギー積算値が低くなるように第2の励起光を照射した上で遅延発光の発光量が測定される。そのため、遅延発光の発光量の測定条件を一定にすることが可能となり、その結果、遅延発光の発光量をより精度高く測定することができる。なお、標準データとは、評価試料を評価する際に基準として用いられるデータであり、エネルギー積算値とは、光合成サンプルにとっての光エネルギー積算値のことをいう。   In addition, after irradiation with the first excitation light, the amount of delayed emission is measured after irradiation with the second excitation light so that the energy integrated value is lower than that of the first excitation light. Therefore, it is possible to make the measurement conditions for the amount of delayed light emission constant, and as a result, the amount of light emission of delayed light emission can be measured with higher accuracy. The standard data is data used as a reference when evaluating the evaluation sample, and the energy integrated value refers to the light energy integrated value for the photosynthetic sample.

本発明の光合成サンプルの評価方法では、標準データとは基準値であって、評価ステップが、測定ステップにおいて測定された発光量に対応する評価値と当該評価値に対応する基準値とに基づいて評価試料を評価することが好ましい。この場合、評価試料を基準値に基づいて評価することで、評価試料に含まれる光合成サンプルの光合成機能を適切に評価することができる。   In the photosynthetic sample evaluation method of the present invention, the standard data is a reference value, and the evaluation step is based on an evaluation value corresponding to the light emission amount measured in the measurement step and a reference value corresponding to the evaluation value. It is preferable to evaluate the evaluation sample. In this case, by evaluating the evaluation sample based on the reference value, it is possible to appropriately evaluate the photosynthesis function of the photosynthesis sample included in the evaluation sample.

本発明の光合成サンプルの評価方法では、評価ステップが、測定ステップにおいて測定された遅延発光の発光量を1以上の測定時間帯毎に積算した積算値に基づいて評価値を導出することが好ましい。   In the photosynthetic sample evaluation method of the present invention, it is preferable that the evaluation step derives an evaluation value based on an integrated value obtained by integrating the light emission amounts of delayed luminescence measured in the measurement step every one or more measurement time zones.

この場合、ある測定時間帯における遅延発光の発光量の積算値が算出され、その積算値に基づいて評価値が導出される。このような積算値を用いることで、遅延発光の発光量の経時変化に現れる、ある測定時間帯における光合成サンプルの酸化還元状態を簡易かつ適切に抽出することが可能となる。その結果、評価試料に含まれる光合成サンプルの光合成機能をより適切に評価することができる。また、測定時間帯を複数設け各測定時間帯の積算値を算出した場合には、遅延発光の発光量の経時変化を適切に把握することが可能となる。そのため、この複数の測定時間帯にわたる経時変化を利用して、評価試料に含まれる光合成サンプルの光合成機能を適切に評価することができる。   In this case, an integrated value of the amount of delayed light emission in a certain measurement time zone is calculated, and an evaluation value is derived based on the integrated value. By using such an integrated value, it is possible to easily and appropriately extract the redox state of the photosynthetic sample in a certain measurement time period, which appears in the temporal change in the amount of delayed luminescence. As a result, the photosynthetic function of the photosynthetic sample included in the evaluation sample can be more appropriately evaluated. In addition, when a plurality of measurement time zones are provided and the integrated value of each measurement time zone is calculated, it is possible to appropriately grasp the temporal change in the amount of delayed light emission. Therefore, it is possible to appropriately evaluate the photosynthetic function of the photosynthetic sample included in the evaluation sample by using the temporal changes over the plurality of measurement time zones.

本発明の光合成サンプルの評価方法では、評価ステップが、測定ステップにおいて測定された遅延発光の発光量の経時変化が予め設定された複数の関数の和としてフィッティングするように複数の関数の係数値を導出し、係数値に基づいて評価値を導出することが好ましい。   In the photosynthetic sample evaluation method of the present invention, the evaluation step sets the coefficient values of the plurality of functions so that the time-dependent change in the amount of delayed luminescence measured in the measurement step is fitted as a sum of a plurality of preset functions. It is preferable to derive the evaluation value based on the coefficient value.

この場合、遅延発光の発光量の経時変化が予め設定された複数の関数の和としてフィッティングするような当該複数の関数の係数値が導出され、その係数値に基づいて評価値が導出される。このような数学的手法を用いることで客観的に評価値を導出することが可能となる。また、遅延発光の発光量の経時変化を複数の関数の和にフィッティングさせているので、遅延発光のメカニズムに基づいた評価が可能となる。したがって、評価試料に含まれる光合成サンプルの光合成機能を適切に評価することができる。   In this case, coefficient values of the plurality of functions are derived such that the temporal change in the amount of delayed light emission is fitted as a sum of a plurality of preset functions, and the evaluation value is derived based on the coefficient values. An evaluation value can be objectively derived by using such a mathematical method. In addition, since the time-dependent change in the amount of delayed light emission is fitted to the sum of a plurality of functions, evaluation based on the mechanism of delayed light emission is possible. Therefore, the photosynthetic function of the photosynthetic sample included in the evaluation sample can be appropriately evaluated.

本発明の光合成サンプルの評価方法では、第2の照射条件が、第1の励起光の照射終了時から第2の励起光の照射開始時までの待機時間であることが好ましい。   In the photosynthetic sample evaluation method of the present invention, it is preferable that the second irradiation condition is a waiting time from the end of irradiation of the first excitation light to the start of irradiation of the second excitation light.

この場合、第2の励起光の照射開始時期を変更して、第1の励起光の照射から遅延発光の発光量の測定までの処理が行われる。第2の励起光の照射をいつ開始するか(待機時間をどのくらい設けるか)ということは、光合成サンプルの酸化還元状態の変化と密接に関係する。そのため、第2の励起光の照射開始時期を変更して得た遅延発光の発光量に基づいて評価値を導出することで、評価試料に含まれる光合成サンプルの光合成機能を適切に評価することができる。また、第2の照射条件を変更するためには、待機時間を変更すれば足り励起光自体を変える必要がないので、光合成サンプルの酸化還元状態が異なる状況を容易に設定することができる。   In this case, processing from the irradiation of the first excitation light to the measurement of the amount of delayed emission is performed by changing the irradiation start time of the second excitation light. When to start irradiation with the second excitation light (how much standby time is provided) is closely related to a change in the redox state of the photosynthetic sample. Therefore, it is possible to appropriately evaluate the photosynthetic function of the photosynthetic sample included in the evaluation sample by deriving an evaluation value based on the light emission amount of delayed emission obtained by changing the irradiation start timing of the second excitation light. it can. Further, in order to change the second irradiation condition, it is sufficient to change the waiting time, and it is not necessary to change the excitation light itself. Therefore, it is possible to easily set a situation where the redox state of the photosynthetic sample is different.

本発明の光合成サンプルの評価方法では、第2の照射条件が、第2の励起光の光量、波長、パルス幅及び照射時間のうち少なくとも一つであることが好ましい。   In the method for evaluating a photosynthetic sample of the present invention, it is preferable that the second irradiation condition is at least one of the light amount, wavelength, pulse width, and irradiation time of the second excitation light.

この場合、第2の励起光の光量、波長、パルス幅及び照射時間のうち少なくとも一つを変更して、第1の励起光の照射から遅延発光の発光量の測定までの処理が行われる。変更されるこれらの条件は、光合成サンプルの酸化還元状態の変化と密接に関係するものである。そのため、これらの要素のうち少なくとも一つを変更して得た遅延発光の発光量に基づいて評価値を導出することで、評価試料に含まれる光合成サンプルの光合成機能を適切に評価することができる。   In this case, processing from the irradiation of the first excitation light to the measurement of the amount of delayed emission is performed by changing at least one of the light amount, wavelength, pulse width, and irradiation time of the second excitation light. These changed conditions are closely related to changes in the redox state of the photosynthetic sample. Therefore, by deriving an evaluation value based on the amount of delayed emission obtained by changing at least one of these elements, the photosynthetic function of the photosynthetic sample included in the evaluation sample can be appropriately evaluated. .

本発明の光合成サンプルの評価方法では、測定ステップは、第2の照射条件を変更しながら第1励起ステップ及び第2励起ステップを複数回繰り返した後にそれぞれの発光量を測定することが好ましい。   In the photosynthetic sample evaluation method of the present invention, it is preferable that the measurement step measures the amount of light emitted after repeating the first excitation step and the second excitation step a plurality of times while changing the second irradiation condition.

この場合、第1の励起光の照射から遅延発光の発光量の測定までの処理は、第2の照射条件を変更しながら複数回繰り返される。そして、測定された各発光量に対応した評価値が導出され、この評価値と標準データとに基づいて評価試料が評価される。このように、比較的短い時間内で第2の照射条件を変更しながら遅延発光の発光量の測定を複数回行うことで、外的要因に影響されることなく、評価試料に含まれる光合成サンプルの光合成機能を適切に評価することが可能となる。   In this case, the processing from the irradiation of the first excitation light to the measurement of the light emission amount of delayed light emission is repeated a plurality of times while changing the second irradiation condition. Then, an evaluation value corresponding to each measured light emission amount is derived, and the evaluation sample is evaluated based on the evaluation value and the standard data. In this way, the photosynthesis sample included in the evaluation sample is not affected by external factors by measuring the amount of delayed luminescence multiple times while changing the second irradiation condition within a relatively short time. It is possible to appropriately evaluate the photosynthetic function.

本発明の光合成サンプルの評価方法では、評価ステップは、評価試料に与えられた環境要因を評価することが好ましい。この場合、環境要因が評価試料中の光合成サンプルに与える影響を適切に評価することができる。   In the photosynthesis sample evaluation method of the present invention, it is preferable that the evaluation step evaluates environmental factors given to the evaluation sample. In this case, the influence of environmental factors on the photosynthetic sample in the evaluation sample can be appropriately evaluated.

本発明の光合成サンプルの評価方法では、環境要因は、有害物質であることが好ましい。この場合、有害物質が評価試料中の光合成サンプルに与える影響を適切に評価することができる。   In the method for evaluating a photosynthetic sample of the present invention, the environmental factor is preferably a harmful substance. In this case, the influence of harmful substances on the photosynthetic sample in the evaluation sample can be appropriately evaluated.

本発明の光合成サンプルの評価方法では、環境要因は、光合成サンプルの光合成反応を阻害するものであることが好ましい。この場合、環境要因が光合成サンプルの光合成反応を阻害するメカニズムを適切に評価することができる。   In the photosynthetic sample evaluation method of the present invention, the environmental factor is preferably one that inhibits the photosynthetic reaction of the photosynthetic sample. In this case, the mechanism by which environmental factors inhibit the photosynthetic reaction of the photosynthetic sample can be appropriately evaluated.

本発明の光合成サンプルの評価方法では、評価ステップは、光合成サンプルの光合成電子伝達の効率を評価することが好ましい。この場合、光合成サンプルの光合成電子伝達の効率を適切に評価することができる。   In the photosynthetic sample evaluation method of the present invention, it is preferable that the evaluation step evaluates the efficiency of photosynthetic electron transfer of the photosynthetic sample. In this case, the efficiency of photosynthetic electron transfer of the photosynthetic sample can be appropriately evaluated.

本発明の光合成サンプルの評価方法では、評価ステップは、光合成サンプルの生育状態を評価することが好ましい。この場合、光合成サンプルの生育状態を適切に評価することができ、ひいては植物の生育診断に貢献することができる。   In the photosynthesis sample evaluation method of the present invention, it is preferable that the evaluation step evaluates the growth state of the photosynthesis sample. In this case, it is possible to appropriately evaluate the growth state of the photosynthetic sample, thereby contributing to the growth diagnosis of the plant.

本発明の光合成サンプルの評価方法では、評価ステップは、評価試料に与えられた農薬の機能を評価することが好ましい。この場合、農薬の機能を適切に評価することができる。   In the photosynthesis sample evaluation method of the present invention, it is preferable that the evaluation step evaluates the function of the agricultural chemical given to the evaluation sample. In this case, the function of the agricultural chemical can be appropriately evaluated.

このような光合成サンプルの評価方法及び光合成サンプルの評価プログラムによれば、評価試料に含まれる光合成サンプルの光合成機能を適切に評価することができる。   According to the photosynthesis sample evaluation method and the photosynthesis sample evaluation program, the photosynthesis function of the photosynthesis sample included in the evaluation sample can be appropriately evaluated.

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same or equivalent elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

(理論的背景)
まず、図1を用いて、本発明に係る光合成サンプルの評価方法の理論的背景である光合成電子伝達について説明する。図1は、光合成電子伝達を示す模式図である。
(Theoretical background)
First, with reference to FIG. 1, a description will be given of photosynthetic electron transfer, which is the theoretical background of the photosynthetic sample evaluation method of the present invention. FIG. 1 is a schematic diagram showing photosynthetic electron transfer.

一般に、光合成機能を有する光合成サンプルは、光エネルギーを多く吸収すると、光合成電子伝達系の個々の反応で律速が生じるため、光合成電子伝達が円滑に進まなくなる。言い換えれば、光合成サンプルの酸化還元状態が通常とは異なる状態になる。このような状態は、光合成サンプルに与える光条件を変更することで得ることが可能である。ここで、光条件とは、例えば、光合成サンプルに与える光の光量、波長、パルス幅及び照射時間である。本明細書では、光合成電子伝達が円滑に進まない状態(光合成サンプルの酸化還元状態が通常と異なる状態)を光合成電子伝達系の「飽和」という。これに対し、光合成電子伝達が円滑に進む状態(光合成サンプルの酸化還元状態が通常の状態)を「飽和なし」という。   In general, when a photosynthesis sample having a photosynthetic function absorbs a large amount of light energy, rate limiting occurs in individual reactions of the photosynthetic electron transfer system, and thus photosynthesis electron transfer does not proceed smoothly. In other words, the redox state of the photosynthetic sample becomes different from the normal state. Such a state can be obtained by changing the light conditions applied to the photosynthetic sample. Here, the light conditions are, for example, the light amount, wavelength, pulse width, and irradiation time of light given to the photosynthetic sample. In the present specification, a state in which photosynthetic electron transfer does not proceed smoothly (a state in which the redox state of the photosynthetic sample is different from normal) is referred to as “saturation” of the photosynthetic electron transfer system. On the other hand, a state in which photosynthetic electron transfer proceeds smoothly (the redox state of the photosynthetic sample is a normal state) is referred to as “no saturation”.

図1に示すように、光合成サンプルの光合成反応は、主として、葉緑体チラコイド膜に存在する光化学系II複合体(PSII)、シトクロムb6f複合体(cytbf)、光化学系I複合体(PSI)、及びATP合成酵素(ATPsynthase)により生産させる還元物質(NADPH)と、ATP合成酵素を利用した二酸化炭素固定反応(Calvin−Benson cycle)により行われる。 As shown in FIG. 1, the photosynthetic reaction of the photosynthetic sample mainly consists of a photosystem II complex (PSII), cytochrome b6f complex (cytb 6 f), and photosystem I complex (PSI) present in the chloroplast thylakoid membrane. ) And a reducing substance (NADPH) produced by ATP synthase and a carbon dioxide fixation reaction (Calvin-Benson cycle) using ATP synthase.

まず、PSII及びPSIが光を吸収し電子伝達反応を行う。具体的には、光が照射されるとPSIIにおいて水分子(HO)が分解され、電子(e)が取り出される。この電子は、PSII反応中心(P680)からQ電子受容体(Q)を経て、Q電子受容体(Q)部位に結合している酸化型プラストキノン(pQOX)に伝達される。そして、これにより還元型プラストキノン(pQred)が生じる。 First, PSII and PSI absorb light and perform an electron transfer reaction. Specifically, when irradiated with light, water molecules (H 2 O) are decomposed in PSII, and electrons (e ) are taken out. This electron is transferred from the PSII reaction center (P680) via the Q A electron acceptor (Q A ) to the oxidized plastoquinone (pQ OX ) bound to the Q B electron acceptor (Q B ) site. . This produces reduced plastoquinone (pQ red ).

還元型プラストキノンは、Q部位から遊離してプラストキノンプール(pQpool)に移動した後、cytbfにより再酸化され、酸化型プラストキノンに戻る。この際、cytbfを介して水素イオン(H)がチラコイド膜内に流入し、プロトン勾配を形成する。プロトン勾配を形成した水素イオンは、ATP合成酵素によるATP合成に利用される。一方、還元型プラストキノンの再酸化の際に抜き取られた電子は、PSI反応中心(P700)へ伝達される。この電子は、PSI内でP700からフェレドキシン(Fd)に伝達され、NADPHの生産に寄与する。PSI以降の過剰な電子(還元力)は、循環型電子伝達によりFdを介してcytbfに伝えられ、酸化型プラストキノンを還元する。この結果、還元型プラストキノンが生じる(循環的電子伝達)。 Reduction plastoquinones, after moving to the free to plastoquinone pool (pQpool) from Q B site, is reoxidized by Cytb 6 f, returns to oxidized plastoquinone. At this time, hydrogen ions (H + ) flow into the thylakoid membrane through cytb 6 f to form a proton gradient. Hydrogen ions that form a proton gradient are used for ATP synthesis by ATP synthase. On the other hand, electrons extracted during reoxidation of reduced plastoquinone are transferred to the PSI reaction center (P700). This electron is transferred from P700 to ferredoxin (Fd) in PSI and contributes to the production of NADPH. Excess electrons after PSI (reducing power) are transferred to cytb 6 f via Fd by circulating electron transfer, and reduce oxidized plastoquinone. This results in reduced plastoquinone (cyclic electron transfer).

遅延発光は、上記の光合成電子伝達反応の逆反応の結果、主にPSIIの反応中心クロロフィルが化学的に再励起されることで起こる発光であるとされているが、PSIも同様に発光に関与しているとする報告もある。また、PSII内部、pQpool、PSI以降のそれぞれに分布する電子がクロロフィルの再励起に寄与する主要な成分であると理解されている。従って、上記の光合成電子伝達反応が環境要因(例えば有害物質)の影響により変化すると、遅延発光に変化が現れる。   Delayed luminescence is considered to be mainly caused by chemical re-excitation of the reaction center chlorophyll of PSII as a result of the reverse reaction of the above-mentioned photosynthetic electron transfer reaction, but PSI is also involved in luminescence as well. There is also a report that it is doing. Further, it is understood that electrons distributed inside PSII, pQpool, and after PSI are main components contributing to chlorophyll reexcitation. Therefore, when the photosynthetic electron transfer reaction changes due to the influence of environmental factors (for example, harmful substances), a change appears in delayed luminescence.

一般的に、pQpool、cytbf、PSIの電子伝達能力は、PSIIの電子伝達能力に比べて低い。そのため、光照射によりPSIIが過剰に還元されると、PSIIからの電子伝達によりpQpoolが過剰に還元されるので、PSIIから電子を受け取る酸化型プラストキノンが減少し、PSIIからの光合成電子伝達の効率が低下することが知られている。このような現象は、光合成電子伝達の飽和の一つである。より具体的には、PSIIが過剰に光吸収を行った場合、まず始めにcytbfによる還元型プラストキノンの再酸化が律速となり、PSIIから電子を受け取ることができる酸化型プラストキノンが不足する。そのため、PSIIからcytbfへの電子伝達が停滞する。その結果、PSII内に過剰に電子が蓄積し、PSIIの反応中心が破壊されるなど、光合成反応に種々の影響を及ぼす。なお、このような影響を光阻害という。 In general, the electron transfer capability of pQpool, cytb 6 f, and PSI is lower than that of PSII. Therefore, when PSII is excessively reduced by light irradiation, pQpool is excessively reduced by electron transfer from PSII, so that the oxidized plastoquinone that receives electrons from PSII decreases, and the efficiency of photosynthetic electron transfer from PSII. Is known to decrease. Such a phenomenon is one of the saturation of photosynthetic electron transfer. More specifically, when PSII excessively absorbs light, first, reoxidation of reduced plastoquinone by cytb 6 f becomes rate-determining, and there is a lack of oxidized plastoquinone that can accept electrons from PSII. . Therefore, the electron transfer from PSII to cytb 6 f is stagnant. As a result, the electrons are accumulated excessively in PSII, and the reaction center of PSII is destroyed. Such an effect is called photoinhibition.

このような光阻害を回避するために、本来PSIIに電子を供給するための集光性色素タンパク複合体(LHC2)がPSIに移動する(ステート遷移)など、種々の代謝変化を引き起こすことが知られている。このような光阻害により引き起こされる代謝変化は、過剰な光照射を停止することで徐々に回復する。   In order to avoid such photoinhibition, it is known that the light-collecting chromoprotein complex (LHC2) originally for supplying electrons to PSII causes various metabolic changes such as transfer to PSI (state transition). It has been. The metabolic change caused by such light inhibition is gradually recovered by stopping the excessive light irradiation.

本発明は、上記のような光合成電子伝達の酸化還元状態の変化に注目し、励起光の照射を制御して遅延発光を計測することにより、光合成サンプルに与えた環境要因を評価するものである。   The present invention evaluates the environmental factors given to the photosynthetic sample by paying attention to the change in the redox state of the photosynthetic electron transfer as described above and measuring delayed emission by controlling the irradiation of the excitation light. .

(遅延発光計測装置)
まず、図2及び3を用いて、本発明による光合成サンプルの評価方法を実施するための遅延発光計測装置について説明する。図2は、実施形態に係る遅延発光計測装置1を模式的に示す図である。図3は、図2に示す遅延発光計測装置1を部分的に示すブロック図である。
(Delayed luminescence measuring device)
First, a delayed luminescence measuring apparatus for carrying out the photosynthetic sample evaluation method according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the delayed light emission measuring device 1 according to the embodiment. FIG. 3 is a block diagram partially showing the delayed light emission measuring device 1 shown in FIG.

遅延発光計測装置1は、計測ユニット10、解析ユニット20及び制御ユニット30を備えている。計測ユニット10と解析ユニット20とは、第1ケーブル41で接続されており、解析ユニット20と制御ユニット30とは、第2ケーブル42で接続されている。   The delayed light emission measurement device 1 includes a measurement unit 10, an analysis unit 20, and a control unit 30. The measurement unit 10 and the analysis unit 20 are connected by a first cable 41, and the analysis unit 20 and the control unit 30 are connected by a second cable 42.

計測ユニット10は、試料設置部11、光源12、フィルタ13、集光光学系14、シャッタ15及び検出部16を備え、これらの構成要素は筐体17に収容されている。筐体17は、本体部17aと蓋部17bとを有している。   The measurement unit 10 includes a sample placement unit 11, a light source 12, a filter 13, a condensing optical system 14, a shutter 15, and a detection unit 16, and these components are housed in a housing 17. The housing 17 includes a main body portion 17a and a lid portion 17b.

試料設置部11は、測定対象である試料を設置するための部分である。試料設置部11は、試料を入れた容器を設置可能なように構成され、蓋部17bを開くことで試料の交換を行うことができる。なお、試料設置部11は、筐体17外から送液ポンプ等により試料を導入することができるように構成されてもよい。   The sample placement unit 11 is a part for placing a sample to be measured. The sample installation unit 11 is configured so that a container containing a sample can be installed, and the sample can be exchanged by opening the lid 17b. In addition, the sample installation part 11 may be comprised so that a sample can be introduce | transduced from the exterior of the housing | casing 17 with a liquid feeding pump.

光源12は、試料設置部11に設置された試料に光(励起光)を照射する。光源12は、植物の光合成に有効な光波長(280〜800nm)を放射可能であればよく、例えば、発光ダイオード、半導体レーザー素子又は電球が用いられる。光源12は、単色光源であっても、複数の光源を組み合せた光源であってもよい。光源12の発光方法は限定されず、例えば、所定時間連続して発光し続ける方法、任意のパターンでパルス点灯させる方法、同一又は異なる波長特性を有する複数の光源を順番に発光させる方法、複数の光源を同時に発光させる方法などが考えられる。   The light source 12 irradiates the sample installed in the sample installation unit 11 with light (excitation light). The light source 12 should just be able to radiate | emit the light wavelength (280-800 nm) effective for photosynthesis of a plant, for example, a light emitting diode, a semiconductor laser element, or a light bulb is used. The light source 12 may be a monochromatic light source or a light source that combines a plurality of light sources. The light emission method of the light source 12 is not limited. For example, a method of continuously emitting light for a predetermined time, a method of pulse lighting with an arbitrary pattern, a method of sequentially emitting a plurality of light sources having the same or different wavelength characteristics, A method of simultaneously emitting light from a light source is conceivable.

フィルタ13は、遅延発光を透過するものであり、筐体17の内壁面に接するように設けられている。   The filter 13 transmits delayed light emission, and is provided in contact with the inner wall surface of the housing 17.

集光光学系14は、フィルタ13を透過してきた微弱な遅延発光を集光する。集光光学系14は、これにより集光された遅延発光が検出部16に進むように設けられている。   The condensing optical system 14 condenses the weak delayed light that has passed through the filter 13. The condensing optical system 14 is provided so that the delayed light emission condensed thereby proceeds to the detection unit 16.

シャッタ15は、開閉自在なように設けられている。シャッタ15が閉じている場合には、集光光学系14から検出部16に進む遅延発光が遮断される。なお、シャッタ15はフィルタ13及び集光光学系14よりも光源12に近い位置に設けてもよい。この場合、光源12からの光がフィルタ13及び集光光学系14に直接入射することによる、集光光学系等の構成部品の発光(残光)を防ぐことができる。   The shutter 15 is provided so as to be freely opened and closed. When the shutter 15 is closed, delayed light emission from the condensing optical system 14 to the detection unit 16 is blocked. The shutter 15 may be provided at a position closer to the light source 12 than the filter 13 and the condensing optical system 14. In this case, the light emission (afterglow) of components, such as a condensing optical system, by the light from the light source 12 directly entering into the filter 13 and the condensing optical system 14 can be prevented.

検出部16は、光源12から照射された光によって試料内の光合成サンプルから生じる遅延発光の光量を測定し、測定結果を解析ユニット20に送信する。検出部16は、遅延発光を検知する光センサ16aと、光センサ16aが検知した信号に基づいて遅延発光の光量を算出する光量算出部16bとを有する。検出部16は、例えば、電子増倍管を用いたフォトンカウンタや、アバランシェフォトダイオードを用いた微弱光計測装置などにより構成される。   The detection unit 16 measures the amount of delayed luminescence generated from the photosynthesis sample in the sample by the light emitted from the light source 12, and transmits the measurement result to the analysis unit 20. The detection unit 16 includes an optical sensor 16a that detects delayed emission, and a light amount calculation unit 16b that calculates the amount of delayed emission based on a signal detected by the optical sensor 16a. The detection unit 16 includes, for example, a photon counter using an electron multiplier, a faint light measuring device using an avalanche photodiode, and the like.

解析ユニット20は、記録部21、演算部22、表示部23及び入力部24を備える。記録部21は、検出部16から送信されてきた測定結果と解析又は評価に必要なデータとを記録する。演算部22は、記録部21に記録されている測定結果及びデータに基づいて演算解析と評価を行う。表示部23は、演算部22により解析・評価された結果の表示を行う。入力部24は、解析に必要なデータを入力することが可能なインタフェースである。   The analysis unit 20 includes a recording unit 21, a calculation unit 22, a display unit 23, and an input unit 24. The recording unit 21 records the measurement result transmitted from the detection unit 16 and data necessary for analysis or evaluation. The calculation unit 22 performs calculation analysis and evaluation based on the measurement results and data recorded in the recording unit 21. The display unit 23 displays the result analyzed and evaluated by the calculation unit 22. The input unit 24 is an interface through which data necessary for analysis can be input.

制御ユニット30は、計測ユニット10及び解析ユニット20の動作を制御可能であり、例えば、コンピュータ、タイマ及びリレーなどを組み合わせて構成される。特に、制御ユニット30は、光源制御部31と検出制御部32とを有している。光源制御部31は、光源12から照射される励起光の光条件(例えば、照射時期、光量、波長、パルス幅及び照射時間)を制御することが可能である。検出制御部32は、所定時間における遅延発光の発光量の検出(測定)を制御することが可能であり、例えば、検出時期、検出時間などを制御する。   The control unit 30 can control operations of the measurement unit 10 and the analysis unit 20, and is configured by combining a computer, a timer, a relay, and the like, for example. In particular, the control unit 30 includes a light source control unit 31 and a detection control unit 32. The light source control unit 31 can control the light conditions (for example, irradiation timing, light amount, wavelength, pulse width, and irradiation time) of the excitation light emitted from the light source 12. The detection control unit 32 can control the detection (measurement) of the amount of delayed light emission in a predetermined time. For example, the detection control unit 32 controls the detection time, the detection time, and the like.

なお、解析ユニット20及び制御ユニット30の構成はこれに限定されず、例えば、1台のコンピュータが解析ユニット20及び制御ユニット30の機能を併せ持っていてもよい。   In addition, the structure of the analysis unit 20 and the control unit 30 is not limited to this, For example, one computer may have the function of the analysis unit 20 and the control unit 30 together.

(光合成サンプルの評価方法)
次に、図4を用いて、上記遅延発光計測装置1による光合成サンプルの評価方法の手順について説明する。図4は、光合成サンプルの評価方法の手順を示すフローチャートである。
(Method for evaluating photosynthetic samples)
Next, the procedure of the photosynthetic sample evaluation method performed by the delayed luminescence measuring apparatus 1 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the photosynthesis sample evaluation method.

まず、光合成サンプルを含む試料を2種類調製する。このうちの一方は、光合成サンプルの量、光合成サンプルに照射する光の光量又は波長、温度、緩衝液の組成、化学物質の曝露などの環境を所定の条件に設定した標準試料である(ステップS11b)。もう一方は、その標準試料に対して環境条件(有害物質の付加や温度など)又は光合成サンプルそのものの条件(生育条件など)のうち少なくとも一つが異なる評価試料である(ステップS11a)。調製された標準試料及び評価試料は、キュベット等の容器内に格納され、光合成サンプルに対する比較条件の影響が十分に現れるまで、必要に応じて、温度や光などが管理された条件下で放置又は培養される。   First, two types of samples including a photosynthesis sample are prepared. One of these is a standard sample in which the conditions such as the amount of the photosynthetic sample, the light amount or wavelength of the light applied to the photosynthetic sample, the temperature, the composition of the buffer solution, and the exposure of the chemical substance are set to predetermined conditions (step S11b). ). The other is an evaluation sample in which at least one of environmental conditions (addition of harmful substances, temperature, etc.) or conditions of the photosynthetic sample itself (growth conditions, etc.) differ from the standard sample (step S11a). The prepared standard sample and evaluation sample are stored in a container such as a cuvette, and left as it is under controlled conditions of temperature, light, etc. as necessary until the effect of the comparison conditions on the photosynthetic sample sufficiently appears. Incubate.

続いて、光合成サンプルに対する比較条件の影響が十分に現れるに至った評価試料に対して第1の励起光を所定の第1の照射条件で照射する(ステップS12a、第1励起ステップ)。光源制御部31は、光源12から照射される励起光が第1の照射条件を満たすように、光源12に制御信号を出力する。第1の照射条件とは、光合成サンプルで行われる光合成電子伝達が飽和するような所定光量及び所定波長の光を所定時間だけ照射させることである。光源12から照射された励起光は、試料設置部11に設置してある容器に至る。このような第1の励起光の照射は、標準試料に対しても同様に行われる(ステップS12b、第1励起ステップ)。   Subsequently, the first excitation light is irradiated under a predetermined first irradiation condition to the evaluation sample that has sufficiently exerted the influence of the comparison condition on the photosynthetic sample (step S12a, first excitation step). The light source control unit 31 outputs a control signal to the light source 12 so that the excitation light emitted from the light source 12 satisfies the first irradiation condition. The first irradiation condition is to irradiate light having a predetermined light amount and a predetermined wavelength so that the photosynthetic electron transfer performed in the photosynthetic sample is saturated for a predetermined time. Excitation light emitted from the light source 12 reaches a container installed in the sample installation unit 11. Such irradiation of the first excitation light is similarly performed on the standard sample (step S12b, first excitation step).

続いて、第1の励起光を照射した評価試料を所定の光条件の中で所定時間(0秒以上)だけ待機させる(ステップS13a、第2励起ステップ)。具体的には、評価試料に照射される光の光エネルギーが後述する第2の励起光のそれよりも小さいような環境下で評価試料を待機させる。例えば、計測ユニット10の外部からその内部に光が漏洩しないようにし、試料設置部11に設置した評価試料を暗中で待機させる。このような待機は、標準試料に対しても同様に行われる(ステップS13b、第2励起ステップ)。   Subsequently, the evaluation sample irradiated with the first excitation light is kept on standby for a predetermined time (0 seconds or more) in a predetermined light condition (step S13a, second excitation step). Specifically, the evaluation sample is put on standby in an environment where the light energy of the light applied to the evaluation sample is smaller than that of the second excitation light described later. For example, light is prevented from leaking from the outside of the measurement unit 10 to the inside thereof, and the evaluation sample installed in the sample installation unit 11 is kept in the dark. Such standby is similarly performed for the standard sample (step S13b, second excitation step).

続いて、光源12を用いて、所定の光条件の中で待機させた評価試料に対して第2の励起光を第2の照射条件で照射する(ステップS14a、第2励起ステップ)。第2の照射条件とは、第1の照射条件と比較して光エネルギー積算値が小さくなるような条件を含む。光源制御部31は、光源12から照射される励起光が第2の照射条件を満たすように、光源12に制御信号を出力する。ここで、エネルギー積算値とは、光合成サンプルにとっての光エネルギー積算値のことをいい、光量子束密度(μmol・m−2・s−1)と光合成サンプルの光合成有効放射吸収率(%)と照射時間(秒)との積で表される。このような第2の励起光の照射は、標準試料に対しても同様に行われる(ステップS14b、第2励起ステップ)。 Subsequently, by using the light source 12, the second excitation light is irradiated under the second irradiation condition with respect to the evaluation sample that is kept in a predetermined light condition (step S14a, second excitation step). The second irradiation condition includes a condition such that the integrated light energy value is smaller than that of the first irradiation condition. The light source control unit 31 outputs a control signal to the light source 12 so that the excitation light emitted from the light source 12 satisfies the second irradiation condition. Here, the energy integrated value refers to the light energy integrated value for the photosynthetic sample, and the photon flux density (μmol · m −2 · s −1 ), the photosynthetic effective radiation absorption rate (%) of the photosynthetic sample, and the irradiation. Expressed as the product of time (seconds). Such irradiation of the second excitation light is similarly performed on the standard sample (step S14b, second excitation step).

続いて、第2の励起光を照射した評価試料から発生する遅延発光の発光量を測定する(ステップS15a、測定ステップ)。評価試料から発生する遅延発光は、フィルタ13を透過し、集光光学系14で集光される。そして、集光された遅延発光が検出部16に送られ、この検出部16で遅延発光の発光量が測定される。かかる測定は、検出制御部32から光量算出部16bに出力される制御信号に基づいて、所定時間毎(例えば0.1秒毎)に行われる。測定された遅延発光の発光量は測定時刻又は測定時間と対応付けられた上で、検出部16から解析ユニット20に出力され、記録部21に記録される。このような測定は、標準試料に対しても同様に行われる(ステップS15b、測定ステップ)。   Subsequently, the amount of delayed light emission generated from the evaluation sample irradiated with the second excitation light is measured (step S15a, measurement step). Delayed light emission generated from the evaluation sample passes through the filter 13 and is collected by the condensing optical system 14. The condensed delayed light emission is sent to the detection unit 16, and the light emission amount of the delayed light emission is measured by the detection unit 16. Such measurement is performed at predetermined time intervals (for example, every 0.1 second) based on a control signal output from the detection control unit 32 to the light amount calculation unit 16b. The measured light emission amount of delayed light emission is associated with the measurement time or measurement time, output from the detection unit 16 to the analysis unit 20, and recorded in the recording unit 21. Such measurement is similarly performed on the standard sample (step S15b, measurement step).

上述した第1の励起光の照射から遅延発光の発光量の測定までの処理は、第2の照射条件を変更しながら複数回繰り返される(ステップS16a;YES、ステップS16b;YES)。ここで、第2の照射条件とは、例えば、第2の励起光の照射開始時期、言い換えれば、第1の励起光の照射終了時から第2の励起光の照射開始時までの時間(以下「待機時間」という)を含む。このような第2の照射条件は、光源制御部31で設定される。第2の照射条件を変更すると酸化還元状態が変わるので、このような測定方法を採用することで、酸化還元状態が異なる条件における遅延発光の発光量を測定することができる。   The above-described processing from the irradiation of the first excitation light to the measurement of the light emission amount of delayed light emission is repeated a plurality of times while changing the second irradiation condition (step S16a; YES, step S16b; YES). Here, the second irradiation condition is, for example, the second excitation light irradiation start time, in other words, the time from the end of the first excitation light irradiation to the start of the second excitation light irradiation (hereinafter referred to as the second excitation light irradiation start time). "Waiting time"). Such a second irradiation condition is set by the light source control unit 31. When the second irradiation condition is changed, the oxidation-reduction state changes. Therefore, by adopting such a measurement method, it is possible to measure the light emission amount of delayed luminescence under conditions where the oxidation-reduction state is different.

なお、第1の励起光の照射から遅延発光の発光量の測定までの処理を繰り返す回数は限定されず、任意の回数を設定することができる。また、同一条件の比較試料を複数用意しておき、それぞれに対して第2の照射条件を変更して遅延発光を測定することもできる。この場合、試料に前回の測定の影響が出ず、より精確な測定を行うことができる。更に、第2の照射条件を変えて測定された遅延発光の発光量の経時データ、又はそれに基づく評価値を予め記憶部に格納していてもよい。この場合、遅延発光の測定は必ずしも繰り返し行わなくてもよい。   Note that the number of times of repeating the process from the irradiation of the first excitation light to the measurement of the light emission amount of delayed light emission is not limited, and an arbitrary number of times can be set. It is also possible to prepare a plurality of comparative samples having the same conditions, and measure the delayed luminescence by changing the second irradiation condition for each. In this case, the sample is not affected by the previous measurement, and more accurate measurement can be performed. Furthermore, the time-lapse data of the light emission amount of delayed light emission measured by changing the second irradiation condition or the evaluation value based on the data may be stored in advance in the storage unit. In this case, the delayed luminescence measurement need not be repeated.

第1の励起光の照射から遅延発光の発光量の測定までの処理を複数回繰り返した後(ステップS16a;NO、ステップS16b;NO)、得られた測定結果から光合成サンプルの光合成電子伝達やその他の代謝を反映する解析値を算出する(ステップS17a及びステップS17b、評価ステップ)。この算出は、評価試料及び標準試料のそれぞれについて行われる。具体的には、演算部22が所定の算出プログラムに記録部21から読み出された測定結果を当てはめることで解析値を算出する。解析値としては、例えば、1以上の測定時間帯毎に積算した遅延発光の発光量の積算値、遅延発光の発光量が減衰する過程で特定の変化が現れる測定時間(測定時刻)、及び、遅延発光の発光量の経時変化を関数の和としてフィッティングして得られる係数が挙げられる。   After repeating the process from the irradiation of the first excitation light to the measurement of the light emission amount of delayed luminescence a plurality of times (step S16a; NO, step S16b; NO), the photosynthetic electron transfer of the photosynthetic sample and others are obtained from the obtained measurement results. An analysis value that reflects the metabolism of is calculated (step S17a and step S17b, evaluation step). This calculation is performed for each of the evaluation sample and the standard sample. Specifically, the calculation unit 22 calculates the analysis value by applying the measurement result read from the recording unit 21 to a predetermined calculation program. As the analysis value, for example, an integrated value of the amount of delayed luminescence accumulated every one or more measurement time zones, a measurement time (measurement time) at which a specific change appears in the process of decaying the amount of delayed luminescence, and A coefficient obtained by fitting the time-dependent change in the light emission amount of delayed light emission as the sum of the functions can be mentioned.

なお、試料に第2の励起光のみを照射して遅延発光の発光量を計測し、その発光量を解析値を算出する際に用いることが好ましい。この場合、試料が飽和していない場合の遅延発光の発光量が解析値に反映されるため、評価試料に含まれる光合成サンプルの光合成機能をより適切に評価することができる。解析値を算出する際には、測定結果をすべて用いてもよいし、測定結果の一部のみを用いてもよい。   In addition, it is preferable to irradiate the sample with only the second excitation light to measure the light emission amount of delayed light emission and use the light emission amount when calculating the analysis value. In this case, since the amount of delayed luminescence when the sample is not saturated is reflected in the analysis value, the photosynthetic function of the photosynthetic sample included in the evaluation sample can be more appropriately evaluated. When calculating the analysis value, all of the measurement results may be used, or only a part of the measurement results may be used.

特に、測定された遅延発光の発光量を1以上の測定時間帯毎に積算した積算値を解析値とすることが好ましい。これにより、遅延発光の発光量の経時変化に現れる、ある測定時間帯における光合成サンプルの酸化還元状態を簡易かつ適切に抽出することが可能となる。また、測定時間帯を複数設け各測定時間帯の積算値を算出することで遅延発光の発光量の経時変化を適切に把握することが可能となるので、光合成サンプルの酸化還元状態をより適切に評価することができる。   In particular, an integrated value obtained by integrating the measured light emission amount of delayed light emission for each of one or more measurement time zones is preferably used as the analysis value. Thereby, it becomes possible to easily and appropriately extract the redox state of the photosynthetic sample in a certain measurement time zone, which appears in the time-dependent change in the amount of delayed luminescence. In addition, by providing multiple measurement time zones and calculating the integrated value for each measurement time zone, it is possible to properly grasp the change over time in the amount of delayed luminescence, so the oxidation-reduction state of the photosynthetic sample can be more appropriately determined. Can be evaluated.

また、測定された遅延発光の発光量の経時変化が予め設定された複数の関数の和としてフィッティングするように導出した複数の関数の係数値を解析値とすることも好ましい。このような数学的手法を用いることで、客観的に評価値を導出することが可能となる。また、遅延発光の発光量の経時変化を複数の関数の和にフィッティングさせているので、遅延発光のメカニズムに基づいた評価が可能となる。   It is also preferable to use the coefficient values of a plurality of functions derived so that the time-dependent change in the measured amount of delayed light emission is fitted as a sum of a plurality of preset functions as analysis values. By using such a mathematical method, an evaluation value can be derived objectively. In addition, since the time-dependent change in the amount of delayed light emission is fitted to the sum of a plurality of functions, evaluation based on the mechanism of delayed light emission is possible.

なお、上述した調製から解析までの処理は、評価試料及び標準試料について同時に行ってもよいし、それぞれ別の時期に行ってもよい。また、後述する標準データが得られている場合には、標準試料の測定を必ずしも行わなくてもよい。   Note that the above-described processing from preparation to analysis may be performed simultaneously on the evaluation sample and the standard sample, or may be performed at different times. Further, when standard data to be described later is obtained, measurement of a standard sample is not necessarily performed.

続いて、評価試料の解析値と標準試料の解析値とに基づいて評価値を算出(導出)する(ステップS18、評価ステップ)。評価値の算出は、解析値の算出と同様、演算部22において実行される。評価値の算出方法は一つに限定されない。例えば、評価試料及び標準試料のそれぞれについて、酸化還元状態が異なる条件における解析値を比較したり、評価試料の解析値と標準試料の解析値とを比較したりすることで評価値を算出することなどが挙げられる。また、これらのように算出された評価値同士を比較して更に評価値を算出してもよい。更に、解析値をそのまま評価値とする手法、解析値を加減乗除した結果を評価値とする手法、解析値を所定の関数に代入して演算した結果を評価値とする手法を採用してもよい。算出される評価値の種類及び個数は限定されない。   Subsequently, an evaluation value is calculated (derived) based on the analysis value of the evaluation sample and the analysis value of the standard sample (step S18, evaluation step). The calculation of the evaluation value is executed in the calculation unit 22 as with the calculation of the analysis value. The method for calculating the evaluation value is not limited to one. For example, for each of the evaluation sample and the standard sample, the evaluation value is calculated by comparing the analysis values under different oxidation-reduction conditions or by comparing the analysis value of the evaluation sample with the analysis value of the standard sample. Etc. Further, the evaluation values calculated as described above may be compared with each other to further calculate the evaluation value. Furthermore, a method of using the analysis value as an evaluation value as it is, a method of using the result of adding / subtracting / dividing / dividing the analysis value as an evaluation value, and a method of substituting the analysis value into a predetermined function and using the result of calculation as an evaluation value may be adopted. Good. The type and number of evaluation values calculated are not limited.

最後に、算出して得られた評価値に基づいて光合成サンプルの状態を評価する(ステップS19、評価ステップ)。具体的には、算出して得られた評価値と標準データとを照らし合わせることにより評価する。標準データとしては、例えば、標準試料の測定データに基づいて得られた評価値が挙げられる。また、標準試料の評価値から基準値を算出し評価試料を評価してもよい。基準値としては、閾値及び範囲などが挙げられる。ここで得られた光合成サンプルの状態についての評価結果は、表示部23に表示されるなどして評価者に提示される。なお、評価者への提示方法はこれに限られず、例えば、評価値を算出した時点でその評価値を評価者に提示してもよい。   Finally, the state of the photosynthetic sample is evaluated based on the calculated evaluation value (step S19, evaluation step). Specifically, the evaluation is performed by comparing the evaluation value obtained by calculation with the standard data. As standard data, the evaluation value obtained based on the measurement data of a standard sample is mentioned, for example. Further, the evaluation value may be evaluated by calculating a reference value from the evaluation value of the standard sample. Examples of the reference value include a threshold value and a range. The evaluation result about the state of the photosynthetic sample obtained here is displayed on the display unit 23 and presented to the evaluator. In addition, the presentation method to an evaluator is not restricted to this, For example, you may show the evaluation value to an evaluator at the time of calculating an evaluation value.

このような光合成サンプルの評価方法によれば、異なった待機時間毎に遅延発光の発光量を測定することができるので、より詳細な評価値を導出することができ、その結果、評価試料に含まれる光合成サンプルの酸化還元状態を適切に評価することができる。   According to such a photosynthesis sample evaluation method, the amount of delayed luminescence can be measured for each different waiting time, so that a more detailed evaluation value can be derived, and as a result, included in the evaluation sample. It is possible to appropriately evaluate the redox state of the photosynthetic sample.

(遅延発光の測定例)
次に、測定例を示しつつ、酸化還元状態を変えながら行う遅延発光の測定について説明する。
(Measurement example of delayed luminescence)
Next, measurement of delayed luminescence performed while changing the oxidation-reduction state will be described with reference to measurement examples.

ここでは、光合成サンプルとして緑藻(Pseudokirchneriella subcapitata)を用いる。緑藻は、標準的なC(75)培地(ph7.5)を用い、気温25℃±1℃の環境下で50μmol・m−2・s−1の白色光を照射しつつ旋回培養(120rpm)で生育させたものである。計測試料は、C(75)培地を希釈液として685nm吸光度OD685=0.05に調製した後に、気温25℃±1℃の環境下で50μmol・m−2・s−1の白色光を照射しつつ1時間培養した細胞懸濁液2.5mLである。そして、この計測試料を、励起光を照射して遅延発光を測定する前に予め60秒間暗中に静置する。これは、光合成サンプル内の光合成電子伝達を円滑に進む状態にさせるため(光合成サンプルの酸化還元状態を一定の状態に保つため)である。通常、計測を60秒間暗中に静置することにより、PSII、pQpool、PSIが十分酸化された状態になる。 Here, green algae (Pseudokirchneriella subcapitata) is used as a photosynthesis sample. The green algae uses a standard C (75) medium (ph7.5), and is swirled (120 rpm) while irradiating with white light of 50 μmol · m −2 · s −1 in an environment at a temperature of 25 ° C. ± 1 ° C. It was grown in The measurement sample was prepared by using C (75) medium as a diluent and adjusting to 685 nm absorbance OD685 = 0.05, and then irradiating with white light of 50 μmol · m −2 · s −1 in an environment of air temperature 25 ° C. ± 1 ° C. While the cell suspension was cultured for 1 hour, 2.5 mL. And this measurement sample is left still in the dark for 60 seconds before irradiating excitation light and measuring delayed light emission. This is to make the photosynthesis electron transfer in the photosynthetic sample smoothly proceed (to keep the redox state of the photosynthetic sample in a constant state). Normally, the measurement is allowed to stand in the dark for 60 seconds, so that PSII, pQpool, and PSI are sufficiently oxidized.

遅延発光の計測は、光源12による励起光照射後に計測試料から発せられる遅延発光を検出部16により検出し、検出された信号を0.1秒毎に積算して、遅延発光の発光量と相関する値(count)として出力する手法により行う。この計測は、励起光消灯後、例えば50秒間継続して行う。一般的に、励起光消灯後の遅延発光の発光量は、励起光の照射終了時点からの経過時間(励起後時間)が経過するとともに減衰していく。   In the measurement of delayed light emission, delayed light emission emitted from a measurement sample after irradiation of excitation light by the light source 12 is detected by the detection unit 16, and the detected signals are integrated every 0.1 second to correlate with the light emission amount of the delayed light emission. This is performed by a method of outputting as a value to be counted. This measurement is continuously performed, for example, for 50 seconds after the excitation light is turned off. In general, the amount of delayed emission after excitation light extinguishes attenuates as the elapsed time (time after excitation) elapses from the end of excitation light irradiation.

まず、図5を用いて、待機時間と遅延発光の経時変化との関係について説明する。図5は、待機時間と遅延発光の経時変化との関係を示すグラフである。このグラフの横軸は、励起後時間(第2の励起光の照射終了時点からの経過時間)(秒)を表し、縦軸は、遅延発光の強度(counts)を表す。なお、遅延発光の強度は、遅延発光の発光量と相関するものであるから、以下において遅延発光の強度に基づいて評価するということは、遅延発光の発光量に基づいて評価することと同等である。また、以下では、励起後時間と遅延発光の強度との関係をグラフ化したものを減衰曲線という。   First, the relationship between the standby time and the change over time of delayed light emission will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the standby time and the change over time in delayed light emission. The horizontal axis of this graph represents the post-excitation time (elapsed time from the end of irradiation with the second excitation light) (seconds), and the vertical axis represents delayed emission intensity (counts). Since the intensity of delayed emission correlates with the amount of delayed emission, the evaluation based on the intensity of delayed emission in the following is equivalent to the evaluation based on the intensity of delayed emission. is there. In the following, the graph of the relationship between the time after excitation and the intensity of delayed emission is referred to as an attenuation curve.

待機時間と遅延発光の経時変化との関係を求めるにあたり、まず、計測試料に、光合成電子伝達を飽和させる第1の励起光として、500μmol・m−2・s−1の白色光を10秒間照射した(第1の照射条件)。その後、計測試料に光を照射しないステップ(以下「待機」という)を設け、更にその後、第2の励起光として、50μmol・m−2・s−1の赤色光を2秒間照射した。この第2の励起光は、光合成サンプルの酸化還元状態をほとんど変化させずに遅延発光を発生させることができるものである。このような処理は、待機時間を0、2、10、30及び60秒と変更しながら繰り返し行われる。また、これらに加えて、第1の励起光の照射及び待機を実施せずに第2の励起光の照射のみを実施した場合、すなわち、光合成電子伝達が飽和しない場合についても測定する。 In obtaining the relationship between the waiting time and the time-dependent change in delayed emission, first, the measurement sample is irradiated with white light of 500 μmol · m −2 · s −1 for 10 seconds as the first excitation light that saturates photosynthetic electron transfer. (First irradiation condition). Thereafter, a step (hereinafter referred to as “standby”) in which the measurement sample is not irradiated with light is provided, and then, 50 μmol · m −2 · s −1 of red light is irradiated as second excitation light for 2 seconds. This second excitation light is capable of generating delayed light emission with almost no change in the redox state of the photosynthetic sample. Such processing is repeated while changing the standby time to 0, 2, 10, 30, and 60 seconds. In addition to these, measurement is also performed when only the second excitation light is irradiated without performing the first excitation light irradiation and standby, that is, when the photosynthetic electron transfer is not saturated.

図5に示すグラフは、これらの各場合における待機時間と遅延発光の経時変化との関係を表している。このグラフに示されるように、第1の励起光の照射、待機及び第2の励起光の照射を組み合わせることにより、光合成サンプルの酸化還元状態が異なる状態を段階的に作り出し、その酸化還元状態を反映する遅延発光を測定することができる。第1の励起光を照射していない「飽和なし」の場合には、光合成電子伝達が最も円滑に進む。これに対し、第1の励起光を照射した直後に第2の励起光を照射した場合(待機時間が0秒の場合)には、光合成電子伝達が飽和に最も近くなる。そして、待機時間が長くなるにつれて、光合成電子伝達の飽和が解消されていく(光合成サンプルの光合成電子伝達系が回復していく)。   The graph shown in FIG. 5 represents the relationship between the standby time and the change over time in delayed light emission in each of these cases. As shown in this graph, by combining the irradiation of the first excitation light, the standby and the irradiation of the second excitation light, a state in which the redox state of the photosynthetic sample is different is created in stages, and the redox state is The reflected delayed luminescence can be measured. In the case of “no saturation” in which the first excitation light is not irradiated, photosynthetic electron transfer proceeds most smoothly. On the other hand, when the second excitation light is irradiated immediately after the first excitation light is irradiated (when the standby time is 0 second), the photosynthetic electron transfer is closest to saturation. As the standby time becomes longer, saturation of photosynthetic electron transfer is eliminated (the photosynthetic electron transfer system of the photosynthetic sample is restored).

図5に示す、待機時間が0秒の場合の減衰曲線を見ると、励起後0.1秒から0.5秒付近の発光量が飽和なしの場合よりも増加しており、逆に励起後0.5秒付近から10秒付近では、飽和なしの場合よりも発光量が減少している。また、励起後10秒付近から50秒までは、飽和なしの場合よりも発光量がやや増加している。飽和なしの場合と比較した励起後10秒付近から50秒までの発光量の減少は、待機時間を2秒とした場合にやや低減している。このような減衰曲線の変化は、待機時間が長くなるにつれて飽和なしの場合に近づき、待機時間を60秒とした場合の減衰曲線と飽和なしの場合の減衰曲線との相違は、ほとんど認められない。このことから、第1の励起光による光合成電子伝達系の飽和は、60秒の待機時間の間に解消されていると考えられる。   Looking at the decay curve when the waiting time is 0 seconds shown in FIG. 5, the amount of light emission from 0.1 seconds to 0.5 seconds after excitation is higher than that without saturation, and conversely after excitation. From about 0.5 seconds to about 10 seconds, the amount of light emission is reduced compared to the case without saturation. In addition, the amount of light emission is slightly increased from about 10 seconds to 50 seconds after excitation as compared with the case without saturation. The decrease in the amount of light emission from around 10 seconds to 50 seconds after excitation compared to the case without saturation is slightly reduced when the standby time is 2 seconds. Such a change in the attenuation curve approaches the case of no saturation as the standby time increases, and there is almost no difference between the attenuation curve when the standby time is 60 seconds and the attenuation curve without saturation. . From this, it is considered that the saturation of the photosynthetic electron transfer system by the first excitation light is eliminated during the standby time of 60 seconds.

上述の測定結果が光合成サンプルの酸化還元状態の変化を表していると考えられる根拠について説明する。上述のように、光合成サンプルの酸化還元状態は、照射される励起光の光条件、より具体的には、励起光の光エネルギー量により決まる。そして、この光エネルギー量を決める要素として、例えば照射光量及び照射時間がある。そこで、説明のため、まず、照射光量及び照射時間と遅延発光の経時変化との関係を示す。   The reason why the above measurement result is considered to represent a change in the redox state of the photosynthetic sample will be described. As described above, the redox state of the photosynthetic sample is determined by the light conditions of the excitation light to be irradiated, more specifically, the amount of light energy of the excitation light. The factors that determine the amount of light energy include, for example, the amount of irradiation light and the irradiation time. Therefore, for the sake of explanation, first, the relationship between the irradiation light amount and irradiation time and the temporal change of delayed light emission will be shown.

図6は、励起光の照射光量と遅延発光の経時変化との関係を示すグラフである。このグラフの横軸及び縦軸が表すものは、図5の場合と同様である。励起光の照射光量と遅延発光の経時変化との関係を求めるにあたっては、第1の励起光の照射光量を50、100、200及び500μmol・m−2・s−1と変更しながら上記の測定(待機時間は0秒とした。)を繰り返し行った。なお、第1の励起光の照射光量が50μmol・m−2・s−1の場合、光合成電子伝達系の飽和は発生しない。図6を見ると、第1の励起光の照射光量が少なくなるにつれて、減衰曲線が飽和なしの場合(励起光の照射光量が50μmol・m−2・s−1の場合)に近づく。 FIG. 6 is a graph showing the relationship between the irradiation light amount of excitation light and the temporal change of delayed light emission. The horizontal axis and vertical axis of this graph represent the same as in FIG. In obtaining the relationship between the irradiation light amount of the excitation light and the temporal change of the delayed light emission, the above measurement is performed while changing the irradiation light amount of the first excitation light to 50, 100, 200 and 500 μmol · m −2 · s −1. (The standby time was set to 0 second). In addition, when the irradiation light quantity of 1st excitation light is 50 micromol * m <-2 > * s < -1 >, saturation of a photosynthetic electron transmission system does not generate | occur | produce. Referring to FIG. 6, as the amount of irradiation light of the first excitation light decreases, the attenuation curve approaches the case of no saturation (when the amount of irradiation light of the excitation light is 50 μmol · m −2 · s −1 ).

図7は、励起光の照射時間と遅延発光の経時変化との関係を示すグラフである。このグラフの横軸及び縦軸が表すものは、図5の場合と同様である。励起光の照射時間と遅延発光の経時変化との関係を求めるにあたっては、第1の励起光の照射時間を5、10及び30秒と変更しながら上記の測定(待機時間は0秒とした。)を繰り返し行った。図7を見ると、第1の励起光の照射時間が少なくなるにつれて、減衰曲線が飽和なしの場合(励起光を照射しない場合)に近づく。   FIG. 7 is a graph showing the relationship between the irradiation time of the excitation light and the change with time of delayed light emission. The horizontal axis and vertical axis of this graph represent the same as in FIG. In obtaining the relationship between the irradiation time of the excitation light and the time-dependent change of the delayed light emission, the above measurement (the standby time was set to 0 second) while changing the irradiation time of the first excitation light to 5, 10 and 30 seconds. ) Was repeated. Referring to FIG. 7, as the irradiation time of the first excitation light decreases, the attenuation curve approaches the case of no saturation (when excitation light is not irradiated).

図6及び7で示したように、減衰曲線の変化は、第1の励起光の照射光量及び照射時間に依存する。すなわち、図5に示すような、待機時間の長さにより生じる特定の測定時間帯の発光量の増減は、光照射による光合成電子伝達系の飽和及び回復を直接又は間接的に反映していると考えられる。   As shown in FIGS. 6 and 7, the change in the attenuation curve depends on the irradiation light amount and irradiation time of the first excitation light. That is, as shown in FIG. 5, the increase or decrease in the amount of light emission in a specific measurement time zone caused by the length of the waiting time directly or indirectly reflects the saturation and recovery of the photosynthetic electron transport system due to light irradiation. Conceivable.

この点につき、図8〜10を用いて、酸化還元状態と遅延発光の発生とを対比しつつ光合成電子伝達に関わる分子の動きも踏まえて詳細に説明する。図8は、飽和なしの状態における酸化還元状態と遅延発光との対比を示す模式図である。図9は、第1の励起光照射後に待機時間を設けなかった(待機時間0秒)場合の、酸化還元状態と遅延発光との対比を示す模式図である。図10は、第1の励起光照射後に待機時間を2秒設けた場合の、酸化還元状態と遅延発光との対比を示す模式図である。   This point will be described in detail with reference to FIGS. 8 to 10 in consideration of the movement of molecules involved in photosynthetic electron transfer while comparing the redox state and the occurrence of delayed luminescence. FIG. 8 is a schematic diagram showing a comparison between a redox state and delayed light emission in a state without saturation. FIG. 9 is a schematic diagram showing a comparison between the oxidation-reduction state and delayed light emission when no standby time is provided after irradiation of the first excitation light (standby time 0 seconds). FIG. 10 is a schematic diagram showing a comparison between the redox state and delayed light emission when a standby time of 2 seconds is provided after the first excitation light irradiation.

飽和なしのときには、計測試料に対して光合成サンプル(緑藻)の培養時と同じ光強度の励起光が照射されているため、光合成電子伝達にはほとんど影響がないと考えられる。この場合、図8に示すように、PSIIからpQpoolを経てPSIに電子が伝達される過程で飽和は生じず、pQpoolには酸化型プラストキノンと還元型プラストキノンとがバランス良く存在する。遅延発光に影響する3つの主要な電子蓄積部分(PSII、pQpool、PSI)の電子が逆反応により最終的にP680を化学的に再励起するため、遅延発光が生じる。なお、測定される遅延発光は、これら3つの電子蓄積部分のそれぞれから発生する遅延発光の総和である。   When there is no saturation, the measurement sample is irradiated with excitation light having the same light intensity as that during the cultivation of the photosynthetic sample (green algae). In this case, as shown in FIG. 8, no saturation occurs in the process of transferring electrons from PSII to PSI via pQpool, and oxidized plastoquinone and reduced plastoquinone exist in pQpool in a well-balanced manner. Delayed luminescence occurs because the electrons in the three major electron storage moieties (PSII, pQpool, PSI) that affect delayed luminescence eventually chemically re-excite P680 by the reverse reaction. Note that the measured delayed emission is the sum of the delayed emissions generated from each of these three electron storage portions.

待機時間0秒の場合には、第1の励起光を照射した後直ちに第2の励起光を照射した上で遅延発光を計測している。そのため、光合成電子伝達系が最も飽和した状態であるといえる。この場合、図9に示すように、pQpoolでは、強光を照射したことにより生成された還元型プラストキノンが多くなる一方で、酸化型プラストキノンが少なくなる。このような状況では、cytbfによる還元型プラストキノンの再酸化が律速となり、PSIIから電子を受け取ることができる酸化型プラストキノンが不足する。このため、PSII内部からの電子伝達の取り出しが低下し、PSII内部の電子の蓄積が多くなる。その結果、PSII内部の電子蓄積を反映する遅延発光が増加する。このようなPSII内部の電子蓄積を反映した遅延発光の増加は、図5に示すように、待機時間が0秒の場合の減衰曲線における励起後0.1秒から0.5秒付近の発光量の増加として現れる。 When the standby time is 0 second, the delayed emission is measured after the second excitation light is irradiated immediately after the first excitation light is irradiated. Therefore, it can be said that the photosynthetic electron transfer system is in the most saturated state. In this case, as shown in FIG. 9, in pQpool, the amount of reduced plastoquinone produced by irradiation with strong light increases, while the amount of oxidized plastoquinone decreases. In such a situation, reoxidation of reduced plastoquinone by cytb 6 f becomes rate limiting, and there is a shortage of oxidized plastoquinone that can accept electrons from PSII. For this reason, extraction of electron transmission from the inside of PSII is reduced, and accumulation of electrons inside PSII is increased. As a result, delayed emission reflecting the electron accumulation inside PSII increases. As shown in FIG. 5, the increase in delayed light emission reflecting the electron accumulation inside PSII is as follows. As shown in FIG. 5, the light emission amount between 0.1 seconds and 0.5 seconds after excitation in the decay curve when the standby time is 0 seconds. Appears as an increase in

なお、励起後それほど時間が経過していない場合における遅延発光がPSIIの電子を反映することは、Kretsch, G. and Gerhardt, V.、“Numerical analysis of delayed fluorescence kinetics of algae”、Archiv furHydrobiologie-Beiheft Ergebnisse der Limnologie、1987、29、p.47-54.(以下「参考文献1」とする)、及び、Schmidt,W. and Senger, H.、“Long-term delayed luminescence in Scenedesmus obliquus I. Spectral and kinetics properties”、Biochemica et BiophysicaActa、1987、890、p.15-22.(以下「参考文献2」とする)に記載されている。   It should be noted that the delayed luminescence in the case where time has not passed so much after excitation reflects the electrons of PSII, Kretsch, G. and Gerhardt, V., “Numerical analysis of delayed fluorescence kinetics of algae”, Archiv furHydrobiologie-Beiheft Ergebnisse der Limnologie, 1987, 29, p. 47-54 (hereinafter referred to as “Reference 1”), and Schmidt, W. and Senger, H., “Long-term delayed luminescence in Scenedesmus obliquus I. Spectral and kinetics properties ”, Biochemica et Biophysica Acta, 1987, 890, p. 15-22 (hereinafter referred to as“ Reference 2 ”).

また、pQpoolからPSIIのP680に電子が逆流する経路としては、PSIIのQ部位に結合した酸化型プラストキノンを介する経路と、Q部位から解離しpQpoolに移動した還元型プラストキノンの平衡状態を反映した経路との二つが考えられる。これら予想される二つの経路は、PSII内部にあるQ部位を介した反応ではあるが、pQpoolの酸化還元状態を反映した遅延発光であるため、pQpoolの電子蓄積を反映する遅延発光として扱う。光合成電子伝達が飽和し還元型プラストキノンが多く存在する状況では、酸化型プラストキノンを反映する遅延発光が減少する一方で、還元型プラストキノンを反映する遅延発光が増加する。 As the path for backflow electrons to P680 of PSII from PQpool, a path through the oxidized plastoquinone bonded to Q B site of PSII, equilibrium of reduced plastoquinone moved to PQpool dissociates from Q B site There are two possible routes that reflect this. Two pathways they expected, albeit at the reaction via the Q B site inside PSII, because it is delayed luminescence that reflects the redox state of PQpool, treated as the delayed luminescence that reflects the electron accumulation PQpool. In a situation where photosynthetic electron transfer is saturated and a large amount of reduced plastoquinone is present, delayed luminescence reflecting oxidized plastoquinone decreases, while delayed luminescence reflecting reduced plastoquinone increases.

図5の待機時間0秒の減衰曲線が示すように、酸化型プラストキノンの減少を反映した遅延発光の減少は、励起後0.5秒付近から10秒付近における発光量の減少として現れていると考えられる。また、還元型プラストキノンの増加に伴う発光量の増加は、励起後10秒付近から50秒までの発光量の増加として現れていると考えられる。還元型プラストキノンを反映する発光量の減少が還元型プラストキノンを反映する発光量の増加よりも時間的に早く現れるのは、PSII内部のQ部位に結合した酸化型プラストキノンの方が、PSIIとチラコイド膜内を移動して平衡状態を作っている還元型プラストキノンよりも短時間で反応が進行するためであると考えられる。pQpoolを反映する遅延発光がPSIIを反映する遅延発光よりも遅れて発光することは、参考文献1に記載されている。 As shown in the decay curve of the waiting time of 0 seconds in FIG. 5, the decrease in delayed luminescence reflecting the decrease in oxidized plastoquinone appears as a decrease in luminescence from about 0.5 seconds to about 10 seconds after excitation. it is conceivable that. Moreover, it is considered that the increase in the amount of luminescence accompanying the increase in reduced plastoquinone appears as an increase in the amount of luminescence from about 10 seconds to 50 seconds after excitation. The decrease in the luminescence amount that reflects the reduced form plastoquinone appears earlier in time than the increase of the luminescence amount that reflects the reduced form plastoquinones the better of oxidized plastoquinone bonded to Q B sites within PSII, This is thought to be because the reaction proceeds in a shorter time than reduced plastoquinone that moves in the PSII and thylakoid membrane to create an equilibrium state. It is described in Reference Document 1 that delayed light emission reflecting pQpool emits light later than delayed light emission reflecting PSII.

さらに、PSI以降に蓄積された電子がP680へ逆流する経路としては、P700からcytbfにおける還元型プラストキノンの酸化反応を介した平衡状態の逆反応を反映する経路と、PSIのフェレドキシン(Fd)を経由してcytbf内の酸化型プラストキノンへ電子が伝達され還元型プラストキノンを生じる循環的電子伝達による経路とが考えられる。この場合、どちらの経路においても、PSIの電子が還元型プラストキノンを介してP680に逆流することになる。図5の待機時間0秒の減衰曲線が示すように、PSIから還元型プラストキノンを介した遅延発光の増加は、励起後10秒付近から50秒までの発光量の増加として現れていると考えられる。PSIを反映する遅延発光が励起後数十秒の範囲で発光することは、参考文献1及び参考文献2に記載されている。 Furthermore, as a path for the electrons accumulated after PSI to flow back to P680, a path reflecting the reverse reaction of the equilibrium state through the oxidation reaction of reduced plastoquinone from P700 to cytb 6 f, ferredoxin (Fd of PSI) ) Through the electron transfer to the oxidized plastoquinone in cytb 6 f to generate reduced plastoquinone. In this case, in either route, PSI electrons flow back to P680 via reduced plastoquinone. As indicated by the decay curve with a waiting time of 0 seconds in FIG. 5, it is considered that the increase in delayed light emission from PSI via reduced plastoquinone appears as an increase in light emission from about 10 seconds to 50 seconds after excitation. It is done. It is described in Reference Document 1 and Reference Document 2 that delayed emission reflecting PSI emits light within a range of several tens of seconds after excitation.

すなわち、励起後10秒付近から50秒までの発光量の増加は、光照射に伴うpQpoolの還元、及び、PSIからの循環的電子伝達とP700との平衡状態を反映したpQpoolの還元の双方による還元型プラストキノンを反映する。本明細書では、主として、励起後10秒から50秒までの間に測定される遅延発光を、PSIからの循環的電子伝達とP700との平衡状態を反映したものとして扱う。   That is, the increase in the amount of light emission from around 10 seconds to 50 seconds after excitation is due to both the reduction of pQpool accompanying light irradiation and the reduction of pQpool reflecting the cyclic electron transfer from PSI and the equilibrium state with P700. Reflects reduced plastoquinone. In this specification, the delayed luminescence measured between 10 seconds and 50 seconds after the excitation is mainly treated as reflecting the equilibrium state between the cyclic electron transfer from the PSI and P700.

待機時間2秒の場合には、第1の励起光を照射後、待機時間を2秒間設けた上で第2の励起光を照射し遅延発光を測定している。そのため、この測定結果は、待機時間を0秒とした場合と比較して、光合成電子伝達系の飽和がやや回復した時点のものであるといえる。この場合、図10に示すように、待機時間の間に酸化型プラストキノンが生成されるためにPSIIからの電子取出しが可能となり、待機時間0秒で観察された励起後0.1秒から0.5秒付近の発光量の増加は認められない。また、酸化型プラストキノンのQB部位への移動も可能となるため、励起後0.5秒付近から10秒付近までの発光量の減少の度合いもやや低減する。   When the waiting time is 2 seconds, after the first excitation light is irradiated, the waiting time is provided for 2 seconds, and then the second excitation light is irradiated to measure delayed emission. Therefore, it can be said that this measurement result is a point in time when the saturation of the photosynthetic electron transfer system is slightly recovered as compared with the case where the standby time is set to 0 seconds. In this case, as shown in FIG. 10, since oxidized plastoquinone is generated during the waiting time, electrons can be extracted from PSII, and from 0.1 seconds to 0 after excitation observed at the waiting time of 0 seconds. No increase in the amount of light emitted around 5 seconds is observed. In addition, since the oxidized plastoquinone can move to the QB site, the degree of decrease in the amount of light emission from about 0.5 seconds to about 10 seconds after excitation is slightly reduced.

このことからすれば、還元型プラストキノンを反映する励起後10秒付近から50秒までの遅延発光の増加の程度も同様に低減するはずである。しかし、待機時間を2秒間設けた場合には、励起後10秒付近から50秒までの遅延発光が待機時間を0秒とした場合よりも増加している。これは、PSI以降の電子の逆流によるものであると考えられる。すなわち、待機時間を長くすることで増加する励起後10秒付近から50秒までの遅延発光は、主としてPSI以降の電子を反映しているといえる。   From this, the degree of increase in delayed luminescence from about 10 seconds to 50 seconds after excitation reflecting the reduced plastoquinone should be reduced as well. However, when the standby time is provided for 2 seconds, the delayed light emission from about 10 seconds to 50 seconds after excitation is increased as compared with the case where the standby time is 0 seconds. This is considered to be due to the backflow of electrons after PSI. That is, it can be said that the delayed light emission from about 10 seconds to 50 seconds after excitation, which is increased by increasing the standby time, mainly reflects electrons after PSI.

以上のように、図5に示すような、互いに酸化還元状態が異なる各計測試料から得られる遅延発光の減衰曲線に基づいて、光合成電子伝達の飽和とその回復に伴うPSII、pQpool、PSIにおける電子蓄積を評価することができる。例えば、励起後時間のうち、特徴的に発光量の増減が観察される時間帯として、励起後0.1〜0.5秒、励起後0.6〜10秒及び励起後10.1〜50秒のそれぞれの時間帯の発光量の変化に注目すれば、かかる電子蓄積を明確に評価することができる。   As described above, the electrons in PSII, pQpool, and PSI accompanying the saturation and recovery of photosynthetic electron transfer based on the decay curves of delayed luminescence obtained from the measurement samples having different redox states as shown in FIG. Accumulation can be evaluated. For example, among the time after excitation, the time zone during which the increase or decrease in the amount of light emission is characteristically observed is 0.1 to 0.5 seconds after excitation, 0.6 to 10 seconds after excitation, and 10.1 to 50 after excitation. Focusing on the change in the amount of light emission in each time zone of seconds, such an electron accumulation can be clearly evaluated.

このように、評価試料について、第2の励起光の照射開始時期を変更しながら得た各遅延発光の発光量に基づいて評価値を導出することで、評価試料に含まれる光合成サンプルの酸化還元状態を適切に評価することができる。また、第1の励起光よりもエネルギー積算値が低くなるように第2の励起光を照射した上で遅延発光の発光量が測定される。そのため、第1の励起光の照射による酸化還元状態の変化を第2の励起光の照射により妨げることなく、且つ、遅延発光の減衰を防止することができる。その結果、遅延発光の発光量をより精度高く測定することが可能となる。   As described above, by deriving an evaluation value for the evaluation sample based on the light emission amount of each delayed luminescence obtained while changing the irradiation start time of the second excitation light, the redox of the photosynthetic sample included in the evaluation sample is obtained. The state can be evaluated appropriately. In addition, the amount of delayed emission is measured after the second excitation light is irradiated so that the integrated energy value is lower than that of the first excitation light. Therefore, it is possible to prevent the delayed emission from being attenuated without hindering the change in the redox state due to the irradiation of the first excitation light by the irradiation of the second excitation light. As a result, the amount of delayed light emission can be measured with higher accuracy.

(積算値による試料の評価)
このようにPSII、pQpool、PSIにおける電子蓄積を評価することは、光合成サンプルを含む試料を評価する上で有用である。具体的には、光合成サンプルを含む評価試料中に存在する環境要因を評価する上で有用である。より具体的には、光合成サンプルの光合成電子伝達の効率の評価、光合成反応を阻害する化学物質の評価、植物の生育診断、植物に対する有害物質の影響、農薬の機能解析及び光合成の研究に対して有用である。そこで測定された遅延発光の発光量(遅延発光の強度)の積算値に基づいて試料を評価する手法について説明する。
(Evaluation of sample by integrated value)
Evaluation of electron accumulation in PSII, pQpool, and PSI in this way is useful for evaluating samples including photosynthetic samples. Specifically, it is useful for evaluating environmental factors present in an evaluation sample including a photosynthetic sample. More specifically, for the evaluation of photosynthetic electron transfer efficiency of photosynthetic samples, evaluation of chemical substances that inhibit the photosynthetic reaction, plant growth diagnosis, influence of harmful substances on plants, functional analysis of pesticides and photosynthesis research Useful. Therefore, a method for evaluating a sample based on the integrated value of the measured amount of delayed luminescence (intensity of delayed luminescence) will be described.

以下では、励起後時間0.1〜0.5秒の積算範囲(測定時間帯)、励起後0.6〜10秒の積算範囲及び励起後10.1秒〜50秒の積算範囲についてそれぞれ積算値を算出する場合について説明する。なお、積算範囲の設定はこれに限定されない。積算範囲の個数は、1以上であれば何個でも構わない。また、積算範囲を複数設けた場合に、各積算範囲の時間幅を等しくするかしないかは任意である。更に、本実施形態のように積算範囲同士を互いに所定の時間だけ離すだけでなく、積算範囲同士を接するように設けてもよいし(例えば、励起後時間0.1〜0.5秒の積算範囲と励起後時間0.5秒〜10秒の積算範囲を設ける)、積算範囲同士が所定の時間帯において重なり合うように設けてもよい(例えば、励起後時間0.1〜0.5秒の積算範囲と励起後時間0.4秒〜10秒の積算範囲を設ける)。   In the following, integration is performed for an integration range (measurement time zone) of 0.1 to 0.5 seconds after excitation, an integration range of 0.6 to 10 seconds after excitation, and an integration range of 10.1 to 50 seconds after excitation. A case where the value is calculated will be described. The setting of the integration range is not limited to this. The number of integration ranges may be any number as long as it is 1 or more. In addition, when a plurality of integration ranges are provided, whether or not the time widths of the integration ranges are equal is arbitrary. Furthermore, as in the present embodiment, the integrated ranges may not only be separated from each other by a predetermined time, but may be provided so that the integrated ranges are in contact with each other (for example, an integrated time of 0.1 to 0.5 seconds after excitation). Range and an integrated range of 0.5 to 10 seconds after excitation), and may be provided so that the integrated ranges overlap in a predetermined time zone (for example, 0.1 to 0.5 seconds after excitation) An integration range and an integration range of 0.4 to 10 seconds after excitation are provided).

図11は、図5に示した遅延発光の強度の減衰曲線について、上記3つの積算範囲毎に積算値を算出した結果を示すグラフである。図11の各グラフにおいて、横軸は測定条件を表し、縦軸は遅延発光の強度の積算値(counts)を表す。なお、以下では、励起後時間0.1〜0.5秒の積算範囲における積算値、励起後0.6〜10秒の積算範囲における積算値及び励起後10.1秒〜50秒の積算範囲における積算値を、それぞれ積算値1、積算値2及び積算値3という。図11(a)、図11(b)及び図11(c)は、それぞれ積算値1、積算値2及び積算値3についてのグラフである。   FIG. 11 is a graph showing the results of calculating integrated values for each of the three integrated ranges for the delayed emission intensity decay curve shown in FIG. In each graph of FIG. 11, the horizontal axis represents the measurement conditions, and the vertical axis represents the integrated value (counts) of delayed emission intensity. In the following, the integrated value in the integrated range of 0.1 to 0.5 seconds after excitation, the integrated value in the integrated range of 0.6 to 10 seconds after excitation, and the integrated range of 10.1 to 50 seconds after excitation The integrated values at are referred to as integrated value 1, integrated value 2, and integrated value 3, respectively. FIG. 11A, FIG. 11B, and FIG. 11C are graphs for integrated value 1, integrated value 2, and integrated value 3, respectively.

まず、積算値1に基づいて検討する。図11(a)に示すように、待機時間0秒の場合の積算値1は、飽和なしの場合のそれと比較して高い値となっている。これに対し、待機時間2秒の場合の積算値1と飽和なしの場合のそれとの差は大きくない。待機時間0秒の場合の変化は、第1の励起光の照射により、還元型プラストキノンが過剰に形成され、PSII内のQB部位に結合しPSII内部から電子を受容可能な酸化型プラストキノンが不足することで、PSII内の電子蓄積が増加した結果である。これに対し、待機時間を2秒以上に設定した場合は、その待機時間中に酸化型プラストキノンが生成され、PSII内の電子が取り出されたためである。すなわち、積算値1は、PSII内部の電子蓄積を反映する。積算値1が高い場合は、PSII内部に蓄積される電子が多く、還元状態にあることを示している。   First, the examination is based on the integrated value 1. As shown in FIG. 11A, the integrated value 1 when the standby time is 0 second is higher than that when there is no saturation. On the other hand, the difference between the integrated value 1 when the waiting time is 2 seconds and that without saturation is not large. The change in the case where the waiting time is 0 second is that reduced plastoquinone is excessively formed by irradiation with the first excitation light, and the oxidized plastoquinone that binds to the QB site in PSII and accepts electrons from inside PSII is This is a result of increased electron accumulation in PSII due to lack. On the other hand, when the standby time is set to 2 seconds or more, oxidized plastoquinone is generated during the standby time, and electrons in PSII are taken out. That is, the integrated value 1 reflects the accumulation of electrons inside the PSII. When the integrated value 1 is high, it indicates that there are a lot of electrons stored in the PSII and that the reduced state is present.

これを光合成サンプルの酸化還元状態の違いによる変化という観点から検討する。光合成電子伝達が通常の状態では、電子伝達を飽和させるような励起光の照射(例えば第1の励起光の照射)直後にpQpoolが還元状態になり、QB部位に結合可能な酸化型プラストキノンが不足する。そのため、一過的に積算値1が増加するが、飽和状態が回復する条件(例えば、所定時間の待機)により解消する。したがって、飽和なしの場合の積算値1と比較した、待機時間0秒(最も飽和に近い状態)の積算値1の増分が、電子伝達の飽和によってPSII内に蓄積された電子を表しているといえる。すなわち、飽和が回復する条件(例えば、所定時間の待機)においてその増分が減少する過程が酸化型プラストキノンによるPSIIからの電子取出しを反映している。したがって、互いに光合成サンプルの酸化還元状態が異なる積算値1同士の違いに注目することで、PSII内部の電子蓄積、及び、電子の取り出しに対する環境要因(例えば有害物質)の作用を評価することができる。   This is examined from the viewpoint of the change due to the difference in the redox state of the photosynthetic sample. Under normal conditions of photosynthetic electron transfer, pQpool is reduced immediately after irradiation of excitation light that saturates electron transfer (for example, irradiation of the first excitation light), and oxidized plastoquinone that can bind to the QB site is present. Run short. For this reason, the integrated value 1 temporarily increases, but is resolved by a condition (for example, waiting for a predetermined time) in which the saturated state is recovered. Therefore, when the increment of the accumulated value 1 of the waiting time 0 seconds (closest to saturation) compared to the accumulated value 1 in the case of no saturation represents the electrons accumulated in the PSII due to the saturation of the electron transfer. I can say that. That is, the process of decreasing the increment under conditions for recovering the saturation (for example, waiting for a predetermined time) reflects the extraction of electrons from PSII by oxidized plastoquinone. Therefore, by paying attention to the difference between the integrated values 1 in which the redox states of the photosynthetic samples are different from each other, it is possible to evaluate the effects of environmental factors (for example, harmful substances) on the accumulation of electrons in PSII and the extraction of electrons. .

次に、積算値2に基づいて検討する。図11(b)に示すように、積算値2は、待機時間0秒の場合に、飽和なしの場合の値と比較して最も値が減少している。待機時間が長くなるに従いその差は減少し、待機時間60秒の場合では、積算値2が飽和なしの場合と同等になる程度まで回復している。すなわち、積算値2は、PSIIのQB部位に結合して電子を受け取ることのできる酸化型プラストキノンを反映している。待機時間0秒の場合には、第1の励起光の照射により還元型プラストキノンが過剰に形成され、PSII内のQB部位に結合してPSII内部から電子を受容可能な酸化型プラストキノンが不足する。このため、QB部位に結合したプラストキノンの電子蓄積を反映した遅延発光が減少する。しかし、待機時間が長くなるに従って酸化型プラストキノンの生成が進み、QB部位を介した遅延発光の量が回復する。   Next, consideration is made based on the integrated value 2. As shown in FIG. 11B, the integrated value 2 is the smallest value in the case of the standby time of 0 seconds compared to the value in the case of no saturation. The difference decreases as the standby time becomes longer, and in the case of the standby time of 60 seconds, the integrated value 2 is restored to the same level as in the case of no saturation. That is, the integrated value 2 reflects oxidized plastoquinone that can bind to the QB site of PSII and accept electrons. When the waiting time is 0 second, excessively reduced plastoquinone is formed by irradiation with the first excitation light, and there is a shortage of oxidized plastoquinone that binds to the QB site in PSII and can accept electrons from inside PSII. To do. For this reason, delayed luminescence reflecting the electron accumulation of plastoquinone bound to the QB site is reduced. However, as the waiting time increases, the production of oxidized plastoquinone proceeds, and the amount of delayed luminescence via the QB site is recovered.

すなわち、飽和なしの場合の積算値2と比較した、待機時間0秒(最も飽和に近い状態)の積算値2の差分が、強光照射によるpQpoolの還元を表している。また、飽和が回復する条件下(例えば、所定時間の待機)でその差分が減少する過程が、還元型プラストキノンがcytbfなどにより再酸化される過程を表している。したがって、互いに酸化還元状態の異なる積算値2同士の違いに注目することで、pQpoolの還元状態、及び、再酸化の過程に対する環境要因の作用を評価することができる。 That is, the difference of the integrated value 2 of the waiting time 0 seconds (the state closest to saturation) compared to the integrated value 2 in the case of no saturation represents the reduction of pQpool due to intense light irradiation. In addition, the process in which the difference decreases under the condition that saturation is restored (for example, waiting for a predetermined time) represents the process in which reduced plastoquinone is reoxidized by cytb 6 f or the like. Therefore, by paying attention to the difference between the integrated values 2 having different redox states, it is possible to evaluate the effect of environmental factors on the reduction state of pQpool and the reoxidation process.

次に、積算値3に基づいて検討する。図11(c)に示すように、積算値3は、待機時間2秒の場合に、飽和なしの場合の値と比較して最も値が増加し、待機時間60秒の場合では飽和なしと同等になる程度まで減少している。待機時間を2秒以上設けた場合の積算値3は、主としてPSI以降の電子蓄積を反映した還元型プラストキノンに相当するものといえる。すなわち、飽和なしの場合の積算値3と比較した、待機時間0〜60秒のそれぞれの条件における積算値3の増分が、PSI以降から循環的電子伝達やP700を介した逆反応によりPSIIに到達する電子の流れを表している。したがって、互いに酸化還元状態の異なる積算値3同士の違いに注目することで、PSI以降の電子蓄積、及び、循環的電子伝達に対する環境要因の作用を評価することができる。   Next, the examination is based on the integrated value 3. As shown in FIG. 11C, the integrated value 3 increases most when compared with the value when there is no saturation when the standby time is 2 seconds, and is equal to when there is no saturation when the standby time is 60 seconds. It has decreased to the extent that it becomes. It can be said that the integrated value 3 when the standby time is provided for 2 seconds or more corresponds to reduced plastoquinone mainly reflecting the accumulation of electrons after PSI. That is, the increment of the accumulated value 3 in each condition of the standby time of 0 to 60 seconds compared with the accumulated value 3 in the case of no saturation reaches PSII from the PSI onward by cyclic electron transfer or reverse reaction via the P700. Represents the flow of electrons. Therefore, by paying attention to the difference between the integrated values 3 having different oxidation-reduction states, it is possible to evaluate the effects of environmental factors on the accumulation of electrons after PSI and the cyclic electron transfer.

このような積算値を用いることで、遅延発光の発光量の経時変化に現れる、光合成サンプルの酸化還元状態をより適切に抽出することが可能となる。その結果、評価試料に含まれる光合成サンプルの酸化還元状態を適切に評価することができる。また、上記のように、複数の積算値を算出した場合には、遅延発光の発光量の経時変化を把握することができるので、この経時変化を利用することにより酸化還元状態を適切に評価することができる。   By using such an integrated value, it is possible to more appropriately extract the redox state of the photosynthetic sample that appears in the temporal change in the amount of delayed luminescence. As a result, the oxidation-reduction state of the photosynthetic sample included in the evaluation sample can be appropriately evaluated. In addition, as described above, when a plurality of integrated values are calculated, it is possible to grasp the change over time in the amount of delayed luminescence, so that the redox state is appropriately evaluated by using this change over time. be able to.

以上より、光合成電子伝達系の飽和とその回復を評価する方法として、互いに酸化還元状態が異なる状態を複数作り、これら各状態について遅延発光を測定し、PSII内部、プラストキノンプール及びPSI以降の電子蓄積を反映する遅延発光を表す指標(例えば、上記積算値1、2及び3)を用いることが有効であることがわかる。   From the above, as a method of evaluating the saturation and recovery of the photosynthetic electron transport system, a plurality of states having mutually different redox states are prepared, delayed luminescence is measured for each of these states, the PSII interior, the plastoquinone pool, and the electrons after PSI It can be seen that it is effective to use an index (for example, the integrated values 1, 2, and 3) representing delayed light emission that reflects the accumulation.

(環境要因の評価)
次に、光合成電子伝達系の飽和と回復を評価することにより光合成サンプルに対する環境要因の影響を評価する方法について説明する。その際、評価方法として、上記積算値1、2、3を用いた評価手法を用いる。
(Evaluation of environmental factors)
Next, a method for evaluating the influence of environmental factors on the photosynthetic sample by evaluating the saturation and recovery of the photosynthetic electron transport system will be described. At that time, as an evaluation method, an evaluation method using the integrated values 1, 2, and 3 is used.

ここでは、標準試料(Cont)及び評価試料を用意する。各試料に含まれる光合成サンプルとして、上述したものと同様の緑藻を用いる。具体的には、C(75)培地を希釈液として685nm吸光度OD685=0.05に調製し、気温25℃±1℃の環境下で50μmol・m−2・s−1の白色光を照射しながら1時間培養した細胞懸濁液2.5mLを標準試料として用いる。一方、評価試料は、標準試料と同様の手順で調製した後、気温25℃±1℃の環境下で50μmol・m−2・s−1の白色光を照射しながら1時間培養する際に、環境要因として365nmの紫外線を100μW/cmの強度で添加(UV照射)することにより得る。なお、遅延発光の発光量の測定は、標準試料及び評価試料を予め60秒間暗中に静置して測定前の環境が光合成電子伝達系に与える影響を取り除き、光合成電子伝達系を一定の酸化還元状態に統一した後に行った。 Here, a standard sample (Cont) and an evaluation sample are prepared. The green algae similar to those described above are used as the photosynthetic sample contained in each sample. Specifically, C (75) medium is used as a diluent, and the absorbance at 685 nm is adjusted to OD685 = 0.05, and white light of 50 μmol · m −2 · s −1 is irradiated in an environment at a temperature of 25 ° C. ± 1 ° C. Then, 2.5 mL of the cell suspension cultured for 1 hour is used as a standard sample. On the other hand, after preparing the evaluation sample in the same procedure as that of the standard sample, when culturing for 1 hour while irradiating white light of 50 μmol · m −2 · s −1 in an environment at an air temperature of 25 ° C. ± 1 ° C., As an environmental factor, it is obtained by adding ultraviolet rays of 365 nm with an intensity of 100 μW / cm 2 (UV irradiation). The amount of delayed luminescence is measured by leaving the standard sample and the evaluation sample in the dark for 60 seconds in advance to remove the influence of the environment before measurement on the photosynthetic electron transport system, and making the photosynthetic electron transport system constant oxidation-reduction. Went after unifying to the state.

図12は、標準試料における待機時間と遅延発光の発光量の経時変化との関係を示すグラフである。また、図13は、評価試料における待機時間と遅延発光の経時変化との関係を示すグラフである。各グラフには、飽和なし、待機時間0秒、待機時間10秒及び待機時間60秒の各場合の遅延発光の発光量の経時変化が示されている。図12と図13とを比較すると、UV照射により減衰曲線の形状が特徴的に変化していることがわかる。   FIG. 12 is a graph showing the relationship between the standby time and the time-dependent change in the amount of delayed luminescence in the standard sample. FIG. 13 is a graph showing the relationship between the standby time and the time-dependent change in delayed light emission in the evaluation sample. Each graph shows changes over time in the amount of delayed light emission in each case of no saturation, standby time 0 seconds, standby time 10 seconds, and standby time 60 seconds. Comparing FIG. 12 with FIG. 13, it can be seen that the shape of the attenuation curve is characteristically changed by UV irradiation.

以下、UV照射が与える影響について詳細に説明する。図14は、図12及び13に示した遅延発光の発光量に基づいて算出した、各試料についての積算値1、2及び3を示すグラフであり、図14(a)、図14(b)及び図14(c)は、それぞれ積算値1、積算値2及び積算値3についてのものである。   Hereinafter, the influence of UV irradiation will be described in detail. FIG. 14 is a graph showing integrated values 1, 2, and 3 for each sample calculated based on the light emission amount of delayed light emission shown in FIGS. 12 and 13, and FIGS. 14 (a) and 14 (b). FIG. 14C is for the integrated value 1, integrated value 2 and integrated value 3, respectively.

まず、標準試料について見ると、PSII内部の電子を反映する積算値1は、待機時間0秒の場合に最大値を示し、待機時間が10秒及び60秒の場合に飽和なしの場合と同程度の値を示している。これは、上述したように、第1の励起光照射直後(待機時間0秒の場合)だと、pQpoolに還元型プラストキノンが多く存在しPSIIから電子を取り出すことのできる酸化型プラストキノンが少なくなることで、PSII内部の電子蓄積が増加するためである。これに対し、待機時間10秒及び60秒の場合には、その待機時間の間に酸化型プラストキノンが生成されるので、光合成電子伝達系がPSIIの電子伝達反応が円滑に進んでいる飽和なしの場合と同等な程度まで回復する。   First, looking at the standard sample, the integrated value 1 reflecting the electrons inside PSII shows the maximum value when the standby time is 0 seconds, and is the same as when there is no saturation when the standby time is 10 seconds and 60 seconds. The value of is shown. As described above, immediately after the first excitation light irradiation (when the waiting time is 0 second), there are many reduced plastoquinones in pQpool and there are few oxidized plastquinones that can extract electrons from PSII. This is because the accumulation of electrons inside PSII increases. On the other hand, in the case of the waiting time of 10 seconds and 60 seconds, since the oxidized plastoquinone is generated during the waiting time, the photosynthetic electron transfer system is not saturated in which the PSII electron transfer reaction proceeds smoothly. Recovery to the same level as in the case of.

これに対し、pQpoolの電子を反映する積算値2は、待機時間0秒で最小値を示し、待機時間が長くなるにつれ徐々に増加して飽和なしの値に近づく。これは、上述したように、第1の励起光照射直後(待機時間0秒の場合)だと、pQpoolに還元型プラストキノンが多く存在し、PSII内のプラストキノン結合部位であるQ部位に結合可能な酸化型プラストキノンが不足しているためである。一方、待機時間が所定の時間だけ設けられるとその待機時間の間に酸化型プラストキノンが生成されるので、光合成電子伝達系が飽和なしの場合と同等な程度まで回復する。 On the other hand, the integrated value 2 reflecting the electrons of pQpool shows a minimum value at a waiting time of 0 seconds, and gradually increases as the waiting time becomes longer and approaches a value without saturation. This is because, as described above, when it immediately first excitation light irradiation (for standby time 0 sec), reduced plastoquinone many exist in PQpool, the Q B site is plastoquinone binding site within the PSII This is because there is a shortage of oxidized plastoquinone that can be bound. On the other hand, when the standby time is provided for a predetermined time, oxidized plastoquinone is generated during the standby time, so that the photosynthetic electron transfer system recovers to the same level as in the case of no saturation.

更に、PSI以降の電子を反映する積算値3は、飽和なし、待機時間0秒及び待機時間60秒の場合でほぼ同じ値をとり、待機時間10秒の場合のみ値が増加する。これは、PSI以降のフェレドキシンやNADPHに蓄えられた電子がフェレドキシンを介して酸化型プラストキノンに伝達され還元型プラストキノンを生じる循環的電子伝達反応や、P700を介した逆反応などによる遅延発光を反映するものである。積算値3に反映される遅延発光は、積算値1又は積算値2に反映される遅延発光と比較して多くの反応経路を経由するので、待機時間0秒の場合よりも待機時間10秒の場合の方が高い値をとる。この積算値3は、待機時間60秒の場合には飽和なしの場合と同等まで回復する。   Further, the integrated value 3 reflecting the electrons after the PSI takes almost the same value when there is no saturation, the standby time is 0 second, and the standby time is 60 seconds, and the value increases only when the standby time is 10 seconds. This is due to delayed luminescence due to cyclic electron transfer reaction in which electrons stored in ferredoxin and NADPH after PSI are transferred to oxidized plastoquinone via ferredoxin to produce reduced plastoquinone, and reverse reaction via P700. It reflects. The delayed luminescence reflected in the integrated value 3 passes through many reaction paths compared to the delayed luminescence reflected in the integrated value 1 or the integrated value 2, so that the standby time is 10 seconds than the standby time of 0 seconds. The case takes a higher value. This integrated value 3 recovers to the same level as in the case of no saturation when the standby time is 60 seconds.

次に、UV照射を行った評価試料について見ると、PSII内部の電子を反映する積算値1は、待機時間0秒の場合で増加せず、待機時間10秒及び60秒の場合でも大きな変化はみられない。これは、紫外線照射によりPSIIに何らかの変化が生じていることを示唆する。   Next, looking at the evaluation sample subjected to UV irradiation, the integrated value 1 reflecting the electrons in the PSII does not increase when the standby time is 0 seconds, and there is a large change even when the standby times are 10 seconds and 60 seconds. I can't see it. This suggests that some change has occurred in PSII due to ultraviolet irradiation.

これに対して、pQpoolの電子を反映する積算値2は、標準試料のそれと比べてやや減少しているものの、待機時間0秒で最小値を示し、待機時間が長くなるにつれ徐々に飽和なしの値に近くなっていく傾向は変わらない。これは、紫外線照射がpQpoolの作用にそれほど影響を及ぼさないことを示唆する。   On the other hand, the integrated value 2 reflecting the electrons of pQpool is slightly decreased compared with that of the standard sample, but shows a minimum value at a waiting time of 0 seconds, and gradually becomes not saturated as the waiting time becomes longer. The trend of getting closer to the value does not change. This suggests that UV irradiation does not significantly affect the action of pQpool.

更に、PSI以降の電子を反映する積算値3は、飽和なしの場合と待機時間60秒の場合とでほぼ同じ値になっているが、待機時間10秒の場合に加え、待機時間0秒の場合でも値が増加している。これは、紫外線照射により、PSIを介して酸化型プラストキノンに伝達され還元型プラストキノンを生じる循環的電子伝達反応や、P700を介した逆反応が増加したことを示唆する。   Further, the integrated value 3 reflecting the electrons after the PSI is almost the same value in the case of no saturation and in the case of the standby time of 60 seconds, but in addition to the case of the standby time of 10 seconds, the standby time of 0 seconds. Even if the value is increasing. This suggests that the irradiation with ultraviolet rays increased the cyclic electron transfer reaction that is transmitted to oxidized plastoquinone via PSI to produce reduced plastoquinone and the reverse reaction via P700.

(評価値算出方法)
次に、上記の評価ステップにおける評価値の算出(導出)方法について説明する。この説明は、第2の照射条件が上述の待機時間(待機時間0秒、待機時間10秒及び待機時間60秒)であり、評価値が上記積算値1、2及び3に基づくものであることを前提とする。更に、飽和なしの場合についても同様に上記積算値1、2及び3が算出されていることも前提とする。
(Evaluation value calculation method)
Next, an evaluation value calculation (derivation) method in the evaluation step will be described. In this explanation, the second irradiation condition is the above-described standby time (the standby time is 0 second, the standby time is 10 seconds, and the standby time is 60 seconds), and the evaluation value is based on the integrated values 1, 2, and 3. Assuming Further, it is assumed that the integrated values 1, 2 and 3 are calculated in the same manner even in the case of no saturation.

まず、光合成サンプルのPSIIの電子蓄積状態を評価するための評価値を算出する方法について説明する。このような評価値の一つとして、例えば、PSIIの電子蓄積がどのように変化したかを示すPSIIの電子蓄積の変化(eII)がある。この値eIIは、(評価試料の積算値1)/(標準試料の積算値1)×100によって求めることができる。PSIIの電子蓄積の変化(eII)は、飽和なし、待機時間0秒、待機時間10秒及び待機時間60秒の各条件について算出することができる。   First, a method for calculating an evaluation value for evaluating the electron accumulation state of PSII of the photosynthetic sample will be described. As one of such evaluation values, for example, there is a change (eII) in PSII electron accumulation indicating how the PSII electron accumulation has changed. This value eII can be obtained by (integrated value 1 of evaluation sample) / (integrated value 1 of standard sample) × 100. The PSII electron accumulation change (eII) can be calculated for the following conditions: no saturation, waiting time 0 seconds, waiting time 10 seconds, and waiting time 60 seconds.

PSIIの電子蓄積の変化(eII)が100を超えているということは、PSIIの電子蓄積が増加していることを示す。例えば、飽和なしの条件においてこのeIIを算出すれば、強光の影響のない標準的な条件下(例えば、飽和なしの場合)におけるPSIIの電子蓄積の変化を評価することができる。   A change in PSII electron accumulation (eII) of more than 100 indicates an increase in PSII electron accumulation. For example, if this eII is calculated under the condition of no saturation, it is possible to evaluate the change in the electron accumulation of PSII under a standard condition without the influence of strong light (for example, in the case of no saturation).

上述したように、待機時間0秒における一過的な積算値1の増加は、PSIIからの電子取出しが律速となったことによるPSIIの電子蓄積の増加を反映している。この積算値1の一過的増加は、光を照射しない待機時間を設けることにより飽和なしと同等まで回復する。例えば、ある待機時間でのPSIIからの電子取出し能力は、待機時間0秒での積算値1の一過的増加が、その待機時間を設けることでどの程度減少したかにより評価できる。そこで、待機時間0秒からある条件までのPSIIの電子取出し能力(tII)を評価値として算出する。この値tIIは、((待機時間0秒の場合の積算値1)/(飽和なしの場合の積算値1)―(ある待機時間における積算値1)/(飽和なしの場合の積算値1))×100によって求めることができる。   As described above, the transient increase in the integrated value 1 at the waiting time of 0 seconds reflects the increase in the PSII electron accumulation due to the rate-determining of the electron extraction from the PSII. The transient increase of the integrated value 1 is restored to the same level as when there is no saturation by providing a standby time during which no light is irradiated. For example, the ability to take out electrons from PSII in a certain standby time can be evaluated by how much the transient increase of the integrated value 1 at the standby time of 0 seconds is reduced by providing the standby time. Therefore, the PSII electron extraction capability (tII) from the standby time of 0 seconds to a certain condition is calculated as an evaluation value. This value tII is ((integrated value 1 when standby time is 0 second) / (integrated value 1 when there is no saturation) − (integrated value 1 when there is no saturation) / (integrated value 1 when there is no saturation)) ) × 100.

待機時間0秒からある待機時間までのPSIIの電子取出し能力(tII)が大きければ、待機時間0秒からある待機時間までにPSIIの一過的な電子蓄積が多く解消されたことを示す。逆に、この値tIIが負の値となった場合には、待機時間0秒からある待機時間までPSIIの電子蓄積が何らかの要因により増加したことを示す。   If the electron extraction capability (tII) of the PSII from the standby time of 0 second to a certain standby time is large, it indicates that a lot of PSII transient electron accumulation has been eliminated from the standby time of 0 second to the certain standby time. Conversely, when this value tII is a negative value, it indicates that the PSII electron accumulation has increased for some reason from the waiting time of 0 seconds to a certain waiting time.

さらに、環境要因を与えていない標準試料についての、待機時間0秒からある条件までのPSIIの電子取出し能力(tII)と、ある環境要因を与えた評価試料についてのそれと比較することにより、PSIIからの電子取出しがどのように変化したかを知ることができる。そこで、この変化を示す値として、待機時間0秒からある条件までのPSIIの電子取出しの変化(vII)を評価値として算出する。この値vIIは、(評価試料のtII)/(標準試料のtII)×100によって求めることができる。この値vIIが100であれば、PSIIからの電子取出し能力が環境要因により変化していないことを示す。これに対し、この値vIIが小さい場合にはPSIIからの電子取出し能力が低下していることを示し、負の値になった場合はPSIIに電子が流入していることを示す。   Furthermore, by comparing PSII's electron extraction capability (tII) from a waiting time of 0 seconds to a certain condition for a standard sample that has not been given an environmental factor with that for an evaluation sample that was given an environmental factor, You can see how the electronic take-out has changed. Therefore, as a value indicating this change, a change (vII) in PSII electron extraction from a standby time of 0 second to a certain condition is calculated as an evaluation value. This value vII can be obtained by (tII of evaluation sample) / (tII of standard sample) × 100. If this value vII is 100, it indicates that the ability to extract electrons from PSII has not changed due to environmental factors. On the other hand, when this value vII is small, it indicates that the ability to extract electrons from PSII is reduced, and when it is a negative value, it indicates that electrons are flowing into PSII.

また、本実施形態に係る光合成サンプルの評価方法によれば、光合成サンプルのpQpoolの酸化還元状態を評価することができる。例えば、pQpoolの酸化還元状態を反映する積算値2を用いて評価値を導出することが可能である。   Moreover, according to the photosynthesis sample evaluation method according to the present embodiment, the redox state of pQpool of the photosynthesis sample can be evaluated. For example, the evaluation value can be derived using the integrated value 2 that reflects the redox state of pQpool.

本実施形態では、予め光合成サンプルを60秒間暗中に静置しているため、飽和なしの場合には、光照射により生成される還元型プラストキノンが再酸化され、pQpoolがほぼ酸化された状態になる。また、第1の励起光を照射した直後である待機時間0秒では、pQpoolがほぼ全て還元され、酸化型プラストキノンがほとんど存在しない状態である。すなわち、飽和なしの場合の積算値2と待機時間0秒の場合の積算値2との差分は、光照射による酸化還元反応の大きさを表している。そこで、この大きさを示す値として、酸化還元反応の大きさ(sQ)を評価値として算出する。この値sQは、(飽和なしの場合の積算値2)−(待機時間0秒の場合の積算値2)によって求めることができる。   In the present embodiment, since the photosynthetic sample is left in the dark for 60 seconds in advance, when there is no saturation, the reduced plastoquinone generated by light irradiation is reoxidized, and pQpool is almost oxidized. Become. In addition, at a waiting time of 0 seconds immediately after irradiation with the first excitation light, almost all pQpool is reduced and there is almost no oxidized plastoquinone. That is, the difference between the integrated value 2 when there is no saturation and the integrated value 2 when the standby time is 0 seconds represents the magnitude of the oxidation-reduction reaction caused by light irradiation. Therefore, the value (sQ) of the oxidation-reduction reaction is calculated as an evaluation value as a value indicating the magnitude. This value sQ can be obtained by (integrated value 2 when there is no saturation) − (integrated value 2 when the standby time is 0 seconds).

この値sQを標準試料及び評価試料の双方について算出し、これらを比較することにより、環境要因によって光合成サンプルの酸化還元反応の大きさがどのように変化したかを知ることができる。そこで、標準試料についての酸化還元反応の大きさ(sQ)に対する評価試料についての酸化還元反応の大きさ(sQ)の割合を、sQの環境要因による変化(vQ)という評価値として算出する。この値vQは、(評価試料のsQ)/(標準試料のsQ)×100によって求めることができる。   By calculating this value sQ for both the standard sample and the evaluation sample and comparing them, it is possible to know how the size of the redox reaction of the photosynthetic sample has changed due to environmental factors. Therefore, the ratio of the oxidation-reduction reaction magnitude (sQ) for the evaluation sample to the oxidation-reduction reaction magnitude (sQ) for the standard sample is calculated as an evaluation value called change (vQ) due to environmental factors of sQ. This value vQ can be obtained by (sQ of evaluation sample) / (sQ of standard sample) × 100.

上述したように、待機時間0秒においてほぼ還元状態にあるpQpoolは、待機時間を設けることでcytbfによる再酸化反応が進み酸化型プラストキノンが生成されるため、飽和なしの状態に回復していく。つまり、pQpoolの酸化還元状態を反映する積算値2について、ある待機時間における積算値2と待機時間0秒における積算値2とを比較することにより、その待機時間での酸化型プラストキノンの生成量を知ることができる。この酸化型プラストキノンの生成量は、cytbfによる再酸化反応が阻害されると減少し、cytbfにおいて酸化型プラストキノンを還元する循環的電子伝達が阻害されると増加する。そこで、ある待機時間での酸化型プラストキノンの生成量(oQ)を評価値として算出する。この値oQは、(ある待機時間での積算値2)−(待機時間0秒での積算値2)によって求めることができる。 As described above, pQpool that is in a substantially reduced state at a waiting time of 0 second is recovered to an unsaturated state because reoxidation reaction by cytb 6 f proceeds and a oxidized plastoquinone is generated by providing a waiting time. To go. That is, for the integrated value 2 that reflects the redox state of pQpool, by comparing the integrated value 2 at a certain standby time with the integrated value 2 at a standby time of 0 seconds, the amount of oxidized plastoquinone produced at that standby time Can know. The amount of the oxidized plastoquinone decreases the re-oxidation is inhibited by Cytb 6 f, increases the cyclic electron transfer to reduce the oxidized plastoquinone is inhibited in Cytb 6 f. Therefore, the amount of oxidized plastoquinone produced (oQ) in a certain waiting time is calculated as an evaluation value. This value oQ can be obtained by (integrated value 2 at a certain standby time) − (integrated value 2 at a standby time of 0 seconds).

更に、pQpoolの酸化還元反応の大きさに対する、ある待機時間での酸化型プラストキノンの割合(%oQ)は、(ある待機時間でのoQ)/sQ×100によって求めることができる。   Furthermore, the ratio (% oQ) of oxidized plastoquinone at a certain waiting time to the magnitude of the redox reaction of pQpool can be obtained by (oQ at a certain waiting time) / sQ × 100.

また、本実施形態に係る光合成サンプルの評価方法によれば、光合成サンプルのPSIの電子蓄積の状態を評価することができる。例えば、遅延発光の計測結果から算出したPSIの電子蓄積の状態を反映する積算値3を用いて評価値を導出することが可能である。   Moreover, according to the evaluation method of the photosynthetic sample according to the present embodiment, it is possible to evaluate the PSI electron accumulation state of the photosynthetic sample. For example, it is possible to derive an evaluation value using the integrated value 3 that reflects the state of electron accumulation of PSI calculated from the measurement result of delayed light emission.

具体的には、ある待機時間における標準試料の積算値3と評価試料の積算値3とを比較することにより、PSIの電子蓄積がどのように変化したかを知ることができる。そこで、PSIの電子蓄積の変化(eI)を評価値として算出する。PSIの電子蓄積の変化(eI)は、(評価試料の積算値3)/(標準試料の積算値3)×100によって求めることができる。この値eIは、飽和なし、待機時間0秒、待機時間10秒及び待機時間60秒の各条件において算出することができる。この値eIが100を超えているということは、PSIの電子蓄積が増加していることを示す。例えば、飽和なしの条件においてPSIの電子蓄積の変化(eI)を算出すれば、強光の影響のない標準的な条件下でのPSIの電子蓄積の変化を評価することができる。   Specifically, it is possible to know how the PSI electron accumulation has changed by comparing the integrated value 3 of the standard sample and the integrated value 3 of the evaluation sample in a certain waiting time. Therefore, a change (eI) in PSI electron accumulation is calculated as an evaluation value. The change (eI) in the PSI electron accumulation can be obtained by (Evaluation sample integrated value 3) / (Standard sample integrated value 3) × 100. This value eI can be calculated under the following conditions: no saturation, standby time 0 seconds, standby time 10 seconds, and standby time 60 seconds. That this value eI exceeds 100 indicates that the electron accumulation of PSI is increasing. For example, if the change (eI) in the PSI electron accumulation is calculated under the condition without saturation, the change in the PSI electron accumulation under the standard condition without the influence of strong light can be evaluated.

上述したような第1の励起光を照射するとPSIの電子蓄積が増加する。PSIの電子の一部は、循環的電子伝達経路によりpQpoolを還元し、還元型プラストキノンを生じる。還元型プラストキノンに伝えられた電子の多くは、pQpoolからQ部位及びQ部位を介してPSII反応中心(P680)で遅延発光を生じる。飽和なしの場合の積算値3に対して、待機時間10秒の場合の積算値3が一過的に上昇する。すなわち、ある待機時間を設けた場合の積算値3から飽和なしの場合の積算値3を減算した差分がその待機時間でのPSIからの循環的電子伝達を表している。そこで、このPSIからの循環的電子伝達(cI)を評価値として算出する。この値cIは、(ある待機時間での積算値3)/(飽和なしでの積算値3)×100によって求めることができる。 When the first excitation light as described above is irradiated, the electron accumulation of PSI increases. Some of the electrons of PSI reduce pQpool through a cyclic electron transfer pathway to produce reduced plastoquinone. Many electronic conveyed into reduced plastoquinone results in delayed luminescence in PSII reaction center (P680) via the Q B site and Q A site from PQpool. The integrated value 3 in the case of the standby time of 10 seconds increases temporarily with respect to the integrated value 3 in the case of no saturation. That is, the difference obtained by subtracting the integrated value 3 in the case of no saturation from the integrated value 3 in the case where a certain waiting time is provided represents the cyclic electron transfer from the PSI in the standby time. Therefore, the cyclic electron transfer (cI) from this PSI is calculated as an evaluation value. This value cI can be obtained by (integrated value 3 at a certain standby time) / (integrated value 3 without saturation) × 100.

以上のように、本実施形態により酸化還元状態の変化を評価することができる。例えば、上述のように評価試料に環境要因(例えば、紫外線や化学物質など)を与えれば、その環境要因が光合成サンプルに対して有害か否か、また、その環境要因がどのような作用を持っているのかを評価することができる。更に、評価試料を調整する際に河川水や土壌抽出水を用いれば、これらの水に含まれている環境要因(有害もしくは有益な化学物質)を評価することができる。   As described above, this embodiment can evaluate the change in the redox state. For example, if an environmental factor (for example, ultraviolet rays or chemical substances) is given to the evaluation sample as described above, whether or not the environmental factor is harmful to the photosynthetic sample and what effect the environmental factor has. Can be evaluated. Furthermore, if river water or soil extract water is used when preparing an evaluation sample, environmental factors (harmful or beneficial chemical substances) contained in these waters can be evaluated.

本実施形態で示す酸化還元状態の変化の評価の有用性は上述したものに限定されない。例えば、植物の生育診断、植物に対する化学物質の影響、農薬の機能解析・開発及び光合成の研究に利用することも可能であると考えられる。   The usefulness of the evaluation of the change in the redox state shown in the present embodiment is not limited to the above. For example, it can be used for plant growth diagnosis, influence of chemical substances on plants, functional analysis / development of agricultural chemicals, and photosynthesis.

(光合成サンプルの評価プログラム)
次に、図15及び16を用いて、実施形態に係る光合成サンプルの評価プログラム(以下、単に「評価プログラム」という)50について説明する。図15は、実施形態に係る評価プログラム50の構成を記録媒体60と共に示す図である。また、図16は、図15に示す評価プログラム50が動作するコンピュータ70のハードウェア構成を示す図である。
(Evaluation program for photosynthetic samples)
Next, a photosynthesis sample evaluation program (hereinafter simply referred to as “evaluation program”) 50 according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 15 and 16. FIG. 15 is a diagram showing the configuration of the evaluation program 50 according to the embodiment together with the recording medium 60. FIG. 16 is a diagram illustrating a hardware configuration of a computer 70 on which the evaluation program 50 illustrated in FIG. 15 operates.

この評価プログラム50がコンピュータ70と協働することで、そのコンピュータ70が遅延発光計測装置1として動作することが可能となる。これにより、上述した光合成サンプルの評価をそのコンピュータ70上で実現することができる。   When the evaluation program 50 cooperates with the computer 70, the computer 70 can operate as the delayed luminescence measuring apparatus 1. Thereby, evaluation of the above-mentioned photosynthetic sample can be realized on the computer 70.

図15に示すように、評価プログラム50は、光源制御モジュール51と、検出制御モジュール52と、演算モジュール53を備えている。光源制御モジュール51は光源制御部31に対応し、検出制御モジュール52は検出制御部32に対応し、演算モジュール53は演算部22に対応する。すなわち、光源制御モジュール51によりコンピュータ70が第1励起手段及び第2励起手段として機能し、検出制御モジュール52によりコンピュータ70が測定手段として機能し、演算モジュール53によりコンピュータ70が評価手段として機能する。   As shown in FIG. 15, the evaluation program 50 includes a light source control module 51, a detection control module 52, and a calculation module 53. The light source control module 51 corresponds to the light source control unit 31, the detection control module 52 corresponds to the detection control unit 32, and the calculation module 53 corresponds to the calculation unit 22. That is, the computer 70 functions as a first excitation unit and a second excitation unit by the light source control module 51, the computer 70 functions as a measurement unit by the detection control module 52, and the computer 70 functions as an evaluation unit by the calculation module 53.

図16に示すように、コンピュータ70は、オペレーティングシステムやアプリケーションプログラムなどを実行するCPU71、ROM及びRAMで構成される主記憶装置72、ハードディスクなどで構成される補助記憶装置73、ネットワークカードなどの通信制御装置74、モニタやプリンタなどの出力装置76、キーボードやマウスなどの入力装置75で構成される。図15を示して説明した各モジュールは、図16に示すCPU71や主記憶装置72の上に所定のソフトウェアを読み込ませ、CPU71の制御の下で通信制御装置74を動作させるとともに、主記憶装置72や補助記憶装置73におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。   As shown in FIG. 16, a computer 70 includes a CPU 71 that executes an operating system, application programs, and the like, a main storage device 72 that includes a ROM and a RAM, an auxiliary storage device 73 that includes a hard disk, and a communication such as a network card. It comprises a control device 74, an output device 76 such as a monitor or printer, and an input device 75 such as a keyboard or mouse. Each module described with reference to FIG. 15 loads predetermined software on the CPU 71 and the main storage device 72 shown in FIG. 16 and operates the communication control device 74 under the control of the CPU 71. And by reading and writing data in the auxiliary storage device 73.

この評価プログラム50によれば、異なった第2の照射条件毎に遅延発光の発光量を測定することができるので、より詳細な評価値を導出することができる。その結果、評価試料に含まれる光合成サンプルの酸化還元状態を適切に且つ簡便に評価することができる。   According to this evaluation program 50, the amount of delayed light emission can be measured for each different second irradiation condition, so that a more detailed evaluation value can be derived. As a result, the redox state of the photosynthetic sample contained in the evaluation sample can be evaluated appropriately and simply.

以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明する。しかし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, based on an Example, this invention is demonstrated more concretely. However, the present invention is not limited to the following examples.

光合成サンプルとして緑藻を用いた。そして、C(75)培地を希釈液として685nm吸光度OD685=0.05に調製した後に気温25℃±1℃の環境下で50μmol・m−2・s−1の白色光を照射しつつ1時間培養した細胞懸濁液2.5mLを標準試料とした。一方、評価試料は、3-(3,4-dichlorophenyl)-1,1-dimethyl-urea(DCMU)を12ug/Lの濃度で曝露したもの、2,5-dibromo-6-isopropyl-3-methyl-1,4-benzoquinone(DBMIB)を322ug/Lの濃度で曝露したもの及びAntimycinA(Ant−A)を0.55mg/Lの濃度で曝露したものを用意した。これらの化学物質は、いずれも光合成電子伝達の阻害剤である。以下、DCMU、DBMIB及びAnt−Aを曝露した試料をそれぞれDCMU曝露試料、DBMIB曝露試料及びAnt−A曝露試料という。そして、標準試料及び3種類の曝露試料のそれぞれについて、飽和なし、待機時間0秒、待機時間10秒、待機時間60秒の各条件で上述の評価方法を実施した。光合成サンプルの酸化還元状態は、これらの各条件で異なる。 Green algae was used as a photosynthesis sample. Then, after preparing C (75) medium as a diluent at 685 nm absorbance OD685 = 0.05, it was irradiated with white light of 50 μmol · m −2 · s −1 for 1 hour in an environment of air temperature 25 ° C. ± 1 ° C. 2.5 mL of the cultured cell suspension was used as a standard sample. On the other hand, the evaluation sample is 3- (3,4-dichlorophenyl) -1,1-dimethyl-urea (DCMU) exposed at a concentration of 12 ug / L, 2,5-dibromo-6-isopropyl-3-methyl Those exposed to -1,4-benzoquinone (DBMIB) at a concentration of 322 ug / L and those exposed to Antimycin A (Ant-A) at a concentration of 0.55 mg / L were prepared. These chemical substances are all inhibitors of photosynthetic electron transfer. Hereinafter, the samples exposed to DCMU, DBMIB, and Ant-A are referred to as DCMU exposed samples, DBMIB exposed samples, and Ant-A exposed samples, respectively. Then, the above-described evaluation method was carried out for each of the standard sample and the three types of exposed samples under the following conditions: no saturation, waiting time 0 seconds, waiting time 10 seconds, and waiting time 60 seconds. The redox state of the photosynthetic sample is different under each of these conditions.

図17〜20は、それぞれ、実施例における標準試料、DCMU曝露試料、DBMIB曝露試料及びAnt−A曝露試料についての遅延発光の発光量の経時変化(減衰曲線)を示したグラフである。図17〜20に示すように、化学物質を曝露したことにより、各曝露試料についての減衰曲線の形状が変化した。   17 to 20 are graphs showing changes over time (decay curves) of the amount of delayed luminescence for the standard sample, the DCMU-exposed sample, the DBMIB-exposed sample, and the Ant-A-exposed sample in the examples, respectively. As shown in FIGS. 17-20, exposure to chemicals changed the shape of the decay curve for each exposed sample.

以下、積算値を用いてこれら減衰曲線の形状の変化を詳細に説明する。この説明のために、図21〜図23を用いる。図21は、実施例における標準試料の積算値とDCMU曝露試料の積算値とを比較したグラフであり、図21(a)、図21(b)及び図21(c)は、それぞれ積算値1、積算値2及び積算値3についてのグラフである。図22は、実施例における標準試料の積算値とDBMIB曝露試料の積算値とを比較したグラフであり、図22(a)、図22(b)及び図22(c)は、それぞれ積算値1、積算値2及び積算値3についてのグラフである。図23は、実施例における標準試料の積算値とAnt−A曝露試料の積算値とを比較したグラフであり、図23(a)、図23(b)及び図23(c)は、それぞれ積算値1、積算値2及び積算値3についてのグラフである。   Hereinafter, changes in the shape of these attenuation curves will be described in detail using integrated values. For this description, FIGS. 21 to 23 are used. FIG. 21 is a graph comparing the integrated value of the standard sample and the integrated value of the DCMU-exposed sample in the example. FIGS. 21 (a), 21 (b), and 21 (c) show the integrated value 1 respectively. 4 is a graph for integrated value 2 and integrated value 3. FIG. 22 is a graph comparing the integrated value of the standard sample and the integrated value of the DBMIB-exposed sample in the example. FIGS. 22 (a), 22 (b), and 22 (c) show the integrated value 1 respectively. 4 is a graph for integrated value 2 and integrated value 3. FIG. 23 is a graph comparing the integrated value of the standard sample and the integrated value of the Ant-A-exposed sample in the example. FIGS. 23 (a), 23 (b), and 23 (c) are integrated values, respectively. It is a graph about value 1, integrated value 2, and integrated value 3.

まず、各曝露試料に共通する標準試料の結果について説明する。PSII内部の電子を反映する積算値1は、待機時間0秒の場合に最大値を示したのに対し、待機時間10秒及び待機時間60秒の場合には、飽和なしと同程度の値をとった。これは、上述したように、第1の励起光照射直後にはpQpoolに還元型プラストキノンが多く存在し、PSIIから電子を取り出すことのできる酸化型プラストキノンが少なくなってPSII内部の電子蓄積が増加するためである。待機時間10秒及び60秒の場合には、その待機時間の間に酸化型プラストキノンが生成されたことで、PSIIの電子伝達反応が円滑に進む飽和なしの状態と同等まで回復したと理解できる。   First, the result of the standard sample common to each exposed sample will be described. The integrated value 1 that reflects the electrons inside the PSII showed the maximum value when the standby time was 0 seconds, whereas when the standby time was 10 seconds and the standby time was 60 seconds, it was the same value as no saturation. I took it. As described above, there is a large amount of reduced plastoquinone in pQpool immediately after irradiation with the first excitation light, and there is less oxidized plastoquinone that can extract electrons from PSII, so that the accumulation of electrons inside PSII is reduced. This is because it increases. In the case of the waiting time of 10 seconds and 60 seconds, it can be understood that the oxidized plastoquinone was generated during the waiting time, and the PSII electron transfer reaction was smoothly recovered to the same level as that without saturation. .

pQpoolの電子を反映する積算値2は、待機時間0秒の場合に最小値を示し、待機時間が長くなるにつれ徐々に飽和なしの場合の値に近づいていった。これは、上述したように、第1の励起光照射直後ではpQpoolに還元型プラストキノンが多く存在しており、PSII内のプラストキノン結合部位であるQB部位に結合可能な酸化型プラストキノンが不足しているためである。酸化型プラストキノンは待機時間の間に生成されるので、待機時間60秒の場合には、飽和なしの場合と同等まで回復した。   The integrated value 2 reflecting the electrons of pQpool showed a minimum value when the waiting time was 0 second, and gradually approached the value when there was no saturation as the waiting time became longer. As described above, there is a large amount of reduced plastoquinone in pQpool immediately after irradiation with the first excitation light, and there is a shortage of oxidized plastoquinone that can bind to the QB site that is the plastoquinone binding site in PSII. It is because it is doing. Oxidized plastoquinone was produced during the waiting time, and therefore, when the waiting time was 60 seconds, it recovered to the same level as in the case of no saturation.

PSI以降の電子を反映する積算値3は、飽和なし、待機時間0秒及び待機時間60秒の場合でほぼ同じ値となり、待機時間10秒の場合のみ値が増加した。これは、PSI以降のフェレドキシンやNADPHに蓄えられた電子がフェレドキシンを介して酸化型プラストキノンに伝達され、還元型プラストキノンを生じる循環的電子伝達反応や、P700を介した逆反応などが生じたためである。積算値3で示される反応は、積算値1又は積算値2で示される反応と比較して多くの反応経路を経由するため、待機時間0秒の場合よりも待機時間10秒の場合の方が発光量が多くなる。積算値3は、待機時間60秒の場合には飽和なしの場合と同等まで回復した。   The integrated value 3 reflecting the electrons after the PSI becomes almost the same value when there is no saturation, the standby time is 0 second, and the standby time is 60 seconds, and the value increases only when the standby time is 10 seconds. This is because the electrons accumulated in ferredoxin and NADPH after PSI are transferred to oxidized plastoquinone via ferredoxin, resulting in a cyclic electron transfer reaction that produces reduced plastoquinone and a reverse reaction via P700. It is. Since the reaction indicated by the integrated value 3 passes through many reaction paths as compared with the reaction indicated by the integrated value 1 or the integrated value 2, the case where the standby time is 10 seconds is more than the case where the standby time is 0 seconds. The amount of light emission increases. The integrated value 3 recovered to the same level as in the case of no saturation when the standby time was 60 seconds.

次に、各曝露試料固有の結果について説明する。まず、DCMU曝露試料の結果について説明する。DCMUは、PSIIの中にあるQB部位への酸化型プラストキノンの結合を阻害することにより、PSII内部からpQpoolへの電子の移動を阻害する。したがって、還元型プラストキノンの生成が阻害され、プラストキノンプールでは酸化型プラストキノンの存在量が多くなる。プラストキノンプールの電子蓄積が減少した結果、cytbfによるプロトン勾配の形成、光化学系I(PSI)への電子供給の低下及びNADPH合成の減少が発生する。 Next, the results specific to each exposed sample will be described. First, the result of a DCMU exposure sample is demonstrated. DCMU inhibits the transfer of electrons from inside PSII to pQpool by inhibiting the binding of oxidized plastoquinone to the QB site in PSII. Therefore, the production of reduced plastoquinone is inhibited, and the abundance of oxidized plastoquinone increases in the plastoquinone pool. As a result of the reduced electron accumulation of the plastoquinone pool, the formation of a proton gradient by cytb 6 f, a decrease in electron supply to photosystem I (PSI) and a decrease in NADPH synthesis occur.

DCMU曝露試料の積算値1は、飽和なし、待機時間10秒及び待機時間60秒の各場合で標準試料の値の2倍近い値を示し、標準試料に関するデータの中で最も飽和に近い状態にある待機時間0秒の場合よりも高い値となった。標準試料では、飽和なしの場合よりも待機時間0秒(飽和状態)の方が積算値1が大きくなったのに対し、DCMU曝露試料では逆の結果となった。また、DCMU曝露試料では、飽和が回復する場合(待機時間10秒及び60秒の場合)においても値が減少しなかった。これにより、PSII内部からの電子取出しが強光照射による電子伝達の飽和とは無関係に阻害されていることがわかった。これは、DCMUがPSIIの電子伝達を阻害する事と一致している。   The integrated value 1 of the DCMU-exposed sample shows a value close to twice the value of the standard sample in each case of no saturation, a standby time of 10 seconds, and a standby time of 60 seconds, and is the closest to saturation in the data regarding the standard sample. The value was higher than in the case of a certain waiting time of 0 seconds. In the standard sample, the integrated value 1 was larger in the waiting time of 0 second (saturated state) than in the case of no saturation, whereas the DCMU-exposed sample had the opposite result. Further, in the DCMU-exposed sample, the value did not decrease even when the saturation was recovered (when the waiting times were 10 seconds and 60 seconds). Thereby, it was found that the electron extraction from the inside of PSII was inhibited regardless of the saturation of electron transfer by intense light irradiation. This is consistent with DCMU inhibiting PSII electron transfer.

なお、標準試料とDCMU曝露試料とで待機時間0秒の場合に顕著な差は見られなかったのは、第1の励起光照射直後ではPSII内での循環的電子伝達などの電子消散機構が働いているためであると考えられる。   Note that there was no significant difference between the standard sample and the DCMU-exposed sample when the waiting time was 0 seconds because the electron dissipation mechanism such as cyclic electron transfer in PSII immediately after the first excitation light irradiation. This is thought to be due to working.

DCMU曝露試料の積算値2は、全ての条件において標準試料のそれよりも低くなった。しかし、待機時間0秒の場合に最小値を示し、待機時間が長くなるにつれ徐々に飽和なしの場合の値に近づいていく傾向は、標準試料の結果と同じであった。これは、pQpoolにおける電子蓄積は低下したが、還元型プラストキノンを再酸化する過程は阻害されなかったことを示している。これは、DCMUがPSII以降への電子伝達を低下させるが、それ以外の反応を阻害しないことと一致している。   The integrated value 2 of the DCMU exposed sample was lower than that of the standard sample in all conditions. However, the minimum value was shown when the waiting time was 0 seconds, and the tendency to gradually approach the value without saturation as the waiting time became longer was the same as the result of the standard sample. This indicates that the electron accumulation in pQpool was reduced, but the process of reoxidizing reduced plastoquinone was not inhibited. This is consistent with DCMU reducing electron transfer to PSII and beyond but not inhibiting other reactions.

DCMU曝露試料の積算値3は、全ての条件において標準試料のそれよりも低くなった。更に、DCMU曝露試料の積算値3は、待機時間0秒及び10秒の場合に飽和なしの場合より高い値となった。標準試料では認められない待機時間0秒での値の増加の違いがあるものの、基本的には標準試料と同じ傾向であった。これは、PSI以降からの逆反応によるPSIIへの電子流入は減少したが、PSI以降からの電子の逆流は阻害されなかったことを示している。これは、DCMUがPSII以降への電子伝達を低下させるが、それ以外の反応を阻害しないことと一致している。   The integrated value 3 of the DCMU exposed sample was lower than that of the standard sample in all conditions. Further, the integrated value 3 of the DCMU-exposed sample was higher than that in the case of no saturation when the waiting times were 0 seconds and 10 seconds. Although there was a difference in increase in the value at a waiting time of 0 seconds, which was not recognized in the standard sample, the tendency was basically the same as that in the standard sample. This indicates that the electron inflow to PSII due to the reverse reaction from PSI onward decreased, but the backflow of electrons from PSI onward was not inhibited. This is consistent with DCMU reducing electron transfer to PSII and beyond but not inhibiting other reactions.

次に、DBMIB曝露試料の結果について説明する。DBMIBは、cytbf複合体のプラストキノン結合部位に結合し還元型プラストキノンの酸化を阻害する。したがって、pQpoolでは還元型プラストキノンの存在量が増加し酸化型プラストキノンの存在量が減少する。 Next, the results of the DBMIB exposed sample will be described. DBMIB binds to the plastoquinone binding site of the cytb 6 f complex and inhibits oxidation of reduced plastoquinone. Therefore, in pQpool, the abundance of reduced plastoquinone increases and the abundance of oxidized plastoquinone decreases.

DBMIB曝露試料の積算値1は、全ての条件で標準試料のそれよりも高くなった。しかし、飽和なしの場合と比較して待機時間0秒で値が増加し、待機時間10秒及び60秒の場合に飽和なしの場合と同程度にまで回復したことは、標準試料の場合と同じであった。このことは、PSII内部の電子蓄積は増加したが、PSIIからの電子の取り出しそのものは阻害されなかったことを示している。これは、DBMIBが酸化型プラストキノンの生成を阻害し、PSIIからの電子の取り出しが低下することと一致する。   The integrated value 1 of the DBMIB exposed sample was higher than that of the standard sample under all conditions. However, the value increased at a waiting time of 0 seconds as compared to the case without saturation, and recovered to the same extent as when there was no saturation when the waiting times were 10 seconds and 60 seconds, as in the case of the standard sample. Met. This indicates that although the electron accumulation inside PSII increased, the extraction of electrons from PSII itself was not inhibited. This is consistent with DBMIB inhibiting the production of oxidized plastoquinone and reducing the extraction of electrons from PSII.

DBMIB曝露試料の積算値2と標準試料の積算値2とを比較したところ、最も飽和に近い状態にある待機時間0秒の場合では大きな差は認められなかった。しかし、それ以外の条件(飽和なし、待機時間10秒及び待機時間60秒)では、DBMIB曝露試料の積算値2の方が標準試料のそれよりも低くなった。すなわち、DBMIB曝露試料では、最も飽和に近い状態(待機時間0秒)での積算値2と飽和なしの状態での積算値2との差が少なくなった。これは、飽和なしの条件で、強光照射が無いにもかかわらずpQpoolが還元状態になり、pQpoolの酸化型プラストキノンの存在量が増加したためである。このことは、DBMIBが還元型プラストキノンの酸化を阻害するが、それ以外の電子伝達を阻害しないことと一致する。   When the integrated value 2 of the DBMIB-exposed sample was compared with the integrated value 2 of the standard sample, no significant difference was observed in the case of the standby time of 0 seconds, which was in a state closest to saturation. However, under other conditions (no saturation, waiting time 10 seconds and waiting time 60 seconds), the integrated value 2 of the DBMIB-exposed sample was lower than that of the standard sample. That is, in the DBMIB-exposed sample, the difference between the integrated value 2 in the state closest to saturation (standby time 0 seconds) and the integrated value 2 in the state without saturation was reduced. This is because under the condition of no saturation, pQpool is in a reduced state despite the absence of intense light irradiation, and the amount of oxidized plastoquinone in pQpool is increased. This is consistent with DBMIB inhibiting the oxidation of reduced plastoquinone, but not other electron transport.

DBMIB曝露試料の積算値3と標準試料の積算値3とを比較したところ、飽和なし、待機時間0秒及び待機時間60秒の各場合では、両者の間に大きな差は認められなかった。しかし、待機時間10秒の場合について比較したところ、標準試料では値が比較的大きく増加したのに対し、DBMIB曝露試料での増分は標準試料の場合よりも低いものであった。これは、PSI以降からpQpoolへの電子の流れが低下したことを示している。このことは、DBMIBがPSIからプラストキノンへの電子の流れの一つである循環的電子伝達の電子受容体となる酸化型プラストキノンの存在量を低下させることと一致する。   When the integrated value 3 of the DBMIB-exposed sample was compared with the integrated value 3 of the standard sample, there was no significant difference between the two in each case of no saturation, standby time 0 seconds, and standby time 60 seconds. However, when compared with the case where the waiting time was 10 seconds, the value increased relatively large in the standard sample, whereas the increment in the DBMIB-exposed sample was lower than that in the standard sample. This indicates that the flow of electrons from the PSI onwards to pQpool has decreased. This is consistent with DBMIB reducing the abundance of oxidized plastoquinone that serves as an electron acceptor for cyclic electron transfer, one of the electron flow from PSI to plastoquinone.

次に、Ant−A曝露試料の結果について説明する。Ant−Aは、PSIのフェレドキシン(Fd)を介してcytbfの酸化型プラストキノンへ電子を伝達し、還元型プラストキノンを生じる循環的電子伝達を阻害する化学物質である。すなわち、Ant−Aは、PSIからpQpoolへ電子を循環させる反応を阻害する。 Next, the results of the Ant-A exposed sample will be described. Ant-A is a chemical substance that inhibits the cyclic electron transfer that produces reduced plastoquinone by transferring electrons to oxidized plastoquinone of cytb 6 f via PSI ferredoxin (Fd). That is, Ant-A inhibits the reaction of circulating electrons from PSI to pQpool.

Ant−A曝露試料の積算値1と標準試料の積算値1とを比較したところ、飽和なし、待機時間0秒及び待機時間60秒の各場合では大きな差は認められなかった。また、待機時間0秒の場合には飽和なしの場合よりも積算値1が増加した点も同様であった。しかし、待機時間10秒の場合に注目すると、標準試料では積算値1が飽和なしと同じ程度まで減少したのに対して、Ant−A曝露試料では待機時間0秒の場合と同様に増加しており、待機時間60秒の場合に飽和なしと同等まで減少した。本来PSII内部の電子蓄積が解消されているはずの待機時間10秒においてもPSII内部の電子蓄積が多い状態にあったことについては、PSIIからの電子取出しが阻害されたのではなく、飽和の回復が遅かったか、又は、異なる経路からPSIIに電子が流入した可能性が考えられる。   When the integrated value 1 of the Ant-A-exposed sample was compared with the integrated value 1 of the standard sample, no significant difference was observed in each case of no saturation, standby time 0 seconds, and standby time 60 seconds. Further, the same was true in the case where the standby time was 0 second, and the integrated value 1 increased compared to the case where there was no saturation. However, paying attention to the case where the waiting time is 10 seconds, the integrated value 1 decreased to the same extent as in the case of no saturation in the standard sample, whereas in the Ant-A-exposed sample, it increased as in the case of the waiting time 0 second. In the case of a waiting time of 60 seconds, it decreased to the same level as no saturation. Regarding the fact that there was a large amount of electron accumulation inside PSII even in the standby time of 10 seconds, where the electron accumulation inside PSII should have been eliminated, the recovery of saturation was not the case because the electron extraction from PSII was not hindered. Could be late, or electrons could have flowed into PSII from a different path.

Ant−A曝露試料の積算値2は、全ての条件において標準試料の場合よりも発光量が低くなった。しかし、待機時間0秒の場合に最小値を示し、待機時間が長くなるにつれ徐々に飽和なしの値に近づく傾向は、標準試料の場合と同じであった。このことは、標準試料に比べて酸化型プラストキノンが減少しているが(pQpoolが還元状態である)が、cytbfにおける酸化型プラストキノンの生成は阻害されていないことを表している。このことは、Ant−Aがcytbfにおける酸化型プラストキノンの生成を阻害しないことと一致する。 In the integrated value 2 of the Ant-A exposed sample, the light emission amount was lower than that of the standard sample under all conditions. However, the minimum value was shown when the waiting time was 0 second, and the tendency to gradually approach the value without saturation as the waiting time became longer was the same as that of the standard sample. This indicates that although oxidized plastoquinone is reduced as compared with the standard sample (pQpool is in a reduced state), the production of oxidized plastoquinone in cytb 6 f is not inhibited. This is consistent with Ant-A not inhibiting the production of oxidized plastoquinone in cytb 6 f.

Ant−A曝露試料の積算値3は、全ての条件において標準試料よりも発光量が低くなった。また、標準試料において観察された、待機時間10秒における積算値3の増加も観察されなかった。上記のように、待機時間10秒における積算値3の増加には循環的電子伝達が関与していると考えられるので、この結果は、PSI以降の電子蓄積が減少し且つPSIからpQpoolへ至る電子の流れが阻害されたことを表しているといえる。PSIからpQpoolへの電子の流れが阻害されたことは、Ant−Aが循環的電子伝達を阻害することと一致する。PSIIの電子蓄積の減少についても、循環的電子伝達の阻害によりpQpoolから再度PSIに流入する電子が減少したためと考えられる。循環的電子伝達の阻害により行き場を失った電子は何らかの機構によりPSIIに移動し、その結果、上述した待機時間10秒における積算値1の増加を引き起こしたという可能性も考えられる。   In the integrated value 3 of the Ant-A exposed sample, the light emission amount was lower than that of the standard sample under all conditions. Moreover, the increase of the integrated value 3 observed in the standard sample at the standby time of 10 seconds was not observed. As described above, since it is considered that cyclic electron transfer is involved in the increase of the integrated value 3 in the waiting time of 10 seconds, this result indicates that the electron accumulation after the PSI decreases and the electrons from the PSI to the pQpool It can be said that this indicates that the flow of water is hindered. The inhibition of electron flow from PSI to pQpool is consistent with Ant-A inhibiting cyclic electron transfer. The decrease in the accumulation of electrons in PSII is also thought to be due to the decrease in electrons flowing from pQpool into PSI again due to the inhibition of cyclic electron transfer. It is also possible that electrons that have lost their destination due to the inhibition of cyclic electron transfer have moved to PSII by some mechanism, and as a result, have caused an increase in integrated value 1 in the above-described waiting time of 10 seconds.

次に、図24〜26を用いて、実施例における標準試料および各曝露試料の測定値に基づいて上述の評価値算出方法を実施して得た値eII、vII、vQ、%oQ、eI及びcIについて説明する。図24は、各試料の飽和なしにおける値eII及びvIIを示す表である。図25は、各試料の値vQ及び%oQを示す表である。図26は、各試料の飽和なしにおける値eI及びcIを示す表である。   Next, using FIGS. 24 to 26, values eII, vII, vQ,% oQ, eI obtained by performing the above-described evaluation value calculation method based on the measurement values of the standard sample and each exposed sample in the examples, and The cI will be described. FIG. 24 is a table showing the values eII and vII of each sample without saturation. FIG. 25 is a table showing the values vQ and% oQ for each sample. FIG. 26 is a table showing the values eI and cI of each sample without saturation.

図24に示すように、DCMU曝露試料の飽和なしにおける値eIIは188であったので、標準試料の場合よりもPSIIでの電子蓄積が増加したことがわかる。また、DCMU曝露試料のvIIが負の値となったことから、PSIIからの電子取出しはなく、逆にPSIIに電子が流入している状態であったことがわかる。これは、PSIIからの電子取出しを阻害し、PSIIの電子蓄積を増加させるDCMUの作用と合致する。   As shown in FIG. 24, since the value eII of the DCMU-exposed sample without saturation was 188, it can be seen that the electron accumulation in PSII was increased as compared with the case of the standard sample. Further, since the vII of the DCMU-exposed sample was a negative value, it was found that there was no extraction of electrons from PSII, and conversely, electrons were flowing into PSII. This is consistent with the action of DCMU, which inhibits electron extraction from PSII and increases PSII electron accumulation.

また、図25に示すように、DBMIB曝露試料は値vQが30となった。これは、標準試料に比べ光照射による酸化還元反応が減少したことを示している。また、値%oQについて見ると、標準試料では、待機時間10秒で36、待機時間60秒で107であったのに対して、DBMIB曝露試料では、待機時間10秒で4、待機時間60秒で22というように、標準試料の場合と比較して減少した。これは、DBMIB曝露試料では、標準試料と比べてpQpoolの酸化還元反応が低下しcytbfでのプラストキノンの再酸化が低下したことを示す。このことは、cytbfでのプラストキノンの再酸化反応を阻害するDBMIBの作用と合致している。 Further, as shown in FIG. 25, the DBMIB-exposed sample has a value vQ of 30. This indicates that the redox reaction due to light irradiation is reduced as compared with the standard sample. Further, regarding the value% oQ, the standard sample was 36 at the standby time of 10 seconds and 107 at the standby time of 60 seconds, whereas the DBMIB-exposed sample was 4 at the standby time of 10 seconds and the standby time of 60 seconds. The number was reduced as compared with the standard sample. This indicates that in the DBMIB-exposed sample, the redox reaction of pQpool decreased and the reoxidation of plastoquinone at cytb 6 f decreased compared to the standard sample. This is consistent with the action of DBMIB, which inhibits plastoquinone reoxidation at cytb 6 f.

また、図26に示すように、Ant−A曝露試料の飽和なしにおける値eIは89であり、PSIの電子蓄積は標準試料の場合比較してそれほど減少していない。しかし、標準試料の待機時間10秒における値cIが38であるのに対して、Ant−A曝露試料の待機時間10秒における値cIは−12となっている。これは、Ant−A曝露試料では、PSIの電子蓄積がそれほど変化しなかったが、PSIからpQpoolへの循環的電子伝達などによる電子の流入が低下したことを示す。このことは、循環的電子伝達を阻害するAnt−Aの機能と合致している。   Further, as shown in FIG. 26, the value eI of the Ant-A-exposed sample without saturation is 89, and the electron accumulation of PSI is not so reduced as compared with the case of the standard sample. However, the value cI of the standard sample with a waiting time of 10 seconds is 38, whereas the value cI of the Ant-A exposed sample with a waiting time of 10 seconds is -12. This shows that in the Ant-A-exposed sample, the electron accumulation of PSI did not change so much, but the inflow of electrons due to cyclic electron transfer from PSI to pQpool decreased. This is consistent with Ant-A's ability to inhibit cyclic electron transfer.

以上、DCMU、DBMIB及びAnt−Aを用いた計測結果から、有害物質を曝露しない標準試料と有害物質を曝露した曝露試料とについて、異なる酸化還元状態の光合成サンプルの遅延発光を計測して計測結果を比較することで、有害物質の有無及びその光合成電子伝達反応への作用の違いを評価することができることがわかった。このような特徴は、化学物質生態リスク評価に代表される、藻類などの光合成サンプルに対する有害物質の影響の評価に対して有用である。   As described above, from the measurement results using DCMU, DBMIB, and Ant-A, the measurement results are obtained by measuring the delayed luminescence of the photosynthetic samples in different oxidation-reduction states for the standard sample that is not exposed to harmful substances and the exposed sample that is exposed to harmful substances. It was found that the presence or absence of harmful substances and the difference in action on the photosynthetic electron transfer reaction can be evaluated. Such characteristics are useful for evaluating the effects of harmful substances on photosynthetic samples such as algae, represented by chemical ecological risk assessment.

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で以下のような様々な変形が可能である。   The present invention has been described in detail based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be modified in various ways as described below without departing from the scope of the invention.

上記実施形態では、測定された遅延発光の発光量を測定時間帯毎に積算した積算値に基づいて評価値を導出したが、評価値の導出方法はこれに限定されない。例えば、遅延発光の発光量の経時データ(減衰曲線)が予め設定された複数の関数の和としてフィッティングするように当該複数の関数の係数値を決定し、この係数値に基づいて評価値を導出してもよい。   In the above embodiment, the evaluation value is derived based on the integrated value obtained by integrating the measured amount of delayed light emission for each measurement time period. However, the evaluation value deriving method is not limited to this. For example, the coefficient values of the plurality of functions are determined so that the time-lapse data (attenuation curve) of the delayed light emission amount is fitted as a sum of a plurality of preset functions, and the evaluation value is derived based on the coefficient values. May be.

遅延発光の発光量の経時データを経時データ関数にフィッティングする手法(以下「フィッティング手法」という)について詳細に説明する。フィッティング手法を利用するために、複数の関数の情報を予め遅延発光計測装置1の記録部21に記憶させておく。関数としては、山型の関数を用いることが好ましい。山型の関数とは、形状が山型になる関数のことで、所定の変数値において関数値が最大値となり、当該所定の変数値以下の変数値では単調非減少、当該所定の変数値以上の変数値では単調非増加な関数である。   A method of fitting the time-lapse data of the delayed light emission amount to the time-lapse data function (hereinafter referred to as “fitting method”) will be described in detail. In order to use the fitting method, information of a plurality of functions is stored in advance in the recording unit 21 of the delayed light emission measuring device 1. It is preferable to use a mountain function as the function. A chevron-shaped function is a function that has a chevron shape, and the function value has a maximum value at a predetermined variable value, and is monotonously non-decreasing at a variable value below the predetermined variable value, greater than the predetermined variable value Is a monotonically non-increasing function.

複数の関数としては、例えば、a,b,c(i=1,2,3)を複数の関数の係数値、tを基準時刻からの経過時間(励起後時間)を示す変数としたときに、それぞれ

Figure 0004813327

で示されるローレンツ関数(コーシー分布)を用いることが考えられる。係数値aは時間方向への広がり、係数値bは発光量が最大値を取る励起後時間t、係数値cは最大値の極大値に、それぞれ影響する。 As the plurality of functions, for example, a i , b i , c i (i = 1, 2, 3) are coefficient values of the plurality of functions, t is a variable indicating an elapsed time (post-excitation time) from the reference time, Each time
Figure 0004813327

It is conceivable to use the Lorentz function (Cauchy distribution) shown in FIG. The coefficient value a i spreads in the time direction, the coefficient value b i affects the post-excitation time t at which the light emission amount takes a maximum value, and the coefficient value c i affects the maximum value of the maximum value.

この場合、フィッティングに用いる複数の関数の和は、

Figure 0004813327

となる。ここで、励起後時間tの基準時刻は、例えば、光源12からの光の照射が終了した時刻から予め設定した所定の時間が経過した時刻とする。また、上記(2)の式において、右辺の第1項、第2項、第3項を、それぞれ時間軸上で最大値の現れる順番で、第1関数、第2関数、第3関数というように表す。すなわち、複数の関数の係数において、b<b<bの関係が成立する。 In this case, the sum of multiple functions used for fitting is
Figure 0004813327

It becomes. Here, the reference time of the post-excitation time t is, for example, the time at which a predetermined time has elapsed from the time when the light irradiation from the light source 12 is completed. In the expression (2), the first term, the second term, and the third term on the right side are referred to as the first function, the second function, and the third function in the order in which the maximum values appear on the time axis, respectively. Expressed in That is, the relationship of b 1 <b 2 <b 3 is established among the coefficients of a plurality of functions.

なお、フィッティング手法で用いる関数はこれに限定されず、二次関数、正規分布関数等の他の山型の関数を用いてもよい。また、よくフィッティングする関数であれば、山型の関数でなくてもよい。例えば、上記(2)で示される式に更に係数d(i=1,2,3)を加えた、以下の式で表される関数を用いてもよい。

Figure 0004813327
Note that the function used in the fitting method is not limited to this, and other mountain functions such as a quadratic function and a normal distribution function may be used. Further, as long as it is a function that fits well, it does not have to be a mountain function. For example, a function represented by the following equation obtained by adding a coefficient d i (i = 1, 2, 3) to the equation represented by (2) may be used.
Figure 0004813327

フィッティング手法を実施するためには、フィッティングを行うためのアルゴリズムについても予め記録部21に記憶させておく。例えば、シンプレックス法、Gauss-Newton法、Davidon Fletcher Powell法、Brent法、モンテカルロ法及びシミュレーテッド・アニーリング法をフィッティングを行うためのアルゴリズムとして用いることができる。   In order to perform the fitting method, an algorithm for performing the fitting is also stored in the recording unit 21 in advance. For example, a simplex method, a Gauss-Newton method, a Davidon Fletcher Powell method, a Brent method, a Monte Carlo method, and a simulated annealing method can be used as an algorithm for performing fitting.

そして、上記フィッティング手法で算出された係数値に基づいて評価値を導出する。例えば、記録部21が予め記憶している、評価値を算出するための式に基づいて評価値を算出する。   Then, an evaluation value is derived based on the coefficient value calculated by the fitting method. For example, the evaluation value is calculated based on an equation for calculating the evaluation value stored in the recording unit 21 in advance.

このようなフィッティング手法を用いることで、客観的に評価値を導出することが可能となる。また、遅延発光の発光量の経時変化を、例えば上記(2)で示される式又は上記(3)で示される式にフィッティングさせているので、図1などを用いて説明した遅延発光のメカニズムに基づいた評価が可能になる。したがって、評価試料に含まれる光合成サンプルの酸化還元状態を適切に評価することができる。   By using such a fitting method, it is possible to derive an evaluation value objectively. In addition, since the time-dependent change in the light emission amount of delayed light emission is fitted to, for example, the equation shown in the above (2) or the equation shown in the above (3), the delayed light emission mechanism described with reference to FIG. Evaluation based on this becomes possible. Therefore, the oxidation-reduction state of the photosynthetic sample included in the evaluation sample can be appropriately evaluated.

上記実施形態では、遅延発光の発光量の測定を複数回繰り返す際に変更する第2の照射条件として待機時間を採用したが、変更する第2の照射条件はこれに限定されない。光合成サンプルの酸化還元状態は、光合成サンプルに照射する光のエネルギーと光合成サンプルの電子伝達の効率とに依存するので、例えば、第2の励起光の光量、波長、パルス幅及び照射時間のうち少なくとも一つを変更してもよい。第2の励起光に関するこれらの条件は、図1などを用いて説明した光合成サンプルの酸化還元状態の変化と密接に関係する。そのため、これらの要素のうち少なくとも一つを変更しながら第1の励起光の照射及び第2の励起光の照射を複数回繰り返し、測定された各発光量に基づく評価値を導出することで、評価試料に含まれる光合成サンプルの酸化還元状態を適切に評価することができる。   In the above embodiment, the standby time is adopted as the second irradiation condition that is changed when the measurement of the amount of delayed light emission is repeated a plurality of times, but the second irradiation condition to be changed is not limited to this. Since the redox state of the photosynthetic sample depends on the energy of the light applied to the photosynthetic sample and the efficiency of electron transfer of the photosynthetic sample, for example, at least of the light quantity, wavelength, pulse width, and irradiation time of the second excitation light One may be changed. These conditions regarding the second excitation light are closely related to the change in the redox state of the photosynthetic sample described with reference to FIG. Therefore, by changing at least one of these elements while repeating the first excitation light irradiation and the second excitation light irradiation a plurality of times, and deriving an evaluation value based on each measured light emission amount, The oxidation-reduction state of the photosynthetic sample contained in the evaluation sample can be appropriately evaluated.

また、気温や電場など、光合成サンプルの電子伝達効率が変化するような環境要因を変更しながら測定を複数回繰り返してもよい。更に、待機条件と上記変形例との組合せや、上記変形例同士の組み合わせを用いても、複数の酸化還元状態を発生させることができる。そのため、評価試料に含まれる光合成サンプルの酸化還元状態を適切に評価することができる。   Further, the measurement may be repeated a plurality of times while changing environmental factors such as temperature and electric field that change the electron transfer efficiency of the photosynthetic sample. Furthermore, a plurality of oxidation-reduction states can be generated by using a combination of the standby condition and the above-described modification, or a combination of the above-described modifications. Therefore, the redox state of the photosynthetic sample included in the evaluation sample can be appropriately evaluated.

光合成電子伝達を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows photosynthetic electron transfer. 実施形態に係る遅延発光計測装置を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the delayed light emission measuring device which concerns on embodiment. 図2に示す遅延発光計測装置を部分的に示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram partially showing the delayed light emission measuring device shown in FIG. 2. 光合成サンプルの評価方法の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the evaluation method of a photosynthesis sample. 待機時間と遅延発光の経時変化との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between waiting time and the time-dependent change of delayed light emission. 励起光の照射光量と遅延発光の経時変化との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the irradiation light quantity of excitation light, and the time-dependent change of delayed light emission. 励起光の照射時間と遅延発光の経時変化との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the irradiation time of excitation light, and the time-dependent change of delayed light emission. 飽和なしの状態における酸化還元状態と遅延発光との対比を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the contrast of the oxidation reduction state in a state without saturation, and delayed light emission. 第1の励起光照射後に待機時間を設けなかった場合の、酸化還元状態と遅延発光との対比を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows contrast with a redox state and delayed light emission when the waiting time is not provided after 1st excitation light irradiation. 第1の励起光照射後に待機時間を2秒設けた場合の、酸化還元状態と遅延発光との対比を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows contrast with a redox state and delayed light emission when standby time is provided for 2 second after 1st excitation light irradiation. 図5に示した減衰曲線についての積算値を示すグラフであり、(a)は積算値1について、(b)は積算値2について、(c)積算値3についてのグラフである。6 is a graph showing integrated values for the attenuation curve shown in FIG. 5, (a) is a graph for integrated value 1, (b) is for integrated value 2, and (c) is a graph for integrated value 3. FIG. 標準試料における待機時間と遅延発光の発光量の経時変化との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the waiting time in a standard sample, and the time-dependent change of the emitted light amount of delayed light emission. 評価試料における待機時間と遅延発光の経時変化との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the waiting time in an evaluation sample, and the time-dependent change of delayed light emission. 図12及び13に示した遅延発光の発光量に基づく積算値を示すグラフであり、(a)は積算値1について、(b)は積算値2について、(c)積算値3についてのグラフである。14 is a graph showing an integrated value based on the amount of delayed light emission shown in FIGS. 12 and 13, wherein (a) is an integrated value 1, (b) is an integrated value 2, and (c) an integrated value 3 is a graph. is there. 実施形態に係る評価プログラムの構成を記録媒体と共に示す図である。It is a figure which shows the structure of the evaluation program which concerns on embodiment with a recording medium. 図15に示す評価プログラムが動作するコンピュータのハードウェア構成を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a hardware configuration of a computer on which the evaluation program shown in FIG. 実施例における標準試料についての遅延発光の発光量の経時変化を示したグラフである。It is the graph which showed the time-dependent change of the light emission amount of the delayed light emission about the standard sample in an Example. 実施例におけるDCMU曝露試料についての遅延発光の発光量の経時変化を示したグラフである。It is the graph which showed the time-dependent change of the light-emission quantity of the delayed light emission about the DCMU exposure sample in an Example. 実施例におけるDBMIB曝露試料についての遅延発光の発光量の経時変化を示したグラフである。It is the graph which showed the time-dependent change of the light emission amount of the delayed light emission about the DBMIB exposure sample in an Example. 実施例におけるAnt−A曝露試料についての遅延発光の発光量の経時変化を示したグラフである。It is the graph which showed the time-dependent change of the light emission amount of the delayed light emission about the Ant-A exposure sample in an Example. 実施例における標準試料の積算値とDCMU曝露試料の積算値とを比較したグラフであり、(a)は積算値1について、(b)は積算値2について、(c)積算値3についてのグラフである。It is the graph which compared the integrated value of the standard sample in an Example, and the integrated value of a DCMU exposure sample, (a) is about integrated value 1, (b) is about integrated value 2, (c) is a graph about integrated value 3. It is. 実施例における標準試料の積算値とDBMIB曝露試料の積算値とを比較したグラフであり、(a)は積算値1について、(b)は積算値2について、(c)積算値3についてのグラフである。It is the graph which compared the integrated value of the standard sample in an Example, and the integrated value of a DBMIB exposure sample, (a) is about integrated value 1, (b) is about integrated value 2, (c) is a graph about integrated value 3. It is. 実施例における標準試料の積算値とAnt−A曝露試料の積算値とを比較したグラフであり、(a)は積算値1について、(b)は積算値2について、(c)積算値3についてのグラフである。It is the graph which compared the integrated value of the standard sample in an Example, and the integrated value of Ant-A exposure sample, (a) about integrated value 1, (b) about integrated value 2, (c) about integrated value 3 It is a graph of. 実施例における標準試料及び各曝露試料の飽和なしにおける値eII及びvIIを示す表である。It is a table | surface which shows value eII and vII in the standard sample in an Example and each exposure sample without saturation. 実施例における標準試料及び各曝露試料の値vQ及び%oQを示す表である。It is a table | surface which shows the value vQ and% oQ of the standard sample in each Example, and each exposure sample. 実施例における標準試料及び各曝露試料の飽和なしにおける値eI及びcIを示す表である。It is a table | surface which shows the value eI and cI in the standard sample in an Example and each exposure sample without saturation.

符号の説明Explanation of symbols

1…遅延発光計測装置、10…計測ユニット、11…試料設置部、12…光源、13…フィルタ、14…集光光学系、15…シャッタ、16…検出部、16a…光センサ、16b…光量算出部、17…筐体、17a…本体部、17b…蓋部、20…解析ユニット、21…記録部、22…演算部、23…表示部、24…入力部、30…制御ユニット、31…光源制御部、32…検出制御部、41…第1ケーブル、42…第2ケーブル、50…評価プログラム、51…光源制御モジュール、52…検出制御モジュール、53…演算モジュール、60…記録媒体、70…コンピュータ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Delay light emission measuring device, 10 ... Measurement unit, 11 ... Sample installation part, 12 ... Light source, 13 ... Filter, 14 ... Condensing optical system, 15 ... Shutter, 16 ... Detection part, 16a ... Optical sensor, 16b ... Light quantity Calculation unit, 17 ... housing, 17a ... main body unit, 17b ... lid unit, 20 ... analysis unit, 21 ... recording unit, 22 ... calculation unit, 23 ... display unit, 24 ... input unit, 30 ... control unit, 31 ... Light source control unit, 32 ... detection control unit, 41 ... first cable, 42 ... second cable, 50 ... evaluation program, 51 ... light source control module, 52 ... detection control module, 53 ... calculation module, 60 ... recording medium, 70 …Computer.

Claims (9)

光合成機能を有する光合成サンプルを含む評価試料を評価する光合成サンプルの評価方法であって、
前記評価試料に第1の励起光を所定の第1の照射条件で照射する第1励起ステップと、
前記第1励起ステップの後、前記評価試料に第2の励起光を前記第1の照射条件と比較して光エネルギー積算値が小さい第2の照射条件で照射する第2励起ステップと、
前記第2励起ステップの後、前記評価試料から発生する遅延発光の発光量を測定する測定ステップと、
前記測定ステップにおいて測定された遅延発光の発光量に基づいて評価値を導出し、前記評価値と標準データとに基づいて前記評価試料を評価する評価ステップとを備え、
前記測定ステップでは、前記第2の照射条件を変更して前記第1励起ステップ及び前記第2励起ステップの後の前記発光量を測定し、
前記評価ステップでは、前記測定ステップにおいて測定された発光量に対応する評価値と当該評価値に対応する標準データとに基づいて前記評価試料を評価することを特徴とする光合成サンプルの評価方法。
A method for evaluating a photosynthesis sample for evaluating an evaluation sample including a photosynthesis sample having a photosynthesis function,
A first excitation step of irradiating the evaluation sample with first excitation light under a predetermined first irradiation condition;
After the first excitation step, a second excitation step of irradiating the evaluation sample with second excitation light under a second irradiation condition having a small integrated light energy value as compared with the first irradiation condition;
After the second excitation step, a measurement step of measuring the amount of delayed luminescence generated from the evaluation sample;
An evaluation value is derived based on the light emission amount of delayed luminescence measured in the measurement step, and the evaluation step includes evaluating the evaluation sample based on the evaluation value and standard data.
In the measurement step, the second irradiation condition is changed to measure the light emission amount after the first excitation step and the second excitation step,
In the evaluation step, the evaluation sample is evaluated based on an evaluation value corresponding to the light emission amount measured in the measurement step and standard data corresponding to the evaluation value.
前記標準データとは基準値であって、前記評価ステップでは、前記測定ステップにおいて測定された発光量に対応する評価値と当該評価値に対応する前記基準値とに基づいて前記評価試料を評価することを特徴とする請求項1に記載の光合成サンプルの評価方法。   The standard data is a reference value, and in the evaluation step, the evaluation sample is evaluated based on an evaluation value corresponding to the light emission amount measured in the measurement step and the reference value corresponding to the evaluation value. The method for evaluating a photosynthetic sample according to claim 1. 前記評価ステップは、前記測定ステップにおいて測定された遅延発光の発光量を1以上の測定時間帯毎に積算した積算値に基づいて評価値を導出することを特徴とする請求項1又は2に記載の光合成サンプルの評価方法。   3. The evaluation step according to claim 1, wherein the evaluation step derives an evaluation value based on an integrated value obtained by integrating the light emission amount of the delayed light emission measured in the measurement step every one or more measurement time zones. Evaluation method for photosynthetic samples. 前記評価ステップは、前記測定ステップにおいて測定された遅延発光の発光量の経時変化が予め設定された複数の関数の和としてフィッティングするように前記複数の関数の係数値を導出し、前記係数値に基づいて評価値を導出することを特徴とする請求項1又は2に記載の光合成サンプルの評価方法。   The evaluation step derives coefficient values of the plurality of functions so that the temporal change in the light emission amount of delayed light emission measured in the measurement step is fitted as a sum of a plurality of preset functions, 3. The method for evaluating a photosynthetic sample according to claim 1, wherein an evaluation value is derived based on the evaluation value. 前記第2の照射条件は、前記第1の励起光の照射終了時から前記第2の励起光の照射開始時までの待機時間であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の光合成サンプルの評価方法。   The second irradiation condition is a waiting time from the end of irradiation of the first excitation light to the start of irradiation of the second excitation light. The evaluation method of the photosynthetic sample as described in 2. 前記第2の照射条件は、前記第2の励起光の光量、波長、パルス幅及び照射時間のうち少なくとも一つであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の光合成サンプルの評価方法。   6. The photosynthesis according to claim 1, wherein the second irradiation condition is at least one of a light amount, a wavelength, a pulse width, and an irradiation time of the second excitation light. Sample evaluation method. 前記測定ステップは、前記第2の照射条件を変更しながら前記第1励起ステップ及び前記第2励起ステップを複数回繰り返した後にそれぞれの前記発光量を測定することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の光合成サンプルの評価方法。   The said measurement step measures each said light-emission quantity after repeating the said 1st excitation step and the said 2nd excitation step in multiple times, changing the said 2nd irradiation conditions. The evaluation method of the photosynthetic sample as described in any one of these. 前記評価ステップは、前記評価試料に与えられた環境要因を評価することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の光合成サンプルの評価方法。   The method for evaluating a photosynthetic sample according to claim 1, wherein the evaluation step evaluates an environmental factor given to the evaluation sample. 光合成機能を有する光合成サンプルを含む評価試料を評価する光合成サンプルの評価プログラムであって、
コンピュータを、
前記評価試料に第1の励起光を所定の第1の照射条件で照射する第1励起手段と、
前記第1励起手段の後、前記評価試料に第2の励起光を前記第1の照射条件と比較して光エネルギー積算値が小さい第2の照射条件で照射する第2励起手段と、
前記第2励起手段の後、前記評価試料から発生する遅延発光の発光量を測定する測定手段と、
前記測定手段により測定された遅延発光の発光量に基づいて評価値を導出し、前記評価値と標準データとに基づいて前記評価試料を評価する評価手段として機能させ、
前記測定手段は、前記第2の照射条件を変更して前記第1励起手段及び前記第2励起手段の後の前記発光量を測定し、
前記評価手段は、前記測定手段により測定された発光量に対応する評価値と当該評価値に対応する標準データとに基づいて前記評価試料を評価することを特徴とする光合成サンプルの評価プログラム。
A photosynthesis sample evaluation program for evaluating an evaluation sample including a photosynthesis sample having a photosynthesis function,
Computer
First excitation means for irradiating the evaluation sample with first excitation light under a predetermined first irradiation condition;
After the first excitation means, second excitation means for irradiating the evaluation sample with second excitation light under a second irradiation condition having a small integrated light energy value as compared with the first irradiation condition;
Measuring means for measuring the amount of delayed luminescence generated from the evaluation sample after the second excitation means;
Deriving an evaluation value based on the amount of delayed luminescence measured by the measurement means, and functioning as an evaluation means for evaluating the evaluation sample based on the evaluation value and standard data,
The measuring means changes the second irradiation condition to measure the light emission amount after the first excitation means and the second excitation means,
The evaluation means evaluates the evaluation sample based on an evaluation value corresponding to the light emission amount measured by the measurement means and standard data corresponding to the evaluation value.
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