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JP7362502B2 - Evaluation systems, methods and programs for photosynthetic samples - Google Patents
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Description

本開示の一側面は、光合成サンプルの評価システム、方法およびプログラムに関する。 One aspect of the present disclosure relates to a photosynthetic sample evaluation system, method, and program.

環境要因の生物への影響を評価するバイオアッセイの一つとして、従来から、藻類などの光合成サンプルが発する遅延発光の経時変化を評価する手法が知られている。特許文献1には、関数フィッティングを用いることにより、光合成サンプルを評価する技術が開示されている。 As one of the bioassays for evaluating the influence of environmental factors on organisms, a method has been known that evaluates changes over time in delayed luminescence emitted by photosynthetic samples such as algae. Patent Document 1 discloses a technique for evaluating photosynthetic samples by using function fitting.

特許第6599173号公報Patent No. 6599173

従来とは異なる手法により、光合成サンプルが発する遅延発光の経時変化を適切に評価することを目的とする。 The purpose of this study is to appropriately evaluate temporal changes in delayed luminescence emitted by photosynthetic samples using a method different from conventional methods.

本開示の一側面に係る光合成サンプルの評価システムは、環境要因により曝露された曝露試料と、環境要因により曝露されていない対照試料とのそれぞれについて、光合成サンプルが発する遅延発光の経時変化を示す測定データを受け付け、主成分分析により得られる評価モデルと、測定データとに基づいて、曝露試料と、対照試料とのそれぞれについて複数の主成分のスコアを算出し、曝露試料の複数の主成分のスコアと、対照試料の複数の主成分のスコアとのスコア差を算出するように構成された少なくとも一つのプロセッサを備える。 A photosynthetic sample evaluation system according to one aspect of the present disclosure includes measurements that indicate changes over time in delayed luminescence emitted by a photosynthetic sample for each of an exposed sample exposed to environmental factors and a control sample not exposed to environmental factors. The data is accepted, and scores of multiple principal components are calculated for each of the exposed sample and the control sample based on the evaluation model obtained by principal component analysis and the measured data, and the scores of multiple principal components of the exposed sample are calculated. and at least one processor configured to calculate a score difference between the control sample and the plurality of principal component scores of the control sample.

本開示の一側面に係る光合成サンプルの評価方法は、コンピュータによって実施され、環境要因により曝露された曝露試料と、環境要因により曝露されていない対照試料とのそれぞれについて、光合成サンプルが発する遅延発光の経時変化を示す測定データを受け付けるステップと、主成分分析により得られる評価モデルと、測定データとに基づいて、曝露試料と、対照試料とのそれぞれについて複数の主成分のスコアを算出するステップと、曝露試料の複数の主成分のスコアと、対照試料の複数の主成分のスコアとのスコア差を算出するステップとを含む。 A method for evaluating a photosynthetic sample according to one aspect of the present disclosure is performed by a computer, and evaluates delayed luminescence emitted by the photosynthetic sample for each of an exposed sample exposed to an environmental factor and a control sample not exposed to an environmental factor. a step of accepting measurement data showing changes over time; a step of calculating scores of a plurality of principal components for each of the exposed sample and the control sample based on the measurement data and an evaluation model obtained by principal component analysis; calculating a score difference between the score of the plurality of principal components of the exposed sample and the score of the plurality of principal components of the control sample.

本開示の一側面に係る光合成サンプルの評価プログラムは、環境要因により曝露された曝露試料と、環境要因により曝露されていない対照試料とのそれぞれについて、光合成サンプルが発する遅延発光の経時変化を示す測定データを受け付けるステップと、主成分分析により得られる評価モデルと、測定データとに基づいて、曝露試料と、対照試料とのそれぞれについて複数の主成分のスコアを算出するステップと、曝露試料の複数の主成分のスコアと、対照試料の複数の主成分のスコアとのスコア差を算出するステップとをコンピュータに実行させる。 A photosynthetic sample evaluation program according to one aspect of the present disclosure includes a measurement showing changes over time in delayed luminescence emitted by a photosynthetic sample for each of an exposed sample exposed to environmental factors and a control sample not exposed to environmental factors. a step of receiving data; a step of calculating scores of multiple principal components for each of the exposed sample and the control sample based on the evaluation model obtained by principal component analysis and the measured data; The computer is caused to perform a step of calculating a score difference between the principal component score and the plurality of principal component scores of the control sample.

このような側面においては、評価モデルと、光合成サンプルが発する遅延発光の経時変化を示す測定データとを用いることにより、曝露試料と対照試料とのそれぞれについて複数の主成分のスコアが得られる。そして、曝露試料のスコアと対照試料のスコアとの差分を算出することによって、曝露によるスコアの変化量が得られる。スコアの変化量は、曝露試料に含有される環境要因による影響を反映するので、この変化量を用いることで、光合成サンプルが発する遅延発光の経時変化を適切に評価することができる。 In this aspect, scores for a plurality of principal components can be obtained for each of the exposed sample and the control sample by using the evaluation model and measurement data showing changes over time in delayed luminescence emitted by the photosynthetic sample. Then, by calculating the difference between the score of the exposed sample and the score of the control sample, the amount of change in score due to exposure can be obtained. Since the amount of change in the score reflects the influence of environmental factors contained in the exposed sample, by using this amount of change, it is possible to appropriately evaluate the temporal change in delayed luminescence emitted by the photosynthetic sample.

本開示の一側面によれば、光合成サンプルが発する遅延発光の経時変化を適切に評価することができる。 According to one aspect of the present disclosure, it is possible to appropriately evaluate changes over time in delayed luminescence emitted by a photosynthetic sample.

光合成サンプルの遅延発光の減衰の一例を示すグラフである。It is a graph showing an example of attenuation of delayed luminescence of a photosynthetic sample. 遅延発光のメカニズムを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the mechanism of delayed light emission. 評価システムの適用の一例を示す図である。It is a figure showing an example of application of an evaluation system. 計測装置の構成の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a measuring device. 評価システムに関連するハードウェア構成の一例を示す図である。1 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration related to an evaluation system. 評価システムに関連する機能構成の一例を示す図である。It is a diagram showing an example of a functional configuration related to the evaluation system. 評価システムの動作の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart showing an example of the operation of the evaluation system. 評価システムの動作の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart showing an example of the operation of the evaluation system. 実施例1における化学物質の減衰曲線を示す図である。3 is a diagram showing attenuation curves of chemical substances in Example 1. FIG. 実施例1における固有ベクトルを示す図である。3 is a diagram showing eigenvectors in Example 1. FIG. 実施例1における減衰曲線の主成分毎のスコアを示す図である。3 is a diagram showing scores for each principal component of an attenuation curve in Example 1. FIG. 実施例1における曝露によるスコアの変化量を示す図である。3 is a diagram showing the amount of change in score due to exposure in Example 1. FIG. 実施例1におけるクラスター分析の結果を示す図である。3 is a diagram showing the results of cluster analysis in Example 1. FIG. 実施例2における化学物質の減衰曲線を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing attenuation curves of chemical substances in Example 2. 実施例2における曝露によるスコアの変化量を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the amount of change in score due to exposure in Example 2. 実施例2におけるクラスター分析の結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the results of cluster analysis in Example 2.

以下、添付図面を参照しながら本開示での実施形態を詳細に説明する。図面の説明において同一また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 disclosure 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 will be omitted.

[システムの概要]
実施形態に係る光合成サンプルの評価システム(本開示では単に「評価システム」ともいう)1は、光合成サンプルが発する遅延発光の経時変化を示す測定データ(減衰曲線)を用いて該光合成サンプルを評価するための仕組みである。本明細書における「光合成サンプルを評価する」とは、その測定データに対する演算を実行することで客観的な結果を得ることである。
[System overview]
A photosynthetic sample evaluation system (also simply referred to as an "evaluation system" in the present disclosure) 1 according to an embodiment evaluates a photosynthetic sample using measurement data (attenuation curve) indicating changes over time in delayed luminescence emitted by the photosynthetic sample. This is a system for In this specification, "evaluating a photosynthetic sample" means obtaining objective results by performing calculations on the measurement data.

評価システム1は様々な目的で利用できる。例えば、評価システム1は、光合成サンプルに対する環境要因の影響の調査、光合成サンプルの生育診断、化学物質の解析または開発、光合成の研究、環境要因の調査、栽培品種の開発などの目的で利用されてもよい。本開示において、環境要因とは、光合成サンプルの光合成機能に何らかの影響を及ぼし得る要素のことをいう。環境要因の例として化学物質、水、温度、空気が挙げられるが、環境要因はこれらに限定されない。 Evaluation system 1 can be used for various purposes. For example, the evaluation system 1 is used for purposes such as investigating the influence of environmental factors on photosynthetic samples, diagnosing the growth of photosynthetic samples, analyzing or developing chemical substances, researching photosynthesis, investigating environmental factors, and developing cultivars. Good too. In this disclosure, an environmental factor refers to an element that can have some influence on the photosynthetic function of a photosynthetic sample. Examples of environmental factors include, but are not limited to, chemicals, water, temperature, and air.

光合成サンプルとは、光合成機能を有し、遅延発光を発することができる物体のことをいう。評価に用いられる光合成サンプルは何ら限定されない。例えば、光合成サンプルは藻類、植物性プランクトン、シアノバクテリア、光合成細菌、植物の葉もしくはその細片、カルスなどの植物性培養細胞、植物から抽出された光合成小器官またはチラコイド膜、または、人工的に合成された光合成様機能を持つ膜もしくはタンパク複合体であってもよい。 A photosynthetic sample refers to an object that has a photosynthetic function and can emit delayed luminescence. The photosynthesis sample used for evaluation is not limited at all. For example, photosynthetic samples include algae, phytoplankton, cyanobacteria, photosynthetic bacteria, plant leaves or their fragments, cultured plant cells such as callus, photosynthetic organelles or thylakoid membranes extracted from plants, or artificially It may also be a synthesized membrane or protein complex with a photosynthesis-like function.

図1は光合成サンプルの遅延発光の減衰の一例を示すグラフである。図1に示すように、測定データで示される遅延発光の減衰は、発光量(信号強度)の軸と時間の軸という二つの軸で捉えた場合に、非指数型の裾の重い分布(Heavy-tailed distribution)で示される。図1のグラフの縦軸は発光量(信号強度)を示し、横軸は励起後時間である。励起後時間とは、励起光の照射を終了させた時点からの経過時間である。 FIG. 1 is a graph showing an example of attenuation of delayed luminescence of a photosynthetic sample. As shown in Figure 1, the attenuation of delayed luminescence shown in the measurement data is a non-exponential heavy-tailed distribution when viewed from two axes: the luminescence amount (signal intensity) axis and the time axis. -tailed distribution). The vertical axis of the graph in FIG. 1 shows the amount of light emission (signal intensity), and the horizontal axis shows the time after excitation. The post-excitation time is the elapsed time from the point in time when irradiation of the excitation light ended.

図2は遅延発光のメカニズムを示す図である。図2を用いて、本開示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。 FIG. 2 is a diagram showing the mechanism of delayed light emission. Photosynthetic electron transfer, which is the theoretical background of the photosynthetic sample evaluation method according to the present disclosure, will be explained using FIG. 2.

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られる。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、パルス幅および照射時間である。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。 In general, when a photosynthetic sample having a photosynthetic function absorbs a large amount of light energy, individual reactions in the photosynthetic electron transport system become rate-limiting, making it difficult for photosynthetic electron transport to proceed smoothly. In other words, the redox state of the photosynthetic sample becomes different from normal. Such a state can be obtained by changing the light conditions applied to the photosynthetic sample. The light conditions are, for example, the amount of light, wavelength, pulse width, and irradiation time of light given to the photosynthetic sample. In this specification, a state in which photosynthetic electron transfer does not proceed smoothly (a state in which the redox state of a photosynthetic sample is different from normal) is referred to as "saturation" of the photosynthetic electron transport system.

図2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)、および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とにより行われる。 As shown in Figure 2, the photosynthetic reaction of the photosynthetic sample mainly involves the photosystem II complex (PSII), cytochrome b6f complex ( cytb6f ), and photosystem I complex (PSI) present in the chloroplast thylakoid membrane. ), a reducing substance (NADPH) produced by ATP synthase, and a carbon dioxide fixation reaction using ATP synthase.

まず、PSIIおよび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, upon irradiation with light, water molecules (H 2 O) are decomposed in PSII and electrons (e ) are extracted. This electron is transferred from the PSII reaction center (P680) to the oxidized plastoquinone (pQ OX ) bound to the Q B electron acceptor (Q B ) site via the Q A electron acceptor (Q A ). . This then 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)。 After the reduced plastoquinone is released from the Q B site and moves to the plastoquinone pool (pQpool), it is reoxidized by cytb 6 f and returns to oxidized plastoquinone. At this time, hydrogen ions (H + ) flow into the thylakoid membrane via cytb 6 f, forming a proton gradient. The hydrogen ions that form the 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) within the PSI and contributes to the production of NADPH. Excess electrons (reducing power) after PSI are transferred to cytb 6 f via Fd by cyclic 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。したがって、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 said to be luminescence that occurs mainly due to chemical re-excitation of the reaction center chlorophyll of PSII as a result of the reverse reaction of the photosynthetic electron transfer reaction described above, but PSI is also involved in luminescence as well. There are also reports that it does. Furthermore, it is understood that electrons distributed inside PSII, pQpool, and after PSI are the main components contributing to re-excitation of chlorophyll. Therefore, when the above-mentioned 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、およびPSIのそれぞれの電子伝達能力は、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。このような影響を光阻害という。 Generally, the electron transfer ability of each 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 due to electron transfer from PSII, and the oxidized plastoquinone that receives electrons from PSII decreases, resulting in the efficiency of photosynthetic electron transfer from PSII. is known to decrease. Such a phenomenon is one of saturation of photosynthetic electron transport. More specifically, when PSII absorbs light excessively, reoxidation of reduced plastoquinone by cytb6f becomes rate-limiting, leading to a shortage of oxidized plastoquinone that can accept electrons from PSII. . Therefore, electron transfer from PSII to cytb 6 f is stagnated. As a result, excessive electrons accumulate in PSII, which has various effects on photosynthetic reactions, such as destruction of the reaction center of PSII. This kind of 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 various metabolic changes are caused, such as the light-harvesting pigment protein complex (LHC2), which normally supplies electrons to PSII, moves to PSI (state transition). It is being Such metabolic changes caused by photoinhibition are gradually recovered by stopping excessive light irradiation.

[システムの構成]
図3は実施形態に係る評価システムの適用の一例を示す図である。本実施形態では、評価システム1はサーバ10を備える。サーバ10は、光合成サンプルが発する遅延発光の経時変化を示す測定データを評価するコンピュータである。サーバ10は通信ネットワークNを介して少なくとも一つの端末20と接続する。図3は2台の端末20を示すが、端末20の台数は何ら限定されない。さらに、サーバ10は通信ネットワークNを介してデータベース30と接続してもよい。通信ネットワークNの構成は限定されない。例えば、通信ネットワークNはインターネットを含んで構成されてもよいし、イントラネットを含んで構成されてもよい。
[System configuration]
FIG. 3 is a diagram showing an example of application of the evaluation system according to the embodiment. In this embodiment, the evaluation system 1 includes a server 10. The server 10 is a computer that evaluates measurement data showing changes over time in delayed luminescence emitted by photosynthetic samples. The server 10 is connected to at least one terminal 20 via a communication network N. Although FIG. 3 shows two terminals 20, the number of terminals 20 is not limited at all. Furthermore, the server 10 may be connected to the database 30 via the communication network N. The configuration of the communication network N is not limited. For example, the communication network N may include the Internet or may include an intranet.

端末20は、環境要因の生物への影響を評価するバイオアッセイを用いた作業(例えば、試験、研究、開発、評価等)を行うユーザによって用いられるコンピュータである。端末20は、光合成サンプルが発する遅延発光の経時変化を示す測定データをサーバ10に送信する機能を有する。端末20は、測定データを取得するための計測装置を備えてもよいし、計測装置を備えずに他のコンピュータ等から測定データを取得してもよい。端末20の種類および構成は限定されない。例えば、端末20は高機能携帯電話機(スマートフォン)、タブレット端末、ウェアラブル端末(例えば、ヘッドマウントディスプレイ(HMD)、スマートグラスなど)、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、携帯電話機などの携帯端末でもよい。あるいは、端末20はデスクトップ型パーソナルコンピュータなどの据置型端末でもよい。 The terminal 20 is a computer used by a user who performs work (eg, testing, research, development, evaluation, etc.) using bioassays to evaluate the effects of environmental factors on living organisms. The terminal 20 has a function of transmitting to the server 10 measurement data indicating changes over time in delayed luminescence emitted by the photosynthetic sample. The terminal 20 may be equipped with a measurement device for acquiring measurement data, or may acquire measurement data from another computer or the like without being equipped with a measurement device. The type and configuration of the terminal 20 are not limited. For example, the terminal 20 may be a mobile terminal such as a high-performance mobile phone (smartphone), a tablet terminal, a wearable terminal (for example, a head mounted display (HMD), smart glasses, etc.), a laptop personal computer, or a mobile phone. Alternatively, the terminal 20 may be a stationary terminal such as a desktop personal computer.

図4は、計測装置の構成の一例を示す図である。計測装置200は制御ユニット210、通信ユニット220、および計測ユニット230を備える。制御ユニット210と通信ユニット220とは有線または無線により接続され、互いにデータを送受信することができる。通信ユニット220と計測ユニット230とは有線または無線により接続され、互いにデータを送受信することができる。制御ユニット210と計測ユニット230とは通信ユニット220を介して互いにデータを送受信することができる。 FIG. 4 is a diagram showing an example of the configuration of the measuring device. The measurement device 200 includes a control unit 210, a communication unit 220, and a measurement unit 230. The control unit 210 and the communication unit 220 are connected by wire or wirelessly, and can send and receive data to and from each other. The communication unit 220 and the measurement unit 230 are connected by wire or wirelessly and can send and receive data to and from each other. The control unit 210 and the measurement unit 230 can exchange data with each other via the communication unit 220.

制御ユニット210は、少なくとも一つのプロセッサ(例えばCPU:Central Processing Unit)、メモリなどのハードウェアを備え、計測ユニット230に制御信号を送信することで計測ユニット230を制御する装置である。制御ユニット210はさらに通信ユニット220を制御してもよい。 The control unit 210 is a device that includes hardware such as at least one processor (for example, CPU: Central Processing Unit) and a memory, and controls the measurement unit 230 by transmitting a control signal to the measurement unit 230. Control unit 210 may further control communication unit 220.

計測ユニット230は、光合成サンプルの遅延発光の発光量を測定する装置である。計測ユニット230は、所定の時間間隔で遅延発光の発光量を測定し、発光量を示すデータをその度に通信ユニット220に出力する。 The measurement unit 230 is a device that measures the amount of delayed luminescence of the photosynthetic sample. The measurement unit 230 measures the amount of delayed light emission at predetermined time intervals, and outputs data indicating the amount of light emission to the communication unit 220 each time.

図4はまた、計測ユニット230の断面を示す。計測ユニット230は筐体231と、その筐体231内に配置される設置部232、光源233、光検出器234、フィルタ235、集光光学系236、およびシャッタ237とを備える。 FIG. 4 also shows a cross section of the measurement unit 230. The measurement unit 230 includes a housing 231 , an installation section 232 , a light source 233 , a photodetector 234 , a filter 235 , a condensing optical system 236 , and a shutter 237 arranged inside the housing 231 .

筐体231は、内部に光が入り込まないように、それ自体が光を遮断する遮光部材で形成されるか、光を遮断する塗料を塗布した部材で形成される。筐体231は、その一端に導入口238が形成された本体部231aと、当該導入口238を閉塞することが可能な蓋部231bとから成る。蓋部231bの開閉は制御ユニット210により監視および制御される。シャッタ237が開いた状態では、筐体231の外部からの光が光センサ234aに入射しないように蓋部231bがロックされる。 The casing 231 is formed of a light-blocking member that blocks light, or is formed of a member coated with a paint that blocks light, so that light does not enter the inside. The casing 231 includes a main body portion 231a having an introduction port 238 formed at one end thereof, and a lid portion 231b capable of closing the introduction port 238. The opening and closing of the lid portion 231b is monitored and controlled by the control unit 210. When the shutter 237 is open, the lid 231b is locked so that light from outside the housing 231 does not enter the optical sensor 234a.

設置部232は、測定する光合成サンプルを入れた容器を置くための部分である。容器には、光合成サンプルに加えて環境要因が入れられてもよい。例えば、容器には、光合成サンプルと化学物質とを含む溶液が入れられる。設置部232は、導入口238から容器を設置することができる位置に設けられる。設置部232は容器を固定するための固定爪を有してもよい。 The installation section 232 is a section for placing a container containing a photosynthesis sample to be measured. The container may contain environmental factors in addition to the photosynthetic sample. For example, a container contains a solution containing a photosynthetic sample and a chemical. The installation part 232 is provided at a position where a container can be installed from the introduction port 238. The installation part 232 may have a fixing claw for fixing the container.

光源233は、遅延発光を発生させるために、設置部232に設置された容器中の光合成サンプルに所定波長(例えば280nm~800nm)の光を照射する装置である。光源233から発せられる光が励起光である。光源233は、単色光源であっても、複数の光源を組み合わせたものであってもよい。光源233からの照射は、所定時間における連続照射であってもよいし、任意のパターンでのパルス点灯であってもよい。また、同一また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たり、複数の光源を同時に発光させたりしてもよい。光源233からの照射は制御ユニット210により制御される。 The light source 233 is a device that irradiates light of a predetermined wavelength (for example, 280 nm to 800 nm) to the photosynthetic sample in the container installed in the installation section 232 in order to generate delayed light emission. The light emitted from the light source 233 is excitation light. The light source 233 may be a monochromatic light source or a combination of multiple light sources. Irradiation from the light source 233 may be continuous irradiation for a predetermined period of time, or may be pulsed lighting in an arbitrary pattern. Further, a plurality of light sources having the same or different wavelength characteristics may be caused to emit light in sequence, or a plurality of light sources may be caused to emit light at the same time. Illumination from light source 233 is controlled by control unit 210.

光検出器234は、光源233から光が照射されたことにより光合成サンプルから発生する遅延発光の発光量を検出する装置である。光検出器234は、遅延発光を検知する光センサ234aと、光センサ234aが出力する信号に基づいて遅延発光の発光量を算出する算出部234bとを有する。具体的には、光検出器234は光電子増倍管やフォトンカウンタなどにより構成される。光検出器234は、算出された発光量を示すデータを通信ユニット220に出力する。光検出器234は、遅延発光の検出と発光量の算出および出力とを所定の時間間隔で(例えば0.1秒間隔で)実行する。 The photodetector 234 is a device that detects the amount of delayed light emission generated from the photosynthetic sample by being irradiated with light from the light source 233. The photodetector 234 includes an optical sensor 234a that detects delayed light emission, and a calculation unit 234b that calculates the amount of delayed light emission based on a signal output by the optical sensor 234a. Specifically, the photodetector 234 is composed of a photomultiplier tube, a photon counter, or the like. Photodetector 234 outputs data indicating the calculated amount of light emission to communication unit 220. The photodetector 234 detects delayed light emission and calculates and outputs the amount of light emission at predetermined time intervals (for example, at 0.1 second intervals).

設置部232から光検出器234へと至る領域には、フィルタ235、集光光学系236、およびシャッタ237がこの順番に設けられる。フィルタ235は遅延発光を透過させる部材である。集光光学系236は、微弱な遅延発光を集光、反射および透過させて光検出器234に入力させる器具である。シャッタ237は、必要な時のみ遅延発光が光検出器234で検出されるように開閉自在に構成される。シャッタ237が閉じている時には遅延発光が遮断される。シャッタ237の開閉は制御ユニット210により制御される。 A filter 235, a condensing optical system 236, and a shutter 237 are provided in this order in a region extending from the installation section 232 to the photodetector 234. The filter 235 is a member that transmits delayed light emission. The condensing optical system 236 is a device that condenses, reflects, and transmits weak delayed light emission to input the light to the photodetector 234. The shutter 237 is configured to be openable and closable so that the delayed light emission is detected by the photodetector 234 only when necessary. When the shutter 237 is closed, delayed light emission is blocked. The opening and closing of the shutter 237 is controlled by the control unit 210.

通信ユニット220は、計測ユニット230から入力される測定データの入力を受け付け、その測定データを端末20に送信する装置である。通信ユニット220は、励起光を光合成サンプルに照射することで該光合成サンプルから発生する遅延発光の経時変化を示す測定データを受け付ける。計測ユニット230の光検出器234は所定の時間間隔で発光量のデータを出力するので、通信ユニット220はそのデータを逐次受け付ける。遅延発光の経時変化を示す測定データは、通信ユニット220が所定時間(例えば60秒間)の間に受け付けた複数のデータから成る集合である。通信ユニット220はその測定データを端末20に送信する。計測装置200と端末20とが一体に形成されている場合、通信ユニット220は測定データをサーバ10に送信するように構成されてもよい。 The communication unit 220 is a device that receives measurement data input from the measurement unit 230 and transmits the measurement data to the terminal 20. The communication unit 220 receives measurement data indicating changes over time in delayed luminescence generated from the photosynthetic sample by irradiating the photosynthetic sample with excitation light. Since the photodetector 234 of the measurement unit 230 outputs data on the amount of light emitted at predetermined time intervals, the communication unit 220 sequentially receives the data. The measurement data indicating the temporal change in delayed light emission is a set of a plurality of pieces of data received by the communication unit 220 during a predetermined period of time (for example, 60 seconds). Communication unit 220 transmits the measurement data to terminal 20. When the measuring device 200 and the terminal 20 are integrally formed, the communication unit 220 may be configured to transmit measurement data to the server 10.

図3に戻り、データベース30は、評価システム1に入力されるデータと、評価システム1からの出力データとの少なくとも一つを格納することができる装置である。データベース30の設置場所は限定されない。例えば、データベース30は、評価システム1とは別のコンピュータシステム内に設けられてもよいし、評価システム1の構成要素であってもよい。 Returning to FIG. 3, the database 30 is a device that can store at least one of data input to the evaluation system 1 and output data from the evaluation system 1. The installation location of the database 30 is not limited. For example, the database 30 may be provided in a computer system separate from the evaluation system 1, or may be a component of the evaluation system 1.

図5は、評価システム1に関連するハードウェア構成の一例を示す図であり、具体的には、サーバ10として機能するサーバコンピュータ100を示す。 FIG. 5 is a diagram showing an example of a hardware configuration related to the evaluation system 1, and specifically shows a server computer 100 functioning as the server 10.

サーバコンピュータ100は、ハードウェア構成要素の一例として、プロセッサ101、主記憶部102、補助記憶部103、および通信部104を備える。 Server computer 100 includes a processor 101, a main storage section 102, an auxiliary storage section 103, and a communication section 104 as examples of hardware components.

プロセッサ101は、オペレーティングシステムおよびアプリケーションプログラムを実行する演算装置である。プロセッサの例としてCPU(Central Processing Unit)およびGPU(GraphicsProcessing Unit)が挙げられるが、プロセッサ101の種類はこれらに限定されない。例えば、プロセッサ101はセンサおよび専用回路の組合せでもよい。専用回路はFPGA(Field-Programmable Gate Array)のようなプログラム可能な回路でもよいし、他の種類の回路でもよい。 Processor 101 is a computing device that executes an operating system and application programs. Examples of processors include a CPU (Central Processing Unit) and a GPU (Graphics Processing Unit), but the type of processor 101 is not limited to these. For example, processor 101 may be a combination of sensors and dedicated circuitry. The dedicated circuit may be a programmable circuit such as an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or may be another type of circuit.

主記憶部102は、サーバ10を実現するためのプログラム、プロセッサ101から出力された演算結果などを記憶する装置である。主記憶部102は例えばROM(Read Only Memory)およびRAM(Random AccessMemory)のうちの少なくとも一つにより構成される。 The main storage unit 102 is a device that stores programs for implementing the server 10, calculation results output from the processor 101, and the like. The main storage unit 102 is configured of, for example, at least one of ROM (Read Only Memory) and RAM (Random Access Memory).

補助記憶部103は、一般に主記憶部102よりも大量のデータを記憶することが可能な装置である。補助記憶部103は例えばハードディスク、フラッシュメモリなどの不揮発性記憶媒体によって構成される。補助記憶部103は、サーバコンピュータ100をサーバ10として機能させるためのサーバプログラムP1と各種のデータとを記憶する。例えば、補助記憶部103はデータベース30に記憶されるデータのうちの少なくとも一つに関するデータを記憶してもよい。本実施形態では、評価プログラムはサーバプログラムP1として実装される。 The auxiliary storage unit 103 is generally a device that can store a larger amount of data than the main storage unit 102. The auxiliary storage unit 103 is configured by a nonvolatile storage medium such as a hard disk or flash memory. The auxiliary storage unit 103 stores a server program P1 and various data for causing the server computer 100 to function as the server 10. For example, the auxiliary storage unit 103 may store data related to at least one of the data stored in the database 30. In this embodiment, the evaluation program is implemented as a server program P1.

通信部104は、通信ネットワークNを介して他のコンピュータとの間でデータ通信を実行する装置である。通信部104は例えばネットワークカードまたは無線通信モジュールにより構成される。 The communication unit 104 is a device that performs data communication with other computers via the communication network N. The communication unit 104 is configured by, for example, a network card or a wireless communication module.

サーバ10の各機能要素は、プロセッサ101または主記憶部102の上にサーバプログラムP1を読み込ませて、プロセッサ101にそのプログラムを実行させることで実現される。サーバプログラムP1は、サーバ10の各機能要素を実現するためのコードを含む。プロセッサ101はサーバプログラムP1に従って通信部104を動作させ、主記憶部102または補助記憶部103におけるデータの読み出しおよび書き込みを実行する。このような処理によりサーバ10の各機能要素が実現される。 Each functional element of the server 10 is realized by loading a server program P1 onto the processor 101 or the main storage unit 102 and causing the processor 101 to execute the program. The server program P1 includes codes for realizing each functional element of the server 10. The processor 101 operates the communication unit 104 according to the server program P1 to read and write data in the main storage unit 102 or the auxiliary storage unit 103. Each functional element of the server 10 is realized through such processing.

サーバ10は一つまたは複数のコンピュータにより構成され得る。複数のコンピュータが用いられる場合には、通信ネットワークを介してこれらのコンピュータが互いに接続されることで、論理的に一つのサーバ10が構成される。 Server 10 may be composed of one or more computers. When a plurality of computers are used, one logical server 10 is configured by connecting these computers to each other via a communication network.

サーバプログラムP1は、CD-ROM、DVD-ROM、半導体メモリなどの非一時的な記録媒体に固定的に記録された上で提供されてもよい。あるいは、サーバプログラムP1は、搬送波に重畳されたデータ信号として通信ネットワークを介して提供されてもよい。 The server program P1 may be provided after being permanently recorded on a non-temporary recording medium such as a CD-ROM, a DVD-ROM, or a semiconductor memory. Alternatively, the server program P1 may be provided via a communication network as a data signal superimposed on a carrier wave.

図6は評価システム1に関連する機能構成の一例を示す図である。サーバ10は、機能的構成要素として受付部11、評価部12、標準化部13、変化量算出部14、および類似性判定部15を備える。 FIG. 6 is a diagram showing an example of a functional configuration related to the evaluation system 1. The server 10 includes a reception section 11, an evaluation section 12, a standardization section 13, a change amount calculation section 14, and a similarity determination section 15 as functional components.

受付部11は、光合成サンプルが発する遅延発光の経時変化を示す測定データを受け付ける機能要素である。一例では、測定データは曝露試料の測定データと、対照試料の測定データとの少なくとも一つを含み得る。曝露試料とは、環境要因により曝露された試料(光合成サンプル)のことをいう。対照試料とは、曝露試料との比較のために用いられる試料であり、より具体的には、環境要因により曝露されていない試料(光合成サンプル)のことをいう。曝露試料の測定データは、環境要因の曝露の度合いに応じて測定されたデータセットでもよい。一例では、このデータセットは、複数の曝露濃度のそれぞれについて得られたデータの集合である。 The receiving unit 11 is a functional element that receives measurement data indicating changes over time in delayed luminescence emitted by the photosynthetic sample. In one example, the measurement data may include at least one of measurement data of the exposed sample and measurement data of the control sample. An exposed sample is a sample exposed to environmental factors (photosynthetic sample). A control sample is a sample used for comparison with an exposed sample, and more specifically refers to a sample (photosynthetic sample) that has not been exposed to environmental factors. The measurement data of the exposed sample may be a data set measured according to the degree of exposure to an environmental factor. In one example, the data set is a collection of data obtained for each of a plurality of exposure concentrations.

評価部12は、測定データから評価モデルを構築する機能要素である。評価モデルとは、遅延発光の経時変化を評価するために用いられる数理モデルのことをいう。一例では、評価モデルは、測定データに対し主成分分析を行うことにより得られる。評価部12はまた、評価モデルと測定データとに基づいて、複数の主成分のスコアを算出する機能要素である。主成分分析とは多数の変数をより少ない変数(この変数を「主成分」という)に要約する統計的なデータ解析手法のことをいう。複数の主成分のスコアとは、評価モデルと測定データ(減衰曲線)とに基づいて、複数の主成分のそれぞれについて算出されるスコアのことをいう。 The evaluation unit 12 is a functional element that constructs an evaluation model from measurement data. The evaluation model refers to a mathematical model used to evaluate changes in delayed luminescence over time. In one example, the evaluation model is obtained by performing principal component analysis on the measurement data. The evaluation unit 12 is also a functional element that calculates scores of a plurality of principal components based on the evaluation model and measurement data. Principal component analysis is a statistical data analysis method that summarizes a large number of variables into fewer variables (these variables are called "principal components"). The scores of a plurality of principal components refer to scores calculated for each of a plurality of principal components based on an evaluation model and measurement data (attenuation curve).

標準化部13は、評価部12によって算出された複数の主成分のスコアを標準化する機能要素である。標準化とは複数の主成分の間でスコアの尺度を合わせる処理のことをいう。この標準化によって複数の主成分を同じ尺度で評価することが可能になる。 The standardization unit 13 is a functional element that standardizes the scores of the plurality of principal components calculated by the evaluation unit 12. Standardization refers to the process of matching the scale of scores among multiple principal components. This standardization makes it possible to evaluate multiple principal components using the same scale.

変化量算出部14は、曝露によるスコアの変化量を算出する機能要素である。変化量算出部14は、曝露試料の複数の主成分のスコアと、該曝露試料に対応する対照試料の複数の主成分のスコアとのスコア差を算出する。当該スコア差が曝露によるスコアの変化量である。 The change amount calculation unit 14 is a functional element that calculates the amount of change in score due to exposure. The change calculation unit 14 calculates the score difference between the score of the plurality of principal components of the exposed sample and the score of the plurality of principal components of the control sample corresponding to the exposed sample. The score difference is the amount of change in score due to exposure.

類似性判定部15は、環境要因が既知である曝露試料(本開示ではこれを「既知の曝露試料」ともいう)と、環境要因が未知である曝露試料(本開示ではこれを「未知の曝露試料」ともいう)との間の類似性を判定する機能要素である。本開示において、類似性とは、未知の曝露試料が既知の曝露試料にどれくらい似ているかを示す度合いのことをいい、言い換えると、未知の環境要因が既知の環境要因にどれくらい似ているかを示す度合いのことをいう。類似性判定部15は、既知の曝露試料に関するスコア差と、未知の曝露試料に関するスコア差とを比較して類似性を判定する。類似性判定部15はまた、未知の曝露試料がどの既知の曝露試料との間で高い類似度を有するかに基づいて、環境要因の影響の度合いと環境要因の種類とのうちの少なくとも一つを評価することができる。 The similarity determination unit 15 separates exposed samples with known environmental factors (also referred to as "known exposed samples" in this disclosure) and exposed samples with unknown environmental factors (in this disclosure, this is referred to as "unknown exposed samples"). This is a functional element that determines the similarity between samples (also referred to as "sample"). In this disclosure, similarity refers to the degree to which an unknown exposed sample resembles a known exposed sample; in other words, it refers to how similar an unknown environmental factor is to a known environmental factor. It refers to degree. The similarity determining unit 15 determines similarity by comparing the score difference regarding the known exposed sample and the score difference regarding the unknown exposed sample. The similarity determining unit 15 also determines at least one of the degree of influence of the environmental factor and the type of the environmental factor, based on which known exposed sample the unknown exposed sample has a high degree of similarity. can be evaluated.

[システムの動作]
図7を参照しながら、評価システム1の動作を説明するとともに、本実施形態に係る光合成サンプルの評価方法について説明する。図7は、評価システム1の動作の一例を示すフローチャートである。
[System operation]
The operation of the evaluation system 1 will be described with reference to FIG. 7, and the method for evaluating photosynthetic samples according to this embodiment will be described. FIG. 7 is a flowchart showing an example of the operation of the evaluation system 1.

ステップS11:受付部11は、環境要因により曝露された曝露試料と環境要因により曝露されていない対照試料とのそれぞれについて、光合成サンプルが発する遅延発光の経時変化を示す測定データを受け付ける。受付部11は、端末20(または計測装置200)から測定データを受信してもよいし、端末20がデータベース30に格納した測定データを取得してもよい。 Step S11: The reception unit 11 receives measurement data indicating changes over time in delayed luminescence emitted by the photosynthetic sample for each of the exposed sample exposed to environmental factors and the control sample not exposed to environmental factors. The reception unit 11 may receive measurement data from the terminal 20 (or the measurement device 200), or may acquire measurement data stored in the database 30 by the terminal 20.

ステップS12:評価部12は評価モデルに関する処理を選択する。具体的には、評価部12は測定データから評価モデルを構築するか(ステップS12において「構築」)、または評価モデルと測定データとに基づいて複数の主成分のスコアを算出するか(ステップS12において「評価」)に応じて処理を振り分ける。評価部12は、評価モデルが構築済みであるか否かに基づいて処理を振り分けてもよい。具体的には、評価部12は評価モデルが未だ構築されていない場合には評価モデルの構築を選択し、評価モデルが構築済みである場合にはスコアの算出を選択する。あるいは、評価部12は、新たな測定データによって評価モデルを更新する場合に評価モデルの構築を選択してもよい。 Step S12: The evaluation unit 12 selects processing related to the evaluation model. Specifically, the evaluation unit 12 determines whether to construct an evaluation model from the measurement data ("construct" in step S12) or to calculate scores of a plurality of principal components based on the evaluation model and the measurement data (step S12). The processing is distributed according to the "evaluation"). The evaluation unit 12 may distribute processing based on whether or not an evaluation model has been constructed. Specifically, the evaluation unit 12 selects the construction of an evaluation model when the evaluation model has not been constructed yet, and selects the calculation of the score when the evaluation model has been constructed. Alternatively, the evaluation unit 12 may choose to construct an evaluation model when updating the evaluation model using new measurement data.

ステップS13(ステップS12において「構築」):評価部12は、曝露試料の測定データと、対照試料の測定データとのそれぞれに対して主成分分析を行う。それぞれの試料の測定データは、所定の時間間隔で得られた複数の測定値を含む。一例では、1以上の曝露試料と1以上の対照試料との群についての測定データは、それぞれの試料の測定値の個数をi、測定対象の試料の個数をαとすると、i×αの分散共分散行列Yとして表すことができる。一例では、評価部12は当該分散共分散行列Yに対して主成分分析を行うことにより複数の主成分を抽出し、固有ベクトル行列Fと、スコア行列Zとを得る。抽出される主成分の個数をkとすると、固有ベクトル行列Fはi×kの行列であり、i×k個の固有ベクトルfikにより構成される。スコア行列Zはα×kの行列であり、α×k個のスコアzαkにより構成される。スコアzαkは重み付けの係数であるということができ、減衰曲線の特徴を表現する評価値であるともいうことができる。また、測定データにより示される各減衰曲線の特徴は、スコア行列Zと、固有ベクトル行列Fの転置行列F(k×iの行列)とを用いて、ZFにより表される。具体的には、各減衰曲線の時点iでの遅延発光量の平均値M(言い換えると、i個目に位置するα個の遅延発光量の平均値)との差は、スコアzαkと転置行列Fの固有ベクトルfkiとを用いて、次の式(1)により表される。ここで、x^αiは試料αの時点iにおける遅延発光量の特徴(該遅延発光量と平均値との差)を表す。 Step S13 (“construction” in step S12): The evaluation unit 12 performs principal component analysis on each of the measurement data of the exposed sample and the measurement data of the control sample. The measurement data for each sample includes a plurality of measurement values obtained at predetermined time intervals. In one example, measurement data for a group of one or more exposed samples and one or more control samples has a variance of i×α, where i is the number of measured values for each sample, and α is the number of samples to be measured. It can be expressed as a covariance matrix Y. In one example, the evaluation unit 12 extracts a plurality of principal components by performing principal component analysis on the variance-covariance matrix Y, and obtains an eigenvector matrix F and a score matrix Z. When the number of principal components to be extracted is k, the eigenvector matrix F is an i×k matrix and is composed of i×k eigenvectors f ik . The score matrix Z is an α×k matrix, and is composed of α×k scores z αk . The score z αk can be said to be a weighting coefficient, and can also be said to be an evaluation value expressing the characteristics of the attenuation curve. Further, the characteristics of each attenuation curve indicated by the measurement data are expressed by ZF T using the score matrix Z and the transposed matrix F T (k×i matrix) of the eigenvector matrix F. Specifically, the difference between the average value M i of delayed luminescence amount at time point i of each attenuation curve (in other words, the average value of α delayed luminescence quantities located at the i-th position) is determined by the score z αk . It is expressed by the following equation (1) using the eigenvector f ki of the transposed matrix F T . Here, x^ αi represents the characteristic of the amount of delayed light emission at time i of sample α (the difference between the amount of delayed light emission and the average value).

Figure 0007362502000001
Figure 0007362502000001

一例では、分散共分散行列Yでは、時点iでの個々の遅延発光量から、該時点でiでの遅延発光量の平均値Mが減算されている。したがって、固有ベクトル行列Fとスコア行列Zから分散共分散行列Yを算出する場合、個々の時点iにおいて平均値Mを加算する必要がある。この例では、分散共分散行列Yと、固有ベクトル行列F(転置行列F)と、スコア行列Zと、各時点の平均値Mを示す行列Mとの関係は、Y=M+ZFと表すことができる。 In one example, in the variance-covariance matrix Y, the average value M i of the delayed light emission amount at time i is subtracted from each delayed light emission amount at time i. Therefore, when calculating the variance-covariance matrix Y from the eigenvector matrix F and the score matrix Z, it is necessary to add the average value M i at each time point i. In this example, the relationship among the variance-covariance matrix Y, the eigenvector matrix F (transposed matrix F T ), the score matrix Z, and the matrix M indicating the mean value M i at each time point can be expressed as Y=M+ZF T I can do it.

ステップS14:評価部12は、主成分分析により得られた固有ベクトル行列Fを評価モデルとして構築する。評価部12はこの評価モデル(固有ベクトル行列F)を所定の記憶部に格納する。評価システム1は、ステップS11~S14により、予め評価モデルを構築することが可能である。 Step S14: The evaluation unit 12 constructs the eigenvector matrix F obtained by principal component analysis as an evaluation model. The evaluation unit 12 stores this evaluation model (eigenvector matrix F) in a predetermined storage unit. The evaluation system 1 can construct an evaluation model in advance through steps S11 to S14.

ステップS15:評価部12は、評価モデルと測定データとに基づいて、複数の主成分のスコアを算出する。例えば、評価部12は、未知のスコア行列Z(複数の主成分のスコア)について、分散共分散行列Y(測定データ)と、固有ベクトル行列F(評価モデル)とを用いて、Z=YFにより算出することができる。評価部12は少なくとも一つの曝露試料のそれぞれについて、評価モデルと該曝露試料の測定データとに基づいて、該曝露試料の複数の主成分のスコアと対照試料の複数の主成分のスコアとを算出する。それぞれの試料の測定値の個数を300個とすると、各主成分のスコアは、例えば次の式(2)により算出される。 Step S15: The evaluation unit 12 calculates scores of a plurality of principal components based on the evaluation model and the measurement data. For example, the evaluation unit 12 calculates the unknown score matrix Z (scores of multiple principal components) by Z=YF using the variance-covariance matrix Y (measurement data) and the eigenvector matrix F (evaluation model). can do. For each of the at least one exposed sample, the evaluation unit 12 calculates scores of the plurality of principal components of the exposed sample and scores of the plurality of principal components of the control sample based on the evaluation model and the measurement data of the exposed sample. do. Assuming that the number of measured values for each sample is 300, the score of each principal component is calculated, for example, by the following equation (2).

Figure 0007362502000002
Figure 0007362502000002

ここで、xは減衰曲線のi個目の発光量であり、Mは、測定対象のα個の試料についての、減衰曲線のi個目の発光量の平均値である。 Here, x i is the i-th luminescence amount of the attenuation curve, and M i is the average value of the i-th luminescence amount of the attenuation curve for α samples to be measured.

ステップS16:標準化部13は、評価部12によって算出された複数の主成分のスコアを標準化する。一例では、標準化部13は、評価モデルに適用した全ての測定データの各主成分のスコアについて平均値を0、標準偏差を1に統一することで、該スコアを標準化する。複数の主成分のスコアを標準化することによって、各主成分のスコアを均一に評価することができる。標準化部13は、例えば次の式(3)により複数の主成分のスコアを標準化することができる。 Step S16: The standardization unit 13 standardizes the scores of the plurality of principal components calculated by the evaluation unit 12. In one example, the standardization unit 13 standardizes the scores of each principal component of all measurement data applied to the evaluation model by unifying the average value to 0 and standard deviation to 1. By standardizing the scores of multiple principal components, the scores of each principal component can be evaluated uniformly. The standardization unit 13 can standardize the scores of a plurality of principal components using, for example, the following equation (3).

Figure 0007362502000003
Figure 0007362502000003

ここで、μは減衰曲線の第k主成分のスコアzの平均値であり、σは減衰曲線の第k主成分のスコアzの標準偏差である。z´は標準化されたスコアである。 Here, μ k is the average value of the score z k of the k-th principal component of the attenuation curve, and σ is the standard deviation of the score z k of the k-th principal component of the attenuation curve. z'k is a standardized score.

ステップS17:変化量算出部14は、曝露によるスコアの変化量を算出する。一例では、変化量算出部14は1以上の曝露試料のそれぞれについて、該曝露試料の複数の主成分についての標準化されたスコアと、対照試料の複数の主成分についての標準化されたスコアとのスコア差を算出する。例えば主成分の数を3とすると、変化量算出部14は、次の式(4)によりスコア差Δz´を算出することができる。 Step S17: The change amount calculation unit 14 calculates the amount of change in the score due to exposure. In one example, the change calculation unit 14 calculates, for each of the one or more exposed samples, a score between a standardized score for the plurality of principal components of the exposed sample and a standardized score for the plurality of principal components of the control sample. Calculate the difference. For example, if the number of principal components is 3, the change amount calculation unit 14 can calculate the score difference Δz′ k using the following equation (4).

Figure 0007362502000004
Figure 0007362502000004

ここで、z´keは曝露試料eの第k主成分のスコア、z´kcは対照試料cの第k主成分のスコアである。 Here, z' ke is the score of the k-th principal component of the exposed sample e, and z' kc is the score of the k-th principal component of the control sample c.

次に、図8を参照しながら、評価システム1の動作を説明するとともに、本実施形態に係る光合成サンプルの評価方法の応用例について説明する。図8は、評価システム1の動作の一例を示すフローチャートである。図8において、評価モデルは予め構築されているものとする。 Next, with reference to FIG. 8, the operation of the evaluation system 1 will be explained, and an application example of the photosynthesis sample evaluation method according to this embodiment will be explained. FIG. 8 is a flowchart showing an example of the operation of the evaluation system 1. In FIG. 8, it is assumed that the evaluation model has been constructed in advance.

ステップS21a,S21b:受付部11は、既知の曝露試料と対照試料とのそれぞれについて、測定データを受け付ける(ステップS21a)。受付部11はまた、未知の曝露試料と対照試料とのそれぞれについて、測定データを受け付ける(ステップS21b)。測定データの取得方法はステップS21aとステップS21bとの間で同じでもよいし異なってもよい。 Steps S21a, S21b: The receiving unit 11 receives measurement data for each of the known exposed sample and the control sample (step S21a). The receiving unit 11 also receives measurement data for each of the unknown exposed sample and the control sample (step S21b). The measurement data acquisition method may be the same or different between step S21a and step S21b.

ステップS22a,S22b:評価部12は、評価モデルと測定データとに基づいて、複数の主成分のスコアを算出する。評価部12は、評価モデルと、既知の曝露試料の測定データと、対照試料の測定データとに基づいて、既知の曝露試料の複数の主成分のスコアと対照試料の複数の主成分のスコアとを算出する(ステップS22a)。評価部12は、評価モデルと、未知の曝露試料の測定データと、対照試料の測定データとに基づいて、未知の曝露試料の複数の主成分のスコアと対照試料の複数の主成分のスコアとを算出する(ステップS22b)。 Steps S22a, S22b: The evaluation unit 12 calculates scores of a plurality of principal components based on the evaluation model and the measurement data. The evaluation unit 12 calculates the scores of the plurality of principal components of the known exposed sample and the score of the plurality of principal components of the control sample based on the evaluation model, the measured data of the known exposed sample, and the measured data of the control sample. is calculated (step S22a). The evaluation unit 12 calculates the score of the plurality of principal components of the unknown exposed sample and the score of the plurality of principal components of the control sample based on the evaluation model, the measured data of the unknown exposed sample, and the measured data of the control sample. is calculated (step S22b).

ステップS23a,S23b:標準化部13は、評価部12によって算出された複数の主成分のスコアを標準化する。標準化部13は、既知の曝露試料と対照試料とについて、各主成分のスコアを標準化する(ステップS23a)。標準化部13は、未知の曝露試料と対照試料とについて、各主成分のスコアを標準化する(ステップS23b)。 Steps S23a and S23b: The standardization unit 13 standardizes the scores of the plurality of principal components calculated by the evaluation unit 12. The standardization unit 13 standardizes the scores of each principal component for the known exposure sample and the control sample (step S23a). The standardization unit 13 standardizes the scores of each principal component for the unknown exposure sample and the control sample (step S23b).

ステップS24a,S24b:変化量算出部14は、曝露によるスコアの変化量を算出する。変化量算出部14は、既知の曝露試料の複数の主成分のスコアと対照試料の複数の主成分のスコアとのスコア差を算出する(ステップS24a)。変化量算出部14はまた、未知の曝露試料の複数の主成分のスコアと対照試料の複数の主成分のスコアとのスコア差を算出する(ステップS24b)。 Steps S24a and S24b: The change amount calculation unit 14 calculates the amount of change in the score due to exposure. The change amount calculation unit 14 calculates the score difference between the score of the plurality of principal components of the known exposed sample and the score of the plurality of principal components of the control sample (step S24a). The change amount calculating unit 14 also calculates the score difference between the score of the plurality of principal components of the unknown exposed sample and the score of the plurality of principal components of the control sample (step S24b).

ステップS21a~S24aと、ステップS21b~S24bとはそれぞれ独立した処理であるため、並列に実行されてもよいし、順番に実行されてもよい。また、ステップS21a~S24aが予め実行され、既知の曝露試料に関するスコア差が用意されたうえで、例えば別の日等にステップS21b~S24bが実行されてもよい。図8において、評価モデルは予め構築されているものと仮定したが、評価部12は、ステップS21aで得られる測定データを基に、評価モデルを構築してもよい。 Since steps S21a to S24a and steps S21b to S24b are independent processes, they may be executed in parallel or sequentially. Furthermore, steps S21a to S24a may be performed in advance to prepare score differences for known exposed samples, and then steps S21b to S24b may be performed, for example, on another day. Although it is assumed in FIG. 8 that the evaluation model has been constructed in advance, the evaluation unit 12 may construct the evaluation model based on the measurement data obtained in step S21a.

ステップS25:類似性判定部15は、既知の曝露試料と、未知の曝露試料との間の類似性を判定する。類似性判定部15は、既知の曝露試料に関するスコア差と、未知の曝露試料に関するスコア差とに基づいて、類似性を判定する。一例では、類似性判定部15は、各曝露試料のスコア差の類似度が高いかどうかを、クラスター分析を行うことにより判定できる。クラスター分析は、例えば階層的クラスター分析としてもよい。クラスター間の距離の算出手法は、群平均法、最短距離法、最長距離法、ウォード法、可変法等としてもよい。クラスター分析に用いる類似係数は、両スコア差のコサイン係数(コサイン類似度)としてもよい。コサイン係数は2本のベクトル同士の成す角度の近さを表し、コサイン係数が1に近いほど2本のベクトルの類似度が高いと判定することができる。類似性判定部15は、クラスター分析によって、未知の環境要因を既知の環境要因のクラスターに分類することができる。 Step S25: The similarity determining unit 15 determines the similarity between the known exposed sample and the unknown exposed sample. The similarity determining unit 15 determines the similarity based on the score difference regarding the known exposed sample and the score difference regarding the unknown exposed sample. In one example, the similarity determination unit 15 can determine whether the score differences between the exposed samples have a high degree of similarity by performing cluster analysis. The cluster analysis may be, for example, a hierarchical cluster analysis. The method for calculating the distance between clusters may be a group average method, a shortest distance method, a longest distance method, a Ward method, a variable method, or the like. The similarity coefficient used for cluster analysis may be a cosine coefficient (cosine similarity) of the difference between both scores. The cosine coefficient represents the closeness of the angle between two vectors, and it can be determined that the closer the cosine coefficient is to 1, the higher the degree of similarity between the two vectors. The similarity determination unit 15 can classify unknown environmental factors into clusters of known environmental factors by cluster analysis.

ステップS26:類似性判定部15は、未知の曝露試料がどの既知の曝露試料との間で高い類似度を有するかに基づいて、未知の環境要因の影響の度合いと、未知の環境要因の種類とのうちの少なくとも一つを評価する。一例では、クラスター分析によって未知の環境要因が既知の環境要因のクラスターに分類された場合、類似性判定部15は、該未知の環境要因が該既知の環境要因と同じかまたは近い種類に属すると評価する。類似性判定部15はまた、例えば同じクラスターに属する未知の環境要因と既知の環境要因との曝露濃度を比較して、未知の環境要因の影響の度合いを評価する。一例では、類似性判定部15は曝露による各スコア変化の大小を評価することができる。このように、類似性判定部15は、類似性の判定結果に基づいて未知の環境要因の作用機序を推定することができる。また、クラスター分析に用いられるベクトルの長さは作用の大きさを表す。ベクトルの長さは、毒性のない環境要因、または作用の小さい環境要因により曝露された試料の場合、短くなることが想定される。しかしながら、例えば測定時の温度変化等によって減衰曲線が変化すると、ベクトルの長さも変化する場合があり得る。そこで、類似性判定部15はベクトルの長さに基づいて環境要因の毒性を判定することで、未知の環境要因の作用機序を推定してもよい。例えば、類似性判定部15は、ベクトルの長さが所定の閾値を超える場合には環境要因が毒性を有すると判定し、ベクトルの長さが該閾値を超えない場合には環境要因が毒性を有しないと判定してもよい。所定の閾値は、例えば曝露濃度、環境要因の種類等に応じて異なってもよい。 Step S26: The similarity determining unit 15 determines the degree of influence of the unknown environmental factor and the type of the unknown environmental factor based on which known exposed sample the unknown exposed sample has a high degree of similarity. Evaluate at least one of the following. In one example, when an unknown environmental factor is classified into a cluster of known environmental factors by cluster analysis, the similarity determination unit 15 determines that the unknown environmental factor belongs to the same or similar type as the known environmental factor. evaluate. The similarity determination unit 15 also evaluates the degree of influence of the unknown environmental factor by comparing the exposure concentrations of the unknown environmental factor and the known environmental factor, which belong to the same cluster, for example. In one example, the similarity determination unit 15 can evaluate the magnitude of each score change due to exposure. In this way, the similarity determination unit 15 can estimate the mechanism of action of the unknown environmental factor based on the similarity determination result. Furthermore, the length of the vector used in cluster analysis represents the magnitude of the effect. The length of the vector is expected to be shorter for samples exposed to non-toxic or less active environmental factors. However, if the attenuation curve changes due to, for example, a temperature change during measurement, the length of the vector may also change. Therefore, the similarity determining unit 15 may estimate the mechanism of action of the unknown environmental factor by determining the toxicity of the environmental factor based on the length of the vector. For example, the similarity determination unit 15 determines that the environmental factor is toxic if the length of the vector exceeds a predetermined threshold, and determines that the environmental factor is toxic if the length of the vector does not exceed the threshold. It may be determined that it does not exist. The predetermined threshold value may vary depending on, for example, the exposure concentration, the type of environmental factor, and the like.

以下、実施例を具体的に説明するが、本開示はそれらに何ら限定されるものではない。 Examples will be specifically described below, but the present disclosure is not limited thereto.

(実施例1)
[測定準備]
光合成サンプルとして緑藻(Raphidocelissubcapitata)を用いた。化学物質(環境要因)として、作用機序の異なる4種類の光合成阻害剤(3-(3,4-dichlorophenyl)-1,1-dimethyl urea (DCMU)、2,5-dibromo- 3-methyl-6-isopropyl-p-benzoquinone (DBMIB)、Antimycin A (Ant-A)、およびcarbonyl cyanide m-chlorophenylhydrazone (CCCP))を用いた。凍結藻類について1時間の前培養を行うことにより、指数増殖期の藻類懸濁液を光合成サンプルとして準備した。
(Example 1)
[Measurement preparation]
Green algae (Raphidocelis subcapitata) was used as a photosynthetic sample. As chemical substances (environmental factors), there are four types of photosynthesis inhibitors with different mechanisms of action (3-(3,4-dichlorophenyl)-1,1-dimethyl urea (DCMU), 2,5-dibromo-3-methyl- 6-isopropyl-p-benzoquinone (DBMIB), Antimycin A (Ant-A), and carbonyl cyanide m-chlorophenylhydrazone (CCCP)) were used. Exponential phase algal suspensions were prepared as photosynthetic samples by pre-incubating frozen algae for 1 hour.

4種類の化学物質のそれぞれを3段階の濃度(低、中、高)で調製した曝露区の12個の溶液と、化学物質を添加しない非曝露区の1個の溶液とを検体溶液として準備した。曝露区の検体溶液を作製する際には助剤としてDMSO(Dimethyl sulfoxide)を用いた。実施例1では曝露区に関して、予め4種類の化学物質について曝露濃度と曝露による遅延発光量の変化量(ΔDF)との関係を調べ、ΔDFが4種類の化学物質で同程度になるように曝露濃度を決定した。ΔDFは次の式(5)を用いて算出した。式(5)は30秒間の遅延発光の計測データからΔDFが算出されることを示す。 Prepare 12 exposed solutions prepared with each of the 4 types of chemical substances at 3 concentrations (low, medium, high) and 1 non-exposed solution with no chemical added as sample solutions. did. DMSO (Dimethyl sulfoxide) was used as an auxiliary agent when preparing the sample solution for the exposed area. In Example 1, regarding the exposure area, the relationship between the exposure concentration and the amount of change in delayed luminescence amount due to exposure (ΔDF) was investigated in advance for four types of chemicals, and the exposure was adjusted so that ΔDF was about the same for the four types of chemicals. The concentration was determined. ΔDF was calculated using the following equation (5). Equation (5) indicates that ΔDF is calculated from measurement data of delayed light emission for 30 seconds.

Figure 0007362502000005
Figure 0007362502000005

ここで、cは非曝露区の励起後0.1~1秒(1秒)の遅延発光量、tは曝露区の励起後i秒での遅延発光量、cは非曝露区の励起後i秒での遅延発光量を示す。式(5)を用いて、4種類の化学物質のそれぞれについて、ΔDF≒1、ΔDF≒1.5、ΔDF≒2となる曝露濃度をそれぞれ低濃度、中濃度、高濃度とした。曝露濃度の一例を次の表1に示す。 Here, c 1 is the delayed luminescence amount from 0.1 to 1 second (1 second) after excitation in the non-exposed area, t i is the delayed luminescence amount i seconds after excitation in the exposed area, and c i is the delayed luminescence amount in the non-exposed area at i seconds after excitation. The amount of delayed luminescence at i seconds after excitation is shown. Using equation (5), for each of the four types of chemical substances, the exposure concentrations at which ΔDF≒1, ΔDF≒1.5, and ΔDF≒2 were defined as low concentration, medium concentration, and high concentration, respectively. An example of exposure concentration is shown in Table 1 below.

Figure 0007362502000006
Figure 0007362502000006

13個の検体溶液のそれぞれに藻類懸濁液2mLを混合することで、細胞密度が20×104cells/mLであり全量が10mLである13個の測定試料(12個の曝露試料および1個の対照試料)を調製した。試料調製をランダムな順で行い、培養を開始した。それぞれの試料を、24±1℃で、且つ蛍光灯(50μmol/m/s)により1時間連続で照射した状況下でのオービタルシェーキングにより1時間培養した。 By mixing 2 mL of algae suspension with each of the 13 sample solutions, 13 measurement samples (12 exposed samples and 1 control sample) with a cell density of 20 × 104 cells/mL and a total volume of 10 mL were prepared. sample) was prepared. Samples were prepared in a random order and culture was started. Each sample was incubated for 1 hour by orbital shaking at 24±1° C. and continuously irradiated with a fluorescent lamp (50 μmol/m 2 /s) for 1 hour.

[計測]
光合成サンプルに対する光照射による励起で生じる遅延発光を計測した。計測時間は、0.1秒間隔で積算した遅延発光量の減衰変化が明瞭な30秒間とした。13個の測定試料のそれぞれについて、該測定試料を暗所に60秒間置き、白色LED光(500μmol/m/s)で該測定試料を30秒間照射し、該測定試料を暗所に5秒間置いた後、700nmのLED光(20μmol/m/s)を該測定試料に1秒照射して遅延発光を測定した。相対的な遅延発光量は励起光をオフした後0.1秒から30秒の間に0.1秒間隔で記録した。別の日に同じ手順で測定を行い(2反復)、合計で26本の減衰曲線を測定データとして得た。
[measurement]
Delayed luminescence caused by excitation of photosynthetic samples by light irradiation was measured. The measurement time was set to 30 seconds during which the attenuation change in the amount of delayed light emission accumulated at 0.1 second intervals was clear. For each of the 13 measurement samples, the measurement sample was placed in a dark place for 60 seconds, the measurement sample was irradiated with white LED light (500 μmol/m 2 /s) for 30 seconds, and the measurement sample was placed in a dark place for 5 seconds. After placing it, the measurement sample was irradiated with 700 nm LED light (20 μmol/m 2 /s) for 1 second to measure delayed luminescence. The relative delayed luminescence amount was recorded at 0.1 second intervals from 0.1 seconds to 30 seconds after the excitation light was turned off. Measurements were carried out in the same procedure on different days (2 repetitions), and a total of 26 decay curves were obtained as measurement data.

0.1秒間隔で積算した30秒間のデータを有する26本の減衰曲線が得られたため、測定データはi(300)×α(26)の分散共分散行列Yとして表すことができる。実施例1では、分散共分散行列Yの主成分分析により第1主成分から第3主成分までが抽出され、固有ベクトル行列F(300×3)とスコア行列Z(26×3)とが得られた。固有ベクトル行列Fは、固有ベクトルfik(i=1,2,…,300;k=1,2,3)により構成される。スコア行列Zは、スコアzαk(α=1,2,…,26;k=1,2,3)により構成される。実施例1では、主成分分析により得られた固有ベクトル行列Fを評価モデルとして構築した。 Since 26 attenuation curves having 30 seconds of data accumulated at 0.1 second intervals were obtained, the measured data can be expressed as a variance-covariance matrix Y of i(300)×α(26). In Example 1, the first to third principal components are extracted by principal component analysis of the variance-covariance matrix Y, and an eigenvector matrix F (300×3) and a score matrix Z (26×3) are obtained. Ta. The eigenvector matrix F is composed of eigenvectors f ik (i=1, 2,..., 300; k=1, 2, 3). The score matrix Z is composed of scores z αk (α=1, 2,..., 26; k=1, 2, 3). In Example 1, the eigenvector matrix F obtained by principal component analysis was constructed as an evaluation model.

それぞれの試料について、評価モデルと測定データ(減衰曲線)とに基づいて3個の主成分のスコア(z,z,z)を、上述した式(2)により算出した。 For each sample, three principal component scores (z 1 , z 2 , z 3 ) were calculated using the above-mentioned formula (2) based on the evaluation model and the measured data (attenuation curve).

実施例1では、3個の主成分のスコア(z,z,z)を均一に評価するため、各主成分のスコアの平均値を0、標準偏差を1に統一した。具体的には、上述した式(3)によりスコア(z,z,z)を標準化することで(z´,z´,z´)に変換した。 In Example 1, in order to uniformly evaluate the scores of the three principal components (z 1 , z 2 , z 3 ), the average value of the scores of each principal component was unified to 0, and the standard deviation was unified to 1. Specifically, the score (z 1 , z 2 , z 3 ) was converted into (z' 1 , z' 2 , z' 3 ) by standardizing it using Equation (3) described above.

各減衰曲線について曝露によるz´の変化量に注目するため、上述した式(4)により、各曝露区のz´と、対応する非曝露区のz´とのスコア差Δz´を算出した。 In order to focus on the amount of change in z' k due to exposure for each attenuation curve, the score difference Δz' k between z' k in each exposed area and z ' k in the corresponding non-exposed area is calculated using the above equation (4). was calculated.

[類似性判定]
24個の曝露試料間でのΔz´の類似性を評価するため、各曝露試料のΔz´(Δz´,Δz´,Δz´)について階層的クラスター分析を行った。クラスター分析に用いる類似係数には、解析対象となるΔz´(Δz´,Δz´,Δz´)の空間分布を考慮して、2つのベクトル間の角度を示すコサイン係数を選択した。実施例1では、類似係数行列とコーフェン行列との相関係数が最大であった群平均法を推定に用いた。
[Similarity judgment]
In order to evaluate the similarity of Δz′ k among the 24 exposed samples, a hierarchical cluster analysis was performed on Δz′ k (Δz′ 1 , Δz′ 2 , Δz′ 3 ) of each exposed sample. As the similarity coefficient used for cluster analysis, a cosine coefficient indicating the angle between two vectors was selected, taking into consideration the spatial distribution of Δz' k (Δz ' 1 , Δz' 2 , Δz' 3 ) to be analyzed. . In Example 1, the group average method in which the correlation coefficient between the similarity coefficient matrix and the Coffen matrix was the largest was used for estimation.

[結果]
図9~13を参照しながら、実施例1に係る光合成サンプルの評価結果について説明する。
[result]
The evaluation results of the photosynthetic sample according to Example 1 will be explained with reference to FIGS. 9 to 13.

図9は、実施例1における化学物質の減衰曲線を示す図である。図9のグラフ(a)~(d)のいずれにおいても、縦軸が発光量を示し、横軸が励起後時間を示す。グラフ(a)~(d)はいずれも、非曝露区、低濃度曝露区、中濃度曝露区および高濃度曝露区のそれぞれについて、2反復の平均値を示す。全ての試料において、遅延発光量は励起直後に最大となり、その後減衰した。減衰曲線は曝露濃度の増加に伴って変化し、化学物質毎に該変化の傾向が異なった。DCMUおよびDBMIBでは、励起直後の発光量がAnt-AおよびCCCPに比べて大きく増加した。DBMIBの曝露による遅延発光量は、DCMUの曝露による遅延発光量と比べて緩やかに減衰した。Ant-Aの曝露による遅延発光量は、DCMU、DBMIBほど励起直後に大きく増加せず、励起後10秒以降の減衰が早くなった。CCCPの曝露による遅延発光量は、全ての時間域で減少した。また、DCMU、DBMIBおよびAnt-Aでは、4本の減衰曲線が交差する点(以下、この点を「クロスポイント」という。)が見られた。DCMUでは、クロスポイントが励起後1秒付近で観察された。DBMIBでは、クロスポイントが励起後5秒付近で観察された。Ant-Aでは、クロスポイントが励起後5秒付近で観察された。 FIG. 9 is a diagram showing attenuation curves of chemical substances in Example 1. In any of the graphs (a) to (d) in FIG. 9, the vertical axis indicates the amount of light emission, and the horizontal axis indicates the time after excitation. Graphs (a) to (d) all show the average values of two replicates for each of the non-exposed area, low-concentration exposure area, medium-concentration exposure area, and high-concentration exposure area. In all samples, the amount of delayed luminescence reached its maximum immediately after excitation and then attenuated. The decay curve changed with increasing exposure concentration, and the tendency of the change was different for each chemical. In DCMU and DBMIB, the amount of luminescence immediately after excitation increased significantly compared to Ant-A and CCCP. The amount of delayed luminescence caused by exposure to DBMIB attenuated more slowly than the amount of delayed luminescence caused by exposure to DCMU. The amount of delayed luminescence due to exposure of Ant-A did not increase as much immediately after excitation as DCMU and DBMIB, and decay became faster after 10 seconds after excitation. The amount of delayed luminescence due to CCCP exposure decreased in all time ranges. Further, in DCMU, DBMIB, and Ant-A, a point where four attenuation curves intersect (hereinafter, this point is referred to as a "cross point") was observed. In DCMU, a cross point was observed around 1 second after excitation. In DBMIB, a cross point was observed around 5 seconds after excitation. In Ant-A, a cross point was observed around 5 seconds after excitation.

図10は、実施例1における固有ベクトルを示す図である。図10のグラフ(a)~(c)のいずれにおいても、縦軸が固有ベクトルを示し、横軸が励起後時間を示す。グラフ(a),(b),(c)はそれぞれ、第1主成分(PC1)、第2主成分(PC2)、第3主成分(PC3)を示す。第1主成分(PC1)、第2主成分(PC2)、第3主成分(PC3)の固有値の寄与率はそれぞれ96.6%、2.1%、0.8%であった。PC1~PC3の累積寄与率は99.5%であった。PC1の固有ベクトルは、励起直後から1秒にかけて急激に減少した。PC2の固有ベクトルは、励起直後はマイナスであり、そこから増加して0.4秒でプラスに転じ、0.8秒で極大となりその後減少した。PC3の固有ベクトルは、励起直後に減少しマイナスに転じ、1.1秒で極小になり、そこから増加してプラスに転じ、13.5秒で極大になり再び緩やかに減少した。 FIG. 10 is a diagram showing eigenvectors in Example 1. In any of the graphs (a) to (c) in FIG. 10, the vertical axis indicates the eigenvector, and the horizontal axis indicates the time after excitation. Graphs (a), (b), and (c) respectively show the first principal component (PC1), the second principal component (PC2), and the third principal component (PC3). The contribution rates of the eigenvalues of the first principal component (PC1), second principal component (PC2), and third principal component (PC3) were 96.6%, 2.1%, and 0.8%, respectively. The cumulative contribution rate of PC1 to PC3 was 99.5%. The eigenvector of PC1 rapidly decreased for 1 second after excitation. The eigenvector of PC2 was negative immediately after excitation, increased from there, turned positive at 0.4 seconds, reached a maximum at 0.8 seconds, and then decreased. The eigenvector of PC3 decreased immediately after excitation, turned negative, reached a minimum at 1.1 seconds, increased from there, turned positive, reached a maximum at 13.5 seconds, and then slowly decreased again.

図11は、実施例1における減衰曲線の主成分毎のスコアを示す図である。図11のグラフ(a),(b),(c)はそれぞれ、第1主成分(PC1)、第2主成分(PC2)、第3主成分(PC3)を示す。いずれのグラフも、4種類の化学物質ごとの非曝露区(N)、低濃度曝露区(L)、中濃度曝露区(M)、高濃度曝露区(H)について、それぞれ2反復の平均値を示す。エラーバーはスチューデントLSD(最小有意差)を示す。PC1では、曝露濃度の増加に伴ってDCMU、DBMIBおよびAnt-Aのスコアが増加し、DBMIBのスコア増加が最も大きくなった。一方でCCCPのスコアのみが減少した。PC2では、曝露濃度の増加に伴って4種類の化学物質のスコアが減少し、CCCPのスコア減少が最も大きくなった。PC3では、曝露濃度の増加に伴って4種類の化学物質のスコアが減少し、Ant-Aのスコア減少が最も大きくなった。 FIG. 11 is a diagram showing scores for each principal component of the attenuation curve in Example 1. Graphs (a), (b), and (c) in FIG. 11 show the first principal component (PC1), second principal component (PC2), and third principal component (PC3), respectively. Each graph shows the average value of two replicates for each of the four chemical substances in the non-exposed area (N), low-concentration exposure area (L), medium-concentration exposure area (M), and high-concentration exposure area (H). shows. Error bars indicate Student's LSD (least significant difference). In PC1, the scores of DCMU, DBMIB, and Ant-A increased as the exposure concentration increased, and the increase in the score of DBMIB was the largest. On the other hand, only the CCCP score decreased. In PC2, the scores of four types of chemical substances decreased as the exposure concentration increased, and the decrease in the score of CCCP was the largest. In PC3, the scores of the four chemical substances decreased as the exposure concentration increased, and the decrease in the score of Ant-A was the largest.

図12は、実施例1における曝露によるスコアの変化量を示す図である。具体的には、図12は、非曝露区を原点とし、3個の主成分に対応する3個の座標軸を有するグラフであり、4種類の化学物質の曝露区のスコアの変化量について、2反復の平均値を示す。図12はまた、分散分析結果に基づき、各化学物質の曝露区の濃度毎の95%信頼区間を筒状の領域で示す。4種類の化学物質のスコアの変化量は、曝露濃度の増加に伴って、原点から化学物質毎に異なる方向へ分布した。 FIG. 12 is a diagram showing the amount of change in score due to exposure in Example 1. Specifically, FIG. 12 is a graph with the non-exposed area as the origin and three coordinate axes corresponding to the three principal components. Mean values of replicates are shown. FIG. 12 also shows the 95% confidence interval for each concentration of each chemical substance in the exposure area as a cylindrical region based on the results of variance analysis. The amount of change in the scores of the four types of chemical substances was distributed in different directions for each chemical substance from the origin as the exposure concentration increased.

図13は、実施例1におけるクラスター分析の結果を示す図である。図13のデンドログラムは、4種類の化学物質のスコア変化量(2反復の平均値)について階層的クラスター分析した結果を示す。各化学物質名の「_L」、「_M」、「_H」は、それぞれ低濃度曝露区、中濃度曝露区、高濃度曝露区を示す。類似度が0.900である付近でクラスターを分割すると、4種類の化学物質はそれぞれ4個のクラスターに明瞭に分類された。 FIG. 13 is a diagram showing the results of cluster analysis in Example 1. The dendrogram in FIG. 13 shows the results of hierarchical cluster analysis on the amount of change in score (average value of two replicates) of four types of chemical substances. "_L", "_M", and "_H" in each chemical substance name indicate a low concentration exposure area, a medium concentration exposure area, and a high concentration exposure area, respectively. When clusters were divided around a similarity of 0.900, each of the four chemical substances was clearly classified into four clusters.

(実施例2)
実施例2では、未知の化学物質AおよびBのそれぞれを2段階の濃度(低、高)で調製した曝露区の4個の溶液と、非曝露区の1個の溶液とを検体溶液として準備し、実施例1で示した手法を用いて2反復の曝露試験を行い、合計で10本の減衰曲線を得た。実施例2では、実施例1で構築した評価モデルを用いて減衰曲線を評価した。評価は、化学物質A、Bのそれぞれの減衰曲線について、上述した式(2)~式(4)を用いて変化量を求め、実施例1で示した既知の4種類の化学物質の変化量と比較した。また、化学物質A、Bの変化量に対しクラスター分析を行うことにより、未知の化学物質を推定することが可能かどうか解析した。
(Example 2)
In Example 2, four solutions of unknown chemical substances A and B at two concentrations (low, high) in the exposed area and one solution in the non-exposed area were prepared as sample solutions. Then, two repetitions of the exposure test were conducted using the method shown in Example 1, and a total of 10 decay curves were obtained. In Example 2, the attenuation curve was evaluated using the evaluation model constructed in Example 1. The evaluation was performed by determining the amount of change for each of the decay curves of chemical substances A and B using equations (2) to (4) above, and calculating the amount of change for the four known chemical substances shown in Example 1. compared with. Furthermore, by performing cluster analysis on the amount of change in chemical substances A and B, we analyzed whether it was possible to estimate unknown chemical substances.

図14~16を参照しながら、実施例2に係る光合成サンプルの評価結果について説明する。 The evaluation results of the photosynthetic sample according to Example 2 will be explained with reference to FIGS. 14 to 16.

図14は、実施例2における化学物質の減衰曲線を示す図である。図14のグラフ(a),(b)のいずれにおいても、縦軸が発光量を示し、横軸が励起後時間を示す。グラフ(a),(b)はいずれも、非曝露区、低濃度曝露区、高濃度曝露区についてそれぞれ2反復の平均値を示す。化学物質Aでは、励起直後の遅延発光量が増加し、クロスポイントが励起後1秒付近で観察され、励起後10秒付近で遅延発光量が減少した。化学物質Bでは、励起直後に遅延発光量がやや増加し、励起後1秒以前にクロスポイントが観察され、その後の時間域では遅延発光量が減少した。化学物質A、Bの曝露による減衰曲線の変化の特徴は、図9に示す4種類の化学物質のうちDCMU、CCCPの特徴とそれぞれ類似していた。 FIG. 14 is a diagram showing attenuation curves of chemical substances in Example 2. In both graphs (a) and (b) of FIG. 14, the vertical axis indicates the amount of light emission, and the horizontal axis indicates the time after excitation. Graphs (a) and (b) both show the average values of two replicates for the non-exposed area, the low-concentration exposure area, and the high-concentration exposure area. For chemical substance A, the amount of delayed luminescence increased immediately after excitation, a cross point was observed around 1 second after excitation, and the amount of delayed luminescence decreased around 10 seconds after excitation. For chemical substance B, the amount of delayed luminescence increased slightly immediately after excitation, a cross point was observed before 1 second after excitation, and the amount of delayed luminescence decreased in the subsequent time range. The characteristics of changes in the attenuation curves due to exposure to chemical substances A and B were similar to those of DCMU and CCCP, respectively, among the four types of chemical substances shown in FIG.

図15は、実施例2における曝露によるスコアの変化量を示す図である。具体的には、図15は、非曝露区を原点とし、3個の主成分に対応する3個の座標軸を有するグラフであり、化学物質A、Bそれぞれの曝露試料のスコアの変化量と、既知の4種類の化学物質の曝露区のスコアの変化量とについて、2反復の平均値を示す。図15はまた、分散分析結果に基づき、各化学物質の曝露区の濃度毎の95%信頼区間を筒状の領域で示す。また、化学物質Aの低濃度曝露区を白四角、化学物質Aの高濃度曝露区を白三角、化学物質Bの低濃度曝露区を黒四角、化学物質Bの高濃度曝露区を黒三角で示す。化学物質Aの低濃度曝露区(白四角)はDCMU曝露区の近くにプロットされた。一方、化学物質Aの高濃度曝露区(白三角)はDCMU曝露区の分布する方向に対してΔz´が大きくなる位置にプロットされた。化学物質Bの低濃度曝露区(黒四角)はCCCP曝露区の近くにプロットされた。一方、化学物質Bの高濃度曝露区(黒三角)はCCCP曝露区の分布する方向に対してΔz´が大きくなる位置にプロットされた。 FIG. 15 is a diagram showing the amount of change in score due to exposure in Example 2. Specifically, FIG. 15 is a graph having three coordinate axes corresponding to the three principal components with the non-exposed area as the origin, and shows the amount of change in the score of the exposed sample for each of chemical substances A and B, and The average value of two repetitions is shown for the amount of change in the score of the exposure area for four known chemical substances. FIG. 15 also shows the 95% confidence interval for each concentration of each chemical substance in the exposure area as a cylindrical region based on the results of variance analysis. In addition, the areas exposed to low concentrations of chemical substance A are indicated by white squares, the areas exposed to high concentrations of chemical substance A are indicated by white triangles, the areas exposed to low concentrations of chemical substance B are indicated by black squares, and the areas exposed to high concentrations of chemical substance B are indicated by black triangles. show. The area exposed to low concentrations of chemical substance A (white square) was plotted near the area exposed to DCMU. On the other hand, the area exposed to a high concentration of chemical substance A (white triangle) was plotted at a position where Δz'1 becomes large with respect to the distribution direction of the area exposed to DCMU. The area exposed to low concentrations of chemical substance B (black square) was plotted near the area exposed to CCCP. On the other hand, the areas exposed to high concentrations of chemical substance B (black triangles) were plotted at positions where Δz ' 3 becomes large with respect to the distribution direction of the CCCP exposed areas.

図16は、実施例2におけるクラスター分析の結果を示す図である。図16のデンドログラム(a),(b)は、既知の4種類の化学物質と、化学物質A、Bの低濃度曝露区または高濃度曝露区のスコアの変化量Δz´(k=1,2,3)の2反復の平均値(14個の試料)についてクラスター分析して得られた結果を示す。図16のデンドログラム(a),(b)には、それぞれ14試料間のスコアの変化量の類似度が表される。図16のデンドログラム(a)は、化学物質A、Bの低濃度曝露区の分類を示し、図16のデンドログラム(b)は、化学物質A、Bの高濃度曝露区の分類を示す。各化学物質名の「_L」、「_M」、「_H」は、それぞれ低濃度曝露区、中濃度曝露区、高濃度曝露区を示す。 FIG. 16 is a diagram showing the results of cluster analysis in Example 2. The dendrograms (a) and (b) in FIG. 16 show the changes in scores Δz′ k (k=1 , 2, 3), the results obtained by cluster analysis of the average values (14 samples) of two replicates are shown. Dendrograms (a) and (b) in FIG. 16 each represent the degree of similarity in the amount of change in score between the 14 samples. The dendrogram (a) in FIG. 16 shows the classification of the chemical substances A and B in the low concentration exposure area, and the dendrogram (b) in FIG. 16 shows the classification in the high concentration exposure area of the chemical substances A and B. "_L", "_M", and "_H" in each chemical substance name indicate a low concentration exposure area, a medium concentration exposure area, and a high concentration exposure area, respectively.

図16のデンドログラム(a)に示すクラスターは、類似度が0.900である付近で4個に分割された。化学物質Aの低濃度曝露区(A_L)はDCMUのクラスターの中に分類された。化学物質Bの低濃度曝露区(B_L)はCCCPのクラスターの中に分類された。図16のデンドログラム(b)に示すクラスターは、類似度が0.900である付近で5個に分割された。化学物質Aの高濃度曝露区(A_H)はDCMUのクラスターの中に分類された。化学物質Bの高濃度曝露区(B_H)はCCCPのクラスターの外に分類されたが、4種類の化学物質の中ではCCCPと最も類似度が高くなった。 The cluster shown in the dendrogram (a) of FIG. 16 was divided into four clusters around a similarity of 0.900. The area with low exposure to chemical substance A (A_L) was classified into the DCMU cluster. The area with low exposure to chemical substance B (B_L) was classified into the CCCP cluster. The cluster shown in the dendrogram (b) of FIG. 16 was divided into five clusters around the similarity of 0.900. The area with high exposure to chemical substance A (A_H) was classified into the DCMU cluster. The high-concentration exposure zone (B_H) for chemical substance B was classified outside the CCCP cluster, but it had the highest degree of similarity to CCCP among the four types of chemicals.

実際の化学物質Aはトリアジン系除草剤のシメトリン(0,0.023,0.094μmol/L)であり、ウレア系除草剤のDCMUと同じ作用を示す。すなわち、化学物質Aは4種類の化学物質の中で、作用機序の同じDCMUとスコアの変化量の類似度が最も高いことが統計的に判定された。また、実際の化学物質Bは3,5-dichlorophenol(0, 2,37μmol/L)であり、CCCPほど強い作用を持たないが同じ脱共役剤である。すなわち、化学物質Bは4種類の化学物質の中で、作用機序の同じCCCPとスコアの変化量の類似度が最も高いことが統計的に判定された。 The actual chemical substance A is the triazine herbicide cymetrine (0,0.023,0.094 μmol/L), which exhibits the same effect as the urea herbicide DCMU. That is, it was statistically determined that among the four types of chemical substances, chemical substance A has the highest degree of similarity in the amount of change in score with DCMU, which has the same mechanism of action. Further, the actual chemical substance B is 3,5-dichlorophenol (0, 2, 37 μmol/L), which is the same uncoupling agent although it does not have as strong an effect as CCCP. That is, it was statistically determined that chemical substance B had the highest degree of similarity in score change with CCCP, which has the same mechanism of action, among the four types of chemical substances.

以上の結果から、曝露試料の複数の主成分のスコアと、対照試料の複数の主成分のスコアとのスコア差(スコアの変化量)を用いることで、光合成サンプルが発する遅延発光の経時変化を適切に評価することができる。また、既知の曝露試料に関するスコア差と、未知の曝露試料に関するスコア差との類似性の判定結果により、未知の環境要因の作用機序を推定することができる。 From the above results, by using the score difference (amount of change in score) between the score of multiple principal components of the exposed sample and the score of multiple principal components of the control sample, we can estimate the temporal change in delayed luminescence emitted by the photosynthetic sample. Can be evaluated appropriately. Furthermore, the mechanism of action of the unknown environmental factor can be estimated based on the result of determining the similarity between the score difference for the known exposed sample and the score difference for the unknown exposed sample.

本開示の技術は排水管理、農薬開発、育種など様々な分野で利用することができる。例えば排水に異常が起きた場合、排水試料を本開示の技術を用いて評価することにより原因物質の種類(作用機序)を推定することができる。また、例えばある作用機序を持つ既知の除草剤を基に新しい除草剤を開発する場合、新しい除草剤と既知の除草剤との間で作用機序がどの程度同じかまたは違うかを判断することができる。 The technology of the present disclosure can be used in various fields such as wastewater management, pesticide development, and breeding. For example, when an abnormality occurs in wastewater, the type of causative substance (action mechanism) can be estimated by evaluating a wastewater sample using the technology of the present disclosure. For example, when developing a new herbicide based on a known herbicide with a certain mechanism of action, it is necessary to determine to what extent the mechanism of action is the same or different between the new herbicide and the known herbicide. be able to.

本開示の技術はまた、評価モデルを予め構築することにより、環境要因の生物への影響を評価するバイオアッセイを用いた作業(例えば、試験、研究、開発、評価等)を行うユーザに対して解析サービスを提供するシステムとすることができる。解析サービスを提供するシステムは、任意のネットワークを介して測定データを受け付けてその測定データを処理するので、ユーザ側の解析負担が軽減される。また、評価モデルは新たな測定データにより更新可能であるため、スタンドアローン型の解析サービスよりも柔軟でかつ充実した評価モデルを構築することができる。 The technology of the present disclosure also enables users who perform work (e.g., testing, research, development, evaluation, etc.) using bioassays to evaluate the impact of environmental factors on living organisms by constructing an evaluation model in advance. It can be a system that provides analysis services. A system that provides analysis services accepts measurement data via any network and processes the measurement data, which reduces the burden of analysis on the user side. Furthermore, since the evaluation model can be updated with new measurement data, it is possible to construct evaluation models that are more flexible and complete than stand-alone analysis services.

[効果]
以上説明したように、本開示の一側面に係る光合成サンプルの評価システムは、環境要因により曝露された曝露試料と、環境要因により曝露されていない対照試料とのそれぞれについて、光合成サンプルが発する遅延発光の経時変化を示す測定データを受け付け、主成分分析により得られる評価モデルと、測定データとに基づいて、曝露試料と、対照試料とのそれぞれについて複数の主成分のスコアを算出し、曝露試料の複数の主成分のスコアと、対照試料の複数の主成分のスコアとのスコア差を算出するように構成された少なくとも一つのプロセッサを備える。
[effect]
As explained above, the photosynthetic sample evaluation system according to one aspect of the present disclosure evaluates the delayed luminescence emitted by the photosynthetic sample for each of the exposed sample exposed to environmental factors and the control sample not exposed to environmental factors. It accepts measured data showing changes over time, calculates multiple principal component scores for each of the exposed sample and control sample based on the measurement data and an evaluation model obtained by principal component analysis, and At least one processor configured to calculate a score difference between the plurality of principal component scores and the plurality of principal component scores of the control sample.

本開示の一側面に係る光合成サンプルの評価方法は、コンピュータによって実施され、環境要因により曝露された曝露試料と、環境要因により曝露されていない対照試料とのそれぞれについて、光合成サンプルが発する遅延発光の経時変化を示す測定データを受け付けるステップと、主成分分析により得られる評価モデルと、測定データとに基づいて、曝露試料と、対照試料とのそれぞれについて複数の主成分のスコアを算出するステップと、曝露試料の複数の主成分のスコアと、対照試料の複数の主成分のスコアとのスコア差を算出するステップとを含む。 A method for evaluating a photosynthetic sample according to one aspect of the present disclosure is performed by a computer, and evaluates delayed luminescence emitted by the photosynthetic sample for each of an exposed sample exposed to an environmental factor and a control sample not exposed to an environmental factor. a step of accepting measurement data showing changes over time; a step of calculating scores of a plurality of principal components for each of the exposed sample and the control sample based on the measurement data and an evaluation model obtained by principal component analysis; calculating a score difference between the score of the plurality of principal components of the exposed sample and the score of the plurality of principal components of the control sample.

本開示の一側面に係る光合成サンプルの評価プログラムは、環境要因により曝露された曝露試料と、環境要因により曝露されていない対照試料とのそれぞれについて、光合成サンプルが発する遅延発光の経時変化を示す測定データを受け付けるステップと、主成分分析により得られる評価モデルと、測定データとに基づいて、曝露試料と、対照試料とのそれぞれについて複数の主成分のスコアを算出するステップと、曝露試料の複数の主成分のスコアと、対照試料の複数の主成分のスコアとのスコア差を算出するステップとをコンピュータに実行させる。 A photosynthetic sample evaluation program according to one aspect of the present disclosure includes a measurement showing changes over time in delayed luminescence emitted by a photosynthetic sample for each of an exposed sample exposed to environmental factors and a control sample not exposed to environmental factors. a step of receiving data; a step of calculating scores of multiple principal components for each of the exposed sample and the control sample based on the evaluation model obtained by principal component analysis and the measured data; The computer is caused to perform a step of calculating a score difference between the principal component score and the plurality of principal component scores of the control sample.

このような側面においては、評価モデルと、光合成サンプルが発する遅延発光の経時変化を示す測定データとを用いることにより、曝露試料と対照試料とのそれぞれについて複数の主成分のスコアが得られる。そして、曝露試料のスコアと対照試料のスコアとの差分を算出することによって、曝露によるスコアの変化量が得られる。スコアの変化量は、曝露試料に含有される環境要因による影響を反映するので、この変化量を用いることで、光合成サンプルが発する遅延発光の経時変化を適切に評価することができる。 In this aspect, scores for a plurality of principal components can be obtained for each of the exposed sample and the control sample by using the evaluation model and measurement data showing changes over time in delayed luminescence emitted by the photosynthetic sample. Then, by calculating the difference between the score of the exposed sample and the score of the control sample, the amount of change in score due to exposure can be obtained. Since the amount of change in the score reflects the influence of environmental factors contained in the exposed sample, by using this amount of change, it is possible to appropriately evaluate the temporal change in delayed luminescence emitted by the photosynthetic sample.

他の側面に係る光合成サンプルの評価システムでは、少なくとも一つのプロセッサが、曝露試料の複数の主成分のスコアと、対照試料の複数の主成分のスコアとを標準化するようにさらに構成されてもよい。 In the photosynthetic sample evaluation system according to other aspects, the at least one processor may be further configured to standardize the multiple principal component scores of the exposed sample and the multiple principal component scores of the control sample. .

この場合には、曝露試料の複数の主成分のスコアと、対照試料の複数の主成分のスコアとの間で尺度が合わせられるので、各主成分のスコアを均一に評価することができる。 In this case, the scales are matched between the scores of the multiple principal components of the exposed sample and the scores of the multiple principal components of the control sample, so the scores of each principal component can be evaluated uniformly.

他の側面に係る光合成サンプルの評価システムでは、曝露試料が、既知の曝露試料と、未知の曝露試料とを含み、少なくとも一つのプロセッサが、未知の曝露試料のスコア差と、既知の曝露試料のスコア差との間の類似性を判定するようにさらに構成されてもよい。 In the photosynthetic sample evaluation system according to another aspect, the exposed samples include a known exposed sample and an unknown exposed sample, and the at least one processor calculates a score difference between the unknown exposed sample and the known exposed sample. The score difference may be further configured to determine the similarity between the scores.

この場合には、既知の曝露試料に関するスコア差と、未知の曝露試料に関するスコア差とを用いることにより、両者の類似度が得られる。したがって、未知の曝露試料がどの既知の曝露試料に類似しているかを判定することができる。 In this case, by using the score difference for the known exposed sample and the score difference for the unknown exposed sample, the degree of similarity between the two can be obtained. Therefore, it is possible to determine which known exposed samples the unknown exposed sample is similar to.

他の側面に係る光合成サンプルの評価システムでは、少なくとも一つのプロセッサが、未知の曝露試料のスコア差と、既知の曝露試料のスコア差との間の類似度の高さに基づいて、未知の環境要因の影響の度合いと、未知の環境要因の種類とのうちの少なくとも一つを評価するようにさらに構成されてもよい。 In the photosynthetic sample evaluation system according to another aspect, the at least one processor performs evaluation of the unknown environment based on a high degree of similarity between the score difference of the unknown exposed sample and the score difference of the known exposed sample. The method may be further configured to evaluate at least one of the degree of influence of a factor and the type of unknown environmental factor.

未知の曝露試料のスコア差と既知の曝露試料のスコア差との類似度が高い場合、両者の遅延発光のメカニズムに対する影響も類似していると言える。したがって、未知の曝露試料に含有される環境要因の作用機序を推定することができる。 When the score difference of the unknown exposed sample and the score difference of the known exposed sample are highly similar, it can be said that the effects of both on the mechanism of delayed luminescence are also similar. Therefore, the mechanism of action of environmental factors contained in unknown exposed samples can be estimated.

他の側面に係る光合成サンプルの評価システムでは、類似性を判定することが、未知の曝露試料のスコア差と、既知の曝露試料のスコア差との間のコサイン係数を用いた階層的クラスター分析によって、類似性を判定することでもよい。 In another aspect of the photosynthetic sample evaluation system, determining the similarity is performed by hierarchical cluster analysis using a cosine coefficient between the score difference of the unknown exposure sample and the score difference of the known exposure sample. , similarity may also be determined.

この場合には、コサイン係数と階層的クラスター分析との組み合わせにより、より明瞭に類似性を判定することができる。 In this case, similarity can be determined more clearly by combining cosine coefficients and hierarchical cluster analysis.

他の側面に係る光合成サンプルの評価システムでは、評価モデルが、固有ベクトルによって表されてもよい。 In the photosynthetic sample evaluation system according to another aspect, the evaluation model may be represented by an eigenvector.

この場合には、測定データに対する主成分分析により得られる固有ベクトルから評価モデルを構築することができるため、評価モデルの構築が容易となる。 In this case, the evaluation model can be constructed from the eigenvectors obtained by principal component analysis of the measured data, making it easy to construct the evaluation model.

[変形例]
以上、本開示の実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本開示は上記実施形態に限定されるものではない。本開示は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
[Modified example]
The detailed description has been made above based on the embodiments of the present disclosure. However, the present disclosure is not limited to the above embodiments. The present disclosure can be modified in various ways without departing from the gist thereof.

サーバ10は、標準化部13および類似性判定部15の少なくとも一つを備えずに構成されてもよい。すなわち、評価部12によって算出された複数の主成分のスコアは、標準化部13によって標準化されてもよいし、標準化されなくてもよい。未知の曝露試料のスコア差と、既知の曝露試料のスコア差との間の類似性を判定する処理は、実行されなくてもよい。 The server 10 may be configured without at least one of the standardization section 13 and the similarity determination section 15. That is, the scores of the plurality of principal components calculated by the evaluation unit 12 may or may not be standardized by the standardization unit 13. The process of determining the similarity between the score difference of the unknown exposure sample and the score difference of the known exposure sample may not be performed.

「少なくとも一つのプロセッサが、第1の処理を実行し、第2の処理を実行し、…第nの処理を実行する。」との表現、またはこれに対応する表現は、第1の処理から第nの処理までのn個の処理の実行主体(すなわちプロセッサ)が途中で変わる場合を含む概念である。すなわち、この表現は、n個の処理のすべてが同じプロセッサで実行される場合と、n個の処理においてプロセッサが任意の方針で変わる場合との双方を含む概念である。 The expression "at least one processor executes the first process, executes the second process, ... executes the n-th process", or an expression corresponding to this, means that from the first process to This concept includes the case where the executing entity (that is, the processor) of the n processes up to the n-th process changes midway through. That is, this expression is a concept that includes both a case in which all of the n processes are executed by the same processor, and a case in which the processors in the n processes are changed according to an arbitrary policy.

少なくとも一つのプロセッサにより実行される方法の処理手順は上記実施形態での例に限定されない。例えば、上述したステップ(処理)の一部が省略されてもよいし、別の順序で各ステップが実行されてもよい。また、上述したステップのうちの任意の2以上のステップが組み合わされてもよいし、ステップの一部が修正または削除されてもよい。あるいは、上記の各ステップに加えて他のステップが実行されてもよい。また、各ステップの一部または全部は他の装置またはコンピュータシステムによって実行されてもよい。 The processing steps of the method executed by at least one processor are not limited to the examples in the above embodiments. For example, some of the steps (processes) described above may be omitted, or each step may be executed in a different order. Furthermore, any two or more of the steps described above may be combined, or some of the steps may be modified or deleted. Alternatively, other steps may be performed in addition to each of the above steps. Also, some or all of each step may be performed by other devices or computer systems.

1…評価システム、10…サーバ、11…受付部、12…評価部、13…標準化部、14…変化量算出部、15…類似性判定部、20…端末、30…データベース、100…サーバコンピュータ、101…プロセッサ、102…主記憶部、103…補助記憶部、104…通信部、200…計測装置、210…制御ユニット、220…通信ユニット、230…計測ユニット、231…筐体、231a…本体部、231b…蓋部、232…設置部、233…光源、234…光検出器、234a…光センサ、234b…算出部、235…フィルタ、236…集光光学系、237…シャッタ、238…導入口、P1…サーバプログラム。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Evaluation system, 10... Server, 11... Reception part, 12... Evaluation part, 13... Standardization part, 14... Change amount calculation part, 15... Similarity determination part, 20... Terminal, 30... Database, 100... Server computer , 101... Processor, 102... Main memory, 103... Auxiliary memory, 104... Communication unit, 200... Measuring device, 210... Control unit, 220... Communication unit, 230... Measuring unit, 231... Housing, 231a... Main body Part, 231b...Lid part, 232...Installation part, 233...Light source, 234...Photodetector, 234a...Photosensor, 234b...Calculation part, 235...Filter, 236...Condensing optical system, 237...Shutter, 238...Introduction Mouth, P1...server program.

Claims (8)

環境要因により曝露された曝露試料と、環境要因により曝露されていない対照試料とのそれぞれについて、光合成サンプルが発する遅延発光の経時変化を示す測定データを受け付け、
主成分分析により得られる評価モデルと、前記測定データとに基づいて、前記曝露試料と、前記対照試料とのそれぞれについて複数の主成分のスコアを算出し、
前記曝露試料の前記複数の主成分のスコアと、前記対照試料の前記複数の主成分のスコアとのスコア差を算出する
ように構成された少なくとも一つのプロセッサを備える、光合成サンプルの評価システム。
Accepting measurement data showing changes over time in delayed luminescence emitted by photosynthetic samples for each of an exposed sample exposed to environmental factors and a control sample not exposed to environmental factors,
Based on the evaluation model obtained by principal component analysis and the measurement data, calculate scores of a plurality of principal components for each of the exposed sample and the control sample,
A photosynthetic sample evaluation system comprising at least one processor configured to calculate a score difference between a score of the plurality of principal components of the exposed sample and a score of the plurality of principal components of the control sample.
前記少なくとも一つのプロセッサが、前記曝露試料の前記複数の主成分のスコアと、前記対照試料の前記複数の主成分のスコアとを標準化するようにさらに構成された、請求項1に記載の光合成サンプルの評価システム。 2. The photosynthetic sample of claim 1, wherein the at least one processor is further configured to standardize the plurality of principal component scores of the exposed sample and the plurality of principal component scores of the control sample. rating system. 前記曝露試料が、既知の曝露試料と、未知の曝露試料とを含み、
前記少なくとも一つのプロセッサが、前記未知の曝露試料のスコア差と、前記既知の曝露試料のスコア差との間の類似性を判定するようにさらに構成された、
請求項1または2に記載の光合成サンプルの評価システム。
The exposed sample includes a known exposed sample and an unknown exposed sample,
the at least one processor is further configured to determine similarity between the unknown exposure sample score difference and the known exposure sample score difference;
The photosynthetic sample evaluation system according to claim 1 or 2.
前記少なくとも一つのプロセッサが、前記未知の曝露試料のスコア差と、前記既知の曝露試料のスコア差との間の類似度の高さに基づいて、未知の環境要因の影響の度合いと、前記未知の環境要因の種類とのうちの少なくとも一つを評価するようにさらに構成された、請求項3に記載の光合成サンプルの評価システム。 The at least one processor determines the degree of influence of the unknown environmental factor and the unknown based on the degree of similarity between the score difference of the unknown exposed sample and the score difference of the known exposed sample. 4. The photosynthetic sample evaluation system according to claim 3, further configured to evaluate at least one of the types of environmental factors. 前記類似性を判定することが、前記未知の曝露試料のスコア差と、前記既知の曝露試料のスコア差との間のコサイン係数を用いた階層的クラスター分析によって、類似性を判定することである、請求項3または4に記載の光合成サンプルの評価システム。 Determining the similarity is determining the similarity by hierarchical cluster analysis using a cosine coefficient between the score difference of the unknown exposed sample and the score difference of the known exposed sample. , The photosynthetic sample evaluation system according to claim 3 or 4. 前記評価モデルが、固有ベクトルによって表される、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システム。 The photosynthetic sample evaluation system according to any one of claims 1 to 5, wherein the evaluation model is represented by an eigenvector. コンピュータによって実施される光合成サンプルの評価方法であって、
環境要因により曝露された曝露試料と、環境要因により曝露されていない対照試料とのそれぞれについて、光合成サンプルが発する遅延発光の経時変化を示す測定データを受け付けるステップと、
主成分分析により得られる評価モデルと、前記測定データとに基づいて、前記曝露試料と、前記対照試料とのそれぞれについて複数の主成分のスコアを算出するステップと、
前記曝露試料の前記複数の主成分のスコアと、前記対照試料の前記複数の主成分のスコアとのスコア差を算出するステップと
を含む、光合成サンプルの評価方法。
1. A computer-implemented method for evaluating photosynthetic samples, the method comprising:
receiving measurement data indicating changes over time in delayed luminescence emitted by the photosynthetic sample for each of an exposed sample exposed to environmental factors and a control sample not exposed to environmental factors;
Calculating scores of a plurality of principal components for each of the exposed sample and the control sample based on the evaluation model obtained by principal component analysis and the measurement data;
A method for evaluating a photosynthetic sample, comprising the step of calculating a score difference between the score of the plurality of principal components of the exposed sample and the score of the plurality of principal components of the control sample.
環境要因により曝露された曝露試料と、環境要因により曝露されていない対照試料とのそれぞれについて、光合成サンプルが発する遅延発光の経時変化を示す測定データを受け付けるステップと、
主成分分析により得られる評価モデルと、前記測定データとに基づいて、前記曝露試料と、前記対照試料とのそれぞれについて複数の主成分のスコアを算出するステップと、
前記曝露試料の前記複数の主成分のスコアと、前記対照試料の前記複数の主成分のスコアとのスコア差を算出するステップと
をコンピュータに実行させる、光合成サンプルの評価プログラム。
receiving measurement data indicating changes over time in delayed luminescence emitted by the photosynthetic sample for each of an exposed sample exposed to environmental factors and a control sample not exposed to environmental factors;
Calculating scores of a plurality of principal components for each of the exposed sample and the control sample based on the evaluation model obtained by principal component analysis and the measurement data;
A photosynthesis sample evaluation program that causes a computer to execute a step of calculating a score difference between a score of the plurality of principal components of the exposed sample and a score of the plurality of principal components of the control sample.
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