（寄与率）の高い係数を選び近似をおこなった。つぎに，植物は周囲の環境に気孔の開度を調節することにより適応しているため，近似式の各係数は環境条件により決定できると仮定し，近似式の各係数を目的変数，環境条件を説明変数とし重回帰分析を行い，環境条件からモデルの係数を決定し，気孔の動きのモデルを作成した。最後に，得られたモデルの検証を，光強度1.5klx，温度20℃，CO2濃度1000ppmの重回帰分析に使用していない環境条件下で得た検証用データで行った。―温度・湿度・CO2制御環境下での光応答について―
岡山大学農学部 毛利建太郎・難波和彦・高橋努
Keywords: 気孔,モデリング,2次遅れ要素のステップ応答
1.はじめに
植物は気孔の開度を調節することにより周囲の環境に適応し，自身を維持して成長している。そこで，植物は一つの制御システムとしてとらえることができる。また，植物の気孔の動きは，光を入力とすると，気孔はある開度に向かって過渡応答のような反応を示す。そこで，いくつかの関数を用い，様々な育成環境下における気孔の動きのモデリングを行い，環境条件から気孔の動きを予測することを行った。
2.測定装置及び方法
本研究では，環境制御室内で気孔が非破壊かつ直接的に観察できるシステムを用い，葉の裏の気孔を顕微鏡からCCDカメラを介してリアルタイムに観察した。そして，その顕微鏡画像から画像処理装置で気孔隙の実面積を求め気孔開度とした。様々な育成環境下における植物の気孔運動を観察するために，供試植物は観葉植物のポトスとした。また，環境制御室内の環境要素のうち，光強度は0.2klxと2klx，温度は12℃と30℃，CO2濃度は500ppmと1500ppmの，それぞれ2つの設定条件を設け，これらの組み合わせで合計8通りの環境条件下で観察を行った。
3.モデリングの方法
まず，気孔の動きに注目するため、すべての計測結果の初期値を0とした。そして，各環境条件下で4回の計測結果の平均をモデリングに使用した。
本研究では多項式，1次遅れ，２次遅れのそれぞれの関数を使い，計測を行った明期3hの実測値に対して最も（寄与率）の高い係数を選び近似をおこなった。つぎに，植物は周囲の環境に気孔の開度を調節することにより適応しているため，近似式の各係数は環境条件により決定できると仮定し，近似式の各係数を目的変数，環境条件を説明変数とし重回帰分析を行い，環境条件からモデルの係数を決定し，気孔の動きのモデルを作成した。最後に，得られたモデルの検証を，光強度1.5klx，温度20℃，CO2濃度1000ppmの重回帰分析に使用していない環境条件下で得た検証用データで行った。
4.モデリングの結果及び考察
モデリングの結果を図1~3に示す。モデリングを行った結果，計測を行った明期3hの実測値に対し，近似の段階で多項式による近似が平均=0.92と，最も実測値と近似式の相関が高く,平均=0.64と実測値とモデルの間の相関も高かった。また，1次遅れ要素によるモデルは平均=0.60と実測値とモデルの間に高い相関が得られたが，関数が単純なため，気孔の細かい動きは再現できなかった。2次遅れ要素によるモデルは平均=0.65と実測値とモデルの間に高い相関を得られ，いちどピーク値に達し，その後定常状態に落ち着く様子を最も良く再現した。つぎに，検証用データをモデルで再現した結果を図4〜6に示す。多項式によるモデルでは気孔の動きを全く再現できなかった。2次遅れ要素によるモデルが=0.70と実測値とモデルの間に高い相関を示し，気孔の動きを最もよく再現できた。今回モデリングを行った結果，近似の段階では，ほぼ気孔の動きを再現することができたので，今後は環境条件からモデルの係数の決定をどのように行うか等を検討していきたい。
図1 多項式によるモデリング
図2 1次遅れによるモデリング
図3 2次遅れによるモデリング
図4 多項式モデルによる結果
図5 1次遅れモデルによる結果
図6 2次遅れモデルによる結果