植物体の病原菌感染診断装置及び植物体の病原菌感染診断方法

【課題】植物体が病原菌に感染しているか否かを診断できる、植物体の病原菌感染診断装置を提供することを目的とする。
【解決手段】植物体に、３００〜５００ｎｍの波長の第１の励起光を照射する励起光照射手段と、前記植物体からの近赤外蛍光及び４１０ｎｍ以上の波長の可視光蛍光を検出する検出手段と、を備える、植物体の病原菌感染診断装置。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物体の病原菌感染診断装置及び植物体の病原菌感染診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
植物体の生育状況を診断する方法として、例えば、特許文献１のように光を用いた診断方法がある。特許文献１の方法では、植物体の生葉から放出される蛍光を観測することにより、植物体が病変、老化、あるいは枯死の状態、もしくはこれらのいずれかの状態への移行過程にあると判別する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３８０７９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の方法では、植物体が何らかの病原菌に感染しているのか否かまでは診断できない。一般的に農作物が何らかの病原菌に感染するとすぐに農場一帯に広まってしまうため、病原菌に感染した農作物をより早期に処分することが重要である。しかしながら、感染初期においては、植物体の感染が疑われる部位を目で見ただけでは、実際に病原菌に感染しているか否かの診断は、専門家でさえも難しい。したがって、農作物が病原菌に感染しているか否かを診断できる技術が必要である。
【０００５】
そこで本発明は、植物体が病原菌に感染しているか否かを診断できる、植物体の病原菌感染診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は、植物体に、３００〜５００ｎｍの波長の第１の励起光を照射する励起光照射手段と、上記植物体からの近赤外蛍光及び４１０ｎｍ以上の波長の可視光蛍光を検出する蛍光検出手段と、を備える、植物体の病原菌感染診断装置を提供する。
【０００７】
上記病原菌感染診断装置によれば、励起光照射手段により、植物体に３００〜５００ｎｍの波長の第１の励起光が照射される。この第１の励起光はクロロフィルと病原菌体を励起し、クロロフィルから近赤外蛍光、及び、病原菌体から４１０ｎｍ以上の波長の可視光域の自家蛍光が発せられ、それぞれの蛍光が病原菌感染診断装置の蛍光検出手段により検出される。植物体が病原菌に感染している場合、感染部位のクロロフィル量が低下するので、クロロフィルに由来する近赤外蛍光の強度が感染部位で低下する。また、病原菌体に由来する蛍光が感染部位で検出される。本発明の装置は、クロロフィルに由来する近赤外蛍光及び病原菌体に由来する可視光蛍光の両方の蛍光を検出することにより、病原菌に感染しているか否かを確度よく診断することができる。また、本発明の装置を使用すれば、専門家でなくとも容易に感染の有無を診断できる。しかも、植物体が病原菌に感染しているか否かを、植物体を生育させたまま、即座に診断することができる。
【０００８】
上記励起光照射手段がさらに、６８０ｎｍ以下の波長の第２の励起光を照射することが好ましい。第１の励起光のみによってクロロフィルと病原菌体組織の両方を励起することが可能であるが、第２の励起光を用いることで、より効率的にクロロフィルが励起され、より確度よく診断することが可能となる。
【０００９】
上記励起光照射手段は１つ又は複数の光源であり、上記第１の励起光と上記第２の励起光とが同一の上記１つ又は複数の光源により照射されてもよい。また、上記励起光照射手段は複数の光源であり、上記第１の励起光と上記第２の励起光とがそれぞれ異なる光源により照射されてもよい。
【００１０】
また、上記蛍光検出手段は１つ又は複数の蛍光検出器であり、上記近赤外蛍光と上記可視光蛍光とが同一の上記１つ又は複数の蛍光検出器により検出されてもよい。また、上記蛍光検出手段は複数の蛍光検出器であり、上記近赤外蛍光と上記可視光蛍光とがそれぞれ異なる蛍光検出器により検出されてもよい。また、上記蛍光検出手段は１次元蛍光検出器及び２次元蛍光検出器のうち少なくとも１種であることが好ましい。
【００１１】
また、上記蛍光検出手段が、上記近赤外蛍光と上記可視光蛍光とを同時に又はそれぞれ異なるタイミングで検出してもよい。また、上記励起光照射手段が、上記第１の励起光と上記第２の励起光とを同時に又はそれぞれ異なるタイミングで照射してもよい。
【００１２】
また、上記病原菌が炭疽病菌又はうどん粉病菌であることが好ましい。植物に感染する病原菌の中でもこれらの病原菌は、上記４１０ｎｍ以上の波長の可視光領域に、強い自家蛍光を有するからである。
【００１３】
また、本発明は、植物体の病原菌感染診断方法であって、上記植物体の診断対象部位及び該診断対象部位周辺の健常部位に、３００〜５００ｎｍの波長の第１の励起光を照射する励起光照射工程と、上記診断対象部位及び上記健常部位からの近赤外蛍光を検出する第１の蛍光検出工程と、上記診断対象部位及び上記健常部位からの４１０ｎｍ以上の波長の可視光蛍光を検出する第２の蛍光検出工程と、診断工程と、を含み、上記診断工程においては、上記第１の蛍光検出工程により検出された上記診断対象部位における蛍光強度が、上記第１の蛍光検出工程により検出された上記健常部位における蛍光強度を１００％としたときに５０％未満であり、かつ、上記第２の蛍光検出工程により検出された上記診断対象部位の蛍光強度が、上記第２の蛍光検出工程により検出された上記健常部位における蛍光強度を１００％としたときに１５０％より大きい場合に、上記植物体が病原菌に感染していると診断し、上記第１の蛍光検出工程により検出された上記診断対象部位における蛍光強度が、上記第１の蛍光検出工程により検出された上記健常部位における蛍光強度を１００％としたときに５０％以上であり、かつ、上記第２の蛍光検出工程により検出された上記診断対象部位の蛍光強度が、上記第２の蛍光検出工程により検出された上記健常部位における蛍光強度を１００％としたときに１５０％以下である場合に、上記植物体が上記病原菌に感染していないと診断する、植物体の病原菌感染診断方法を提供する。
【００１４】
上記植物体の病原菌感染診断方法では、励起光照射工程において、植物体の診断対象部位及び該診断対象部位周辺の健常部位に３００〜５００ｎｍの波長の第１の励起光を照射する。この第１の励起光はクロロフィルと病原菌体の組織を励起し、クロロフィルから近赤外蛍光、及び、病原菌体から４１０ｎｍ以上の波長の可視光蛍光が発せられる。それぞれの蛍光を第１の蛍光検出工程及び第２の蛍光検出工程においてそれぞれ検出する。植物体が病原菌に感染して診断対象部位の細胞が破壊されている場合、クロロフィル量が低下するので、クロロフィルに由来する近赤外蛍光の強度が、診断対象部位において、健常部位における蛍光強度よりも低下する。また、診断対象部位に病原菌が存在している場合、病原菌体に由来する可視光蛍光が検出され、その蛍光強度が、診断対象部位において、健常部位における蛍光強度よりも強くなる。本発明の方法は、クロロフィルに由来する近赤外蛍光及び病原菌に由来する可視光蛍光の両方の蛍光を検出することにより、病原菌に感染しているか否かを確度よく診断することができる。しかも、植物体を生育させたまま、即座に診断することができる。
【００１５】
上記本発明の方法では、上記診断対象部位及び上記健常部位に、６８０ｎｍ以下の波長の第２の励起光を照射する励起光照射工程をさらに備えることが好ましい。第２の励起光を照射することで、より効率的にクロロフィルが励起され、さらに確度よく診断することが可能となる。
【００１６】
また、上記本発明の方法では、上記第１の蛍光検出工程と上記第２の蛍光検出工程とを、同時に又は異なるタイミングで行うことが好ましい。同時に検出することで、より短い時間で診断できる。また、異なるタイミングで検出することで、検出器が１つの場合でも、植物体からの蛍光が近赤外蛍光又は４１０ｎｍ以上の波長の可視光蛍光のどちらの蛍光なのか明確に判別でき、より確度よく診断することができる。
【００１７】
また、上記本発明の方法では、上記第１の励起光を照射する励起光照射工程と、上記第２の励起光を照射する励起光照射工程とを、同時に又は異なるタイミングで行うことが好ましい。第１の励起光と第２の励起光とを同時に照射することで、近赤外蛍光と４１０ｎｍ以上の波長の可視光蛍光の同時検出が容易になる。また、第１の励起光と第２の励起光をそれぞれ異なるタイミングで照射することにより、それぞれの励起光に由来する蛍光を精度よく検出することができる。
【００１８】
上記病原菌が炭疽病菌又はうどん粉病菌であることが好ましい。植物に感染する病原菌の中でもこれらの病原菌は、上記４１０ｎｍ以上の波長の可視光領域に強い自家蛍光を有するため、本発明の方法によってさらに確度よく感染の有無を診断することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の植物体の病原菌感染診断装置によれば、植物体が病原菌に感染しているか否かを確度よく診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態にかかる植物体の病原菌感染診断装置を用いて本発明の方法を実施している様子を表す模式図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態にかかる植物体の病原菌感染診断装置を用いて本発明の方法を実施している様子を表す模式図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態にかかる植物体の病原菌感染診断装置を用いて本発明の方法を実施している様子を表す模式図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態にかかる植物体の病原菌感染診断装置を用いて本発明の方法を実施している様子を表す模式図である。
【図５】図５は、イチゴ生葉に３７５ｎｍの紫外領域の波長の励起光を照射して検出された近赤外蛍光画像である。
【図６】図６は、炭疽病菌の分生子と菌糸の混合懸濁液に、３６０ｎｍ、３８０ｎｍ、４１０ｎｍの励起光を照射したときの、それぞれの励起光に対応する蛍光スペクトルである。
【図７】図７は、炭疽病菌の分生子と菌糸の混合懸濁液に、３００〜４００ｎｍの励起光を、波長を変化させて照射したときの、４１０ｎｍの波長の蛍光を測定して得られた励起光スペクトルである。
【図８】図８は、炭疽病菌の分生糸の（Ａ）明視野画像と（Ｂ）４７５ｎｍ以上の波長の蛍光画像である。
【図９】図９は、炭疽病菌に感染したイチゴ生葉の（Ａ）明視野画像と（Ｂ）７１０ｎｍ以上の波長の近赤外蛍光画像である。
【図１０】図１０は、炭疽病菌に感染したイチゴ生葉の、病変部を横断する線でスキャンした近赤外蛍光イメージングプロファイルである。
【図１１】図１１は、炭疽病菌に感染したイチゴ生葉の（Ａ）明視野画像と（Ｂ）４７５ｎｍ以上の波長の蛍光画像である。
【図１２】図１２は、イチゴうどん粉病菌に感染したイチゴ生葉の（Ａ）明視野画像と（Ｂ）４２８〜４９１ｎｍの波長の蛍光画像である。
【図１３】図１３は、イチゴうどん粉病菌に感染したイチゴ生葉の、病変部を横断する線でスキャンした波長４２８〜４９１ｎｍの蛍光のイメージングプロファイルである。
【図１４】図１４は、イチゴうどん粉病菌に感染したイチゴ生葉の、（Ａ）４２８〜４９１ｎｍの波長の蛍光画像と（Ｂ）７１０ｎｍ以上の波長の近赤外蛍光画像である。
【図１５】図１５は、病変部を横断する線でスキャンした、（Ａ）４２８〜４９１ｎｍの波長の蛍光のイメージングプロファイルと、（Ｂ）７１０ｎｍ以上の波長の近赤外蛍光のイメージングプロファイルである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
【００２２】
（植物体の病原菌感染診断装置）
図１は、本発明の一実施形態にかかる植物体の病原菌感染診断装置１００を用いて本発明の方法を実施している様子を表す模式図である。本発明の病原菌感染診断装置１００は、主として励起光照射手段１と、蛍光検出手段２と、を備える。
【００２３】
（励起光照射手段）
励起光照射手段１は、植物体３に３００〜５００ｎｍの波長の第１の励起光７１を照射する。励起光照射手段１としては、例えば、３００〜５００ｎｍの波長の光を照射できる光源である。このような光源としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザー半導体（ＬＤ）、固体レーザー、液体レーザー、ガスレーザー、自由電子レーザー、化学レーザー等のレーザー、水銀ランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、ナトリウムランプ、重水素ランプ、ハロゲンランプ、蛍光灯を挙げることができ、この中でも水銀ランプ、重水素ランプ、キセノンランプ並びに半導体光源であるＬＥＤ及びＬＤが好ましい。
【００２４】
（第１の励起光）
第１の励起光７１は、３００〜５００ｎｍの波長の光である。この波長の光は、植物体に感染する病原菌体を励起することができ、さらに植物体中のクロロフィルも励起することができる。第１の励起光７１は、３００〜５００ｎｍの波長の光であり、より好ましくは３００〜４５０ｎｍの波長の光であり、さらに好ましくは３２０〜４２０ｎｍの波長の光である。第１の励起光７１は、波長範囲の幅が狭いことが好ましい。波長範囲の幅が狭ければ、励起光照射によって得られる蛍光の感度が上がる。好ましくは波長範囲の幅は、２０ｎｍ以下である。また、所望の波長範囲の光を得るために、励起光照射手段１に分光素子４１を設けてもよい。分光素子４１としては、例えば、バンドパスフィルター、長波長カットフィルター、短波長カットフィルターが挙げられる。また、第１の励起光７１は、植物体に照射される光強度が、植物体への影響を低減するために、低い照射強度が好ましく、例えば、検出器がＣＣＤの場合、受光面での強度が０．０１〜１００ルクスが好ましく、検出器が冷却ＣＣＤの場合、受光面での強度が０．０００００００１〜０．０１ルクスが好ましい。
【００２５】
（蛍光検出手段）
蛍光検出手段２は、植物体３から、４１０ｎｍ以上の波長の可視光蛍光８１と近赤外蛍光８２とを検出する。図１において、植物体からの光８が分光素子５１，５２によってそれぞれ４１０ｎｍ以上の波長の可視光蛍光８１と近赤外蛍光８２とに分光され、蛍光検出手段２に検出される。蛍光検出手段２としては、４１０ｎｍ以上の波長の可視光と近赤外蛍光とを検出できる蛍光検出器であればよい。このような蛍光検出器としては、例えば、ラインセンサー型のＣＣＤ、ラインセンサー型のＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、フォトダイオードアレイや、スポット型検出器であるフォトダイオード、ＰＭＴ（ＰｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒＴｕｂｅ、光電子増倍管）等の１次元蛍光検出器や、２次元ＣＣＤや２次元ＣＭＯＳ等の２次元蛍光検出器を挙げることができる。１次元蛍光検出器では、検出した蛍光の蛍光強度をそのまま数値として測定することができる。２次元蛍光検出器では、検出した蛍光の蛍光強度を画像として確認することができる。また、２次元蛍光検出器を用いた場合でも、画像の画素から蛍光強度を数値として測定することができる。１次元蛍光検出器を用いた場合、装置の構成が簡単になるという利点があり、２次元蛍光検出器を用いた場合、蛍光を視覚的に確認できるという利点がある。なお、１次元蛍光検出器を用いる場合であっても、ラインセンサー型ＣＣＤやラインセンサー型ＣＭＯＳを用いてスキャンしたり、ＰＭＴ等のスポット型検出器を用いてスキャンしたりすることによって、植物体３からの蛍光を２次元で検出することは可能である。なお、蛍光検出手段２が４１０ｎｍ以上の波長の可視光蛍光８１と近赤外蛍光８２とを分光可能であれば、分光素子５１，５２を設けなくてもよい。
【００２６】
（近赤外蛍光）
近赤外蛍光８２は、クロロフィルに由来する蛍光を含む光であり、近赤外光から赤外光までの波長の範囲の光である。近赤外蛍光８２の波長の範囲としては、好ましくは６８０ｎｍ〜４１００ｎｍ、より好ましくは６８０〜２５００ｎｍ、さらに好ましくは６８０〜１０００ｎｍである。近赤外蛍光８２は、波長範囲の幅が狭いことが、クロロフィルに由来する蛍光の測定感度が向上するため好ましい。波長範囲の幅は、好ましくは７００〜８５０ｎｍである。近赤外蛍光８２の波長範囲を狭めるために、蛍光検出手段２に分光素子５２を設けてもよい。分光素子５２としては、例えば、バンドパスフィルター、長波長カットフィルター、短波長カットフィルターが挙げられる。
【００２７】
（４１０ｎｍ以上の波長の可視光蛍光）
４１０ｎｍ以上の波長の可視光蛍光８１は、病原菌体由来の蛍光を含む光である。可視光蛍光８１の波長の範囲としては、好ましくは４１０ｎｍ〜６８０ｎｍ、より好ましくは４１０〜６００ｎｍ、さらに好ましくは４１０〜５００ｎｍある。可視光蛍光８１は、波長範囲の幅が狭いことが、特定の病原菌体に由来する蛍光の測定感度が向上するため好ましい。波長範囲の幅は、好ましくは２０ｎｍ以下である。可視光蛍光８１の波長範囲を狭めるために、蛍光検出手段２に分光素子５１を設けてもよい。分光素子５１としては、例えば、バンドパスフィルター、長波長カットフィルター、短波長カットフィルターが挙げられる。
【００２８】
（第２の励起光）
励起光照射手段１はさらに、第２の励起光７２を照射することが好ましい。図２は、励起光照射手段１が第１の励起光に加えて第２の励起光７２を照射する実施形態にかかる植物体の病原菌感染診断装置１１０を示す図である。第２の励起光７２は、植物体中のクロロフィルを励起する光である。クロロフィルの吸収波長は、３００〜５００ｎｍ、５８０〜６８０ｎｍである。したがって、第１の励起光７１のみによってクロロフィルと病原菌体の両方を励起することが可能であるが、第２の励起光７２を用いることで、より効率的にクロロフィルが励起され、より確度よく植物体の病原菌感染を診断することが可能となる。すなわち、図２の実施形態において、第１の励起光７１に励起されて病原菌体が発する蛍光が４１０ｎｍ以上の波長の可視光蛍光８１であり、第２の励起光７２に励起されてクロロフィルが発する蛍光が近赤外蛍光８２である。第２の励起光７２は、６８０ｎｍ以下の波長の光であればよいが、好ましくは３００〜６８０ｎｍの波長の光であり、より好ましくは５８０〜６８０ｎｍの波長の光であり、さらに好ましくは６２０〜６８０ｎｍの波長の光である。また、所望の波長範囲の光を得るために、励起光照射手段１に分光素子４２を設けてもよい。分光素子４２としては、例えば、バンドパスフィルター、長波長カットフィルター、短波長カットフィルターが挙げられる。また、第２の励起光７２は、植物体に照射される光強度が、植物体への影響を低減するために、低い照射強度が好ましく、例えば、検出器がＣＣＤの場合、受光面での強度が０．０１〜１００ルクスが好ましく、検出器が冷却ＣＣＤの場合、受光面での強度が０．０００００００１〜０．０１ルクスが好ましい。
【００２９】
励起光照射手段は、第１の励起光と第２の励起光とを同時に照射してもよいし、それぞれ異なるタイミングで照射してもよい。第１の励起光と第２の励起光とを同時に照射する場合、近赤外蛍光と４１０ｎｍ以上の波長の可視光蛍光の同時検出が容易になる。また、第１の励起光と第２の励起光とをそれぞれ異なるタイミングで照射する場合、それぞれの励起光に由来する蛍光を精度よく検出することができる。第１の励起光と第２の励起光とを同時に照射するために、第１の励起光と第２の励起光とを通過させるフィルター等の分光素子を用いてもよい。また、第１の励起光と第２の励起光とをそれぞれ異なるタイミングで照射するために、図２のように、それぞれの励起光７１，７２を通過させるためのフィルター４１，４２を入れ替えて使用してもよい。
【００３０】
植物体に照射される光は、第１の励起光７１及び第２の励起光７２以外の波長の光を含んでいてもよいが、含まないことが好ましい。植物体に照射される光の総光強度を１００％としたときに、第１の励起光７１及び第２の励起光７２以外の光の光強度は、好ましくは０．１％未満、より好ましくは０．０１％未満、さらに好ましくは０．００１％未満である。
【００３１】
励起光照射手段は、図２に示すように１つの光源であってもよいし、複数の光源であってもよい。図３は、複数の光源を用いて第１の励起光と第２の励起光とを照射する実施形態にかかる、植物体の病原菌感染診断装置１２０を示す図である。第１の励起光７１と第２の励起光７２とは、それぞれ異なる光源１１，１２から照射される。ただし、分光素子を用いたり、異なるタイミングで照射したりすることによって、光源１１，１２それぞれが第１の励起光７１と第２の励起光７２との両方を照射することも可能である。
【００３２】
また、蛍光検出手段は、図１〜３に示すように１つの検出器であってもよいし、複数の検出器であってもよい。図４は、複数の検出器を用いて近赤外蛍光と４１０ｎｍ以上の波長の可視光蛍光とを検出する実施形態にかかる、植物体の病原菌感染診断装置１３０を示す図である。第１の励起光７１と第２の励起光７２とが、それぞれ異なる光源１１，１２から照射され、植物体からの光８が分光素子５１，５２によってそれぞれ４１０ｎｍ以上の波長の可視光蛍光８１と近赤外蛍光８２とに分光され、それぞれ異なる蛍光検出器２１，２２によって検出される。２つの蛍光を異なる蛍光検出器によって検出する場合、２つの蛍光の同時検出が容易になる。なお、蛍光検出器２１，２２がそれぞれ可視光蛍光８１と近赤外蛍光８２とを検出可能であれば、分光素子５１，５２は設けなくてもよい。また、この複数の検出器を用いる実施形態において、第１の励起光７１と第２の励起光７２とは、同一の光源から照射されてもよく、また、１つの光源から照射されてもよい。さらに、分光素子を用いたり、異なるタイミングで検出したりすることによって、近赤外蛍光８２と可視光蛍光８１との両方を検出する蛍光検出器を複数用いることも可能である。
【００３３】
蛍光検出手段２は、近赤外蛍光８２と可視光蛍光８１とを同時に検出してもよいし、それぞれ異なるタイミングで検出してもよい。近赤外蛍光８２と可視光蛍光８１とを同時に検出する場合、測定時間が短くなり、診断に要する時間が短くなる。また、近赤外蛍光８２と可視光蛍光８１とをそれぞれ異なるタイミングで検出する場合、検出器が１つの場合でも確度よく測定を行える。近赤外蛍光８２と可視光蛍光８１とを同時に検出するために、近赤外蛍光８２と可視光蛍光８１とを通過させるバンドパスフィルター等の分光素子を用いてもよい。また、近赤外蛍光８２と可視光蛍光８１とをそれぞれ異なるタイミングで検出するために、図１〜図３のように、それぞれの蛍光８１，８２を通過させるための分光素子５１，５２を入れ替えて使用してもよい。
【００３４】
（病原菌感染診断方法）
次に、図１の実施形態の病原菌感染診断装置１００を用いた植物体の病原菌感染診断方法について説明する。
【００３５】
本発明の植物体の病原菌感染診断方法は、植物体３の診断対象部位３３及び診断対象部位３３周辺の健常部位３４に、３００〜５００ｎｍの波長の第１の励起光７１を照射する第１の励起光照射工程と、診断対象部位３３及び健常部位３４からの近赤外蛍光８２を検出する第１の蛍光検出工程と、診断対象部位３３及び健常部位３４からの４１０ｎｍ以上の波長の可視光蛍光８１を検出する第２の蛍光検出工程と、診断工程と、を含む。
【００３６】
（第１の励起光照射工程）
第１の励起光照射工程は、３００〜５００ｎｍの波長の第１の励起光７１を照射する工程である。第１の励起光照射工程により、植物体に感染する病原菌体を励起し、さらに植物体のクロロフィルも励起する。
【００３７】
（第１の蛍光検出工程）
第１の蛍光検出工程は、診断対象部位３３及び健常部位３４からの近赤外蛍光８２を検出する工程である。第１の蛍光検出工程により、植物体のクロロフィルに由来する蛍光を検出する。
【００３８】
（第２の蛍光検出工程）
第２の蛍光検出工程は、診断対象部位３３及び健常部位３４からの４１０ｎｍ以上の波長の可視光蛍光８１を検出する工程である。第２の蛍光検出工程により、植物体に感染した病原菌体に由来する蛍光を検出する。
【００３９】
第１の蛍光検出工程と、第２の蛍光検出工程とを、同時に行ってもよいし、又は異なるタイミングで行ってもよい。同時に行うことで、計測時間を短くし、診断に要する時間を短くすることができる。また、異なるタイミングで行うことで、用いる検出器が一つの場合でも、近赤外蛍光８２又は可視光蛍光８１のどちらの蛍光に由来する蛍光かを確度よく判別できる。異なるタイミングで行う場合、第１の蛍光検出工程と第２の蛍光検出工程のどちらを先に行ってもよい。
【００４０】
（診断工程）
診断工程においては、以下のようにして、植物体３が病原菌に感染しているか否かの診断を行う。
まず、第１の蛍光検出工程により検出された、診断対象部位３３における蛍光強度と、健常部位３４における蛍光強度とを比較する。
同様に、第２の蛍光検出工程により検出された、診断対象部位３３における蛍光強度と、健常部位３４における蛍光強度とを比較する。
そして、第１の蛍光検出工程により検出された診断対象部位３３における蛍光強度が健常部位３４における蛍光強度を１００％としたときに５０％未満であり、かつ、第２の蛍光検出工程により検出された診断対象部位３３における蛍光強度が健常部位３４における蛍光強度を１００％としたときに１５０％より大きい場合に、植物体３が病原菌に感染していると診断する。
一方、第１の蛍光検出工程により検出された診断対象部位３３における蛍光強度が健常部位３４における蛍光強度を１００％としたときに５０％以上であり、かつ、第２の蛍光検出工程により検出された診断対象部位３３における蛍光強度が健常部位３４における蛍光強度を１００％としたときに１５０％以下である場合に、植物体３が病原菌に感染していないと診断する。
なお、２次元検出器を用いた場合、蛍光強度は精確な値を測定しなくとも、明らかに診断対象部位３３における蛍光が健常部位３４における蛍光に対して明るいこと、又は、暗いことが視認できる場合がある。そのような場合は、精確な値を測定しなくとも診断対象部位３３における蛍光強度が健常部位３４における蛍光強度に対して、上記の基準値より大きい又は未満であると判断してよい。
【００４１】
（第２の励起光照射工程）
本発明の病原菌感染診断方法は、図２のように、診断対象部位３３及び健常部位３４に、６８０ｎｍ以下の波長の第２の励起光７２を照射する励起光照射工程をさらに備えることが好ましい。第２の励起光照射工程により、植物体のクロロフィルを効率よく励起することができ、より確度のよい診断が行える。
【００４２】
本発明の病原菌感染診断方法が第２の励起光照射工程を備える場合、第１の励起光照射工程と、第２の励起光照射工程とは、同時に行ってもよいし、又は異なるタイミングで行ってもよい。同時に行うことで、近赤外蛍光８２及び可視光蛍光８１の同時検出が容易になる。また、異なるタイミングで行うことで、簡易な分光素子により、一つの光源で両方の励起光照射を行える。異なるタイミングで行う場合、第１の励起光照射工程と第２の励起光照射工程のどちらを先に行ってもよい。
【００４３】
（病原菌）
本発明の方法により感染の有無を診断できる病原菌としては、植物が感染する病原菌であれば種類を問わないが、好ましくは、炭疽病菌やうどん粉病菌である。炭疽病菌としては、グロメレラ（Ｇｌｏｍｅｒｅｌｌａ）属、コレトトリカム（Ｃｏｌｌｅｔｏｔｒｉｃｈｕｍ）属等の炭疽病菌が挙げられ、例えば、グロメレラ・シングラータ（Ｇｌｏｍｅｒｅｌｌａｃｉｎｇｕｌａｔａ）、コレトトリカム・アキュテータム（Ｃｏｌｌｅｔｏｔｒｉｃｈｕｍａｃｕｔａｔｕｍ）、コレトトリカム・グロエオスポリオイデス（Ｃｏｌｌｅｔｏｔｒｉｃｈｕｍｇｌｏｅｓｐｏｒｉｏｉｄｅｓ）等が挙げられる。うどん粉病菌としては、ウドンコカビ科（Ｅｒｙｓｉｐｈａｃｅａｅ）に属する子嚢菌類が挙げられ、例えば、スファエロテカ・パンノサ（Ｓｐｈａｅｒｏｔｈｅｃａｐａｎｎｏｓａ）、スファエロテカ・フムリ（Ｓｐｈａｅｒｏｔｈｅｃａｈｕｍｕｌｉ）、スファエロテカ・キュキュルビタエ（Ｓｐｈａｅｒｏｔｈｅｃａｃｕｃｕｒｂｉｔａｅ）、スファエロテカ・フリジネア（Ｓｐｈａｅｒｏｔｈｅｃａｆｕｌｉｇｉｎｅａ）、オイディウム・リコペルシシ（Ｏｉｄｉｕｍｌｙｃｏｐｅｒｓｉｃｉ）、ウンシヌラ・シムランス（Ｕｎｃｉｎｕｌａｓｉｍｕｌａｎｓ）、エリシフェ・ネカトル（Ｅｒｙｓｉｐｈｅｎｅｃａｔｏｒ）、エリシフェ・ポリゴニ（Ｅｒｙｓｉｐｈｅｐｏｌｙｇｏｎｉ）、ブルメリア・グラミニス（Ｂｌｕｍｅｒｉａｇｒａｍｉｎｉｓ）、フィラクチニア・モリコラ（Ｐｈｙｌｌａｃｔｉｎｉａｍｏｒｉｃｏｌａ）等が挙げられる。
【００４４】
（植物体）
本発明の方法により診断できる植物としては、草本でも木本でもよい。また、種子植物、シダ植物、コケ植物であってもよいが、種子植物が好ましい。その中でも、イチゴ、スイカ、メロン、キュウリ、トウガン、カボチャ、ナス、トウガラシ、ピーマン、トマト、ムギ、マンゴー、ナシ、カキ、リンゴ、ブドウ、シクラメン、ベゴニア、バラ、ユリ、シバ、チャが好ましい。
【００４５】
診断に用いる診断対象部位３３及び健常部位３４は、病原菌が感染する部位であれば、根、茎、葉、果実等、植物体のいずれの部位でもよいが、蛍光測定が容易なことから好ましくは葉や果実である。クロロフィルが豊富なことから葉がより好ましい。また、植物を生育させたまま診断できるのも本発明の利点である。もちろん、診断対象部位３３及び健常部位３４を含む組織を採取した後に測定してもよい。植物体の特定部位に、病原菌の感染が疑われる症状、例えば黒斑、白斑、褐斑、萎縮等が生じている場合、該部位を診断対象部位３３として、本発明の方法により病原菌の感染の有無を確認することができる。
【００４６】
なお、本発明は上記説明した実施形態に限定されず様々な変形態様が可能である。
【実施例】
【００４７】
（実施例１）
（クロロフィルの励起波長及び蛍光波長の検討）
イチゴ生葉にＬＥＤを光源として、３７５ｎｍの紫外領域の波長の励起光を照射し、７１０ｎｍ以上の波長の近赤外蛍光をＣＣＤカメラで検出した。図５に近赤外蛍光画像を示す。クロロフィルが明るく光る蛍光画像が取得できたことから、クロロフィルを励起する励起光の励起波長として紫外領域の波長でさえも利用できることが示された。
【００４８】
（実施例２）
（炭疽病菌の励起波長及び蛍光波長の検討）
炭疽病菌に由来する蛍光波長を測定した。炭疽病菌（Ｇｌｏｍｅｒｅｌｌａｃｉｎｇｕｌａｔａ）の分生子と菌糸の混合懸濁液を調製し、該混合懸濁液に、３６０ｎｍ、３８０ｎｍ、４００ｎｍの励起光を照射し、それぞれの励起光に対応する蛍光スペクトルを測定した。図６に蛍光スペクトル（４４０〜５４０ｎｍ）を示す。３８０ｎｍ、４００ｎｍの励起光を照射したとき、蛍光スペクトルのピークは、両方の励起光ともに、４４８ｎｍ、４６７ｎｍ、４８２ｎｍ、４９２ｎｍ付近に見られた。３６０ｎｍの波長の励起光を照射したときは、蛍光強度はスペクトル全体で弱いものの、やはり３８０ｎｍと４００ｎｍの波長の励起光を照射したときと同じ部分にピークが見られた。励起波長を変えても蛍光スペクトルのピークが変わらないことから、該ピークは炭疽病菌由来の蛍光に起因するものであることが分かった。
【００４９】
（実施例３）
（炭疽病菌の励起波長及び蛍光波長の検討）
励起光の波長を変化させて、炭疽病菌に由来する蛍光を測定した。炭疽病菌（Ｇｌｏｍｅｒｅｌｌａｃｉｎｇｕｌａｔａ）の分生子と菌糸の混合懸濁液を調製し、該混合懸濁液に、３００〜４００ｎｍの波長の励起光を、波長を変化させて照射し、４１０ｎｍの波長の蛍光を測定した。図７に励起光スペクトル（３００〜４００ｎｍ）を示す。最短３００ｎｍの波長の励起光により、炭疽病菌に由来する４１０ｎｍの波長の蛍光を取得できることが分かった。
【００５０】
（実施例４）
（炭疽病菌の分生子の蛍光画像の取得）
炭疽病菌の分生糸の蛍光を測定した。炭疽病菌（Ｇｌｏｍｅｒｅｌｌａｃｉｎｇｕｌａｔａ）に水銀ランプを光源として、４００〜４４０ｎｍの波長の励起光を照射し、４７５ｎｍ以上の波長の蛍光をＣＣＤカメラで検出した。図８（Ａ）及び（Ｂ）にそれぞれ明視野画像と蛍光画像を示す。図８（Ｂ）には炭疽病菌由来の蛍光が認められた。
【００５１】
（実施例５）
（炭疽病菌に感染したイチゴ生葉のクロロフィル由来の蛍光画像の取得）
イチゴの生葉に炭疽病菌（Ｇｌｏｍｅｒｅｌｌａｃｉｎｇｕｌａｔａ）を接種した。接種後、５〜７日で葉に炭疽病の初期病変が認められ、約１０日で明らかな病変（黒い斑点）となった。接種した生葉に、ＬＥＤを光源として、４０５ｎｍの励起波長を照射し、７１０ｎｍ以上の波長の近赤外蛍光をＣＣＤカメラで検出した。図９（Ａ）及び（Ｂ）にそれぞれ明視野画像と近赤外蛍光画像を示す。明視野画像（Ａ）でわずかに認められた黒斑は、近赤外蛍光画像（Ｂ）では明視野画像の黒斑よりも大きな黒斑となった（図９（Ａ）（Ｂ）中、丸で囲まれた部分）。病変部ではクロロフィルが欠損し、病変部周辺の健常部位に存在するクロロフィルの蛍光強度に対して、病変部における蛍光強度が低くなったためと考えられる。なお、病変部の近赤外蛍光の蛍光強度は病変部周辺の健常部位の蛍光強度を１００％としたときに、約３０％となっていた。図１０に病変部を横断する線でスキャンした近赤外蛍光イメージングプロファイルを示す。蛍光強度を表すＡ．Ｕ．（任意単位：ａｒｂｉｔｒａｒｙｕｎｉｔ）が著しく低くなっているところが病変部、その他の部分が健常部位である。
【００５２】
（実施例６）
（炭疽病菌に感染したイチゴ生葉の炭疽病菌由来の蛍光画像の取得）
イチゴの生葉に炭疽病菌（Ｇｌｏｍｅｒｅｌｌａｃｉｎｇｕｌａｔａ）を接種した。接種後、５〜７日で葉に炭疽病の初期病変が認められ、約１０日で明らかな病変（黒い斑点）となった。接種した生葉に、水銀ランプを光源として、４００〜４４０ｎｍの励起波長を照射し、４７５ｎｍ以上の波長の蛍光をＣＣＤで検出した。図１１（Ａ）及び（Ｂ）にそれぞれ明視野画像と蛍光画像を示す。明視野画像（Ａ）で認められた黒斑部位から、蛍光画像（Ｂ）で黄緑色の蛍光が認められた（図１１（Ａ）及び（Ｂ）中、丸で囲まれた部分）。該蛍光は炭疽病菌の菌体に由来する蛍光と考えられる。病変部（丸で囲まれた部分）の上記蛍光波長における蛍光強度は、病変部周辺の健常部位の蛍光強度を１００％としたときに約２００％となっていた。
【００５３】
（実施例７）
（うどん粉病菌に感染したイチゴ生葉のうどん粉病菌由来の蛍光画像の取得）
イチゴの生葉にイチゴうどん粉病菌（Ｓｐｈａｅｒｏｔｈｅｃａａｐｈａｎｉｓ）を接種した。接種後、葉が粉状に白くなり、うどん粉病の病変が認められた。接種した生葉に、ＬＥＤを光源として、４０５ｎｍの励起波長を照射し、バンドパスフィルターを使用して４２８〜４９１ｎｍの波長の蛍光をＣＣＤカメラで検出した。図１２（Ａ）及び（Ｂ）にそれぞれ明視野画像と蛍光画像を示す。明視野画像（Ａ）で白く認められた病変部から、明るく白い蛍光が発せられているのが蛍光画像（Ｂ）で観察された。（Ｂ）で観察された蛍光は、イチゴうどん粉病の菌体に由来する蛍光と考えられる。病変部の上記蛍光波長における蛍光強度は、病変部周辺の健常部位の蛍光強度を１００％としたときに約２５０％となっていた。図１３に、病変部を横断する線でスキャンした、波長４２８〜４９１ｎｍの蛍光のイメージングプロファイルを示す。蛍光強度を表すＡ．Ｕ．（任意単位：ａｒｂｉｔｒａｒｙｕｎｉｔ）が著しく高くなっているところが病変部、その他の部分が健常部位である。
【００５４】
（実施例８）
（うどん粉病菌に感染したイチゴ生葉のうどん粉病菌及びクロロフィル由来の蛍光画像の取得）
イチゴの生葉にイチゴうどん粉病菌（Ｓｐｈａｅｒｏｔｈｅｃａａｐｈａｎｉｓ）を接種した。接種後、葉が粉状に白くなり、うどん粉病の病変が認められた。接種した生葉に、ＬＥＤを光源として、３７５ｎｍの励起波長を照射し、バンドパスフィルターを使用して４２８〜４９１ｎｍの波長の蛍光をＣＣＤカメラで検出した。また、同じ生葉に、ＬＥＤを光源として、３７５ｎｍの励起波長を照射し、７１０ｎｍ以上の波長の近赤外蛍光をＣＣＤカメラで検出した。図１４（Ａ）及び（Ｂ）にそれぞれ波長４２８〜４９１ｎｍの蛍光画像と波長７１０ｎｍ以上の近赤外蛍光画像を示す。（Ａ）で明るく白く光っている病変部が、（Ｂ）では黒くなっているのが観察された。病変部について、（Ａ）では病原菌体由来の蛍光が観察され、（Ｂ）ではクロロフィルの欠損により近赤外蛍光が弱くなったためである。図１４（Ａ）（Ｂ）に示す白線に沿ってスキャンした、波長４２８〜４９１ｎｍ、７１０ｎｍ以上の蛍光のイメージングプロファイルをそれぞれ図１５（Ａ）（Ｂ）に示す。図１５（Ａ）において蛍光強度を表すＡ．Ｕ．（任意単位：ａｒｂｉｔｒａｒｙｕｎｉｔ）が著しく高くなっているところが病変部、その他の部分が健常部位である。図１５（Ａ）で蛍光強度が高くなっている部分が、図１５（Ｂ）では蛍光強度が低くなっていた。なお、病変部の蛍光波長４２８〜４９１ｎｍにおける蛍光強度は、病変部周辺の健常部位の蛍光強度を１００％としたときに約２００％となっていた。また、病変部の蛍光波長７１０ｎｍ以上における蛍光強度は、病変部周辺の健常部位の蛍光強度を１００％としたときに約３０％となっていた。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物体に、３００〜５００ｎｍの波長の第１の励起光を照射する励起光照射手段と、
前記植物体からの近赤外蛍光及び４１０ｎｍ以上の波長の可視光蛍光を検出する蛍光検出手段と、を備える、
植物体の病原菌感染診断装置。
【請求項２】
前記励起光照射手段がさらに、６８０ｎｍ以下の波長の第２の励起光を照射する、請求項１に記載の植物体の病原菌感染診断装置。
【請求項３】
前記励起光照射手段は１つ又は複数の光源であり、前記第１の励起光と前記第２の励起光とが同一の前記１つ又は複数の光源により照射される、請求項２に記載の植物体の病原菌感染診断装置。
【請求項４】
前記励起光照射手段は複数の光源であり、前記第１の励起光と前記第２の励起光とがそれぞれ異なる光源により照射される、請求項２に記載の植物体の病原菌感染診断装置。
【請求項５】
前記蛍光検出手段は１つ又は複数の蛍光検出器であり、前記近赤外蛍光と前記可視光蛍光とが同一の前記１つ又は複数の蛍光検出器により検出される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の植物体の病原菌感染診断装置。
【請求項６】
前記蛍光検出手段は複数の蛍光検出器であり、前記近赤外蛍光と前記可視光蛍光とがそれぞれ異なる蛍光検出器により検出される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の植物体の病原菌感染診断装置。
【請求項７】
前記蛍光検出手段は１次元蛍光検出器及び２次元蛍光検出器のうち少なくとも１種である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の植物体の病原菌感染診断装置。
【請求項８】
前記蛍光検出手段が、前記近赤外蛍光と前記可視光蛍光とを同時に又はそれぞれ異なるタイミングで検出する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の植物体の病原菌感染診断装置。
【請求項９】
前記励起光照射手段が、前記第１の励起光と前記第２の励起光とを同時に又はそれぞれ異なるタイミングで照射する、請求項２〜８のいずれか一項に記載の植物体の病原菌感染診断装置。
【請求項１０】
前記病原菌が炭疽病菌又はうどん粉病菌である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の植物体の病原菌感染診断装置。
【請求項１１】
植物体の病原菌感染診断方法であって、
前記植物体の診断対象部位及び該診断対象部位周辺の健常部位に、３００〜５００ｎｍの波長の第１の励起光を照射する励起光照射工程と、
前記診断対象部位及び前記健常部位からの近赤外蛍光を検出する第１の蛍光検出工程と、
前記診断対象部位及び前記健常部位からの４１０ｎｍ以上の波長の可視光蛍光を検出する第２の蛍光検出工程と、
診断工程と、を含み、
前記診断工程においては、前記第１の蛍光検出工程により検出された前記診断対象部位における蛍光強度が、前記第１の蛍光検出工程により検出された前記健常部位における蛍光強度を１００％としたときに５０％未満であり、かつ、前記第２の蛍光検出工程により検出された前記診断対象部位の蛍光強度が、前記第２の蛍光検出工程により検出された前記健常部位における蛍光強度を１００％としたときに１５０％より大きい場合に、前記植物体が病原菌に感染していると診断し、
前記第１の蛍光検出工程により検出された前記診断対象部位における蛍光強度が、前記第１の蛍光検出工程により検出された前記健常部位における蛍光強度を１００％としたときに５０％以上であり、かつ、前記第２の蛍光検出工程により検出された前記診断対象部位の蛍光強度が、前記第２の蛍光検出工程により検出された前記健常部位における蛍光強度を１００％としたときに１５０％以下である場合に、前記植物体が前記病原菌に感染していないと診断する、
植物体の病原菌感染診断方法。
【請求項１２】
前記病原菌感染診断方法が、前記診断対象部位及び前記健常部位に、６８０ｎｍ以下の波長の第２の励起光を照射する励起光照射工程をさらに備える、請求項１１に記載の植物体の病原菌感染診断方法。
【請求項１３】
前記第１の蛍光検出工程と前記第２の蛍光検出工程とを、同時に又は異なるタイミングで行う、請求項１１又は１２に記載の植物体の病原菌感染診断方法。
【請求項１４】
前記第１の励起光を照射する励起光照射工程と、前記第２の励起光を照射する励起光照射工程とを、同時に又は異なるタイミングで行う、請求項１２又は１３に記載の植物体の病原菌感染診断方法。
【請求項１５】
前記病原菌が炭疽病菌又はうどん粉病菌である、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の植物体の病原菌感染診断方法。

【図１】