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8つの研究分野を設定し、環境問題の解決に貢献する研究を実施しています。 おすすめ動画 外部連携 受託業務 委託業務 共同研究 地環研等との共同研究 全国環境研究所交流シンポジウム 全国環境研究所交流シンポジウム予稿集はこちら 環境研究機関連絡会 知的所有権（特許等） 研究シーズ集 研究試料の有償分譲 環境標準物質 微生物系統保存施設 実験水生生物分譲 国際連携・国際活動 国際アドバイザリーボード（IAB）助言会合 国際的有識者による研究所の活動評価・助言 日韓中3カ国環境研究機関長会合（TPM） 国連気候変動枠組条約締約国会議UNFCCC-COPへの参画 気候変動に関する政府間パネルIPCCへの協力 アジアフラックス（AsiaFlux） NIES国際フォーラム 連携大学院 社会との対話・協働 寄附金 × 外部機関との連携 民間企業や地方公共団体との連携により、研究開発成果の社会実装を推進しています。 おすすめ動画 広報活動 研究所紹介パンフレット/動画 報道発表 最新の報道発表 年度別一覧 イベント情報 開催予定のイベント イベント別一覧 年度別一覧 見学について 交通アクセス 国立環境研究所一般公開 国立環境研究所公開シンポジウム 刊行物一覧 国立環境研究所ニュース 研究情報誌「環境儀」 国立環境研究所年報 NIES Annual Report 国立環境研究所研究計画 国立環境研究所研究報告 国立環境研究所研究プロジェクト報告（旧特別研究報告） 国立環境研究所業務報告 環境報告書 国立環境研究所 公開シンポジウム要旨集 全国環境研究所交流シンポジウム予稿集 災害環境研究関連 地球環境研究センターニュース CGERリポート オンラインマガジン環環 HarmoNIES NIESレターふくしま その他刊行物 Webマガジン「国環研View」 環境問題をわかりやすく 熱中症予防情報 研究最前線 ふしぎを追って－研究室の扉を開く－ いま、地球がたいへん！ ココが知りたい地球温暖化 CGER eco倶楽部 環環kannkann 放射性物質を含む廃棄物に関するＱ＆Ａ ～入門編～ リスクと健康のひろば 環境展望台 環境展望台「環境技術解説」 環境展望台「探究ノート」 国立環境研究所動画チャンネル HarmoNIES 小・中・高校生の方へ いま、地球がたいへん！ CGER 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   国立大学法人東北大学大学院生命科学研究科の彦坂幸毅教授及び国立研究開発法人国立環境研究所（以下「国立環境研究所」という。）の野田響主任研究員は、葉1枚での実験を通じて、リモートセンシング注１）により観測可能な光学データから植物の光合成速度を高精度で推定する新しい手法を開発しました。光学的指標による光合成量の推定は、これまでも多くの先行研究がありますが、本研究で開発した手法は、光合成の際のクロロフィル蛍光及び熱放散の指標を用いており、生化学的なメカニズムに基づく新しいものです。光合成は、植物が光エネルギーを利用して二酸化炭素（CO2）を吸収し炭水化物を合成する反応です。より大きいスケールでは、光合成速度は陸上生態系がCO2を吸収する量や、農作物の成長量・収量を決定します。本研究で開発した手法は、地球スケールで人工衛星により観測される光学指標に応用することが可能です。今後は、この手法を用いて、本年10月29日に打ち上げられた日本の新しい人工衛星「いぶき2号」が観測するクロロフィル蛍光データから陸上生態系のCO2吸収量を推定することを予定しています。これにより、将来的に植物のCO2吸収量を広域で把握することが可能になり、パリ協定の実施に対する貢献も期待されます。    本論文は国際誌Plant, Cell and Environmentの電子版に掲載されました。また、本研究は文部科学省科学研究費補助金及び国立環境研究所GOSAT-2プロジェクトの支援を受けて行われました。 １．背景    光合成は、植物が光エネルギーを利用してCO2を吸収し炭水化物を合成する経路です。光合成によって生産された糖は、農作物のみならず、食物網を通して全ての生物のエネルギー源となり、私たちの生活を支える礎となっています。また、主要な温室効果ガスであるCO2を吸収することにより気候変動を緩和する重要な役割もあります。光合成は、地球上の生態系が吸収するCO2の量、そして、農作物の成長量、ひいては収量も決定する大きな要因となります。植物が光合成によりCO2を吸収した量を調べるには多様な方法がありますが、広域について、地球スケールでの光合成速度を把握するにあたり、人工衛星が観測する光学的な情報の利用はきわめて有効な手段となります。本研究では、人工衛星が観測可能な光学的な指標を用いた光合成速度の推定手法を、植物生理学的なメカニズムに基づいて葉1枚のスケールで開発・実証しました。    光合成の過程ではクロロフィル(葉緑素)という色素が光を吸収します。クロロフィルは、光を吸収して、そのエネルギーを光合成に利用する役割をもっていますが、吸収した全てのエネルギーを光合成のみに利用することはできず、一部のエネルギーは熱として放散されたり（熱放散）、再び光となって放出されます（図1）。この再放出される光がクロロフィル蛍光で、太陽光の下では、人工衛星「いぶき」注２）（GOSAT）及び後継機の「いぶき2号」（GOSAT-2）のセンサーのような波長分解能の高い精密な分光放射計により観測することができます。クロロフィル蛍光の強度は、光合成系の状態によって変化するため、多くの研究においてクロロフィル蛍光は光合成速度の指標として利用されてきました。    しかし、クロロフィル蛍光の強度は、光合成速度だけではなく、熱放散の影響も受けます。植物は、乾燥などのストレスを受けると、熱放散へエネルギーを多く分配することが知られています。熱放散は、過剰なエネルギーが植物体内に蓄積しないようにする、エネルギーの安全弁のような役割をもっていると考えられています。これまでのクロロフィル蛍光から光合成速度を推定する研究では、熱放散の効果を単純化していたため、不確実性が高いことが指摘されていました。一方、熱放散については、「光化学反射指数（Photochemical Reflectance Index）」により評価することが可能です。光化学反射指数とは、植物が反射する波長531 nm（緑色の光）の光の強さを指標化したものです。植物は、熱放散を増やす際に、カロテノイド色素の一種キサントフィルを非熱放散型（ビオラキサンチン）から熱放散型（ゼアキサンチン）に変換します。非熱放散型と熱放散型では531nmの光の反射率が違うため、この波長の反射率の変化を解析することで熱放散へのエネルギー分配を推定できます。 図1　光合成の過程でクロロフィルが吸収した光エネルギーのゆくえ。クロロフィルが吸収した光エネルギーの一部は光合成によって使われるが、残りは熱や蛍光となって放出される。人工衛星は光合成そのものを検出することはできないが、「いぶき」など一部の衛星はクロロフィル蛍光を検出することができる。また、熱放散へ分配されるエネルギーの量は、キサントフィルの変換を通して調節されており、異なる人工衛星（NASAのMODISセンサーなど）の観測データから得られる光化学反射指数より検出できる。本研究ではクロロフィル蛍光と光化学反射指数から推定した熱放散の両方から光合成速度を推定する手法を開発した。 ２．モデルの構築と実証実験    本研究では、クロロフィル蛍光と光化学反射指数を併用することにより、熱放散へのエネルギー分配を推定し、光合成速度の推定に利用するという手法を開発しました。    まず、光合成、クロロフィル蛍光の強度、熱放散、光化学反射指数の関係を、従来の植物生理学的な知見を応用して、生化学的な理論に基づいた数式で表しました。次に、このモデルの実証のための実験を行いました。実験では、シロザを実験植物として温度や光環境、CO2濃度を変化させた環境で、葉1枚のスケールでの光合成、クロロフィル蛍光、光化学反射指数の同時観測を行いました（写真1）。そして、それらの結果から、クロロフィル蛍光と光化学反射指数の両方を用いることで高精度で光合成速度を推定できることを実証しました（図2）。 写真1　実験の様子。植物の葉は、光合成速度を測るための装置（同化箱）に入れられ、上から光を照射されている。左のファイバーケーブルでクロロフィル蛍光を検出し、右のファイバーケーブル（赤色）で光化学反射指数を得るために葉の反射光を検出した。 図2　実際に測定した光合成速度と、クロロフィル蛍光及び光化学反射指数に基づくモデルを使って推定した光合成速度の比較。黒い線は1:1を示している。グラフ上の点がこの線に近いほど、モデルで推定した光合成速度が実験で得られた値に近いこと、すなわちモデルが正しいことを表す。 ３．今後の展望    クロロフィル蛍光については、これまでに日本の温室効果ガス観測技術衛星「いぶき」が太陽光の下で陸域の植物が発する蛍光を検出する能力があることが知られていました。その後継機として本年10月29日に打ち上げられた「いぶき2号」（GOSAT-2）でも同様にクロロフィル蛍光の観測が可能で、正式なプロダクト注３）として公開が予定されています。一方、光化学反射指数は、NASA（アメリカ航空宇宙局）の人工衛星センサーMODISが海洋観測用に観測しているデータなど、いくつかの「いぶき」以外の衛星から得ることができます。    今後は、本研究の成果を応用して、「いぶき」、「いぶき2号」や、他の人工衛星の観測データを組み合わせて広域の光合成速度の推定を行います。将来的には、「いぶき2号」が広域の光合成速度の高精度推定に寄与することにより、今後の温室効果ガスの吸収・排出量推定の精緻化に大きく寄与することが期待でき、パリ協定の着実な実施に対する日本の貢献にも繋がります。 ４．研究助成 本研究は文部科学省科学研究費補助金及び国立環境研究所GOSAT-2プロジェクトの支援を受けて行われました。 ５．用語説明 注１）人工衛星など遠隔から対象を観測する手法。 注２）環境省、国立環境研究所（NIES）及び宇宙航空研究開発機構（JAXA）が共同で開発した世界初の温室効果ガス観測専用の衛星であり、平成21年1月23日の打上げ以降、現在も観測を続けている。 注３）衛星観測データから抽出される情報。 ６．発表論文 題目：Modeling leaf CO2 assimilation and photosystem II photochemistry from chlorophyll fluorescence and the photochemical reflectance index 著者：Kouki Hikosaka and Hibiki Noda 雑誌：Plant, Cell and Environment DOI: 10.1111/pce.13461 ※下線で示した著者が国立環境研究所所属です。 ７．問い合わせ先 （研究内容に関すること） 国立大学法人 東北大学大学院 生命科学研究科 教授　彦坂幸毅　（ひこさか　こうき） 電話： 022-795-7735 Eメール： hikosaka（末尾に@m.tohoku.ac.jpをつけてください） （「いぶき」、「いぶき２号」に関すること） 国立研究開発法人 国立環境研究所 地球環境研究センター 主任研究員　野田響　（のだ　ひびき） 電話番号：029-850-2463 Eメール：noda.hibiki（末尾に@nies.go.jpをつけてください） 広報活動 研究所紹介動画／パンフレット 報道発表 イベント情報 見学について 国立環境研究所一般公開 国立環境研究所公開シンポジウム 刊行物一覧 Webマガジン「国環研View」 環境問題をわかりやすく 小・中・高校生の方へ メールマガジン SNS一覧 新着情報 2024年度 2023年度 2022年度 2021年度 2020年度 2019年度 2018年度 2017年度 2016年度 2015年度 2014年度 2013年度 2012年度 2011年度 2010年度 2009年度 2008年度 2007年度 2006年度 2005年度 2004年度 2003年度 2002年度 2001年度 関連新着情報 2022年12月7日太陽光誘起クロロフィル蛍光の観測で捉えた 落葉樹林の林床の寄与 ～二酸化炭素吸収の鉛直分布を把握～（筑波研究学園都市記者会、文部科学記者会、科学記者会、環境省記者クラブ、北海道教育庁記者クラブ、岐阜県政記者クラブ同時配付） 2022年7月19日日射量の増加による植物プランクトンの光合成速度への影響を明らかにしました（筑波研究学園都市記者会、環境省記者クラブ、環境記者会同時配付） 2021年12月10日2020年度（令和２年度）の温室効果ガス排出量（速報値）について＜環境省記者クラブ、環境記者会、筑波研究学園都市記者会同時発表＞ 2021年11月9日大気観測が捉えた新型ウィルスによる 中国の二酸化炭素放出量の変動 ～ロックダウン解除後は前年レベルに～（筑波研究学園都市記者会、環境省記者クラブ、環境記者会、文部科学記者会、科学記者会同時配付） 2021年7月30日緊急事態宣言発令に伴うCO2排出量の変化を東京住宅街において検出 －　大気観測に基づくエネルギー消費構造変化の評価　－ （経済産業記者会、経済産業省ペンクラブ、中小企業庁ペンクラブ、資源記者クラブ、文部科学記者会、科学記者会、筑波研究学園都市記者会、環境省記者クラブ、環境記者会、立川市政記者クラブ同時配付） 2021年7月20日大気汚染物質（NO2）との同時観測により燃焼由来のCO2排出量を精度よく推定する新手法を開発（筑波研究学園都市記者会、環境省記者クラブ、環境記者会文部科学記者会、科学記者会、その他JAXA配布先同時配布） 2021年7月19日国内52都市における脱炭素型 ライフスタイルの効果を定量化 ～「カーボンフットプリント」からみた移動・住居・食・レジャー・消費財利用の転換による脱炭素社会への道筋～（筑波研究学園都市記者会、環境省記者クラブ、環境記者会同時配布） 2021年7月15日東南アジアの泥炭・森林火災が 日本の年間放出量に匹敵するCO2をわずか２か月間で放出 ：旅客機と貨物船による観測が捉えたCO2放出（筑波研究学園都市記者会、環境省記者クラブ、環境記者会、気象庁記者クラブ同時配布） 2021年6月25日貨物船と旅客機の民間協力観測によりCO2の 人工衛星観測データを評価する新手法を開発（筑波研究学園都市記者会、環境省記者クラブ、環境記者会、文部科学記者会、科学記者会同時配布） 2021年6月24日都市内湾域の生物活動による二酸化炭素吸収メカニズムを解明－都市内湾の生物活動による気候変動対策の可能性－（筑波研究学園都市記者会、環境省記者クラブ、環境記者会、文部科学記者会、科学記者会、神奈川県政記者クラブ、横須賀市政記者クラブ、港湾空港技術研究所関連専門誌複数、静岡県社会部記者室、大阪科学・大学記者クラブ同時配布） 2021年6月15日北海道沿岸域の温暖化・酸性化・貧酸素化影響が明らかに ～水産対象種に対する深刻な影響回避には具体的な対策が必要～（北海道教育庁記者クラブ，筑波研究学園都市記者会，文部科学記者会，科学記者会，環境省記者クラブ，環境記者会，水産庁記者クラブ同時配布） 2021年5月6日2019～2020年のオーストラリアの森林火災は 過去20年で同国において 最も多くの火災起源の二酸化炭素を放出した（筑波研究学園都市記者会、環境省記者クラブ、環境記者会同時配布） 2021年1月14日屋根上太陽光発電(ＰＶ)と電気自動車（ＥＶ）を用いた新たな都市の電力・モビリティーシステムの可能性: 「SolarEVシティー」コンセプト（筑波研究学園都市記者会、環境省記者クラブ、環境記者会　同時配布） 2020年12月11日世界のCO2収支 2020年版を公開 ～国際共同研究（グローバルカーボンプロジェクト）による評価～（筑波研究学園都市記者会、環境省記者クラブ、環境記者会、水産庁記者クラブ、文部科学記者会、科学記者会同時配布） 2020年12月8日2019年度（令和元年度）の温室効果ガス排出量（速報値）について＜環境省・国立環境研究所　同時発表＞ 2020年11月5日大気観測が捉えた新型ウイルスによる中国の 二酸化炭素放出量の減少 ～波照間島で観測されたCO2とCH4の変動比の解析～（筑波研究学園都市記者会、環境省記者クラブ、環境記者会、文部科学記者会、科学記者会同時配布） 2020年5月15日都市域のCO2排出を大気観測から起源別に推定 －ゼロエミッション技術社会実装時のCO2削減効果検証に向けて－（経済産業省ペンクラブ、中小企業庁ペンクラブ、資源記者クラブ、文部科学記者会、科学記者会、筑波研究学園都市記者会、環境省記者クラブ、環境記者会同時配付） 2020年5月15日民間旅客機が捉えた都市域からのCO2排出 ～世界34都市上空でのCO2観測データの統計解析～（筑波研究学園都市記者会、環境省記者クラブ、環境記者会、気象庁記者クラブ同時配付） 2020年4月16日南極海の二酸化炭素吸収：微細藻類の量だけでなく種類が鍵となる －優占群集の違いが夏期の炭素収支を左右していた－（筑波研究学園都市記者会、環境省記者クラブ、環境記者会、文部科学記者会、科学記者会、北海道教育庁記者クラブ、立川市政記者クラブ同時配付） 2020年3月31日植生のサイズに基づいて呼吸速度のモデル推定精度を向上（筑波研究学園都市記者会、環境省記者クラブ、環境記者会同時配付） 2019年12月12日CO₂の放出と吸収のより正確な推定に成功 ～IPCC第5次評価報告書からの進展と第6次評価報告書に向けた課題～（環境省記者クラブ、環境記者会、千葉県政記者クラブ、文部科学記者会、科学記者会、筑波研究学園都市記者会、気象庁記者クラブ同時配付） 2019年7月5日温室効果ガス観測技術衛星2号「いぶき2号」（GOSAT-2）の観測データのプロキシ法による解析結果（メタンと一酸化炭素）について(筑波研究学園都市記者会、環境記者会、環境省記者クラブ同時配付) 2019年4月23日石炭火力から天然ガス火力発電への転換は、パリ協定目標の達成に寄与 石炭火力発電の段階的廃止の追い風に(筑波研究学園都市記者会、環境省記者クラブ、環境記者会同時配布) 2018年10月30日温室効果ガス観測技術衛星2号「いぶき2号」（GOSAT-2）の打上げとクリティカル運用期間の終了について （筑波研究学園都市記者会、環境記者会、環境省記者クラブ同時配付） 2018年10月23日「アジア地域におけるチャンバー観測ネットワークの活用による森林土壌CO2フラックスの定量的評価 平成27～29年度」 国立環境研究所研究プロジェクト報告の刊行について（お知らせ） (筑波研究学園都市記者会、環境省記者クラブ、環境記者会同時配付) 2018年3月20日気候の自然変動が大規模森林伐採による二酸化炭素の排出を相殺した現象を世界で初めて検出！ ～東南アジアの生態系によるCO2排出量が2000年代に減少した原因を解明、地球温暖化現象の理解に向けて新たな足掛かり～（筑波研究学園都市記者会、環境記者会、環境省記者クラブ、文部科学記者会、科学記者会、神奈川県政記者クラブ、横須賀市政記者クラブ、青森県政記者会、むつ市政記者会、高知県政記者クラブ、沖縄県政記者クラブ、名護市駐在3社、気象庁記者クラブ同時配付） 2017年7月13日春の環境講座で行われたパネルディスカッション「ここが知りたい地球温暖化の適応策」の動画を公開しました 2017年6月19日富士山頂の大気中CO2濃度データセットの公開を始めました 2017年5月16日東アジアの炭素収支の問題に決着： 東アジア陸域生態系によるCO2吸収は進んでいない —中国からの人為起源排出量のバイアス影響を新たな手法で評価— （文部科学記者会、科学記者会、神奈川県政記者クラブ、横須賀市政記者クラブ、青森県政記者会、むつ市政記者会、高知県政記者クラブ、沖縄県政記者クラブ、名護市駐在3社、筑波研究学園都市記者会、環境省記者クラブ同時配付） 2017年4月14日富士山頂での自動CO2濃度観測機器による長期間観測の成功 —富士山頂で東アジア全体が把握できるCO2濃度が観測可能と判明—(お知らせ) （筑波研究学園都市記者会、環境省記者クラブ同時配付） 全てを見る 閉じる 関連記事 2023年2月28日人工衛星が観測するクロロフィル蛍光を利用した陸域植生CO2吸収量推定特集　温室効果ガスを「見る」ための科学 【環境問題基礎知識】 2020年8月28日民間旅客機から見た大気中CO2の変動特集　マルチスケールＧＨＧ変動評価システム構築と緩和策評価 【研究ノート】 2020年5月1日家庭CO2の市町村別推計： 地域特性に応じた対策の推進に向けて特集　持続可能社会のためのまちとしくみの評価 【研究ノート】 2018年12月27日GOSAT-2が無事打ち上げられました！【行事報告】 2018年4月27日気候変動抑制の鍵は賢明な政策にあり！？（2018年度 37巻1号）特集　アジアと世界の持続性に向けて 【研究ノート】 2016年9月12日CO2回収・貯留（CCS） 環境展望台「環境技術解説」 2015年10月30日ネガティブ・エミッションの達成にむけた全球炭素管理特集　地球規模で長期の気候変動リスク 【環境問題基礎知識】 2014年4月30日ハイパースペクトルカメラの利用について【シリーズ先導研究プログラムの紹介：「先端環境計測研究プログラム」から】 2012年6月29日新しい分光リモートセンシング技術の開発【シリーズ先導研究プログラムの紹介 ： 「先端環境計測研究プログラム」 から】 2011年6月30日環境の計測を通して環境問題の理解と解決を目指して【環境計測研究センターの紹介】 2009年10月15日研究最前線 第13回 リモートセンシングを利用した絶滅危惧種の分布マップ作り 全てを見る 閉じる 関連研究報告書 2017年2月28日生物多様性研究プログラム(重点研究プログラム) 平成23～27年度国立環境研究所研究プロジェクト報告 SR-116-2016 2009年12月25日湿地生態系の時空間的不均一性と生物多様性の保全に関する研究（特別研究） 平成18〜20年度国立環境研究所特別研究報告 SR-89-2009 1999年2月28日Advanced Remote Sensing Techniques for Monitoring Complex Ecosystems:Spectral Indices,Unmixing,and Classification of Wetlands (複雑な生態系監視のための高度リモートセンシング手法−湿地のスペクトル指数、ミクセル分解、分類) 国立環境研究所研究報告 R-141-'99 1989年3月16日遠隔計測による環境動態の評価手法の開発に関する研究 昭和59〜62年度国立公害研究所特別研究報告 SR-1-'89 全てを見る 閉じる 関連研究者 野田 響 国環研について 研究所概要 組織紹介 研究者紹介 研究所基本文書 研究所マップ 所外実験施設 調達・契約 採用案内 研究所の環境配慮 政策貢献 環境情報メディア「環境展望台」 情報公開 個人情報保護 情報セキュリティ対策 遺伝資源へのアクセスと利益配分(ABS)への対応 研究倫理 研究紹介 研究分野 戦略的研究プログラム 国の計画に基づき中長期計画期間を超えて実施する事業 研究成果 データベース／ツール 研究プロジェクト等のページ 研究計画・研究評価 外部連携 受託業務 委託業務 共同研究 地環研等との共同研究 全国環境研究所交流シンポジウム 環境研究機関連絡会 知的所有権（特許等） 研究シーズ集 国環研ベンチャー 研究試料の有償分譲 国際連携・国際活動 連携大学院 社会との対話・協働 寄附金 広報活動 研究所紹介パンフレット/動画 報道発表 イベント情報 見学について 国立環境研究所一般公開 国立環境研究所公開シンポジウム 刊行物一覧 Webマガジン「国環研View」 環境問題をわかりやすく 小・中・高校生の方へ メールマガジン SNS一覧 このホームページについて ソーシャルメディアポリシー プライバシーポリシー 関連リンク © 2022 National Institute for Environmental Studies -->