著者の所属・活動拠点の国は、セルビアです。

掲載誌：Plants

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

コムギは世界の食料生産を支える重要な作物です。収量に加えて、穀粒のタンパク質含量や湿グルテン含量といった品質も、加工適性や栄養面の価値を大きく左右します。著者らは、気候変動によって干ばつなどの影響が強まっており、作物の状態を正確かつ定期的に見守る必要が高まっていると述べています。

そこで研究チームは、植物が反射する光から計算する「植生指数」に着目しました。植生指数は、葉の光合成の活発さや葉緑素・窒素の状態を反映するとされる数値です。研究では、一般的なNDVI、緑色の光を使うGNDVI、赤色と近赤外の境目付近の光（レッドエッジ）を使うNDREの3種類を扱いました。目的は、これらの指数をドローン（UAV）と、作物の近くで測る近接型マルチスペクトルセンサー（POM）で取得し、収量とタンパク質・湿グルテン含量の推定にどの程度役立つかを評価することです。あわせて、穂に芒（のぎ：穂先の針状の部分）がある品種とない品種、そして生育段階によって、その有効性がどう違うかも調べました。

何を、どのように調べたか

試験は、2022/2023年（第1作期）と2023/2024年（第2作期）の2作期に、ベオグラードのゼムン・ポリェ・トウモロコシ研究所の試験圃場で行われました。対象は18品種・系統で、内訳は芒のある9品種と芒のない9品種です。各品種を4つのブロックに1区ずつ無作為な順序で配置したため、試験区は計72区（1区5.2平方メートル）になりました。両作期とも前作はトウモロコシで、栽培管理は同じでした。

測定は、分げつ期から穀粒の登熟期までの複数の生育段階で行いました。生育段階は、作物の発育を数字で表す尺度「BBCH」で示されています。第1作期のみ、さらに後の糊熟期（BBCH 85–87）にも測定しました。

解析は段階的に進められました。まず、各生育段階の植生指数と、収量・タンパク質含量・湿グルテン含量との相関を調べました。次に、関係の強かった指数を選び、「線形混合効果モデル」と呼ばれる回帰モデルで関係を評価しました。このモデルでは、同じ品種を繰り返し測っていることを考慮するため、品種による違いを別枠の要因として扱っています。最後に、品種を1つずつ除いてモデルを作り、除いた品種の値を推定させる交差検証（LOGO）を行いました。これにより、モデル作りに使っていない品種にもモデルが通用するかを確かめています。

主な報告結果

収量と植生指数の関係が最も強かった組み合わせは、作期によって異なりました。第1作期では、芒のある品種の出穂〜開花始め（BBCH 51–61）のGNDVIで相関係数がr=0.85でした。第2作期では、芒のある品種の止葉期（BBCH 37–39）のNDREでr=0.80でした。全体として、収量との関係はドローンで得た指数のほうが強い傾向がありました。

一方、芒のない品種では、植生指数と品質との関係がより強く現れました。たとえば第2作期の近接センサーの測定では、出穂〜開花始めに、GNDVIとタンパク質含量の相関がr=0.70、NDVIとタンパク質含量がr=0.66、GNDVIと湿グルテン含量がr=0.66でした。出穂〜開花始めは、収量・品質の両方と比較的強い関係が見られた時期です。これに対し、登熟期以降（BBCH 71–87）は、植生指数と収量・品質の関係が全般に弱まりました。著者らはその理由について、葉緑素の分解や作物の成熟と関連している可能性があると推測しています。

混合効果モデルでは、収量について、植生指数だけで説明できる割合（周辺決定係数）は第1作期0.43、第2作期0.50でした。品種による違いも含めて説明できる割合（条件付き決定係数）は0.78と0.64でした。第2作期のタンパク質と湿グルテンでは、この2つの値の差が特に大きく、著者らは品種に由来するばらつきの寄与が大きいとしています。

品種を除いて行った交差検証では、収量推定の決定係数は、第1作期のGNDVIモデルで0.53（誤差の目安RMSEは1ヘクタールあたり732.09キログラム）、第2作期のNDREモデルで0.51（同971.58キログラム）でした。タンパク質含量では0.26と0.38、湿グルテン含量では0.25と0.31にとどまりました。いずれもモデル作成時の値より低くなっています。

作物そのものについても、作期による違いが報告されています。第1作期は茎の伸長期から止葉期にかけて降水が少なく、収量は第2作期より低くなりました。著者らは、この重要な時期の降水不足が収量の低さに寄与した可能性を挙げています。また、芒のある品種は両作期とも平均収量がやや高く、第1作期のタンパク質と湿グルテン含量は芒のない品種のほうが高い値でした。

この報告が示すこと

研究チームは、ドローンや近接センサーで得る植生指数が、コムギの収量と品質を評価するうえで有用な情報になりうると結論づけています。ただし、その関係は、使うセンサー、指数の種類、生育段階、芒の有無、作期によって変わり、どの条件でも最も優れた一つの測り方があるわけではない、というのが著者らの見方です。ドローンは群落全体の情報を、近接センサーはより局所的な反応をとらえると考えられ、両者は互いを補う情報を与えうるとしています。なお、2つの機器は使う光の波長の構成が異なるため、同じ指数でも数値をそのまま比べることはできないと注意しています。

また、植生指数と収量・品質の関係は品種の特徴と切り離して考えられないため、推定には品種の影響を考慮する必要があると述べています。この研究の主な貢献は、新しい指数や予測手法の開発ではなく、同じ試験条件のもとでセンサー・指数・測定時期を比較評価した点にあり、研究や育種の場でそれらを選ぶ際の探索的な手がかりになるとしています。

限界として著者らは、品種は18、試験地は1か所、期間は2作期に限られること、独立した外部データで検証していないこと、気温や降水の影響を品種や作期の影響と十分に切り分けられていないこと、回帰分析に使う指数と時期を相関の強さで選んだため選択の偏りが入りうることを挙げています。そのため結果は、調べた条件の範囲での可能性を示すものであり、どこでも通用する予測力の証拠とは見なすべきでないとしています。

原著論文の著者・所属：Irina Marina Stević（Institute of Agricultural Economics, Volgina 15, 11060 Belgrade, Serbia）、Vesna Kandić Raftery（Maize Research Institute, Zemun Polje, Slobodana Bajića 1, 11185 Belgrade, Serbia）、Marko Kostić（Faculty of Agriculture, University of Novi Sad, Trg Dositeja Obradovića 8, 21000 Novi Sad, Serbia）、Nataša Ljubičić（Biosense Institute, University of Novi Sad, Dr Zorana Đinđića 1, 21000 Novi Sad, Serbia）、Biljana Bošković（Faculty of Agriculture, University of Belgrade, Nemanjina 6, 11080 Belgrade, Serbia）、Kosta Gligorević（Faculty of Agriculture, University of Belgrade, Nemanjina 6, 11080 Belgrade, Serbia）、Miloš Pajić（Faculty of Agriculture, University of Belgrade, Nemanjina 6, 11080 Belgrade, Serbia）、Milan Dražić（Faculty of Agriculture, University of Belgrade, Nemanjina 6, 11080 Belgrade, Serbia）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Irina Marina Stević, Vesna Kandić Raftery, Marko Kostić, et al. Estimation of Grain Yield and Quality in Awned and Awnless Wheat Genotypes Using UAV and Proximal Multispectral Sensors. Plants（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-09-14. DOI: 10.3390/plants15182819. 原著ライセンス：CC BY.