令和４年度
生存圏研究所 活動報告

京都大学 生存圏研究所
Research Institute for Sustainable Humanosphere (RISH)
Kyoto University

令和 4 年度 生存圏研究所 活動報告 もくじ
１. 共同利用・共同研究拠点活動報告・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 1
1-1 ＭＵレーダー/赤道大気レーダー共同利用・共同研究専門委員会・・・・・・ 3
1-2 電波科学計算機実験（KDK）共同利用・共同研究専門委員会・・・・・・・18
1-3 マイクロ波エネルギー伝送実験装置(METLAB)共同利用・共同研究専門委員会・28
1-4 木質材料実験棟共同利用・共同研究専門委員会・・・・・・・・・・・・・46
1-5 居住圏劣化生物飼育棟/生活・森林圏シミュレーションフィールド（DOL/LSF）共同
利用・共同研究専門委員会・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・53
1-6 生存圏データベース共同利用・共同研究専門委員会 ・・・・・・・・・・・57
1-7 持続可能生存圏開拓診断(DASH)/森林バイオマス評価分析システム(FBAS)・共同利
用・共同研究専門委員会・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・62
1-8 先進素材開発解析システム(ADAM)共同利用・共同研究専門委員会 ・・・・・・・68
1-9 バイオナノマテリアル製造評価システム(CAN-DO)共同利用・共同研究専門委員会・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・75
1-10 プロジェクト型共同研究専門委員会
1-10-1 生存圏科学共同研究課題代表 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・87
1-10-2 生存圏シンポジウム実施報告 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・117
2. 生存圏未来開拓研究センター・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・182
2-1 木材科学文理融合ユニット・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・184
2-2 大気圏森林圏相互作用ユニット・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・186
2-3 先端計測技術開発ユニット・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・188
2-4 バイオマスプロダクトツリー産学共同研究ユニット・・・・・・・・・・・・190
3. その他の研究所活動
3-1 ミッション推進委員会・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 192
3-2 生存圏アジアリサーチノード・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 244
3-3 生存圏フラグシップ共同研究

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 248

3-4 ミッション専攻研究員・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 270
3-5 定例オープンセミナー・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 282
4. 国際共同研究活動報告・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 298

１. 共同利用・共同研究拠点活動報告

共同利用・共同研究拠点活動報告
橋口浩之（共同利用・共同研究拠点委員会 委員長）

１．活動の概要
生存圏研究所では、共同利用・共同研究拠点として、次の3タイプの共同利用・共同研究事業を
国内外の多様な分野の専門家と連携して継続的に実施している。1) 大型の観測・実験設備の共用を中心とした「設備利用型共同利用・共同研究」、2) 電子データベース・実体資料のアーカイブと発信を核とした「データベース利用型共同利用・共同研究」、3) 学際的、融合的、萌芽的なプ
ロジェクト研究を展開・推進する「プロジェクト型共同研究」。これらの事業を通して、年間約300の共同利用・共同研究課題を国内170以上、海外20以上の機関と実施してきた。
研究所の設立当初は設備共同利用が中心であったが、近年では大型の設備を利用しない共同研
究も活発化してきている。従来、共同利用・共同研究拠点の運営体制として、主として設備・データベースの共同利用については開放型研究推進部(推進部)が、学際融合研究などの共同研究については生存圏学際萌芽研究センター(センター)が対応してきた。センターが果たすべき研究の学際性、萌芽性を指向する方向性と、推進部で実施される共同利用の成果の活用とをうまく融合させるため、令和4年度より、推進部とセンター内の運営委員会を統合して共同利用・共同研究拠点委員会(共共拠点委員会)を設け、拠点運営を一元化して所掌することとした。また、4) 拠点活動の研究成果の公開や生存圏科学の啓発のための「生存圏シンポジウム」の公募・運営も共共拠点委員会で所掌している。
1) 設備利用型共同利用・共同研究
研究所発足前から全国共同利用を実施していた「MUレーダー」、「先端電波科学計算機実験装置（A-KDK）」、「METLAB/SPSLAB」を継続発展させるとともに、平成17年度に新たにインドネシアの「赤道大気レーダー（EAR）」、「木質材料実験棟」、鹿児島県にある「生活・森林圏シミュレ
ーションフィールド（LSF）」、「居住圏劣化生物飼育棟（DOL）」の共同利用を開始した。平成18年度には、「森林バイオマス評価分析システム（FBAS）」、平成19年度には「持続可能生存圏開拓
診断（DASH）システム」を設置し、平成20年度から共同利用を開始した。平成23年度には「先進素材開発解析システム（ADAM）」、「高度マイクロ波エネルギー伝送実験装置（A-METLAB）」、「宇宙圏電磁環境計測装置性能評価システム（PEMSEE）」の共同利用を開始した。令和3年度には「バイオナノマテリアル製造評価システム（CANｰDO）」の共同利用を開始し、合計14の大型装置・設備や施設において、毎年200課題以上の共同利用が行なわれている。
2) データベース利用型共同利用・共同研究
昭和19年以来、70年以上にわたって収集されてきた標本である材鑑データ、MUレーダーなど大気観測のレーダーデータ、GEOTAIL衛星による宇宙プラズマに関する衛星データなどの生存圏にかかわる多種多様な情報を統括して「生存圏データベース」として管理・運営している。科学技術利用目的の場合は、とくに制限を設けずにデータを公開しており、年間4億アクセス、約400TBの-1-

１. 共同利用・共同研究拠点活動報告

データがダウンロードされている。なお、本研究所は平成28年よりISC(国際学術会議)のWDS(世界科学データシステム)の正会員として認定されている。
3) プロジェクト型共同研究
生存圏ミッションを進展させるために、「生存圏科学共同研究」を公募・実施している。公募
要項・応募様式の英語化を図り、外国の研究者による応募も可能としている。令和4年度は15件の研究課題を採択した。
4) 生存圏シンポジウムの開催
生存圏研究所の設立以来、毎年多数の「生存圏シンポジウム」を公募・運営し、共同利用・共同
研究拠点活動の研究成果の公開、生存圏科学の啓発と関連コミュニティの拡大に努めてきた。令和4年度には24件をサポートし、今年度末までの累計は496回に達する。

２．共同利用・共同研究拠点委員会構成（所外委員）
村山泰啓（情報通信研究機構 NICT ナレッジハブ）
臼井英之（神戸大学 大学院システム情報学研究科）
藤野義之（東洋大学 理工学部電気電子情報工学科）
中島史郎（宇都宮大学 地域デザイン科学部）
堀澤栄 （高知工科大学）
佐野雄三（北海道大学 大学院農学研究院）
谷川東子（名古屋大学 大学院生命農学研究科）
岸本崇生（富山県立大学 工学部生物工学科）
岡久陽子（京都工芸繊維大学 繊維学系 バイオベースマテリアル学専攻）
藤本清彦（森林研究・整備機構森林総合研究所 木材加工・特性研究領域木材機械加工研究室）（所内委員）
橋口浩之 （MU レーダー／赤道大気レーダー共同利用・共同研究専門委員会 委員長）
海老原祐輔（電波科学計算機実験共同利用・共同研究専門委員会 委員長）
篠原真毅 （マイクロ波エネルギー伝送実験装置共同利用・共同研究専門委員会 委員長）
五十田博 （木質材料実験棟共同利用・共同研究専門委員会 委員長）
大村和香子（居住圏劣化生物飼育棟／生活・森林圏シミュレーションフィールド共同利用・共同
研究専門委員会 委員長）
今井友也 （生存圏データベース共同利用・共同研究専門委員会 委員長）
杉山暁史

（持続可能生存圏開拓診断／森林バイオマス評価分析システム共同利用・共同研究専門委員会 委員長）

渡邊隆司 （先進素材開発解析システム共同利用・共同研究専門委員会 委員長）
矢野浩之 （バイオナノマテリアル製造評価システム共同利用・共同研究専門委員会 委員長）
小嶋浩嗣 （プロジェクト型共同研究専門委員会 委員長）

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1-1 ＭＵレーダー/赤道大気レーダー共同利用・共同研究専門委員会

MU レーダー/赤道大気レーダー共同利用・共同研究専門委員会
委員長 橋口 浩之（京都大学生存圏研究所）
１．共同利用施設および活動の概要
１．１．概要信楽 MU 観測所は、滋賀県甲賀市信楽町の国有林に囲まれた山中に 1982 年に開設された。
観測機器の中核を担う MU レーダー（中層・超高層大気観測用大型レーダー；Middle andUpper atmosphere radar）(図 1)は、アジア域最大級の大気観測用大型レーダーであり、高度 2 km の対流圏から、高度 400 km の超高層大気(熱圏・電離圏)にいたる大気の運動、大気循環を観測する。1984 年の完成以来、共同利用に供され、広範な分野にわたる多くの成果を上げている。MU レーダーの最大の特徴は、アンテナ素子毎に取り付けた 475 台の小型半導体送受信機を個別制御することにより、1 秒間に 2500 回という高速でレーダービーム方向を変更可能であり、また、25 個のサブアレイアンテナに分割して使用可能である点である。こうした柔軟なシステム設計のため、開発後 35 年を経た今も世界で最も高機能な大型
大気レーダーの一つとして活躍を続けている。なお、MU レーダーシステムには、レーダー、計算機工学の進歩に合わせ最新のレーダー観測技術を導入しシステム拡充が行なわれている。1992 年に「実時間データ処理システム」、1996 年に「高速並列レーダー制御システム」、
2004 年に「MU レーダー観測強化システム」、2017 年に「MU レーダー高感度観測システム」が導入された。特に、観測強化システムでは、空間領域及び周波数領域の柔軟なレーダーイ
メージング観測が可能となった。2017 年 7 月 17 日に信楽 MU 観測所に落雷があり、MU レー
ダーも被害を受けた。1 ヶ月ほどで仮復旧したが、完全復旧のため国大協保険により 2018
度末に合成分配器及び分配合成制御器の一部を更新した。2021 年 8 月 23 日に再び落雷があり、MU レーダー超多チャンネルデジタル受信システムが被害を受けた。すぐに仮復旧され、完全復旧のための災害復旧予算が 2021 年度補正予算により認められた。
一方、赤道大気観測所はインドネシア共和国西スマトラ州の赤道直下に位置しており、本研究所の重要な海外拠点として、国内外の研究者との共同研究によって生存圏の科学を推進するという大きな役割を担っている。同時にインドネシアおよび周辺諸国における研究

図 1: 信楽ＭＵ観測所全景（左）と MU レーダーアンテナアレイ(中央)、MU レーダー
観測強化システムで導入された超多チャンネルデジタル受信機（右）。

-3-1-1 ＭＵレーダー/赤道大気レーダー共同利用・共同研究専門委員会

啓発の拠点として、教育・セミナーのための利用も想定される。観測機器の中核を担う赤道
大気レーダー（Equatorial Atmosphere Radar; EAR）(図 2)は 2000 年度末に完成した大型
大気観測用レーダーであり、MU レーダーと比べて最大送信出力が 1/10 であるものの、高速でビームを走査することが可能である。運営はインドネシア国立研究革新庁(BRIN)・海洋
地球科学研究機構(ORIPKM)・気候大気研究センター(PRIMA)との協力関係のもとに進められている。現在では観測装置が充実した総合的な観測所に成長している。2005 年度から
全国国際共同利用を開始した。2010～2012 年度に科学技術戦略推進費(旧 科学技術振興調
整費)「インドネシア宇宙天気研究の推進と体制構築」課題が実施されたことに伴い電離圏イレギュラリティ観測を定常的に行うようになり、現在は対流圏・下部成層圏・電離圏の切替観測を標準的に実施している。2019 年 9 月 29 日に赤道大気観測所に落雷があり、赤道大気レーダーも被害を受けた。11 月初めに仮復旧したが、完全復旧のため文部科学省に災害復旧予算を申請し、2023 年度に変復調装置を更新予定である。また、落雷の影響と思われるが、
2020 年 4 月中旬から電波を送信できなくなり、観測を中断している。新型コロナウィルス感
染拡大に伴う渡航制限の影響もあり、復旧に時間を要している。
EAR の完成から 20 周年を記念して、2021 年 9 月 20 日・21 日に、生存圏研究所と BRIN の共催により、赤道大気レーダー20 周年記念行事がオンラインで行われた。記念式典において、Laksana Tri Handoko BRIN 長官、湊長博京都大学総長らから祝辞が述べられた。その後、533 名が参加して、国際シンポジウムが開催された。
従来異なる共同利用専門委員会を組織し、課題の審査やレーダー運用等の議論を行ってきたが、国際的レーダーネットワークの連携した研究をより積極的に推進し、また委員会の効率的な運営を図るため、2012 年 6 月に両委員会を統合し、MU レーダー/赤道大気レーダ
ー全国国際共同利用専門委員会(当時)を発足した。

図 2 赤道大気レーダー
１．２．共同利用の公募
共同利用の公募は年 2 回としており、ホームページ(http://www.rish.kyoto-u.ac.jp/mu+ear/)に掲載すると共に、各種メーリングリストでも案内している。専門委員会
において、応募課題の審査や MU レーダー・EAR の運営状況について議論し、観測時間の割当て等を行う。国際的な共同研究プログラムからの観測依頼など、緊急を要する場合は、必要に応じて電子メールベースで委員に回議し、専門委員長が採否を決定する。

-4-

1-1 ＭＵレーダー/赤道大気レーダー共同利用・共同研究専門委員会

１．３．運営と予算状況
特殊観測装置である MU レーダーの運用は、製造メーカーへの業務委託により行われており、観測所の維持を含めた運営費は附属施設経費・ミッション実現加速化経費の一部が充てられている。運営費は決して充分でないため、共同利用者の希望よりも運用時間を削らざるを得ないのが実情である。また、2017 年度から信楽ＭＵ観測所への大型の持ち込み機器に対する借地料・電気料の徴収を開始した。EAR の運営は BRIN(旧 LAPAN)との MOU に基づき共同で行なっており、例えば現地オペレータには BRIN 職員が就いている。その他の運営費は日本側の負担であるが、EAR の運営費も決して充分ではないため、時々の競争的資金を活用している。

２．共同利用研究の成果○MU レーダーによるイメージング(映像)観測
2004 年に「MU レーダー観測強化システム」が導入され、レーダーイメージングにより、分解能が飛躍的に向上した観測が可能となっている。レンジイメージングと小型無人航空機、レイリーライダー、ラジオゾンデ等を併用した観測キャンペーンにより、乱流の動態が明らかになりつつある(Luce・Kantha・橋口・矢吹他)。電離圏イレギュラリティのイメージ
ング観測も実施されている(Chen 他)。MU レーダーで開発されたイメージング観測技術を赤道大気レーダーに応用する試みも行われている(Luce・Wilson・Chen・橋口他)。
○MU レーダーによる中間圏・電離圏観測
東京大学・木曽観測所シュミット望遠鏡と超高感度超広視野 CMOS カメラ Tomo-e Gozen を組み合わせた世界初のレーダーとシュミット望遠鏡による流星の同時観測などを実施し、流星ヘッドエコー観測による軌道決定など、その実態解明が進められている(阿部・Kero・
中村・堤他)。MU レーダーIS 観測との比較により、国土地理院の 2 周波 GNSS 観測網(GEONET)を用いた電離圏 3 次元トモグラフィーシステムの開発が進められている(斎藤・山本)。
〇国際大型大気レーダーネットワーク同時観測
南極大型大気レーダー(PANSY)の観測開始によりこれまで大型レーダーの空白地帯であった南極域における観測拠点の設置が完了し、全地球的な大型大気レーダーネットワークが構築された。国際共同による対流圏・成層圏・中間圏の世界同時精密観測を実施し、全球高解像度モデルによる実大気シミュレーションを行って、赤道と極の結合過程、両半球の結合過程等、グローバルな大気結合過程に関する研究が行われている(佐藤(薫)・堤他)。
○熱帯性降雨に関する研究
赤道域では、強い日射と豊富な水蒸気量に伴い降水活動が活発なため、降雨に関する研究が数多く行なわれている。EAR・X 帯気象レーダー・地上降雨の長期データ解析による対流システムの階層構造の研究(柴垣他)、EAR・境界層レーダー・ディスドロメータによる降雨-5-

1-1 ＭＵレーダー/赤道大気レーダー共同利用・共同研究専門委員会

粒径分布の研究(Marzuki・橋口・下舞・Findy 他)、X 帯気象レーダーを用いた衛星回線降雨減衰統計に関する研究(前川他)などが行われている。
○赤道下層・中層大気の観測
高機能ライダーにより対流圏から成層圏にかけてのエアロゾル層や巻雲が連続観測され、EAR との比較研究が行われている(阿保他)。レイリーライダーによる成層圏～中間圏及びラマンライダーによる対流圏上部～成層圏の気温分布や、中間圏上部に存在する金属原子層の観測が行われ、赤道域における貴重なデータを提供している。対流圏界面領域のオゾン分
布の高分解能観測も行われている(長澤・阿保・柴田他)。
○電離圏イレギュラリティの研究
磁気赤道を中心として低緯度電離圏にはプラズマバブルと呼ばれる強い電離圏イレギュ
ラリティ(FAI)が発生し、衛星・地上間の通信に大きな悪影響を与える。EAR・大気光イメー
ジャ・ファブリペロー干渉計・GPS 受信機・VHF レーダー・イオノゾンデやモデルを駆使した研究が展開中である(山本(衛)・横山・大塚・塩川・津川・西岡・Hozumi 他）。また、衛星航法のためのプラズマバブル監視手法の研究も行われている(斉藤(享)他)。

３．共同利用状況
表 1 及び図 3 に示すとおり、2012 年の統合後、共同利用件数は 80～100 件程度で推移しており、今後も活発な共同利用研究が行われると期待される。また国際共同利用を実施しており、特に EAR 関連課題は約 3 割が国際共同利用課題である。図 4, 5 にそれぞれ MU レー
ダー、赤道大気レーダーの観測時間の年次推移を示す。2007 年度からは毎年度にシンポジウムを開催しており、本年度は 9 月 5～6 日に MU レーダー・赤道大気レーダーシンポジウ
ムをオンライン開催した。なお、観測データのうち標準観測については観測後直ちに、その他の観測については 1 年を経過したデータを「生存圏データベース共同利用」の一環として共同利用に供している。
表 1 MUR/EAR 共同利用状況（過去 10 年間）
年度（平成/令和）

25

26

27

28

29

30

31/R1

2

3

4

採択課題数*

93 (31)88(40)

86(35)

95(39)

93(45)

85(38）

85(34)

82(37)

77(34)

84(34)

共同利用者数
**

527

471

450

504

482

451

431

407

356

402

学内 230

学内 197

学内 171

学内 210

学内 192

学内 156

学内 161

学内 146

学内 126

学内 160

学外 297

学外 274

学外 279

学外 294

学外 290

学外 295

学外 270

学外 261

学外 230

学外 242***-6-( )内数字は国際共同利用課題数
研究代表者および研究協力者の延べ人数

1-1 ＭＵレーダー/赤道大気レーダー共同利用・共同研究専門委員会

図 3. MU レーダー及び赤道大気レーダーの共同利用課題数の年次推移

図 4. MU レーダー共同利用の観測時間の年次推移

４．専門委員会の構成及び開催状況（2022 年度）
2022 年 5 月 12 日、11 月 9 日に MU レーダー/赤道大気レーダー共同利用・共同研究専門委員会をオンライン開催し、申請課題の選考などを行った。
委員会の構成：橋口浩之(委員長)、山本衛、Hubert Luce、高橋けんし、横山竜宏、西村耕司、杉山暁史、矢吹正教(以上、京大 RISH)、齊藤昭則(京大理)、佐藤薫(東大理)、阿保真(都立大)、廣岡俊彦(九大理)、高橋幸弘(北大理)、村山泰啓(NICT)、森修一(JAMSTEC)、大塚雄一(名大 ISEE)、下舞豊志(島根大)、江尻省(国立極地研)、齋藤享(電子航法研)国際委員(アドバイザー) A.K. Patra (インド NARL)、Robert D. Palmer (米オクラホマ大)、Halimurrahman Mukri (インドネシア BRIN)-7-

1-1 ＭＵレーダー/赤道大気レーダー共同利用・共同研究専門委員会

図 5. 赤道大気レーダー長期連続観測の実績 (濃色部分: 電離圏観測を同時実施)

５．特記事項MU レーダーは「世界初のアクティブ・フェーズド・アレイ方式の大気レーダー」として、
IEEE マイルストーンに認定された。これは、電気・電子・情報分野の世界最大の学会である IEEE が、電気・電子技術やその関連分野における歴史的偉業に対して認定する賞で、2015
年 5 月に贈呈式・除幕式等が行われた。また、2017 年に電子情報通信学会が創立 100 周年を記念して新たに創設した電子情報通信学会マイルストーンにも選定された。これは、社会や生活、産業、科学技術の発展に大きな影響を与えた研究開発の偉業を選定し、電子情報通信の研究開発の歴史と意義を振り返ると共に、次の 100 年に向けて更なる革新を起こす次代の研究者や技術者にその創出過程を伝えることを目的としている。さらに、電気学会が社会の発展に貢献し、歴史的に記念される「モノ・場所・こと・人」を顕彰するために創立 120
周年の 2008 年に創設した「でんきの礎」にも選定され、2018 年 3 月 15 日に電気学会全国大会において授与された。
EAR は MU レーダーに比べて送信出力が 1/10 であり、中間圏や電離圏の IS 観測を行うには感度が不足している。また、受信チャンネルは 1 個のみであるため、空間領域イメージン
グ観測ができないなど、機能面でも MU レーダーに劣っている。下層大気で発生した大気波
動が上方へ伝搬し、上層大気の運動を変化させる様子など、大気の構造・運動の解明をより一層進めるため、MU レーダーと同等の感度・機能を有する「赤道ＭＵレーダー(EMU)」の新設を概算要求している。日本学術会議の学術の大型施設計画・大規模研究計画に関するマス
タープラン「学術大型研究計画」(マスタープラン 2014・2017・2020)の重点大型研究計画の 1 つに EMU を主要設備の一つとする「太陽地球系結合過程の研究基盤形成」が選定された。若干内容を見直し、2023 年夏頃に策定予定の「未来の学術振興構想」に提案を行った。

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1-1 ＭＵレーダー/赤道大気レーダー共同利用・共同研究専門委員会

論文・発表リスト
・修士論文
王元, Development of Low Altitude Observation Technology by Bistatic Radar (バイスタティックレー
ダーによる低高度域観測技術の開発), 令和 4 年度京都大学情報学研究科通信情報システム
専攻修士論文.
・学士論文
北村一真, 衛星 AIS 観測のためのニューラルネットワークによるブラインド信号源分離, 令和 4 年度京都大学工学部電気電子工学科学士論文.
鷲見大周, 気温推定精度向上のためのラマンライダー解析手法に関する研究, 令和 4 年度京都大学工学部電気電子工学科学士論文.
采山裕紀, 信楽イオノゾンデ観測を用いた機械学習によるスポラディック E 層の自動検出と統計解
析, 令和 4 年度京都大学工学部電気電子工学科学士論文.
野崎太成, イオノゾンデ同化 GNSS 電離圏 3 次元トモグラフィ解析の改良と事例解析, 令和 4 年度京都大学工学部電気電子工学科学士論文.
東村敢, MU レーダーを用いた小型人工衛星の観測に関する研究, 令和 4 年度京都大学工学部
電気電子工学科学士論文.
森田早紀, 令和 4 年度名古屋大学工学部電気電子情報工学科学士論文.
・学術論文誌
Lestari, S., A. King, C. Vincent, A. Protat, D. Karoly, and S. Mori, Variability of Jakarta rain-ratecharacteristics associated with the Madden-Julian oscillation and topography, Mon. Wea. Rev., 150,
1953-1975, doi:10.1175/MWR-D-21-0112.1, 2022.
Lestari, S., A. Protat, V. Louf, A. King, C. Vincent, and S. Mori, Sub-daily rain rate properties inwestern Java analysed using C-band Doppler radar, J. Appl. Meteor. Climat., 61, 1199-1219,
doi:10.1175/JAMC-D-21-0041.1, 2022.
Lestari, S., E. G. A. Sapan, R. Sulistyowati, H. A. Belgaman, F. Meliani, Winarno, R. I. Hapsari, I. F.
Cahyaningtiyas, T. A. Pianto, H. I. Akbar, Nurdiansyah, E. Avianti, A. Eugenie, T. Grace, R.
Amaliyah, M. Djoharin, S. Mori, and F. Syamsudin, Characteristic of rain rate associated withfloods during the 2021 rainy season around Jakarta and Bekasi River, IOP Conf. Ser.: Earth Environ.
Sci. 1109 012010, doi:10.1088/1755-1315/1109/1/012010, 2022.
Konduru, R. T., J. Matsumoto, S. Yokoi, and S.Mori, Climatological characteristics of nocturnal
eastward-propagating diurnal precipitation peak over South India during summer monsoon: Role ofmonsoon low-level circulation and gravity waves, Meteor. Appl., doi: 10.1002/met.2106, 2022.
Matsushima, R., K. Hosokawa, J. Sakai, Y. Otsuka, M. K. Ejiri, M. Nishioka and T. Tsugawa,
Propagation characteristics of sporadic E and medium-scale traveling ionospheric disturbances(MSTIDs): Statistics using HF Doppler and GPS-TEC data in Japan, Earth Planets Space 74, 60,
doi:10.1186/s40623-022-01616-3, 2022.
Acharaporn Bumrungkit, Pornchai Supnithi, Susumu Saito, and Lin Min Min Myint, A study ofequatorial plasma bubble structure using VHF radar and GNSS scintillations over the low‐latitude
regions, GPS Solutions, 26:148, doi:10.1007/s10291-022-01321-4, 2022.

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1-1 ＭＵレーダー/赤道大気レーダー共同利用・共同研究専門委員会

Slamet Supriadi, Hasanuddin Zainal Abidin, Dudy Darmawan Wijaya, Prayitno Abadi, Susumu Saito
and Dwiko Unggul Prabowo, Construction of nominal ionospheric gradient using satellite pairbased on GNSSCORS observation in Indonesia, Earth Planets Space, 74:71, doi:10.1186/s40623022-01633-2, 2022.
Susumu Saito, Ionospheric disturbances observed over Japan following the eruption of Hunga TongaHunga Ha’apai on 15 January 2022, Earth Planets Space, 74:57, doi:10.1186/s40623-022-01619-0,
2022.
Yokoyama, T., R. Takagi, and M. Yamamoto, Solar and geomagnetic activity dependence of 150-km
echoes observed by the Equatorial Atmosphere Radar in Indonesia, Earth, Planets and Space, 74,
113, doi:10.1186/s40623-022-01675-6, 2022.
Fu, W., T. Yokoyama, N. Ssessanga, M. Yamamoto, and P. Liu, On using a double-thin-shell approachand TEC perturbation component to sound night-time mid-latitude E-F coupling, Earth, Planets andSpace, 74, 83, doi:10.1186/s40623-022-01639-w, 2022.
Liu, P., T. Yokoyama, W. Fu, and M. Yamamoto, Statistical analysis of medium-scale travelingionospheric disturbances over Japan based on deep learning instance segmentation, Space Weather,20, e2022SW003151, doi:10.1029/2022SW003151, 2022.
G. Soares, Y. Yamazaki, A. Morschhauser, J. Matzka, K.J. Pinheiro, C. Stolle, P. Alken, A. Yoshikawa,
K. Hozumi, A. Kulkarni, and P. Supnithi, Using Principal Component Analysis of Satellite and
Ground Magnetic Data to Model the Equatorial Electrojet and Derive Its Tidal Composition, JGR.
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田村亮祐・西村耕司・橋口浩之, レーダー干渉計インバージョンによる風速推定手法におけるシミュレーション検証, 2021 年度 RISH 電波科学計算機実験(KDK)シンポジウム, オンライン, 2022
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ター抑圧システムの開発, 日本気象学会 2022 年度春季大会, オンライン, 2022 年 5 月 17-20
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橋口浩之・松田知也, 対流圏ウィンドプロファイラの開発と気象観測での実用化, 日本気象学会
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橋口浩之・矢吹諒・西村耕司, MU レーダー外付け受信専用アンテナを用いたアダプティブクラッ
ター抑圧システムの開発, 日本地球惑星科学連合 2022 年大会, 幕張・オンライン, 2022 年 5 月
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田村亮祐・西村耕司・橋口浩之, レーダー干渉計インバージョンによる３次元風速場推定手法の開発, 日本地球惑星科学連合 2022 年大会, 幕張・オンライン, 2022 年 5 月 22-6 月 3 日.
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難波秀年・下舞豊志, 島根県と広島県における MP レーダと AMeDAS との比較, 第 16 回 MU レーダー・赤道大気レーダーシンポジウム, オンライン, 2022 年 9 月 5-6 日.
中陽・村田文絵・佐々浩司・藤井虎太朗, 2022 年 7 月 5 日に高知県で発生した線状降水帯の X
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岡崎恵・竹見哲也・阿波田康裕・大石哲, ふた山形状の雨滴粒径分布の観測事例解析, 第 16 回
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重尚一, 層状性降水雲中の固体降水粒子観測計画, 第 16 回 MU レーダー・赤道大気レーダー
シンポジウム, オンライン, 2022 年 9 月 5-6 日.
橋本大志・森修一・虫明一彦, 航空交通管制用信号を用いた二次レーダーシステムによるパッシ
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草野友輝・下舞豊志, 波状雲撮影のための全天カメラの製作と初期観測, 第 16 回 MU レーダー・
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第 16 回 MU レーダー・赤道大気レーダーシンポジウム, オンライン, 2022 年 9 月 5-6 日.
新堀淳樹・田中良昌・阿部修司・今城峻・上野悟・能勢正仁, IUGONET プロジェクトの活動と最近の成果について, 第 16 回 MU レーダー・赤道大気レーダーシンポジウム, オンライン, 2022 年
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柴田泰邦・阿保真, インドネシアにおける煙霧のライダー観測計画, 第 16 回 MU レーダー・赤道
大気レーダーシンポジウム, オンライン, 2022 年 9 月 5-6 日.
山中大学・荻野慎也, 海陸風起源双方向重力波による赤道成層圏 QBO 頑健化: 問題点と観測的確認方法, 第 16 回 MU レーダー・赤道大気レーダーシンポジウム, オンライン, 2022 年 9 月
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横山竜宏・高木理絵子・山本衛, 赤道大気レーダーで観測された 150km エコーの太陽・地磁気活
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斎藤享・吉原貴之・高橋透, 2022 年 1 月 15 日に日本上空で観測された電離圏擾乱の特性について, 第 16 回 MU レーダー・赤道大気レーダーシンポジウム, オンライン, 2022 年 9 月 5-6 日.
橋口浩之・矢吹諒・木村侑希大・西村耕司, 外付け受信専用アンテナを用いたアダプティブクラッ
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2022 年 9 月 5-6 日.
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2022 年 9 月 5-6 日.
松田知也・西村耕司・橋口浩之, MU レーダーを用いた DDMA-MIMO 観測実験 －月面エコーを用いたビーム幅の検証－, 第 16 回 MU レーダー・赤道大気レーダーシンポジウム, オンライン,
2022 年 9 月 5-6 日.
Kazuo Shiokawa, Yuka Yamamoto, Takumi Adachi, Kouki Kawai, Kohki Nakamura, Jie Liu, Liwei
Chen, Yuto Kato, Takuma Tsuboi, Masaki Sato, Kazuki Nomura, Yoshizumi Miyoshi, Yasunobu
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2022.
Pavan Chaitanya, P., A. K. Patra, Y. Otsuka, T. Yokoyama, and M. Yamamoto, Ionospheric vertical
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Symposium on Equatorial Aeronomy (ISEA-16), Kyoto/Hybrid, September 12-16, 2022.
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S. Tulasi Ram, K.K. Ajith, T. Yokoyama, M. Yamamoto, and K. Hozumi, Early development of shorter(3m) scale irregularities in the topside region of an Equatorial Plasma Bubble, 16th International
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N. Wichaipanich and K. Hozumi, Statistical analysis of FoE and FoEs over Southeast Asia, PMU-B
Frontier Research and ASEAN-IVO Seminar, Online, September 29, 2022.
P. Thammavongsy and K. Hozumi, Spread F statistics and deep learning prediction, PMU-B Frontier
Research and ASEAN-IVO Seminar, Online, September 29, 2022.
T. Thanakulketsarat and K. Hozumi, EPB characterization and classification using Support Vector
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Swati Sinha, H. Hashiguchi, and Kushal Tuckley, Early Warning of Macroclimatic Changes by Data
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K. Hozumi, P. Supnithi, N. Tongkasem, K. Seechai, S. Sophan, P. Jamjareegulgarn, Y. Otsuka, S. Saito,
M. Nishioka, T. Tsugawa, and M. Yamamoto, Equatorial plasma bubbles observed over longitude
100ºE sector after Hunga Tonga-Hunga Ha'apai eruption on January 15, 2022, 第 152 回地球電磁気・地球惑星圏学会講演会, 相模原, 2022 年 11 月 4-7 日.
T. Iyemori, T. Aoyama, V. Pangsapa, T. Jarupongsakul, Y. Sano, Y. Odagi, Y. Tanaka, S. Taguchi, A.
Saito, and K. Hozumi, Global enhancement of magnetic ripples after the 2022 Hunga Tonga Hunga
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S. Sato, H. Nakata, K. Hozumi, S. Saito, and H. Ohya, Calculation of attenuation of HF radio waves
in the simulator for HF-START project, 第 152 回地球電磁気・地球惑星圏学会講演会, 相模原,
2022 年 11 月 4-7 日.
Y. Otsuka, K. Shiokawa, K. Hozumi, M. Nishioka, T. Tsugawa, S. Saito, P. Supnithi, P.
Jamjareegulgarn, and M. Yamamoto, VHF radar observation of downward moving field-aligned
irregularities in the F region over Chumphon, Thailand, 第 152 回地球電磁気・地球惑星圏学会
講演会, 相模原, 2022 年 11 月 4-7 日.
Hiroyuki Hashiguchi, A Review on Equatorial Atmosphere Radar (EAR) Observations - Turbulent
layer and ozone vertical distribution in tropical tropopause layer (TTL) based on Strateole-2 precampaign -, Invited talk,2nd INternational Conference on Radioscience, Equatorial Atmospheric

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Kazuo Shiokawa and Yuichi Otsuka, Recent results of the airglow measurements by the Optical
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2022.
・プロシーディング等
Idahwati Sarudin, Nurul Shazan Abdul Hamida, Mardina Abdullah, Fatin Nur Syakirah Mohd Rusli,
Yuichi Otsuka, Kazuo Shiokawa, Clara Yatini, Siramas Komonjinda, and Ekkarach Somboon,
Variations of Zonal Wind Velocity in the Thermosphere Observed at Southeast Asian Sector During
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and Active

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・受賞
橋口浩之・三菱電機株式会社 通信機製作所 インフラ情報システム部 (代表 松田知也), 対流
圏ウィンドプロファイラの開発と気象観測での実用化に関わる功績,日本気象学会岸保・立平賞(2022 年 5 月 19 日).
傅維正 (京都大学：第 2 分野), Study of nighttime midlatitude E-F coupling in geomagnetic
conjugate regions using multi-source data (R005-24), 地球電磁気・地球惑星圏学会 学生発表
賞（オーロラメダル）.
Hozumi Kornyanat, KAMIDE Lecture Award, AOGS 2023

- 17 -

1-2 電波科学計算機実験（KDK）共同利用・共同研究専門委員会

電波科学計算機実験（KDK）共同利用・共同研究専門委員会
委員長 海老原 祐輔（京都大学生存圏研究所）
１．共同利用施設および活動の概要
電波科学計算実験装置（KDK）は宇宙プラズマ、超高層・中層大気中の波動現象および宇宙電磁環境などの計算機実験による研究を推進させるために導入された計算機システムである。KDK は京都大学学術情報メディアセンターに設置されており、Cray 製 XC40（297 ノード）、同 CS400 2820XT（12 ノード）
、同 CS400 4840X（1.5 ノード）、補助記憶装置（約 1.9PB）を提供している。最大 12,648 の超並列計算が可能で、システム全体の理論総ピーク性
能は 584.78 TFLOPS に達する。また、生存圏研究所内に設置した解析用ワークステーショ
ンと実効容量約 600 TB の補助記憶装置も利用できる。ユーザーのニーズに即した柔軟なシステム運用によって各種の数値計算を効率良く実行する環境を提供し、従来の小規模な計算機実験では得がたい生存圏科学に関する新しい知見の獲得に貢献している。

システム A

ストレージ

システム Bシステム C

図 1： 電波科学計算実験装置(KDK)の概略図。学術情報メディアセンターと共同調達している。総理論演算性能は 584.78 TFLOPS である。

２．共同利用状況
2022 年度は 30 件の共同研究課題を採択した（表 1）。主システム（システム A）の稼働状
況を図 2 に示す。月あたりの利用時間（総 CPU 時間）は 160 億秒から 270 億秒、実行したジョブ数は概ね 800 から 2100 の間を推移し、効率良く利用されていることがわかる。各システムの利用状況を随時モニターし、ほぼ毎月開催している運用定例会で利用状況を確認している。資源を有効活用するため、必要に応じてユーザーに助言を行っている。システ
ム更新のため、2022 年 7 月 28 日に運用を停止した。新システムは 2023 年度中に稼働開始の予定である。

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1-2 電波科学計算機実験（KDK）共同利用・共同研究専門委員会

図 2： 主システム(システム A)の利用状況。棒グラフは月あたりの利用時間を、折れ線グ
ラフは月あたりの投入ジョブの本数を示す。システム更新のため、運用を停止した 2022
年 7 月 28 日以降のデータはない。

表１ 共同利用研究課題採択および共同利用者数（過去 10 年間）
年度
(平成/
令和)
採択
課題数
*
共同利
用者数
**

25

26

27

28

29

30

31/R1

2

3

4

25 (1)

27(0)

30(0)

30(0)

28(0)

32(0)

32(0)

31(0)

31(0)

30(0)

60

67

71

78

76

83

83

94

91

105

学内 23
学外 37

学内 24
学外 43

学内 25
学外 46

学内 29
学外 49

学内 32
学外 44

学内 25
学外 58

学内 25
学外 58

学内 30
学外 64

学内 17
学外 74

学内 23
学外 82

*

( )内数字は国際共同利用課題数**

研究代表者および研究協力者の延べ人数

３．専門委員会の構成及び開催状況（2022 年度）
3-1 専門委員会の構成
海老原祐輔(委員長、京大生存研)、臼井英之(神戸大)、梅田隆行(名大 ISEE)、天野孝伸(東大)、加藤 雄人(東北大)、蔡東生（筑波大）、篠原育(JAXA)、清水徹(愛媛大)、橋本久美子（吉備国際大）、三好勉信（九大）、村田健史(NICT)、八木谷聡(金沢大)、小山田耕二(京大- 19 -

1-2 電波科学計算機実験（KDK）共同利用・共同研究専門委員会

学術情報メディアセンター)、松尾哲司(京大工)、大村善治(京大生存研)、小嶋浩嗣(京大生存研)、橋口浩之(京大生存研)、山本衛(京大生存研)
3-2 専門委員会の開催状況

2022 年度専門委員会を 2023 年 3 月 13 日 9 時 20 分～10 時 20 分にオンラインで開催
し、2023 年度電波科学計算機実験装置利用申請課題を審査する予定。
４．共同利用研究課題
2022 年度採択課題は以下のとおりである。
1

プラズモイド型乱流磁気リコネクションの磁気流体シミュ

銭谷 誠司

神戸大学

片岡 龍峰

国立極地研究所

レーション研究
2

REPPU シミュレーションを用いた高エネルギー電子降下
現象の研究

3

サブストームトリガー機構のトポロジー構造

田中 高史

九州大学

4

イオンサイクロトロン波動及び斜め伝搬ホイッスラーモー

謝 怡凱

京都大学

ド波動粒子相互作用のテスト粒子シミュレーション
5

地球磁気圏における磁気リコネクションの磁気流体的研究

近藤 光志

愛媛大学

6

宇宙飛翔体・構造物において電位測定を行うセンサープロ

深澤 伊吹

京都大学

鷹尾 祥典

横浜国立大学ーブの特性に関する計算機シミュレーション
7

磁気ノズルスラスタにおけるエネルギー輸送と中性粒子が推進性能に与える影響の解析

8

レーダーインバージョンによる大気擾乱精測技術の開発

橋口 浩之

京都大学

9

太陽風磁気流体乱流の数値シミュレーション

成行 泰裕

富山大学

10

太陽条件および惑星固有磁場が太古火星の電離大気散逸に

坂田 遼弥

東京大学

横山 竜宏

京都大学

天野 孝伸

東京大学

堺 正太朗

東北大学

与える影響の研究
11

高精細プラズマバブルモデルと全球大気圏電離圏モデルの融合

12

無衝突プラズマ中の運動論的不安定性に伴う粒子の加熱・
加速の研究

13

地球型惑星大気流出機構に関する研究：共回転電場及びEUV 放射照度による比較

14

宇宙プラズマ中の高エネルギー荷電粒子の消失過程

田所 裕康

駿河台大学

15

品質工学を用いた木造建築物の地震応答解析手法の開発

中川 貴文

京都大学

16

自発的高速磁気再結合過程の三次元不安定性の数値的研究

清水 徹

愛媛大学

17

小型天体・宇宙プラズマ相互作用過程の大規模粒子シミュ

三宅 洋平

神戸大学

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1-2 電波科学計算機実験（KDK）共同利用・共同研究専門委員会

レーション
18

非線形イオンプラズマ不安定性による低温イオン加熱のシ

小路 真史

名古屋大学

西山 和孝

宇宙航空研究開

ミュレーション
19

粒子法を用いたプラズマ推進機の運動論的シミュレーショ
ン

発機構

20

ピックアップイオンの加速機構の研究

坪内 健

電気通信大学21

小天体近傍のイオン環境計算機実験

臼井 英之

神戸大学

22

磁気嵐・サブストーム時の電磁エネルギー生成・伝送メカ

菊池 崇

名古屋大学

加藤 雄人

東北大学

大村 善治

京都大学

ニズムの研究23

電子ハイブリッドコードによるホイッスラーモード・コー
ラス放射励起過程での波動粒子相互作用の計算機実験

24

地球ダイポール磁場中の非線形波動粒子相互作用の計算機
実験

25

極冠分岐現象の磁気圏磁場トポロジーによる解釈

渡辺 正和

九州大学

26

磁気嵐・サブストームに伴う磁気圏高エネルギー荷電粒子

海老原 祐輔

京都大学

変動の研究
27

太陽ジェットの 3 次元 MHD シミュレーション

西田 圭佑

京都大学

28

電気推進機放出プラズマ環境中の宇宙機周辺電位構造解析

村中 崇信

中京大学

29

水星磁気圏の 3 次元大域的完全電磁粒子シミュレーショ

蔡 東生

筑波大学

山本 直嗣

九州大学

ン：モンテカルロ衝突をいれた粒子モデル
30

非定常磁気ノズルからのプラズマ離脱過程の検証

５． 共同利用研究の成果
5-1. 学術論文（18 編）
1. Ebihara, Y., T. Tanaka, Generation of field-aligned currents during substorm
expansion: An update, Journal of Geophysical Research: Space Physics, 128,e2022JA031011, doi:10.1029/2022JA031011, 2023.
2. Emoto, K., K. Takahashi, Y. Takao, Density profile transition and high-energy electrontransport in a magnetically expanding radio frequency plasma: Physics of Plasmas, 30,
013509, doi:10.1063/5.0126901, 2023.
3. Fujiwara, Y., Nogi, T., and Omura, Y., Nonlinear triggering process of whistler‑modeemissions in a homogeneous magnetic field, Earth, Planets and Space 74, 95, doi:
10.1186/s40623-022-01646-x, 2022.
4. Fujiwara, Y., Omura, Y., & Nogi, T., Triggering of whistler-mode rising and falling
tone emissions in a homogeneous magnetic field. Journal of Geophysical Research:
Space Physics, 128, e2022JA030967, doi:10.1029/2022JA030967, 2023.
5. Kikuchi, T., T. Araki, K. K. Hashimoto, Y. Ebihara, T. Tanaka, Y. Nishimura, G.
Vichare, A. K. Sinha, J. Chum, K. Hosokawa, I. Tomizawa, Y. Tanaka, A. Kadokura,
Instantaneous achievement of the Hall and Pedersen-Cowling current circuits in- 21 -

1-2 電波科学計算機実験（KDK）共同利用・共同研究専門委員会

northern and southern hemispheres during the geomagnetic sudden commencement on
12 May 2021, Front. Astron. Space Sci. 9:879314. doi: 10.3389/fspas.2022.879314,
2022.
6. Kikuchi, T.; Hashimoto, K.K.; Tanaka, T.; Nishimura, Y.; Nagatsuma, T., Middle
Latitude Geomagnetic Disturbances Caused by Hall and Pedersen Current Circuits
Driven by Prompt Penetration Electric Fields. Atmosphere 2022, 13, 580. doi:
10.3390/atmos13040580, 2022 (INVITED)
7. Kitahara, M., Matsuda, S., Katoh, Y., Kojima, H., Kasahara, Y., Miyoshi, Y.,Nakamura,S., and Hikishima, M.. A calibration method of short-time waveform signals passed
through linear time-invariant systems: 1. Methodology and simple examples. Radio
Science, 57, e2022RS007454, doi: 10.1029/2022RS007454, 2022.
8. Liu, Y., & Omura, Y., Nonlinear wave growth of whistler-mode hiss emissions in a
uniform magnetic field. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 127,
e2022JA030428, doi:10.1029/2022JA030428, 2022.
9. Nakamura, T. K. M., W.-L. Teh, S. Zenitani, T. Umeda, M. Oka, H. Hasegawa, A.
Veronig, and R. Nakamura, Spatial and time scaling of coalescing multiple magnetic
islands, Physics of Plasmas, in press, 2023
10. Nakazono, J., and Y. Miyake. Unconventional Surface Charging within Deep Cavities
on Airless Planetary Bodies: Particle-in-Cell Plasma Simulations. Journal ofGeophysical Research: Planets, 128, e2022JE007589. doi: 10.1029/2022JE007589, inpress, 2023.
11. Nitta, S., and Kondoh, K., Effects of magnetic shear and thermodynamic asymmetry
on spontaneous MHD magnetic reconnection, The Astrophysical Journal, 936 125,
doi:10.3847/1538-4357/ac729f, 2022
12. Nogi, T., & Omura, Y., Nonlinear signatures of VLF-triggered emissions: A simulation
study. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 127 (1), e2021JA029826,
doi:10.1029/2021JA029826, 2022.
13. Tanaka, T., M. Watanabe, Y. Ebihara, S. Fujita, N. Nishitani and R. Kataoka, Unified
theory of the arc auroras: formation mechanism of the arc auroras conforming generalprinciples of convection and FAC generation, Journal of Geophysical Research: Space
Physics, 127, e2022JA030403, doi:10.1029/2022JA030403, 2022.
14. Tanaka, T., Y. Ebihara, M. Watanabe, S. Fujita, N. Nishitani and R. Kataoka,
Interpretation of the theta aurora based on the null-separator structure, Journal ofGeophysicalResearch:Space
Physics,
127,
e2022JA030332,
doi:10.1029/2022JA030332, 2022.
15. Tobita, M., and Omura, Y., Scattering of energetic electrons through nonlinear
cyclotron resonance with coherent whistler-mode hiss emissions, Phys. Plasmas 29,112901, doi:10.1063/5.0106004, 2022.
16. Yamashita, Y., Tsukizaki, R., and Nishiyama, K., Effect of ion beam extraction on
neutral density distribution inside a gridded microwave discharge ion thruster. Vacuum
200, 110962, doi:10.1016/j.vacuum.2022.110962, 2022.
17. Yamashita, Y., Tsukizaki, R., and Nishiyama, K., Importance of stepwise ionizationfrom the metastable state in electron cyclotron resonance ion thrusters., Journal of
Electric Propulsion 1, no. 1 (2022): 2, doi:10.1007/s44205-022-00002-1
18. Zenitani, S., S. Nakano, Loading a relativistic Kappa distribution in particle
simulations, Physics of Plasmas, 29, 113904, doi:10.1063/5.0117628, 2022

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1-2 電波科学計算機実験（KDK）共同利用・共同研究専門委員会

5-2. 学会発表(58 件)
1. 海老原祐輔, 田中高史, Region 1 field-aligned current and energy transfer from solar
wind to polar ionosphere, 第 152 回地球電磁気・地球惑星圏学会, 相模原, 2022 年
11 月.
2. Ebihara, Y., Generation mechanism of Region 1 field-aligned current, Association ofAsia Pacific Physical Societies-Division of Plasma Physics (AAPPS-DPP), online,
October 2022. (plenary talk)3. Ebihara, Y., Mutual coupling between magnetosphere and low-latitude ionosphere
during magnetic storms and substorms, 16th International Symposium on Equatorial
Aeronomy (ISEA), Uji, Japan, September 2022. (keynote lecture)
4. Ebihara, Y., Generation mechanism of Region 1 field-aligned current, The 15th
Asia-Pacific Physics Conference (APPC), online, August 2022. (invited talk)5. Ebihara, Y., Magnetosphere-ionosphere coupling and consequent disturbances: A tributeto Dr. Yohsuke Kamide, Asia Oceania Geosciences Society (AOGS), online, August2022. (distinguished lecture)
6. Ebihara, Y., and T. Tanaka, Generation region of Region 1 field-aligned current, Japan
Geoscience Union (JpGU) Meeting 2022, online, May 2022.
7. 江本一磨, 高橋和貴, 鷹尾祥典, 磁気ノズル型推進機における密度構造形成の運動論的解析, 第 25 回若手科学者によるプラズマ研究会, 那珂, 2023 年 3 月.
8. 江本一磨, 高橋和貴, 鷹尾祥典, 無電極推進機内部のエネルギー分布関数と温度構造に関する数値解析, 令和 4 年度 宇宙輸送シンポジウム, 相模原, 2023 年 1 月.
9. 江本一磨, 高橋和貴, 鷹尾祥典, プラズマ粒子シミュレーションによる磁気ノズ
ルプラズマ膨張の数値解析, 第 39 回プラズマ・核融合学会年会, 富山, 2022 年
11 月.
10. 江本一磨, 高橋和貴, 鷹尾祥典, 磁気ノズルによるプラズマ膨張におけるエネル
ギー依存性の数値解析, 第 66 回宇宙科学技術連合講演会, 熊本, 2022 年 11 月.
11. 江本一磨, 磁気ノズル加速シミュレーションにおける下流境界条件とポリトロープ過程, 第 27 回 NEXT(数値トカマク)研究会, 京都, 2022 年 8 月.
12. Emoto, K, K. Takahashi, Y. Takao, Particle analysis of electron cooling and ion
acceleration in a magnetic nozzle thruster, The 11th Asian Joint Conference on
Propulsion and Power, Kanazawa, Japan, March 2023.
13. Emoto, K, K. Takahashi, Y. Takao, Numerical Investigation of Magnetic Nozzle Plasma
Expansion Using Fully Kinetic Simulations, The 6th Asia-Pacific Conference on
Plasma Physics, online, October 2022. (invited talk)14. Emoto, K, K. Takahashi, Y. Takao, Numerical investigation on plasma expansion andparticle energy in a magnetic nozzle, The 75th Annual Gaseous Electronics Conference,
Sendai, Japan, October 2022.
15. Emoto, K, K. Takahashi, Y. Takao, Kinetic Analysis of Thrust Generation and Axial
Momentum Gain in Magnetic Nozzle Acceleration, 37th International Electric
Propulsion Conference, Boston, United States, June 2022.
16. Hsieh, Y.-K., Y. Omura, Electron precipitation rates due to nonlinear effects of paralleland oblique whistler mode waves in the Earth’s inner magnetic field, American
Geophysical Union (AGU) 2022 Fall Meeting, Chicago, USA & Online, Dec 2022.
17. Hsieh, Y.-K., Y. Omura, Energetic electron precipitation associated with nonlinear
wave-particle interactions between electrons and very oblique chorus waves, The 10th
VLF/ELF Remote Sensing of Ionospheres and Magnetospheres Workshop (VERSIM- 23 -

1-2 電波科学計算機実験（KDK）共同利用・共同研究専門委員会2022), Sodankylä, Finland & Online, Nov 2022.
18. Hsieh, Y.-K., Y. Omura,Energetic electron precipitation induced by very oblique chorus
waves in the Earth’s inner magnetosphere, 第 152 回地球電磁気・地球惑星圏学会,
相模原, 2022 年 11 月.
19. Hsieh, Y.-K., Y. Omura, Comparison of Energetic Electron Precipitation Induced by
Parallel and Oblique Whistler Mode Chorus Waves, Asia Oceania Geosciences Society(AOGS) 19th Annual Meeting, Online, Aug 2022.
20. Hsieh, Y.-K., Y. Omura, Precipitation of resonant electrons interacting with parallel andoblique whistler mode chorus waves, AT-AP-RASC 2022, Gran Canaria & Online,
May-June 2022.
21. Hsieh, Y.-K., Y. Omura, Precipitation rates of energetic electrons interacting withparallel and oblique whistler mode chorus emissions in the magnetosphere, Japan
Geoscience Union (JpGU) Meeting 2022, Chiba, Japan & Online, May 2022.
22. Hsieh, Y.-K., Y. Omura, Energetic electron loss process associating with oblique chorus
emissions in the outer radiation belt, EGU General Assembly 2022, Vienna & Online,
May 2022.
23. Kusachi, K., Y. Miyake, H. Usui, H. Kojima, S. Kurita, and I. Fukasawa, Particle
Simulations on Antenna Characteristics in Space Plasma near the Lower-Hybrid
Resonance Frequency, URSI-Japan Radio Science Meeting (URSI-JRSM) 2022, 2022
年 9 月.
24. Kondoh K., Study of the MHD scale asymmetric magnetic reconnection in the daysidegeomagnetopause, COSPAR 2022 44th scientific assembly, Greece, 2022 年 7 月
25. 近藤光志，シア磁場を考慮した非対称磁気リコネクションの三次元効果，地球
電磁気・地球惑星圏学会 2022 年秋学会, 相模原, 2022 年 11 月
26. Kondoh K., Three Dimensional MHD simulations of the Dayside Asymmetric Magnetic
Reconnection, AGU Fall Meeting 2022, on-line, 2022 年 12 月
27. 三宅洋平, 賀谷信幸, 仁田功一, 電波 COE「電波利活用強靭化に向けた周波数創造技術に関する研究開発及び人材育成プログラム」共同型研究開発進捗報告：
技術課題⑤, 第 3 回電波利活用強靭化に向けた電波 COE シンポジウム, 2022 年 6月.
28. 三宅 洋平, 中澤 和也, 砂田 洋平, 南里 豪志, 深沢 圭一郎, 加藤 雄人, コー
ド結合フレームワーク CoToCoA による磁気圏 MHD－人工衛星帯電連成シミュ
レーションの実現, 第 185 回ハイパフォーマンスコンピューティング研究発表会（SWoPP2022）, 2022 年 7 月.
29. 三宅洋平, 中園仁, 月面近傍プラズマ・静電気環境研究の最近の動向と今後の展
望, 地球電磁気・地球惑星圏学会第 152 回総会・講演会, 2022 年 11 月.
30. 三宅洋平, 人類の活動の場としての月面環境 ～月ダストに関わる学理を中心に～, 第 16 回生存圏フォーラム特別講演会「宇宙で持続可能性を考える」, 2022
年 11 月（招待講演）
31. Miyake, Y., K. Kawaguchi, K. Nakazawa, Y. Sunada, K. Fukazawa, T. Nanri, and Y.
Katoh, Development of the Space-Weather-Aware Satellite Charging Analysis Platform
Based on the Numerical Code Coupling Framework, AGU Fall Meeting 2022,
December, 2022.
32. 中園仁, 三宅洋平, 月面の凹凸に起因する非従来型帯電現象に関するプラズマ
粒子シミュレーション, 地球電磁気・地球惑星圏学会第 152 回総会・講演会, 2022
年 11 月.

- 24 -

1-2 電波科学計算機実験（KDK）共同利用・共同研究専門委員会

33. Nakazono, J. and Y. Miyake, Numerical Simulations on Solar-Wind-Driven Surface
Charging within Deep Cavities on the Moon, AGU Fall Meeting 2022, December, 2022.
34. Nariyuki, Y., Parametric instabilities of arc-polarized Alfven waves revisited, 15th Asia
Pacific Physics Conference (APPC15) , online, August 2022.
35. Nono, A., Yamashita, Y., Tsukizaki, R., Nishiyama, K., Investigation of ion back flowby Hybrid-PIC simulation considering experimental current density distribution at the
conductive surface for microwave discharge ion thruster, The 75th Annual Gaseous
Electronics Conference, Sendai, Oct., 2022
36. 濃野歩、山下裕介、月崎竜童、西山和孝、宇宙機-プラズマ間相互作用評価に向けた Hybrid-PIC 計算、第 36 回数値流体シンポジウム、オンライン、2022 年 12月
37. 濃野歩、山下裕介、月崎竜童、西山和孝、マイクロ波放電式イオンエンジンにおけるバックフローイオンに関する数値計算、令和 4 年度宇宙輸送シンポジウ
ム、相模原、2023 年 1 月
38. 岡田卓郎，天野孝伸，ピックアップイオンが励起する不安定性のハイブリッド
シミュレーション，Japan Geoscience Union (JpGU) Meeting 2022，幕張，2022 年
5 月．
39. 岡田卓郎，天野孝伸，寺境太樹，Outer Heliosheath のリング分布の安定性における ion-Bernstein モードの影響，第 152 回地球電磁気・地球惑星圏学会，相模原，
2022 年 11 月.
40. 齋藤幸碩, 加藤雄人, 木村智樹, 川面洋平, 北原理弘, 熊本篤志, 磁気圏プラズ
マの沿磁力線分布モデルの開発と分散性 Alfven 波の波動特性の研究, 第 152 回
地球電磁気・地球惑星圏学会 総会および講演会, 相模原, 11 月 3 日-7 日, 2022
年.
41. Saito, K., Y. Katoh, T. Kimura, Y. Kawazura, M. Kitahara, A. Kumamoto,Characteristics of dispersive Alfvén waves inferred from the newly developed
magnetospheric plasma distribution model, AGU Fall Meeting 2022, Chicago & Online,
12-16 December 2022.
42. 砂田洋平, 三宅洋平, 中澤和也, 深沢圭一郎, 南里豪志, 加藤雄人, コード間結合フレームワークを用いた人工衛星帯電解析の技術基盤開発, 地球電磁気・地球惑星圏学会第 152 回総会・講演会, 2022 年 11 月.
43. 王元・西村耕司・橋口浩之, バイスタティックレーダーによる低高度域観測技術の開発, 日本気象学会 2022 年度秋季大会, 北海道大学・オンライン, 2022 年 10
月 24-27 日.
44. Shimizu, T., Fujimoto,K., MHD Linear Theory of Fourth-order Differential Magnetic
Diffusion Effect in Tearing Instability, Asia Oceania Geosciences Society (AOGS2022),
online, August 2022.
45. Shimizu, T., Linear Theory of Low-k Range Tearing Instability, The 6th Asia-PacificConference on Plasma Physics (AAPPS-DPP2022), online, Octorber 2022.
46. Shimizu, T., Linear Theory of Tearing Instability with Open Boundary Conditions,International Conference on Numerical Simulation of Plasmas (ICNSP2022), online,
September 2022.
47. 清水徹, 開放上流境界条件におけるテアリング不安定性の線形理論, 第 152 回地球電磁気・地球惑星圏学会, 相模原, 2022 年 11 月.
48. Takagi, J., Y. Miyake, H. Usui, and N. Kaya, Analysis of Radio Wave Scattering byMetal Objects Covered by Plasma, URSI-Japan Radio Science Meeting (URSI-JRSM- 25 -

1-2 電波科学計算機実験（KDK）共同利用・共同研究専門委員会2022), 2022 年 9 月.
49. 田村亮祐・西村耕司・橋口浩之, レーダー干渉計インバージョンによる３次元風
速場推定手法の開発,日本地球惑星科学連合 2022 年大会, 幕張・オンライン, 2022
年 5 月 22-6 月 3 日.
50. 坪内 健、Properties of the heliosheath plasma associated with the compression at thetermination shock、第 152 回地球電磁気・地球惑星圏学会、相模原、2022 年 11月
51. 上本祥貴, 臼井英之, 三宅洋平, 松本正晴, 水星磁気圏昼間側擾乱に関する粒子
シミュレーション, 地球電磁気・地球惑星圏学会第 152 回総会・講演会, 2022 年
11 月.
52. Zenitani, S., M. Yamamoto, and T. Miyoshi, Plasmoid-dominated turbulent
reconnection in symmetric and asymmetric systems, US-Japan Workshop on Magnetic
Reconnection (MR2022), Monterey, USA, May 2022 (Invited talk)
53. Zenitani, S., M. Yamamoto, and T. Miyoshi, Plasmoid-dominated turbulent
reconnection in symmetric and asymmetric systems, EGU General Assembly 2022,
Vienna, Austria, May 2022
54. Zenitani, S., M. Yamamoto, and T. Miyoshi, Plasmoid-dominated turbulent
reconnection in symmetric and asymmetric systems, AOGS 19th Annual Meeting,
Online, Virtual, August 2022
55. Zenitani, S., Getting started with MHD simulations, The 14th International
School/Symposium for Space Simulations (ISSS-14), Online/Kobe, Japan, September
2022 (Invited lecture)
56. Zenitani, S., T. N. Kato, Hyper Boris integrators for particle-in-cell simulations, NINSInternational Research Collaboration Center Astro-fusion Plasma Physics (IRCC-AFP)
meeting, Mitaka, Japan, October 2022 (invited talk)
57. 銭谷誠司、中野慎也、プラズマ粒子シミュレーションのための相対論的カッパ
分布の乱数生成法、第 152 回地球電磁気・地球惑星圏学会、相模原、2022 年 11月
58. 銭谷誠司、磁気リコネクションにおけるプラズマ粒子軌道研究の進展、プラズ
マ・核融合学会、富山、2022 年 11 月 (招待講演)
5-3. 学位論文（修士 7 編, 博士 2 編）
（修士）
1. 上本祥貴, 神戸大学大学院システム情報学研究科計算科学専攻修士論文「粒子シミュレーションによる水星固有磁場と太陽風イオンとの電磁的相互作用に関する研究」
2. 岡田卓郎，東京大学大学院理学系研究科地球惑星科学専攻修士論文「ピックアップイオン分布の安定性における電子運動論効果の影響」
3. 王元, 京都大学情報学研究科通信情報システム専攻修士論文「Development of
Low Altitude Observation Technology by Bistatic Radar (バイスタティックレーダーによる低高度域観測技術の開発)」
4. 礒野航, 東北大学大学院理学研究科地球物理学専攻修士論文「Simulation study ofthe flux enhancement of energetic electrons by toroidal-mode ULF waves in the Earth’s inner magnetosphere」
5. 砂田洋平, 神戸大学大学院システム情報学研究科計算科学専攻修士論文「コード間結合フレームワークを用いた人工衛星帯電数値解析の技術基盤開発」
6. 髙木淳也, 神戸大学大学院システム情報学研究科計算科学専攻修士論文「コール- 26 -

1-2 電波科学計算機実験（KDK）共同利用・共同研究専門委員会

ドプラズマ近似モデルに基づく電磁界シミュレータの開発」
7. 中園仁, 神戸大学大学院システム情報学研究科計算科学専攻修士論文「月面空洞の静電構造と入射荷電粒子挙動に関する粒子シミュレーション」（博士）
1. 野儀 武志、京都大学大学院工学研究科、電気工学専攻、博士論文「Study on
Whistler-mode Triggered Emissions in the Magnetosphere（磁気圏におけるホイッス
ラーモード・トリガード放射の研究）」
2. 山下裕介、東京大学大学院工学系研究科、航空宇宙工学専攻、博士論文「Investigation of plasma mode-transition by two-photon absorption laser-induced
fluorescence and particle simulation in microwave discharge ion thruster」

5-4. 受賞（3 件）
1. 江本一磨、樫の若木賞、2022 年 7 月 3 日.
2. Hsieh, Y.-K., Outstanding Presentation Awards for Early Career Scientists of the 10th
VLF/ELF Remote Sensing of the Ionosphere and Magnetosphere (VERSIM) workshop.
2022 年 11 月 11 日
3. Omura, Y., American Geophysical Union (AGU) Fellow 2022
5-5. 特筆すべき事項（0 件）
該当なし- 27 -

1-3 マイクロ波エネルギー伝送実験装置(METLAB)共同利用・共同研究専門委員会

マイクロ波エネルギー伝送実験装置(METLAB)
共同利用・共同研究専門委員会
委員長 篠原 真毅 （京都大学生存圏研究所）
１．共同利用施設および活動の概要
生存圏研究所ではこれまで宇宙太陽発電所 SPS(Space Solar Power Satellite/Station)とマイクロ波エネルギー伝送の研究を長年行ってきた。SPS は太陽電池を地球の影に入らな
い静止衛星軌道(36,000km 上空)に配置し、雨でもほとんど吸収されないマイクロ波を用いて無線で地上に電力を伝送しようという発電所構想である。マイクロ波による無線エネル
ギー伝送は、SPS だけでなく、携帯電話の無線充電や電気自動車の無線充電にも応用可能
で、近年急速に産業化が進んでいる技術である。
本共同利用設備は平成 7 年度にセンター・オブ・エクセレンス（COE）による先導的研
究設備経費として導入されたマイクロ波無線電力伝送実験用及び生存圏電波応用実験用電波 暗 室 及 び 測 定 機 器 で 構 成 さ れ る 「 マ イ ク ロ 波 エ ネ ル ギ ー 伝 送 実 験 装 置 METLAB(Microwave Energy Transmission LABoratory)」と、平成 13 年度に導入された宇宙太陽発電所研究棟(略称 SPSLAB)、及び平成 22 年度に導入された「高度マイクロ波エネルギー
伝送実験装置 A-METLAB(Advanced Microwave Energy Transmission LABoratory)」(図1(a))及び「高度マイクロ波電力伝送用フェーズドアレー・レクテナシステム」(図 1(b))が中心となる。
METLAB は高耐電力電波吸収体(1 W/cm2 以上)を配した 16m(L)×7m(W)×7m(H)の電波
暗室で、ターンテーブルと X-Y ポジショナを設置してある。その横の計測室にはスペクト
ラムアナライザやネットワークアナライザ、パワーメータ等の各種マイクロ波測定器を備える。暗室には、2.45GHz、5kW のマイクロ波電力をマグネトロンで発生させ、直径 2.4mのパラボラアンテナから電波暗室内部に放射することが出来る設備も備えている。
平成 22 年度に導入された A-METLAB は 34.0m(L)ｘ21.0m(W)ｘ9.97m(H)の建物(建築面積 714.00 ㎡、述べ床面積 824.72 ㎡)の内部に設置された 18m(L) x 17m(W) x 7.3m(H)の電波暗室と、10mφ, 10t, 10kW のフェーズドアレーを測定可能な plane-polar 型の近傍界測定装置で構成される。暗室には 1W/cm2 に耐える電波吸収体を備え、class 100,000 のクリーンブースとしても利用できるようになっているため、将来のマイクロ波エネルギー伝送を行うための人工衛星(最大 10mφ, 10t, 10kW のフェーズドアレー衛星を想定)を測定することが出来る世界唯一の実験設備である。
高度マイクロ波電力伝送用フェーズドアレー・受電レクテナシステムは世界最高性能を持つマイクロ波エネルギー伝送用フェーズドアレーとレクテナアレーである。フェーズド
アレーは 256 素子の GaN FET を用いた F 級増幅器(7W, >70% (最終段))と同数の MMIC

- 28 -

1-3 マイクロ波エネルギー伝送実験装置(METLAB)共同利用・共同研究専門委員会

5bit 移相器で構成され、5.8GHz、1.5kW のマイクロ波を放射・制御可能である。レトロディレクティブ、REV 法, PAC 法, 並列化法他の目標推定手法とビームフォーミング手法を備えている。レクテナアレーは 1mW 入力時に 50%以上の変換効率を持つレクテナ 256 素子で構成され、再放射抑制用 FSS(Frequency Selective Surface)や負荷制御装置を備えた実験設備である。本設備は、様々なビームフォーミング実験、目標追尾アルゴリズム実験、制御系を利用したアンテナ開発研究、アンテナを利用した回路開発研究、レクテナ実験、
無線電力伝送実験等が可能な実験設備である。
(a)

(b)

図 1 (a) A-METLAB 暗室 (b) 高度マイクロ波電力伝送用フェーズドアレーシステム
METLAB は大学本部と協議のうえ、2020 年度より共同利用の一部有料化(企業と国立研究所)を開始した。企業もしくは国立研究所の共同利用者に対し 1 日 10 万円の有料化をかし、2020 年度は 2 課題合計 28 日の利用により 280 万円、2021 年度は 2 課題合計 16 日の利用により 160 万円、2022 年度は 4 課題合計 16 日の利用により合計 39 日の利用により390 万円の収入を得た。
令和 3 年度(R3.1-R3.12))にメディアで取り上げられた成果は以下のとおりである。
[TV (含む取材 YouTube, PodCast 等]
1. ‘22.3.25 KBS 京都 「京 bizX」マイクロ波送電
2. ‘22.8.26 YouTube 坂田薫の「SCIENCE NEWS」#13 「日本が世界をリードする!宇宙太陽光発電!!」https://www.youtube.com/watch?v=uz8xjwUnBco&t=3215s
3. ‘22.11.9, Air Fuel Alliance, PodCast, “Exploring RF, Regulatory & WPT Standards”,
https://airfuel.org/exploring-rf-regulatory-wpt-standards-2/[新聞]
1. ‘22.2.1 日経新聞 「離れていても勝手に充電」
2. ‘22.3.29 (web) 電波新聞 「京大とパナソニック マイクロ波電力伝送システムを開発」
https://dempa-digital.com/article/299525- 29 -

1-3 マイクロ波エネルギー伝送実験装置(METLAB)共同利用・共同研究専門委員会

3. ‘22.4.4 日刊工業新聞(19 面) 「マイクロ波で電力供給」
4. ‘22.4.4 中日新聞(3 面) 「部屋にいるだけ 夢の充電」
5. ‘22.6.5 京都新聞(4 面) 「最前線京滋ビジネス ベンチャー」
6. ‘22.10.7 (web) 産経新聞「離れた場所の機器に電波を使って充電 ソフトバンクなど、
令和 12 年に実用化へ」
https://www.sankei.com/article/20221007-FXT4SRSRDBKN7EKNNBXJYIGDDQ/
7. ‘22.10.10 (web) 日刊工業新聞「ソフトバンク・京大など、ミリ波通信で電力伝送

基

地局・周波数を有効活用」https://www.nikkan.co.jp/articles/view/650667[雑誌/Web 記事]
1. ’22.2.3 (web) ザイ・オンライン 「空間伝送型ワイヤレス電力伝送システム」関連銘柄を解説」 https://diamond.jp/articles/-/295260
2. ‘22.2.12 (web) 0 テレ NEWS「雲の上はいつも晴れ!？宇宙太陽光発電とは」
https://news.ntv.co.jp/category/economy/948e3861e4ea4d99a4f6769b85a13eab
3. ’22.3.16 (web) YOU’S (関西電力広報誌)「電力安定供給と脱炭素化を実現する夢の『宇宙太陽光発電』」
https://www.kepco.co.jp/corporate/report/yous/active-kansai/no3/article4.html?utm_source=org
anic&utm_medium=display&utm_campaign=202203_mail4. ’22.3.25 (web) TECH+「京大とパナソニック、マイクロ波電力伝送システムのサンプル提供を開始」https://news.mynavi.jp/techplus/article/20220325-2304072/
5. ’22.3.30 (web) TechCrunch Japan「京都大学とパナソニック、電池交換や電源ケーブルが不要になるマイクロ波電力伝送システムのサンプル提供開始」
https://jp.techcrunch.com/2022/03/30/wireless-power-feeding-enesphere/
6. ’22.4.5 (web) ニュースイッチ「マイクロ波で電力供給するスゴいシステム、京大とパナソニックが電源フリー化実現へ」https://newswitch.jp/p/31580
7. ‘22.6.5 (web) SAKISIRU「将来は、駅構内を歩くだけでスマホ充電も !?「電波」について学ぼう」https://sakisiru.jp/28980
8. ’22.6.26 (web) SAKISIRU「太陽光発電衛星からワイヤレスで地球に送電！日本が挑む壮大な「電波」研究」https://sakisiru.jp/30461
9. ‘22.7 Yano E plus「マイクロ波方式ワイヤレス給電システムの動向」
10. ’22.10.7 (web) TECH+ マイナビ「ソフトバンクなど、ミリ波通信装置へのワイヤレス電力伝送実装に成功」https://news.mynavi.jp/techplus/article/20221007-2474726/
11. ’22.10.7 (web) ITmedia「基地局からの電波で AirTag などに給電 ソフトバンクが実験に成功、世界初 - ITmedia NEWS」
https://www.itmedia.co.jp/news/articles/2210/07/news136.html
12. ’22.10.7 (web) Yahoo！ニュース「基地局から無線給電、ソフトバンクらが実験成功- 30 -

1-3 マイクロ波エネルギー伝送実験装置(METLAB)共同利用・共同研究専門委員会--AirTag 大のデバイスを想定(CNET Japan) - Yahoo!ニュース」
https://news.yahoo.co.jp/articles/26d4ffc39b07d0e766674800b0e97c6e2852406f
13. ’22.10.7 (web) ケータイ Watch「基地局の電波でデバイスを充電、6G 時代に向けソフト
バンクなど実証に成功 - ケータイ Watch」
https://k-tai.watch.impress.co.jp/docs/news/1445912.html
14. ’22.10.7 (web) ニコニコニュース「ソフトバンクが「ワイヤレス電力伝送」実験成功、
5G 基地局からの送電で無線給電でき商用利用も視野 | ニコニコニュース」
https://news.nicovideo.jp/watch/nw11531473
15. ’22.10.7 (web) BUSINESS NETWORK「ソフトバンクなど、基地局へのワイヤレス電力伝送機能の実装に成功」https://businessnetwork.jp/article/11167/
16. ’22.12.3, Swissnex newsletter (web), “A Japanese‒Swiss Workshop to Shape the Future of
Clean Energy from Space”,
https://swissnex.org/news/a-japanese%e2%80%92swiss-workshop-to-shape-the-future-of-clean-energy-from-space

２．共同利用研究の成果
令和 4 年度の共同利用採択テーマは以下の通りである。
1. 28GHz無線電力伝送システムの研究 (新規)
京都大学生存圏研究所 楊波
2. 相互結合を応用したワイヤレス電力伝送高効率化およびマイクロ波融雪用導波管上ワ
イヤレス電力伝送の研究 (継続)
函館工業高等専門学校 丸山珠美
3. ドローン搭載を目指したマイクロ波による電力伝送用受信アンテナの開発 (新規)
明石工業高等専門学校 梶村好宏
4. 小型ドローンへのマイクロ波無線電力伝送の研究 (継続)京都大学生存圏研究所 高林伸幸
5. 小型合成開口レーダ用衛星搭載軽量アンテナの開発 (継続) #宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究所 田中孝治
6. RFアンテナ搭載太陽電池アレーの開発 (継続)
総合研究大学院大学 山神達也
7. ウェアラブルデバイスへ向けた無線電力伝送システム用小型高効率受電レクテナの開発 (継続)
京都大学生存圏研究所 河合勝己
8. 万能アンテナの開発 (継続)京都大学生存圏研究所 氏原秀樹
9. ミリ波イメージング用プローブアンテナの開発 (継続)

- 31 -

1-3 マイクロ波エネルギー伝送実験装置(METLAB)共同利用・共同研究専門委員会

静岡大学 松永真由美
10. 電磁界結合型マイクロ波加熱装置による複数試料同時加熱の検討 (新規)
京都大学生存圏研究所 豊永雄郎
11. 28GHz 帯ワイヤレス電力伝送におけるフェーズドアレイアンテナ制御の簡易化検討(新規)
京都大学生存圏研究所 鎌田紘行
12. 5.75GHz帯無線充電システムの近距離無線送受電実験 (継続) #翔エンジニアリング 藤原暉雄
13. 遠方領域における28GHz 帯RIS 測定 (新規) #AGC株式会社 加賀谷修
14. X 帯２重偏波パラボラアンテナの開発・研究 (新規)(随時) #東芝エレクトロニックシステムズ株式会社 村野隆
15. WPT レクテナ受電特性基本試験 (新規)(随時) #京(株)Space Power Technologies 古川実# : 有料利用者

３．共同利用状況
表 1 METLAB 共同利用状況
年度
(平成/
令和)
採択
課題
数
共同
利用
者数
*
年度
(平成/
令和)
採択
課題数
共同利
用者数
*

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

8

12

10

16

14

9

9

14

20

11

45

52

69

112

69

54

49
学内 14
学外 35

73
学内 19
学外 54

89
学内 31
学外 58

61
学内 25
学外 36

26

27

28

29

30

31/R1

2

3

4

17

18

20

19

21

17

20

14

15

83
学内 32
学外 51

81
学内 27
学外 54

73
学内 20
学外 53

71
学内 21
学外 50

92
学内 23
学外 69

62
学内 22
学外 40

67
学内 25
学外 42

54
学内 16
学外 38

74
学内 18
学外 56

*

４．専門委員会の構成及び開催状況（令和 4 年度）
・石崎 俊雄 (龍谷大学理工学部電子情報学科, 教授)- 32 -

研究代表者および研究協力者の延べ人数

1-3 マイクロ波エネルギー伝送実験装置(METLAB)共同利用・共同研究専門委員会

・野口 啓介 (金沢工業大学 工学部電気電子工学科, 教授)
・田中 孝治 (JAXA/ISAS, 准教授)
・陳 強 (東北大学大学院工学研究科 通信工学専攻, 教授)
・藤野 義之 (東洋大学 理工学部 電気電子情報工学科, 教授)・藤元 美俊 (福井大学大学院工学研究科 情報・メディア工学専攻, 教授)
・西川健二郎 (鹿児島大学大学院理工学研究科 電気電子工学専攻, 教授)
・松永真由美 (静岡大学 工学部, 准教授)
・和氣 加奈子 (国立研究開発法人情報通信研究機構 経営企画部企画戦略室, プランニング
マネージャー)
・松尾 哲司 (京都大学大学院 工学研究科 電子工学専攻, 教授)
・山本 高至 (京都大学大学院 情報学研究科 通信情報システム専攻, 准教授)
・宮坂 寿郎 (京都大学大学院 農学研究科 地域環境科学専攻, 助教)
・渡邊 隆司 (生存圏研究所 バイオマス変換分野, 教授)
・山本 衛(生存圏研究所 レーダー大気圏科学分野, 教授)・篠原 真毅 (委員長) (生存圏研究所 生存圏電波応用分野, 教授)
・小嶋 浩嗣 (生存圏研究所 宇宙圏電波科学分野, 教授)・橋口 浩之 (生存圏研究所 レーダー大気圏科学分野, 教授)
・三谷 友彦 (生存圏研究所 生存圏電波応用分野,准教授)
令和 4 年度は令和 5 年 3 月 17 日に専門委員会を開催した。あわせて第 23 回宇宙太陽発電と無線電力伝送に関する研究会を実施し、共同利用成果の発表を行った。

５．特記事項
本共同利用設備は令和 2 年度より京都大学宇治地区設備サポート拠点に参加しており、
宇治地区各研究所の共同利用設備と協力して全国共同使用を効率的に推進している。京都大学宇治地区設備サポート拠点は、研究所の既存の枠組みを超え、学内外に対して優れた設備の共同利用を推進するため、宇治地区としての特性と部局の特性に配慮しつつ、有機的な連合体である。

- 33 -

1-3 マイクロ波エネルギー伝送実験装置(METLAB)共同利用・共同研究専門委員会

令和 4 年度共同利用研究活動の中で作成された修士論文、博士論文
共同利用研究の成果による学術賞および学術論文誌に発表された論文
1)

受賞
2023 IEEE Journal of Microwaves Best Paper Award, for Christopher Rodenbeck, Paul Jaffe,
Bernd Strasser, Paul Hausgen, James McSpadden, Hooman Kazemi, Naoki Shinohara, Brian
Tierney, Christopher DePuma, and Amanda P. Self, “Microwave and Millimeter Wave Power
Beaming,” IEEE Journal of Microwaves, vol. 1, no. 1, pp. 229-259, Jan. 2021.
https://mtt.org/2023-ieee-mtt-s-best-paper-awards/
公益財団法人電気科学技術奨励会 文部科学大臣賞, for 谷博之, 田中勇気, 篠原真毅,“920MHz 帯空間伝送型ワイヤレス電力伝送システムの開発と実用化”, 2022.11
公益財団法人電気科学技術奨励会 電気科学技術奨励賞, for 谷博之, 田中勇気, 篠原真毅, “920MHz 帯空間伝送型ワイヤレス電力伝送システムの開発と実用化”, 2022.11
鈴木健斗: 安立計器株式会社賞, for 鈴木健斗, 三谷友彦, 篠原真毅, "マイクロ波加熱に向けた OAM モード切替による電力密度分布の平均化", 日本電磁波エネルギー応用学会, 2022.10.12-14
Kota Unyu: th STI-Gigaku 2022 Best Research Presentation Award for “Visualization of thetransient

responseofelectromagnetic

fields propagating inside

circuit-type

waveguides for microwave snow melting”, 2022
Kento Suzuki: IEEE MTT-S Kansai Chapter Best Presentation Award (1st), for Kento Suzuki,
Tomohiko Mitani, and Naoki Shinohara, “Feasibility Study of Uniform Microwave Heating
by Switching OAM Modes”, IEEE MTT-S Kansai Chapter, 15th Kansai Microwave Meetingfor Young Engineers, 2022.11.19
Hiroyuki Kamada : 2022 Asian Wireless Power Transfer Workshop Best Student Award, forHiroyuki Kamada, Bo Yang, Wenyi Shao, Baku Takahara, Naoki Shinohara, Tomohiko Mitani,“Study of Partially Driven Array Antenna with the Coupling Lines”, 2022 Asian WirelessPower Transfer Workshop (AWPT), 2022.12.5-6
Hiroyuki Kamada : 2022 Asian Wireless Power Transfer Workshop WiPoT Award, for Hiroyuki
Kamada, Bo Yang, Wenyi Shao, Baku Takahara, Naoki Shinohara, Tomohiko Mitani, “Studyof Partially Driven Array Antenna with the Coupling Lines”, 2022 Asian Wireless Power
Transfer Workshop (AWPT), 2022.12.5-6
Kento Suzuki: IEEE MTT-S Kansai Chapter Best Young Presentation Award, for Kento Suzuki,
Tomohiko Mitani, and Naoki Shinohara, “Feasibility Study of Uniform Microwave Heating
by Switching OAM Modes”, IEEE MTT-S Kansai Chapter, 2022.12.26
河合勝己 : IEEE MTT-S Kansai Chapter Best Poster Award, for “3 次高調波をパイロット信号 と し て 利 用 可 能 な レ ク テ ナ の 開 発 ” , IEEE APS/MTTS Kansai Chapter Young
Engineers' Technical Meeting 2022, 2022.12.26- 34 -

1-3 マイクロ波エネルギー伝送実験装置(METLAB)共同利用・共同研究専門委員会

鈴木健斗 : IEEE AP-S Kansai Joint Chapter Best Presentation Award, for “一様マイクロ波加熱に向けた OAM モード照射パターンによる電力密度分布の平均化”IEEE APS/MTTS
Kansai Chapter Young Engineers' Technical Meeting 2022, 2022.12.26
2)

著書
Naoki Shinohara and Jiafeng Zhou (ed.), “Far-Field Wireless Power Transfer and Energy
Harvesting”, ISBN 978-1630819125, Artech House, UK, 2022.8[解説記事]
篠原真毅, “まるで SF!宇宙ソーラー&送電の研究”, トランジスタ技術, 2022.7,
pp.204-208
篠原真毅, “宇宙太陽光発電の研究開発現状”, エレクトロヒート, No. 244, 2022.7, pp.7-10
篠原真毅, “宇宙太陽光発電システムによるカーボンニュートラルへの貢献”, 月刊経団
連, vol.70, no.10, pp.22-23, 2022.10
篠原真毅, “宇宙太陽発電所 SPS の研究開発の最新動向”, 精密工学会誌, 2022
篠原真毅, “ワイヤレス給電の可能性 – カーボンニュートラルへの貢献 –“, 日本試験機工業会 test, vol.65, 2022.10, pp.3-53) 学術論文誌
Yusho Kanaya, Masashi Nakatsugawa, Tamami Maruyama, Manabu Omiya, Yasuhiro
Tamayama: “FDTD Analysis on WPT Efficiency Between Circuit-Shape Leaky Waveguideand 𝝀𝝀/2 Dipole Antenna for Snow Melting Application,” ELEKTRIKA- Journal of ElectricalEngineering, doi.org/10.11113/ elektrika, .vol. 21, no2.409, pp.82-85

Tamami Maruyama, Koki Shibata, Masashi Nakatsugawa, Yasuhiro Tamayama, Manabu Omiya,

Tsunayuki Yamamoto, Takahiko Nakamura, Kouzoh Ohshima, Mitsuru Muramoto, Yutaka
Nasuno, Keiichi Ito: “Wireless Power Transmission Efficiency of Dipole Array Antenna usinga Left-Handed Waveguide Slot Antenna as a Feeder,” ELEKTRIKA- Journal of ElectricalEngineering, DOI10.11113/elektrika.v21n2.410, , .vol. 21, no2.410, pp.86-89
Yuki Tanaka, Hikaru Hamase, Kazuki Kanai, Ryosuke Hasaba, Hiroshi Sato, Yoshio Koyanagi,
Takuma Ikeda, Hiroyuki Tani, Manabu Gokan, Shoichi Kajiwara, and Naoki Shinohara,“Simulation and Implementation of Distributed Microwave Wireless Power Transfer System”,
IEEE Trans MTT, vol.70, no.2 , pp.1-10 , 2022, doi:10.1109/TMTT.2022.3142259
Naoki Shinohara, and Taichi Sasaki, “A Study on Automatically Target-Chasing Microwave
Power Transfer Systems in Multipath Environments”, Energies, vol.15, no.7, 2343, 2022,
doi.org/10.3390/en15072343
Qian Chen, Zhuo Long, Naoki Shinohara, and Changjun Liu, “A Substrate Integrated Waveguide- 35 -

1-3 マイクロ波エネルギー伝送実験装置(METLAB)共同利用・共同研究専門委員会

Resonator Sensor for Dual-Band Complex Permittivity Measurement”, Processes, Vol.10,
No.10, 2022, https://doi.org/10.3390/pr10040708
Nobuyuki Takabayashi, Katsumi Kawai, Mizuki Mase, Naoki Shinohara, and Tomohiko Mitani,“Large-scale Sequentially-Fed Array Antenna Radiating Flat-top Beam for Microwave Power
Transmission to Drones”, IEEE Journal of Microwaves, Vol.2, No.2, pp. 297-306, 2022, doi:
10.1109/JMW.2022.3157845
Bo Yang, Tomohiko Mitani, Naoki Shinohara, and Huaiqing Zhang, “High-Power Simultaneous
Wireless Information and Power Transfer: Injection-Locked Magnetron Technology”, ZTE
Communications, Vol. 20, No. 2, pp. 3–12, Jun. 2022. doi: 10.12142/ZTECOM.202202002
Nobuyuki Takabayashi, Bo Yang, Naoki Shinohara, and Tomohiko Mitani, “Lightweight andCompact Rectenna Array with 20W-class Output at C-band for Micro-drone Wireless
Charging”, IEICE Trans. C, Vol.E105-C, No.10,pp.509-518, Oct. 2022,
doi: https://doi.org/10.1587/transele.2022MMP0004
Ryo Mochizuki, Naoki Shinohara, and Atsushi Sanada, “Zero-Poynting-Vector E || B Beltrami
Field Cylindrical Cavity Resonators”, Journal of Applied Physics, Editor’s Choise, vol.12,
no.7, 075314, 2022, doi: 10.1063/5.0100710
Koki Miwatashi, Takashi Hirakawa, Naoki Shinohara, and Tomohiko MItani, “Development ofHigh-Power Charge Pump Rectifier for Microwave Wireless Power Transmission” Joarnal of
Microwaves, accepted, 2022, doi:10.1109/JMW.2022.3204434
Bo Yang, Tomohiko Mitani, Naoki Shinohara, “Auto-Tracking Wireless Power Transfer System
With

Focused-BeamPhasedArray”,IEEE

Trans.

MTT,

pp.1-8,2022.11.24,

doi:10.1109/TMTT.2022.3222179(招待) 篠原真毅, “宇宙太陽光発電の実現に向けた我が国のビームマイクロ波送電シス
テム開発プロジェクト”, 電子情報通信学会論文誌 C, Vol.J105-C, No.1, pp.11-18, 2022,
doi:10.14923/transelej.2021MWI0002
氏原秀樹, “万能アンテナの開発”, 京都大学生存圏研究所生存圏研究, No18, pp23-30,
20224) 博士論文
Nobuyuki Takabayashi (Kyoto Univ.), “Power Beaming and Receiving Systems for Microwave
Power Transmission to Fly Drone”, 京都大学大学院工学研究科電気工学専攻, 2022.7
田中勇気 (京都大学), “IoT デバイスに向けたマイクロ波無線電力でのシステムの開発”,
京都大学大学院工学研究科電気工学専攻, 2022.9
5) 修士論文
片岡瑞貴, “マイクロ波送電における目標自動追尾方式の干渉低減手法に関する研究”,- 36 -

1-3 マイクロ波エネルギー伝送実験装置(METLAB)共同利用・共同研究専門委員会

京都大学大学院工学研究科電気工学専攻, 2022.3
間瀬瑞季, “OAM モードによる無線電力情報同時伝送の研究”, 京都大学大学院工学研究科電気工学専攻, 2022.3
見渡洸揮, “空間伝送型ワイヤレス給電用 5.8 GHz 帯整流回路の大電力化に関する研究”,京都大学大学院工学研究科電気工学専攻, 2022.3
6) 学士論文
高原麦, “0 次モード共振を用いた均一マイクロ波加熱の基礎研究”, 京都大学工学部電気工学専攻, 2022.3
鈴木健斗, “OAM モード照射パターンを利用した一様マイクロ波加熱の基礎研究”, 京都大学工学部電気工学専攻, 2022.3
7) 学会発表(Invited) Tamami Maruyama, Masashi Nakatsugawa, Takahiko Nakamura, Yasuhiro Tamayama,
Manabu Omiya: “The Rectenna Array for Minecart Fed by Leaky Wave Waveguide forMicrowave Snow Melting,” 2022 IEEE-APS Topical Conference on Antennas andPropagationinWireless

Communications(APWC),

DOI

10.1109/APWC49427.2022.9899900, pp.65-66., 2022
(Invited) M. Nakatsugawa, Y. Kanaya, T. Maruyama, M. Omiya, Y. Tamayama: “WPT
Performance Analysis on Antenna Height Dependency between Circuit-Shape Leaky
Waveguide and λ/2 Wavelength Dipole Antenna,”2022 IEEE-APS Topical Conference on
AntennasandPropagationinWireless

Communications(APWC),

DOI:

10.1109/APWC49427.2022.9899954, 2022
(Panel) Naoki Shinohara, "Roadmap to new world with electricity like air”, IEEE IoT Verticaland Topical Summit at 2022 IEEE Radio & Wireless (RWW2022), Las Vegas, USA and
Online, 2022.1.12(Invited) Naoki Shinohara, “Novel beam control technology for practical applications of far-field
wireless power transfer”, 2022 IEEE Radio & Wireless (RWW2022), Las Vegas, USA and
Online, 2022.1.16-19(Invited) Naoki Shinohara, "Far-Field Wireless Power Transfer - Current Status and Future -", theannual I2CNER-IMI International Joint Workshop, Kyushu University, Japan, and Online,
2022.1.26(Invited) Naoki Shinohara, “Far-Field Wireless Power Transfer Technology from Business to
Solae Power Satellite via Moon”, 2021-22 Moon Village Architecture Workshop, Online,
2022.1.25-27(Workshop) Naoki Shinohara, "Wireless Powered IoT Sensor Technology”, European Microwave- 37 -

1-3 マイクロ波エネルギー伝送実験装置(METLAB)共同利用・共同研究専門委員会

Week 2021 Workshop “Recent Developments in Wireless Power Transfer and Energy
Harvesting”, London, UK, 2022.4.2-7(Invited) Naoki Shinohara, "Advanced Retrodirective System for Beam WPT”, Special Session:
On the Occasion of Nikola Tesla's 165th Anniversary, European Microwave Week 2021,
London, UK, 2022.4.2-7(Workshop) Bo Yang, Naoki Shinohara, and Tomohiko Mitani, “Improving an S-Band Injection
Locked Magnetron Based on Anode Current Regulation”, 2022 Atlantic and Asia PacificRadio Science Conference (AT-AP-RASC), Gran Canaria and online, 2022.5.29-6.4(Invited) Naoki Shinohara, " New World of Internet-Of-Energy with Wireless Power Transfer via
Microwaves”, IMPI’s 56th Annual Microwave Power Symposium, Savannah, Georgia, USA ,2022.6.14-16(School) Naoki Shinohara, “Novel Rectifier Designs for Far Field WPT”, IEEE Wireless Power
Week 2022 School, Borldeaux, France, 2022.6.4-5(Invited) Naoki Shinohara, Hiroyuki Kamada, Bo Yang, and Wenyi Shao, “Novel Beam Forming
Antenna Technology for Wireless Power Transfer”, 4th Global Congress on Microwave
Energy Applications (GCMEA), Chengdu, China, and online, 2022.8.17-19(Workshop) Naoki Shinohara and Bo Yang, “Magnetron Phased Array for Space-based Solar
Power”, European Microwave Week 2022 Workshop WM4 ”Space Based Solar Power”,
Milan, Italy, 2022.9.26(Invited) Naoki Shinohara, Bo Yang, Wenyi Shao, and Hiroyuki Kamada, “Novel Phased Array
Technology for Wireless Power Transfer via Microwaves”, 10th Asia-Pacific Conference on
Antennas and Propagation (APCAP2022), Xiamen, China, 2012.11.4-7(Invited) Naoki Shinohara, ”Recent R&D of Solar Power Satellite and Related Beam WirelessPower Transfer Technology”, The 8th International Forum on Wide Bandgap Semiconductors(IFWS 2022), Suzhou, China, 2022.11.7-10(Invited) Naoki Shinohara, “WPT Research Project and Next Satellite Experiment Plan Toward
SPS in Japan”, 2022 China Space Conference, China and Online, 2022.11.22
Tamami Maruyama, Koki Shibata, Masashi Nakatsugawa: “Experimental Study of Efficiency
with Inductance Load and Relay Coil for Magnetic Field Coupling WPT,” ISAP 2022 The
2022

International

Symposiumon

AntennasandPropagation,

DOI

10.1109/ISAP53582.2022.9998765, pp353-354.
Tamami Maruyama, Masashi Nakatsugawa, Takahiko Nakamura, Yasuhiro Tamayama,
Tsunayuki Yamamoto, Manabu Omiya, Keiichi Ito, Kouzoh Ohshima, Mitsuru Muramoto,
Yutaka Nasuno: “Wireless Power Transmission Efficiency of Rectenna Array Connected in
Parallel,” 2022 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation and
USNC-URSI

RadioScience

Meeting- 38 -(AP-S/URSI).

pp.

1744-1745,

DOI:

1-3 マイクロ波エネルギー伝送実験装置(METLAB)共同利用・共同研究専門委員会

10.1109/AP-S/USNC-URSI47032.2022.9886607
Masashi Nakatsugawa, Fusuke Kurotani, Yuya Chiba, Tamami Maruyama: “A Phase Shifter
Composed of Reduced-Size Rat-Race Coupler with CRLH Transmission Lines andResonating R, eactance Circuits”, 2021 51st IEEE European Microwave Conference (EuMC)
Year: 2022. DOI: 10.23919/EuMC50147.2022.9784216.
Hideki UJIHARA, "Development of wideband feed with sharp cut-off frequency OMT for RFI",ECMWF RFI2022 conference paper,https://doi.org/10.46620/RFI22-015
Hideki UJIHARA , "Development of wideband feed with sharp cut-off frequency OMT for RFI",
RFI2022 workshop at ECMWF, online, 2022.2.14-18
Hideki UJIHARA, ”Development of Wideband Antennas", 12th IVS General Meeting, online,
2022.3.28-4.1
Katsumi Kawai, Nobuyuki Takabayashi, Takero Toyonaga, Kento Suzuki, and Naoki Shinohara,“Development of Rectenna for Estimating Received Power Level Using Second Harmonic
Wave”, IEEE Wireless Power Week 2022, Borldeaux, France, 2022.6.6-8, Proceedings
ID1165
Nobuyuki Takabayashi, Takero Toyonaga, Kento Suzuki, Katsumi Kawai, Yuji Tanaka, andNaoki Shinohara, “Initial Developments of Image-Recognition-Aided Microwave Power
Transmission System for Smartphone Charging”, IEEE Wireless Power Week 2022,
Borldeaux, France, 2022.6.6-8, Proceedings ID1162
Takuma Ikeda, Yuki Tanaka, Hiroyuki Tani, Ryosuke Hasaba, and Naoki Shinohara, “Applicationof Wireless Power Transfer to Wearable IoT Devices”, IEEE Wireless Power Week 2022,
Borldeaux, France, 2022.6.6-8, Proceedings TUIF1-12
Nobuyuki Takabayashi, Naoki Shinohara, and Tomohiko Mitani, “Study on Power Conversion
Efficiency of Rectenna Array with Deformed Flat-top Beam for Microwave Power
Transmission”, 2022 IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS2022), Denver,
US, 2022.6.19-25, Proceedings TUIF1-12
Baku Takahara, Tomohiko Mitani and Naoki Shinohara, “Feasibility Study on One-Dimensional
Uniform Microwave Heating by Zeroth-Order Resonator”, 4th Global Congress on
Microwave Energy Applications (GCMEA), Chengdu, China, and online, 2022.8.17-19
Kento Suzuki, Tomohiko Mitani and Naoki Shinohara, “Feasibility Study of OAM-Mode
Irradiation Patterns for Uniform Microwave Heating”, 4th Global Congress on Microwave
Energy Applications (GCMEA), Chengdu, China, and online, 2022.8.17-19
Takero Toyonaga, Tomohiko Mitani and Naoki Shinohara, “Study on Simultaneous Microwave
Heating of Multiple Samples by Semi-Open Type Applicators”, 4th Global Congress on
Microwave Energy Applications (GCMEA), Chengdu, China, and online, 2022.8.17-19
Naoki Shinohara, Hiroyuki Kamada, Bo Yang, and Wenyi Shao, “Development of Simple Phased- 39 -

1-3 マイクロ波エネルギー伝送実験装置(METLAB)共同利用・共同研究専門委員会

Array for Millimeter Wave Wireless Power Transfer”, URSI-Japan Radio Science Meeting(URSI-JRSM2022), Tokyo, 2022.9.1-2
K. Unyu. T. Maruyama, M. Nakatsugawa, M. Omiya, Y. Tamayama, “Transient response of
circuit type slotted waveguides for microwave snow melting,” Chitose International Forum on
Science & Technology (CIF 2022 ), Session 2(RR1), p.1, 2022
Bo Yang, Wenyi Shao, Hiroyuki Kamada, and Naoki Shinohara, “Development of 28GHz highefficiency and simple phased array”, Japan- Switzerland SBSP/WPT Workshop, Tokyo, Japan,
2022.11.1
Hiroyuki Kamada, Bo Yang, Wenyi Shao, and Naoki Shinohara, “Novel and Simple Beam
Forming with Partially Driven Array in 28GHz Radiative Near-Field”, Japan- Switzerland
SBSP/WPT Workshop, Tokyo, Japan, 2022.11.1
Hideki Ujihara, "Development of Wideband Antennas", 23rd East Asia Submillimeter-wave
Receiver Technology Workshop, 2022.11.14-15
Yuga Sasaki, Masashi Nakatsugawa, Tamami Maruyama, Manabu Omiya, Yasuhiro Tamayama,“WPT Performance Analysis on the Circumference Length Dependence of the CircuitShape
Leaky Waveguide Using the FDTD, “ 7th STI-Gigaku,_Abstracts 1(STI-9-62), pp.134-134,
2022
Kota Unyu, Tamami Maruyama, “Visualization of the transient response of electromagnetic
fields propagating circumferentially around the inside of a circuit-shape slotted waveguide formicrowave snow melting,” 7th STI-GIGAKU, 1(STI-4-4), pp.46-46, 2022
Wenyi Shao, Bo Yang, Qiang Chen, and Naoki Shinohara, “Abruptly Autofocusing Beams Basedon Phase Modulated Zone Plate”, 2022 Asia- Pacific Microwave Conference (APMC),
Yokohama, Japan, and Online, 2022.11.29-12.2, Proceedings TH1-F3-6
Hiroyuki Kamada, Bo Yang, Wenyi Shao, Naoki Shinohara, Tomohiko Mitani, “Application ofPartially Driven Array Antenna to 28 GHz Near-Field WPT”, 2022 Asia- Pacific Microwave
Conference (APMC), Yokohama, Japan, and Online, 2022.11.29-12.2, Proceedings TH1-F5-5
Kento Suzuki, Tomohiko Mitani, and Naoki Shinohara, “Feasibility Study of Uniform
Microwave Heating by Switching OAM Modes”, 2022 Asia- Pacific Microwave Conference(APMC), Yokohama, Japan, and Online, 2022.11.29-12.2, Proceedings FR3-F5-3,
Baku Takahara, Tomohiko Mitani, and Naoki Shinohara, “Feasibility Study on Electromagnetic
Coupled Type Uniform Microwave Heating Using a Zeroth-Order Resonator”, 2022 AsiaPacific Microwave Conference (APMC), Yokohama, Japan, and Online, 2022.11.29-12.2,
Proceedings FR3-F5-5
Takero Toyonaga, Tomohiko Mitani, and Naoki Shinohara, “Study on Electromagnetic
Coupling-Type Microwave Heating Systems with Repeaters”, 2022 Asia- Pacific Microwave
Conference (APMC), Yokohama, Japan, and Online, 2022.11.29-12.2, Proceeding FR3-F5-4- 40 -

1-3 マイクロ波エネルギー伝送実験装置(METLAB)共同利用・共同研究専門委員会

Bo Yang, and Naoki Shinohara, “Demonstration of Auto-Tracking Charging for a Smartphonewith Microwave Power Transmission and Qi Wireless Charging”, 2022 Asia- PacificMicrowave Conference (APMC), Yokohama, Japan, and Online, 2022.11.29-12.2,
Proceedings TH1-F5-3,
Hiroyuki Kamada, Bo Yang, Wenyi Shao, Naoki Shinohara, and Tomohiko Mitani, “Study ofPartially Driven Array Antenna with the Coupling Lines”, 2022 Asian Wireless Power
Transfer Workshop, Kyoto, Japan and Online, 2022.12.5-6, Proceedings MO-2-O3
Wenyi Shao, Bo Yang, Hiroyuki Kamada, and Naoki Shinohara, “Integrated Design of
Ultra-lightweight Active Phased Array for Millimeter Wave Wireless Power Transfer”, 2022
Asian Wireless Power Transfer Workshop, Kyoto, Japan and Online, 2022.12.5-6,
Proceedings MO-2-O4
Keto TOGAWA, Takeo KOBASHI, Tsunayuki YAMAMOTO, Tamami MARUYAMA, Masashi
NAKATSUGAWA, Takahiko NAKAMURA, Keiichi ITO, Mitsuru MURAMOTO, Yutaka
NASUNO, Kohzoh OHSHIMA, Manabu OMIYA, Yasuhiro TAMAYAMA, “Research on
Characteristics of Arc-Shaped CRLH Waveguide for a Snow Melting System, 2022 Asian
Wireless Power Transfer Workshop, 1(1), pp. 102-106, 2022
Kota UNYU, Tamami MARUYAMA, Masashi NAKATSUGAWA, Manabu OMIYA, Yasuhiro
Tamayama, “Left-Handed Slotted Waveguide Analysis Using FDTD method,”2022 Asian
Wireless Power Transfer Workshop, 1(1), pp. 98-101, 2022
Noa EBITA, Tamami MARUYAMA, Masashi NAKATSUGAWA, Masaya TAMURA, “WirelessPower Supply for LED Accessories Based on the Principle of the Looped Yagi-Uda Antenna,”2022 Asian Wireless Power Transfer Workshop, 1(1), pp. 31-32, 2022
Yuga SASAKI, Masashi NAKATSUGAWA, Tamami MARUYAMA, Manabu OMIYA, Yasuhiro
TAMAYAMA, “WPT Performance Dependency on the Circumference Length of the Circuit
Shape Waveguides,” 2022 Asian Wireless Power Transfer Workshop, 1(1), pp. 137-140, 2022
Akari KAMADA, Tamami MARUYAMA, Masashi NAKATSUGAWA, Masaya TAMURA,“Analysis on the wireless power transmission efficiency of the moving objects simultaneously
fed by a single coil for the magnetic field coupled WPT.” 2022 Asian Wireless Power Transfer
Workshop, 1(1), pp.134-136, 2022
(特別) 楊波, 三谷友彦, 篠原真毅, “5.8GHz 帯電力可制御マグネトロンフェーズドアレー”, 電子情報通信学会マイクロ波研究会, 2022.3, 信学技報, Vol. 121, No. 400,
MW2021-121, pp. 59-62, 2022.3.3(招待) 篠原真毅, “宇宙太陽光発電の日本と世界の研究開発現状”, 第 41 回宇宙エネル
ギーシンポジウム, 2022.3.29(招待) 篠原真毅, “宇宙太陽光発電の実現に向けた我が国のビームマイクロ波送電シス
テム開発プロジェクトの現状”, 電子情報通信学会マイクロ波研究会, 2022.4.15, 信学- 41 -

1-3 マイクロ波エネルギー伝送実験装置(METLAB)共同利用・共同研究専門委員会

技報, vol.122 , no.2 , MW2022-7, pp. 25-25(招待) 篠原真毅, “マイクロ波無線電力伝送の実用化の現状と将来展望”, 電子情報通信学会 Webinar, 2022.5.13(基調) 篠原真毅, “SSPS 研究開発の各国の動向について 2022 年度版”, 第 8 回 SSPS
シンポジウム, 2022.12.17
氏原秀樹, 市川隆一, 関戸衛，宮原伐折羅，宗包浩志，小林智勝，寺家孝明，小山友明，
竹内央，今井裕, “世代マイクロ波放射計兼広帯域 VLBI 受信システムの開発(II)”, 日本天文学会春季年会, 2022.3.2-5
Nobuyuki Takabayashi, Naoki Shinohara, and Tomohiko Mitani, “Influence Evaluation of
Element Elimination in phased arrays of Flat-top Beam for Microwave Power Transmission
System for Micro-drone”, 電子情報通信学会無線電力伝送研究会, 第 21 回宇宙太陽発電と無線電力伝送に関する研究会(オンライン), 2022.3.7-8, 信学技報, vol. 121, no. 414,
WPT2021-21, pp. 10-12
間瀬瑞季, 篠原真毅, 三谷友彦, 石野祥太郎, “OAM モードによる無線電力情報同時伝送の研究”, 電子情報通信学会無線電力伝送研究会, 第 21 回宇宙太陽発電と無線電力伝送に関する研究会(オンライン), 2022.3.7-8, 信学技報, vol. 121, no. 414, WPT2021-22,
pp. 13-16
片岡瑞貴, 楊波, 篠原真毅, 三谷友彦, “2 倍周波数レトロディレクティブのための位相共役回路”, 電子情報通信学会無線電力伝送研究会, 第 21 回宇宙太陽発電と無線電力伝送に関する研究会(オンライン), 2022.3.7-8, 信学技報, vol. 121, no. 414, WPT2021-33,
pp. 58-61
見渡洸揮, 篠原真毅, “大電力空間伝送型ワイヤレス給電に向けた 5.8 GHz 帯 R 級負荷型
シングルシャント整流回路の設計”, 電子情報通信学会無線電力伝送研究会, 第 21 回
宇宙太陽発電と無線電力伝送に関する研究会(オンライン), 2022.3.7-8, 信学技報, vol.
121, no. 414, WPT2021-34, pp. 62-65
楊波, 鎌田紘行, 篠原真毅, 三谷友彦, “28GHz 帯低損失移相器の設計”, 電子情報通信
学会無線電力伝送研究会, 第 21 回宇宙太陽発電と無線電力伝送に関する研究会(オンライン), 2022.3.7-8, 信学技報, vol. 121, no. 414, WPT2021-36, pp. 70-73
河合勝己, 楊波, 篠原真毅, 三谷友彦, “液晶ディスプレイへ向けた電力情報同時伝送用
レクテナアレイの開発”, 電子情報通信学会無線電力伝送研究会, 第 21 回宇宙太陽発電と無線電力伝送に関する研究会(オンライン), 2022.3.7-8, 信学技報, vol. 121, no. 414,
WPT2021-37, pp. 74-77
氏原秀樹, 三谷友彦, 市川隆一, “広帯域アンテナの開発(II)”, 電子情報通信学会無線電力伝送研究会, 第 21 回宇宙太陽発電と無線電力伝送に関する研究会(オンライン),
2022.3.7-8, 信学技報, vol. 121, no. 414, WPT2021-39, pp. 82-85
鎌田紘行, 楊波, 篠原真毅, 長谷川直輝, 中本悠太, 平川昂, 太田喜元, “28GHz 帯ワイヤ

- 42 -

1-3 マイクロ波エネルギー伝送実験装置(METLAB)共同利用・共同研究専門委員会

レス電力伝送におけるフェーズドアレイアンテナ位相制御の簡易化検討”, 電子情報通信学会総合大会(オンライン), 2022.3.15-18, DVD-ROM B-20-21
豊永雄郎, 三谷友彦, 篠原真毅, “電磁界結合型マイクロ波加熱装置による複数試料同時加熱の検討”, 電子情報通信学会総合大会(オンライン), 2022.3.15-18, DVD-ROM
C-2-67
高原麦, 三谷友彦, 篠原真毅,“0 次モード共振を用いた均一マイクロ波加熱の基礎研究”,
電子情報通信学会総合大会(オンライン), 2022.3.15-18, DVD-ROM C-2-68
鈴木健斗, 三谷友彦, 篠原真毅, “OAM モード照射パターンを利用した一様マイクロ波加熱の基礎研究”, 電子情報通信学会総合大会(オンライン), 2022.3.15-18, DVD-ROM
C-2-69氏 原 秀 樹 , “ 広 帯 域 ア ン テ ナ の 開 発 ”, 電 子 情 報 通 信 学 会 総 合 大 会 ( オ ン ラ イ ン ),2022.3.15-18
氏原秀樹, “Development of wideband antenna”, RSI 日本電波科学会議, 2022.9.1-2
氏原秀樹, “広帯域アンテナの開発”, 電子情報通信学会ソサイエティ大会(オンライン),
2022.9.6-9柴田紘希, 鎌田 緋莉, 島田 昂幸, 丸山珠美, 中津川征士, “インピーダンス装荷と中継コ
イル挿入による磁界結合 WPT 効率改善に対する実験的検討,” 電子情報通信学会ソサ
イエティ大会(オンライン), B-1-82, p.82, 2022.9.6-9
丸山珠美, 海老田のあ, 柴田紘希, 中津川征士, 村田政隆, “レクテナアレーの導波作用によるワイヤレス電力伝送効率改善測定,” 電子情報通信学会ソサイエティ大会(オンライン), B-20-12, p.369, 2022.9.6-9
氏原秀樹, 市川隆一, 関戸衛，宮原伐折羅，宗包浩志，小林智勝，寺家孝明，小山友明，
竹内央，今井裕, “次世代マイクロ波放射計兼広帯域 VLBI 受信システムの開発(III)”,
日本天文学会秋季年会, 2022.9.13-15
氏原秀樹, 市川隆一，関戸衛，宮原伐折羅，宗包浩志，小林智勝，竹内央，今井裕，寺家孝明，小山友明, “次世代超高感度マイクロ波放射計用広帯域受信機の開発(III)”, 日
本測地学会第 138 回講演会, 2022.10.5-7
高原麦, 三谷友彦, 篠原真毅, “0 次モード共振器を用いた電磁界結合型均一マイクロ波加熱の基礎研究”, 日本電磁波エネルギー応用学会(オンライン), 2022.10.13-14, 1B03
鈴木健斗, 三谷友彦, 篠原真毅, “マイクロ波加熱に向けた OAM モード切替による電力密度分布の平均化”, 日本電磁波エネルギー応用学会(オンライン), 2022.10.13-14,
1B04
豊永雄郎, 三谷友彦, 篠原真毅, “リピータを用いた電磁界結合型マイクロ波加熱装置の検討”, 日本電磁波エネルギー応用学会(オンライン), 2022.10.13-14, 2B03
氏原秀樹, “広帯域アンテナの開発”, 第 66 回宇宙科学技術連合講演会, 2022.11.1-4
梶原豪, 楊波, 篠原真毅, 三谷友彦, “2.4GHz における低損失・高精度移相器の設計”, 第- 43 -

1-3 マイクロ波エネルギー伝送実験装置(METLAB)共同利用・共同研究専門委員会

8 回 SSPS シンポジウム, 早稲田大学, 2022.12.17
氏原秀樹, “広帯域アンテナの開発(III)”, 2022 年度 VLBI 懇談会, 2022.12.23-24
島田昂幸, 丸山珠美, 中津川征士, 田村昌也: “磁界結合 WPT におけるデュアル装置同時駆動による高効率化に関する解析検討”. IEICE2023 年総合大会.
島田昂幸, 丸山珠美, 中津川征士, 田村昌也: “磁界結合 WPT におけるデュアル装置同時駆動による高効率化に関する解析検討”. IEICE2023 年総合大会.
鵜入宏太, 丸山珠美, 中津川征士, 大宮学, 玉山泰宏: “マイクロ波融雪のためのサーキット型右手左手系導波管の過渡応答,” マイクロ波研究会（MW）2023 年 3 月.
鵜入宏太, 丸山珠美, 中津川征士, 大宮学, 玉山泰宏: “サーキット型右手左手系導波管の過渡応答,” 電子情報通信学会総合大会 2023 年 3 月.
石黒大翔, 丸山珠美, 中津川征士, 田村昌也: “インピーダンス装荷小型レクテナアレーの解析と設計,” 電子情報通信学会総合大会 2023 年 3 月.
鎌田 緋莉, 丸山珠美, 中津川征士, 田村昌也: “ 負荷装荷磁界結合 WPT による LED 点
灯実験“、WPT 研究会 3 月
海老田のあ、
丸山珠美, 中津川征士, 田村昌也:“ WPT 用 C 型ループレクテナアレー“、WPT 研究会 3 月
丸山 珠美、佐々木 悠雅、鵜入宏太、林 諒雅、德田 知志、中津川征士、中村尚彦：”サーキット型導波管の近傍界測定 WPT 研究会 3 月
8) その他招待講演
Naoki Shinohara, " Space Based Solar Power as Technology for Sustainable Future and Beaming
Wireless Power Transfer Technology”, Lucerne University of Applied Sciences and Arts
(HSLU), Luzern, Switzerland, 2022.9.29
Naoki Shinohara, “All about WPT - Theory, Technologies, and Applications of Far Field WirelessPower Transfer –“, Xi'an Jiaotong University, 2022.10.14
篠原真毅, “宇宙太陽光発電 SPS の日本と世界の研究開発と現状”, シンビオ研究会講演会, 2022.5.11
篠原真毅, “「宇宙太陽光発電」「ワイヤレス給電」の国内外最新開発動向、実用化の現状と課題”, 第 15992 回 JPI 特別セミナー, 日本計画研究所, 2022.5.27
篠原真毅, “地域で使える無線送電”, グリーンエネルギーファーム産学共創パートナー
シップ令和 4 年度第 1 回研究会, 2022.5.31
篠原真毅, “持続可能な生存圏拡大のための宇宙太陽光発電とワイヤレス給電技術”,
Roadmap to 2050 カーボン・ニュートラル推進連続セミナー第 8 回「未来の電気ネットワーク-宇宙の活用」, 2022.7.21
篠原真毅, “線をつながずに電気を送る技術の話とそれが地球を救うかもしれない話”,
夏休み親子理科教室 in 京大, 2022.7.31- 44 -

1-3 マイクロ波エネルギー伝送実験装置(METLAB)共同利用・共同研究専門委員会(基調) 篠原真毅, “宇宙太陽光発電の研究開発現状 -ワイヤレス給電技術を中心に-“, 大
塚商会 SOLID WORKS FES ’22, 2022.9.22
篠原真毅, “空間伝送型ワイヤレス給電が実現する Society5.0 と SDGs”, IoT 向けエネル
ギーハーベスティングの動向と標準化セミナー, 一般社団法人電子情報技術産業協会(JEITA), 2022.9.26
篠原真毅, “空間伝送型ワイヤレス給電の国内外のレギュレーションと商品化の現状”,
2022 年度電磁界調査研究委員会講演会, 2022.10.3
篠原真毅, “空間伝送型ワイヤレス給電の国内外の研究開発・商品化・法制化の現状”,
PwC 次世代 IoT 無線通信技術セミナー”, 2022.10.4
篠原真毅, “空間伝送型ワイヤレス給電システム開発のための技術概要と世界の研究開発状況”, 2022 年度 次世代ワイヤレス技術講座, 一般社団法人 KEC 関西電子工業振興センター, 2022.11.18
篠原真毅, “空間伝送型ワイヤレス給電の国内外の研究開発状況”, 東北工業大学第 3 回
IoT テクノロジ研究所講演会, 2022.11.24
篠原真毅, “線をつながずに電気を送る技術の話とそれが地球を 救うかもしれない話”,
第 13 回 M&BE 市民講座「環境発電技術の今とこれから」, 2022.12.3
篠原真毅, “空間伝送型ワイヤレス給電の基礎と国内外の研究開発動向”, 空間伝送型ワ
イヤレス給電の基礎と法規制動向、アプリケーション例、今後の課題, AndTech,
2022.1.24
篠原真毅, “空間伝送型ワイヤレス給電技術の基礎と実用化の最新動向”, サイエンス&
テクノロジー, 2022.5.26
篠原真毅, “宇宙太陽光発電の実用化に向けた国内外研究開発動向と課題及び将来展望”,
AndTech, 2022.7.22
篠原真毅, “空間伝送型ワイヤレス給電技術の要素技術、開発状況と今後の課題”, 技術情報協会, 2022.8.299) 特許
1 件 (AGC)- 45 -

1-4 木質材料実験棟共同利用・共同研究専門委員会

木質材料実験棟共同利用・共同研究専門委員会
委員長 五十田 博（京都大学生存圏研究所）
１．共同利用施設および活動の概要
木質材料実験棟（Wood Composite Hall）は、1994 年 2 月に完成した大断面集成材を構造材とする 3 階建ての木造建築物である（写真 1）。付属的施設として実験住宅「律周舎」（写真 2）がある。木質材料実験棟の 1 階には、写真 3～5 に示すような木質構造耐力要素の性
能評価用試験装置、木質由来新素材開発研究用の加工、処理、分析・解析装置などを備えている。3 階には、120 名程度収容可能な講演会場のほか、30 名程度が利用できる会議室がある。また、2019 年度より、耐震シミュレーションソフト「wallstat（ウォールスタット）」を共同利用に資することとした。

写真 1 木質材料実験棟全景

写真 3 竪型油圧試験機

写真 2 実験住宅「律周舎」

写真 4 鋼製反力フレーム

写真 5

X 線光電子分析装置

実験に供することができる主たる設備は以下の通り
1) 1000 kN 竪型サーボアクチュエーター試験機（写真 3）：試験体最大寸法は高さ 2.5 m、幅0.8 m、奥行き 0.8 m 程度まで適用可能。集成材各種接合部の静的・動的繰り返し加力実
験、疲労実験、丸太や製材品の実大曲げ実験、実大座屈実験その他に供されている。
2) 500 kN 鋼製反力フレーム水平加力実験装置（写真 4）：試験体最大寸法：高さ 3.0 m、幅4.5 m（特別の治具を追加すれば 6 m まで可能）、奥行き 1 m。PC 制御装置と最大ストローク 500 mm の静的正負繰り返し加力用オイルジャッキを備えている。耐力壁、木質系
門型ラーメン、その他構造耐力要素の実大（部分）加力実験に供されている。

- 46 -

1-4 木質材料実験棟共同利用・共同研究専門委員会

3) X 線光電子分析装置（ESCA）（写真 5）：試料の最表面 (5 nm) を分析可能。イオンエッチ
ングを行うことで深さ方向の分析も可能である。現在のところ、主に、木質系炭素材料の表面分析に供されている。
4) 木造エコ住宅（律周舎：写真 2）：平成 18 年 11 月に完成した自然素材活用型木質軸組
構法実験棟。金物を一切使わず、木、竹、土等の自然素材だけで構造体を構築したユニー
クな木造実験住宅である。
2022 年度の採択課題数は 19 件で、表 1.1 に本年度の採択課題名、代表研究者、所内担当者の一覧を示す。表 1.2 に耐震シミュレーションソフト「wallstat（ウォールスタット）」の共同利用課題について記載した。
表 1.1 2022 年度木質材料実験棟共同利用採択課題一覧
課題
番号

研究課題

R4-WM01

バイオマス由来多孔質炭素材料の作
製

坪田敏樹（1）九州工業大学・准教授/畑俊充

R4-WM02

バイオマテリアルを利用した含ヘテ
ロ炭素材料の開発

木島正志（2）筑波大学・教授/畑俊充

R4-WM04

木質耐力壁の残存耐震性能と地震動特性の関係に関する研究

汐満将史（4）山形大学 ・助教/五十田博

R4-WM05

高 CO2 吸着性能をもった木質炭素化物の開発

畑俊充（1）京都大学・講師/畑俊充

R4-WM06

木造住宅の地震時層崩壊を抑制する
通し面材工法に関する研究

宮津裕次（3）東京理科大学・講師/五十田博

R4-WM07

プレストレスを用いた CLT 耐力壁の性能評価

森拓郎（7）広島大学・准教授/五十田博

R4-WM08

住宅床下環境における銅系接合具の
木材防腐効果の検証試験

栗﨑宏（2）富山県農林水産総合技術センタ
ー・主任専門員/大村和香子

R4-WM09

宇宙環境での木材利用を想定したガ
ンマ線照射による木材細胞壁微細構
造の変化
ナノファイバー，アルミニウム，ア
ビエチン酸間に生じる相互作用のXPS による分析

村田 功二（2）京都大学・准教授/畑俊充

R4-WM10

研究代表者名（共同研究者数）所属・職名/所内担当者

有賀哲（2）京都大学・博士後期課程 2 年(D2)/畑俊充- 47 -

1-4 木質材料実験棟共同利用・共同研究専門委員会

表 1.2 2022 年度木質材料実験棟共同利用（wallstat）課題一覧
課題番号

研究代表者名（共同研究者数）所属・職名/所
内担当者

研究課題

R4-WM03

生物劣化を受けた既存住宅のwallstat を用いた耐震性能評価

井上 涼（3）広島大学・大学院生/中川貴文

R4-WM11

AI を用いた構造ヘルスモニタリン
グ手法の開発小檜山 雅之（2）慶應義塾大学・教授/中川貴文

R4-WM12木造建物の構造ヘルスモニタリング
に関する研究肥田剛典（13）茨城大学・准教授/中川貴文

R4-WM13

中高層木造の耐震設計法に関する研究河合直人（2）工学院大学・教授/中川貴文

R4-WM14

中層木造建築の耐震性能に関する研究中村豊（1）島根大学・教授/中川貴文

R4-WM15木造住宅の構造特性の検証

北尾 聡子（2）大阪電気通信大学・准教授/
中川貴文

R4-WM16在来軸組工法 4 層建物の時刻歴応答
解析

宮田雄二郎（2）法政大学・准教授/中川貴文

R4-WM17

木造住宅制震構造標準化を目指した
制震デバイスの性能評価「振動台実験を基にした新たな解析モデルの研究」
木造住宅の崩壊限界性能に関する確率論的性能評価手法の高度化

戸次 司葵（0）西日本工業大学・大学生/中
川貴文

個別要素法を用いた土砂災害に起因する木造家屋倒壊メカニズムの解析による室内生存空間の解析

小林 純平（1）北海道大学大学院工学院・修士学生 2 年/中川貴文

R4-WM18
R4-WM19

長江 拓也（3）東海国立大学機構 名古屋大
学 ・准教授/中川貴文- 48 -

1-4 木質材料実験棟共同利用・共同研究専門委員会

1）課題番号：R4-WM-02「バイオマテリアルを利用した含ヘテロ炭素材料の開発」（代表者：
木島正志、筑波大学）では、バイオベースマテリアルとして環状オリゴ糖であるγ-シクロ
デキストリンを筒型に積層集積させたミクロキューブ結晶体と、ポリプロピレングリコー
ルが内包・貫通したシクロデキストリンポリロタキサンを微細構造化された炭素化原料として利用し、炭素化を行った。また、これらを物質形成時にジイソシアナートによるデキス
トリン表面のウレタン結合架橋や Mg 塩のイオン相互作用を利用し、窒素原子や Mg のヘテロ原子を導入した炭素を調製した。これらの物質は炭素化によりミクロ孔性炭素を与える。ジイソシアナート架橋処理することで、炭素化時の形状維持性能が向上し、窒素を含む
ミクロ孔性炭素を与えた。また、Mg 塩処理した炭素化物は、比表面積は低減する傾向にあったがメソ孔形成が促進された。窒素ならび Mg 含有多孔性炭素は 25℃における表面積当たりの二酸化炭素吸着量が通常の多孔性炭素より高めであることが分かった。
2）課題番号：R4-WM-11「AI を用いた構造ヘルスモニタリング手法の開発」（代表者：小檜山雅之、慶應義塾大学）, 精度の高い構造ヘルスモニタリングシステムを構築することを目的として畳み込みニューラルネットワークを用いて履歴ループをもとに木造建物の損傷評価を行う手法を提案した。学習データの作成においては wallstat を用いて解析モデルの作成と地震応答解析を行い、1 階の復元力・層間変形角の応答データから履歴ループを評価
し、2 秒間に 1 度、履歴ループ画像を生成した。履歴ループ画像の生成においては、各応答軸の最大値と最小値の範囲でスケーリングしたものと学習データ全体の応答値をもとに各応答軸の範囲を定めたものを比較した。その結果、全体の応答値をもとに各応答軸の範囲を定めたほうが高い判別精度が得られることが明らかとなった。これは履歴ループ画像が残留変位の情報を保持しているためと考えられる。
2022 年度に共同利用研究活動の中で作成された卒業論文及び修士論文の主なリストを以下に示す。
R4-WM-04（代表：汐満将史）日塔未来：地震動の周期特性及び揺れの数と建物被害の関係に関する研究、山形大学卒業論文、2023 年 1 月

R4-WM-06（代表：宮津裕次）堤 彩栞：CLT と摩擦ダンパを用いた通し面材工法に関する研究、東京理科大学修士論文、2023 年 2 月

R4-WM-11（代表：小檜山雅之）千葉荘輝：畳み込みニューラルネットワークを用いた木造建物の履歴ループに基づく損傷評価、慶應義塾大学卒業研究、2023 年 1 月

R4-WM-13（代表：河合直人）杉本和也：中高層枠組壁工法建築物における脚部接合部
先行降伏を許容する設計法に関する解析的研究、工学院大学卒業研究、2023 年 2 月

R4-WM-14（代表：中村豊）加藤駿：構造用合板耐力壁を用いた木造軸組住宅の耐震性能に関する研究、島根大学卒業論文、2023 年 2 月- 49 -

1-4 木質材料実験棟共同利用・共同研究専門委員会



R4-WM-14（代表：中村豊）岡本泰知：大断面集成材建築物の制振ダンパーによる応答低減効果に関する研究、島根大学卒業論文、2023 年 2 月

R4-WM-14（代表：中村豊）影山結：大断面集成材ラーメン構造における鋼板挿入ドリ
フトピン接合部設計が地震時応答に与える影響について、島根大学大学院修士論文、2023 年 2 月

R4-WM-15（代表：北尾聡子）俵颯汰：柱梁接合部金物が木造住宅の地震時挙動に及ぼす影響、大阪電気通信大学卒業論文、2022 年 12 月



R4-WM-18（代表：長江拓也）井川実乃里：振動台実験と 3 次元数値解析を用いた木造軸組工法住宅の層せん断力検討、名古屋大学卒業論文、2023 年 1 月

R4-WM-19（代表：小林純平）小林純平：斜面近傍地の住宅特性を考慮した土砂災害に伴う建物倒壊過程の評価、北海道大学大学院修士論文、2023 年 2 月- 50 -

1-4 木質材料実験棟共同利用・共同研究専門委員会

３．共同利用状況
表 2 木質材料実験棟過去 10 年間と本年度の利用状況の推移
年度

25(平成、西暦)

採択課題数
17
共同利用者
67
学内 27
数*
学外 40

26

27

28

29

30

2019

2020

2021

2022

15
53

21
88

16
75

14
77

17
96

17
95

22
68

28
90

19
71

学内 23
学外 30

学内 30
学外 58

学内 26
学外 49

学内 22
学外 55

学内 26 学内 18
学外 70 学外 77

学内 13
学外 55

学内 13
学外 77

学内 16
学外 55

* 研究代表者および研究協力者の延べ人数

４．専門委員会の構成及び開催状況（令和 4 年度）
五十田博（委員長、京大 RISH）、中島史郎（宇都宮大）、藤田香織（東大工）、山内秀文（秋田木高研）、森 拓郎(広島大)、杉山真樹（森林総研）、大橋義徳（北林産試）、田淵
敦士（京都府立大）、仲村匡司（京大農）、梅村研二（京大 RISH）、中川貴文（京大
RISH）、松尾美幸（京大 RISH）、畑俊充（京大 RISH）。令和 4 年度の専門委員会は、全てメール回議によって行なった。

５．特記事項特になし。

- 51 -

1-4 木質材料実験棟共同利用・共同研究専門委員会

令和 4 年度共同利用研究活動の中で作成された研究の成果による学術賞および学術論文誌に本年度発表された論文[査読付き論文]


R4-WM-02 （ 代 表 ： 木 島 正 志 ） Fang B, Hata T, Kijima M, Carbonization ofhydrothermally pre-treated algae using terephthalaldehyde and Mg salts. Carbon
Reports, 2022, 1. 206-213. DOI: 10.7209/carbon.010401.



R4-WM-14（代表：中村豊）Nakamura Y and Matsumura R, Cross-story installationof viscous dampers in timber frame houses for earthquake damage reduction. Front.
Built Environ. 2022, 8:1037832. doi: 10.3389/fbuil.2022.1037832[その他：学会口頭発表]


R4-WM-02（代表：木島正志）酒井 幸樹, 木島 正志, 畑 俊充「シクロデキストリン-ポリロタキサン誘導物の炭素化」第 49 回炭素材料学会年会（2022 年 12 月 7 日-12 月
9 日、姫路）

R4-WM-02（代表：木島正志）皇城 義希, 木島 正志, 畑 俊充,「炭素化したγ-シクロ
デキストリン系物質の基礎評価」第 49 回炭素材料学会年会（2022 年 12 月 7 日-12 月
9 日、姫路）

R4-WM-04（代表：汐満将史）境有紀, 汐満将史「地震動の破壊力を測ることを目的とした簡易木造試験体の開発 （その 1）研究概要と静的実験」日本建築学会大会学術講演梗概集, 2022 年 4 月

R4-WM-04（代表：汐満将史）汐満将史, 境有紀「地震動の破壊力を測ることを目的とした簡易木造試験体の開発（その 2）振動実験」日本建築学会大会学術講演梗概集,2022 年 4 月
R4-WM-11（代表：小檜山雅之）溝淵陸大，小檜山雅之：多項式カオス展開による感度解析を活用した木造建物の損傷判別器の構築, 第 51 回信頼性・保全性・安全性シンポ
ジウム, 2022.7



R4-WM-11（代表：小檜山雅之）Rikuto Mizobuchi and Masayuki Kohiyama: Global
Sensitivity Analysis of Wooden Building Based on Polynomial Chaos Expansion
Considering Uncertainty in Material Property, 15th World Congress on
Computational Mechanics (WCCM-XV) & 8th Asian Pacific Congress on
Computational Mechanics (APCOM-VIII), July 31–August 5, 2022, Yokohama,Japan (Paper No.: 2869, Presentation: 3 August 2022).



R4-WM-13（代表：河合直人）青木翔吾, 河合直人, 中川貴文「中層木造建築物における P-Δ効果に関する解析的研究」 2022 年度日本建築学会大会梗概, 2022 年 9 月（←
口頭発表）- 52 -

1-5 居住圏劣化生物飼育棟/生活・森林圏シミュレーションフィールド（DOL/LSF）共同利用・共同研究専門委員会

居住圏劣化生物飼育棟/生活・森林圏シミュレーションフィールド共同利用・共同研究専門委員会
委員長 大村 和香子（京都大学生存圏研究所）
１．共同利用施設および活動の概要
京都大学生存圏研究所居住圏劣化生物飼育棟（以下 DOL と略）と生活・森林圏シミュレー
ションフィールド（以下 LSF と略）は平成 20 年度から統合され、令和４年度は 12 件の研究課題を採択した。
DOL は木材及び木質系材料の加害生物を飼育し、生物劣化試験の実施、並びに生物劣化機
構や環境との相互作用などの研究用の生物を供給できる国内随一の施設であり、シロアリ
飼育室、木材食害性甲虫類飼育室および木材劣化菌類培養室から構成されている。
現在、供給可能な飼育生物は下記の通りである（* :居住圏環境共生分野以外、生きたままでは持ち出しは認めていない）①シロアリ類：イエシロアリ、アメリカカンザイシロアリ（*）、ヤマトシロアリ②木材乾材害虫類：ヒラタキクイムシ、アフリカヒラタキクイムシ、ケブカシバンムシ、チビタケナガシンクイ③木材腐朽菌類：約 60 種。これらの菌類については、寒天培地における生育の様子と ITS領域の塩基配列が生存圏データベース・担子菌類遺伝子データとして公開されている(http://database.rish.kyoto-u.ac.jp/arch/basidio/database(ichiran)livingfungi.html）。
従前より、木材や新規木質系材料の生物劣化抵抗性評価や防腐・防蟻手法の開発に関して、大学だけでなく公的研究機関、民間企業との共同研究を積極的に遂行してきた。また、日本における新規木材保存薬剤の公的性能評価を実施する施設として、長年に亘り重責を担っている。
なお、今年度は②木材乾材害虫類の飼育用恒温恒湿室が故障し修理に耐えられなくなったため、恒温恒湿器による飼育に切り替えた。さらにイエシロアリ飼育室入口壁に亀裂が生じており雨水が侵入していたため、公費による補修工事を実施いただき、当該箇所の不具合は解消した。このような施設の老朽化の対する抜本的な対策が必須である。

居住圏劣化生物飼育棟（DOL）
左から順に、木材劣化菌類培養室、シロアリ飼育室内のイエシロアリ巣、アメリカカンザイシロアリ- 53 -

1-5 居住圏劣化生物飼育棟/生活・森林圏シミュレーションフィールド（DOL/LSF）共同利用・共同研究専門委員会

一方 LSF は、鹿児島県日置市吹上町吹上浜国有林内に設置されたクロマツとニセアカシ
ア、ヤマモモなどの混生林からなる約 28,000m2 の野外試験地であり、日本において経済的に重要なイエシロアリとヤマトシロアリが高密度で生息し、これまで既に 30 年以上にわたって木材・木質材料の性能評価試験、木材保存薬剤の野外試験、低環境負荷型新防蟻穂の開発や地下シロアリの生態調査、またその立地を活かした大気環境調査等に関して国内外の大学、公的研究機関及び民間企業との共同研究が活発に実施されてきた。
試験地の維持管理に関しては、今年度、敷地境界木杭の劣化調査を行い、地際から折れるなど破損している木杭を新たな木杭に交換した。また各研究機関の試験区画周囲に目印となるプラスチック杭を設置し、試験区画の管理を進めた。
生活・森林圏シミュレーションフィールド（LSF）
左：LSF 入口、右：木材・木質材料の野外防蟻試験（非接地・非暴露
環境下での試験）

２．共同利用状況
平成 21 年度より DOL と LSF が統合され、それ以降採択課題数としては 15～20 件、利用者数としては 70～100 名で推移している。令和４年度は新規 3 件を含む 12 件の採択となっている。
表１ DOL/LSF 共同利用状況（過去 10 年間）
年度
(平成/
令和)

25

26

27

28

29

30

31/R1

2

3

4

課題数*

17(2)

18(3)

16(3)

16(2)

16(2)

18(4)

12(2)

14(1)

14(1)

12(1)

71
学内 16
学外 55

58
学内 18
学外 40

共同利用
者数**

*

67

73

63

74

76

96

58

73

学内 27
学外 40

学内 20
学外 53

学内 14
学外 49

学内 24
学外 50

学内 19
学外 57

学内 26
学外 70

学内 15
学外 43

学内 17
学外 56

( )内数字は国際共同利用課題数**

研究代表者および研究協力者の延べ人数

以下に、令和４年度の 12 件の採択研究課題を示す。
・フルフリルアルコール処理スギ材の生物劣化抵抗性（奈良県森林技術センター・増田勝則）
・シロアリ貫通阻止性能を備えたサーキュラーエコノミー対応型造粒材料の開発（京都大学・簗瀬 佳之）
・糸状菌シトクローム P450 モノオキシゲナーゼ遺伝子組み換え酵母により生産されるテル- 54 -

1-5 居住圏劣化生物飼育棟/生活・森林圏シミュレーションフィールド（DOL/LSF）共同利用・共同研究専門委員会

ペノイドを用いた抗蟻成分の探索（宮崎県木材利用技術センター・須原 弘登）
・環境と調和した木材保存法の開発（京都大学・大村 和香子）
・保存処理および保存処理と塗装を併用した木質材料の耐久性評価（（地独）北海道道立総合研究機構・伊佐治 信一）
・温泉成分によるシロアリ忌避効果の検証（大阪公立大学・石山 央樹）
・高湿環境下における保存処理木材に接する金物類の腐食評価（大阪公立大学・石山 央樹）
・木片腐朽過程を考慮した木片混じり粘土の長期力学特性の把握（名古屋大学・中野 正樹）
・植物由来成分によるシロアリ誘引効果（京都工芸繊維大学・秋野 順治）
・銅系接合具の木材防腐防蟻効果の野外検証試験（富山県農林水産総合技術センター木材研究所・栗﨑 宏）
・CLT の生物劣化における特徴と保存処理の効果（広島大学・森 拓郎）
・生物劣化を受けた木造接合部の強度性能評価（宮崎県木材利用技術センター・中谷 誠）

３．専門委員会の構成及び開催状況（令和 4 年度）(1)国内委員：大村和香子(委員長、京大生存研)、五十田博(京大生存研)、高橋けんし(京大生存研)、畑 俊充（京大生存研）、簗瀬佳之(京大農学研究科)、板倉修司（近畿大学
農学部）、神原広平(森林総合研究所)、木原久美子(熊本高等専門学校生物化学システム工学科)、酒井温子(奈良県森林技術センター)、堀澤栄(高知工科大学工学研究科)、

伊佐治信一(北海道立総合研究機構 森林研究本部・林産試験場)(2)国際委員(アドバイザー)：Theodore Evans(西オーストラリア大学)、Kok-Boon
Neoh(台湾国立中興大学)(3)専門委員会開催状況
令和 5 年 3 月 2 日（令和４年度第 1 回委員会 オンライン開催）
議題：令和 5 年度申請課題の審査他
申請課題の審査は、予め各委員に申請書類を配信し、委員会開催時に出席委員による評価を経て採択を行った。

４．共同利用研究の成果
以下に、令和４年度に発表された卒業論文、修士論文、学術論文、報告書・資料・要旨集
及び学会発表リスト、並びに特筆すべき事項を示す。
(1) 修士論文、学術論文、報告書・資料・要旨集及び学会発表リスト
卒業論文
森山大生：木材由来物質によるヤマトシロアリの誘引効果 京都工芸繊維大学卒業論文、令和5年2月
学術誌に掲載された論文
・Krishanti, N. P. R. A., Tobimatsu, Y., Afifi, O. A., Tarmadi, D., Himmi, S. K., Umezawa, T., Ohmura,- 55 -

1-5 居住圏劣化生物飼育棟/生活・森林圏シミュレーションフィールド（DOL/LSF）共同利用・共同研究専門委員会

W. , Yoshimura, T. (2023). Effects of dietary variation on lignocellulose degradation and physiologicalproperties of Nicobium hirtum larvae. Journal of Wood Science, 69(1), 2. doi.org/10.1186/s10086022-02074-x
国際学会プロシーディング、要旨等
・Bramantyo Wikantyoso, Tomoya Imai, S. Khoirul Himmi, Sulaeman Yusuf, Wakako Ohmura (2023)
Anatomical Structure of Pronotum Setae in the Soldier of Subterranean Termites Coptotermes spp.
(Blattodea: Rhinotermitidae), Proceedings of 14th PRTRG Conference.
・Bramantyo Wikantyoso, S. Khoirul Himmi, Didi Tarmadi, Sulaeman Yusuf, Wakako Ohmura (2023)
Spatial understanding mediated by thigmotaxis in the soldier of subterranean termite Coptotermes
formosanus, Proceedings of 14th PRTRG Conference.
学会・シンポジウム発表
・中野正樹，酒井崇之，津田雅仁，高井敦史，加藤雅彦，田内裕人，大塚義一 (2022)：風水害で発生した土砂混合廃棄物の物性および木片混入分別土のせん断挙動の把握，第 57 回地盤工学研究発表会，21-3-2-01.
・Ni Putu Ratna Ayu Krishanti, Yuki Tobimatsu, Toshiaki Umezawa, Wakako Ohmura, Tsuyoshi
Yoshimura (2022) Studies on lignocellulose degradation and structure of gut symbiotic microbiota ofdeath watch beetle, Nicobium hirtum (Coleoptera: Anobiidae), Abstracts of 34th Annual Meeting on
Japan Environmental Entomology and Zoology, 52.
(2) 特筆すべき事項
DOL/LSF で行われた研究成果を広く社会に公開するため、研究成果発表会を第 491 回生
存圏シンポジウムとして令和 5 年 3 月 1 日にオンラインにて実施し、併せて要旨集（PDF 版）を発行した。

- 56 -

1-6 生存圏データベース共同利用・共同研究専門委員会

生存圏データベース共同利用・共同研究専門委員会
委員長 今井 友也（京都大学生存圏研究所）

１．共同利用施設および活動の概要「生存圏データベース」は、生存圏研究所が蓄積してきたデータの集大成で、材鑑調査室が収集する木質標本データと生存圏に関するさまざまな電子データとがある。材鑑調査
室では 1944 年以来収集されてきた木材標本や光学プレパラートを収蔵・公開している。また、大気圏から宇宙圏、さらには森林圏や人間生活圏にかかわるデータを電子化し、インターネット上で公開している。これら生存圏に関する多種多様な情報を統括し、共同利用・共同研究拠点活動の一形態であるデータベース共同利用として管理・運営を行なっている。
１－１．材鑑調査室
材鑑調査室は、1978 年に国際木材標本室総覧に機関略号 KYOw として正式登録されたことを契機に 1980 年に設立され、材鑑やさく葉標本の収集をはじめ、内外の大学、研究所、諸機関との材鑑交換を行なっている。現有材鑑数は 20764 個(223 科、1166 属、4260 種)、永久プレパラート数は 12894 枚に上り、わが国では森林総合研究所に次ぐ第 2 の規模である。
生存圏研究所に特徴的なものとして、古材コレクション(617 点)がある。これらは指定文化財建造物の修理工事において生じる取替え古材を文化財所有者や修理事務所の協力に基づ
き系統的に収集したものである。実験試料として破壊試験を行なうことができる我が国唯一のコレクションであり、木の文化と科学に寄与する様々な研究テーマに供されている。
また従来から引き続き、木材の組織構造観察にもとづく樹種同定を通して、昨今耐震改修の進む歴史的な建造物の部材や、木彫像を初めとする木製品の樹種のデータベース化を進めている。一方、新規な取り組みとしてコンピュータビジョンと機械学習による木材形態の新しい数量的、統計的な解析に向けた画像データベースの作成を行っており、蓄積した画像は 110 種、9000 枚を超え、一部京都大学学術リポジトリより公開している。2008 年の改修により、管理室と見学スペースを分離すると同時に、生存圏データベース共同利用の拠点設備として生存圏バーチャルフィールドを開設した。現在は、法隆寺五重塔心柱をはじめ数多くの文化財級の部材や工芸品を展示し、年間 1000 名に達する見学者に随時公開している（ただし、コロナ禍は除く）。また、2019 年以降、高山寺や比叡山より数百年生のス
ギの円盤が数点寄贈され、年輪解析用試料として研究におおいに活用された他、近年は、
材鑑所有古材を用いて、ＤＮＡによる樹種識別手法の開拓など基礎研究も進められている。
１－２．電子データベース
生存圏データベースの一環として、研究成果にもとづいて種々の電子情報を蓄積してきた。2015 年に見直しをおこない現在以下 7 種類のデータベースを公開している。宇宙圏電- 57 -

1-6 生存圏データベース共同利用・共同研究専門委員会

磁環境データ：1992 年に打ち上げられ地球周辺の宇宙空間を観測し続けている GEOTAIL
衛星から得られた宇宙圏電磁環境に関するプラズマ波動スペクトル強度の時間変化データ。
レーダー大気観測データ：過去 30 年以上にわたってアジア域最大の大気観測レーダーとして稼働してきた MU レーダーをはじめとする各種大気観測装置で得られた地表から超高層大気にかけての観測データ。赤道大気観測データ：インドネシアに設置されている赤道大気レーダーで取得された対流圏及び下部成層圏における大気観測データと電離圏におけるイレギュラリティ観測データを含む関連の観測データ。グローバル大気観測データ：全球
気象データ(気象庁作成の格子点データやヨーロッパ中期気象予報センターの再解析データ)を自己記述的でポータビリティの高いフォーマットで公開。木材多様性データベース：
材鑑調査室が所蔵する木材標本ならびに光学プレパラートの文字情報、識別プレパラート
画像と識別結果、また文献データベースでは日本産広葉樹の木材組織の画像と解剖学的記述を公開。2021 年のサーバー交換に伴い動かなくなっていたが、2023 年度中に稼働再開予定。
有用植物遺伝子データベース：二次代謝成分やバイオマスが利用される有用植物のExpressed sequence tags (EST)配列を集積しており、既知の遺伝子配列と相同性を有する EST
配列を検索（相同性検索）することが可能。担子菌類遺伝子資源データ：第二次世界大戦以前より収集されてきた希少な標本試料の書誌情報や生体試料の遺伝子情報を収集。

電子データベースは、http://database.rish.kyoto-u.ac.jp/から公開されている｡

これら以外に所内外の研究者から以下のデータベースの提供を受けて公開している。南
極点基地オーロラ観測データ：南極点基地で撮像したオーロラ全天画像のデータベース。
静止衛星雲頂高度プロダクト：静止気象衛星の赤外輝度温度観測から推定した、雲頂高度
および光学的厚さに関するデータベース。アカシア大規模造林地気象データベース： 2005
年よりインドネシア南スマトラ島のアカシア大規模造林地で収集されている地上気象観測
データ。

- 58 -

1-6 生存圏データベース共同利用・共同研究専門委員会

２．共同利用研究の成果① 全国各地における木材標本や年輪標本の採集を継続的に推進している。
② 材鑑およびデータベース利用による成果例：
論文•濱田恒志, 田鶴寿弥子, 島根県内に所在する木彫仏像・神像の樹種調査, 古代文化研
究, 2023. 印刷中•田鶴寿弥子, 欧米に散逸した神像群をめぐる 木材解剖学×美術史学の国際的な学際研究, 生存圏研究, 2022.
• Hairi Cipta, Widyanto Dwi Nugroho, Suyako Tazuru, Junji Sugiyama, Identification of thewood species in the wooden sheath of Indonesian kris by synchrotron X‑ray microtomography
Journal of Wood Science, 2022. DOI:10.1186/s10086-022-02072-z• Suyako Tazuru, Mechtild Mertz, Takao Itoh and Junji Sugiyama, Wood Identification ofJapanese and Chinese Wooden Statues Owned by the Museum of Fine Arts, Boston, USA,
Journal of wood science, 2022. DOI:10.1186/s10086-022-02020-x• Mechtild Mertz, Suyako Tazuru, Shiro Ito, Cynthea Bogel, A Group of Twelfth-Century
Japanese Kami Statues and Considerations of Material Intentionality: Collaborative Research
Among Wood Scientists and Art Historians, Journal of Asian Humanities at Kyushu
University (JAH-Q), 127-158, 2022.
書籍
田鶴寿弥子 ひとかけらの木片が教えてくれること 木材×科学×歴史 淡交社 2022 年 8 月出版
グッズ販売
京大生協での木材組織カードの企画と販売 2022 年 10 月

- 59 -

1-6 生存圏データベース共同利用・共同研究専門委員会

３．共同利用状況
2016 年度から 2022 年度にかけての共同利用状況については、次の通りである。
年度

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

材鑑調査室
採択課題数*
材鑑調査室

18(2)

15(2)

10(1)

13(1)

9(1)

11(1)

9(1)

74
学内 28
学外 46

63
学内 25
学外 38

36
学内 16
学外 20

49
学内 23
学外 26

41
学内 17
学外 24

32
学内 21
学外 11

33
学内 22
学外 11
488,129,934
370,132 GB

共同利用者数
**
電子データ
ベースへの
アクセス

40,421,901

155,589,041

204,862,046

319,905,539

393,973,816

集計不可能

254,339GB

254,712GB

384,768Gb

456,782GB

406,152GB****()内数字は国際共同利用，**共同利用者数は各課題の研究代表者と研究協力者の延べ人数,***サーバーマシンの更新に伴い電子データベースへのアクセス数を数えるプログラムが 2021 年４月 1 日

から 2022 年 2 月 23 日まで作動していなかったため。

４．専門委員会の構成及び開催状況（2022 年度）
専門委員会は、所外委員 9 名[栗本(秋田県立大・木材高度加工研究所)、中島(NIES)、中村(極地研)、藤井(森林総研)、佐野(北大・農)、海老沢(宇宙研)、斎藤(東大・農)、田上(京大・理)、杉山(京大・農)]と所内委員４名[橋口、小嶋、今井、田鶴]、および海外委員 1 名[翟勝丞(南京林業大, 中国)]である。2022 年度の委員会は 2023 年 2 月 10 日に開催される予定で、2022 年度の活動報告、2023 年度生存圏データベース(材鑑調査室)共同利用申請課題選考、内規などの論議をおこなう。

５．特記事項①京都大学宇治キャンパス公開において、京都大学
湊総長はじめ理事の先生方が材鑑調査室をご見学された。
②京都大学アカデミックデイ 2022 の「ちゃぶ台で対話」プログラムにおいて「文化財のかけらを通してみる人と木の歴史」を行い、ちゃぶ台部門の優秀賞を受賞。本プログラムでは、一般向けに材鑑を利用して行ってきた研究の一部を社会にむけて発信することができた。

材鑑調査室に京都大学湊総長ご一行御来館の様子（2022 年秋の宇治キャンパ③アメリカ合衆国ホノルル美術館・ボストン美術
館・クリーブランド美術館あるいはカナダロイヤル
オンタリオ美術館・メトロポリタン美術館、台湾の博物館などに所蔵されている東アジア由来の文化財- 60 -

ス公開にて）

1-6 生存圏データベース共同利用・共同研究専門委員会の樹種調査・放射性炭素年代調査を継続し、その一部について学
際的な論文にまとめることができた。
④国立博物館美術院や修理所への文化財調査協力に加え、九州国立博物館（宮内庁所有文化財調査）や島根県立古代出雲歴史博物館、一部の都道府県文化課、帝塚山大学との文化財調査協力、あるいは国宝如庵をはじめとした複数の建造物修復工事における文化財調査についても継続し、報告書などが出版された。
⑤材鑑を利用して行ってきた研究成果をまとめた単著（田鶴寿弥子

ひとかけらの木片が教えてくれること 木材×科学×歴史淡交社）が、複数の新聞やメディアなどで紹介された（産経新聞・
日本経済新聞・週刊文春・朝日新聞 ・福井新聞・読売新聞・北京大アカデミックデ

羽新報 ・日刊ゲンダイなど）他、文化財調査の結果について、

イ 2022

朝日新聞で掲載された。
（奈良県大淀町の木彫像調査について
朝日新聞 2023 年 1 月 23 日朝刊）
⑥生存圏研究所公開講座『先人の才知に学ぶ、サステナビリティ―』第 3 回「文化財を紐解く ～木材×歴史×科学～」を 2023 年 1 月 20 日にオンライン開催した。

- 61 -

1-7 持続可能生存圏開拓診断(DASH)/森林バイオマス評価分析システム(FBAS)・共同利用・共同研究専門委員会

持続可能生存圏開拓診断(DASH)/ 森林バイオマス評価分析システム(FBAS)
共同利用・共同研究専門委員会
委員長 杉山 暁史 （京都大学生存圏研究所）
１．共同利用施設および活動の概要
人類が持続的生存を維持するためには、太陽エネルギーによる再生可能な植物資源によって、食糧生産、資源確保、エネルギー供給を支えるシステムを構築することが、世界的な緊急課題となっている。また地球環境の保全のためには、植物を中心として、それを取り巻
く大気、土壌、昆虫、微生物など様々な要素の相互作用、すなわち生態系のネットワークを正しく理解することも必要である。これらは当研究所のミッション１、４、およびアカシア
プロジェクトに密接にかかわっている。そして、環境修復、持続的森林バイオマス生産、バ
イオエネルギー生産、高強度・高耐久性木質生産などを最終目標として、種々の有用遺伝子機能の検証と並び、樹木を含む様々な形質転換植物が作成されている。
こうした研究を支援するため、平成 19 年度の京都大学概算要求（特別支援事業・教育研
究等設備）において、生存圏研究所は生態学研究センターと共同で「DASH システム」を申請し、これが認められて生存圏研究所に設置された。本システムは、樹木を含む様々な植物の成長制御、共生微生物と植物の相互作用、ストレス耐性など植物の生理機能の解析を行なうとともに、植物の分子育種を通じ、有用生物資源の開発を行なうものである。一方、平成
18 年度より全国共同利用として運用してきた FBAS は、前者の分析装置サブシステムと内容的に重複するところが多いことから平成 20 年度より DASH システムと協調的に統合し、一つの全国・国際共同利用として運用することとした。後者は複雑な木質バイオマス、特にリ
グニンおよび関連化合物を中心として、細胞レベルから分子レベルにいたるまで正確に評価分析する、分析手法の提供をベースとした共同利用研究である。
本システムを構成する主要な機器と分析手法は以下の通りである。
主要機器
・DASH 分析装置サブシステム
１)代謝産物分析装置

LCMS-IT-TOF

１台 [図 A]

２)植物揮発性成分分析装置

GC-MS

２台 [図 B]

３)土壌成分分析装置

ライシメータ２台 [図 D]・DASH 植物育成サブシステム
組換え植物育成用（８温室＋１培養室＋１準備処理作業室） [図 C]
大型の組換え樹木にも対応（温室の最大高さ 6.9ｍ）- 62 -

1-7 持続可能生存圏開拓診断(DASH)/森林バイオマス評価分析システム(FBAS)・共同利用・共同研究専門委員会

A

B

C

D

E

F
図：DASH/FBAS 構成機器（抜粋）・FBAS として共同利用に供する設備
四重極型ガスクロマトグラフ質量分析装置

C

高分解能二重収束ガスクロマトグラフ質量分析装置[図 E]

四重極型液体クロマトグラフ質量分析装置[図 F]

ニトロベンゼン酸化反応装置
・その他の装置
核磁気共鳴吸収分光装置
透過型電子顕微鏡主な分析手法チオアシドリシス、ニトロベンゼン酸化分解 （リグニン化学構造分析）
クラーソンリグニン法、アセチルブロマイド法 （リグニン定量分析）- 63 -

1-7 持続可能生存圏開拓診断(DASH)/森林バイオマス評価分析システム(FBAS)・共同利用・共同研究専門委員会

２．共同利用状況
平成 18 年度から令和 4 年度に渡って共同利用状況については以下の通りである。本全
国共同利用設備は、平成 18 年度に FBAS として共同利用を開始した。その後平成 19 年度の京都大学概算要求にて DASH の設置が認められた。内容的に両者で重複する部分が多かったため、平成 20 年度からは両者を融合して DASH/FBAS として全国共同利用の運用をしている。
傾向として、利用面積が問題となる植物育成サブシステムに関しては、長時間を必要とする植物の育成が主な機能であることから、利用件数の大きな変動はない。採択件数が減少傾向に見えるのは、随時受付を行っている DASH 分析装置サブシステムの利用者数の変動が原因となっているためで、温室部分の利用者に大きな変動は無い。

年度
採択
課題数
共同利
用者数
*

表

DASH/FBAS 共同利用状況

H18

H19

H20

H21

H22

H23

H24

H25

H26

8

8

15

22

17

15

16

13

16

95

80

82

70

84

25

45

97

129

学内 47
学外 48

学内 54
学外 26

学内 50
学外 32

学内 44
学外 26

学内 54
学外 30

年度

H27

H28

H29

H30

R1

R2

R3

R3

R4

採択
課題数

16

18

17

13

13

14

12

12

9

共同利
用者数
*

82

94

80

59

69

54

57

57

65

学内 60
学外 22

学内 76
学外 18

学内 62
学外 18

学内 50
学外 9

学内 56
学外 13

学内 44
学外 10

学内 52
学外 5

学内 52
学外 5

学内 60
学外 5

* 研究代表者および研究協力者の延べ人数

３．専門委員会の構成及び開催状況（令和４年度）(10 名)
令和 5 年 2 月現在の専門委員会を構成する委員名・所属先は以下の通りである。
杉山暁史（生存圏研究所・委員長）、河合真吾（静岡大学）、谷川東子（名古屋大学）、有村
源一郎（東京理科大学）、矢﨑一史（生存圏研究所）、今井友也（生存圏研究所）、高橋征司（東北大学）、肥塚崇男（山口大学）、木庭啓介（京都大学）、飛松裕基（生存圏研究所）- 64 -

1-7 持続可能生存圏開拓診断(DASH)/森林バイオマス評価分析システム(FBAS)・共同利用・共同研究専門委員会

令和４年度の専門委員会は、共同利用申請課題の審査、採択に関して、メール会議にて開催した。主な開催日は以下の通りである。
令和 5 年 2 月 15 日

令和 5 年度申請研究課題の審査依頼

令和 5 年 3 月 8 日

令和 5 年度申請研究課題の審査結果について（承認依頼）

令和 5 年 3 月 17 日

令和 5 年度申請研究課題の審査結果について

４．特記事項
京都大学宇治地区設備サポート拠点の支援を受け、トリプル四重極型 GC/MS と遺伝子組
換え植物細胞培養用の大型シェーカーを導入することができ、DASH が機能強化された。
今年度は DASH 温室で配管からの水漏れが発生したため、灌水施設配管補修工事を行った。また、植物培養室のエアコンに異音が発生し、モーターを交換するとともに、配管のサイズアップ工事を実施した。

令和４年度共同利用研究活動の中で作成された修士論文、博士論文
共同利用研究の成果による学術賞および学術論文誌に発表された論文＜博士論文＞
Osama Ahmed Gamaleldin Abdou Ahmed Afifi「Studies on the roles of 4-coumarate:coenzyme A ligase and 4-coumarate 3-hydroxylase inlignin biosynthesis in rice（イネのリグニン生合成における 4-coumarate:coenzyme
A ligase 及び 4-coumarate 3-hydroxylase の役割）」
Hao Li「Studies on the regulation of secondary metabolism in Lithospermum erythrorhizon using
genome editing 」＜修士論文＞
高江洲 広司京都大学大学院農学研究科「Studies on the stereochemical control in neolignan biosynthesis in

Arabidopsis seeds（シロイヌナズナ種子ネオリグナンの生成における立体制御機構の解明）」
フェルナンド サトシ ツチハシ

京都大学大学院農学研究科「Characterization of pinoresinol/lariciresinol reductase and secoisolariciresinol
dehydrogenase from D. genkwa（（フジモドキの PLR 及び SIRD の機能解析）- 65 -

1-7 持続可能生存圏開拓診断(DASH)/森林バイオマス評価分析システム(FBAS)・共同利用・共同研究専門委員会

寺野 真季

京都大学大学院農学研究科「Studies of laccases involved in cell wall lignification in rice
（イネにおける細胞壁の木化に関わるラッカーゼに関する研究）」青木 愛賢

京都大学大学院農学研究科「ダイズ根圏細菌におけるイソフラボン代謝関連遺伝子群の解析」
正木 泰斗

京都大学大学院農学研究科「ムラサキのシコニン分泌における膜融合因子 EXO70 の解析」
＜論文＞
1)

Rivai,R,R.,Miyamoto,T.,Awano,T.,Yoshinaga,Arata.,Chen,S.,Sugiyama,J.,
Tobimatsu,Y.,Umezawa,T., and Kobayashi,M.,(2022).Limiting silicon supply alters lignin
content and structures of sorghum seedling cell walls
Plant Science, 321, 111325 https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2022.111325)

2)

Kishimoto,T.,Hiyama,A.,Yamashita,A.,Takano,T.,Tobimatsu,Y., and Urabe,D.,(2022).Existence of syringyl ɑ-carbonyl-type tetrahydrofuran β–β structure in hardwood
lignins ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 10, 12394–12401(https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.2c03861)

3)

Osama,A,A.,Tobimatsu,Y.,Pui,Y,L.,Andri,F,M.,Miyamoto,T.,Osakabe,Y., Osakabe,K.,and
Umezawa,T.,(2022) .Genome-edited rice deficient in two 4-COUMARATE:COENZYME ALIGASE genes displays diverse lignin alterations Plant Physiology, 190, 2155-2172(https://doi.org/10.1093/plphys/kiac450)4)Andri,F,M.,Tobimatsu,Y.,Pui,Y,L,.,Matsumoto,N.,Tanaka,T.,Shiro,S.,Kusumi,R.,Miyamoto,T.,Takeda-Kimura Y.,Yamamura,M.,Koshiba,T.,Osakabe,
K.,Osakabe,Y.,Sakamoto,M., and Umezawa,T.,(2023). Lignocellulose molecular assemblyand deconstruction properties of lignin-altered rice mutants.Plant Physiology, 191, 70-86(https://doi.org/10.1093/plphys/kiac432)

5)

Krishanti,N,P,R,A.,Tobimatsu,Y.,Afifi,O,A.,Tarmadi,D.,Himmi,S,K.,Umezawa,
T.,Ohmura,W., and Yoshimura,T.,(2023).Effects of dietary variation on lignocellulose
degradation and physiological properties of Nicobium hirtum larvae.Journal of Wood
Science, 69, 2 (https://doi.org/10.1186/s10086-022-02074-x)

6)

Yamamura,M.,Kumatani,M.,Shiraishi,A.,Matsuura,Y.,Kobayashi,K.,Suzuki,A.,
Kawamura,A.,Satake,H.,Safendrri,K,R.,Suzuki,S.,Suzuki,H.,Shibata,D.,Kawai,
S.,Ono,E.,and Umezawa,T.,(in press ).Two O-methyltransferases from PhylogeneticallyUnrelated Cow Parsley (Anthriscus sylvestris) and Hinoki-asunaro (Thujopsis dolabrata var.
hondae) as a Signature of Lineage-specific Evolution in Lignan Biosynthesis.Plant and Cell
Physiology, (https://doi.org/10.1093/pcp/pcac164)- 66 -

1-7 持続可能生存圏開拓診断(DASH)/森林バイオマス評価分析システム(FBAS)・共同利用・共同研究専門委員会

7)

梅澤俊明 「リグニン代謝工学によるイネ科バイオマス植物の育種 –リグニンの量と構造の改変–」 化学と生物, 60, 565-572 (2022)8)

濵嶋洋輔、宮島吉範、鈴木保宜、北澤春樹、飛松裕基、梅澤俊明、田森航也、犬童
優樹、疋田千枝、冷牟田修一 「CNSL(カシューナッツ殻油)給与の乳牛へ及ぼす効果」「畜産技術」2022 年 6 月号 pp. 21-26, 畜産技術協会（ISSN:03891348）

9)

Nakayasu,M.,Takamatsu,K.,Yazaki,K.,and Sugiyama,A.,(2022). Plant specialized
metabolites in the rhizosphere of tomatoes: secretion and effects on microorganisms.
Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 87:13–20. doi.org/10.1093/bbb/zbac181

10) Tatsumi,K.,Ichino,T.,Isaka,N.,Sugiyama,A.,Moriyoshi,E.,Okazaki,Y.,Higashi,
Y.,Kajikawa,M.,Tsuji,Y.,Fukuzawa,H.,Toyooka,K.,Sato,M.,Ichi,I.,Shimomura,
K.,Ohta,H.,Saito,K.,and Yazaki,K.,(2023).Excretion of triacylglycerol as a matrix lipid
facilitating apoplastic accumulation of a lipophilic metabolite shikonin, J. Exp. Bot., 74 (1),104 – 117, doi: 10.1093/jxb/erac405.
11) Li,H.,Matsuda,H.,Tsuboyama,A.,Munakata,R.,Sugiyama,A.,and Yazaki,K., (2022).
Inventory of ATP-binding cassette proteins in Lithospermum erythrorhizon as a model plant
producing divergent secondary metabolites, DNA Res., 29 (3), 1-12 doi:
10.1093/dnares/dsac016
12) Kiyoto,S.,Ichino,T.,Awano,T.,and Yazaki,K., (2022). Improved chemical fixation of lipidsecreting plant cells for transmission electron microscopy, Microscopy, 71(4): 206-213 doi:
10.1093/jmicro/dfac018.
13) Ichino,T.,and Yazaki,K., (2022).Modes of secretion of plant lipophilic metabolites via
ABCG transporter-dependent transport and vesicle-mediated trafficking, Curr. Opin. Plant
Biol., 66: 102184 doi: 10.1016/j.pbi.2022.102184
14) 棟方涼介、矢﨑一史「合成生物学を利用したメロテルペン類とアルカロイドの微生物生産」
植物の生長調節、Vol.57, No.2, 93-99, (2022).
15) Nge,T,T.,Tobimatsu,Y.,Takahashi,S.,Umezawa,T.,Yamada,T.( 2023).Hydrogen
peroxide treatment of softwood-derived poly(ethylene glycol)-modified glycol
lignin at room temperature.Molecules, 28, 1542,(https://doi.org/10.3390/molecules28041542).

- 67 -

1-8 先進素材開発解析システム(ADAM)共同利用・共同研究専門委員会

先進素材開発解析システム (ADAM)
共同利用・共同研究専門委員会
委員長 渡邊 隆司 （京都大学生存圏研究所）
１．共同利用施設および活動の概要
京都大学生存圏研究所先進素材開発解析システム(Analysis and Development System
for Advanced Materials, 以下 ADAM と略）は、「高度マイクロ波加熱応用及び解析サブシ
ステム」、「超高分解能有機分析サブシステム」、「高分解能多元構造解析システム」から構成
される実験装置であり、平成 23 年度後期から共同利用設備としての運用を開始した。本設
備は、世界唯一の多周波マイクロ波加熱装置、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析装置 (FT-ICR-MS)、無機用および有機用電子顕微鏡などからなる複合研究装置であり、マイクロ波加熱を用いた新材料創生、木質関連新材料の分析、その他先進素材の開発と解析などに用いられる。本装置は研究所のフラグシップ共同研究「バイオマス・物質変換のためのマイクロ波高度利用共同研究」推進のための中核研究装置としても使われる。
高度マイクロ波加熱応用及び解析サブシステム
マイクロ波信号発生器
14GHz 帯、650W 進行波管増幅器
2.45GHz 帯 1kW、マグネトロン発振器
5.8GHz 帯 600W、マグネトロン発振器
800MHz～2.7GHz 帯 250W GaN 半導体増幅器
アプリケータスペクトラムアナライザ、他

高度マイクロ波加熱応用及び解析サブシステム

超高分解能有機分析サブシステム
1. フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析装置(FT-ICR-MS) (ブルカー・ダルトニクス製)
2. 多核核磁気共鳴装置 λ-400 (日本電子製)

FT-ICR-MS

高分解能多元構造解析システム
1. 無機用電界放出形電子顕微鏡(200kV FE-TEM) (日本電子製)
2. 有機用透過電子顕微鏡 (120kV TEM)
(日本電子製)
3. 比表面積/細孔分布測定装置 アサップ 2020
(島津-マイクロメトリックス製)
無機用電界放出形
電子顕微鏡- 68 -

有機用透過
電子顕微鏡

1-8 先進素材開発解析システム(ADAM)共同利用・共同研究専門委員会

第 12 回 先進素材開発解析システム(ADAM) シンポジウムの開催
令和 5 年 3 月 1 日に第 12 回 先進素材開発解析システム(ADAM)シンポジウムを開催した。昨年度に引き続き、新型コロナウイルス感染拡大防止のためオンライン（Zoom）開催とした。
令和 4 年度 ADAM 共同利用研究課題関連研究の講演者とタイトル
吉澤徳子 「カーボンのナノ構造を活かしたエネルギー・環境材料の開発」
和田昌久 「Li 塩水溶液を用いて調製したセルロースヒドロゲル」
木田森丸 「FT-ICR MS と多変量解析による南極湖沼の溶存有機物の多様性とその影響要因の解明」
岸原充佳 「溶媒の誘電率測定とマイクロ波アプリケータ開発」

２．共同利用状況
ADAM 過去 10 年間と本年度の利用状況の推移
年度
(平成/
令和)
採択
課題数
共同利
用者数
*

25

26

27

28

29

30

H31/R1

2

3

4

20

20

21

23

27

25

27

26

24

22

101
学内 57
学外 44

102
学内 56
学外 46

113
学内 58
学外 55

117
学内 69
学外 48

126
学内 65
学外 61

111
学内 59
学外 52

135
学内 67
学外 68

112
学内 55
学外 57

100
学内 54
学外 46

92
学内 46
学外 46

*

研究代表者および研究協力者の延べ人数

３．専門委員会の構成及び開催状況（令和 4 年度）
ADAM 共同利用・共同研究専門委員会は以下の委員から構成される。令和 5 年 3 月 1
日に第 12 回先進素材開発解析システム(ADAM)共同利用・共同研究専門委員会をオンライン開催した。
ADAM共同利用・共同研究専門委員会委員：
渡邊隆司（京都大学生存圏研究所、教授・委員長）
福島和彦（名古屋大学大学院生命農学研究科、教授）
二川佳央（国士舘大学理工学部、教授）
松村竹子（ミネルバライトラボ、取締役）
岸本崇生（富山県立大学工学部、准教授）
木島正志（筑波大学大学院数理物質科学研究科、教授）
椿俊太郎（九州大学大学院農学研究院、准教授）- 69 -

1-8 先進素材開発解析システム(ADAM)共同利用・共同研究専門委員会

篠原真毅（京都大学生存圏研究所、教授）
今井友也（京都大学生存圏研究所、教授）
畑 俊充（京都大学生存圏研究所、講師）
三谷友彦（京都大学生存圏研究所、准教授）
西村裕志（京都大学生存圏研究所、特定准教授）

４．共同利用研究の成果
成果の例① <研究課題：バイオマスの多角的構造解析(R3,4)>
シロアリは地上バイオマスの循環系で重要な役割を占める分解者である。その生理応答の理解は、地球上におけるバイオマス循環の理解という生態学上の重要課題であるとともに、木造家屋への食害の被害を制御する実用面においても重要な課題である。生理応答の第一段階は外的刺激を感知することだが、シロアリの感覚器官に関する研究はあまり進んでいない。そこでイエシロアリ属数種において、長さなど形態の異なる複数種類の感覚毛について、それらの微細構造を電子顕微鏡を用いて明らかにし、比較に基づく機能類推を行った。
本知見は、シロアリが湿度や風などの物理刺激や、においなどの化学刺激を感知するメカニ
ズム解明の基礎に位置づけられるもので、今後の研究にとってランドマーク的成果となることが期待される（学術論文５，博士論文２，学会発表１９，２０）。
成果の例② <研究課題：リグニンポリマーDHP の解析(R4)>
リグニンのオリゴマーモデル化合物である DHP の重合反応条件と分子構造に関する知見を詳細に解析した。反応スケール、pH、重合酵素活性、反応溶液で特に有機溶媒条件、
Zutropf (ZT) モードと Zulauf (ZL) モードによる合成法について検討を行った。得られた
DHP について、サイズ排除クロマトグラフィー（SEC）、1H-13C HSQC NMR、および脱硫を含むチオアシドリシス法によって詳細に解析し報告した（学術論文 6）。
令和４年度共同利用研究活動の成果[Ⅰ] 学術雑誌論文
1.

Kurata A, Kiyohara S, Imai T, Yamasaki-Yashiki S, Zaima N, Moriyama T,
Kishimoto N, Uegaki K. Characterization of extracellular vesicles from

Lactiplantibacillus

plantarum.

Scientific

Reports

12,

13330

https://doi.org/10.1038/s41598-022-17629-7
2.

Kurata A, Yamasaki-Yashiki S, Imai T, Miyazaki A, Watanabe K, Uegaki K,
Enhancement of IgA production by membrane vesicles derived from

Bifidobacterium longum subsp. infantis, Bioscience, Biotechnology, andBiochemistry, 2022; zbac172, https://doi.org/10.1093/bbb/zbac172- 70 -(2022).

1-8 先進素材開発解析システム(ADAM)共同利用・共同研究専門委員会

3.

Fang B, Hata T, Kijim M, Carbonization of hydrothermally pre-treated algae using
terephthalaldehyde and Mg salts. Carbon Reports, 2022, 1. 206-213. DOI:
10.7209/carbon.010401.

4.

Iida H, Okawa M, Leeanansaksiri S, Takahashi K, Efficient Monoalkylation of
Anilines with Chalcones using Microwave-Assisted aza-Michael Addition, Lett. Org.
Chem., 19(8), 608-615 (2022). DOI: 10.2174/1570178619666220128142833.

5.

Bramantyo Wikantyoso, Tomoya Imai, S. Khoirul Himmi, Sulaeman Yusuf,
Toshimitsu Hata, Tsuyoshi Yoshimura, “Ultrastructure and distribution of sensory
receptors on the nonolfactory organs of the soldier caste in subterranean termite(Coptotermes spp.)”, Arthropod Structure & Development 70 (2022) 101201,
https://doi.org/10.1016/j.asd.2022.101201

6.

Tokunaga Y., Watanabe, T., An investigation of the factors controlling the chemical structures oflignin dehydrogenation polymers, Holzforschung, 77, 51-62 (2022).
https://doi.org/10.1515/hf-2022-0129[Ⅱ] 修士論文・博士論文
1.

深津美佳「ピロール-イミダゾールトリアミドの合成と 1H 及び 13C NMR の正確な帰属」関東学院大学大学院工学研究科修士論文
2.

Bramantyo Wikantyoso, “The sensory setae morphology and behavior in the soldier
caste of subterranean termite, Coptotermes spp. (Blattodea: Rhinotermitidae)” 京都
大学大学院農学研究科博士論文 2023 年 3 月授与予定

3.

折田将輝「外部環境に応答した腸管毒素原性大腸菌の定着因子分泌機構の解析」大阪大
学薬学部 6 年制卒業論文

4.

吉川昂宏「Novosphingobium sp. MBES04 株のリグニン関連物質に対する生体応答と誘導発現遺伝子の機能」群馬大学大学院理工学府、環境創生理工学教育プログラム、令和 4 年度修士論文[Ⅲ] 著書西村裕志(依頼分担執筆), バイオプロセスを用いた有用性物質生産技術, ３章５節 植
物細胞壁の破砕・溶解法の検討と分析・評価 pp162-170, 技術情報協会 ISBN：978-486104-904-0[Ⅳ] 受賞
1.

Shibamoto, Kano 「Biogenic extracellular selenium particles are wrapped within
membrane vesicles in Escherichia coli 」 The 8th International Symposium on
Metallomics, Kanazawa, Japan, July 11-14, 2022, Impressive Research Award- 71 -

1-8 先進素材開発解析システム(ADAM)共同利用・共同研究専門委員会[Ⅴ] テレビ、新聞、解説記事等なし[Ⅵ] 特許なし[Ⅶ] 学会発表
1.

前田瑞歩, 小西莉子, 入江健太, 岡田美玖, 福田隆志, 川本純, 今井友也, 栗原達夫, 倉田淳志, 上垣浩一「Bifidobacterium dentium が生産する MVs の特性」 第 74 回日本
生物工学会大会 2022 年 10 月 18 日

2.

宇治広隆, 渡部直輝, 小見達哉, 坂口智紀, 赤松亮, 三原健太, 木村俊作「AB3 型両親媒性ブロックポリデプシペプチドを用いた逆ミセル型ナノキャリアの構築とサイズ制
御に関する研究」第 71 回高分子学会年次大会 2022 年 5 月

3.

宇治広隆「ペプチド分子の自己組織化と電子物性」2022KIPS 若手高分子シンポジウ
ム（日本化学繊維研究所、京都高分子科学研究所） 2022 年 10 月

4.

宇治広隆「ペプチド分子の電気的特性と分子組織化」第 17 回理研「バイオものづくり」シンポジウム 2023 年 1 月

5.

井手淳一郎・Moein Farahnak・Seonghun Jeong・山瀬敬太郎・牧田直樹・西村裕志・
大槻恭一・大橋瑞江．2022．森林域から都市域へ輸送される河川水中溶存有機物の分子種の変遷について．第 133 回 日本森林学会大会, 山形県山形市．
（オンライン）

6.

三原久明 「微生物が駆動し、ヒトと環境をつなぐセレノダイナミクス」 第１回生命金属科学シンポジウム, 東京都, 2022 年 5 月 23 日

7.

Shibamoto, K., Ochi, A., Toyotake, Y., Aono, R., Inoue, M., Imai, T., and Mihara, H.
Biogenic extracellular selenium particles are wrapped within membrane vesicles in

Escherichia coli. The 8th International Symposium on Metallomics, Kanazawa,
Japan, July 11-14, 20228.

青野陸, 芝本佳永, 越智杏奈, 豊竹洋佑, 藤岡大毅, 井上真男, 今井友也, 三原久明 「大腸菌はセレンナノ粒子を細胞外膜小胞に包んで排出する？」 令和 4 年度生命金属科学
夏の合宿, 北海道, 2022 年 9 月 4 日

9.

芝本佳永, 越智杏奈, 豊竹洋佑, 藤岡大毅, 青野陸, 井上真男, 今井友也, 三原久明 「大腸菌における細胞外セレンナノ粒子の形成には細胞膜の完全性が必要である」 第 33回日本微量元素学会学術集会, 兵庫県, 2022 年 9 月 9 日

10. 酒井幸樹, 木島正志, 畑俊充「シクロデキストリン-ポリロタキサン誘導物の炭素化」第
49 回炭素材料学会年会（2022 年 12 月 7 日-12 月 9 日、姫路）
11. 皇城義希, 木島正志, 畑俊充, 「炭素化した γ-シクロデキストリン系物質の基礎評価」- 72 -

1-8 先進素材開発解析システム(ADAM)共同利用・共同研究専門委員会

第 49 回炭素材料学会年会（2022 年 12 月 7 日-12 月 9 日、姫路）
12. 本間千晶, 西宮耕栄, 畑俊充「ガス化発電副産物及びその造粒物の吸放湿能」 第 20 回
日本炭化学会研究発表会 2022 年 9 月
13. 飯田博一「マイクロ波加熱技術の生理活性物質合成への応用」第 16 回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム 2022 年度ショートコース（2022 年 10 月 12 日オンラ
イン 招待講演）
14. 荒井りこ, 松田康佑, 飯田博一「マイクロ波照射下でのセラミックス触媒を用いたエ
ステル化・アミド化の検討」日本化学会第 103 春季年会 東京理科大学野田キャンパ
ス 2023 年３月
15. 高橋朱音, 酒井美佳, 若林杏樹, 朝倉志帆, 飯田博一「マイクロ波照射下でのモンモリ
ロナイトを用いた Friedel-Crafts 反応による 4-フェニル酪酸等の合成検討」日本化学会第 103 春季年会 東京理科大学野田キャンパス 2023 年３月
16. 深津美佳, 飯田博一「ピロール-イミダゾールポリアミド合成に向けたマイクロ波照射効果の検討」日本化学会第 103 春季年会 東京理科大学野田キャンパス 2023 年３月
17. 西山智明，池谷仁里，高野智之，坂山英俊，関本弘之「多細胞性接合藻アオミドロ属

Spirogyra parvula ゲノムの解読と単細胞性もおよび陸上植物との比較」第 64 回日本
植物生理学会 2023 年 3 月（予定）18. 西山智明，池谷仁里，高野智之，坂山英俊，関本弘之「多細胞性接合藻類アオミドロのゲノム解読」日本植物学会第 86 回大会 2022 年 9 月
19. Bramantyo Wikantyoso, Tomoya Imai, S. Khoirul Himmi, Sulaeman Yusuf,
Toshimitsu Hata, Tsuyoshi Yoshimura, “Morphology and Ultrastructure Analysis of
Soldier Caste Sensory Receptors (Sensilla) in Subterranean Termite (Coptotermes,
Isoptera)” 第 34 回日本環境動物昆虫学会年次大会（2022 年 11 月 26 日から 27 日）
20. Wikantyoso, B. (RISH, Kyoto Univ., BRIN, Indonesia), Imai, T. (RISH, Kyoto
Univ.),Himmi, S. K., Yusuf, S. (BRIN, Indonesia), and Ohmura, W. (RISH, Kyoto
Univ.) “Body setae of the subterranean termite Coptotermes spp. (Blattodea:
Rhinotermitidae): Anatomy and putative function”, 日本応用動物昆虫学会（2023 年
3 月 13 日～15 日）
21. 河原一樹、沖大也、飯森南斗、今井友也、松田重輝、飯田哲也、吉田卓也、大久保忠
恭、中村昇太「IV 型線毛の機能を制御するマイナーピリンの構造生物学的研究」日本
結晶学会令和 4 年度年会 2022 年 11 月
22. 飯森南斗、沖大也、今井友也、松田重輝、吉田卓也、大久保忠恭、飯田哲也、中村昇太、河原一樹「腸管毒素原性大腸菌が分泌する可溶性定着因子の脂質膜認識機構」第96 回日本細菌学会総会 2023 年 3 月- 73 -

1-8 先進素材開発解析システム(ADAM)共同利用・共同研究専門委員会

23. 折田将輝、沖大也、飯森南斗、今井友也、松田重輝、飯田哲也、吉田卓也、大久保忠
恭、中村昇太、河原一樹「外部環境に応答した腸管毒素原性大腸菌の可溶性定着因子
分泌機構の解析」日本薬学会第 143 年会 2022 年 3 月
24. 熊川恵理、吉川昂宏、勝亦まどか、粕谷健一、渡辺隆司、西村裕志、石井俊一、大田ゆかり「リグニン由来低分子化合物の存在下で発揮される Novoshingobium sp. MBES04
株の生存戦略」（第(67 回リグニン討論会 2022 年 11 月 11 日、ポスター発表、オンラ
イン）
25. Hiroshi Nishimura, Kaori Saito, Naoko Kobayashi, Mei Sano, Yuu Iseki, Yoshiteru Mizukoshi,
Yohei Minami , Tomohiro Hashizume , Keiko Kondo,Masato Katahira, Takashi Watanabe,
Structural analysis of lignocellulosic biomass by NMR spectroscopy toward decarbonized society,13th 国際 IAE シンポジウム, 2022.9.6 (online poster)
26. 水越克彰、佐野芽生、 渡辺隆司、西村裕志、木質構成成分の抽出に対する超音波の効
果 ，第 31 回ソノケミストリー討論会，令和 4 年 10 月 28－29 日， 久留米シティプラ
ザ（久留米市)，（ポスター）
27. 西村裕志, 大田ゆかり, 高田耕児, 山田美紗登, 的場貴大, 佐野芽生, 水越克彰, 渡辺隆
司, 低変性 APA リグニンの分離分析と微粒子化, 第 67 回リグニン討論会講演要旨集,
p32-34(oral No.113)[Ⅷ] その他
1.

Shuntaro Tsubaki, The Microwave-controlled Catalytic Reactions: Its Theory andApplication, The 4th Global Congress on Microwave Energy Applications（令和 4 年
8 月 19 日、on-line）（Plenary Talk）

2.

西村裕志, リグニンの分離、構造解析とリグノセルロース高分子の創製, 技術情報協会
技術セミナー（オンライン）, 2022 年 12 月 22 日

3.

Hiroshi Nishimura,

Fourier transform MS and NMR analyses of lignocellulose from forest trees,

2022.12.16, Finland-Japan Joint Seminar-Sustainable Water Management in Forested Catchment,(ハイブリッド開催、東フィンランド大学)- 74 -

1-9 バイオナノマテリアル製造評価システム(CAN-DO)共同利用・共同研究専門委員会

バイオナノマテリアル製造評価システム(CAN-DO)
共同利用・共同研究専門委員会
委員長 矢野 浩之 （京都大学生存圏研究所）
１．共同利用施設および活動の概要
生存圏研究所では、2005 年にスタートした大型プロジェクトの中で 15 年かけてセルロースナノファイバー材料の製造・加工・分析に特化した装置群を導入してきた。その 80以上に及ぶ製造装置、分析機器をユニット化し、バイオナノマテリアル製造評価システム(Cellulosic Advanced Nanomaterials Development Organization: CAN-DO)として 2021
年より、生存圏研究所共同利用設備として提供している。ユニットは、CNF 製造ユニット、CNF 強化樹脂製造・加工ユニット、CNF 化学分析ユニット、CNF 構造解析ユニット、CNF 材料構造解析ユニット、CNF 強化樹脂特性評価ユニットとなっている（図１）。
CAN-DO の中心には原料の木質バイオマスから始まり自動車・情報家電用材料等の製造までを一気通貫で行う京都プロセステストプラントがあり、各ユニットと組み合わせること
で、製造工程ごとに材料の構造・特性を評価しながら新規バイオナノマテリアルの開発に取り組むことが出来る。
CAN-DO は J-HUB オープンイノベーション拠点「バイオナノマテリアル共同研究拠点」における共同利用施設として運営しており、その活動報告を生存圏シンポジウム「バイオナノマテリアルシンポジウム」並びに生存圏シンポジウム「ナノセルロースシンポジ
ウム」において行っている。

図１ J-HUB オープンイノベーション拠点「バイオナノマテリアル共同研究拠点」- 75 -

1-9 バイオナノマテリアル製造評価システム(CAN-DO)共同利用・共同研究専門委員会① CAN-DO 成分分離装置（蒸解、他）② CAN-DO 解繊装置

- 76 -

1-9 バイオナノマテリアル製造評価システム(CAN-DO)共同利用・共同研究専門委員会③ CAN-DO サンプル調整装置④ CAN-DO 観察装置

- 77 -

1-9 バイオナノマテリアル製造評価システム(CAN-DO)共同利用・共同研究専門委員会⑤ CAN-DO CNF/樹脂複合・成形装置⑥ CAN-DO 樹脂複合材料加工装置- 78 -

1-9 バイオナノマテリアル製造評価システム(CAN-DO)共同利用・共同研究専門委員会⑦ CAN-DO 化学分析機器（１）⑧ CAN-DO 化学分析機器（２）＆物性評価機器（１）- 79 -

1-9 バイオナノマテリアル製造評価システム(CAN-DO)共同利用・共同研究専門委員会⑨ CAN-DO 物性評価機器（２）⑩ CAN-DO その他の機器- 80 -

1-9 バイオナノマテリアル製造評価システム(CAN-DO)共同利用・共同研究専門委員会

第 2 回 バイオナノマテリアルシンポジウム 2022 － アカデミアからの発信 –の開催
令和 4 年 10 月 27 日に CAN-DO 関連の活動を紹介するためのバイオナノマテリアルシン
ポジウム 2022 を開催した。対面とオンライン（Zoom）のハイブリッド開催とした。
852 名の参加者があった。
令和 4 年度 CAN-DO 共同利用研究課題関連研究のタイトルと講演者
ナノセルロースによる乳化と複合材料への展開
藤澤 秀次/東京大学大学院 農学生命科学研究科 生物材料科学専攻
表面修飾セルロースナノウィスカーを用いた固体表面の機能化
荒木 潤/信州大学 繊維学部 化学・材料学科
セルロース利用研究におけるデータ解析・機械学習の活用
寺本 好邦/京都大学大学院 農学研究科 森林科学専攻
バイオナノマテリアルの半導体機能・用途開発
古賀 大尚/大阪大学 産業科学研究所 自然材料機能化研究分野
極低温で作動する導電性 CNF ネットワーク
矢野 浩之/京都大学生存圏研究所
食用こおろぎからのキチンナノファイバーの製造とその評価
伊福 伸介/鳥取大学 工学研究科 化学・生物応用工学専攻
機械解繊フィブロインナノファイバー補強キトサン繊維の開発
岡久 陽子/京都工芸繊維大学 繊維学系 バイオベースマテリアル学専攻
森と海の多糖ナノファイバーで創出する細胞培養基材
畠山 真由美/九州大学 大学院農学研究院 環境農学部門
レザーライク木質系素材への挑戦
足立 幸司/秋田県立大学 木材高度加工研究所
木材の物性発現機構の解明に向けて ～放射光を用いた微細構造解析～
堀山 彰亮/京都府立大学 大学院 生命環境科学研究科

２．共同利用状況
令和 3 年度から共同利用を開始し、本年度は 9 件の共同利用課題を採択した。
CAN-DO 共同利用状況(過去 1 年間と本年度の利用状況の推移)
年度
(令和)
採択
課題数
共同利
用者数
*

R3

R4

4

9

11
学内 4

25
学内 20
学外 5
*

- 81 -

研究代表者および研究協力者の延べ人数

1-9 バイオナノマテリアル製造評価システム(CAN-DO)共同利用・共同研究専門委員会

３．専門委員会の構成及び開催状況（令和 4 年度）
CAN-DO 共同利用・共同研究専門委員会は以下の委員から構成される。令和 4 年 10 月
27 日に令和 4 年度第 1 回バイオナノマテリアル製造評価システム（CAN-DO）共同利
用・共同研究専門委員会を対面とオンライン（Zoom）のハイブリットで開催した。
CAN-DO共同利用・共同研究専門委員会委員：
委員種別
1

氏名

職名

所属機関名

能木 雅也

教授

大阪大学 産業科学研究所

齋藤 継之

教授

東京大学 大学院農学生命科学研究科

荒木 潤

教授

信州大学 繊維学部

岡久 陽子

准助教

京都工芸繊維大学 繊維学系

伊福 伸介

教授

鳥取大学 工学部

足立 幸司

准教授

秋田県立大学 木材高度加工研究所

北岡 卓也

教授

九州大学 大学院農学研究院

寺本 好邦

准教授

農学研究科 森林科学専攻

矢野 浩之

教授

生存圏研究所 生物機能材料分野

今井 友也

教授

生存圏研究所 マテリアルバイオロジー分野

阿部 賢太郎准教授

生存圏研究所 生物機能材料分野

田中 聡一

助教

生存圏研究所 生物機能材料分野

3 号委員
2
3 号委員
3
3 号委員
4
3 号委員
5
3 号委員
6
3 号委員
7
3 号委員
8
9

2 号委員
委員長
1 号委員

10
1 号委員
11
1 号委員
12
1 号委員

４．共同利用研究の成果
成果の例①＜研究課題：バイオマスマテリアル骨格構造を活用した機能性材料の創成（R4）>
木材は地上最大のバイオマスマ資源であり、カーボンニュートラルの観点から特にマテリ
アル利用促進が課題となっている。近年、木材に漂白処理と樹脂含浸処理を施すと高い透明性を示す現象を利用して、木材の組織構造を活用したユニークな光学特性をもつ材料を創成できる可能性が示唆されている。しかし、透明化した木材の光学特性（散乱特性・偏光特性）やそのメカニズムは明らかにされていない。そこで、木材に国産針葉樹のスギとヒノキ、広葉樹のケヤキ、トチノキを用いて透明化した木材を作製し、分光光度計とレーザー投射法
により光学特性を評価した。その結果、透明化した木材の全光線透過率は木材（素材）の木取りと密度に依存して変化すること、偏向性と偏光性を示すこと、および散乱パターンに木- 82 -

1-9 バイオナノマテリアル製造評価システム(CAN-DO)共同利用・共同研究専門委員会

材細胞の周期構造を反映した回折縞が観察されることが明らかとなった。
成果の例② ＜研究課題：バイオマスおよび関連試料の高分解能構造解析（R4）＞
木材等のバイオマスは循環資源の代表格であり、今後益々その活用に期待がかかる材料である。一方で生物由来であるために劣化しやすいという短所も持っており、有効な活用へ向けた工学的なアプローチのためにはその性質の制御という観点が必要がある。そこで重要となるのがその構造解析である。
本課題では、バイオマスの有効活用という大目的に向けて、木質バイオマスそのものの構
造解析およびバイオマスの循環に関わる現象の構造的理解に資する研究を行う。本年度は、シロアリの感覚検知のメカニズム解明を目的とした体表の感覚毛および、各種セルロース
試料の高分解能 SEM 観察を行った。前者の課題では論文公表が一件、現在査読中の論文が 1件ある。また関連データによる博士論文作成にも寄与した。
成果の例③＜研究課題：セルロースナノファイバーを用いた紙の耐水性向上（R4）＞セルロースナノファイバー（CNF）は高い強度と靭性を備えた優れた機械的特性を示す。
さらに、アルカリ膨潤による相互嵌合で耐水性のあるネットワークを形成する。この特性を活かして、紙の湿潤強度の向上について検討している。
今年度は、パルプと CNF を 0-100%の比で複合化し、乾燥後、8％および 16％の N ア OH 溶
液に浸漬し、中和後に乾燥した。得られたシートについて、本施設のＸ線解析装置を用い、セルロースの結晶構造変化を明らかにした。また、FE-SEM によりシートの構造解析を行った。さらに、水に浸漬したシートについて、本施設のインストロン強度試験機を用い引張強度試験を行った。NaOH 処理により、高い湿潤強度を有する材料の開発に至った。この成果については現在、国際誌に投稿中である。

- 83 -

1-9 バイオナノマテリアル製造評価システム(CAN-DO)共同利用・共同研究専門委員会

令和 4 年度共同利用研究活動の成果[Ⅰ] 学術雑誌論文
1. Ku, T. H., Nakatsubo, F., Kuboki, T., Yano, H., & Abe, K., Hindrance tonanofibrillation of undried pulp produced by the kraft cooking process, Carbohydrate

Polymers , 291, 119481(2022). https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.119481
2. Ku, T. H., Yano, H., & Abe, K., High temperatures and pressures during cooking
hinder the nanofibrillation of purified pulp, Carbohydrate Polymers , 298,
120078(2022). https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.120078
3. Liu, H., Yano, H., & Abe, K. (2022). Reinforcement of dry and wet paper sheets bycellulose nanofibers. Cellulose, 1-12. https://doi.org/10.1007/s10570-022-04888-w
4. Abe, K., Yang, X.P., Yano, H. & Wang, L. (2022) Multifunctional cellulosic materials
preparedbyareactive

DES

based

zero-waste

system.

Nano

Letters,

DOI10.1021/acs.nanolett.2c01303
5. Abe, K., Yonekawa, T. & Natsume, T.(2022) Artificial lignification of a cellulose
microfibril-based hydrogel and resulting effect on tensile properties. Holzforschung,76, 9, 838-844, DOI10.1515/hf-2022-0028
6. B. Wikantyoso, T. Imai, S. K. Himmi, S. Yusuf, T. Hata, T. Yoshimura, Ultrastructureand distribution of sensory receptors on the nonolfactory organs of the soldier castein Subterranean Termite (Coptotermes spp.), Arthropod Structure & Development
70, 101201, DOI10.1016/j.asd.2022.101201[Ⅱ] 修士論文・博士論文
1. Ku, Ting-Hsuan 「Mechanical Fibrillation Capability of Kraft Pulp for Obtaining
Cellulose Nanofibers（セルロースナノファイバー製造におけるクラフトパルプの機械的フィブリル化特性）」京都大学大学院農学研究科博士論文 2023 年 3 月授与予定
2. Bramantyo Wikantyoso, “The sensory setae morphology and behavior in the soldier
caste of subterranean termite, Coptotermes spp. (Blattodea: Rhinotermitidae)” 京都
大学大学院農学研究科博士論文 2023 年 3 月授与予定
3. 山碕悠真「木材の組織構造を維持した透明木材の光学特性」京都大学大学院農学研究科
修士論文[Ⅲ] 著書なし[Ⅳ] 受賞- 84 -

1-9 バイオナノマテリアル製造評価システム(CAN-DO)共同利用・共同研究専門委員会

なし[Ⅴ] テレビ、新聞、解説記事等
1. 矢野浩之、CNF はカーボン・ニュートラル・フロンティア、化学工学、Vol.87(2)、2023
年 2 月号、pp.63-66[Ⅵ] 特許なし[Ⅶ] 学会発表
1. 矢野浩之「セルロースナノファイバー－カーボンニュートラル社会への戦略－」プラス
チック成型加工学会第 33 回年次大会特別講演、2022 年 6 月 15 日
2. 矢野浩之「カーボンニュートラル社会に向けた CNF 材料の開発」セルロースナノファ
イバーの最前線２０２２in 大阪・特別講演会 2022 年 6 月 29 日 株式会社化学工業日報社 2022 年 6 月 29 日
3. 山碕悠真, 矢野浩之, 田中聡一「木材のホロセルロース骨格構造の光学特性に及ぼす含浸樹脂の影響」、セルロース学会第 29 回年次大会、2022 年 7 月 22 日
4. 小野和子, 野口広貴, 仙波 健, 矢野浩之「CNF 強化生分解性プラスチックの土壌中での分解性」、セルロース学会第 29 回年次大会、2022 年 7 月 22 日
5. Haoyue Liu, Yano Hiroyuki, Abe Kentaro「Improve the wet tensile strength ofcomposite sheets using alkali treatment」、セルロース学会第 29 回年次大会、2022 年
7 月 21 日
6. 矢野浩之「ＣＮＦはカーボン・ニュートラル・フロンティア」令和４年度ふじのくにＣ
ＮＦ総合展示会、2022 年 11 月 8 日
7. 矢野浩之「CNF はカーボン・ニュートラル・フロンティア」日本バイオプラスチック協会技術情報交換会、 2022 年 11 月 10 日
8. 篠﨑美月、阿部賢太郎、矢野浩之「銀担持セルロースナノファイバーによる導電性フィルム作製」、第 73 回日本木材学会大会、2023 年 3 月 14 日
9. 髙木佑一、矢野浩之、阿部賢太郎「低温リン酸水溶液による高繊維量セルロース溶液の調製」、第 73 回日本木材学会大会、2023 年 3 月 14 日
10. 小野和子、野口 広貴、仙波 健、矢野 浩之「CNF 強化生分解性プラスチックの室内土
壌試験における分解性」、第 73 回日本木材学会大会、2023 年 3 月 15 日
11. 山碕 悠真、垣内田 洋、関 雅子、阿部 充、三木 恒久、矢野 浩之、田中 聡一「透明木材の光学特性に及ぼす組織構造の影響」、第 73 回日本木材学会大会、2023 年 3 月 14日
12. 田中 聡一、金山 公三、杉野 秀明、関 雅子、阿部 充、三木 恒久「水撃作用が木材への液体浸透と組織構造に及ぼす影響」、第 73 回日本木材学会大会、2023 年 3 月 15 日

- 85 -

1-9 バイオナノマテリアル製造評価システム(CAN-DO)共同利用・共同研究専門委員会

13. 田中聡一、今井友也、神代 圭輔「その場 SAXS 測定による 曲げ応力負荷時における木材細胞壁構造変化の追跡」、第 73 回日本木材学会大会、2023 年 3 月 15 日
14. 阿部賢太郎「あて材の成長応力に関する考察」、第 73 回日本木材学会大会、2023 年 3月
15. Bramantyo Wikantyoso, Tomoya Imai, S. Khoirul Himmi, Sulaeman Yusuf, Toshimitsu
Hata, Tsuyoshi Yoshimura, “Morphology and Ultrastructure Analysis of Soldier
Caste Sensory Receptors (Sensilla) in Subterranean Termite (Coptotermes,
Isoptera)” 第 34 回日本環境動物昆虫学会年次大会（2022 年 11 月 26 日から 27 日）
16. Wikantyoso, B. (RISH, Kyoto Univ., BRIN, Indonesia), Imai, T. (RISH, Kyoto
Univ.),Himmi, S. K., Yusuf, S. (BRIN, Indonesia), and Ohmura, W. (RISH, Kyoto
Univ.) “Body setae of the subterranean termite Coptotermes spp. (Blattodea:
Rhinotermitidae): Anatomy and putative function”, 日本応用動物昆虫学会（2023
年 3 月 13 日～15 日）[Ⅷ] その他なし- 86 -

1-10-1生存圏科学共同研究課題

Methane budget of a complex mountainous forest:
look up and down
1. Research team
Leader:EPRON Daniel (Fac. of Agriculture, Kyoto Univ.)
Collaborators: TAKAHASHI Kenshi (RISH, Kyoto Univ.)
SAKABE Ayaka ( Hakubi Research Centre , Kyoto Univ.)
MOCHIDOME Takumi (M1, Fac. of Agriculture, Kyoto Univ.)

2. Related missions
Mission 1: Environmental Diagnosis and Regulation of Circulatory Function
Mission 5: Quality of the Future Humanosphere

3. Abstract
Methane (CH 4 ) is the second most important anthropogenic greenhouse gas. Soils
in upland forests are the largest biological sink for atmospheric CH 4 , providing avaluable ecosystem service. However, CH 4 emission by trees weaken the sinkstrength of forests, becoming nowadays a major concern. Our first goal was tocharacterize the vertical profile of tree CH 4 emission by measuring fluxes all along
the trunk and at the foliage using a cherry picker to access the top of the trees. We
have also implemented the measurement of soil CH 4 flux considering the complexityof the topography and hydrological system. We measured the trunk CH 4 fluxes ofeight trees of four species at several heights up to 15 m. All trees emitted CH 4 at all
sampling heights along the trunk, while foliage showed virtually no CH 4 emission.
Overall, the trunk CH 4 emissions measured at the base of the trunk (0 to 2.0 m above
the soil) was significantly related to the estimated trunk emission at tree level. We
also measured soil CH 4 fluxes across the landscape, using different transects thatcovered the ridge, hillslope, riparian zone and wetland as part of examining theinfluence of topography on CH 4 fluxes. We mainly observed negative net soil CH 4
fluxes, which means that overall the soils in riparian zone, hillslopes and ridges
were CH 4 sinks. Hotspots of CH 4 emissions were found in wetlands. At first glance,
soils in Ashiu experimental forest are a biological sink for atmospheric CH 4 but
emissions of methane from trees weaken the sink strength of this forest.

4. Background and purpose of the research
Stem CH 4 emission has been measured for two years (from August 2020 to now)in the Ashiu experimental forest (upper Yura River watershed) and we showed thatthe trunks of the major species at this site emit CH 4 , with a large variability among
species, among trees for a given species, and within a tree. For the vast majority ofthe trees, CH 4 was produced internally anddid not originate from the soil.
Our priority was therefore to continue
measuring tree emissions, including not
only the lower part of the stem as we did
until now, but also the upper part, branches
and foliage, which have been overlooked inmost studies around the world. We haveused a cherry picker to access the upper partof the tree trunks and their foliage (Figure1), taking advantage of the numerous trees
lining the forest dirt roads in our working
area. We measured the trunk CH 4 fluxes of- 87 -

Figure 1: A Cherry picker is used toaccess the upper part of the tree
trunks and foliage

1-10-1生存圏科学共同研究課題

eight trees of four species at several heights up to 15 m, manipulating a crane truck
and using the dynamic closed chamber method connected to a portable trace gas
analyzer (Li-7810, Licor, USA). The measured trunk CH 4 flux was scaled up to treelevel.
We have also implemented soil
CH 4 flux measurement following asampling design that covered the
topographic heterogeneity of thismountainous forest, which is acool-temperate
naturalmixed
forest with well-drained soil,
dominatedby
Cryptomeria
japonica (Japanese cedar). We

installed 58 soil collars at a depth of
5 cm in the soil across the landscape,with a distance of about 30 m
between each (Figure 2). With
Figure 2: Location of soil collars in the upper
different transects we covered theYura River watershed
ridge, hillslope, riparian zone andwetland as part of examining theinfluence of topography on CH 4 fluxes. CH 4 flux was measured using a cavity enhanced
absorption spectroscopy gas analyser . Simultaneously to soil CH 4 flux, soil

temperature and volumetric water content measurements were also performed at thesame 58 positions. Soil samples have been collected near each collar and the pH, C
and N contents and texture are being determined.

5. Results and discussion
All trees emitted CH 4 at all sampling heights along the trunk, while foliage
emitted almost no CH 4 . We observed similar vertical patterns of trunk emissions in
two species (Aesculus turbinata and Fagus crenata) characterized by an increase
followed by a decrease with height (range of peak height: 1.8 to 7.5 m above thesoil). In the other two species, the vertical pattern in the emission was lessconsistent between two individuals. Overall, the trunk CH4 emission measured at
the base of the trunk (0 to 2.0 m above the soil) was significantly related to theestimated trunk emission at tree level.
We mainly observed negative net CH 4 fluxes in November and December 2022(-0.52 nmol m -2 s -1 on average), which means that overall the riparian zone,
hillslopes and ridges were CH 4 sinks. Soil CH 4 uptake was highest mid-slope andlowest in the riparian zone and on ridges. Hotspots of CH 4 emissions were found in
wetlands (up to 20 nmol m-2 s-1).

6. Future directions
Tree CH 4 emissions will be scaled to stand level based on species-specificrelationships between stem diameter, wood traits and CH 4 emission, and using standinventories. Stand level CH 4 emission from trees will be compared to spatiallyaveraged soil CH 4 flux to estimate the total CH 4 budget of the forest.

7. Reference
Epron D, Mochidome T, Tanabe T, Dannoura M, Sakabe A (2022) Variability instem methane emissions and wood methane production of different tree species in acold temperate mountain forest. Ecosystems, DOI: 10.1007/s10021-022-00795-0,
2022

8. Notes
Results will be presented at the Japan Geoscience Union Meeting (June 2023)- 88 -

1-10-1生存圏科学共同研究課題

長期太陽黒点観測スケッチのデジタル画像データベースの構築

1. 研究組織
代表者氏名：浅井歩（京都大学 理学研究科）

共同研究者：海老原祐輔（京都大学 生存圏研究所）
上野悟（京都大学 理学研究科）

鈴木三好（元三重県立津高校教諭）
西田圭佑（京都大学 理学研究科）
玉澤春史（京都大学 文学研究科）
北井礼三郎（立命館大学）

2. 関連ミッション
ミッション３：宇宙生存環境
ミッション５：高品位生存圏

3. 研究概要
太陽黒点の観測は、1600 年代のガリレオ・ガリレイの頃にまでさかのぼれる。近年においても、小山ひさ子氏による「40 年にわたる黒点スケッチ観測」 1) が世界的に知られており、それを引き継いで、鈴木美好氏による 60 年にわたる黒点スケッチ
観測が存在している(図 1)。SILSO（Sunspot Index and Long-term Solar Observations）
2) は世界的な太陽黒点観測のとりまとめを実施しているが、過去の太陽黒点数の再評価を行った際には、鈴木氏の観測整約の結果が貢献した。
本研究では、鈴木氏の観測のデジタル画像データベースを構築して、世界的研究
ネットワークに提供する。鈴木氏による均質な長期連続観測資料は、太陽活動・地球環境の長期変動を研究するための貴重な資料である。構築するデータベースは、
生存圏研究所が主要機関参加している IUGONET を介して公開する。地球環境を支配する太陽エネルギー研究の基礎資料となるデータベースの公開は価値が大きい。

図１：鈴木氏による黒点スケッチ(左)と国立天文台三鷹で太陽光球像(右)。

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1-10-1生存圏科学共同研究課題

4. 研究の背景と目的
太陽黒点の出現は約 11 年で盛衰を繰り返す。また、黒点数に比例する太陽活動は、太陽からの紫外線放射量と同期しており、地球に照射するエネルギーを増減させることにつながる。しかし、この盛衰の根本原因は未だ解明されておらず、観測的な立場からは
長期間にわたる観測記録の整備が必要である。本研究の目的は、60 年にわたる鈴木氏の観測のデジタル画像データベースを構築して、世界的研究ネットワークに原資料を提供することにある。鈴木氏は、自宅の 10cm 口径屈折望遠鏡を用いて、太陽全面に出現した黒点のスケッチを継続観測して蓄積してきた。この均質な長期連続観測資料をデジタ
ル化してデータベースを構築し、生存圏研究所が主要機関参加している IUGONET を介して世界に公開することを目的とする。

5. 研究の結果および考察
本年度は、残されていた 1996 年から 2020 年にわたる、約 25 年間の観測データについて、スケッチ画像をデジタルスキャンしてデジタル画像に変換した。加えて、観測日時や条件などの情報を、メタデータとしてエクセルファイルに格納した。1960
年から 1996 年の黒点相対数は図 2 の通りである。

図 2：鈴木氏の黒点スケッチに基づいた 1960 年から 1996 年の黒点相対数。

6. 今後の展開
理学研究科附属天文台のデータサーバー上に画像データベース・メタデータデー
タベースを構築し公開する。エクセルファイルのメタデータは、IUGONET が採用している SPASE 形式の XML ファイルに変換したのち、検索サーバーに登録して公開する。

7. 引用文献
1) 小山ヒサ子，太陽黒点観測報告：1947‒1984, 河出書房新社, 1985.
2) SILSO Webページ：https://wwwbis.sidc.be/silso/- 90 -

1-10-1生存圏科学共同研究課題

誘電率計測による微細気泡水の特性解析

1. 研究組織
代表者氏名：上田義勝（京都大学 生存圏研究所）
共同研究者：三谷友彦（京都大学 生存圏研究所）
高橋克幸（岩手大学 理工学部）

2. 関連ミッション
ミッション１：環境診断・循環機能制御
ミッション３：宇宙生存環境

3. 研究概要
ファインバブルなどの微細気泡については、環境用途や農業用途での研究利用が進みつつある。気泡安定性や特性については仮説がいくつかあるが、決定的な結論はまだ出ていない。気泡の内圧について先行して我々が行った計測事例はあるが、別途計測している気泡のゼータ電位との関係性は現在も研究途上にある。ゼータ電位は、気泡表面の帯電状態を見ているわけではない。実際には、液体中のイオンと気泡帯電との間で生じる等電位面が関与し、イオンが拡散せずに気泡周辺に留まる「すべり面」の電位を観測しており、実際の界面を直接計測できていない。
我々はサブミクロンスケールの微細気泡（ウルトラファインバブル, UFB）の帯電
状況をもっと精度良く計測する事を目標とし、マイクロ波帯（500MHz から 50GHz）の誘電率を計測し、気泡と水とが織りなす電気的特性を直接計測した。中でも微細気泡による誘電率の変化を再確認した他、微細気泡生成時の水の誘電率の変化について確認した。

4. 研究の背景と目的
UFB の気泡特性としては、これまでに気泡の濃度分布の他、表面の帯電状態としてのゼータ電位計測、また内部圧力などの計測を行ってきたが、水との相互作用により生じる誘電率の変化などは確認できていない。我々は過去に誘電率変化について計測を行った事があるが、通常の水との違いは細かく確認できなかった。特に温度条件の違いや保存期間による変化をその場で計測していなかったため、本研究では生成直後の大気 UFB 水の特性の違いと、生成装置が稼働している最中に誘電率がどう変化するのかを確認した。UFB は長期間保存が可能であると言われているが、応用研究結果にはばらつきも多い事例がある事から、これらの誘電率の変化が応用
研究成果に関係する可能性も考えられるため、非常に重要な計測研究事例となるはずである。

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1-10-1生存圏科学共同研究課題

図 1. 空気 UFB 水の生成直後の誘電率（実部）（左図）と、UFB 生成装置稼働中の誘電率（実部）の変化5. 研究の結果および考察
図 1 は本研究において計測した大気 UFB 水の実部誘電率の計測結果と、生成途中の誘電率の変化を 示し ている。誘電率計 測に はネットワークア ナラ イザ（Agilent
Technologies, E8634C）を用い、500MHz から 50GHz までの周波数帯の誘電率を、slim
probe kit を用いて計測している。UFB 水の生成には、加圧溶解型生成装置（RMUTLKVM-10）を用いた。生成条件としては、高純度精製水（古河薬品工業 クリーン＆クリーン）1L から、大気流量を 50mL/min として生成した。また、生成中の誘電率の確認のため、生成装置タンクに、slim probe を設置し、装置稼働中の誘電率の時間変化についても図 1 右図として計測している。大気 UFB 水の特性については、高周波帯（10GHz 以上）において若干の現象がみられた。また、生成稼働時には稼働時間に応じた誘電率の低下を確認しているが、こちらは接地条件などもあるため、水だけの特性を示しているのか、もしくは静電気などの効果による計測エラーなのかを今後確認する必要がある。尚、生成稼働時は水循環のためのポンプによる温度上
昇もあるが、これまでの生成データからは、15 分でおよそ 2-3℃程度の上昇であり、水温による誘電率の変化はそれほど大きくないと考える。

6. 今後の展開
本年度においては、高周波帯の誘電率計測を確認し、その変化について確認したが、気体を変えた場合の変化の他、LCR メータなどを用いた低周波帯における特性の違いについても計測準備を進めている。特に生成装置稼働中の誘電率の大きな変化については、計測エラーの可能性はあるものの、水の特性が静電気により大きく変化している可能性を示すものであり、非常に興味深い結果が得られた。

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1-10-1生存圏科学共同研究課題

熱帯荒廃草原におけるイネ科バイオマス資源の持続的生産に基づく炭素隔離1. 研究組織
代表者氏名：梅澤俊明（京都大学 生存圏研究所）
共同研究者：小西哲之（京都大学 生存圏研究所）
梅村研二（京都大学 生存圏研究所）
小林優（京都大学 大学院農学研究科）
飛松裕基（京都大学 生存圏研究所）
八木重郎（京都大学エネルギー理工学研究所）
サフェンドリ コマーラ ラガムスタリ（インドネシア研究イノベーション庁）
レザ ラムダン リバイ（京都大学生存圏研究所、
インドネシア研究イノベーション庁）

2. 関連ミッション
ミッション１：環境診断・循環機能制御
ミッション２：太陽エネルギー変換・高度利用
ミッション４：循環材料・環境共生システム
ミッション５：高品位生存圏

3. 研究概要
熱帯荒廃草原を活用したバイオマスエネルギーの生産に適し、さらに炭素隔離に適するイネ科バイオマス植物を開発するとともに、高発熱型草本バイオマスの吸熱
炭化ガス化処理システムを開発することによる、先進エネルギーとバイオマス生産、炭素隔離の持続可能システムの構築を推進した。

4. 研究の背景と目的
我が国をはじめ世界各国に於いて、2050 年頃までの社会全体でのカーボンニュートラル達成に向けた様々な動きが急加速している。この目標達成には化石資源依存を可能な限り削減することが必須であり、代替資源としてのリグノセルロースバイ
オマスの持続的生産と利用が必須である。そして、リグノセルロースバイオマス資源の持続的生産には、インドネシアなどの東南アジアの熱帯林伐採跡地に既に広大に発生してしまっている荒廃草原（1000 万 ha）の利用が必須となっている。
以上に鑑み、研究代表者梅澤と研究分担者梅村・小林らは、インドネシア研究イ
ノベーション庁と熱帯荒廃草原の植生回復とバイオマスエネルギー・木質材料生産に関する国際共同研究を JICA/JST の支援の下で実施してきた。一方、小西らはバイオマスと核融合や太陽光発電などを組み合わせた炭素隔離プロジェクトを別途進めてきた。今後大幅にかつ積極的に大気中二酸化炭素濃度を削減するためには、地球- 93 -

1-10-1生存圏科学共同研究課題

上の炭素サイクルの系外に炭素を排出するいわゆる炭素隔離が本質的に重要であり、梅澤らの進めてきたバイオマスの持続的生産と小西らの進めてきた炭素隔離研究を融合した持続的体系の構築が強く求められる。
そこで、本研究では、熱帯荒廃草原を活用したバイオマスエネルギーの生産や炭素隔離に適するイネ科バイオマス植物の開発、及び高発熱型草本バイオマスの吸熱
炭化ガス化処理システムの開発を進め、先進エネルギーとバイオマス生産、炭素隔離の持続可能システムを構築することを目的として活動を進めた。

5. 研究の結果および考察
イネの代謝工学とソルガムの選抜育種について、イネにおいてリグニン合成活性型転写因子をコードすると推定される候補遺伝子を選抜し、それらの過剰発現イネの作出を行った。現在 T1 世代の栽培を進め、種子を増殖すると共に、化学成分分析の予備試験を行った。またイネをモデルとして得られたリグニン含有量増加に寄与する遺伝子情報に基づき、ソルガム変異体集団から、対応する遺伝子の変異体の選抜を進めた。なお、これらの一連の研究内容を取りまとめた総説を執筆する 1) と共に国際会議にて発表した 2) 。
バイオマス炭化と炭素隔離に関しては、高炭素含量バイオマス作物の作出、作出
した作物を用いた熱帯地域におけるエネルギー物質サイクルを完結するための見通
し並びに当該地域の土地利用と所有に関する討議・解析を総合的に進め、外部資金獲得に向けた活動を進めた。この討議の成果は書籍（編集：地球環境学堂 森晶寿）に取りまとめた（査読中）。一方、バイオマスの処理について、小規模で近未来に利用可能な技術として、マイクロ波によるガス化・炭化装置を試作し、ソルガム及び京都府産の竹を用いた炭化反応に成功した。マイクロ波からのエネルギー変換機構について引き続き基礎研究を実施し、機構の解明と効率の向上を目指す。本研究は一部京都市との協力事業として放置竹林の処理対策の可能性を検討している。

6. 今後の展開
本課題は、バイオマス生産・育種・利用研究と核融合研究に関する国際協働研究であり、荒廃草原の植生回復と二酸化炭素固定量増加の両面に貢献する世界に類例のない独自の異分野協働型総合的研究である。今後も上記の研究を一層推進する計画である。

7. 付記
1) 梅澤俊明, リグニン代謝工学によるイネ科バイオマス植物の育種 リグニンの量と構造の改変, 化学と生物, Vol. 60, pp. 565–572, 2022
2)

Umezawa,

T.,

Grass

ligninmetabolicengineeringforsustainablelignocellulose valorization, The 20th IUFRO Tree Biotech and the 2nd Forest
Tree Molecular Biology and Biotechnology (FTMB) Conference, Harbin, Jul 7-9,2022

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1-10-1生存圏科学共同研究課題

マルチスケール構造を考慮した木材の大変形挙動に関する
数値シミュレーション手法の開発
1. 研究組織
代表者氏名：梶川翔平（電気通信大学 大学院情報理工学研究科）
共同研究者：田中聡一（京都大学 生存圏研究所）
久保木 孝（電気通信大学 大学院情報理工学研究科）
三木恒久（（国研）産業技術総合研究所）

2. 関連ミッション
ミッション１：環境診断・循環機能制御
ミッション４：循環材料・環境共生システム
ミッション５：高品位生存圏

3. 研究概要
木材の変形加工における加工条件の適正化や変形メカニズムの解明には、数値シミュレーション技術の活用が有効である。しかしながら、木材は複雑な階層的構造を有しているため、数値解析によって木材の変形挙動をシミュレーションすることは難しい。本研究では、木材の階層的構造を簡易的に模擬したモデルを構築し、有限要素法（FEM）および離散要素法（DEM）による連成解析を行うことによって、木材の圧縮時における変形挙動のシミュレーションを試みた。さらに、実験結果を比較するによって、解析結果の妥当性を検証した。その結果、木材の空隙構造を模した格子形状のモデルを用い、格子のサイズを適正化することによって、年輪傾角が圧密時の変形形
状に及ぼす影響を再現することができた。以上の結果より、木材の変形挙動を再現するにあたって、空隙構造を有したモデルを用いた FEM・DEM 連成解析が有効である可能性が示された。

4. 研究の背景と目的
圧密や曲げ木など、木材の変形加工は様々な産業分野における木材加工に用いられており、中でも近年開発された流動成形技術は、組織の分離・再結合を促進することによって、従来工法では不可能だった大変形加工を実現している 1) 。一方、木材は複雑な階層的構造を有しているため、数値解析によって木材の大変形挙動をシミュレーシ
ョンすることは難しい。これに対し、金属材料の場合、木材よりも構造が均質かつ空隙がほとんどなく、数値解析による変形挙動の再現が容易であるため、加工の適正化
やメカニズムの解明などが効率的に行われている 2) 。木材の変形加工における加工条
件の適正化やメカニズムの解明にあたっては、木材の変形挙動を再現可能な数値シミュレーション手法の開発が望まれる。本研究では、数値解析にて木材の大変形挙動を- 95 -

1-10-1生存圏科学共同研究課題再現するため、木材の階層的構造を考慮したモデルを構築し、有限要素法（FEM）および離散要素法（DEM）による連成解析を行った。実験結果と比較することによって、提案手法の妥当性を検証した。

5. 研究の結果および考察
早材部および晩材部から構成される年輪構造を模した 2 種類の解析モデル A およびB を作成した。モデル A は早材および晩材を材料特性の違いによって表現する一方、モデル B では木材の空隙構造を模した格子形状とし、格子の寸法を調整することによって早材部および晩材部を表現した。表 1 に木材試験片を圧縮した際の変形挙動の比較を示す。モデル B を用いることによって、年輪傾角が圧密時の変形形状に及ぼす影響を再現できた。圧縮時における荷重に関しても、図 1 に示すように、モデル B にて
圧密開始から完了後の荷重急増に至るまでの挙動を再現できた。一方、荷重急増に至った際のストロークは実験よりモデル B による解析の方が早かった。これは、モデル
B の密度が実験における試験片の密度よりも高いためと考えられる。
表1 実験および解析における変形形状

Experiment

Analysis(model A)

Analysis(model B)

Analysis (Model B)

1500
10 mm
εeq
3.1
0
εeq
1.55
0

εeq : Effective plastic strain

Load F / N

Die

2000

Tilt angle of annual ring θ/°
0
90
Punch

1000

Analysis (Model A)

500
0Experiment
0

2

4
6
8
10
Punch stroke S / mm12

図1 荷重-ストローク線図(年輪傾角θ = 90°)

6. 今後の展開
解析モデルにおける密度や格子の形状をより実際の木材に近づけることによって、解析精度の向上を目指す。さらに、圧密完了後の流動変形についてもシミュレーシ
ョンできる方法を開発する。

7. 引用文献
1) 三木恒久，木質系材料を用いた塑性加工技術，ぷらすとす，1 (5)，pp. 342-347，
2018．
2) 久保木孝，塑性加工解析に必要なFEM⑦管の引抜き・押出しの解法，塑性と加工，55 (646)，pp. 989-994，2014．

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1-10-1生存圏科学共同研究課題

合理的代謝フロースイッチングによる芳香族生理活性物質の生産
1. 研究組織
代表者氏名：肥塚崇男（山口大学 大学院創成科学研究科）
共同研究者：市野琢爾（京都大学 生存圏研究所）
矢崎一史（京都大学 生存圏研究所）

2. 関連ミッション
ミッション１：環境診断・循環機能制御
ミッション５：高品位生存圏

3. 研究概要
植物分子育種を基盤とした代謝工学により、植物バイオマス由来の色素成分への代謝フローを生理活性香気物質への生産にスイッチングすることで、人の健康維持に重要な生理活性物質の生産プラットフォームを構築する。さらに、ストレス応答や組換え技術を駆使した代謝工学による植物内在性基質の増強を行うことで、植物の潜在的代謝力を最適化する。

4. 研究の背景と目的
稀少植物を含めた天然資源に由来する生理活性物質、特に揮発性の芳香族香気物
質は、長引くコロナ禍での生活習慣病予防など人の健康維持に欠かせない機能性成分として注目されている。本研究では、人の健康と稀少な植物資源の保護、環境保全への貢献を目指し、進化の過程で獲得した植物が有する潜在的代謝力を分子レベルで理解し、最大限に利活用することを目的とし、持続的且つ効率的な生理活性物
質の生産プラットフォームを構築する。近年、海外では、稀少植物に由来する天然
香料の代替品として、バイオテクノロジー技術によって生産されるバイオ香料が注目されつつある。一方、その生産性は外部からの多量の炭素源供給に依存しており、エネルギー源の投資が多いことが問題となっている。しかし、植物細胞内の代謝フ
ラックスを合理的に改変、また、ストレス誘導的に高まる植物に秘められた代謝力を最大限に引き出すことができれば、植物バイオマスに由来する効率的な生産シス
テムの構築が可能となる。そこで、申請者らは世界に先駆けて発見した生合成遺伝子の活用を特色として、代謝経路の分岐点に着目した合理的代謝工学により、植物
バイオマスとして豊富に存在する色素成分を生理活性物質の生成へと利活用することを本研究の目的とした。

5. 研究の結果および考察
現在までに、色素成分や香気成分を含めた多様な芳香族化合物が生合成中間体で- 97 -

1-10-1生存圏科学共同研究課題

ある p-クマロイル CoA を経由する同じ経路を共有していることが知られている。しかし、これら芳香族化合物の代謝フラックスの変化が各化合物の生成量にどのように影響するのかは未解明であった。本研究では、ナス科のモデル植物であるタバコを発現ホストとして、芳香族香気物質であるラズベリーケトンの生合成遺伝子（BAS,
RZS）を 35S プロモーター下で過剰発現させた形質転換体を作出し、色素成分であるアントシアニンから香気成分のラズベリーケトンへと代謝フローをスイッチング
することに成功している（2.4 µg/gFW）1) 。さらに、転写因子（PAP1）を利用した細胞 内 基 質 の 強 化 に よ り 、 香 気 成 分 の 生 成 量 が 高 ま る と い う 知 見 を 得 て い る （ 5.6µg/gFW）。また、色素成分への代謝フローを遮断したカルコン合成酵素遺伝子（CHS）の抑制形質転換体においても 、 同 様 の 結 果 が 得 ら れ た （ 5.0µg/gFW）。同様の代謝工学デザインを
色素成分の生産性が活発な紫ペチュニ
ア（Petunia hybrida cv. Baccara）、トマ
ト（Solanum lycopersicum cv. Micro-Tom）などに応用し、それぞれ 6 個体（T0 世代）、11 個体（T0 世代）の形質転換体を作出した。トマトにおいては、果実の完熟期、特に果皮でラズベリーケトンが蓄積することを明らかにした（7.0µg/gFW）。

本研究で実施した代謝工学デザイン

6. 今後の展開
本研究結果から、色素成分から香気成分への代謝フロースイッチングがナス科植物で広く有効であることが示唆された。今後は、形質転換体に植物ホルモン処理や光ストレス処理を行い、細胞内基質濃度が誘導的に高まる条件を確立し、生産性の向上を図るとともに、ナス科植物以外の異なる発現ホストにおいても同様の代謝工学デザインが適応可能かどうかを検討する。さらに、代謝経路の分岐点に着目した
合理的代謝フロースイッチングが香気成分以外の他の芳香族生理活性物質の生産への応用が可能かについても明らかにしていく。

7. 引用文献
1) Koeduka, T., Takarada, S., Fujii, K., Sugiyama, A., Yazaki, K., Nishihara,M., Matsui, K., Metab. Eng. Commun., 13 , e00180, 2021.

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1-10-1生存圏科学共同研究課題

水中プラズマとファインバブルの組み合わせによる水処理技術の開発

1. 研究組織
代表者氏名：高橋克幸（岩手大学 理工学部システム創成工学科）
共同研究者：上田義勝（京都大学 生存圏研究所）
渡邊崇人（京都大学 生存圏研究所）

2. 関連ミッション
ミッション１：環境診断・循環機能制御
ミッション３：宇宙生存環境

3. 研究概要
本研究では、水中プラズマ方式の課題である、エネルギー効率の低さを解決する目的で、ファインバブルを液中に導入することによって、プラズマ生成に関わるエ
ネルギーバランスの改善を試みた。ファインバブルを導入した場合、絶縁破壊電圧が著しく低下することがわかった。また、アルゴンを用いてファインバブルを発生した場合、空気を用いた場合と比較し絶縁破壊電圧が低下することがわかった。気相において、アルゴンは空気よりも絶縁破壊電圧が低いことから、ファインバブルによる絶縁破壊の低下の要因としては、電極近傍に存在する気泡内において放電が発生していることが寄与していると考えられる。また、ファインバブルを導入する
ことにより、水中放電によるインジゴカルミンの脱色速度が 2 倍程度速くなった。
このことから、水中放電の発生とともにラジカル生成を促進することがわかった。

4. 研究の背景と目的水に混入した難分解性化合物の分解や菌の不活化は、環境水、下水、畜産排水の処理のみならず、水耕栽培培養液や食品工場における洗浄水など非常に広い領域で必要とされている。しかし、既存技術ではコストや反応速度、薬品の投与による排水や作業者への毒性など課題が多く、革新的な新規技術の開発が急務である。水中プラズマ処理方式は、汚水中の難分解性有機化合物の高速処理が可能でその効果も高く、新たな処理方法として期待できる。しかし、水の絶縁破壊電圧が高く高電圧・大電流が必要でありエネルギー効率が低いことに課題がある。
本研究の目的は、環境分野やバイオ関係への展開が活発なプラズマを水中で発生させ、それにより生成したラジカルを利用し、溶存する難分解性化合物の分解および、菌の不活化を高効率で可能とする水処理技術の開発を行うことである。高電圧
パルスパワーを用いた水中プラズマの生成は、水に流れる導電電流により水が気化- 99 -

1-10-1生存圏科学共同研究課題

し電極近傍で微小気泡が生成されることが発端であるが、導電電流はラジカル生成に寄与せず効率低下の主要因となる。ファインバブルを導入した場合、導電電流による気泡生成が不要になるとともに、プラズマ形成に必要な絶縁破壊電圧が著しく低下することにより、ラジカルの生成効率が飛躍的に向上することが期待できる。
本稿では、ファインバブルを液中に導入することによって、プラズマ生成に関わるエネルギーバランスの改善を可能とする、プラズマとファインバブルの複合方式を開発する目的で、ファイバブルによる水中プラズマとヒドロキシラジカルの生成の促進効果を評価した。

5. 研究の結果および考察
図 1 に示すような、針体平板電極を有するリアク
タを用い、ファインバブルを用いた場合に水中プラズマの発生(絶縁破壊)促進の効果を評価した。印加
電圧はブルームライン型 PFN を用い、パルス幅を 4µs 一定とした。図 2 に、ファンバブルを発生させない場合（赤●）および、室内空気（緑▲）、アルゴン（青■）をそれぞれ用いファインバブルを発生した
場合の印加電圧による放電確率の変化を示す。絶縁

図 1 リアクタ概略図

破壊の発生は、フォトダイオードを用いることによ

絶縁破壊電圧が著しく低下することがわかる。また、アルゴンを用いた場合に空気よりも絶縁破壊電圧が低下することがわかる。気相において、アルゴンは空気よりも絶縁破壊電圧が低いことから、水中放電

Discharge Probability [%]り観測した。図より、ファインバブルの導入により、

Conductivity:104 µS/cm,Gap:20 mm,Positive
w/o FB
w/ FB,Air,0.06 L/min
w/ FB,Ar,0.06 L/min

100
80
60
40
20
0
2

4

6

8

10 12 14 16 18 20 22 24
Voltage [kV]の発生は、電極付近の気泡が水中放電の発生に寄与 図 2 電圧による放電確率の変化
していると考えられる。
プラズマによる酸化力を評価する目的で、インジゴカルミン溶液(700 mL、 0.05mM)に 3 時間の放電処理を行ったところ、アルゴンガスを用いてファインバブルを発生した場合、ファインバブルを用いない場合と比較し 2 倍程度脱色量が増加する
ことがわかった。このことから、ファインバブルは放電の形成とともにラジカルの発生を促進していることがわかる。

6. 今後の展開
今後は、ファインバブルを用いた場合のプラズマ生成機構のより詳細な検証と、有機物の分解および微生物に与える影響（殺菌など）を十分に得られる条件を見いだす必要がある。

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1-10-1生存圏科学共同研究課題

プロジェクションマッピングを適用した
環境放射能の歩行サーベイ計測

1. 研究組織
代表者氏名：谷垣実（京都大学 複合原子力科学研究所）

共同研究者：上田義勝（京都大学 生存圏研究所）
二瓶直登（福島大学 食農学類）

2. 関連ミッション
ミッション１：環境診断・循環機能制御

3. 研究概要
2011 年に発生した原発事故による福島県周辺の環境放射能汚染調査のため、歩行サーベイ(KURAMA-II, Kyoto University RAdiation MApping system-II) による環境放射能のリアルタイム測定をこれまで行ってきた。本研究テーマでは、森林や山間部において問題となる GPS 位置補足エラーを解決するため、カメラ撮影により 3 次元
マッピングも同時に行う事で、位置情報を高精度に行いたい。KURAMA-II についてはこれまでの計測経験があるが、特にフォトグラメトリー手法の適用については新しく取り入れる手法であり、新しい計測技術の研究開発となる。

図１：動画解析の一例（福島大学内での歩行解析）- 101 -

1-10-1生存圏科学共同研究課題

4. 研究の背景と目的
福島県周辺の環境放射能汚染は、2022 年現在も未だ山間部などの森林圏を中心に残っているのが現状である。時間経過による環境放射能のモニタリングや、環境回復のための連携研究は今後も重要な課題であり、生存圏研究所と福島大学、複合原子力科学研究所と共同で、KURAMA-II による環境放射能のリアルタイム測定を行ってきている。山間部における歩行サーベイでは、KURAMA-II に搭載されている GPS
受信機の計測ミスにより、位置情報がずれてしまう事があった。そのため、山間部でも誤差なくマッピングするため、カメラ撮影画像による位置解析を同時に行う事を想定している。マッピングについては、ソフトウェア 3DF Zepher を用いたフォ
トグラメトリー手法を使い、位置情報を検出する。最終的には新しいマッピング手法と、KURAMA-II の GPS による位置検出データと比較しながら、計測位置を精度よく検出していく。

5. 研究の結果および考察
今年度においては、歩行時に撮影した動画を解析するため、福島大学や宇治キャンパス内にて動画を撮影し、その歩行サーベイ
について解析を行った。図
１,2 がその結果になるが、雪が降り積もる雑木林においても、精度よく位置検

図 2. フォトグラメトリ解析による 3 次元歩行解析

出が出来ている事がわかる（図１）。また、階段などの上下方向の解析についても同様に成功しており、特に高さ方向の位置補正も上手くいくことがわかった（図２）。ただし、現状の問題点としては、動画撮影時に特徴が分かりにくい空間（青空など）やよく似た建物が多く存在した場合や、カメラ撮影方向と、移動方向が一定しない場合に、検出エラーが多かった。この事は、森林地帯では、高性能なカメラを用いて 360 度カメラを用い
れば、かえって画像差分として検出できる可能性が高く、山間部におけるフォトグ
ラメトリー手法としては長所として考えることもできる。今後は最終的にリアルタ
イム検出を行う手法についての検討も考えている。

6. 今後の展開
本研究においてはフォトグラメトリーが有効であることが分かったが、撮影時のカメラの選定や位置検出に有効な目標点の設定などを考慮しつつ、KURAMA-II との同時計測を今後考えていく必要がある。

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1-10-1生存圏科学共同研究課題

第一原理計算を用いた固液界面及び気液界面の静電ポテンシャル
解析

1. 研究組織
代表者氏名：徳田陽明（滋賀大学 教育学部）
共同研究者：上田義勝（京都大学 生存圏研究所）

2. 関連ミッション
ミッション１：環境診断・循環機能制御
ミッション３：宇宙生存環境

3. 研究概要
固体表面と水とが生成する静電ポテンシャル特性や、気泡が内在した液体との気液界面相互作用については、実験的に表面計測を行う事が困難である。そのため、物質の基礎特性を解析的に求める第一原理計算を使って、静電ポテンシャルの特性を計算機シミュレーションから求め、実験評価につながる解析を行う。

4. 研究の背景と目的
固液界面や気液界面における帯電現象については、すべり面における電位計測（ゼータ電位）によりおおよその状態を計測する事ができるが、界面表面の直接の状態を計測する事は困難である。また、シリカガラスなどに代表される様に、酸・塩基などの化学的表面処理によって濡れ性が変化するものがあり、細かな特性を求めるた
めには計算機による特性計測を行う方が良い場合もある。1985 年に Car と Parrinelloによって、電子間，原子核間，および電子-原子核間のクーロン相互作用から出発し，量子力学の基本法則に立脚した電子状態理論を使って電子分布を決め，物質の諸性
質を計算する第一原理計算が提唱されている。この第一原理計算は実験的条件が不要であり、物質の基礎特性をパラメータとすることで、界面の状態を計算できるという利点がある。そのため、本研究では固液界面や気液界面における静電ポテンシ
ャルの変化を、第一原理計算によって求めていく。また、計算により求められたパラメータと、実測で得られるゼータ電位などの値との比較も同時に行っていく。
研究事例として、微細気泡水の基礎特性との関係性が現在着目されており、本研
究は固液-気液界面の複雑な相互作用を理解するための第一歩となる。尚、本研究は今年度より開始する新しい先端計測計算機実験として、ソフトウェアの立ち上げ準備をしつつ、基礎シミュレーションを段階的に行いながら準備を進めたい。

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1-10-1生存圏科学共同研究課題

第一原理計算の手法には近年色々なツールがあるが、本テーマでは使用実績がある Phase/0 (https://azuma.nims.go.jp/cms1) ソフトウェアを用いた電荷密度計算を行う。
研究のための計算機環境のセットアップについては、基礎計算では滋賀大学の並列計算機システムを利用する。
尚、計算の際に各分子のエネルギー情報などは疑ポテンシャルデータとして既に

図１：水分子と二酸化炭素分子の初期配置（白：水素、赤：酸素、灰色：炭素）用意されたものを用いている。また表面サイズなどは、計算機環境に依存する部分もあるため、ある程度仮想的な状態で計算して評価を行う必要がある。

5. 研究の結果および今後の予定
計算機実験環境を構築し、Phase/0 を用いた Si 結晶構造における電荷密度計算や、構造解析などを行ってきている。また、他の共同研究との連携も考慮し、現在は水分子と二酸化炭素のランダム配列情報を初期値として準備し、その安定化後の挙動を確認する予定である。水分子と二酸化炭素分子の配列初期値については、packmol ソフトウ
ェア(https://m3g.github.io/packmol/)により生成している（図１）。現時点では水分子 60個に対し、二酸化炭素分子 20 個を用意しているが、気泡生成条件などは今後最適なパラメータ設定も行う必要がある。また、帯電条件や相界面における状態など、パラメ
ータを増やして今後解析を行う必要もある。その他、第一原理計算ソフトウェアとして LAMMPS(https://www.lammps.org/)などもあるため、使用目的に合わせて柔軟に開発を進めていきたい。

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1-10-1生存圏科学共同研究課題

紫外線計測データに基づく母体と赤ちゃんのビタミン D 生成量の推定と血中ビタミン D 濃度との関係に関する研究
1. 研究組織
代表者氏名：中島英彰（国立環境研究所 地球システム領域）
共同研究者：高橋けんし（京都大学 生存圏研究所）
佐々木 徹（国立環境研究所 地球システム領域）
坂本優子（順天堂大学 医学部附属練馬病院）
本田由佳（慶應義塾大学 政策・メディア研究科）

2. 関連ミッション
ミッション１：環境診断・循環機能制御
ミッション５：高品位生存圏

3. 研究概要
最近、日本人の特に若年女性の間でビタミン D（以下「VD」という）不足が問題となってきている。その原因の一つとして、紫外線の有害性を恐れるあまり日光浴を忌諱する風潮が考えられる。適度な日光浴により VD は十分生成できるはずであるが、その指針は国内各機関も現時点では明確に示せていない。申請者らはこれまでに、
太陽紫外線から 1 日の生活に必要な VD を体内で生成するために必要な日光浴時間を計算で求める手法の開発を行ってきた。本研究では研究を進め、関東の産婦人科病院を受診する妊婦を対象に、アンケートによって得た直近の日光浴時間を実際の近隣の紫外線観測データと合わせて解析することで、体内で生成したと思われる VD
量を推定する。これと実際に妊婦の血液中で測定された VD 濃度の相関関係を導出する。そのことによって、日本各地で各季節に、健康のためにはどの程度の日光浴が必要かという知見を得ることが出来るものと期待される。

4. 研究の背景と目的
1980 年代の南極オゾンホールの発見以降、有害紫外線（UV-B）の増加が危惧されるようになってきた。紫外線は浴びすぎると肌や目に悪影響を及ぼす一方で、紫外線には皮膚で VD を生成するという働きもある。VD の摂取には食事からの摂取と紫外線照射による皮膚での生成があり、厚生労働省では食事からの摂取目安量として
1 日 8.5 μg を推奨している。一方紫外線照射による皮膚での VD 生成量には、季節、
緯度、天候、時間、肌の色など様々な要因が関連しており、各組織も目安となる日光照射時間を提示することが出来ずにいた。2000 年代以降、特に肌の美容の観点を重視する若年女性の間で紫外線を避ける風潮が広がり、その結果、最近では日本の若年女性を中心に VD 不足や欠乏が広がってきていることが報告されてきている。VD 欠
乏は自分で認知することが出来ず、VD 欠乏の結果骨の健康状態が悪化し、骨折など- 105 -

1-10-1生存圏科学共同研究課題を起こして初めて VD 欠乏を認識することが可能となる。そこで我々は、日本人の妊婦の VD 健康状態を把握し、その不足や欠乏要因を推定するための研究を実施することにした。

5. 研究の結果および考察
我々は、都内の大学病院の産婦人科を受診した妊婦 309 人について、VD 栄養状況の調査を行った。まずアンケートから、妊婦の食事からの VD 摂取量の推定を行った。次に、妊婦の過去 2 週間の外出履歴をもとに、近くの紫外線観測点における実際の紫外線観測データをもとに、妊婦の外出時の太陽紫外線による皮膚における VDの生成量の推定を行った。この推定には、我々がこれまでの研究で開発してきた、
太陽紫外線により皮膚で生成される VD の推定方法を用いた 1), 2), 3)。食事で得られた
VD と、外出時の太陽紫外線によって生成された VD の合計値と、妊婦の VD 栄養状態の指標となる、採取した血液中の 25(OH)D 濃度との間の相関関係を調べた。その際、太陽紫外線の強度によって紫外線が強い時期、中ぐらいの時期、弱い時期の 3 つに分けて解析を行った。
その結果、食事からの VD 摂取量と血中 VD 濃度には年間を通じて弱い相関があることが判った。一方、紫外線による VD 生成と VD 濃度は、紫外線強度の強い夏のみに強い相関があり、中ぐらいの時期や弱い時期には統計的に有意な相関関係は見られないことが明らかとなった。また、妊婦は厚生労働省が推奨する以上の量のVD を平均的には摂取しているにもかかわらず、血中の VD 濃度はその大半が欠乏状態にあることが判った。

6. 今後の展開
日本では、妊婦の多くが推奨する以上の VD を摂取しているにもかかわらず、VD欠乏状態にあることが判った。その理由の一つとして考えられるのは、妊婦においては摂取した VD の大部分が、赤ちゃんの骨の生成に消費される可能性がある。今後は妊婦以外に生まれてくる赤ちゃんも対象を広げて解析を行い、日本人の VD 健
康状態の把握とその改善に努めていきたい。

7. 引用文献
1) 宮内正厚, 中島英彰, 平井千津子, ビタミン , 88, 349-357, 2014.
2) Miyauchi, M., and H. Nakajima, Photochem. and Photobiol., 92, 863-869,
2016.
3) 中島英彰,「（総説）日光よるビタミンDの生成」, ビタミン , 94, 469-491,
2020.
8. 付記
本研究の結果は、以下の論文にまとめて、現在印刷中である。
Nakajima, H., et al., J. Steroid Biochem. Mol. Biol., 2023, in press.

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1-10-1生存圏科学共同研究課題

セシウム蓄積に関わるダイズのイオノーム解析
1. 研究組織
代表者氏名： 二瓶直登 (福島大学 食農学類)
共同研究者： 杉山暁史 (京都大学 生存圏研究所)

上田義勝 (京都大学 生存圏研究所）
2. 関連ミッション
ミッション１：環境診断・循環機能制御

3. 研究概要
2011 年の東京電力福島第一原発事故により放射性セシウム(RCs)が生存圏に放出
し、農地に降下した RCs は外部被ばくだけでなく作物を通じて内部被ばくの恐れがある。Cs を吸収しにくいダイズ産出を目的として、世界、日本の主要な品種・系統を熟期により 2 分割（標準型、晩生型）して栽培した。葉と子実の元素分析を行い、分析結果をもとに GWAS 解析を実施した。葉の Cs 濃度は標準型、晩生型とも同様の分布であったが、子実の Cs 濃度は晩生で全体的に高く、分布も広がりが見られた。
葉、子実の全元素を含めたネットワーク解析を行うと、5 つのモジュールに分かれた（図 1）。子実の Cs は標準型、晩生型とも微量元素（B,Cu,Co,Fe,Mn,Mo,Ni,Zn）と同じモジュールに入り、特にルビジウムと強い相関が見られた。GWAS 解析の結果、標準型の葉では 3 番染色体、晩生の子実では 1 番染色体に p 値が高い強いピークが見られた（図 2）が、他の微量元素と同様の位置に GWAS のピークは見られなかった。

図 1 全元素を含めたネットワーク解析（青は正、赤は負の相関を示し、太さは相関の強さを示す。元素の色が同じものは同じモジュールを示す）
図 2 葉（標準型）と子実（晩生型）の Cs 濃度のマンハッタンプロット- 107 -

1-10-1生存圏科学共同研究課題

4. 研究の背景と目的
2011 年の東京電力福島第一原発事故により放射性セシウム(RCs)が生存圏に放出
し、農地に降下した RCs は外部被ばくだけでなく作物を通じて内部被ばくの恐れがある。ダイズは子実にミネラルを蓄積しやすく、Cs 濃度も他作物と比較して高い 1),2)。
Cs を吸収しにくいダイズ産出を目的として、Cs 輸送に関する候補遺伝子を探索する
ため、世界のコアコレクション（89 品種・系統）、日本のコアコレクション（94 品種・系統）、および日本の奨励、在来品種から成る福大コレクション（141 品種・系
統）を熟期により 2 分割（標準型、晩生型）して栽培した。葉（8 月下旬に展開葉から 2 枚下を採取）と子実の元素分析を行い、分析結果をもとに GWAS 解析を実施した。

5. 研究の結果および考察
葉の Cs 濃度は標準型、晩生型とも同様の分布であったが、子実の Cs 濃度は晩生で全体的に高く、分布も広がりが見られた（図 3）。葉、子実の全元素を含めたネッ
トワーク解析を行うと 5 つのモジュールに分かれた。子実の Cs は標準型、晩生型とも微量元素（B,Cu,Co,Fe,Mn,Mo,Ni,Zn）と同じモジュールに入り、特にルビジウム（Rb）と強い相関が見られた（図 4）。GWAS 解析の結果、標準型の葉では 3 番染色体、晩生の子実では 1 番染色体に p 値が高い強いピークが見られた（図 5）が、他の微量元素と同様の位置に GWAS のピークは見られなかった。

図 3 葉と子実の Cs 濃度のヒストグラム（赤：標準型、青：晩成型）
図 4 子実（標準型）の全元素を含めたネットワーク解析（青は正、赤は負の相関を示し、太さは相関の強さを示す。元素の色が同じものは同じモジュールを示す）
図 5 葉（標準型）と子実（晩生型）の Cs 濃度のマンハッタンプロット

6. 今後の展開
強いピークが見られたローカス内の遺伝子について、その機能やアミノ酸配列を精査して候補遺伝子を選抜する。他イオンの候補遺伝子との比較や、候補遺伝子のノッ
クアウト株を用いた遺伝子の機能解明を行い、Cs を蓄積しにくいダイズ開発を行う。

7. 引用文献
1) Nihei, N.e al. Plant Production Science, 1-6,2018
2) Nihei N, Sugiyama A., et al.. Radioisotope, 66, 235-242, 20178. 付記
第 254 回日本作物学会にて発表- 108 -

1-10-1生存圏科学共同研究課題

マイクロ間隙流路を用いたコロイド粒子挙動に関する研究
1. 研究組織
代表者氏名：濱本昌一郎（東京大学 農学生命科学研究科）
共同研究者：上田義勝（京都大学 生存圏研究所）

2. 関連ミッション
ミ ッション１：環境診断・循環機能制御

3. 研究概要
土壌中では，粘土粒子などナノ・マイクロスケールの微粒子が存在している。土壌内の汚染物質の移動性評価を行う上で、コロイド粒子およびコロイド粒子担体汚
染物質挙動の理解は重要である。本研究では、固液界面近傍で陽イオン交換反応が生じるときのコロイド粒子の挙動を明らかにすることを目的とし、マイクロ流路モ
デルを用いたコロイド輸送実験を行った。1 価の Na 溶液条件よりも 2 価の陽イオン溶
液条件で、マイクロ流路内のピラー表面におけるコロイド粒子沈着効率が増加した。低pH 条件でコロイド粒子と石英表面間に働く静電斥力が低下するためと考えられた。Ca溶液から Na 溶液への陽イオン交換時、および純水通水時のイオン強度低下に伴うピラー表面からのコロイド粒子の脱離は見られなかった。この結果は、別途行った同じ条件の土壌充填カラムを用いた輸送実験と異なるものであった。マイクロ流路内の間隙経路
は多孔質体内の間隙経路と比べて屈曲性が低く、ピラー周囲の流体力学的な抗力が強くなることが相違の要因と考えられた。一方で、マイクロ流路内で沈着したコロイド粒子
は、陽イオン交換反応やイオン強度によらず沈着を維持したことから、多価陽イオン存在下でコロイド沈着に関わる強力な引力の存在が示唆された。

4. 研究の背景と目的
土壌中では，粘土粒子などナノ・マイクロスケールの微粒子が存在している．これらコロイド微粒子は表面活性が高いため、汚染物質を吸着し輸送担体として汚染物質の輸送促進に寄与する。土壌内の汚染物質の移動性評価を行う上で、コロイド
粒子およびコロイド粒子担体汚染物質挙動の理解は重要である。これまで，土壌環境を模したカラム実験により多孔質媒体中のコロイド粒子の挙動が，コロイド粒子の特性，多孔質媒体の特性，流れ場の物理的・化学的性質など，さまざまな要因に影響されることが明らかにされてきた。一方、多孔質媒体表面で生じる陽イオン交換反応に伴うコロイド粒子の挙動については、イオン交換と同時にコロイド粒子が脱離する報告や、イオン交換時に脱離せず、その後のイオン強度の低下に伴い脱離する報告があり、一貫した結果が得られていない。そこで本研究では、固液界面近傍
で陽イオン交換反応が生じるときのコロイド粒子の挙動とそのメカニズムを明らか- 109 -

1-10-1生存圏科学共同研究課題にすることを目的とし、マイクロ流路モデルを用いたコロイド輸送実験を行った。

5. 研究の結果および考察
本研究では、モデルコロイドとして平均粒径数 µm の黄橙色蛍光カルボキシラテックス（CL）粒子を用いた。マイクロ流路モデル（石英製）には長さ 60 mm，幅 1.4mm，深さ 0.05 mm の流路があり、流路中央部には直径 0.2 mm のピラー（円柱）が0.11 mm 間隔で設置した。2 mM の CaCl2 水溶液，ZnCl2 水溶液及び 10 mM の NaCl 水
溶液に粒径 1 µm の CL 粒子を添加し，CL 懸濁液を作成した。 CL 粒子を含まず，組成が CL 懸濁液と等しい電解質水溶液（BG 水溶液）も作成し、これらの溶液をマイクロ流路内に通水することで、陽イオン交換時のピラー表面のコロイド挙動を観察した。
CL 懸濁溶液通水時、ピラー表面における CL 沈着効率は、1 価の Na 溶液条件よりも2 価の陽イオン溶液条件で高くなった。さらに、低 pH 条件の時に沈着効率が高くなる傾向がみられた。この結果は、別途原子間力顕微鏡により測定した CL 粒子と石英表面間に働く表面間力の測定と整合し、低 pH 条件で表面間の静電斥力が低下するためと考えられた。Ca 溶液から Na 溶液への溶液交換、および純水通水時のイオン強度低下に伴うCL 粒子の脱離は見られなかった。一方，同じ条件の土壌充填カラム実験では，イオン強度低下に沈着コロイド粒子の一部脱離がみられた（東ら, 2022）。マイクロ流路内の間隙
経路は多孔質体内の間隙経路と比べて屈曲性が低いため水流に淀みが生じにくく、ピラー周囲の流体力学的な抗力が強くなる。そのためマイクロ流路内はコロイド沈着の生じにくい条件であったことが考えられる。このような条件下で沈着したコロイド粒子には、陽イオン交換反応の影響を受けないほど強い引力が働くことが示唆された。

6. 今後の展開
今後、コロイド粒子や土粒子特性（種類や大きさなど）などの実験条件を追加し、土粒子-コロイド粒子間の相互作用力のさらなる理解が求められる。また、より自然土壌に近い土壌環境下でのコロイド粒子挙動解明に向けて、土壌内での空気-土粒子界面近傍でのコロイド沈着・脱離特性や、これらに対する影響要因について研究を進める必要がある。

7. 引用文献
1) 東陸太郎，濱本昌一郎，西村拓，陽イオン交換反応が飽和多孔質媒体中のコロイド輸送に与える影響，土壌の物理性，150，p.105-113，2022
8. 付記
1)

Rikutaro Higashi, Shoichiro Hamamoto，Effects of cation exchange on colloid transport
in saturated porous media，Tsukuba Global Science Week 2022，筑波大学，2022- 110 -

1-10-1生存圏科学共同研究課題

アジア圏界面エアロゾル層（ATAL）の影響研究：
2003～2022 年夏季の日本でのライダー連続観測に基づいて
1. 研究組織
代表者氏名：藤原正智（北海道大学 大学院地球環境科学研究院）
共同研究者：酒井哲（気象庁気象研究所）

白石浩一（福岡大学 理学部）
高橋けんし (京都大学 生存圏研究所)

2. 関連ミッション
ミッション１：環境診断・循環機能制御

3. 研究概要
アジア圏界面エアロゾル層（ATAL）は、夏季アジアモンスーン領域の下部成層圏に形成される汚染物質起源のエアロゾル層である。放射過程を介して気候への影響やオゾン層光化学への影響が懸念されている。また、対流圏下層へ戻ってくれば広域にわたり健康への影響もありうる。ATAL は衛星観測により発見され、その組成については数値モデル実験により様々な仮説が提唱されているが、直接観測が未だにきわめて限られている。
本研究では、ATAL の特性を地上リモートセンシング観測により明らかにするために、気象庁気象研究所（つくば）のライダーの夜間観測データ（2003～2021）に、さらに福岡大学のライダーの夜間観測データ（2018～2022）も加え、本研究のための再処理をおこない、解析をおこなった。また、人工衛星によるエアロゾルのライダ
ー観測（CALIPSO）の月平均データを解析し、ATAL シグナルをマスクしてしまう火山噴火および大規模森林火災によるシグナルの広域分布を把握した。その上で、つくばと福岡でのすべてのライダー観測実施日について、全球大気再解析データ ERA5を用いた後方流跡線解析をおこなった。また ERA5 を用いた気象場の解析もおこなった。その結果、ATAL シグナルが観測できた年については、すでに出版済みの 2018
年夏季の事例解析結果と同様に、ライダーが下部成層圏で粒子増大を観測した際にはその空気の起源が夏季アジアモンスーン高気圧内にあり、そうでない時には高気圧のへりを通過してきていたことが確認できた。また、2022 年については、1 月に南太平洋でフンガ・トンガ＝フンガ・ハアパイ海底火山が噴火したが、その影響が日本のライダー観測データにもみられた。さらにこの年の 8 月には、米国主導による ATAL も狙 っ た航 空 機観 測 Asian Summer Monsoon Chemical & CLimate Impact
Project（ACCLIP）が韓国をベースに実施され、我々のグループもライダー観測等により貢献した。

- 111 -

1-10-1生存圏科学共同研究課題

4. 研究の背景と目的
アジア圏界面エアロゾル層（ATAL）は、夏季アジアモンスーン領域の下部成層圏に形成される汚染物質起源のエアロゾル層である。放射過程を介して気候への影響やオゾン層光化学への影響が懸念されている。また、対流圏下層へ戻ってくれば広域にわたり健
康への影響もありうる。ATAL は衛星観測により 2011 年に発見され、その組成について
は数値モデル実験により様々な仮説が提唱されているが、直接観測が未だにきわめて限られている。本研究では、このテーマに実績のあるつくばのライダー観測データを長期間（2003～2022）にわたり解析することにより、ATAL の特性を定量的に導出する。

5. 研究の結果および考察
気象庁気象研究所（つくば）のライダーの夜間観測データ（2003～2021）に、さらに福岡大学のライダーの夜間観測データ（2018～2022）も加え、本研究のための再処理をおこない、解析をおこなった。また、人工衛星によるエアロゾルのライダー
観測（CALIPSO）の月平均データを解析し、ATAL シグナルをマスクしてしまう火山噴火および大規模森林火災によるシグナルの広域分布を把握した。その上で、つくばと福岡でのすべてのライダー観測実施日について、全球大気再解析データ ERA5を用いた後方流跡線解析をおこなった。また ERA5 を用いた気象場の解析もおこなった。その結果、ATAL シグナルが観測できた年については、2018 年夏季の事例解析
結果 1) と同様に、ライダーが高度 15～18 km の下部成層圏で粒子増大を観測した際にはその空気の起源が夏季アジアモンスーン高気圧内にあり、そうでない時には高気圧のへりを通過してきていたことが確認できた。また、2022 年については、1 月に南太平洋でフンガ・トンガ＝フンガ・ハアパイ（HTHH）海底火山が噴火したが、その影響が日本のライダー観測データにもみられた 2) 。さらにこの年の 8 月には、米国主導による ATALも狙った航空機観測 Asian Summer Monsoon Chemical & CLimate Impact Project（ACCLIP）
が韓国をベースに実施され、我々のグループもライダー観測等により貢献している。

6. 今後の展開
解析結果を整理し、特に長期間の平均的描像に加えて年々の変動の様子についても分析を加える。その上で、論文化する。また、2022 年の観測については HTHH 噴
火影響および ACCLIP への貢献の観点で、より詳しい分析をおこなう。

7. 引用文献
1)

Fujiwara,

M.,

et

al.:

Lower-stratosphericaerosolmeasurements

ineastward-shedding vortices over Japan from the Asian summer monsoon
anticyclone during the summer of 2018, Atmos. Chem. Phys., 21, 3073–3090,
doi: 10.5194/acp-21-3073-2021, 2021.
2) Khaykin, S. et al.: Global perturbation of stratospheric water andaerosol burden by Hunga eruption, Comm. Earth Environ., 3, 316, doi:
10.1038/s43247-022-00652-x,2022.

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1-10-1生存圏科学共同研究課題

国内産カラスビシャク系統から調製した生薬半夏と中国産市販半夏中の低分子成分の比較解析
1. 研究組織
代表者氏名：松岡健（九州大学 農学研究院）

共同研究者：矢崎一史（京都大学 生存圏研究所）
中西浩平（京都大学 生存圏研究所）
佐藤春菜（九州大学 生物資源環境科学府）
江口壽彦（九州大学 実験生物環境制御センター）

2. 関連ミッション
ミッション５：高品位生存圏

3. 研究概要
半夏は野草カラスビシャクの塊茎から調製される生薬である。半夏はえぐみを持ち、その成分として 2 種の化合物が 20 世紀半ばに報告されている 1, 2) 。そこで昨年度に輸入半夏中のこれら成分の定量を試みたが、現在の分析方法ではこれら成分の存在は見出されなかった。これを受けて本研究では、これら化合物がそもそも存在しないか、それとも半夏の調製過程でこれらが消失するかについて検討を実施する。
また低分子化合物の HPLC フィンガープリント解析と半夏中の機能性多糖の定量解
析により、輸入半夏と、国内の複数地点から採取して九州大学で系統保存中のカラ
スビシャクから調製した半夏の比較を実施する。

4. 研究の背景と目的
東アジアに分布する野草カラスビシャクの塊茎は、剥皮乾燥され半夏と呼ばれる生薬（漢方薬原料）となる。半夏は漢方処方のほぼ 1/4 に含まれ、消費量上位 10 位
以内に位置する極めて重要な生薬である。半夏の供給はほぼ 100％中国から輸入に頼っており、そのため国内生産に向けた耕作放棄地での栽培系の開発が複数の地方公共団体において進行中である。九州大学においては国内産カラスビシャクの栽培
品種化を目指した研究を進めており、複数の国内産系統の生育温度特性等について報告している 3)。また国内 37 地点由来系統の栽培形質の把握を進め、この過程で選抜した優良系統の品種登録が進行中である。一方、情報不足のため日本薬局方に定める半夏の品質基準中に化合物の記載は無い。そこで九州大学においては、半夏の多糖性吐気防止成分の定量系を開発し、国産カラスビシャクの栽培条件などによる
この成分の増減の変化などの解析などを進めている。また森林圏遺伝子統御分野との共同研究により、20 世紀半ばに半夏のえぐみ成分として報告されたホモゲンチジ
ン酸 1) とジヒドロキシベンズアルデヒド 2) の定量系を確立した。しかし解析対象とし- 113 -

1-10-1生存圏科学共同研究課題た中国産半夏１品目中にこれら成分を検出することができなかった。
本研究においては、国内系統の塊茎から異なる方法で調製した半夏や凍結乾燥塊
茎におけるこれら成分の存在を検討し、塊茎の加工法がこれら成分の存在に影響す
るか検討する。またこれまでに確立したクロマトグラフィー分離系において見出される複数のピークを対象にした低分子化合物のフィンガープリント解析と、同一の半夏試料中の有効多糖の含量の検討を実施することで、国産カラスビシャク由来の半夏と輸入半夏の比較を進める。本研究の成果は、国産カラスビシャク由来の半夏が中国産と複数の成分の含量に関して同等であるかの情報となり、高品位生存圏の構築のためのカラスビシャク栽培に、国内在来系統を成分検討無しに用いても良いか、それとも選抜系統を用いるべきかの判断材料となる。

5. 研究の結果および考察
昨冬に現在系統保存中の１系統を複数個体栽培し、それらから収穫した塊茎を対象に、水洗後そのまま凍結乾燥、水洗後剥皮して凍結乾燥、水洗後剥皮して風乾（風乾後の塊茎が半夏）という３処理を行なったサンプルを調製していた。本年度においては大きな塊茎を形成する現在品種登録中の系統の母系統を複数個体栽培し、現在これらの塊茎から上記の処理により３種のサンプルを調製中である。
また輸入半夏と国産カラスビシャク由来の半夏の比較検討のため、市販の８品目の半夏と、国産カラスビシャク５系統から調製した半夏（うち１系統からは 2 回調製）を対象に、有用多糖の含量を検討した。その結果、市販半夏のうち１品目および国産系統から調製した半夏１サンプル中には有用多糖は検出されなかったが、この国産系統から別の時点で調整した半夏中には有用多糖が検出された。

6. 今後の展開
現在進行中の半夏の調製が完了次第、低分子化合部の検討を実施する。これらの結果、市販の半夏と国産系統から調製した半夏の成分の関係、およびカラスビシャ
クから半夏の調製過程とえぐみ成分の残存の関係が明らかになると期待される。

7. 引用文献
1) Hasegawa, C., Sakamoto Y., Ichihara K., On the Relationship between
Homogentisic Acid and the Egumi-taste of Bamboo Shoots and Hange, Proc.
Japan Acad. , 53, 246—251, 1959.
2) Suzuki M.,Studies on the irritating substance of Pinellia ternata
Breitenbach (Araceae), Arzneimittelforschung , 19, 1307—1309, 1969..
3) Eguchi, T., Tanaka H., Moriuchi D., Yoshida S., Matsuoka K. Temperatureeffects on the photosynthesis by the medicinal plant Pinellia ternata
Breit Environm. Control Biol., 58, 49—50, 2020.

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1-10-1生存圏科学共同研究課題

心材ノルリグナン類の生合成遺伝子の同定
1. 研究組織
代表者氏名：山村正臣（徳島大学 生物資源産業学部）
共同研究者：梅澤俊明（京都大学 生存圏研究所）
服部武文（徳島大学 生物資源産業学部）
飛松裕基（京都大学 生存圏研究所）

2. 関連ミッション
ミッション５：高品位生存圏

3. 研究概要
ノルリグナンは C 6-C 5-C 6 の炭素骨格を持つフェノール性化合物群の総称である。
本化合物群はヒノキやスギなどの針葉樹の特に心材部で多く見出されており、その他数種の単子葉植物においてもノルリグナンを産生するものが知られている。ノル
リグナンはエストロゲン様活性などヒトに対する生理活性を有する一方で、抗菌活性を有することでも知られており、針葉樹心材部に特異的に多量蓄積することで樹
木内部の心材腐朽の防止に貢献している。また、ある種のノルリグナンがスギやヒノキの心材色の原因物質であることも知られている。ノルリグナンが特異的に心材に蓄積することやその生合成が心材形成の時期と連動していることから、ノルリグ
ナン生合成機構の解明が心材形成機構解明の緒となると期待されているが、これまでに心材ノルリグナンの生合成遺伝子は全く同定されていない。
本研究で心材ノルリグナン生合成遺伝子を同定し、これをもとに分子生物学的観点から心材形成に関わる新たな知見の取得を目指す。また、得られる知見は将来的にスギ黒心問題の解消、高抗菌性材を産生する針葉樹の創出及び育種、合成生物学を利用した心材抗菌物質生産への展開が期待される。

4. 研究の背景と目的
これまでにも心材形成機構を解明すべく様々な観点から研究されてきたが、未だに完全に説明できるような研究報告はない。近年では、移行材付近の試料から調製した RNA を解析することによって心材形成時の遺伝子発現を研究した報告例はあるが、その数はごくわずかである。日本固有種のスギでは、現在のところゲノム情報は公開されておらず、一方、遺伝子発現解析（RNA-seq）データについては公開されているものの、心材形成解明を目的としたデータセットの蓄積はない。仮に心材から得た RNA-seq データがあったとしても、膨大な遺伝子情報の中から心材形成に関わる遺伝子を絞り込むためには、心材形成時にのみ特異的に発現するような指標となる遺伝子の情報が必要不可欠である。心材に特異的に蓄積するノルリグナン類- 115 -

1-10-1生存圏科学共同研究課題の生合成は心材形成と連動しているため、ノルリグナン生合成遺伝子の発現パターンを指標にすれば、心材形成関連遺伝子を絞り込むことが可能であると考えられる。
上記より、分子生物学的観点からスギ心材形成に関わる新たな知見を取得するため、本研究では、まずスギのノルリグナン生合成経路において初発物質である(E)-ヒノキレジノールの合成酵素（EHRS）（Suzuki et al., 2004）の遺伝子同定を目的とした。

5. 研究の結果および考察
本研究ではスギの膨大な遺伝子発現データの中から、EHRS 酵素 活性の情報をもとに、EHRS 遺伝子を絞り込むことを計画しており、本年度はスギ材の様々な部位由来の試料から自前の RNA-seq データセットの構築、酵素アッセイ系の確立に向けた予備実験を行った。一般に、心材やその周辺組織における細胞は死んだ細胞とされており、それら組織から如何にして十分な RNA やタンパク質を調製できるかが重要となる。そこで、伐採直後のスギの心材、移行材、辺材などから削り出した粗粉末試料を液体窒素で瞬時に凍結させ、凍結状態を維持したまま微粉砕化したところ、心材などの組織からでも粗酵素アッセイに使用可能な濃度の粗酵素液が調製できることが明らかとなった。RNA 抽出については、市販の抽出キットなどでは量・質ともに程度の低い RNA しか得られず、現在様々な手法での RNA 抽出を試みている。また、スギ材の他にスギカルスについても試料として用いる計画をしている。既にスギ実
生よりカルス形成に成功しており、現在寒天培地上で無菌的に増殖させている。
一方、ノルリグナンの一種である(Z)-ヒノキレジノールの合成酵素（ZHRS）遺伝
子がアスパラガスより単離されており（Suzuki et al., 2007）、本遺伝子がこれまでに同定された唯一のノルリグナン生合成遺伝子である。現在公開されているスギ遺伝
子情報の中には、アスパラガス ZHRS と相同性の高い遺伝子配列は見つかっておらず、最も相同性の高い遺伝子配列でもアミノ酸レベルで 31.7% identity であった。しかし、相同性が高くないとは言え、スギのノルリグナン生合成遺伝子ではないと排除することができないため、本研究では当該の遺伝子についてもクローニングし、組換えタンパク質発現に向け現在実験を進めている。

6. 今後の展開
スギの材やカルスの試料に対して RNA-seq を実施し、さらに同試料におけるノル
リグナン酵素活性の情報をもとに、スギノルリグナン生合成遺伝子を同定する。また、それら遺伝子と連動して発現する心材形成関連遺伝子群を見出す予定である。

7. 引用文献
1) Suzuki S, Yamamura M, Shimada M, Umezawa T. Chem Commun .2838-2839 (2004)
2) Suzuki S, Yamamura M, Hattori T, Nakatsubo T, Umezawa T. PNAS 104:2100821013 (2007)- 116 -

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1-10-2 生存圏シンポジウム実施報告

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Session 4: Spacepweather
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Session 5: Recent advances in instrum
instrumentation
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observattion
Session 6: Application
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Session 7: Future trends, opportunities, and challenges in low
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Susumuu Saitoo (ENRI
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isea16contact@rish.kyoto
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too-u.ac.jp

Supported by:International Exc
Exchange Program of National Institute of Information and Comm
Communications Technology (NICT)
Research Institute for Sustainable Humanosphe
Humanos
Humanospheresphesppheerre (RISH),(RISH) Kyoto University
Joint Research Program of Institute for Space
Spaccecee--Ea
Earth
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arth Environmental Research
Res(ISEE), Nagoya University
Society of Geomagnetism,Geomagnetism Planetary and SpaceSppaacece Sciences
Scienceeses (SGEPSS)((SS EPSS)
SGE- 138 Japan
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Promotion ofo Sciences (JSPS) Core
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1-10-2 生存圏シンポジウム実施報告

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第生 存 圏ミッション
シン ポ ジ ウム

回 生 存 圏 シン ポ ジ ウ ム

4
9
0

2023年

3月6日㊊・3月7日㊋

京都大学宇治キャンパス 宇治おうばくプラザ きはだホール
所長挨拶

山本衛（生存圏研究所 所長）

10:00~10:30

共同利用共同研究活動報告

10:10~10:40

10:30~11:00

研究ミッション 活動紹介

生存研国際活動＆アジアリサーチノード 成果報告

3

月

月

3

2

10:00~10:10

日目

日目

1

10:40~12:00

未来開拓研究センター 活動報告

11:00~12:00

共同研究ポスター発表（遠隔開催 zoom・ブレイクアウトルーム）

13:00~14:15
セッション1 「生存圏科学と科学技術・イノベーション」

7

日㊋

日㊊

6

京阪 黄檗 駅・JR黄檗 駅より徒歩10 分

フラッグシップ共同研究
ミッション専攻研究員

5件
3件

生存圏科学萌芽研究

15件

13:00~13:30

14:15~15:30
セッション2 「生存圏科学の国際展開

生存圏フォーラム総会−植物バイオマス利用研究における国際共同と国際連携−」
15:40~16:55
セッション3 「レーダーによる大気リモートセンシング、

その現状と未来」

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きはだホールとオンライン (zoom) でのハイブリット開催を予定しておりますが、新型コロナ感染対策状況によっては、オンラインのみの開催となりますことご理解ください。開催方法に変更があった場合は、HP にて案内いたします。

京都大学生存圏研究所 ミッションシンポジウム事務局
TEL0774-38-3603- 168 -

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Nanocellulose Symposium 2023 ／第 495
95 回生存圏シンポジウム
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ナノセルロース
夢と現実、
そしてこれからPart 2
今年度のナノセルロースシンポジウムは、昨年度に引き続き、CNF、CNC の夢（ポテンシャル）と現実（材料開発の現状）、そしてこれから（今後の方向性）について、長年にわたりそれぞれの分野をリードしてきた皆さんに思う存分に語っていただきます。また、後半には、CNF の実用化に関する環境省事業の成果報告があります。バイオマス由来の高性能材料、カーボンニュー
トラル、サスティナビリティに関心をお持ちの多くの皆様のご参加をお待ちしています。

主催

共催

京都大学生存圏研究所、
バイオナノマテリアル共同研究拠点

主催

令和 5 年

2 28
月

日（火）

（経済産業省 J イノベ拠点）

13:00-17:30（https://www.rish.kyoto-u.ac.jp/bionanomat/）

対面（先着 40 名）とオンライン配信（Zoom）のハイブリッド開催。

近畿経済産業局、地方独立行政法人京都市産業技術研究所、環境省ナノセルロースプロモーション事業、
ナノセルロースジャパン

会場

京都大学生存圏研究所
木質ホール 3 階 大会議室

定員1000 名（申込先着順）、

紙パルプ技術協会、日本製紙連合会、セルロース学会、公後援

益社団法人日本化学会、公益社団法人日本材料学会関西支部、公益社団法人日本材料学会木質材料部門委員会、公益社団法人日本木材加工技術協会、一般社団法人日本木材学

参加無料

会、一般社団法人プラスチック成形加工学会、近畿化学協会、

今回の要旨集は下記 URL に 2 月 27 日（月）京都大学産官学連携本部、一般社団法人西日本プラスチッまでに掲載します。

ク製品工業協会、SPE 日本支部、関西イノベーションイニ

https://www.rish.kyoto-u.ac.jp/bionanomat/research/

シアティブ（代表幹事機関公益財団法人都市活力研究所）、
一般社団法人京都知恵産業創造の森、四国 CNF プラット
フォーム、ふじのくにＣＮＦフォーラム、薩摩川内市竹バ
イオマス産業都市協議会、フィラー研究会（順不同、予定を含む）- 178 -

申込

下記 URL からお願いします。

https://forms.gle/WtkVyctBoNXFe6Bi8

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- 179 -

1-10-2 生存圏シンポジウム実施報告

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2. 生存圏未来開拓研究センター

生存圏未来開拓研究センターについて
生存圏未来開拓研究センター長

桑島 修一郎京都大学 生存圏研究所
1. 概 要京都大学生存圏研究所では、生存圏学際萌芽研究センターを中心とする活動体制から、新興領域・融合領域・学際領域の開拓および産官学共同研究の強化することを目的 と し て 、 2022 年 4 月 よ り 生 存 圏 未 来 開 拓 研 究 セ ン タ ー に 移 行 し た 。 共 同 利 用 ・ 共 同研究拠点における学際性や萌芽性を活かした新分野開拓を行うとともに拠点の運営体
制を効率化することを目指す。新センターでは、中核研究部の中から候補となる研究グループ（研究ユニット）が所属し新分野の探索を試みる。センター内の研究ユニッ
トは恒常的なものとはせず、３年毎を目途に活動の見直しを行い、中核研究部との人事交流を図りながら、新たなユニットの創設を推進する。
そのために次の２つの機能を重視している。変化の激しい社会情勢の中で、広範な基礎的知見を提供し得る学際研究機能と実効的な社会連携機能である。前者では研究分野間の交流のみならず、温故知新といった時間軸にまで拡張した学際性が、後者では国や産業界に加えて多様な社会との連携が、それぞれ重要となる。これら２つが有効に機能することで、持続的な新分野開拓を促し、生存圏科学の新たな一面を生み出していくことを可能する。
表 1

センター長

センター構成員

五十田 博

2022.4 - 2022.10

桑島 修一郎2022.11 -

木材科学文理融合ユニット

田鶴 寿弥子大気圏森林圏相互作用ユニット

髙橋 けんし杉山 暁史

先端計測技術開発ユニット

上田 義勝

バイオマスプロダクトツリー

渡辺 隆司

他 化 学 研 究 所 、エ ネ ル

西村 裕志 他

ギー理工学研究所

産学連携共同研究ユニット

2. 課 題 と 今 後 の 方 向 性
前 身 の「 生 存 圏 学 際 萌 芽 研 究 セ ン タ ー 」の 名 称 か ら も 分 か る よ う に 、研 究 所 設 立
当 初 か ら 学 際 性 が 強 く 意 識 さ れ 、研 究 分 野 間 の 融 合 は 十 分 に 実 施 さ れ て き た と 言 える 。ま た 、い ち 早 く 課 題 解 決 を 意 図 し た ミ ッ シ ョ ン 研 究 体 制 を 構 築 し 、2016 年 度 には ４ つ の ミ ッ シ ョ ン 研 究 を 統 合 し た ５ つ 目 の ミ ッ シ ョ ン「 高 品 位 生 存 圏 」を 独 自 に
創 成 す る な ど 、国 の 科 学 技 術 政 策 動 向 を 先 取 り す る よ う に 学 際 研 究 体 制 を 構 築 し て- 182 -

2. 生存圏未来開拓研究センター

き た 。し か し な が ら 、直 近 の 評 価 に お け る 指 摘「 ８ つ の 共 同 利 用・共 同 研 究 拠 点 専
門委員会の独立性が高く、学際融合科学として位置付けられた生存圏科学として、
異分野融合研究への研究施設全体での包括的な取組は限定的である」や「今後は、国 際 化 、人 材 養 成 、新 分 野 創 成 、異 分 野 融 合 等 の 観 点 か ら 、人 的 交 流 を 含 め て 研 究
施 設 内 の 各 分 野 を 更 に 横 断 又 は 連 携 さ せ 、学 際 融 合 的 な 共 同 研 究 の 推 進 が 可 能 と なる 組 織 的 な 仕 組 み 作 り の た め の 具 体 的 な 方 策 に つ い て の 検 討 が 望 ま れ る 」か ら 読 み
取 れ る こ と と し て 、近 年 、課 題 自 体 の 任 意 性 が 高 ま り 、単 に 異 分 野 に よ る 学 際 研 究を実施しただけでは具体的な課題解決に結びつけることが困難になったことを想像 す る 。言 い 換 え れ ば 、異 分 野 の さ ら な る 融 合 を 進 め る 前 に 、課 題 設 定 自 体 を 新 し
く 適 切 な も の に し て い く 必 要 性 が あ る と 考 え る 。学 際 性 に 関 す る 研 究 か ら も 同 様 のこ と が 知 ら れ て お り 、 こ れ ま で 一 般 的 で あ っ た 学 際 性 （ interdisciplinarity） で は 、学 問 分 野 間 の 相 互 作 用 に よ り 、共 通 の 研 究 対 象 に 対 し て 協 力 的 か つ 統 合 的 に ア プ ロ
ー チ し て 新 し い 知 識 を 共 同 で 生 産 す る こ と が 重 視 さ れ て き た 。し か し な が ら 、第 ５
期 お よ び 第 ６ 期 科 学 技 術 基 本 計 画 の 中 心 コ ン セ プ ト に 据 え ら れ た Society 5.0 か ら
も 類 推 さ れ る よ う に 、か つ て は エ ネ ル ギ ー や 環 境 と い っ た 一 部 の グ ロ ー バ ル 課 題 解
決 に 適 用 さ れ て き た 拡 張 さ れ た 学 際 性 （ transdisciplinarity） が 多 く の 分 野 に も 必 要と さ れ は じ め て い る こ と を 示 し て お り 、研 究 プ ロ セ ス そ の も の に 科 学 分 野 以 外 の 政
治 的 、社 会 的 、経 済 的 な ア ク タ ー の 参 加 が 不 可 欠 と な っ て く る 。生 存 圏 未 来 開 拓 研
究 セ ン タ ー で は 、 こ の 拡 張 さ れ た 学 際 性 （ transdisciplinarity） に 基 づ く 社 会 と の 連
携のアプローチから生存圏科学を捉えることを考えている。
3. オ ン ラ イ ン 公 開 講 座 の 実 施
セ ン タ ー が 中 心 と な り オ ン ラ イ ン 公 開 講 座「 先 人 の 才 知 に 学 ぶ サ ス テ ナ ビ リ テ ィ ー 」
を企画、実施した。オンライン形式とし、開始時刻を夕刻とすることで高校生や大学生 さ ら に は 一 般 の 方 も 含 め 、 合 計 160 名 （ 第 １ 回 〜 ３ 回 ） の 参 加 が あ っ た 。 一 方 、 話
題 提 供 側 は 、自 身 の 研 究 に お け る「 持 続 性（ サ ス テ ナ ビ リ テ ィ ー ）」に 対 す る 考 え 方 をアカデミア以外にも問いかけることに留意し、新たな学際性探究の契機となった。

表 2

オンライン公開講座

第 １ 回 （ 11/25）

農 業 を 支 え て き た 土 の 中 の 微 生 物 ～ 畑 の 土 ×最 先 端 分 析 ～杉山 暁史

第 ２ 回 （ 12/16）

オーロラの神秘を解き明かすカギは，古記録にあり？

海老原 祐輔第 ３ 回 （ 1/20）

文 化 財 を 紐 解 く ～ 木 材 ×歴 史 ×科 学 ～田鶴 寿弥子

第 ４ 回（ ※ 中 止 ） 地 球 上 で 一 番 巨 大 な 生 物 か ら 古 く て 新 し く て 強 い 材 料 が 生 ま阿部 賢太郎れる話

以上- 183 -

2. 生存圏未来開拓研究センター

人と木とのあわいをみつめる

田鶴

寿弥子

京都大学 生存圏研究所
1. 研 究 の 背 景 と 目 的
日 本 は 木 の 国 で あ る 、と 日 本 人 の 多 く が そ う 感 じ て い る の で は な い だ ろ う か 。実 際 、
世界遺産法隆寺に代表される歴史的建造物や様々な木製文化財、そして身近な生活必需品など、私たちは木材に囲まれて生活している。そして四季折々表情を変える樹木
は、現代のあわただしい生活を生きる私たちにとって、季節を感じさせてくれる重要な存在でもある。しかし今、指数関数的な速度でテクノロジーが発展しつづける社会にあって、人と木との実質的な距離が広がりつつある中、木が私たちの文化の基盤を支えてきたことに気づき、木との本来の関係を深く知る日本人は多くはないのではないだろうか。そのような現代において、人が木と共生する長い歴史の中で獲得してき た「 物 事 の 本 質 を 捉 え る 能 力 」や「 精 神 を 支 え る 文 物 に お け る 用 材 観 」を 、木 と いう鏡を通して改めて学際的に考究することで、未来の開拓に必要な、温故知新型かつ文化的な知見の深化を目指したいと考えている。
木 材 科 学 文 理 融 合 ユ ニ ッ ト で は 、悠 久 の 時
代を超えて今に伝わる文物に使われる木に改 め て 注 目 す る 。人 と 木 と が 共 に 歩 ん だ 歴 史
や 環 境 、木 を 選 ぶ に あ た っ て の 人 々 の 観 念 や思想までが込められている木製文化財に対し 、学 際 的 視 座 か ら 樹 種 や 年 代 調 査 を は じ めと し た 科 学 的 ア プ ロ ー チ を 行 う （ 図 １ ）。 そこ で 得 ら れ る デ ー タ に は 、古 の 人 々 に 備 わ った 適 所 適 材 の 用 材 観 や 、生 存 圏 の 過 去 の 諸 相まで読み解くための文理融合型のヒントが図１

文化財のかけらを通してみつめる古代の人と木とのあわい

含まれるはずである。特に本ユニットでは、信仰や文化の象徴でもある木彫像や建造物などの文化財に目を向け、これら日本文化の 根 底 を 支 え て き た 文 化 財 を と お し て 、当 時 の 文 化 交 流 、植 生 、用 材 観 、信 仰 の 地 域 的な相違などを紐解くべく、研究を進めていく。

2. 現 在 す す め て い る 研 究
現在進めている研究には、東アジアの木彫像調査や歴史的建造物調査などが含まれる が 、こ こ で は 木 彫 像 調 査 に つ い て 紹 介 す る 。日 本 で は 、東 京 国 立 博 物 館 や 森 林 総 合 研- 184 -

2. 生存圏未来開拓研究センター

究 所 な ど に よ り 8 世 紀 か ら 10 世 紀 頃 に 制 作 さ れ た 一 木 彫 像 の 多 く に 、カ ヤ が 使 用 さ れていることが明らかとされた。一方同じく仏教を信仰した中国や韓国の古代の仏像に一体どのような樹種が使用されていたのかは不明であった。筆者らが欧米の美術館らとともに継続して研究を行ってきた結果、日本と中国では木彫像用材だけを比較しても異なる用材観が見て取れた。また日本においては、仏教に触発されて制作されたとされる神道彫刻の調査も行ってきたが、仏像と同様カヤやヒノキが多用される一方、地域や時代によって、ある特定の樹種が使用されている傾向も見えてきた。このような用材観の研究は古代の人と木との関係を紐解く上で、重要な知見になると期待される 。こ れ ら の 木 彫 像 調 査 に つ い て は 、欧 米 の 美 術 館 は じ め 、国 内 の 国 立 博 物 館 や 国 宝 修
理所美術院、各都道府県文化財保護課などとの研究協力体制が整っており、今後も継続したデータの蓄積をすすめていく。

3. 今 後 の 展 開
いつの時代も人とともにあり、文化の構築に欠かせなかった木を中心に考究することで、古代から現代にいたるまでの人と木とのあわいを明らかにしようと研究を進めてきたが、まだまだ研究は十分とは言えず、長い歴史の中の氷山の一角を見ているにすぎないと感じている。これまで科学的調査が行われてこなかった文化財にも目を向けることで、現代の私たちが知らない、人と木とのあわいに流れる強固なつながりや日本人が構築してきた木の文化の底力を今ここで改めて考究していきたい。

4. 文 献著書
田 鶴 寿 弥 子 、ひ と か け ら の 木 片 が 教 え て く れ る こ と 木 材 ×科 学 ×歴 史 、淡 交 社 、232 頁 、2022 年

論文
Suyako Tazuru, Mechtild Mertz, Takao Itoh, Junji Sugiyama, Wood Identification of Japaneseand Chinese Wooden Statues Owned by the Museum of Fine Arts, Boston, USA, Journal of
Wood Science 68(11) 2022
Mechtild Mertz, Suyako Tazuru, Shiro Ito, Cynthea Bogel, A Group of Twelfth-Century
Japanese Kami Statues and Considerations of Material Intentionality: Collaborative Research
Among Wood Scientists and Art Historians, Journal of Asian Humanities at Kyushu University(JAH-Q),127-158, 2022
Suyako Tazuru, Mechtild Mertz, Hiromi Kinoshita, Takao Itoh, Junji Sugiyama, Woodidentification of Chinese Buddhist statues in the Philadelphia Museum of Art, 文 化 財 科 学 ,83, 109-119, 2021

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2. 生存圏未来開拓研究センター

大気圏森林圏相互作用ユニット
高橋

けんし，杉山暁史

京都大学 生存圏研究所
1. 研 究 概 要
地球の大気圏と森林圏の相互作用を理解するとともに、その機能の有効な活用方法
を 探 索 す る こ と は 、持 続 可 能 な 社 会 の 構 築 を 目 指 す う え で 、非 常 に 重 要 な 視 点 で あ る 。
植物が光合成により大気中の二酸化炭素を固定し、酸素を放出することや、微生物が窒素固定により大気中の窒素を生物が利用できる形態に変換することは、大気圏・森林圏の相互作用の代表例である。植物や微生物の機能は、人類の長い歴史を支えてきたと言えよう。本ユニットでは、温室効果気体の収支や揮発性有機化合物を介した物
質変動の研究や、大気圏・森林圏の相互作用に寄与する植物や微生物の機能に関する研究を推進している。大気や植物、土壌といった個別のコンパートメントでの研究成
果 を 、生 存 圏 の 物 質 変 動・物 質 循 環 と い う 視 点 に 広 げ て 捉 え 、持 続 可 能 な 社 会 と し て あるべき姿における大気圏・森林圏の相互作用の基本的構造と機能を理解することを目
指 す 。本 ユ ニ ッ ト は ま た 、ミ ッ シ ョ ン １「 環 境 診 断・循 環 機 能 制 御 」の 活 動 と も 密 接 に関連している。

2. 研 究 成 果
近 年 、 あ る 種 の 樹 木 表 面 か ら メ タ ン (CH 4 )ガ スが放出されるというユニークな現象が注目されて い る 。大 気 中 の CH 4 は 、地 球 の 放 射 収 支 に 作 用する主要な温室効果気体であるため、その大気濃度に影響する発生源の特定と定量化は、自然科学にとどまらず社会的にも喫緊の課題となって い る 。我 々 は 、暖 温 帯 林 に 自 生 す る 湿 地 性 樹 木の ハ ン ノ キ ( Alnus japonica (Thunb.) Steud.)の 樹 幹 か ら CH 4 が 放 出 さ れ て い る こ と を 見 出 し 、
その放出量の時間変動や樹木間個体差を詳しく
調 べ て い る 。放 出 量 の 計 測 は 、近 赤 外 半 導 体 レ ー
ザー分光法と閉鎖循環チャンバー法を組み合わ

図１

せ た シ ス テ ム を 構 築 し 、完 全 自 動 化 し て い る 。グが出てくるメカニズムの模式図

湿地性樹木からメタンガス

ラニエ法による樹液流束の計測も行っている。
先行研究では、樹幹からのメタン放出量に日周変動があるとする報告と、無いとする報告が混在している。日周変動の有無は、樹種や樹木の生育環境などに依る可能性が- 186 -

2. 生存圏未来開拓研究センター

あ る が 、 我 々 の 観 測 実 験 で は ハ ン ノ キ が 展 葉 し て い る 5－ 11 月 に の み CH 4 放 出 量 に 日周変動が出現することを発見した。こうしたメカニズムの解明は、湿地性樹木が大気
中 の CH 4 濃 度 に 与 え る 将 来 的 な 影 響 を 、 植 物 学 的 な メ カ ニ ズ ム も き ち ん と 考 慮 し た プ
ロセスベースモデルで評価していくために、非常に重要な貢献となる。
我々はまた、大気圏・森林圏の相互作用に密接に関係する植物と微生物の相互作用に 着 目 し た 研 究 を 進 め て い る 。 植 物 の 根 か ら は 光 合 成 で 獲 得 し た 炭 素 の う ち 5～ 20％程度が土壌中に分泌される。これらの代謝物は根近傍領域である根圏の微生物の栄養源 と な る 他 、相 互 作 用 の シ グ ナ ル 分 子 と し て も 機 能 す る 。こ れ ま で に 、ダ イ ズ や ト マ ト
等の作物を用いて、根から分泌されるイソフラボン、サポニン等の植物特化代謝産物
が根圏微生物叢の形成に働くことを見出し、これらの代謝物を介した相互作用が植物の生育に与える影響を圃場環境で解析してきた。本ユニットでは、対象とする植物特化代謝産物を揮発性化合物にも広げ、根から放出される揮発性化合物を採取・解析方法の確立と機能解析を行う。今年度は、圃場環境のトマト根圏で揮発性化合物の測定を行った。

3. 今 後 の 展 開
研 究 課 題 の 推 進 に 加 え て 、生 存 圏 研 究 所 の 共 同 利 用 研 究 集 会 と し て「 土 壌・植 物・大気 を 跨 ぐ 物 質 の 循 環 と 機 能 に 関 す る ワ ー ク シ ョ ッ プ 」を 開 催 す る こ と を 計 画 し て い る 。
個 別 の 所 属 学 会 で は な か な か 出 会 う 機 会 の な い「 大 気 」「森林」「 土 壌 微 生 物 」の 研 究 者が一堂に会し、幅広く分野横断の議論と情報交換を行うことにより、各々の領域での先端知を“生存圏の物質循環”という俯瞰的視点からシームレスにとらえることを目指す。これにより、ユニークな切り口やベクトルを持った新しい生存圏科学の研究課
題 の 萌 芽 が 期 待 で き る 。同 時 に 、こ う し た 活 動 を 通 じ て 、生 存 圏 研 究 所 の ア ク テ ィ ビ テ
ィーを学内外へ広く知って頂くことにより、生存圏科学のコミュニティー拡大を目指したいと考えている。

4. 成 果 発 表
K. Takahashi, A. Sakabe, W. Azuma A., M. Itoh, T. Imai, Y. Matsumura, M.
Tateishi, Y. Kosugi, Insights into the mechanism of diurnal variations inmethane emission from the stem surfaces of Alnus japonica , New Phytologist(2022) 235: 1757–1766, doi: 10.1111/nph.18283
プレスリリース「木の中にガスパイプライン？－ガス漏れの場所を特定せよ!－」，https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2022-07-15， 2022年 7月 15日
杉山 暁史, 作物頑健性に寄与する根圏ケミカルワールドの機能, 日本学術会議農芸化 学 分 科 会・植 物 科 学 分 科 会 シ ン ポ ジ ウ ム「 SDGs 達 成 に 向 け た 農 芸 化 学 の 挑 戦 」, オ
ン ラ イ ン , 2022 年 11 月 29 日 .（ 招 待 講 演 ）- 187 -

2. 生存圏未来開拓研究センター

先端計測技術開発ユニット
上田義勝

京都大学 生存圏研究所
1. ユ ニ ッ ト の 研 究 理 念
未 来 開 拓 研 究 セ ン タ ー 先 端 計 測 技 術 開 発 ユ ニ ッ ト で は 、計 測 技 術 を 基 礎 と し て 様 々な 研 究 テ ー マ を 設 定 し 、課 題 解 決 を 目 指 し て い る 。一 般 的 に 研 究 や 教 育 に は 、計 測 は 必
須 の 技 術 で あ り 、だ か ら こ そ 幅 広 い テ ー マ 設 定 が 可 能 と な る 。た だ し 、研 究・教 育 と して の 大 き な 目 的 を 考 え た 場 合（ 例 え ば 環 境 改 善 な ど ）、計 測 そ の も の は 単 な る 手 段 に なっ て し ま う 事 が 多 い（ 大 気 汚 染 計 測 な ど ）。そ の た め 、目 的 と 手 段 を 混 同 す る こ と な く 、
理念としての目標をしっかり定める事が、本ユニットとしての研究・教育活動にとってより重要であると考えている。

2. 研 究 課 題
本ユニットでの研究課題については、目的に合 わ せ た 先 端 計 測 技 術 の 利 用 、も し く は そ の 開
発 を 行 い 、分 野 横 断 型 の 研 究 課 題 を 設 定 し な がら 、研 究 を す す め て い く 。現 在 の ユ ニ ッ ト と しての研究課題として、「人類生存圏の環境回復」
を 大 き な 目 的 と し て 設 定 し て い る 。ま た 、キ ー
ワ ー ド と し て は「 環 境 放 射 能（ 東 日 本 大 震 災 関
連 と し て ）」「 微 細 気 泡 」 の ２ つ を 採 択 し て いるが、これらのキーワードに関わる課題とし

図 1

現在のユニットのテーマ設定て 、生 存 圏 科 学 共 同 研 究 か ら は 6 課 題 、ま た 企 業 と の 共 同 研 究 も い く つ か 進 め て いる。
3. 「 手 段 」 と し て の 先 端 計 測各研究課題として取り組んでいる課題の報告については、主には生存圏科学共同研
究の要旨としてまとめているが、本ユニットでは、特徴的な一つの新しい分野横断課
題 に つ い て 紹 介 す る 。今 年 度 は 新 し い 分 野 横 断 型 研 究 課 題 と し て 、「 微 細 気 泡 」の 中 でも さ ら に「 プ ラ ズ マ 」と「 微 生 物 」を 融 合 さ せ た テ ー マ を 設 定 し た 。こ こ 数 年 は 殺 菌 や
消 毒 な ど は 大 変 注 目 さ れ る 単 語 で あ り 、我 々 も 初 め は COVID-19 の 殺 菌・不 活 性 化 に つ
い て テ ー マ を 模 索 し て い た 。一 方 で 、各 分 野 の 研 究 者 同 士 で の 議 論 を 進 め た と こ ろ [1]、微生物を不活化するのではなく、微生物そのものを利用して環境応用に特化させる研
究課題が新たに産まれる事となった。特に、環境負荷をかけずにマイクロプラスチッ- 188 -

2. 生存圏未来開拓研究センター

ク を 分 解 す る 新 規 研 究 と し て 、電 気 、化 学 、情 報 学 、生 命 科 学 分 野 の 研 究 者 が 一 体 と なって進める形となり、本ユニットの新しい成果として紹介できるものとなっている。

4. 今 後 の 展 開
その他、生存圏科学の今後の方
針を考えるうえで、これまでの生存圏科学としての本研究所の活動
ま と め て い き た い 。今 年 度 、言 語 の統計解析を利用して既に報告しているが、新しい生存圏科学の目的

1.1

吸光度変化率をキーワード解析し、その傾向も

Air UFB
CO2 UFB
CO2 Bubbling
Control

1.2

1.0

0.9

0.8

設定のため、この解析結果を発展0.7

させ、今後に繋がる研究課題とし

0

1

2

3

4

5

6

Time (Hour)て広げていきたい。
図 2

微 生 物 の 直 接 観 測（ 右 上 写 真 ）と 、微 細気泡による微生物活性の変化（吸光度計測による）

5. 引 用 文 献[1] 渡 邊 崇 人 , 「 生 存 圏 科 学 に お け る 環 境 汚 染 物 質 分 解 細 菌 の 有 効 利 用 —廃 プ ラ ス チ ッ ク 類 分 解の た め の 模 索 —」 , 第 ４ ８ ２ 回 生 存 圏 シ ン ポ ジ ウ ム , 2022 年 10 月 28 日

6. 業 績 等
投稿論文
Ueda, Y., et al., Fine soil particle aggregation in ultra-fine bubble irrigatedpaddy fields. Water Supply, 2022. 22(11): p. 7972-7981.
上田 義勝, 梅澤 俊明, 生存圏ミッション研究のキーワード統計解析, 京都大学生存圏 研 究 所 , 18, 35-45, 2022
著書
上 田 義 勝 ，佐 藤 岳 彦 ，高 木 浩 一 ，高 橋 克 幸 , 泡 の 生 成・ 消 泡 の 基 礎 と 産 業 利 用 (第9 章 フ ァ イ ン バ ブ ル を 用 い た 殺 菌・ウ イ ル ス 不 活 化 ), ISBN 978-4-7813-1677-2, 2022
主な招待講演
Hideaki Ohgaki, Yoshikatsu Ueda, Environment-friendly water teatment by finebubbles, Aiming for Environmental Friendly and Carbon Neutral System of
Desalination and Water Treatment, Japan Pavilion Seminar, COP27, Nov 8, 2022
【基調講演】上田義勝, ファインバブルの基礎と応用- 最新の研究事例について- ,[モ ノ づ く り 力 徹 底 強 化 検 討 会 ] 入 門 フ ァ イ ン バ ブ ル セ ミ ナ ー , モ ノ づ く り 日 本 会
議 （ 日 刊 工 業 新 聞 社 ） , 2022 年 9 月 21 日

- 189 -

2. 生存圏未来開拓研究センター

バイオマスプロダクトツリー産学共同研究ユニットの取り組み

西村裕志、黒田慶子、斎藤香織、小林直子、南 陽平、橋爪知弘、渡辺隆司
京都大学 生存圏研究所
1.

研究概要
森林から土壌、河川、海洋そして大気、宇宙へと広がる生存圏において、地球環境と調和した産業の構築が切実に求められている。バイオマスプロダクトツリー共同研
究ユニットでは、その中心を担う植物バイオマスからプロダクトツリーを創る技術開
発 を 行 う 。木 質 バ イ オ マ ス を 温 和 な 条 件 で 溶 解 し 、新 素 材 、機 能 性 製 品 を 創 る 研 究 や 、
分子変換による機能性化合物の創出、精密な分子構造解析やバイオテクノロジーによる 変 換 な ど に 取 り 組 む 。 2050 年 の カ ー ボ ン ニ ュ ー ト ラ ル 実 現 に よ る 新 産 業 創 出 と 豊 かな森の恵みによる農林水産業の活性化を通じた地域環境、地域経済への貢献を目指した 研 究 開 発 を 進 め る 。幅 広 い 産 官 学 の 連 携 と 、オ ー プ ン イ ノ ベ ー シ ョ ン に よ っ て 、バ イ
オマスに新しい付加価値を創り、持続的で豊かな社会の創成に貢献する研究を行う。

2.

研究の背景と目的
生存圏未来開拓センターのバイオマスプロダクトツリー産学共同研究ユニットは、

京 都 大 学 と 株 式 会 社 ダ イ セ ル と の 包 括 連 携 協 定（ 2021年 10 月 ）の も と 、共 同 研 究 拠 点と し て 京 都 大 学 宇 治 キ ャ ン パ ス 内 の 化 学 研 究 所 、エ ネ ル ギ ー 理 工 学 研 究 所 と 協 力 し て 、
学際的な研究領域の研究者が集い、産業界、地域社会と連携したハブ拠点形成を目的と し て 設 置 、 研 究 開 発 を 推 進 し て い る （ 図 1）。

図１：バイオマスプロダクトツリー産学共同研究の概要図

3.

研究の結果および考察
研究成果の概要を以下①～②に記載する。

- 190 -

2. 生存圏未来開拓研究センター①

リグニンは植物細胞壁を構成する主要成分で、地球上で最も多い芳香族高分子である。リグニンは細胞壁の二次壁内部および細胞間層に多く存在しており、多糖成分と密に相互作用している。針葉樹、広葉樹、草本系など多様な種類の試料を用いて、ギ酸などの有機酸を用いた温和な条件下での溶解により、木粉から成形体を作製した。成形体としては、モールド、フィルム、ペーパーなどである。図 2 に代表例を示す。ユーカリ由来のプラスチック様フィル
ムではアクリル樹脂に匹敵する強度を示した。

図２：溶解木粉からのウッドペーパー、ウッドモールドの創製②

木質バイオマスに適用可能な、アミノ酸をベースとした安価で環境に優しい深共晶溶媒を新たに開発した。特に主成分であるセルロースの新規深共晶 溶 媒 に よ る 溶 解 機 構 、 分 子 量 分 布 や 化 学 構 造 変 化 の 解 析 を 行 っ た 。 (Saito K.
et al., Chem Lett, 51, 407, 2022.) ま た 、 リ グ ニ ン の オ リ ゴ マ ー モ デ ル 化 合 物 で ある DHP の 重 合 反 応 条 件 と 分 子 構 造 に 関 す る 知 見 を 詳 細 に 解 析 し た 。反 応 ス ケ ー
ル 、 pH、 重 合 酵 素 活 性 、 有 機 溶 媒 条 件 、 Zutropf (ZT) モ ー ド と Zulauf (ZL) モ
ー ド に よ る 合 成 法 に つ い て 解 析 を 行 っ た 。 (Tokunaga Y. et al., Holzforschung, 77,
51-62, 2022.)

4.

今後の展開
バイオマスプロダクトツリー産学共同研究として、木質バイオマスや農業水産業における未利用バイオマスを有用な化学品や高機能な材料に変換し、自然と共生する低炭素社会の実現、地域活性化、新産業創出へ展開する。

- 191 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

ミッション推進委員会活動報告篠原真毅
京都大学 生存圏研究所
1. 委 員 会 組 織
委員長：篠原 真毅（京都大学生存圏研究所）
委

員：畑 俊充（京都大学生存圏研究所）
田中 聡一（京都大学生存圏研究所）

2. 委 員 会 概 要
生 存 圏 研 究 所 で は 、「 環 境 診 断・循 環 機 能 制 御 」、「 太 陽 エ ネ ル ギ ー 変 換・ 高 度 利 用 」、
「 宇 宙 生 存 環 境 」、「 循 環 材 料 ・ 環 境 共 生 シ ス テ ム 」、「 高 品 位 生 存 圏 」 の 5 つ の ミ ッ シ
ョ ン を 設 定 し 、研 究 成 果 の 実 装 を 含 め た 社 会 貢 献 を め ざ し て い る 。平 成 28 年 度 に 新 設
したミッション５「高品位生存圏」は、社会とのつながりや国際化、物質・エネルギ
ーの循環を、これまでよりも重視している。各ミッションの活動報告は本報告書の別ページを参照いただきたい。ミッション推進委員会はこれら 5 つのミッションの円滑な 推 進 と 情 報 発 信 を 行 う こ と を 目 的 と し て 活 動 し て い る 。 研 究 所 の ミ ッ シ ョ ン は 2004
年 の 研 究 所 発 足 よ り 活 動 し て お り 、 3 期 18 年 に わ た り 、 発 展 し な が ら 継 続 し て き た 。
2022 年 度 よ り 大 学 中 期 計 画 第 4 期 に 入 る に 際 し 、 ミ ッ シ ョ ン 研 究 の 内 容 解 析 と コ ミ ュ
ニ テ ィ ー の 充 実 を 行 い 、生 存 圏 科 学 の 可 視 化 、情 報 発 信 を 行 っ て い く 計 画 で あ る (図 1)。

3. 2022 年 度 の 活 動 状 況ミッション推進委員会では上記のミッション研究の他、生存圏フラッグシップ共同
研 究 、ア ジ ア リ サ ー チ ノ ー ド 共 同 ラ ボ (ARN)、オ ー プ ン セ ミ ナ ー を 所 轄 す る 。こ れ ま で
そ れ ぞ れ に 予 算 措 置 を 行 い 、 研 究 や セ ミ ナ ー を 実 施 し て き た が 、 2022 年 度 は 残 念 な がら電気代の高騰、国際情勢の不安定化、円安等々の理由により、年度当初に予算措置
は な く 、2023 年 1 月 に ミ ッ シ ョ ン 1-4 に 各 50 万 円 、ミ ッ シ ョ ン 5 に 100 万 円 の 予 算 措
置 が で き た の み で あ っ た 。 こ れ は 前 年 度 に 比 べ 約 88%減 と い う 厳 し い も の で あ り 、 予
算 措 置 も 大 変 遅 か っ た 。残 念 な が ら フ ラ ッ グ シ ッ プ 共 同 研 究 や ARN へ の 予 算 措 置 も できなかった。来年度は早期の予算措置と予算の増加を目指し、ミッション研究の活性化を目指す。
オープンセミナーは生存圏科学や圏間融合研究に重要な分野横断型セミナーであり、誰でも気軽に参加できるセミナーである。コロナ以後はオンラインで実施しており、2022 年 度 も 15 回 開 催 し 、延 べ 参 加 人 数 586 名 (1 回 平 均 39 名 )で 盛 況 に 開 催 さ れ た 。オ

- 192 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

ー プ ン セ ミ ナ ー の う ち 、 講 演 者 の 許 可 が 取 れ た も の は YouTube で 公 開 し 、 生 存 圏 研 究
所 の 広 報 、 生 存 圏 科 学 の 発 展 に 寄 与 し て い る 。 YouTube Channel「 京 都 大 学 生 存 圏 研 究
所 」 で は オ ー プ ン セ ミ ナ ー の 動 画 以 外 に 様 々 な 動 画 を 公 開 し て お り 、 現 在 動 画 22 本 、う ち オ ー プ ン セ ミ ナ ー 5 本 が 公 開 さ れ て い る [1]。

図 1 生存圏科学の共同利用・共同研究拠点におけるミッション研究

4. 引 用 文 献[1] YouTube Channel 京 都 大 学 生 存 圏 研 究 所
https://www.youtube.com/@user-tg5zp9kj8j/featured- 193 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

ミッション 1 :「環境診断・循環機能制御」
橋口浩之、梅澤俊明
京都大学 生存圏研究所
1. 研 究 組 織代

表者：橋口浩之、梅澤俊明（京都大学 生存圏研究所）

共同研究者：高橋けんし、杉山暁史、飛松裕基、馬場啓一、
上田義勝、矢吹正教（京都大学 生存圏研究所）
他生存圏研究所教員多数

2. 研 究 概 要
近 年 、化 石 資 源 ベ ー ス の 経 済 活 動 を 持 続 可 能 な バ イ オ マ ス 資 源 を ベ ー ス と し た も の に変えていこうとする「バイオエコノミー」という概念が世界的に広く用いられている。
こ れ は、バ イ オ マ ス や バ イ オ テ ク ノ ロ ジ ー を 使 う か ど う か は 問 題 で な く、経 済 活 動 に 地
球 規 模 の 持 続 性 や 再 生 可 能 性 の 考 え が 盛 り 込 ま れ て い る か ど う か が 要 点 で あ る 。2015 年
9 月 に は 、 持 続 可 能 な 開 発 目 標 （Sustainable Development Goals, SDGs） が 国 連 サ ミ ット
で 採 択 さ れ た。こ こ で は 、誰 一 人 取 り 残 さ な い 持 続 可 能 で 多 様 性 と 包 摂 性 の あ る 社 会 の
実 現 の た め 、17 の 目 標 が 設 定 さ れ て お り 、発 展 途 上 国・先 進 国 を 含 め す べ て の 国 が 行 動
し 、社 会・ 経 済 ・ 環 境 の 観 点 に 統 合 的 に 官 民 挙 げ て 取 り 組 む と さ れ て い る 。さ ら に 同 年
12 月 に は 欧 州 委 員 会 が サ ー キ ュ ラ ー エ コ ノ ミ ー パ ッ ケ ー ジ を 採 択 し た 。サ ー キ ュ ラ ー エ
コ ノ ミ ー と は 、生 産 と 消 費 の 在 り 方 を 根 本 的 に 変 え る 経 済 モ デ ル で 、製 品・ 部 品 ・ 資 源を 最 大 限 に 活 用 し、そ れ ら を 消 費 す る こ と な く 永 続 的 に 再 生・再 利 用 し 続 け る ビ ジ ネ ス
モ デ ル で あ る 。 同 じ く 2015 年 12 月 の 第 21 回 気 候 変 動 枠 組 み 条 約 締 約 国 会 議 （COP21）で 気 候 変 動 抑 制 に 関 す る 多 国 間 の 国 際 的 協 定（ パ リ 協 定 ）が 採 択 さ れ 、地 球 温 暖 化 対 策と 経 済 成 長 の 両 立 が 一 層 強 く 求 め ら れ る よ う に な っ て い る 。こ れ ら を 考 慮 し 持 続 的 生 存
基盤の構築を図ることが、まさしく生存圏科学の最大のミッションと言える。
ミッション１では、生存基盤科学の構築という大目標の達成に向けて、バイオマス
資源の持続的生産、大気環境計測及び再生可能性／多様性の項目にマッピングされる萌芽的研究や基盤的研究を推進している。特に、地球温暖化や極端気象現象の増加といった環境変動の将来予測に資するため、大型大気観測レーダーや衛星等を用いた精密測定により、現状の大気環境を診断する。また、生物圏から大気圏にわたる物質輸送・交換プロセスのメカニズムを解明するとともに、資源・物質循環に関わる植物・微生物群の機能の解析と制御を通じて、化石資源によらない植物バイオマス資源・有用物質の継続的な生産利用システムの構築を目指す。さらに扱う領域を土壌圏まで広げ、物質循環の観点から生存圏全体を俯瞰する活動を進めている。

- 194 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

3. 研 究 成 果
3.1

大気レーダーアダプティブクラッター抑圧技術の開発

代表：橋口浩之
大気レーダー観測において、しばしば山や建物の固定クラッタ
ーエコーからのサイドローブエコーが観測の障害になることがある。クラッター抑圧手法として、複数の受信アンテナが使える場合に、NC-DCMP(ノルム・方向拘束付き電力最小化)法が有効である。MU レーダーアンテナの周辺にターンスタイル
アンテナを設置し、大気エコーを犠牲にすることなく、クラッ
MU レ ー ダ ー で 観 測 さ れ た ド ッ
プラースペクトル（黒線：オリ1.3GHz ウィンドプロファイラに適用すべく開発を行っている。
ジ ナ ル 、緑・黄・赤 線：NC-DCMP）

ターエコーを抑圧する手法を実装した。さらに、この技術を3.2 大 気 微 量 成 分 を 介 し た 生 物 圏 ― 大 気 圏 相 互 作 用代表：高橋けんし

ハ ン ノ キ の 細 根 を 採 取 し た サ ン プ ル（ A）、お よ び 、光 学 顕 微 鏡（ B）と ク ラ イ オ SEM（ C） を 用 い て サ ン プ ル を 観 察 し た 事 例 。

ある種の樹木からメタンガスが発生しているという新しい現象が注目されている。
我 々 は 、湿 地 性 樹 木 の 一 つ で あ る ハ ン ノ キ の 樹 幹 か ら メ
タンが放出される植物学的なメカニズムを明らかにする た め に 、 光 学 顕 微 鏡 と ク ラ イ オ SEM に よ る 細 根 の 組
織 観 察 を 行 っ た 。そ の 結 果 、ガ ス 態 の メ タ ン 分 子 が 拡 散
移動する経路として機能している可能性のある細胞間隙を同定することに成功した。

3.3 気 象 ラ イ ダ ー の 開 発
代表：矢吹正教
深紫外光源を用いた気温・水蒸気量を同時に計測するライダーの社 会実 装に向 け た取組を 推進 した。 気 温計測用 に、- 195 -

気温ラマンライダー用に開発した多波⻑分光検出器

3-1 ミッション推進委員会活動報告

弾性散乱光による迷光の影響を 10 -7 以下にまで減衰させ、かつ光学調整が容易な多波⻑分
光検出器を開発した。ラジオゾンデ観測との比較により、気温ライダーは境界層内の気温を精度 0.5 K 以下で計測できることを実証した。

3.4 大 気 圏 -森 林 圏 -土 壌 圏 の 物 質 循 環 に 関 わ る 根 圏 微 生 物
代表：杉山暁史ト マ ト 根 か ら 分 泌 さ れ る α -ト マ チ ン の 根 圏 で の 機 能
解 明 を 目 指 し た 。α -ト マ チ ン は ス フ ィ ン ゴ モ ナ ス 科 ス
フ ィ ン ゴ ビ ウ ム 属 の 微 生 物 を 根 圏 で 増 加 さ せ 、根 圏 微
生 物 叢 を 形 成 す る が 、今 年 度 は 、ト マ ト 根 圏 か ら 単 離したスフィンゴビウム属菌のトマチン分解活性を解析 す る と と も に 、分 解 に 関 与 す る 遺 伝 子 群 を 同 定 し た 。
ま た 、α -ト マ チ ン と ス フ ィ ン ゴ ビ ウ ム 属 菌 を 含 む 根 圏
圃場でのトマト栽培

環境を作出し、トマト生育に与える影響を調査した。

3.5 地 球 外 森 林 構 築 に 向 け た 樹 木 の 環 境 応 答 研 究
代表：馬場啓一
人類の長期宇宙滞在に資する地球外森林構築を視野に、さまざまな環境で生育させた樹木の基礎的知見を集積することを目的として、人工環境下で樹木を栽培し、その成長や形成される材の特徴、生理応答などを研究している。今年
度は人工気象器内で一定の温度下で日長のみを変えた場合の伸長成長と肥大成長の経時変化について調べた。その結果、周年短縮系の移行期における生育状態が詳細に把握できるようになった。

気象器内で黄葉しつつあるギンドロ

3.6 イ ネ 科 バ イ オ マ ス を 用 い た 炭 素 隔 離 に 向 け た 基 盤 構 築
代表：梅澤俊明、共同研究者：飛松祐基、梅村研二、小西哲之(京大 生存圏研究所)、レザ ラムダ
ン リバイ(京大 生存圏研究所、インドネシア研究イノベーション庁)、八木重郎（京大 エネルギー
理工学研究所）、小林優（京大 大学院農学研究科）、サフェンドリ コマラ ラガムスタリ（インドネ
シア研究イノベーション庁）
熱帯天然林伐採跡地に成立する荒廃草原の適切な管理と植生回復は、歴史的負の遺産の補償と環境保全
および資源生産・利用に関わる課題であり、これら
熱帯荒廃草原の植生回復とバイオマスエネルギー生
産を目指した研究を進めてきた。本ミッションでは、- 196 -

ソルガム選抜実験

3-1 ミッション推進委員会活動報告

昨年度に引き続き上記研究の展開として、太陽光発電とバイオマス生産を連携させた炭素隔離に適するバイオマス植物、特にイネをモデル植物として用い、高リグニン含量の大型イネ科バイオマス植物（ソルガム）の育種を進めた。

3.7 歩 行 サ ー ベ イ デ ー タ ベ ー ス を 用 い た 福 島 県 飯 舘 村 の 環 境 放 射 能 の 移 行 調 査
代表：上田義勝
東日本大震災後の福島県での支援研究において用いている歩行サーベイ計測器(KURAMA-II)に つ い て 、特 に GPS に よる 位 置 補 足 が 難 し い エ リ ア（ 山 間 部 等 ）における代替技術として、動画解析によるマッピング技術の適応を行っている。今年度においては、特にこれまで難しかった高さ方向の位置補足についても、フォトグラメトリ解析を適応させることで精度よく解析が可能であることを確認している。

フォトグラメトリ解析による 3 次元歩行解析

4. 今 後 の 展 開ミッション 1 が包含する研究領域は広く、個々の研究課題の内容は多岐にわたっている。今後も、新たな課題の解決に向けた新規萌芽研究課題の発掘を進めるとともに、
本ミッションの研究で成果が蓄積してきた課題は、次のステージに進めるように展開する。

5. 付 記・原著論文
K. Baba, Y. Kurita, and T. Mimura, Experimental study of intra-ring anatomical variation in
Populus alba L. with respect to changes in temperature and day-length conditions. Forests,
13, 1151-1159, doi:10.3390/f13071151, 2022.
K. Takahashi, A. Sakabe, W. A. Azuma, M. Itoh, T. Imai, Y. Matsumura, M. Tateishi, and Y.
Kosugi, Insights into the mechanism of diurnal variations in methane emission from thestem surfaces of Alnus japonica, New Phytologist, 235, 1757–1766, doi:10.1111/nph.18283,
2022.
Y. Ueda, N. Nihei, R. Norarat, and M. Tanigaki, Correlation Between Radiation Measurementon the Field Slopes Using KURAMA-II (Kyoto University RAdiation MApping System)
and Environmental Radioactivity in the Soil Depth Direction. In Proceedings of theProceedings of the International Conference on Radioscience, Equatorial Atmospheric
ScienceandEnvironment

andHumanosphere- 197 -

Science,2021,

327-334,

3-1 ミッション推進委員会活動報告

doi:10.1007/978-981-19-0308-3_27, September 20, 2022.
・総説
梅 澤 俊 明 , リ グ ニ ン 代 謝 工 学 に よ る イ ネ 科 バ イ オ マ ス 植 物 の 育 種 –リ グ ニ ン の 量 と 構
造 の 改 変 –, 化 学 と 生 物 , 60, 565-572, 2022.
梅 澤 俊 明 , 再 生 可 能 バ イ オ マ ス 資 源 の 形 成 と 利 用 , 京 都 大 学 環 境 報 告 書 2022, pp. 29,
2022.
・学会発表
橋 口 浩 之 , 矢 吹 諒 , 西 村 耕 司 , MU レ ー ダ ー 外 付 け 受 信 専 用 ア ン テ ナ を 用 い た ア ダ プ テ
ィ ブ ク ラ ッ タ ー 抑 圧 シ ス テ ム の 開 発 , 日 本 気 象 学 会 2022 年 度 春 季 大 会 , オ ン ラ イ ン ,2022 年 5 月 17-20 日 .
橋 口 浩 之 , 矢 吹 諒 , 西 村 耕 司 , MU レ ー ダ ー 外 付 け 受 信 専 用 ア ン テ ナ を 用 い た ア ダ プ テ
ィ ブ ク ラ ッ タ ー 抑 圧 シ ス テ ム の 開 発 , 日 本 地 球 惑 星 科 学 連 合 2022 年 大 会 , 幕 張 ・ オ
ン ラ イ ン , 2022 年 5 月 22-6 月 3 日 .
Y. Uchiho, K. Matsuki, E. Takeuchi, T. Hasegawa, and M. Yabuki, Observation of Water Vapor
Profiles by Raman Lidar with 266 nm laser in Tokyo, 30th International Laser Radar
Conference (ILRC-30), Online, June 26-July 1, 2022.
Toshiaki Umezawa, Grass lignin metabolic engineering for sustainable lignocellulose
valorization, The 20th IUFRO Tree Biotech and the 2nd Forest Tree Molecular Biology andBiotechnology (FTMB) Conference, Harbin, July 7-9, 2022.
矢吹正教, 松木一人, 内保祐一, 竹内栄治, 長谷川壽一, 気温計測用回転ラマンライダーのための多波長分光検出器の開発, 第 40 回レーザセンシングシンポジウム, 福山（広島）, 2022 年 9 月 1－2 日.
橋口浩之, 矢吹諒, 木村侑希大, 西村耕司, 外付け受信専用アンテナを用いたアダプテ
ィ ブ ク ラ ッ タ ー 抑 圧 シ ス テ ム の 開 発 , 第 16 回 MU レ ー ダ ー ・ 赤 道 大 気 レ ー ダ ー シ ン
ポ ジ ウ ム 報 告 書 , オ ン ラ イ ン , 2022 年 9 月 5-6 日 .
栗田悠子, 鹿島誠, 馬場啓一, 小林奈通子, 田野井慶太朗, 石崎公庸, 三村徹郎, 永野
惇 , 落 葉 木 本 植 物 ポ プ ラ に お け る 葉 位 ご と の 季 節 的 な シ ン ク -ソ ー ス 推 移 の 解 明 , 日
本 植 物 学 会 第 86 回 大 会 , 京 都 , 2022 年 9 月 16-19 日 .
松木一人, 内保祐一, 竹内栄治, 長谷川壽一, 矢吹正教, ソーラーブラインド領域のレーザを用いた水蒸気/気温ラマンライダーの開発, 日本気象学会 2022 年度秋季大気, 札幌,
2022 年 10 月 24-27 日.
Akifumi Sugiyama, Rhizosphere metabolome for the robustness of crops, International
workshop on Unveiling the secret of underground: technologies for visualizing root andrhizosphere, Tsukuba, 2022 年 11 月 4 日 .（ 招 待 講 演 ）杉山暁史, 根圏での植物－微生物代謝ネットワーク, 農薬バイオサイエンス研究会シン ポ ジ ウ ム , 京 都 , 2022 年 11 月 22 日 .（ 招 待 講 演 ）杉山暁史, 作物頑健性に寄与する根圏ケミカルワールドの機能, 日本学術会議農芸化- 198 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

学 分 科 会 ・ 植 物 科 学 分 科 会 シ ン ポ ジ ウ ム 「 SDGs 達 成 に 向 け た 農 芸 化 学 の 挑 戦 」 , オ
ン ラ イ ン , 2022 年 11 月 29 日 .（ 招 待 講 演 ）K. Takahashi, A. Sakabe, W. A. Azuma A., M. Itoh, T. Imai, Y. Matsumura, M. Tateishi, and Y.
Kosugi, Methane emission from the stem surfaces of Alnus japonica, iLEAPS meeting,Institute for Space-Earth Environmental Research, Nagoya University, December 1-2,
2022.
梅澤俊明, 植物バイオマスのエネルギー利用, グリーンエネルギーファーム産学共創
パ ー ト ナ ー シ ッ プ ラ ン チ セ ミ ナ ー , 京 都 （ オ ン ラ イ ン ） , 2022 年 12 月 3 日 .
Yabuki, M., K. Matsuki , Y. Uchiho , E. Takeuchi and T. Hasegawa, Optical Design of Rotational
Raman Lidar Based on Double-Grating Spectrometer for Profiling the Atmospheric
Temperature in the Lower Troposphere, AGU Fall Meeting 2022, Chicago, USA; Online,
December 12-16, 2022.
栗田悠子, 鹿島誠, 馬場啓一, 石崎公庸, 小林奈通子, 田野井慶太朗, 三村徹郎, 永野
惇 , 野 外 ポ プ ラ に お け る 葉 位 ご と の 季 節 的 な シ ン ク -ソ ー ス 推 移 の 解 明 , 第 64 回 日
本 植 物 生 理 学 会 年 会 , 仙 台 , 2023 年 3 月 10-17 日 .
梅 澤 俊 明 , リ グ ノ セ ル ロ ー ス バ イ オ マ ス の 持 続 的 生 産 ･利 用 に む け て ‐ 化 学 ・ 代 謝 工 学の観点から‐, 第７３回日本木材学会大会 一般公開シンポジウム森林と木材が拓く
ネ ガ テ ィ ブ エ ミ ッ シ ョ ン の 新 世 界 , 福 岡 , 2023 年 3 月 14–16 日 .
馬場啓一, 栗田悠子, 永野惇, 三村徹郎, 短縮周年系で育成したギンドロ木部構造の年
輪 内 変 動 , 第 73 回 日 本 木 材 学 会 大 会 , 福 岡 , 2023 年 3 月 14-16 日 .
・出前授業
高 橋 け ん し ，「 大 気 の 環 境 変 動 と 森 林 の 関 わ り 」， 兵 庫 県 阪 神 シ ニ ア カ レ ッ ジ , 宝 塚 市 ,2022 年 6 月 1 日 .
子 ど も の 好 奇 心 を く す ぐ る 体 験 授 業「 出 前・受 入 授 業 」, 小 さ な 泡 の 魅 力 , 亀 岡 市 立 ひえ 田 野 小 学 校 (4 年 生 13 人 ), 京 都 府 , 2022 年 10 月 19 日 .
子 ど も の 好 奇 心 を く す ぐ る 体 験 授 業「 出 前・受 入 授 業 」, 小 さ な 泡 の 魅 力 , 亀 岡 市 立 東
別 院 小 学 校 (1,2,3 年 生 17 人 ), 京 都 府 , 2022 年 11 月 7 日 .
高橋

けんし，「 気 候 変 動 問 題 の い ま を 知 り ，ミ ラ イ を 考 え る― 持 続 可 能 な「 新 時 代 」

を 目 指 し て ― 」， 認 定 NPO 法 人 大 阪 府 高 齢 者 大 学 校 ， 2023 年 1 月 13 日 ．
・自ら企画した研究集会
The 2nd online symposium of the Plant Microbiota Research Network (第 476 回 生 存 圏 シ ン
ポ ジ ウ ム ), オ ン ラ イ ン , 2022 年 8 月 22 日

第 12 回 東 日 本 大 震 災 以 降 の 福 島 県 の 現 状 及 び 支 援 の 取 り 組 み に つ い て (第 485 回
生 存 圏 シ ン ポ ジ ウ ム ), 2022 年 12 月 6-7 日 .
梅 澤 俊 明 , 第 13 回 熱 帯 バ イ オ マ ス フ ラ ッ グ シ ッ プ シ ン ポ ジ ウ ム The 13th Tropical
Biomass Flagship Symposium（ 第 488 回 生 存 圏 シ ン ポ ジ ウ ム ） (The 488th Symposiumon Sustainable Humanosphere), 京 都 （ 完 全 オ ン ラ イ ン ） , 2022 年 12 月 22 日 .

- 199 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

ミッション２：「太陽エネルギー変換・高度利用」

三谷友彦
京都大学 生存圏研究所
1. 研 究 組 織代表者氏名： 三谷友彦（京都大学 生存圏研究所）
共同研究者： 今井友也（京都大学 生存圏研究所）
渡辺隆司（京都大学 生存圏研究所）
篠原真毅（京都大学 生存圏研究所）
飛松裕基（京都大学 生存圏研究所）
畑 俊充（京都大学 生存圏研究所）
渡邊崇人（京都大学 生存圏研究所）
西村裕志（京都大学 生存圏研究所）

2. ミ ッ シ ョ ン 概 要
本 ミ ッ シ ョ ン は 、図 1 に 示 す よ う に 太 陽 エ ネ ル ギ ー を 変 換 し て 高 度 利 用 す る た め に 、
マイクロ波応用工学やバイオテクノロジー、化学反応などを活用して、太陽エネルギ
ー を 直 接 に 電 気・電 波 エ ネ ル ギ ー や 熱 な ど に 変 換 す る 研 究 を 進 め 、さ ら に 、光 合 成 に よる炭素固定化物であるバイオマスを介して、高機能な物質・材料に変換して有効利用
す る 研 究 に も 取 り 組 む 。期 間 内 に お い て は 、特 に 高 機 能 物 質 へ の 変 換 を 重 点 化 し 、要 素技術のみでなく全体システムへの展開を目指す。

図 1： ミ ッ シ ョ ン 2 概 要 図- 200 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

3. 今 年 度 の 取 り 組 み
昨 年 度 か ら 継 続 し て 、「 太 陽 エ ネ ル ギ ー 変 換 ・高 度 利 用 」に 資 す る 、基 礎 的 あ る い は萌芽段階の研究課題の育成に主眼を置き、ミッション 2 活動の推進を図った。
主要テーマ① マイクロ波を利用した化学プロセスに関連する融合研究・バイオリファイナリーへ向けた生体触媒、人工触媒の開発
・化学反応用マイクロ波加熱容器の研究開発
主要テーマ② ：バイオマス生物変換に関連する研究
・バクテリアセルロース合成酵素の複合体構成に関する研究
・木質ペレット由来ガス化残渣の賦活による活性炭の製造

4. 今 年 度 の 研 究 成 果
1)バイオリファイナリーへ向けた生体触媒、人工触媒の開発
渡 辺 隆 司 1 、 徳 永 有 希 1 ,2 、 岡 野 啓 志 1 、 斎 藤 香 織 1 、 西 村 裕 志 1 、 永 田 崇 3 、 近 藤 敬 子

3 、片 平 正 人 3 、入 江 俊 一 4（ 1 京 大 生 存 研 、 2 三 重 大 院 生 物 資 源 、 3 京 大 エ ネ 研 、 4 滋 賀 県

大環境）
リグノセルロース系バイオマス変換の鍵となる高効率なリグニン分解のため、セルロ ー ス を 酸 化 的 に 解 重 合 す る 溶 解 性 多 糖 モ ノ オ キ シ ゲ ナ ー ゼ（ LPMO）の 反 応 解 析 を 行っ た 。即 ち 、選 択 的 白 色 腐 朽 菌 Ceriporiopsis subvermispora 由 来 の LPMO を 酵 母 で 発 現
し 、 分 解 物 を GPC、 HPLC、 Maldi-TOF-MS を 解 析 し た 。 ま た 、 セ ル ロ ー ス 分 解 に お いて リ グ ニ ン が LPMO の 電 子 供 与 体 と し て 機 能 す る か 否 か を 解 析 す る た め 、 人 工 リ グ ニ
ン お よ び ミ ル ド ウ ッ ド リ グ ニ ン の 存 在 下 お よ び 非 存 在 下 で LPMO を セ ル ロ ー ス と 反 応
さ せ 、セ ル ロ ー ス お よ び リ グ ニ ン の 分 解 挙 動 を 解 析 し た 。ま た 、C. subvermispora 由 来の マ ン ガ ン ペ ル オ キ シ ダ ー ゼ に よ る lignin モ デ ル の 解 析 を 進 め た 。
成果発表：学会発表３件（国内３件）
・井 関 優 侑 、奥 岡 奈 宜 、橋 爪 知 弘 、近 藤 敬 子 、永 田 崇 、片 平 正 人 、渡 辺 隆 司 、Ceriporiipsis
subvermispora 由 来 溶 解 性 多 糖 モ ノ オ キ シ ゲ ナ ー ゼ の セ ル ロ ー ス 解 重 合 反 応 の 解 析 、
第 73 回 日 本 木 材 学 会 大 会 (福 岡 大 会 )、 2023/3/14-3/16.
・ K.S.K. Teo, K.Kondo, T. Watanabe, T. Nagata, M. Katahira,molecular level elucidationof a Ceriporiopsis subvermispora manganese peroxidase-catalyzed conversion of phenoliclignin model dimer、 第 73 回 日 本 木 材 学 会 大 会 (福 岡 大 会 )、 2023/3/14-3/16.
・ 内 田 貴 己 、 徳 永 有 希 、 永 田 崇 、 近 藤 敬 子 、 片 平 正 人 、 渡 辺 隆 司 、 Trichoderma reesei
Cel7A の セ ル ラ ー ゼ 糖 質 結 合 モ ジ ュ ー ル と 人 工 リ グ ニ ン の 相 互 作 用 解 析 、 第 73 回
日 本 木 材 学 会 大 会 (福 岡 大 会 )、 2023/3/14-3/16- 201 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

図 2： バ イ オ リ フ ァ イ ナ リ ー へ 向 け た 生 体 触 媒 、 人 工 触 媒 の 開 発

2)

化学反応用マイクロ波加熱容器の研究開発

三谷友彦、豊永雄郎、鈴木健斗、高原麦、勝田慎平、篠原真毅（京大生存研）
昨年度に引き続き、電磁界結合と呼ばれる物理現象を利用した、金属の囲いがなくても安全に利用できる開放型マイクロ波加熱装置の設計開発を行った。今年度は、リピーターを利用したマイクロ波加熱装置の 2 次元方向の拡張に関する研究を行った。
図 3 は研究成果の一例であり、電磁界シミュレーションにおいて純水あるいはエタノールをマイクロ波照射した際の電界強度分布を表している。また、加熱領域の拡張を目指した 0 次モード共振器を利用した電磁界結合型マイクロ波加熱、および軌道角運
動 量 (OAM: Orbital Angular Momentum)モ ー ド を 利 用 し た 照 射 型 マ イ ク ロ 波 加 熱 の 基 礎
研究を実施した。さらに、同一装置内で 2 周波数帯でのマイクロ波加熱を実現するための基礎研究を行った。上記を含めたマイクロ波加熱応用研究の業績により、研究代
表者は日本電磁波エネルギー応用学会・学会賞を受賞した。
成 果 発 表 ： 学 会 発 表 10 件 （ 国 際 会 議 6 件 （ う ち 基 調 講 演 1 件 ）、 国 内 4 件 ）図 3： リ ピ ー タ ー を 利 用 し た マ イ ク ロ 波 加 熱 装 置 の 2 次 元 方 向 の 拡 張 に 関 す る 研 究- 202 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告3)

バクテリアセルロース合成酵素の複合体構成に関する研究

近 藤 辰 哉 1,2、 鹿 島 騰 真 1 、 中 村 由 衣 3、 野 島 慎 吾 3、 姚 閔 3 、 今 井 友 也 1（１：京都大学生存圏研究所、２：農研機構、３：北海道大学大学院生命科学院）
バ ク テ リ ア の セ ル ロ ー ス 合 成 酵 素 複 合 体（ Bcs 複 合 体 ）は 複 数 の サ ブ ユ ニ ッ ト か ら なる ヘ テ ロ 複 合 体 で あ り 、そ の サ ブ ユ ニ ッ ト 構 成 に よ り い く つ か の タ イ プ に 分 け ら れ る 。
酢 酸 菌 の よ う に 高 結 晶 性 セ ル ロ ー ス を 生 産 す る バ ク テ リ ア の Bcs 複 合 体 は type I に 分
類 さ れ 、セ ル ロ ー ス 分 子 鎖 を 集 積 し 結 晶 性 繊 維 の 形 成 に 寄 与 す る BcsD を 持 つ こ と が 特
徴 と な る 。そ こ で 我 々 は 大 腸 菌 再 構 成 系 を 使 い 、BcsD 周 辺 の サ ブ ユ ニ ッ ト 間 相 互 作 用を 調 査 し た 。そ の 結 果 、BcsD は Bcs 複 合 体 の 心 臓 部 で あ る BcsAB 複 合 体 と 直 接 相 互 作
用 す る モ ー ド と 、合 成 中 の セ ル ロ ー ス 鎖 を 介 し て 間 接 的 に BcsAB 複 合 体 と 相 互 作 用 す
る モ ー ド の 二 つ が 存 在 す る こ と を 確 認 し た 。こ の 結 果 に 基 づ き 、Bcs 複 合 体 に は セ ル ロース合成活性化状態とセルロース合成休止状態の二状態が存在し、この二状態間ではサブユニット間相互作用のモードが切り替わるモデルを提案した。

成果発表：

論文発表 1 件、学会発表２件（国内２件）

Kondo, T., Nakamura, Y., Nojima, S., Yao, M., & Imai, T. (2022). The BcsD subunit of type I
bacterial cellulose synthase interacts dynamically with the BcsAB catalytic core complex.
FEBS Letters, 596(23), 3069-3086. https://doi.org/10.1002/1873-3468.14495

Kondo, T., et al. 2022, https://doi.org/10.1002/1873-3468.14495
図 4： バ ク テ リ ア セ ル ロ ー ス 合 成 酵 素 の 複 合 体 構 成 に 関 す る 研 究

4)

木質ペレット由来ガス化残渣の賦活による活性炭の製造

畑

俊 充 1、 本 間 千 晶 2（ 1 京 大 生 存 研 、 2 道 総 研 林 産 試 ）小規模ガス化発電設備の導入が進んでいるが、木質ペレットのガス化により得られる- 203 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

熱分解残渣の利用が進んでいない状況である。バイオマス発電等で発生する燃焼灰と異なり、多量の炭素が含まれていることから、細孔が発達している特徴を活かした用途開発が望まれている。そこで、熱電併給プラントで発生するガス化熱分解残渣に水
熱 抽 出 と CO 2 賦 活 を 適 用 し 、 こ れ ら の 残 渣 の 新 規 用 途 開 発 に 有 用 な 特 性 を 見 出 す こ とを 本 研 究 の 目 的 と し た 。0℃ 、大 気 圧 下 に お け る CO 2 吸 着 量 を 調 べ た と こ ろ 、CO 2 賦 活
前 後 の ガ ス 化 残 渣 お よ び ガ ス 化 熱 分 解 残 渣 の CO 2 吸 着 量 は そ れ ぞ れ 52 と 47cc/g、比 表
面 積 は 535 と 492m 2 /g と な っ た 。熱 水 抽 出 を 行 っ た 残 渣 の CO 2 吸 着 量 は そ れ ぞ れ 54 と64cc/g、比 表 面 積 は 658 と 669m 2 /g と な り 、熱 水 抽 出 の 方 が CO 2 賦 活 よ り も 比 表 面 積・CO 2 吸 着 量 と も 大 き な 値 が 得 ら れ た 。
成果発表：

学会発表 1 件（国内 1 件）

図 5： 木 質 ペ レ ッ ト 由 来 ガ ス 化 残 渣 の 賦 活 に よ る 活 性 炭 の 製 造

5. ま と め と 今 後 の 展 開
ミ ッ シ ョ ン 2 で は 、主 に「 マ イ ク ロ 波 を 利 用 し た 化 学 プ ロ セ ス に 関 連 す る 融 合 研 究 」
および「バイオマス生物変換に関連する研究」を軸とした基礎研究から応用研究までを幅広く実施し、ミッション 2 が着目する研究領域を多面的に捉えてミッション研究を推進した。太陽エネルギーの高度利用は、生存圏科学を醸成する上でも重要なミッシ ョ ン で あ る と と も に 、持 続 可 能 な 開 発 目 標 (SDGs)に お い て も エ ネ ル ギ ー 、イ ン フ ラ・
産業・イノベーション、陸上資源等に貢献する。今後も、ミッション 2 で掲げた目標を複眼的に俯瞰的に捉えながら研究所内外の研究者間で議論を深める予定である。

- 204 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

ミッション３：「宇宙生存環境」

小嶋浩嗣
京都大学 生存圏研究所
1. 研 究 組 織代表者氏名：小嶋浩嗣（京都大学 生存圏研究所）
共同研究者：大村善治（京都大学 生存圏研究所）
海老原祐輔（京都大学 生存圏研究所）
畑俊 充 (京 都 大 学 生 存 圏 研 究 所 )栗 田 怜 (京 都 大 学 生 存 圏 研 究 所 )2. 研 究 概 要
ミ ッ シ ョ ン 3「 宇 宙 生 存 環 境 」は 、人 工 衛 星 、宇 宙 ス テ ー シ ョ ン 、ロ ケ ッ ト 、地 上 レ
ー ダ ー 、計 算 機 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン な ど を も ち い て 、宇 宙 圏・大 気 圏 の 理 解 の た め の 研 究を 深 化・融 合 さ せ 、生 活 圏 や 森 林 圏 と の 連 接 性 の 解 明 に 取 り 組 み ま す 。さ ら に 、太 陽 フ
レアを原因とする放射線帯や磁気嵐の変動などの理解を深めて、地球周辺の宇宙空間
および月面上での人間活動に対する安全性を評価し対応策を提案できるようにします。
気 象・測 位・通 信 衛 星 な ど の 宇 宙 イ ン フ ラ の 維 持・発 展 に も 貢 献 す る こ と で 、宇 宙 環 境の持続的な利用という社会的要請に応えます。本ミッションでは、宇宙圏環境の理解と 利 用 だ け で な く 、生 存 環 境 と し て の 維 持・改 善 、ひ い て は 大 気 圏 、森 林 圏 、生 活 圏 との連接性も重点化します。

3. 研 究 の 背 景 と 目 的
宇宙生存環境に関わる以下の項目の研究を遂行します。
(栗 田 、 小 嶋 )

月周辺におけるプラズマ・電磁環境に関する研究

オーロラ・サブストームを駆動するエネルギー変換機構の特定（海老原）

低地球軌道で利用するためのリグニン炭の X 線光電子分光分析法による構造解析（畑・小嶋）

4. 研 究 の 結 果 お よ び 考 察
月周辺におけるプラズマ・電磁環境に関する研究
月は導電性が悪い上に、太陽風中や地球磁気圏内を移動するため、月表面での帯電状 況 や 周 辺 電 磁 環 境 は 、太 陽 活 動 の 影 響 を 受 け て 大 き く 変 化 す る 。今 後 、人 類 活 動 が 月へ拡大していく中、月周辺で起こる様々なスケールでの電磁現象を理解することは、- 205 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

月 周 辺 に お け る 人 類 活 動 に お い て 重 要 な 意 味 を も つ 。本 研 究 で は 、月 を 周 回 し 、プ ラ ズ
マ・電 磁 場 を 計 測 し て い る ARTEMIS 衛 星 の デ ー タ を 用 い て 、月 周 辺 に お け る プ ラ ズ マ・
電 磁 環 境 に 関 す る デ ー タ 解 析 を 行 な っ た 。特 に 、月 周 辺 に お い て 観 測 さ れ る 、電 子 サ イ
ク ロ ト ロ ン 高 調 波 (ECH 波 )の 発 生 に 関 し て の デ ー タ 解 析 を 行 な っ た 。ECH 波 は 、そ の 周
波数スペクトル構造がプラズマの状態に強く依存することが理論的に知られている波動 で あ る 。 デ ー タ 解 析 を 通 し て 、 月 周 辺 で 観 測 さ れ る ECH 波 は 月 が 磁 気 圏 内 に あ る 場
合にのみ観測され、3 つの特徴的な周波数スペクトル構造に分類できることが明らかに な っ た 。ま た 、最 も よ く 観 測 さ れる 、広 帯 域 に わ た っ て 高 調 波 が 観 測
さ れ る 場 合 に お い て は 、衛 星 を 貫 く
磁 力 線 が 月 面 へ 接 続 し た 状 態 で 、月から衛星へ向かって電子ビームが到来している場合に観測される傾向 が 見 ら れ た 。こ れ は 、月 面 が 負 に
帯 電 し て い る 場 合 に 、月 周 辺 で ECH波が励起される可能性を示唆している。

図1

月 周 辺 で 観 測 さ れ る ECH 波 の 典 型 的 な 観 測 事

例。広帯域にわたって高調波が観測される事例が最もよく観測される。

オーロラ・サブストームを駆動するエネルギー変換機構の特定サブストームは地球近くの宇宙空間でおこる激烈な突発現象
で 、激 し い オ ー ロ ラ 活 動 を 伴 う 。
このとき極域電離圏ではジェット 電 流 が 流 れ 、 10 1 1 W も の エ ネ
ルギーが消費される。極域電離圏のジェット電流を維持するために必要なエネルギーは沿磁力
図 2： シ ミ ュ レ ー シ ョ ン か ら 予 想 さ れ る 「 沿 磁 力 線 電
流 ダ イ ナ モ 」の 模 式 図 。① 磁 気 圏 尾 部 で 磁 気 再 結 合 が
お こ る と 地 球 向 き の 高 速 プ ラ ズ マ 流 が 発 生 す る 。② 地
球 に 近 づ く と 東 西 方 向 に 分 流 し 、地 球 の 磁 力 線 を 引 っ
張 る 。 ③ ア ル ベ ン 波 と 沿 磁 力 線 電 流 が 発 生 す る 。④ アル ベ ン 波 は 沿 磁 力 線 電 流 と と も に 地 球 に 伝 わ り 、オ ー
ロラ・サブストームを駆動する(2)。

線電流によって磁気圏から供給されていると考えられているが、その生成原因はよく分かっていない。沿磁力線電流を担うアル
ベン波のパケットを追跡して発生領域を特定するという新しい方 法 (1)を 用 い 、 オ ー ロ ラ ・ サ ブストームを駆動する沿磁力線電流 の 発 生 領 域 を 特 定 し た 。そ こ で は (i)プ ラ ズ マ が 磁 気 張 力 に 対 し て 負 の 仕 事 を し（ プ ラ ズ- 206 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

マ が 磁 力 線 を 引 っ 張 り ）、 (ii)垂 直 電 流 か ら 沿 磁 力 線 電 流 へ の 変 換 が お き 、 (iii)沿 磁 力 線
電 流 が 発 生 (∂J | | /∂t ≠[-∇×∇×E/µ 0 ] | | )し て い
た 。こ こ で J | | は 沿 磁 力 線 電 流 、E は 電 場 であ る 。こ の 3 つ の 条 件 を 満 た す 領 域 を 沿 磁
力 線 電 流 (FAC) ダ イ ナ モ 領 域 と 呼 ぶ 。 FAC
ダイナモ領域で生成された沿磁力線電流はプラズマに乗った系で磁場方向に進み、極域電離圏に流入し、オーロラ・
サブストームを駆動していると考えられ る 。こ の 結 果 は JGR-Space Phys.誌 に 掲
載 さ れ た (2)。
図 3： 木 質 バ イ オ マ ス に よ る 宇 宙 材 料 開 発
参考文献：
1) Ebihara and Tanaka, JGR-Space Phys., 2022, doi:10.1029/2021JA029991
2) Ebihara and Tanaka, JGR-Space Phys., 2023, doi:10.1029/2022JA031011

低地球軌道で利用するためのリグニン炭の X 線光電子分光分析法による構造解析（共同研究先：神戸大学工学研究科、長野工業高等専門学校、他）
宇 宙 圏 における木 質 の利 用 可 能 性 を検 討 するため、ブナおよびスギから芳 香 核 構 造 の異 なるリ
グニン(MWL)を調 製 した。低 軌 道 宇 宙 環 境 下 で問 題 となる原 子 状 酸 素 (AO)に対 する抵 抗 性の付 与 を目 的 として、窒 素 気 流 下 1 時 間 700℃保 持 して得 られた上 記 のサンプルに、AO 照 射を約 60 分 間 行 った。X 線 光 電 子 分 光 分 析 装 置 (XPS)を用 いて得 られたサンプル表 面 の化 学
組 成 と 化 学 結 合 状 態 に 関 す る デ ー タ を 取 得 し た 。 XPS ス ペ ク ト ル は 非 単 色 Mg K α 線(1253.6eV)の線 源 を 15kV、10mA で使 用 した。未 炭 素 スギ MWL は AO 照 射 によりリグニン表
面 においてメトキシル基 の酸 化 分 解 が生 じ、酸 性 含 有 官 能 基 の比 率 は低 下 した。一 方 、炭 素化 されたスギ MWL は C=O 成 分 が比 較 的 多 く、炭 素 化 したブナ MWL は、AO 照 射 により OC=O 成 分 を含 む酸 素 含 有 官 能 基 を生 成 し O/C 比 の増 加 につながったと考 えられる。樹 種 や処理 により 酸 素 含 有 官 能 基 の 量 や 種 類 を 変 え ら れ る 点 に お い て リ グ ニ ン 炭 の 優 位 性 が あると考えられる。
5. 引 用 文 献1) Hsieh, Y.-K., Omura, Y., & Kubota, Y. (2022), Energetic electron precipitationinducedbyobliquewhistlermode

chorusemissions,

JournalofGeophysicalResearch: Space Physics, 127, e2021JA029583. https://doi.org/10.1029/2021JA029583.
2) Ebihara, Y., and T. Tanaka, Where is Region 1 field-aligned current generated?
J. Geophys. Res. Space Res., submitted.

- 207 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

3) M. Iijima, K. Yamashita, Y. Hirooka, Y. Ueda, K. Yamane and C. Kamimura,
Ultrafine bubbles alleviated osmotic stress in soybean seedlings, Plant Production
Science, 2021/12, 10.1080/1343943X.2021.2021094
4) M. Iijima, K. Yamashita, Y. Hirooka, Y. Ueda, K. Yamane and C. Kamimura,
Promotive or suppressive effects of ultrafine bubbles on crop growth depended on
bubbleconcentration

and

crop

species,Plant

Production

Science2021,

10.1080/1343943X.2021.1960175
5) 畑

俊充、大西慶和、井出 勇、バイオマス炭素化物の機能性発現のための比表面積と空 孔 径 分 布 の 解 析 、 第 385 回 生 存 圏 シ ン ポ ジ ウ ム 、 ADAM/フ ラ ッ グ シ ッ プ /ミ ッ シ ョ ン 2 合
同 シ ン ポ ジ ウ ム (京 都 、 2018.11).

- 208 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

ミッション４：「循環材料・環境共生システム」

環境共生とバイオマテリアルの利活用を両立させるために、循環型生物資源の中でも 、特 に 木 質 資 源 の 持 続 的 利 用 の 実 現 が 重 要 で あ る 。こ の た め の 具 体 策 と し て 、生 物 本来の構造や機能を理解し、それらを最大限に引き出す多彩な機能性材料の創製、木質材 料 等 を 用 い た 安 全・安 心 な 建 築 技 術 の 開 発 に 取 り 組 む 。さ ら に は 、資 源 の 供 給 源 で ある 生 態 系 と 、こ れ を 消 費 す る 人 間 活 動 と の 調 和 と 発 展 の 実 現 に む け て 、樹 木 、植 物 、昆虫 、微 生 物 の 管 理・利 用 法 の 研 究 も 実 施 す る 。基 礎・応 用 の 両 面 か ら 研 究 に 取 り 組 み 、豊かな文化にもとづく環境未来型の生活圏の在るべき姿を模索することで、森林環境の安定と保全をはかり、生活環境のさらなる向上を実現することを目的としている。
木 質 資 源 を 基 盤 に 、自 然 と 共 存 を 継 承・継 続 す る 技 術 、材 料 を 開 発 す る な ど「 創 造 」を意識しつつ、それらの成果を産官学連携などによって社会へ展開することによりイノベーションを推進するミッションとして、今年度は下記 5 テーマを実施した。

4.1 木 質 材 料 を も ち い た 建 築 物 の 設 計 に 資 す る 部 材 ・ 構 造 の 挙 動 解 明
1. 研 究 組 織代表者氏名：五十田博（生存圏研究所

生活圏木質構造科学分野）

共同研究者：中川貴文（生存圏研究所

生活圏木質構造科学分野）

森拓郎（広島大学大学院

北守顕久（大阪産業大学

工学研究科）
工学部）

荒木康弘（国土交通省 国土技術政策総合研究所）
中島昌一（国立研究開発法人 建築研究所）
2. 研 究 の 背 景 と 目 的
木質材料は軽量の割には強く、優れた建築構造材料として利用されている。ここでは超高層を可能にする直交集成板と木材の特性を活かした構造について検討する。
直 交 集 成 板（ 以 下 、CLT）は 高 強 度 、高 剛 性 を 維 持 し た ま ま 、こ れ ま で 構 造 材 料 と し ての利用価値の低い、比較的低質な材料を内部に用いることが可能であり、構造的な利点ばかりではなく、森林資源の有効活用法のひとつとしても期待されている。我が国
で は 、近 年 、日 本 農 林 規 格（ JAS）の 施 行 、建 築 基 準 関 連 告 示 の 施 行 、設 計 ・ 施 工 マ ニ
ュアルの作成など枠組みが整備されてきている。ここで、構造設計法に関連する事項の技術的背景を研究的に整備し、さらに適用範囲の拡大をめざして実施する一連の研
究の基礎研究である。

- 209 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

3. 研 究 の 結 果 お よ び 考 察
本年度は科研費林野庁補助事業プロジェクトに協力し、1 層の住宅用の金物を用いた CLT パ ネ ル 工 法 の 試 験 体 の 静 的 加 力 実 験 を 実 施 し た（ 図 1-1）。低 層 建 築 物 に CLT パ
ネルを耐力壁として用いた場合、鉛直荷重によるパネル自体の破壊は起こらず、ロッキング挙動が生じる。床等の脱落が生じないのであれば、倒壊の限界変形は壁幅程度となり、大地震による倒壊は起こりにくい。今回の実験では、壁脚部接合部が破壊して 、水 平 抵 抗 力 が ほ ぼ 喪 失 す る ま で 加 力 を 行 い 、倒 壊 限 界 を 確 認 し た 。ま た 数 値 解 析 モ
デ ル に（ 図 1-2）よ り 、試 験 体 仕 様 の 条 件 検 討 の た め の 事 前 解 析 、メ カ ニ ズ ム 把 握 の ための事後解析を実施した。
4. 今 後 の 展 開
CLT 建 築 物 用 の 接 合 金 物 は 従 来 の 木 造 住 宅 用 の 接 合 金 物 よ り も 価 格 が 高 く 、 CLT 建
築 物 の 普 及 の 阻 害 要 因 の 一 つ と な っ て い る 。本 実 験 に よ り 安 価 な 住 宅 用 金 物 に よ る CLT
パネル工法の実現が期待できる。今後は実験的検討を継続し、解析モデルによるパラメトリック・スタディにより研究を発展させ、本工法の構造設計法の確立に向けて検討を深める予定である。

図 1-1： 試 験 体 図

図 1-2： 数 値 解 析 モ デ ル

5. 付 記1) 原 著 論 文 １ 件
So Momose, Takafumi Nakagawa, Tokikatsu Namba, Hiroshi Isoda and Tatsuya
Miyake, An Analytical Method to Reproduce Seismic Behavior of Two-Story
Cross-Laminated Timber Building at Large Deformation, Journal of StructuralEngineering, Printing, 2022.

2) 学 会 発 表 １ 件
百瀬奏、辻拓也、五十田博、中川貴文、中島昌一、荒木康弘「住宅用金物を用いた
低 層 CLT パ ネ ル 工 法 建 築 物 の 静 的 倒 壊 実 験 」日 本 木 材 学 会 大 会 , 福 岡 , 2023 年 3 月- 210 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

4.2 小 角 X 線 散 乱 に よ る 木 材 の 構 造 物 性 相 関 解 析
1. 研 究 組 織代表者氏名：今井友也（生存圏研究所

マテリアルバイオロジー分野）

共同研究者：岡久陽子（京都工芸繊維大学バイオベースマテリアル学専攻）
神代圭輔（京都府立大学大学院生命環境科学研究科）
田中聡一（生存圏研究所

生物機能材料分野）

飛松裕基（生存圏研究所

森林圏代謝機能化学分野）

堀川祥生（東京農工大学大学院

農学研究院）

2. 研 究 の 背 景 と 目 的材 料 一 般 に そ の 物 性 は 構 造 に よ り 決 ま る 。従 っ て 構 造 -機 能 相 関 解 析 は 材 料 研 究 に おいて極めて重要な位置を占める。木材の細胞壁ナノ構造は、結晶性を持つセルロース
については、その理解はある程度進んでいるが、マトリクスの構造やそのセルロースとの界面など、物性に大きな影響を及ぼすと考えられる構造的特徴について、その理解は十分とは言えない。
そこで構造解析手法としてその場測定が得意な小角 X 線散乱解析を用い、木材に物理的揺動を加えつつその場測定を行い、構造解析を行った。また化学処理および生物学的に成分を変調させた植物細胞壁についても通常の小角 X 線散乱解析を行い、構造解析を行った。
3. 研 究 の 結 果 お よ び 考 察
今年度は、湿潤状態での温度上昇によりリグニンの熱軟化が起きる前後で、細胞壁内部のナノ構造に起こる変化を小角 X 線散乱解析により明らかにした内容で論文発表を一件行うことができた。その結果、これまでは動的粘弾性測定の結果から導出されて い た 熱 軟 化 時 の ナ ノ 構 造 変 化 を 矛 盾 な く 、よ り 詳 し く 分 析 す る こ と に 成 功 し 、小 角 X
線散乱による構造解析が物性相関解析において重要な役割を果たすことを示すことがで き た （ Fig. 2-1）。

- 211 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

Fig. 2-1： The change of the structural parameters obtained from small
angle X-ray scattering experiment and the following data analysis by
WoodSAS model.
Plots of the CMF (cellulose microfibril) diameter (2R) and theinterfibrillar distance (a) obtained by the fitting calculation with the
WoodSAS model, as a function of temperature: orange filled triangles andgreen filled circles for earlywood (EW) and latewood (LW), respectively.
Error bars indicate the standard deviations in the fitting calculation
with SasView.
Horiyama et al., 2022, Journal of Wood Science , DOI:
https://doi.org/10.1186/s10086-022-02058-x

4. 今 後 の 予 定
他にも木材、竹材、イネなどの植物細胞壁試料や、脱成分した試料、異なる物理的揺動を与えた条件での測定を現在も継続して行っており、学会にて 5 件の発表を行った。
5. 付 記1) 原 著 論 文 １ 件
Hiroaki Horiyama, Keisuke Kojiro, Yoko Okahisa, Tomoya Imai, Takafumi Itoh,
Yuzo Furuta (2022) Combined analysis of microstructures within an annual
ring of Douglas fir ( Pseudotsuga menziesii ) by dynamic mechanical analysis
and small angle X-ray scattering, Journal of Wood Science 68, 52, DOI:
https://doi.org/10.1186/s10086-022-02058-x
2)

学会発表５件（細胞壁ネットワーク研究会 1 件、第 73 回日本木材学会年次大会 4 件）

- 212 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

4.3 樹 木 内 部 応 力 の 理 解 と そ の 応 用
1. 研 究 組 織代表者氏名：松尾美幸（生存圏研究所

循環材料創成分野）

共同研究者：梅村研二（生存圏研究所

循環材料創成分野）

共同研究者：山本浩之（名古屋大学

大学院生命農学研究科）

共同研究者：吉田正人（名古屋大学

大学院生命農学研究科）

2. 研 究 の 背 景 と 目 的
樹木はその成長過程において、樹幹内に内部応力を発生させることで姿勢制御や外力からの樹体保護をおこなっている。この内部応力は残留応力と呼ばれ、樹木の生存戦略として重要である一方、製材時に木材の変形を引き起こして生産効率を下げること か ら 、木 材 の 有 効 利 用 を 妨 げ る 要 因 で も あ る 。本 課 題 で は 、特 に 製 材 変 形 が 問 題 と な
り 、 か つ 既 往 研 究 の 少 な い 国 産 大 径 材 丸 太 （ 直 径 30 cm 以 上 ） に つ い て 、 残 留 応 力 分布を把握するための大規模測定を進めている。これにより、学術的には樹木の残留応
力発生メカニズム解明につなげるとともに、実用的には製材変形の予測や他の材質指標との関連解明を目指す。
前年度までにおこなったスギとケヤキの残留応力分布の大規模測定の結果、ケヤキにはこれまで他の樹種で報告されたことのない特異な残留応力分布パターンが存在することが明らかになった。ケヤキは、鉛直な幹でもあて材が散在することが経験的に知られており、特異な残留応力分布パターンと関連すると考えられる。そこで本年度はケヤキの特異な残留応力分布ならびにその要因について精査し、ケヤキの残留応力発生メカニズムや材質分布を明らかにすることを目的とした。
3. 研 究 の 結 果 お よ び 考 察ケ ヤ キ の 残 留 応 力 分 布 に つ い て 、こ れ ま で に 報 告 の な い 分 布 パ タ ー ン で あ っ た た め 、
従来の測定法（ひずみゲージを用いたまさ目板法）で正しく測定できるかどうかを確認 し た 。具 体 的 に は 、残 留 応 力 解 放 の た め の 適 切 な 切 削 位 置 や 、必 要 な 板 の 長 さ な ど を改めて検討し、従来と同様の方法で正確に測定できることを確認した。
ま た 、樹 幹 内 残 留 応 力 の 測 定 点（ ひ ず み ゲ ー ジ の 貼 付 箇 所 ）に 隣 接 す る 箇 所 か ら 試 験
片を作成し、残留応力発現やあて材の形成と関係すると考えられる材質指標（容積密度 数 、乾 燥 収 縮 率 、圧 縮 弾 性 率 ）を 測 定 し た 。こ れ ら の 指 標 と 残 留 応 力 解 放 ひ ず み の 関係を調べたが、いずれの指標も残留応力解放ひずみの変動を説明できなかった。
さらに、ケヤキの残留応力分布の発生メカニズムを探るため、新たに 4 本の立木を準 備 し 、立 木 形 状 か ら 残 留 応 力 分 布 、組 織 構 造・材 質 分 布 ま で を 関 連 づ け る 一 連 の 調 査
を 開 始 し た 。今 年 度 は 、立 木 形 状 の 記 録 と 表 面 成 長 応 力 の 測 定 を お こ な っ た（ 図 3-1）。

- 213 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

図 3-1： 立 木 の 表 面 成 長 応 力 測 定 の 様 子

4. 今 後 の 展 開
現 在 、あ て 材 の 存 在 を よ り 直 接 的 に 示 す 指 標（ ミ ク ロ フ ィ ブ リ ル 傾 角・木 口 顕 微 鏡 断面におけるあて材の存在率）について測定中である。すでに測定した材質指標と合わ
せ て ケ ヤ キ の 特 徴 を 明 ら か に す る 。ま た 、表 面 成 長 応 力 測 定 後 の 立 木 に つ い て 、一 連 の測定を進めていく。
5. 付 記1) 原 著 論 文 1 件
Kameyama N, *Matsuo-Ueda M, Chen S, Jiang Z, Ichiyanagi T, Yoshida M, *Yamamoto
H (2023) Unique characteristics of residual stress distribution of largediameter keyaki ( Zelkova serrata ) logs and examination of their measurement
method, Journal of Wood Science, in press

4.4 未 来 型 資 源 循 環 シ ス テ ム の 構 築
1. 研 究 組 織代表者氏名：大村和香子（京都大学生存圏研究所）
共同研究者：畑俊充（京都大学生存圏研究所）

2. 研 究 の 背 景 と 目 的
安 全 で 快 適 な 人 間 の 居 住 圏 を 創 造 し 、維 持 し 続 け る た め の 研 究 、す な わ ち 、木 質 資 源を適切に長く利用するための耐久性向上の研究、 及びバイオマス由来新機能カーボン素材の開発研究を行う。

3. 研 究 の 結 果 お よ び 考 察
加熱時のバイオマスへの金属触媒の効果- 214 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

今 年 度 は 、北 海 道 産 ト ド マ ツ（ Abies sachalinensis ）材 粉 砕 物 、銅 粉 末 和 光 純 薬 75
μ m, 99.9%、 チ タ ン 粉 末 和 光 純 薬 45μ m, 99.9%を 原 料 と し 、 加 熱 時 の バ イ オ マ ス へ の金属粉末による触媒効果について検討した。トドマツ木粉と銅粉末、およびチタン粉
末 の そ れ ぞ れ を 重 量 比 7:3 に し て メ ノ ウ 乳 鉢 に 入 れ 、 混 合 に よ り 試 料 調 製 を 行 っ た 。
え ら れ た ２ 種 類 の サ ン プ ル を そ れ ぞ れ 窒 素 気 流 下（ 200ml/min）,昇 温 速 度 10-40℃ /min、500℃ 到 達 後 3 分 間 保 持 し 、自 然 放 冷 し た 。そ し て 、熱 処 理 に 伴 う 重 量 減 少 、発 熱 ・吸熱 挙 動 、元 素 分 析 に よ る 熱 分 解 残 渣 化 学 組 成 、FT-IR ス ペ ク ト ル 、SEM 像 に よ る 熱 分 解
残 渣 化 学 構 造 と 形 態 観 察 に よ る 検 討 を 行 っ た 。 熱 分 析 、 元 素 分 析 、 FT-IR ス ペ ク ト ル 、
電子顕微鏡観察を行ったところ次の結果を得た。
熱分析を行ったところ、銅添加により、木粉のみの場合と比較し熱分解残渣を多く
得 ら れ た 。チ タ ン 添 加 に よ り 、重 量 減 少 率 が 増 大 す る 傾 向 が 示 さ れ た 。熱 分 解 残 渣 の 採
取 を 優 先 す る 場 合 は 、銅 添 加 が 適 し て お り 、ガ ス・液 化 物 採 取 を 優 先 す る 場 合 は 、チ タ
ン 添 加 が 適 し て い る と 考 え ら れ た 。元 素 分 析 の 結 果 に よ る と 、ト ド マ ツ 単 体 で は ，昇 温
速 度 の 増 加 と と も に 炭 素 量 が や や 増 加 す る 傾 向 に あ っ た が ， Cu 添 加 に よ り 昇 温 速 度 の増 加 と と も に 炭 素 量 が 増 加 し た 。FT-IR ス ペ ク ト ル か ら 、昇 温 速 度 の 違 い 、銅 や チ タ ンの 添 加 に よ る ス ペ ク ト ル の 大 き な 変 化 は 見 ら れ な か っ た 。 3,400cm - 1 付 近 に 水 酸 基 由 来と 考 え ら れ る 吸 収 が 観 察 さ れ た 。1,700cm - 1 付 近 に カ ル ボ ニ ル 基 の 存 在 を 示 唆 す る シ ョ
ル ダ ー が 観 察 さ れ た 。 1,595cm - 1 付 近 に 芳 ⾹ 族 C=C 結 合 由 来 の 伸 縮 振 動 と 考 え ら れ る 吸収が観察された。銅およびチタン添加熱分解残渣を走査電子顕微鏡により観察したと
こ ろ 、銅 を 添 加 し た 熱 分 解 残 渣 の 断 面 に は 、触 媒 反 応 後 の 痕 跡 が 観 察 さ れ た 。チ タ ン を
添 加 し た 熱 分 解 残 渣 は 、未 処 理 の 残 渣 よ り も 細 か く 、均 一 に な っ て お り 、そ の 結 果 、重量減少率が大きくなったものと思われた。

チ タ ン トドマツ炭

トドマツ炭
触媒反応部

銅
10µm

10µm

図 4-1： チ タ ン と 隣 接 す る ト ド マ ツ 炭 。 触媒によるサンプルの表面形態変化は見られなかった。

図 4-2： 銅 と 隣 接 す る ト ド マ ツ 炭 。 触 媒 によるサンプル断面の形態変化が見られた。

- 215 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

4. 今 後 の 展 開
金属触媒反応の温度や時間などの条件を変化させることにより、環境問題の解決に役立つ新しい機能材料の開発を試みる。

4.5 木 材 の 組 織 構 造 を 活 用 し た 材 料 創 成
1. 研 究 組 織代表者氏名：矢野浩之（生存圏研究所
共同研究者：阿部賢太郎（生存圏研究所
田中聡一（生存圏研究所

生物機能材料分野）
生物機能材料分野）
生物機能材料分野）

2. 研 究 の 背 景 お よ び 目 的
木材は樹木が主に樹体支持や水分通導のために生産した材料であり、緻密に構成された組織構造をもつ。近年、この組織構造を残したまま木材の高性能化や高機能化を図 る た め の 材 料 開 発 の 研 究 が 盛 ん に な り つ つ あ る 。本 研 究 で は 、単 に 木 材 の 高 性 能 化・高機能化を図るのではなく、木材の組織構造に固有の材料物性発現を目指す。今年度
は、透明木材に着目し、組織構造を活用した材料特性を発現させることを目的として
研 究 を 行 っ た 。透 明 木 材 は 、木 材 に 漂 白 や 樹 脂 複 合 化 な ど を 施 す こ と で 、木 材 の 組 織 構
造や細胞壁を維持したまま可視光領域の全光線透過率を著しく向上させた材料である。
し か し 、木 材 の 物 性 と 光 学 特 性 の 関 係 は 明 ら か に さ れ て い な い 。そ れ は 、様 々 な 樹 種 について体系的に光学特性が調べられていないためである。そこで、いくつかの針葉樹と広葉樹の透明木材を作製し、光学特性の測定を行った。
3. 研 究 の 結 果 お よ び 考 察
木 材 の 密 度 と 全 光 線 透 過 率 の 関 係 は 、 木 取 り に よ っ て 異 な っ た （ 図 5-１ ）。 木 口 板
で は 、木 材 の 密 度 が 変 化 し て も 、全 光 線 透 過 率 は 一 定 で あ っ た 。一 方 で 、板 目 板 で は 、木 材 の 密 度 が 大 き く な る に つ れ て 、全 光 線 透 過 率 は 低 下 し た 。こ れ は 、木 材 の 密 度 が 大
きくなるほど、より多くの細胞壁を光が透過することになり、光散乱が起きやすいた
め、全光線透過率が低下すると推察される。
4. 今 後 の 展 開
透明木材において、組織構造を活用した特性を発現させるためには、特に散乱特性と組織構造の関係を明らかにすることが必要であると考えられる。今後は主にこの検討を中心に研究を進めていく予定である。また、偏光特性と組織構造の関係についても検討予定である。

- 216 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

5.

付記

1) 学 会 発 表 2 件・山 碕 悠 真 、矢 野 浩 之 、田 中 聡 一「 木 材 の ホ ロ セ ル ロ ー ス 骨 格 構 造 の 光 学 特 性 に 及 ぼ す 含
浸 樹 脂 の 影 響 」、 セ ル ロ ー ス 学 会 第 29 回 年 次 大 会 、 2022 年 7 月
・ 山 碕 悠 真 、 垣 内 田 洋 、 関 雅 子 、 阿 部 充 、 三 木 恒 久 、 矢 野 浩 之 、 田 中 聡 一 、「 透 明 木 材 の
光 学 特 性 に 及 ぼ す 組 織 構 造 の 影 響 」、 第 73 回 日 本 木 材 学 会 大 会 、 2023 年 3 月

10090

全光線透過率 [%]

80
70

B

A

B

C

A：スギ・辺材
B：スギ・心材
C：ヒノキ・心材
D：タモ・心材
E：ケヤキ・心材
□：木口板
○：板目板
△：まさ目板

60
50
40
30
20
10
0

A

0

0.2

C

D
E

0.4

0.6

木材（素材）の全乾密度 [g/cm3]
図 5-1： 木 材 の 全 乾 密 度 と 全 光 線 透 過 率 の 関 係- 217 -

0.8

3-1 ミッション推進委員会活動報告

ミッション５：「高品位生存圏」
5-1）人の健康・環境調和

1. 研究組織
サブミッション代表者：高橋けんし、杉山暁史
研究課題代表者：渡邊隆司、矢崎一史、杉山暁史、梅澤俊明、上田義勝、宮越順二、篠原真毅、
高橋けんし、矢吹正教

2. サブミッションの研究概要
本サブミッションでは、「生存圏の新領域開拓」で実施してきたテーマのうち「バイオマス由来の生体防御物質」「電磁場の生体影響」「大気質の安心・安全」に関係する研究を高品位生存圏の実現に向け発展的に継続し、人の健康ならびに環境との調和に資することを目的として研究を行ってきた。2020 年度で「電磁場の生体影響」の研究を終了し、2021 年度から新たに所内公募を経て「環境調和に向けた微細気泡水の利用」の課題に取り組んだ。

3. 研究課題ごとの成果
3.1 バイオマス由来の生体防御物質
3.1.1 植物バイオマスからの生理活性物質の生産（代表：渡邊隆司）【研究概要】
本研究では、未利用バイオマスから薬効成分・生理活性物質を生産し、人の健康や安全な生活に貢献することを目的とする。本年度は、木材やサトウキビバガスを、様々な触媒反応で分解し、抗ウイルス活性物質、抗腫瘍物質を分離し、その化学構造や作用機序を解析した。

【研究の背景と目的】
本研究では、未利用バイオマスから薬効成分・生理活性物質を生産し、人の健康や安全な生活に貢献することを目的とする。人為的に木質バイオマスを分解し、強い抗ウイル
ス活性物質や抗腫瘍物質を生産する条件を探索するとともに、活性物質を同定することにより、健康で安全な生活に資す
る未利用バイオマスの新しい有効利用法を開拓する。

【研究の結果および考察】

図 １ 木 材 を マ イ ク ロ 波 反 応 で 分 解 し 、ウ イ ル ス の増殖を抑制する物質を生産

木材のマイクロ波分解物から、抗ウイルス物質や抗腫瘍物質を生産する研究を、京都府立医大と連携して実施した。本年度、木材から- 218 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

分離したマイクロ波グリセロリシスリグニンが、エンベロープおよびノンエンベロープウイルスに対して抗ウイルス活性をもつことを明らかにした。さらに、木材からマイクロ波ソルボリシスによる抗多剤耐性菌活性物質の創出を試み、多剤耐性菌に対し高い活性を示すソルボリシスリグ
ニンを獲得した。

【成果発表】
学会発表・講演1.

岡部由美、扇谷えり子、松田修、渡辺隆司、木質バイオマス由来マイクロ波ソルボリシス
リグニンの抗多剤耐性菌活性、第 73 回日本木材学会大会（福岡大会）、2023 年 3 月 14-16
日、福岡市【今後の展開】
スギ材やユーカリ材のバイオマスのマイクロ波分解物から、抗ウイルス物質を生産する研究を、
京都府立医大と連携して実施している。また、マイクロ波ソルボリシスリグニンやミルドウッド
リグニン、サルファイトリグニンの抗腫瘍活性などの生理活性を解析する研究を実施している。
リグノセルロースから生理活性物質や機能化学品を生産する産学連携研究を発展させる。
【共同研究者】岡部由美、火ノ川開都、岡野啓志、Sadat M. R. Khattab、西村裕志（京大生存研）、
應田涼太（北大医学研究院）、呉成旭、藤田尚志（京大・ウイルス再生医科学研究所）、松田修、
扇谷えり子（京都府立医大・医学研究科）

3.1.2

生理活性物質の生産機構と生物工学（代表：矢崎一史）【研究概要】
脱化石資源社会における人間の健康維持や生活の質の維持向上にとって、植物の生産する多様な二次代謝産物は中心的な役割を果たすものとして大きな期待が寄せられている。特に、ヒトにとっての生理活性物質は、細胞膜を透過することが機能発揮に必須であるため、化合物の脂溶性が鍵である。そのため植物由来の脂溶性高付加価値化物の生合成酵素の探索と、その蓄積メカニ
ズムの解明は重要な研究テーマである。本年度は、メロテルペンのシコニン類やフェニルプロパ
ノイド系オリゴマーのリトスペルミン酸といった、ユニークな生理活性物質を生産する薬用植物
ムラサキを対象に、物質集積の面から重要な輸送体ファミリーである ATP 結合カセット（ABC）
タンパク質の網羅的な解析を行い、論文にした。この成果を中心に報告する。

【研究の背景と目的】
植物の生理活性物質の多くは二次代謝産物である。生理活性の高い化合物は、一方でそれを生産する植物細胞にとっても生存リスクとなることから、植物はこうした代謝産物を安全に蓄積するため、液胞やプラスチド（特にクロモプラスト）の中に隔離する、あるいは細胞外に分泌し、油腺や腺鱗といった蓄積に特化した組織、あるいは細胞間隙に集積する戦略をとっている。しか- 219 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

し主たる生合成の場は細胞質領域であることから、特定のコンパートメントへの物質集積のためには、液胞や細胞膜を介した膜輸送の機構が必要となる。こうした二次代謝産物の輸送に関わる輸送体として、ABC タンパク質、MATE 型輸送体、Nitrate/peptide transporter family (NPF) などが知られる。その中でも ABC タンパク質は最大のファミリーサイズをもっている。ABC タンパク質は、膜貫通ドメイン１つに対し１つのヌクレオチド結合ドメインを有するハーフサイズのメン
バーと、そのユニットがタンデムに２つ結合したフルサイズのものとがある（図１）。後者は ATP 加水分解能を有するため、そのエネルギーを用いて物質を一次輸送することが知られている（図 2）。本研究では、生理活性二次代謝産物を生産するムラサキの細胞において発現するABC タンパク質を網羅的に解析するため、ムラサキのゲノム解析を行った。そして、ABC タンパク質を特徴付ける ABC
signature 配列を目印に発現する全 ABC

図 2

典 型 的 な ABC ト ラ ン ス ポ ー タ の ト ポ ロ ジ ー と 物 質 輸 送タンパク質のカタログを作ることとした。

【研究の結果および考察】
ムラサキのゲノムは、公開データベース上にある、南京大学とパデュー大学のショート及びロングリードデータを利用し、５種類の異なったアセンブラーを利用してゲノムアセンブリを行なった。その結果、Wengan が最も高い BUSCO completeness を示したため、これを採用した。ABC
タンパク質はヌクレオチド結合ドメインの中に、Walker A および Walker B と呼ばれる保存配列の
間に ABC signature といわれる高度保存領域を有し、この存在が ABC タンパク質であることを規定している。この配列を目印にして、発現している ABC トランスポータ遺伝子を上記ゲノムとト
ランスクリプトームデータを組み合わせて網羅的に取得したところ、ムラサキにおいては少なく
とも 118 個の ABC タンパク質が発現していることが判明した（図２）。詳細は Li, et al., DNA Res.
(2022) に記載しているが、その中にはメロテルペンやフェニルプロパノイドの輸送に関与することが期待されるサブファミリーメンバーが多く見出された。特に、脂溶性物質の輸送に関与することが期待される G-type のサブファミリー遺伝子の重複が顕著であることも、この植物種の持つ代謝能と高い整合性があると考えられた。

- 220 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告【今後の展開】
ムラサキのゲノム中の ABC タン
パク質遺伝子の数が約 120 となったことは、シロイヌナズナやイネと比べて妥当であると思われる。今後、各メンバーの中から発現パターンの特性などを指標に、どのような代謝産物 が輸 送基 質とな りうる かを 推察し、解析すべきメンバーの優先順位づけをすることが必要となる。次の課題は、安定にこれら植物の ABC タ
ンパク質を発現できるホスト生物／株の選択になる。膜タンパク質として安定に特定の膜に発現／局在させられれば、候補となる二次代謝産物を使った輸送能解析が進められ、生理活性物質の蓄積に対する分子レベル

図 3

ム ラ サ キ を 含 む 植 物 ABC タ ン パ ク 質 の 分 子 系 統 樹の知見が得られることが期待される。

【成果発表】
1.

Tatsumi, K., Ichino, T., Isaka, N., Sugiyama, A., Moriyoshi, E., Okazaki, Y., Higashi, Y., Kajikawa, M.,
Tsuji, Y., Fukuzawa, H., Toyooka, K., Sato, M., Ichi, I., Shimomura, K., Ohta, H., Saito, K., Yazaki, K.,
Excretion of triacylglycerol as a matrix lipid facilitating apoplastic accumulation of a lipophilic metabolite
shikonin, J. Exp. Bot., 74 (1), 104 – 117, (2023). doi: 10.1093/jxb/erac405.

2.

Li, H., Matsuda, H., Tsuboyama, A., Munakata, R., Sugiyama, A., Yazaki, K., Inventory of ATP-binding
cassette proteins in Lithospermum erythrorhizon as a model plant producing divergent secondary
metabolites, DNA Res., 29 (3), 1-12 (2022). doi: 10.1093/dnares/dsac016

3.

Kiyoto, S., Ichino, T., Awano, T., Yazaki, K., Improved chemical fixation of lipid-secreting plant cells fortransmission electron microscopy, Microscopy, 71(4): 206-213 (2022). doi: 10.1093/jmicro/dfac018.

4.

棟方涼介、矢﨑一史、合成生物学を利用したメロテルペン類とアルカロイドの微生物生産、植物の生長調節、Vol.57, No.2, 93-99, (2022).

【共同研究者】
杉山暁史（京都大学 生存圏研究所）、棟方涼介（京都大学 生存圏研究所）、渡辺文太（京都大学
化学研究所）、高梨功次郎（信州大学）、アラン ヘーン（ロレーヌ大学 INRA）、フレデリック
ブルゴー（PAT フランス）、山本浩文（東洋大学 生命科学部）、松井健二（山口大学大学院創成科学研究科）、肥塚崇男（山口大学大学院創成科学研究科）- 221 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

3.1.3

抗腫瘍性リグナンの生物生産に向けた単位反応の構築（代表：梅澤俊明）【研究の背景と目的】
様々
リグナンとは二分子のフェニルプロパン単量体が C8 同士で結合した化合物の総称であり、な有用生理活性を有している。抗腫瘍性リグナンであるポドフィロトキシンは、同化合物を産生する植物の希少さから、安定した生物生産系の確立が望まれている。ポドフィロトキシンの生合
成経路は植物種によって異なっており、近年、同生合成経路上の複数の酵素遺伝子がヒマラヤハ
ッカクレン（Podophyllum hexandrum）やシャク（Anthriscus sylvestris）などの植物から単離されてはいるが、未だいくつかの反応段階に関与する酵素遺伝子は同定されていない。
シャクのポドフィロトキシン生合成経路おいては水酸化及び環化の反応段階に関与する酵素遺伝子が未同定である。本年度の研究では、ヤテインからデオキシポドフィロトキシンへの環化反応を触媒する 2オキソグルタル酸依存性ジオキシゲナーゼ（2ODD）の反応の立体化学特性について解析を進め、その成果について論文投稿した。また、シャクなどのポドフィロトキシ
ン産生植物のリグナン OMT の比較解析を進め、その成果を論文で公表した。

図 ４ シ ャ ク （ Anthriscus sylvestris）【研究の結果および考察】
基 質 の エ ナ ン チ オ マ ー に 関 す る 選 択 性 の 検 証 に つ い て 、 As2ODD は (-)-yatein を (-)deoxypodophyllotoxin へ変換することが示され、さらに反応の速度論解析を行った。基質特異性について、反応を試みた yatein 以外のいずれのリグナン基質に対しても As2ODD の酵素活性は検出されなかった。さらに反応機構をヒマラヤハッカクレンの対応する酵素、Ph2ODD、と比較しその結果について論文投稿した。また。yatein の生合成に関わる O-methyltransferase について、シャク、ヒマラヤハッカクレン、及びヒノキアスナロ (Thujopsis dolabrata var. hondae)から得られる酵素についてアミノ酸配列相同性、反応の基質特異性等を総合的に解析した。その結果、シャクとアオモリヒバの酵素（AsSNYOMT および TdSNYOMT）については、平行進化により同様の機能を獲得したことが示された。さらにその他のリグナン OMT も含めて解析することにより、リグナ
ン生合成系は各植物に於いて系統特異的に進化していることが示された。

【今後の展開】
シャクにおけるポドフィロトキシン生合成経路については、水酸化の反応段階に関与する酵素遺伝子が同定されていないため、今後はこれら酵素遺伝子の同定を行い、合成生物学的なポドフィロトキシン産生への基盤を構築する。

【成果発表】
1.

小林慶亮, 山村正臣, 小埜栄一郎, 白石慧, 佐竹炎, 梅澤俊明，「シャクにおける yatein の環化に関与する 2-oxogluratate-dependent dioxygenase (As2-ODD) の機能解析」，第 39 回日本植物バイオ- 222 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

テクノロジー学会（堺）大会 2022 年 9 月 11 日（日）～13 日（火）2.

Masaomi Yamamura, Masato Kumatani，Akira Shiraishi, Yu Matsuura, Keisuke Kobayashi, Ayano
Suzuki, Atsushi Kawamura, Honoo Satake, Safendrri Komara Ragamustari, Shiro Suzuki, Hideyuki
Suzuki, Daisuke Shibata, Shingo Kawai, Eiichiro Ono, Toshiaki Umezawa, Two O-methyltransferases
from phylogenetically unrelated Anthriscus sylvestris and Thujopsis dolabrata var. hondae as asignature of lineage-specific evolution in aryltetralin lignan biosynthesis, The 61st Annual Meeting of
the Phytochemical Society of North America(PSNA), Blacksburg, VA, US, July 24-28, 2022

3.

Masaomi Yamamura, Masato Kumatani, Akira Shiraishi, Yu Matsuura, Keisuke Kobayashi, Ayano
Suzuki, Atsushi Kawamura, Honoo Satake, Safendrri Komara Ragamustari, Shiro Suzuki, Hideyuki
Suzuki, Daisuke Shibata, Shingo Kawai, Eiichiro Ono, Toshiaki Umezawa, Two O-methyltransferases
from Phylogenetically Unrelated Cow Parsley (Anthriscus sylvestris) and Hinoki-asunaro (Thujopsis
dolabrata var. hondae) as a Signature of Lineage-specific Evolution in Lignan Biosynthesis, Plant andCell Physiology, in press【共同研究者】
小林慶亮、飛松裕基、梅澤俊明（京大・生存研）、小埜栄一郎（サントリーグローバルイノベーショ
ンセンター（株））、白石慧、佐竹炎（（公財）サントリー生命科学財団）、山村正臣（徳島大）3.1.4

生理活性物質の輸送体の同定と有用物質生産への応用（代表：杉山暁史）【研究概要】
植物細胞等を用いた生理活性成分の生産を効率的に生産するために、輸送体を同定し、生合成系遺伝子と組み合わせて異種発現系に導入することを目指す。これまでに、ダイズ根から分泌されるイソフラボンやソヤサポニンに着目し、トランスクリプトーム解析により、生合成系遺伝子との共発現から輸送体候補遺伝子を選抜した。イソフラボンの根圏への分泌に関与することが示唆されたアポプラスト局在の β—グルコシダーゼについてダイズ変異体を用いた解析を行った。
【研究の目的】ダイズのイソフラボン分泌に関与する遺伝子の同定と機能解析【研究の結果および考察】
トランスクリプトーム解析の結果から、イソフラボン分泌への関与が示唆された ABC タンパ
ク 質 遺 伝 子 と ア ポ プ ラ ス ト 局 在 β － グ ル コ シ ダ ー ゼ （ ICHG: isoflavone conjugate-specific βglucosidase）の解析を行っている。ABC タンパク質遺伝子に関しては、タバコ植物体を用いた輸送解析を試みたが、形質転換体において ABC タンパク質の発現が確認できなかったため、輸送解析を行うホストを酵母細胞に変更して、解析を試みている。ICHG に関しては、ダイズ変異体ライ
ブラリーから ichg 変異体をスクリーニングし、2 系統の変異体を得た。変異体の戻し交雑と自殖により得られたホモ接合型の ichg 変異体と ICHG 野生型個体を用いて、各種の解析を行った。水

- 223 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

耕栽培でのイソフラボン分泌、蓄積量への影響を調べるとともに、窒素欠乏用件・十分条件に設定したポットを用いた栽培で、トランスクリプトーム解析、マイクロバイオーム解析、代謝物蓄積量の解析を行った。さらに、圃場環境においてもトランスクリプトーム解析、マイクロバイオーム解析、代謝物蓄積量の解析を行った。以上のデータを基に、ICHG 変異によるイソフラボン分
泌への影響を解析し ICHG がダイズ根圏のイソフラボン蓄積に関与することを明らかにした。輸送体を介した分泌と、ICHG を介した分泌がダイズ生育環境によってどのように変化するのかについて考察している。

【今後の展開】
トランスクリプトーム解析により得られた候補遺伝子（ABC 輸送体）を用い生理活性物質の輸送体を同定する。

【成果発表】
1.

松田 陽菜子、山﨑 由実、森吉 英子、中安 大、山﨑 真一、青木 裕一、高瀬 尚文、岡崎 伸、
永野 惇、加賀 秋人、矢﨑 一史、○杉山 暁史 「ダイズ根圏のイソフラボン蓄積に関与する
β-グルコシダーゼの解析」日本農芸化学会 2023 大会 2023 年 3 月 14 日（発表予定）【共同研究者】
荻田信次郎（県立広島大学）、士反伸和（神戸薬科大学）、青木裕一（東北大学）、永野惇（龍
谷大学）

図5

3.1.5

DASH 温室でのダイズの栽培試験

環境調和に向けた微細気泡水の利用（殺菌・洗浄）とその作用機序の解明（代表：上田義勝）【研究概要】
我々はこれまでにファインバブル（FB）などの微細気泡技術を利用して、環境に優しい洗浄技術になりうる応用研究を行ってきている。今年度は、その研究事例として、過去に行った東日本- 224 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

大震災での除染研究事例から発展し、除染効果・殺菌効果と微細気泡の特性を結びつけるための新規研究を行いつつある。

【研究の背景と目的】
微細気泡を利用した洗浄技術としては、気泡の圧壊による効果としての洗浄効率の向上や、過飽和状態で溶解された気体の効果など、いくつかの効果が考えられる。また、微細気泡水としての効果の他、添加する洗剤との相乗作用なども考えられる。我々は、特に FB 処理したメタケイ酸
ナトリウム水溶液(SMC)に着目し、2011 年の東日本大震災における除染実験に用いた。SMC は，界面活性剤を含まないため，環境負荷が小さく，泡立ちも無いという特長を有する。また、硬水、軟水、海水に対して使用が可能である。また、洗浄特性としては有機溶剤等の溶解洗浄と異なる『剥離洗浄』であるため、気泡、噴流、高圧、超音波、スプレー洗浄に適している。SMC は FB 処理する事で、通常のメタケイ酸ナトリウムとは違い、長期間結晶化しないという特徴があるが、その原理についてはまだ研究途上であるため、本テーマに於いて、その特性と作用機序を解明していく。

【研究の結果および考察】
SMC は、通常のメタケイ酸ナトリウム溶液と違い、長期間析出することなく洗浄効果を保持できる洗浄水である。過去の除染実験では効果が高く、また減容化の可能性もある事から、非常に有効な材料である。一方で、FB 処理する事による効果については、共振式質量測定法(Archimedes,
Malvern Panalytical)により本研究で初めてサブミクロンスケールで気泡と粒子を分離して計測し、その物性状態について確認する事ができた。メタケイ酸ナトリウムは、水和物として存在するが、周辺の水分子の状態が、微細気泡により変化している可能性もあるため、今後は京都大学複合原子力科学研究所と共に、基礎データを集めていきたい。

【今後の展開】
FB 処理による効果の違いについて、気泡と粒子との関係の他、今後は水の特性も含めた相関など、詳細なデータを確認していきたい。

【成果発表】
著書

図 ６ FB 処 理 し た 珪 酸 ナ ト リ ウ ム 溶 液 の 気
泡・粒子分布上田 義勝，佐藤 岳彦，高木 浩一，高橋克幸, 泡の生成・消泡の基礎と産業利用(第 9 章 ファインバブルを用いた殺菌・ウイルス不活化),ISBN 978-4-7813-1677-2, 2022

- 225 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

招待講演
1.

上田義勝, ファインバブルの基礎と応用 - 最新の研究事例について - ,[モノづくり力徹
底強化検討会] 入門ファインバブルセミナー, モノづくり日本会議（日刊工業新聞社）,
2022 年 9 月 21 日

2.

Hideaki Ohgaki, Yoshikatsu Ueda, Environment-friendly water teatment by fine bubbles, Aiming
for Environmental Friendly and Carbon Neutral System of Desalination and Water Treatment,
Japan Pavilion Seminar, COP27, Nov 8, 2022

3.

上田 義勝, 微細気泡 ファインバブル の多面的利用, グリーンエネルギーファーム産学
共創パートナーシップ ランチセミナー, 2022 年 12 月 13 日

国内学会
1.

上田 義勝, 徳田 陽明, 後藤 裕, 微細気泡を利用した洗浄技術について ケイ酸ナトリウムをマイクロバブル圧壊処理した洗浄剤の除染処理・減容化に関する研究,第 10 回マイクロナ
ノバブル学会学術総会 2022 年 12 月 11 日

【共同研究者】
徳田 陽明（滋賀大学 教育学部）, 谷垣 実（京都大学 複合原子力科学研究所）,西崎 嘉浩, 後
藤 裕（株式会社 クレハトレーディング）

3.2

大気質の安心・安全（代表：高橋けんし、矢吹正教）【研究概要】
人の健康に深くかかわる人間生活圏における大気質(air quality)の診断方法の開拓を目的として、車載型のライダー装置の開発、および、その検証実験を実際の都市域で実施したほか、cavityattenuated phase shift 法による都市型大気汚染の観測を行った。
【研究の背景と目的】
大気微量成分、とりわけ、オゾンや窒素酸化物といった微量ガスや大気エアロゾル粒子は、大気環境への影響のみならず、ヒトへの健康影響も懸念される。我々は、人間生活圏および森林圏に近い大気の化学的動態を探査する新しい手法の開拓を目指している。

- 226 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告【研究の結果および考察】
大阪府堺市を調査地域として、都市大気汚染の動態探査を目的とした連続観測を、大阪公立大学との共同で実施した。LED 光源を用いた二酸化窒素(NO2)センサーと超音波風向風速

2000

ラックスは朝 4 時から増加し始め、10 時頃から 16 時頃まで高止まりし、その後減少すると

0.35

1500

Aerosol Extinction
Coeff. (km-1)

NO2 フラックスを計測した。その結果、NO2 フ

Above Sea Level (m)計を組み合わせることにより、渦相関法による

1000
500

0

いう特徴的な日変化を示すことが分かってき137.0

た。また、車載ライダーを用いて、関西圏から関東圏までのエアロゾル鉛直分布の移動観測を複数回実施した。

138.0
139.0
Longitude (deg)140.0

図 ７ （ 上 ）観 測 ル ー ト（ 下 ）車 載 ラ イ ダ ー
で計測した道路上のエアロゾル鉛直分布（ 2022 年 11 月 2 日 18:45～ 3 日 02:20 JST）

【成果発表】

1.

岡村沙南，植山雅仁，高橋けんし，大阪府堺市の中心部における NO2 フラックスの変動解明に関する渦相関観測，第 63 回大気環境学会年会，2022 年 9 月 14-16 日．

2.

Yabuki, M., K. Miura, T. Mori, H. Hayami, and H. Kuze, A mobile vehicle lidar for observing
aerosol spatial distributions with high-range resolutions, 12th Asian Aerosol Conference (AAC)
2022（Taipei, Taiwan & Online）, 2022.6.12-6.16.

3.

Yabuki, M., K. Miura, T. Mori, H. Hayami, and H. Kuze, Aerosol Spatial Distribution Observed
by a Mobile Vehicle Lidar with Optics for Near Range Detection, 30th International Laser Radar
Conference (ILRC-30) (Online), 2022.6.26-7.1.

- 227 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

ミッション５：「高品位生存圏」
5-2）脱化石資源社会の構築（植物、バイオマス、エネルギー、材料）
飛松裕基、畑 俊充
京都大学 生存圏研究所
1. 概要
本ミッションでは、「脱化石資源社会の構築」をキーワードに、 ミッション 1-4 の研究成果をさらに発展・融合させ、生存圏科学の国際化とイノベーション創出を加速する強力な共同研究課題を推進する。
令和 4 年度は、昨年度に引き続き、4 つの主要テーマ：「バイオマス植物の分子育種と生物生産」、「革新的バイオマス変換技術」、「バイオマスをベースとした先端機能材料」、「マイクロ波エネルギー伝送
技術の社会実装」を設定し、以下の研究課題 8 件を進めた。

2. バイオマス植物の分子育種と生物生産
課題 5-2-1. リグニン代謝工学に基づくバイオマス生産植物のテーラーメード育種技術の開発 （研究代表：梅澤俊明、飛松裕基；共同研究先：徳島大、奈良先端大、北海道大学、理研、産総研、香港大、高麗大学校、ウィスコンシン大、ワシントン州立大、ワーゲニン
ゲン大学、上海植物生理生態研究所、インドネシア科学院、米国ブルックヘブン国立研究所、仏トゥールース生物工学研究所、スペイン高等科学研究院、他）
本 研 究 では、循 環 型 社 会 構 築 を担 うバイオマス生 産 植 物 の分 子 育 種 技 術 基 盤 の構 築 を目
指 し、リグノセルロース系 バイオマスの主 要 成 分 であるリグニンを様 々に改 変 した組 換 え植 物 の
作 出 と各 種 バイオマス特 性 の評 価 を国 内 外 の研 究 機 関 と共 同 で進 めている。本 年 度 は、前 年
度 に引 き続 き、ゲノム編 集 等 を活 用 したリグニン生 合 成 遺 伝 子 の発 現 制 御 により、リグニンの化学 構 造 や量 を改 変 したイネやポプラ組 換 え株 の作 出 に成 功 し、細 胞 壁 （特 にリグニン）生 合 成に寄 与 する新 規 遺 伝 子 群 の同 定 に成 功 するとともに、それらの発 現 を制 御 した組 換 え植 物 のバ
イオマスの構 造 と各 種 特 性 を明 らかにした。また、リグニン代 謝 工 学 に基 づくバイオマス生 産 植
物 の分 子 育 種 に向 け、イネやシロイヌナズナにおけるリグニン生 合 成 機 構 の解 析 を国 内 外 の研究 グループと共 同 で進 めた。
論 文 発 表 ：[1] Afifi et al., Genome-edited rice deficient in two 4-COUMARATE:COENZYME A LIGASE
genes displays diverse lignin alterations. Plant Physiol. 190, 2155–2172 (2022). [2] Martin et al.,Lignocellulose molecular assembly and deconstruction properties of lignin-altered rice mutants. Plant
Physiol. 191, 70–86 (2023). [3] Jeon et al., Pathogen-induced autophagy regulates monolignol transport andlignin formation in plant immunity. Autophagy, 19, 597–615 (2023). [4] 梅 澤 俊 明 、リグニン代 謝 工 学 によるイネ科 バイオマス植 物 の育 種 –リグニンの量 と構 造 の改 変 –、化 学 と生 物 、 60、565–572 (2022). 関 連 論 文発表他 4 件.

課題 5-2-10. 植物の脂質分泌能を利用した物質生産プラットホームの技術開発（研究代
表：矢崎一史、杉山暁史、棟方涼介；共同研究先：理化学研究所）
植 物 は、脂 溶 性 の物 質 を細 胞 外 に分 泌 してアポプラストに蓄 積 する能 力 がある。特 に表 皮 細
胞 は、ワックスなど高 脂 溶 性 物 質 を細 胞 外 に分 泌 する機 能 を有 するが、これは自 らの体 を乾 燥

- 228 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告から守 るために必 須 の能 力 でもある。通 常 、植 物 は培 養 細 胞 にすると、液 体 培 地 中 で生 育 する
ため乾 燥 から身 を守 る必 要 がなくなり、この能 力 を失 うが、ムラサキの細 胞 はこの脂 質 分 泌 能 力
を維 持 しており、M9 培 地 中 では脂 溶 性 物 質 のシコニンを細 胞 外 に大 量 に分 泌 する。シコニンは単 体 で水 系 に混 合 すると速 やかに結 晶 化 するため、生 細 胞 から分 泌 される際 には何 らかのマト
リックス脂 質 と共 存 することで輸 送 ／分 泌 されていると予 想 された。本 年 度 は、そのマトリックス脂質 の同 定 を行 った。理 化 学 研 究 所 との共 同 研 究 で、ムラサキ細 胞 でリピドーム解 析 を行 ったとこ
ろ、153 の脂 質 分 子 を検 出 し、クラスごとに分 けて分 泌 率 を算 出 した。その結 果 、全 脂 質 分 子 の中 で最 も分 泌 率 が高 かったのが、貯 蔵 脂 質 として知 られるトリアシルグリセロールであることが分かった。さらに詳 細 に GC-FID を用 いて TAG を構 成 する脂 肪 酸 を調 べたところ、分 泌 される TAG
は 16:0 と 18:0 を主 とする飽 和 脂 肪 酸 で構 成 されており、細 胞 内 に貯 蔵 される TAG は他 植 物 と共 通 で不 飽 和 度 が高 いことが判 明 した。飽 和 脂 質 の TAG が分 泌 されるという性 質 は、タバコ植物 体 においても同 様 に認 められ、植 物 の表 皮 細 胞 が持 つ共 通 の性 質 であることが示 唆 された。
ムラサキは脱 分 化 した培 養 細 胞 でありながら、表 皮 細 胞 の性 質 を維 持 していると考 えられ、今 後の応 用 展 開 が期 待 される。
論 文 発 表 ： [1 ] Tatsu mi et al., Ex cr etio n of triacylgl y cerol a s a mat rix lipid facilit ating apoplasti c
ac cu mu latio n o f a lip o p h ilic met ab o lite shikonin, J. Exp. Bot., 74 , 1 04-117 (2023). [2] Li et al.,
In v en to ry o f ATP-b in d in g cass ett e p ro tein s in Lithospe rmum e ry throrhizon as a m odel plant producing
d iv erg en t seco n d ary met ab o lites, D NA R es., 29, 1 -12 (2022). [3] Kiyoto et al., Improved che mic al
fix atio n o f lip id -secr etin g p lan t cells fo r tr ansmi ssio n electron mi cros copy, Mic roscopy, 71, 206-213(2 0 2 2 ). [4 ] 棟 方 涼 介 、 矢 﨑 一 史 、 合 成 生 物 学 を 利 用 し た メ ロ テ ル ペ ン 類 と ア ル カ ロ イ ド の 微 生 物 生 産 、
植 物 の生 長 調 節 、 Vo l.5 7 , No .2 , 93-9 9 , (2 022). 国 内 学 会 3 件 .

3. 革新的バイオマス変換技術
課題 5-2-3. マイクロ波・生物変換プロセスによるバイオマスの化学資源化（研究代表：
渡辺隆司、西村裕志；共同研究先：大陽日酸、日鉄エンジニアリング、京大化研、京大エ
ネ研、タイ国立科学技術開発庁（NSTDA）、チュラロンコン大、LIPI、Al-Azhar 大、ラオス
国立大、他）
バイオディーゼルの副 産 物 であるグリセロールをエタノールに高 効 率 で変 換 する酵 母 をゲノム
編 集 を利 用 して組 換 え株 は、グリセロールとグルコースを同 時 にエタノールに変 換 するため、グリセロールを用 いた植 物 バイオマスの酵 素 糖 化 前 処 理 物 からグリセロールと糖 を分 離 することなく、
直 接 エタノールを生 産 できる。この方 法 を、サトウキビ収 穫 廃 棄 物 に適 用 するプロセスの開 発 を進め、高 効 率 なバイオエタノール生 産 と抗ウイルスソルボリシスリグニンの同 時 生 産に成 功 した。この研 究は、ミッション 5-2 の他、タイ国 立 科 学 技 術 開 発 庁 (NSTDA)、インドネシア科 学 院（LIPI）、ラオス国 立 大 学 、京 都 大 学 エネルギー理 工 学 研 究 所 、エネルギー科 学 研 究 科 と共 同 実 施 している e-Asia 研 究 、未 踏 科 学 研 究 ユニットの持 続 可 能 社 会 創 造 ユニットの研 究 として実 施 している。e-Asia 研 究 では、サトウキビ収 穫 廃 棄 物 の前 処 理 、糖 化 酵 素 、乳 酸 およびイソブタノール生
産 菌 の分 子 育 種 、リグニン系 界 面 活 性 剤 の合 成 、微 生 物 によるキシロースからのキシリトールの
生 産 研 究 を実 施 した。また、JASTIP プロジェクトでは、東 南 アジア地 域 からスクリーングした白 色
腐 朽 菌 による環 境 汚 染 物 質 である染 料 廃 棄 物 の分 解 研 究 をインドネシア、マレーシアと行 い、論文 を発 表した [1 ] 。
論 文 発 表 ：[1 ] Nurhayat et al., Bioprospecting three newly isolated white-rot fungi from Berbak-Sembilang
Naitonal Park, Indonesia for biodecolorization of anthraquinone and azo dye. Biodiversitas J. Bio. Divers.
23, 613–623 (2022). [2 ] Ng u y en , H. et al., Funct ional and st ructur al char act eriz ations of ly tic
p o ly sacch arid e mo n o o x y g en ase, wh i ch co operat es syn ergistic ally with c ellula ses , from Cer iporiop sis- 229 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

su b ver misp o ra , ACS S u sta in a b le Ch em. Eng., 10, 923-934 (2022). [3] Chotirotsukon, C. et al.,Micro wav e-a c cel erat ed g ly cero ly si s of sugar cane tr as h using Lewi s acid, Al K(S O 4 ) 2 , for bioethanol
p ro d u ctio n , In d . Cro p s Pr o d ., 1 9 0 , 11 5 8 49 (2022). [4] Saito et al., Char act eri zation of novel de ep
eu tect ic so lv en t, ch o lin e ch lo rid e/g lu tami c acid, as effi cient solvent for l ignin diss olution, Chem. Lett.,
5 1 , 4 0 7– 4 11 (20 2 2 ). [5 ] To k u n ag a Y., Wat anabe, T., An investigation of the fa ctors controlling thech emi c al stru ctu re s o f lig n in d eh y d ro g en ation polymers, Holzfor schung, 7 7, 51-62 (2022).

課題 5-2-4. リグノセルロースの分岐構解析を基盤とした環境調和型バイオマス変換反応の設計（研究代表：西村裕志、渡辺隆司；共同研究先：京都大エネルギー理工学研、京都
大化研、群馬大学、富山県、他）
リグニンの利 活 用 はバイオマス全 体 利 用 の鍵 を握 るが、現 状 は変 性 した低 質 リグニンの熱 回
収 に留 まっている。リグノセルロースの多 様 な分 岐 構 造 を解 き明 かし、分 子 構 造 に基 づいてバイ
オマス変 換 法 を設 計 することが、植 物 基 礎 科 学 の発 展 と、植 物 資 源 を活 かしたサステイナブル
社 会 の実 現 につながる。特 にリグニン・多 糖 間 結 合 の解 明 は、バイオマスを化 学 品 、材 料 、エネ
ルギーへ変 換 する植 物 バイオリファイナリーの構 築 への貢 献 が期 待 される。植 物 バイオマスを環境 低 負 荷 プロセスによって高 付 加 価 値 素 材 へ変 換 するコア技 術 を国 内 及 び国 際 特 許 出 願 した。
これまで JST 戦 略 的 創 造 研 究 推 進 事 業 先 端 的 低 炭 素 化 技 術 開 発 ALCA (JPMJAL1504)、
科 研 費 若 手 研 究 A(16H06210)により推 進 してきた。２０２２年 度 は NEDO 事 業 、複 数 の民 間 企
業 との共 同 研 究 、科 研 費 挑 戦 的 研 究 (萌 芽 20K21333)、科 研 費 基 盤 研 究 B(21H02258)、JST
未 来 社 会 創 造 事 業 「分 子 構 造 に立 脚 した次 世 代 リグノセルロース素 材 の創 製 」などの支 援 を受け研 究 開 発 を進 めている。
論 文 発 表 ： [1] 招 待 依 頼 講 演 ： Hiroshi Nishimura, Fourier transform MS and NMR analyses oflignocellulose from forest trees, 2022.12.16, Finland-Japan Joint Seminar-Sustainable Water Managementin Forested Catchment 他 ２件 ；国 内 学 会 等 6 件 、国 際 学 会 2 件 ；西村裕志(依頼分担執筆), バイオプロセスを用いた有用性物質生産技術, ３章５節 植物細胞壁の破砕・溶解法の検討と分析・評価 pp162-170, 技術情報協会
ISBN：978-4-86104-904-0.

4.

バイオマスをベースとした先端機能材料課 題 5-2-5. セ ル ロ ー ス お よ び キ チ ン ナ ノ フ ァ イ バ ー を 用 い た 成 形 品 の 開 発 （ 研 究代表：阿部賢太郎、矢野浩之）
植 物 から単 離 されるセルロースナノファイバー（CNF）の多 孔 質 ネットワークで構 成 される「セルロースナノペーパー」は，軽 量 でありながら高 い強 度 と靭 性 を備 えた優 れた機 械 的 特 性 を示 す。
そのため，現 在 ，カーボンナノチューブナノペーパーとグラフェンナノペーパーと並 んで広 く研 究
されている。我 々も，セルロースナノペーパーの製 造 法 やその詳 細 な力 学 特 性 に関 する研 究 を
精 力 的 に行 なっている。本 年 度 は CNF とパルプを混 抄 したシートの湿 潤 特 性 について評 価 し、アルカリ処 理 で耐 水 性 が大 きく向 上 することを明 らかにした。
[1] Liu et al., Reinforcement of dry and wet paper sheets by cellulose nanofibers. Cellulose, 30, 1-12 (2022).
[2] Yang et al., Multifunctional cellulosic materials prepared by a reactive DES based zero-waste system. Nano
Lett., 22, 6128–6134 (2022). [3] Abe et al., Artificial lignification of a cellulose microfibril-based hydrogel andresulting effect on tensile properties. Holzforschung, 76, 9, 838-844 (2022).

- 230 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

課 題 5-2-6. バ イ オ マ ス か ら の エ ネ ル ギ ー 貯 蔵 デ バ イ ス の 開 発（ 研 究 代 表：畑 俊 充 、
小 嶋 浩 嗣 ； 共 同 研 究 先 ： リ グ ナ イ ト 、 イ ン ド ネ シ ア 科 学 院 LIPI、 他 ）CO2 の吸着と蓄電機能を併せ持つバイオマス炭を製造するために、トドマツ材熱処理物のアンモニ
アとの反応性、生成物の賦活処理に伴う化学組成変化、および結合した窒素の挙動について検討した。実験により得られた各種活性炭の 0℃における CO2 吸着等温線、およびこの吸着等温線を解析したところ、水蒸気賦活を行ったトドマツ材熱処理物の表面積が最も高い値となった。水蒸気賦活 12
分保持, 800℃18 分保持のトドマツ材熱処理物サンプルにおいて、電流密度を 20 mA/g, 50 mA/g,
100 mA/g, 200 mA/g に対して 518 F/g，399 F/g，323 F/g，および 299 F/g の比較的高い放電容量を示した。水蒸気による賦活条件の最適化により、高 CO2 吸蔵材としてリサイクル可能で優れた放電容量をもつ木質系電気二重層キャパシタ炭素電極の開発が可能であることが示された。
講 演 :畑 俊 充 他 , “トドマツ炭 を原 料 とした CO 2 吸 着 材 と電 気 二 重 層 キャパシタ電 極 の製 造 ”オンラインとのハ
イブリッド開 催 , 第 20 回 日 本 炭 化 学 会 研 究 発 表 会 2023.9.

課 題 5-2-11. 低 地 球 軌 道 で 利 用 す る た め の リ グ ニ ン 炭 の 微 細 空 隙 解 析（ 研 究 代 表：
畑 俊 充 、飛 松 裕 基 、小 嶋 浩 嗣；共 同 研 究 先：神 戸 大 学 工 学 研 究 科 、長 野 工 業 高 等 専
門学校、他）
宇 宙 圏 における木 質 の利 用 可 能 性 を検 討 するため、ブナおよびスギから芳 香 核 構 造 の異なるリグニン(MWL)を調 製 した。低 軌 道 宇 宙 環 境 下 で問 題 となる原 子 状 酸 素 (AO)に対 する抵 抗 性の付 与 を目 的 として、窒 素 気 流 下 1 時 間 700℃保 持 して得られた上 記 のサンプルに、AO 照 射を約 60 分 間 行 った。透 過 型 電 子 顕 微 鏡 （TEM）観 察 により、炭 化 した MWL は均 一 な細 孔 径を持 つ微 細 孔 で構 成されていることが明 らかになった。AO 照 射 により炭 素 骨 格 に変 化 が生 じ、
微 細 孔 径 が大 きくなり、孔 径 の分 布 幅 が広 がった。この結 果 は、含 酸 素 官 能 基 をあらかじめバイ
オマス炭 に付 加 しておけば、AO 照 射 による微 細 孔 径 や孔 径 分 布 の広 がりを抑 制 できることを示唆 しており、今 後 の材 料 開 発 に有 用 な情 報 を提 供 するものである。

5. マイクロ波エネルギー伝送技術の社会実装
課 題 5-2-7. マ イ ク ロ 波 無 線 電 力 伝 送 に 基 づ く IoT 技 術 の 実 証 研 究 （ 研 究 代 表 ： 篠
原 真 毅 、 三 谷 友 彦 ； 共 同 研 究 先 ： パ ナ ソ ニ ッ ク 、ミ ネ ベ ア ミ ツ ミ ）空間伝送型ワイヤレス給電(WPT)に関し長年の努力が実を結び、2022 年 5 月に電波法の省令改正により 3 周波数帯での WPT が適法となり、社会実装が行えるようになった。省令改正を受け、本
年 度はこれまでに開 発した IoT 用ワイヤレス給電 センサーの社会 実 装を行 った。パナソニックが「Enesphere」と名付けたワイヤレス給電センサーは 920MHz 帯での電波免許を取得し、販売を始めている。また今年度の省令改正は第 1 ステップと位置付けられ、屋内限定等の条件があるため、より広い WPT 応用を目指し、第 2 ステップとして屋外(トンネル内インフラ点検センサー)等の法制化の交渉も引き続き行っている。ミネベアミツミとの共同研究ではボルトセンサーの取り付ける小型 WPT
受電整流装置の開発を行っており、第 2 ステップの議論にフィードバックしている。
論 文 発 表 ：Kawai, K., et al., “Novel Structure of Single-Shunt Rectifier Circuit with Impedance Matchingat Output Filter”, IEICE Trans. C, Vol.E106-C, No.2, pp.50-58,Feb. 2023,等 14 本 ; 英 文 監 修 書 籍 1 冊 ,監 修 書 籍 中 国 語 訳 2 冊 , 国 際 招 待 講 演 18 件 ; 国 際 会 議 18 件 ; 受 賞 (学 生 , 国 際 等 )9 件 ; メディア発
表 : 42. ’22.3.25 TV KBS 京 都 「京 bizX」他 24 件 など.

以上- 231 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

ミッション 5：「高品位生存圏」
5-3) 日常生活における宇宙 ・大 気・地上間 の連 関性
山本衛、海老原祐輔
京都大学 生存圏研究所

主要テーマ：生活と社会のための宇宙インフラ・環境
A. 研 究 課 題 ： 衛 星 測 位 シ ス テ ム (GNSS)を 用 い た 大 気 圏 の 変 動 特 性 の 解 明
A-1. 研 究 組 織
代 表 者 氏 名 ： 矢 吹 正 教 、橋 口 浩 之 (京 都 大 学 生 存 圏 研 究 所 )共 同 研 究 者 ： 津 田 敏 隆 (京 都 大 学 生 存 圏 研 究 所 )A-2. 研 究 概 要 お よ び 成 果
雨 滴 が生 成 されるより前 の水 蒸 気 動 態 の把 握 は、強 雨 をもたらす降 水 系 の前 兆 現 象 や積 乱
雲 の急 激 な発 達 過 程 の理 解 の深 化 に繋 がり、ひいては防 災 気 象 情 報 を含 む気 象 予 報 の精 度
向 上 に貢 献 する。本 研 究 課 題 では、精 密 衛 星 測 位 システム(GNSS)の電 波 を大 気 計 測 に適 用
した GNSS 気 象 学 による水 蒸 気 量 の精 密 計 測 についての研 究 を推 進 する。2022 年 度 は、GNSS
受 信 機 を車 載 化 して可 降 水 量 を移 動 観 測 するための準 備 、および予 備 実 験 を実 施 した。大 気
計 測 用 ライダーと同 時 に移 動 計 測 することで、可 降 水 量 や大 気 微 量 物 質 の空 間 分 布 把 握 への貢 献 が期 待 される。また、GNSS 可 降 水 量 計 測 と、ドップラーライダーや気 温 ライダーと組 み合 わ
せた複 合 気 象 観 測 を信 楽 MU 観 測 所 で実 施 した。
A-3. 付 記
1) Yabuki, M., K. Matsuki , Y. Uchiho , E. Takeuchi and T. Hasegawa, Optical Design ofRotational Raman

Lidar Based on Double-Grating

Spectrometer for ProfilingtheAtmospheric Temperature in the Lower Troposphere, AGU Fall Meeting 2022, Chicago,
USA; Online, December 12-16, 2022.

B. 研 究 課 題 ： GPS を 用 い た 電 離 圏 3 次 元 ト モ グ ラ フ ィB-1. 研 究 組 織
代 表 者 氏 名 ：山 本 衛 （京 都 大 学 生 存 圏 研 究 所 ）共 同 研 究 者 ： 斉 藤 昭 則 （京 都 大 学 理 学 研 究 科 ）、斉 藤 享 （電 子 航 法 研 究 所 ）、
Nicholas Ssessanga（JSPS 外 国 人 特 別 研 究 員 ・京 都 大 学 生 存 圏 研 究 所 ）B-2. 研 究 概 要 及 び 成 果
GPS 観 測 網 GEONET を用 いた電 離 圏 電 子 密 度 の３次 元 トモグラフィの開 発 に取 り組 んでいる。電 子 航 法 研 究 所 が全 国 200 点 から得 ているリアルタイムデータを用 いたリアルタイム解 析 を
実 施 中 で、毎 日 の日 本 上 空 の電 子 密 度 分 布 を緯 度 ・経 度 方 向 の分 解 能 １度 ×１度 、高 度 分 解- 232 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

能 20km（全 て最 大 値 ）で毎 15 分 ごとに得 ている。MU レーダーによる電 離 圏 電 子 密 度 観 測 とトモグラフィ解 析 との比 較 によると、両 者 が比 較 的 よく一 致 するが、トモグラフィによる電 離 圏 高 度
が高 すぎる傾 向 があった。JSPS 外 国 人 特 別 研 究 員 （当 時 ）の Nicholas Ssessanga 博 士 が、従来 の GEONET からの GPS-TEC データに加 えて地 上 のイオノゾンデの一 般 的 な読 み取 りパラメータを付 加 する新 しい解 析 法 を開 発 した 1 ) 。結 果 は良 好 であり、電 子 密 度 の大 きさと高 さの両 方について、通 常 状 態 の電 離 圏 に対 しても磁 気 嵐 時 に対 しても、確 からしい結 果 をもたらす 2 ) 。この新 しい解 析 は、2022 年 1 月 にトンガで発 生 した巨 大 な海 底 火 山 噴 火 に伴 う日 本 上 空 の電 離
圏 変 動 の解 析 にも利 用 された 3 ) 。今 年 はさらに、GPS-TEC とイオノゾンデのデータ同 化 を行 う際に用 いる誤 差 分 散 行 列 について、検 討 を行 い適 正 化 を進 めることができた 4 ) 。今 後 は、この解析 手 法 のリアルタイム化 を推 進 していきたい。以 上 に加 え、2022 年 8 月 11 日 に JAXA 内 之 浦
宇 宙 空 間 観 測 所 から打 上 げられた観 測 ロケット S-520-32 号 機 には、独 自 に開 発 した 2 周 波 ビ
ーコン送 信 機 とアンテナを搭 載 し、観 測 を成 功 させることができた 5 ) 。

B-3. 付 記
1)
2)
3)
4)
5)

Ssessanga, N. et al., Complementing regional ground GNSS-STEC computerized ionospheric tomography (CIT)with ionosonde data assimilation, GPS solutions, GPSS-D-20-00186R4, May 2021.
Ssessanga, N. et al., Assessing the performance of a Northeast Asia Japan-centered 3-D ionosphere specification
technique during the 2015 St. Patrick’s Day geomagnetic storm, EPS, 73(1), doi:10.1186/s40623-021-01447-8,
2021.
Saito S., Ionospheric disturbances observed over Japan following the eruption of Hunga Tonga-Hunga Ha'apai
on 15 January 2022. EPS, 74:57. doi:10.1186/s40623-022-01619-0, 2022.
野 崎 太 成 , イ オ ノ ゾ ン デ 同 化 GNSS 電 離 圏 3 次 元 ト モ グ ラ フ ィ 解 析 の 改 良 と 事 例 解 析 , 学 資 論 文 , 京 都
大 学 工 学 部 電 気 電 子 工 学 科 , 2023 年 2 月 .
山 本 衛 , 高 橋 透 , 芦 原 佑 樹 , 観 測 ロ ケ ッ ト S-520-32 号 機 と 自 前 開 発 機 器 に よ る ロ ケ ッ ト － 地 上 間 の 電 離
圏 全 電 子 数 観 測 , 第 152 回 地 球 電 磁 気・地 球 惑 星 圏 学 会 講 演 会 , 相 模 原 市 立 産 業 会 館 , 2022 年 11 月 4 日 .

C. 研 究 課 題 ： 地 磁 気 誘 導 電 流 と 電 力 系 統C-1. 研 究 組 織
代 表 者 氏 名 ： 海 老 原 祐 輔 （京 都 大 学 生 存 圏 研 究 所 ）共 同 研 究 者 ： 大 村 善 治 （京 都 大 学 生 存 圏 研 究 所 ）、後 藤 忠 徳 （兵 庫 県 立 大 学 ）、
中 村 紗 都 子 （名 古 屋 大 学 ）、亘 慎 一 (情 報 通 信 研 究 機 構 ）、
菊 池 崇 （名 古 屋 大 学 ）、田 中 高 史 （九 州 大 学 ）、藤 田 茂 （気 象 大 学 校 ）C-2. 研 究 概 要
磁 気 嵐 な ど 地 球 周 囲 の 宇 宙 空 間 が 乱 れ る と 送 電 線 に 地 磁 気 誘 導 電 流 (geomagneticallyinduced current, GIC)が流 れ、停 電 など深 刻 な影 響 を与 えることがある。GIC 災 害 が起 こる頻 度
は極 めて低 いが、ひとたび起 これば現 代 社 会 に生 きる私 たちの生 命 ・生 存 に対 し脅 威 となる。
GIC の測 定 と計 算 スキームの開 発 を通 し、社 会 的 影 響 評 価 に向 けた研 究 基 盤 の構 築 を目 指 す。

C-3. 研 究 成 果
1989 年 3 月 に発 生 した巨 大 磁 気 嵐 の影 響 で過 剰 な GIC が各 地 の送 電 網 を流 れ、カナダでは約 9 時 間 にわたり停 電 が発 生 した。カナダで発 生 した停 電 の原 因 は巨 大 な惑 星 間 空 間 衝 撃
波 と考 えられている。一 般 に惑 星 間 空 間 衝 撃 波 は地 磁 気 を大 きく乱 すことから大 振 幅 GIC の原- 233 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

因 の一 つとされ、その原 因 を明 らかにすることは太 陽 活 動 に伴 う停 電 を防 ぐ上 で重 要 である。電磁 流 体 シミュレーションで惑 星 間 空 間 衝 撃 波 が到 来 したときの地 磁 気 変 動 を模 擬 し、それらが最 大 振 幅 となる領 域 を調 べた。地 方 時 に関 わらず磁 気 緯 度 60～80 度 の広 い範 囲 で地 磁 気 と
地 電 場 が乱 れ、太 陽 風 速 度 と太 陽 風 密 度 が上 がるほどその振 幅 は大 きくなった。1989 年 3 月にカナダで停 電 が発 生 したときに観 測 された地 磁 気 変 動 との比 較 を行 い、停 電 に至 った原 因 の解 明 を目 指 していきたい。

C-3. 付 記1)

張 天 , 海 老 原 祐 輔 , MHD simulations of responses of ionospheric currents and ground electric field
variations under different solar wind conditions, 第 152 回 地 球 電 磁 気 ・ 地 球 惑 星 圏 学 会 講 演 会 , 神 奈 川
県 相 模 原 市 , 2022 年 11 月 3-7 日

D. 研 究 課 題： MU レ ー ダ ー・小 型 無 人 航 空 機 (UAV)観 測 に よ る 大 気 乱 流 特 性 の 国 際
共同研究D-1. 研 究 組 織
代 表 者 氏 名 ： 橋 口 浩 之 (京 都 大 学 生 存 圏 研 究 所 )共 同 研 究 者 ： Lakshmi Kantha (米 コロラド大 学 )、Dale Lawrence (米 コロラド大 学 )、Hubert
Luce (京 都 大 学 生 存 圏 研 究 所 )、Richard Wilson (仏 LATMOS, CNRS)、矢吹 正 教 （京 都 大 学 生 存 圏 研 究 所 ）D-2. 研 究 概 要 及 び 成 果
乱 流 混 合 は熱 や物 質 の鉛 直 輸 送 に寄 与 する重 要 なプロセスであり、これまで、MU レーダーを用 いたイメージング(映 像 )観 測 により大 気 乱 流 の発 生 ・発 達 ・形 成 メカニズムや、メソ～総 観 規
模 現 象 との関 連 が研 究 されてきた。日 米 仏 の国 際 共 同 研 究 により、2015～2017 年 の 6 月 にコロ ラ ド 大 で 開 発 さ れ た 気 象 セ ン サ ー を 搭 載 し た 小 型 無 人 航 空 機 (Unmanned Aerial Vehicle;
UAV)と MU レーダーとの同 時 観 測 実 験 (ShUREX(Shigaraki, UAV-Radar Experiment)キャンペーン)が行 われた。UAV は、小 型 (両 翼 幅 1m)、軽 量 (700g)、低 コスト(約 $1,000)、再 利 用 可 能 、GNSS による自 律 飛 行 可 能 で、ラジオゾンデセンサーを流 用 した 1Hz サンプリングの気 温 ・湿
度 ・気 圧 データに加 えて、100Hz の高 速 サンプリングのピトーセンサーによる乱 流 パラメータの高分 解 能 データを取 得 した。MU レーダーおよび 1.3GHz 帯 大 気 レーダーで推 定 された乱 流 エネ
ルギー消 散 率 と比 較 し、シアによって生 成 された乱 流 に対 しては、ブラントバイサラ振 動 数 よりもむしろシアとレーダーで観 測 されたスペクトル幅 の 2 乗 から求 めるのが良 いことが分 かった。さらに、シアとスペクトル幅 に比 例 関 係 があることから、スペクトル幅 の 3 乗 が乱 流 エネルギー消 散 率
推 定 の良 い指 標 になることを見 出 した。

D-3. 付 記2) H. Luce, L. Kantha, H. Hashiguchi, D. Lawrence, A. Doddi, and M. Yabuki, Estimation of TKE
Dissipation Rate from Radar Data using a Weak Stratification Model, 日 本 気 象 学 会 2022 年 度 春 季- 234 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

大 会 , オンライン, 2022 年 5 月 17-20 日 .
3)Hubert Luce, Hiroyuki Hashiguchi, Laskhmi Kantha, Abhiram Doddi, Dale Lawrence, and Masanori
Yabuki, Estimation of Turbulence Kinetic Energy dissipation rate from MST radar and Wind profiler
data using in-situ UAV measurements and a Weak Stratification Model, 日 本 地 球 惑 星 科 学 連 合 2022
年 大 会 , 幕 張 ・オンライン, 2022 年 5 月 22-6 月 3 日 .

4)Hubert Luce, Lakshmi Kantha, Hiroyuki Hashiguchi, Abhiram Doddi, Dale Lawrence, and Masanori
Yabuki, Turbulence Kinetic Energy dissipation rate estimated from clear air radar data: comparisonsof models in light of DataHawk UAV measurements, Optica Imaging and Applied Optics Congress /Optical Sensors and Sensing Congress, Vancouver, British Columbia, Canada, July 11-15, 2022.

E. 研 究 課 題 ： 宇 宙 か ら の 粒 子 降 り 込 み に よ る 大 気 微 量 成 分 変 動 現 象 の 解 明E-1. 研 究 組 織
代 表 者 氏 名 ： 栗 田 怜 （京 都 大 学 生 存 圏 研 究 所 ）共 同 研 究 者 ： 小 嶋 浩 嗣 （京 都 大 学 生 存 圏 研 究 所 ）、三 好 由 純 （名 古 屋 大 学 ）、齊 藤 慎 司 （情 報 通 信 研 究 機 構 ）E-2. 研 究 概 要
宇 宙 空 間 で自 発 的 に放 射 される電 磁 波 により、地 球 大 気 へ高 エネルギーの粒 子 が降 り込む。地 球 大 気 に降 り込 んだ粒 子 は超 高 層 大 気 の異 常 電 離 ・加 熱 を通 して大 気 微 量 成 分 の組 成 に変 化 を引 き起 こす。この過 程 を理 解 するため、科 学 衛 星 による電 磁 波 ・粒 子 観 測 と数 値 実 験 により降 り込 み粒 子 を推 定 し、大 気 微 量 成 分 の変 動 現 象 への理 解 へとつなげる。

E-3. 研 究 成 果
あらせ衛 星 によって観 測 された高 エネルギー電 子 フラックスの変 動 現 象 の原 因 に関 して、
観 測 データをもとに数 値 計 算 を行 い、コーラス波 動 と電 子 の非 線 形 波 動 粒 子 相 互 作 用 の重 要 性 を指 摘 した。この数 値 計 算 と観 測 データの比 較 により、地 球 大 気 へ降 り込 む電 子 フ
ラックスの定 量 評 価 の精 度 向 上 が見 込 まれている。また、地 上 VLF 送 信 局 に由 来 する電波 が引 き起 こす、定 常 的 な電 子 降 り込 みの存 在 について議 論 するために、磁 気 圏 内 における VLF 送 信 局 に由 来 する電 波 の空 間 分 布 を、あらせ衛 星 の観 測 データから統 計 的 に明らかにすることに成 功 した。この結 果 をもとに、VLF 送 信 局 から発 せられる電 波 による電 子 の
大 気 降 り込 みの量 を見 積 もる研 究 を進 めた。

E-4. 付 記
1)

Kurita, S., et al., High temporal variation in electron fluxes during flux burst events observed by theArase satellite, 第 152 回 地 球 電 磁 気 ・ 地 球 惑 星 圏 学 会 講 演 会 , 神 奈 川 県 相 模 原 市 , 2022 年 11 月 3-7 日

2)Saito, S., et al., High temporal variation in electron fluxes during flux burst events: Test particle
simulation, 第 152 回 地 球 電 磁 気 ・ 地 球 惑 星 圏 学 会 講 演 会 , 神 奈 川 県 相 模 原 市 , 2022 年 11 月 3-7 日- 235 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

ミッション５：「高品位生存圏」
5-4）木づかいの 科学による 社会 貢献（木造建築、木質住環境、木質資源・データベース、木づかいの変遷）

五十田博、田鶴寿弥子、中川貴文、梅村研二
京都大学 生存圏研究所
我 が 国 の 適 所 適 材 の 用 材 観 や 、建 造 物 の 仕 口 を は じ め と し た 伝 統 構 法 は 、ア ジ ア 域 の相互的文化交流の歴史によって培われた賜物である。木材はこれらの文化的情報を今に 伝 え る 媒 体 で あ る の み な ら ず 、年 輪 に は 古 環 境・気 候 の 情 報 を 記 録 し て い る 。こ れ ら
木材から抽出・保存できる情報を社会に還元することで新しい持続的社会構築の糧とす る 必 要 が あ る 。一 方 、ア ジ ア 域 に お け る 伝 統 的 な 木 造 建 築 か ら 、最 新 の 中 層 木 造 建 築までの種々の住環境的特徴や構造的性能を評価することにより「木づかい」の理解を深化させるとともに、その知見に立脚した新しい高性能木質素材を開発・利用すること に よ り 、安 心 安 全 な 未 来 型 木 質 住 空 間 の 創 成 に 貢 献 で き る 。こ の よ う な 立 場 か ら 、本ミ ッ シ ョ ン に お い て は 、 A： 木 材 情 報 の 調 査 と 保 存 、 B： 安 心 安 全 な 未 来 型 木 造 住 空 間の創成、の２つのテーマを大きな柱とし、各々に関連する以下の４つのサブテーマに沿って学際・国際・文理融合的研究を推進している。

5-4-1 木 の 文 化 の 調 査 と 保 存
1.研 究 組 織
代表者氏名：田鶴寿弥子（京都大学 生存圏研究所）
共同研究者：今井友也（京都大学 生存圏研究所）

2.研 究 概 要
我が国の適所適材の用材観念や伝統的木製品の数々は、国を超えた相互的文化交流の歴史によって培われた賜物であり、それらの知識なしに、我が国特有の木の文化を理解することは不可能である。本研究では、東アジアの文化財が多く保管されている
欧米の美術館などとともに、貴重な木彫像をはじめとした文化財の樹種識別や学術的研 究 を 実 施 す る こ と を 主 な 課 題 と し た 。特 に 国 内 は も と よ り 、欧 米 の 美 術 館・博 物 館 との 中 国 の 木 彫 像 の 樹 種 調 査 に 関 す る 共 同 研 究 の 実 施 を 進 め た 他 、DNA を 用 い た 歴 史 的
古材における樹種識別手法の基礎的研究についても徐々に進めている。

3.研 究 成 果
本年度もコロナ禍により欧米や東アジア諸国の美術館への訪問調査が叶わなかった- 236 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

ものの、各地の美術館・博物館などと密接にコンタクトをとりながら継続した文化財調査を進められた。
中でも出雲地方に由来するとされ、世界中に散逸した木彫像群について、それらを所 有 す る 北 米 の ホ ノ ル ル 美 術 館・ク リ ー ブ ラ ン ド 美 術 館・ロ イ ヤ ル オ ン タ リ オ 美 術 館・
フィラデルフィア美術館などとコンタクトをとって年代・樹種調査を行った結果、その 多 く が Magnolia. sp で あ る こ と を つ き と め 、う ち 3 点 が Ａ Ｍ Ｓ 年 代 測 定 に よ り 10-12
世紀の作であることを明らかにすることができた。このことにより、形態的特徴から
同 一 グ ル ー プ と 推 定 さ れ て き た こ れ ら の 約 20 体 の 木 彫 像 に つ い て 、樹 種・年 代 と い う
科 学 的 知 見 も 付 与 す る こ と が で き 、学 際 研 究 に 弾 み が つ い た 。本 研 究 に つ い て は 、論 文と し て 発 表 で き た 。こ の 調 査 の 結 果 、木 彫 像 の 材 料 と し て は 多 く は な い Magnolia. sp が出 雲 地 方 か ら 出 た と さ れ る 木 彫 像 に 使 用 さ れ て い た わ け で あ る が 、 2022 年 度 島 根 県 の木 彫 像 調 査 を 開 始 し た 結 果 、こ れ ま で に 多 く の 木 彫 像（ 仏 像・神 像 ）の 樹 種 調 査 を 完 了
し、そのうち仏像の調査結果については 3 月に論文が出版予定である。樹種調査の結
果 、島 根 県 一 帯 の 木 彫 像 に は カ ヤ や ヒ ノ キ に 加 え て 、Magnolia. sp が 使 用 さ れ て い る 事
例を複数発見した。これまで出雲地方の木彫像の樹種については科学的に調査された事例が大変少ないが、神話や古文書からも出雲が古代日本において特別な意味を持つ
地 域 で あ っ た こ と は 明 確 で あ る 。そ の 出 雲 に お い て は 、神 像 に つ い て の 伝 承 や 民 俗 誌 、
あ る い は 生 死 往 来 の 呪 物 と し て の 文 化 が 残 さ れ て お り 、現 在 、Magnolia. sp が 用 材 に 使用された理由を中心に、科学と人文学からのアプローチによる論文を執筆中である。
今年度、国内の建造物調査において当時の木材利用や木材流通を知る上で大きなヒン ト を も た ら す と 期 待 さ れ て い る 歴 史 的 古 材 を 用 い た DNA に よ る 樹 種 識 別 へ の 応 用を目指した研究を継続している。まだまだ更なる実験が必要ではあるが、解剖学的特徴 が 酷 似 し て お り 樹 種 判 別 が 難 し い 樹 種 に つ い て 、DNA に よ る 樹 種 同 定 を 可 能 と す るべく、今井を中心に研究が進められている。
ま た 、国 宝 如 庵 、松 殿 山 荘 好 文 亭 な ど 、茶 室 や 近 代 の 建 造 物 の 樹 種 調 査 な ど も 進 め ており、これらの調査結果についてもデータを蓄積したのち、論文とする予定である。
文化財から得られる科学的情報は、言うまでもなく日本の歴史ならびに東アジア地域の文化を知る上で重要である。今後もデータベースの拡充にむけて尽力したい。

4.付 記 （ 関 連 の 業 績 ）1, 論 文 ・ 紀 要
1) 濱 田 恒 志 , 田 鶴 寿 弥 子 , 島 根 県 内 に 所 在 す る 木 彫 仏 像 ・ 神 像 の 樹 種 調 査 , 古 代 文 化 研
究 , 2023. 印 刷 中2) 田 鶴 寿 弥 子 , 欧 米 に 散 逸 し た 神 像 群 を め ぐ る 木 材 解 剖 学 ×美 術 史 学 の 国 際 的 な 学 際 研
究 , 生 存 圏 研 究 , 2022.
3) Suyako Tazuru, Mechtild Mertz, Takao Itoh and Junji Sugiyama, Wood Identification ofJapanese and Chinese Wooden Statues Owned by the Museum of Fine Arts, Boston, USA, Journal- 237 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

of wood science, 2022. DOI:10.1186/s10086-022-02020-x
4) Mechtild Mertz, Suyako Tazuru, Shiro Ito, Cynthea Bogel, A Group of Twelfth-Century
Japanese Kami Statues and Considerations of Material Intentionality: Collaborative Research
Among Wood Scientists and Art Historians, Journal of Asian Humanities at Kyushu University(JAH-Q), 127-158, 2022.
2, 書 籍
田鶴寿弥子

ひとかけらの木片が教えてくれること

木 材 ×科 学 ×歴 史

淡交社

2022

年 8 月出版

5-4-2 年 輪 年 代 学 な ら び に 年 輪 気 候 学
1.研 究 組 織
代表者氏名：今井友也（京都大学 生存圏研究所）
共同研究者：田上高広（京都大学 理学研究科）
渡邊裕美子（京都大学 理学研究科）
田鶴寿弥子（京都大学 生存圏研究所）
杉山淳司（京都大学 農学研究科）

2.研 究 概 要
インドネシアやミャンマーをはじめとした熱帯域における気候変動を解明する一つの手がかりとして樹木成長輪に着目し、成長輪の幅や同位体比分析による年輪気候学の基礎研究を推進した。本年度は、これまでに取得したミャンマー産チークの年輪幅やセルロース同位体比データを再整理し、ミャンマーの年輪データのもつ気候学的な意味について考察した。

3.研 究 成 果
ミャンマーはアジアモンスーンによって複雑に影響を受ける。雨季前半にはベンガ
ル湾からの南西モンスーン、雨季後半には南シナ海からの南東モンスーン、そして乾季にはチベット高原からの北東モンスーンが卓越する。モンスーンよって齎される降水は農業を基盤とする生活にとって必要不可欠であり、気象災害を軽減するためにも過去に起こった降水履歴の理解は重要である。ミャンマーでは気象観測データが限られており、長期の降水を復元するためには代替となる降水プロキシを確立することが必 要 と さ れ て い る 。本 研 究 で は 、ミ ャ ン マ ー・バ ゴ ー 山 地 産 の チ ー ク の 年 輪 デ ー タ（ 年
輪 幅 と セ ル ロ ー ス 同 位 体 比 ）を 再 整 理 し 、気 象 観 測 デ ー タ と 比 較 対 比 す る こ と に よ り 、
水文プロキシとしての信頼性を評価した。その結果、セルロース同位体比は雨季の降- 238 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

水量と有意な負の相関を示し、当該地域で年輪同位体比が水文プロキシとして利用で
き る こ と を 明 示 で き た 。年 層 内 同 位 体 比 デ ー タ も 含 め て 、現 在 、こ れ ら の 研 究 成 果 を 学
術雑誌に投稿するための準備をしている。

4.付 記 （ 関 連 の 業 績 、 発 表 な ど ）1） Watanabe, Y., Katayama, Y., Li, Z., Nakatsuka, T. and Tazuru, S.

Assessments of tree-

ring intra-annual δ 1 8 O record for reconstructing hydroclimate with high temporal resolution.
(投 稿 中 )2） Katayama, Y., Watanabe, Y., Li, Z. and Nakatsuka, T. 2022.

Proxy assessments of tree-

ring intra-annual δ 1 8 O for precipitation reconstruction in Ashiu Forest Research Station, Kyoto.
JpGU Meeting 2022, May 29- June 3, 2022.

5-4-3 伝 統 構 造 ・ 未 来 住 空 間
1. 研 究 組 織代表者氏名：五十田 博（京都大学 生存圏研究所）
共同研究者：中川貴文（京都大学 生存圏研究所）
小松幸平（京都大学 生存圏研究所）
森 拓郎（広島大学 工学研究科）
荒木康弘（国土技術政策総合研究所）
北守顕久（大阪産業大学 工学部）
Que Zeli（ 中 国 南 京 林 業 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院 ）Yu-Lin Chung（ 台 湾 国 立 成 功 大 学 建 築 学 部 ）2. 研 究 概 要
東 ア ジ ア 地 域 に 共 通 す る 伝 統 的 木 造 建 築 物 の 材 料 活 用・構 法・構 造 上 の 特 徴 に 関 し 、
その技術背景と性能への影響を科学的手法によって探求することで、木づかいに対す
る先人の知恵を理解し、今後の木材活用に向けた応用を検討する。今年度はコロナ感
染拡大防止活動により、台湾や中国などとの活動はオンラインとして、国内で伝統的な構法に対する振動実験を実施した。また、木造建築物の実使用環境における種々の性 能 を セ ン シ ン グ 技 術 を 用 い て 調 査 す る 検 討 の 一 つ と し て 、米 国 で 実 施 予 定 の 10 階 建て木造建築物に加速度センサーを取り付ける計画を進めるとともに、日本の建物仕様との違いについて計算により明らかにした。

3. 研 究 成 果① 垂大斗肘木・頭貫・三本の丸柱で構成された伝統的木造架構の実験的研究- 239 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

東アジアの伝統木造建築においては、重たい屋根荷重を斗栱（組み物）を介して柱に集めて礎石に流す形式の軸組構造が数多く見受けられる。本研究の目的は２つあり、斗栱のみならず我国の木造建築で古代から使われている頭貫の存在価値とその仕様の違いが、柱の傾斜復元力に及ぼす影響を明らかにすることを研究目的の一つとした。この目的達成のため、4 種類の頭貫仕様と２種類の上載荷重レベルを実験パラメータとし、大斗肘木・頭貫・３本の丸柱から構成される架構モデル試験体を作成して、鉛直油圧ジャッキによる固定荷重を斗栱に載せつつ静的正負繰り返し水平加力を
水平油圧ジャッキで与えて架構の復元力特性を把握する実験を計画した。第二の目的
は、架構を構成する大斗肘木、頭貫そして柱の各構造要素に働くモーメントを構造要
素 の 要 所 に 貼 っ た ス ト レ イ ン ゲ ー ジ （ 以 下 SG と 記 す ） で 計 測 し 、 頭 貫 仕 様 の 違 い と上載荷重の大きさがモーメント抵抗能力に及ぼす影響を明らかにすることである。結果 の 詳 細 に つ い て は 付 記 し た 論 文 を ご 覧 い た だ き た い 。 な お 、 本 件 は JSPS 科 研 費 －国 際 共 同 研 究 加 速 基 金 [国 際 共 同 研 究 強 化 (B) 課 題 番 号 ： 19KK0113 研 究 代 表 者 ： 中
川 貴 文 ]の 一 環 と し て 実 施 し た 。
② 高層木造に関する検討と加速度センサーによる損傷検知技術確立のための計測
木 材 を 用 い て 6 階 建 て を 超 え 、 10 階 建 て を 超 え る よ う な 高 層 建 築 物 が 海 外 、 特 に オ
ー ス ト リ ア 、北 欧 で 建 て 始 め ら れ て い る 。日 本 で も 10 階 建 て 程 度 の 建 築 物 を 木 材 を 構造材料として用いる検討が始まっている。日本は前記の国々とは異なり、極大地震が発 生 す る 国 で 、か つ 高 温 多 湿 と 気 候 条 件 も 異 な る 。ま た 、地 震 後 に は 火 災 が 発 生 す る こと が あ る が 、建 物 の 倒 壊 に よ っ て 主 要 道 路 は も と よ り 、路 地 等 も 通 行 不 能 と な り 、消 防活動に支障をきたすことも想定され、耐火性についても厳しい規制がある。そのような な か 、米 国 で は 10 階 建 て の 木 造 建 築 物 を 対 象 に 振 動 台 実 験 を 実 施 し 、耐 震 安 全 性 を確認するとともに、損傷のない木造目指した建物の設計法の確認をおこなう予定である 。日 本 と 米 国 は 耐 震 基 準 が 異 な り 単 純 に 米 国 の 建 物 を 日 本 に 建 て る こ と は 難 し い が 、10 階 建 て の 建 物 を 対 象 に 日 本 の 耐 震 基 準 を 満 足 す る た め の 変 更 の 検 討 を 実 施 し た 。 ま
た、実験は今年度末から来年度 4 月に予定されており、その建物にセンサーを設置する た め の 計 測 計 画 を 立 て た 。 対 象 の 建 物 の 2 月 13 日 時 点 の 写 真 を 図 1 に 示 す 。
米国仕様から日本で実現させるための主要な変更箇所をまとめて表 1 に示した。詳細は付記 2 の文献を参照いただきたい。

- 240 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

表1

図1

日米仕様比較
項目

単位

日本仕様

壁厚さ

t[mm]

420

米国仕様
314

壁のヤング係数

Ew[N/mm2]

8560

7039
311x455

柱断面bxD[mm]

480x480

柱のヤング係数

Ec[N/mm2]

10500

6550

PC鋼棒

φ[mm]

4-φ40

4-φ35

初期張力

Pt[kN]

4680

1000

ダンパー降伏耐力

Py[kN]

156

31.74

ダンパー降伏変位

dy[mm]

3.02

7.62

ダンパー初期剛性

K[kN/mm]

51.7

4.2

ダンパー有り1次固有周期

1.11

1.69

ダンパー無しT[sec]

1.51

1.92

対 象 と し た 10 階 建 て 試 験 体

4. 付 記 （ 関 連 の 業 績 、 発 表 な ど ）1) 小 松 幸 平 、北 守 顕 久 、中 川 貴 文 、中 島 昌 一 、五 十 田 博 ： 大 斗 肘 木 ・ 頭 貫 ・ 三 本 の 丸柱で構成された伝統的木造架構の復元力特性と各構造要素で評価されたモーメン
ト抵抗性能に関する実験的研究；日本建築学会構造系論文集（採用決定）
2) 五 十 田 博 、 辻 拓 也 ： ロ ッ キ ン グ 壁 を 利 用 し た 10 階 建 て 木 造 の 日 本 仕 様 の 検 討 ； 日
本 建 築 学 会 学 術 講 演 梗 概 集 、 2022

5-4-4 未 来 型 木 造 建 築 に 資 す る 木 質 材 料 の 開 発
1.研 究 組 織
代表者氏名：梅村研二（京都大学 生存圏研究所）
共同研究者：松尾美幸（京都大学 生存圏研究所）
趙

中元 （中国南京林業大学）張敏

浙江農林大学）（中国

Ragil Widyorini（ イ ン ド ネ シ ア

ガジャマダ大学 森林学部）

Sukma Surya Kusumah（ イ ン ド ネ シ ア

BRIN 生 物 材 料 研 究 セ ン タ ー ）Rahma Nur Komariah（ イ ン ド ネ シ ア

スマトラ工科大学）

2.研 究 概 要
未 来 型 木 造 建 築 で は 、化 石 資 源 へ の 依 存 を 抑 え た 革 新 的 技 術 に よ る 持 続 可 能 な 木 質 材料の開発が求められる。昨今の世界的な森林面積の減少や低炭素化社会へ向けた様々な取り組みを考えると、農産廃棄物などの未利用リグノセルロースを木質材料の原料として積極的に利用するとともに、合成系接着剤をはじめとした化石資源由来の物質を出来る限り使用しない新たな接着技術を開発する必要がある。昨年は、バイオマス
を 利 用 し た 接 着 剤 と し て 、ス ク ロ ー ス と リ ン 酸 二 水 素 ア ン モ ニ ウ ム（ ADP）を 原 料 と した接着剤を利用し、オイルパームの樹幹の内層部分を原料に用いたパーティクルボー

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3-1 ミッション推進委員会活動報告

ド に つ い て 検 討 し た 。今 年 度 は 、ス ク ロ ー ス と ポ リ リ ン 酸 ア ン モ ニ ウ ム (APP)を 原 料 とした接着剤を用いて合板の製造を試み、接着剤の合成条件や合板の製造条件が物性に及 ぼ す 影 響 を 明 ら か に し た 。ま た 、接 着 剤 の 反 応 特 性 に つ い て 、各 種 機 器 分 析 を 用 い て明らかにした。

3. 研 究 成 果
合 板 用 接 着 剤 は 、単 板 に 塗 布 す る た め に あ る 程 度 の 粘 度 が 必 要 で あ る 。そ こ で 、ス ク
ロ ー ス と APP の 混 合 比 や 加 熱 温 度 、 加 熱 時 間 を 変 え て プ レ ポ リ マ ー 化 を 試 み た 。 そ の結 果 、ス ク ロ ー ス と APP の 混 合 比 を 80/20 と し 、115℃で 3 時 間 加 熱 し た 接 着 剤 が 最 も良 好 な 接 着 性 能 を 示 し た 。 ま た 、 合 板 の 製 造 条 件 を 検 討 し た と こ ろ 、 170℃、 7 分 の 条
件 で の 湿 潤 せ ん 断 強 度 は 0.81 MPa で あ り ， 中 国 国 家 規 格 GB/T 9846-2015 の 要 求 値 を満たした。この接着剤の硬化特性を調べるために不溶化率を測定したところ、加熱時
間 や 加 熱 温 度 と と も に 不 溶 化 率 が 直 線 的 に 増 加 す る こ と が 認 め ら れ た 。 ま た 、 DSC やTGA 分 析 の 結 果 、 136〜 156℃付 近 で 吸 熱 ピ ー ク が 確 認 さ れ 、 ま た 143℃付 近 で 著 し い
重 量 減 少 が 起 こ る こ と を 確 認 し た 。 こ れ ら の 結 果 は 、 ス ク ロ ー ス や APP 単 独 の 結 果 より も 優 位 に 低 く 、プ レ ポ リ マ ー 化 に よ る 反 応 が 考 え ら れ た 。NMR 分 析 の 結 果 、プ レ ポ
リ マ ー 化 接 着 剤 に は 単 糖 、オ リ ゴ 糖 、ケ ト ン 、HMF、シ ッ フ 塩 基 な ど が 確 認 さ れ た 。これ は 、ス ク ロ ー ス の 加 水 分 解 、カ ラ メ ル 化 、ア マ ド リ 転 位 な ど の 複 雑 な 反 応 が 起 こ っ た
こ と を 示 唆 し て い る 。 接 着 剤 硬 化 物 の Py-GC/MS お よ び FT-IR 分 析 を 行 っ た と こ ろ 、
窒素化合物とフラン化合物によるジメチレンエーテル結合の生成が確認された。今後の課題として、プレス温度を下げる方法を検討する必要性が認められた。
この他、共同研究者と研究の打ち合わせや留学生の受け入れについて協議するとともに、今後の取り組み等について意見交換を行った。

4. 付 記 （ 関 連 の 業 績 、 発 表 な ど ）1） Lin, QM; Zhang, X; Zhu, N; Kusumah, SS; Umemura, K; Zhao, ZY, Preparation andinvestigation of an eco-friendly plywood adhesive composed of sucrose and ammonium
polyphosphate,

Wood

Material

Science&Engineering,(2022)

DOI

10.1080/17480272.2022.2121176

2） Rahma Nur Komariah, Ni Putu Ratna Ayu Krishanti, Tsuyoshi Yoshimura, Kenji Umemura:
Characterization of Particleboard Using the Inner Part of Oil Palm Trunk (OPT) with a
Bio-based Adhesive of Sucrose and Ammonium Dihydrogen Phosphate (ADP),
BioResources, 17(3), 5190-5206 (2022), DOI: 10.15376/biores.17.3.5190-5206

3） Firda A. Syamani, Agus Z. Arifqi, Sasa S. Munawar, Sudarmanto Sudarmanto, Lilik Astari,
Kurnia W. Prasetiyo, Mohamad Gopar, Ismadi Ismadi, Sukma S. Kusumah, Mohd. H.
Hussin, Subyakto Subyakto, Yusuf S. Hadi, Kenji Umemura: UTILIZATION OF CITRIC
ACID AS BONDING AGENT IN SEMBILANG BAMBOO (Dendrocalamus giganteus- 242 -

3-1 ミッション推進委員会活動報告

Munro) PARTICLEBOARD PRODUCTION, Indonesian Journal of Forestry Research9(1):99-120, (2022), DOI: 10.20886/ijfr.2022.9.1.99-12- 243 -

3-2 生存圏アジアリサーチノード

生存圏アジアリサーチノード
梅 澤 俊 明 、 Hubert LUCE、 大 村 和 香 子 、 横 山 竜 宏 、 渡 邊 崇 人
1. 概 要生 存 圏 科 学 の 国 際 化 、特 に ア ジ ア 展 開 を 進 め る べ く 、2016 年 度 か ら「 生 存 圏 ア ジ ア リ サ
ー チ ノ ー ド (Humanosphere Asia Research Node ( 以 下 、 ARN))」 プ ロ グ ラ ム を ス タ ー ト さ せ
た 。 こ れ は 、 イ ン ド ネ シ ア に ARN を 整 備 ・ 運 営 す る こ と で 、 生 存 圏 科 学 を 支 え 、 さ ら に 発展させる国際的な人材育成を進めるとともに、国際共同研究のハブ機能を強化することを目 指 し て い る 。「 日 ASEAN 科 学 技 術 イ ノ ベ ー シ ョ ン 共 同 研 究 拠 点 － 持 続 可 能 開 発 研 究 の推 進 」 (JASTIP)な ど 既 に 推 進 中 の プ ロ ジ ェ ク ト と 連 携 し て 、 チ ビ ノ ン に あ る イ ン ド ネ シ ア
科 学 院 (LIPI)の 生 物 機 能 材 料 研 究 セ ン タ ー 内 に 「 生 存 圏 ア ジ ア リ サ ー チ ノ ー ド 共 同 ラ ボ 」
を 設 置 し 、 イ ン ド ネ シ ア 国 内 の 研 究 拠 点 （ 赤 道 大 気 レ ー ダ ー 、 バ ン ド ン の LAPAN 研 究 セ ン
ター、建築研等）で国際共同研究やキャパシティビルディング等の活動を推進してきた。
本 年 度 は 、主 に 以 下 の 3 サ ブ 課 題 を 実 施 し て い る が 、イ ン ド ネ シ ア に 於 い て LIPI や LAPAN
等 が イ ン ド ネ シ ア 国 家 研 究 イ ノ ベ ー シ ョ ン 庁 （ BRIN） に 改 組 さ れ た こ と 、 並 び に 当 研 究 所に新センターが設置されたことを受け、相互の研究組織の現状と将来の方向性を討議する
た め の ARN シ ン ポ ジ ウ ム を 開 催 し た 。
（１）熱帯バイオマスの生産・循環利用・環境保全共同研究
東南アジア地域は熱帯雨林をはじめ豊かな生態系を有しており、熱帯産早生樹などのバ
イオマスを高度に利用して、森林環境の保全・育成と新産業の創成、安心で安全かつ資源循環型社会の場を提供する大きな可能性を秘めている。インドネシアをはじめとする東南
アジア地域の研究者と日本の研究者が連携し、熱帯バイオマスの特質を理解しつつ、有用
熱帯植物の育種、生理活性物質の生産、バイオマスエネルギーの創出、木質材料の開発、機能性材料への変換を検討するとともに、熱帯材の劣化制御法や安価で高強度な木造住宅の建築法を開発することで、熱帯バイオマスの生産・循環利用・環境保全に貢献することを 目 指 し て い る 。現 在 進 行 中 の JASTIP-Net プ ロ ジ ェ ク ト で は 、熱 帯 バ イ オ マ ス の 有 効 利 用
法 の 研 究 を 国 内 や 東 南 ア ジ ア 諸 国 の 研 究 機 関 と 推 進 し た 。 SATREPS(熱 帯 荒 廃 草 原 の 植 生 回
復 に よ る バ イ オ マ ス エ ネ ル ギ ー と マ テ リ ア ル 生 産 )で は 、 イ ン ド ネ シ ア 研 究 者 と の 定 期 的なオンライン会議を通して共同研究を進めた。
（２）赤道ファウンテン共同研究
赤道域で地表から放出される大気物質は、対流圏を循環しつつ積雲や巻雲の生成・発達に寄与し、さらに対流圏界面を通過して成層圏に噴出され中高緯度に広く輸送される。赤道対流圏を源泉とする大気波動は中層大気の特異な長周期・不規則変動を駆動する。電離
圏では中性風によるダイナモ電場が地球磁場と相互作用してプラズマを噴き上げる。このような赤道域で特徴的な物質・エネルギーフローを「赤道ファウンテン」として総括的に- 244 -

3-2 生存圏アジアリサーチノード

捉え、その変動が特に激しい熱帯アジア・西太平洋域で、西スマトラ州のコトタバンに設置された赤道大気レーダー拠点観測に加えて、広域ネットワーク観測、衛星データ、数値
モデルを駆使して、その動態を解明し、全球に及ぶ大気変動を引き起こすメカニズムの解明を目指している。
なお、「 赤 道 フ ァ ウ ン テ ン 」は 生 存 圏 フ ラ ッ グ シ ッ プ 共 同 研 究 の 課 題 と し て も 採 択 さ れ ており、その詳細については別途報告する。
（３）生存圏データベースの国際共同研究
生存圏科学においては、個別の研究成果を蓄積し相互参照を推進するデータベースの整備が重要である。
「 生 存 圏 デ ー タ ベ ー ス 」は 研 究 所 が 蓄 積 し て き た デ ー タ の 集 大 成 で 、生 存
圏に関する様々な電子データや材鑑調査室の木質標本データから成る。電子データの年間の ア ク セ ス 回 数 は 1 億 回 に 達 し て お り 、 ARN で も こ れ ら を 用 い た 国 際 共 同 研 究 の さ ら な る
発 展 を 目 指 し て い る 。生 存 圏 デ ー タ ベ ー ス の う ち 独 自 に 取 得 し て い る 一 次 デ ー タ（ MU レ ー
ダ ー 、 EAR） を デ ー タ 記 録 装 置 (RAID, 140TB)に コ ピ ー し 、 デ ー タ 管 理 用 パ ソ コ ン と と も に
イ ン ド ネ シ ア ・ バ ン ド ン に あ る BRIN(旧 LAPAN)の 研 究 セ ン タ ー に 設 置 し て い る 。 こ れ に より、インドネシア国内からのアクセス性を向上させるとともに、データの保護を図っている 。さ ら に 、デ ー タ 交 換 シ ス テ ム で あ る IUGONET(超 高 層 大 気 長 期 変 動 の 全 球 地 上 ネ ッ ト ワ
ー ク 観 測・研 究 )の 機 能 を 活 用 し て 、イ ン ド ネ シ ア 国 内 で 生 存 圏 デ ー タ ベ ー ス の 活 用 を 進 め
た 。IUGONET で 開 発 さ れ た デ ー タ 解 析 ソ フ ト ウ ェ ア は 従 来 IDL(Interactive Data Language)
ベ ー ス で あ っ た が 、特 に 東 南 ア ジ ア 域 の 研 究 者 か ら の 高 い 要 望 に 応 え て 、MATLAB ベ ー ス の解析ソフトウェアがリリースされ、生存圏データベースの活用もより一層進むものと期待される。

2. 生 存 圏 ア ジ ア リ サ ー チ ノ ー ド 国 際 シ ン ポ ジ ウ ム
国内外で国際シンポジウムや国際ワークショップ、生存圏科学スクールを開催して、生存 圏 科 学 を 支 え る 国 際 的 な 人 材 を 育 成 す る も こ と も ARN の 重 要 な 活 動 の 一 つ で あ る 。 2017年 2 月にはマレーシア理科大学と連携して、マレーシア・ペナンで第 1 回アジアリサーチ
ノ ー ド 国 際 シ ン ポ ジ ウ ム を 、2017 年 7 月 に は 京 都 大 学 宇 治 キ ャ ン パ ス で 第 2 回 同 シ ン ポ ジ
ウ ム を 、2018 年 9 月 に は 台 中 市 の 国 立 中 興 大 学 に お い て 第 3 回 同 シ ン ポ ジ ウ ム を 、2019 年
12 月 26 日 ～ 27 日 に は 中 国 南 京 市 に お い て 南 京 林 業 大 学 と 共 催 で 第 4 回 同 シ ン ポ ジ ウ ム を
開 催 し た 。 2020 年 度 は 、 新 型 コ ロ ナ ウ ィ ル ス 感 染 拡 大 に 伴 い 、 Web 会 議 シ ス テ ム Zoom とRemo を 用 い て 、2020 年 12 月 22 日 ～ 23 日 に 第 5 回 同 シ ン ポ ジ ウ ム を オ ン ラ イ ン 開 催 し た 。
2021 年 度 も 2021 年 9 月 20 日 ～ 21 日 に 、 赤 道 大 気 レ ー ダ ー (EAR)の 完 成 か ら 20 周 年 を 記念した赤道大気に関するインドネシア国立航空宇宙研究所・京都大学国際シンポジウムと併 催 す る 形 で 、ANR シ ン ポ ジ ウ ム を オ ン ラ イ ン（ Zoom）開 催 し た 。本 年 度 は 、LIPI や LAPAN
な ど の BRIN へ の 改 組 と 、当 研 究 所 の 新 セ ン タ ー 設 置 を 受 け 、相 互 の 研 究 組 織 の 現 状 と 将 来の 方 向 性 を 討 議 す る た め の ARN シ ン ポ ジ ウ ム を 開 催 し た 。 な お 、 例 年 、 生 存 圏 科 学 ス ク ー- 245 -

3-2 生存圏アジアリサーチノード

図 1. 第 7 回 ARN 国際シンポジウム／第 10 回地球規模課題セミナー（オンライン開催）
ル (HSS)お よ び 国 際 生 存 科 学 シ ン ポ ジ ウ ム (ISSH)を イ ン ド ネ シ ア で LIPI と と も に 共 同 開 催しているが、今年度はインドネシアにおける新型コロナウィルスの感染状況を考慮して中止 と し た 。こ れ に 代 わ り 、ARN シ ン ポ ジ ウ ム と 併 催 す る 形 で 、第 10 回 地 球 規 模 課 題 セ ミ ナ
ー [10 th Sustainable Development Seminar (SDS )]を 実 施 し 、 特 に 日 本 側 の 若 手 研 究 者 と大学院学生を主な対象として、東南アジア地域特にインドネシアの科学及び社会情勢などに関する最新情報を提供する場を設けた。

3. キ ャ パ シ テ ィ ビ ル デ ィ ン グ
研 究 プ ロ ジ ェ ク ト （ JASTIP, SATREPS 等 ） に 関 連 し た キ ャ パ シ テ ィ ビ ル デ ィ ン グ と し て
セミナー等を実施した。生存研で定例開催しているオープンセミナーの一部を、ビデオ会
議 シ ス テ ム Zoom を 利 用 し て 、 宇 治 か ら 国 内 各 研 究 機 関 の 他 、 イ ン ド ネ シ ア の LIPI バ イ オ
マ テ リ ア ル 研 究 セ ン タ ー や LAPAN バ ン ド ン 研 究 セ ン タ ー に 双 方 向 配 信 し た 。 イ ン ド ネ シ ア- 246 -

3-2 生存圏アジアリサーチノード

側 か ら の 参 加 者 は 毎 回 そ れ ぞ れ 10 名 を 超 え 、 多 く の 質 疑 が 交 わ さ れ 、 有 益 な 時 間 と な った。数年前からオンラインセミナーを開催してきており、出張が困難なコロナ禍の状況でもセミナーを定期開催することができた。
赤道大気観測に関するキャパシティビルディングの一環として、例年、研究所スタッフ
がインドネシアを訪問し、インドネシア国内から研究者を招へいして、赤道大気レーダー
やラジオゾンデによる観測実習などを実施してきた。新型コロナウィルス感染症拡大による 渡 航 制 限 の た め に し ば ら く 中 止 し て い た が 、 今 年 度 は BRIN の 研 究 者 2 名 を 研 究 所 に 招
へいし、赤道大気レーダーのデータ解析演習を実施した。

4. 今 後 の 計 画
今 後 も 、生 存 圏 ア ジ ア リ サ ー チ ノ ー ド に 関 す る 国 際 シ ン ポ ジ ウ ム を 開 催 し 、ア ジ ア 諸 国 、
欧 米 諸 国 、 日 本 国 内 の 様 々 な 研 究 機 関 か ら 共 同 研 究 者 や 大 学 院 生 を 招 へ い (あ る い は オ ン
ラ イ ン 参 加 )し 、生 存 圏 科 学 の 国 際 展 開 を 議 論 し て 、新 た な 国 際 共 同 研 究 の 発 掘 と 国 際 研 究
コミュニティーの拡大、国際的な若手人材の育成、アジアリサーチノード機能の拡大を 目
指 し た い 。 ま た 、 Web 会 議 シ ス テ ム を 用 い て 英 語 に よ る 講 義 ・ セ ミ ナ ー な ど を 積 極 的 に 配信し、現地での会議を補うものとしても活用していきたい。赤道大気レーダーを中心とする日本・インドネシア・諸外国の研究者との国際共同研究を継続するとともに、生存圏データベースの国際化をより推進するための講義・セミナーなどの実施も検討したい。

- 247 -

3-3 生存圏フラグシップ共同研究

熱帯植物バイオマスの持続的生産利用に関する総合的共同研究

梅澤俊明
京都大学 生存圏研究所
1. 研 究 組 織代表者氏名：梅澤俊明（京都大学 生存圏研究所）
共同研究者：梅村研二（京都大学 生存圏研究所）
畑俊充（京都大学 生存圏研究所）

大村和香子（京都大学 生存圏研究所）
渡邊隆司（京都大学 生存圏研究所）
飛松裕基（京都大学 生存圏研究所）
小林優（京都大学 大学院農学研究科）

坂本正弘（京都大学 大学院農学研究科）
サ フ ェ ン ド リ コ マ ラ ラ ガ ム ス タ リ （インドネシア研究イノベーション庁）

2. 研 究 概 要
バイオエコノミー時代に在って、化石資源に代わり再生可能資源に対する依存度を上昇させることへの必然性は、既に世界的共通認識となっている。熱帯地域における木質バイ
オマス生長量は温帯域のそれをはるかに上回っており、熱帯木質バイオマスの効率的生産
利用が、再生可能資源依存型社会において極めて重要となる。本共同研究では、従来生存圏研究所で過去３０年以上蓄積してきた熱帯人工林に関する個別の成果に基づき、熱帯木質
バイオマス資源の持続的生産利用基盤の確立を最終目的として総合的研究を実施している。

3. 研 究 の 背 景 と 目 的[背 景 ]
世界の年間木材（リグノセルロース）利用量は約 20 億トンと見積もられており 1）、非木材系（主としてイネ科バイオマス植物）のリグノセルロース（木質）生産量は 36 億トンと見積もられている 2）。世界の原油使用量が 41 億トン／年程度であるので、木材生産量は原油使用量を凌駕する。一方世界の人工林からの用材生産量は全生産量の半分に満たず、未だ天然林からの大量の用材取得は続いている。今後天然林伐採は一層厳しく制限され、さらに、バイオマスリファイナリー構築のため、現在の木質需要に上積みし、バイオマスリフ
ァイナリー仕向け分を増産する必要がある。そこで、単位面積当たりの収量の高いバイオマス植物種の植林・栽培や、単位面積収量増加、荒廃・未利用地における持続的植林・バイ
オマス生産などの技術革新が必須となる。すなわち、アグロフォレストリーを含めた生態- 248 -

3-3 生存圏フラグシップ共同研究

的に多様なバイオマス持続的生産系の確立、植栽樹種の多様性の増大、耐病性個体の育種・選抜、病害抵抗性且つ高生産性の樹木やイネ科バイオマス植物の増産など、持続的生産・利用と周辺地域の環境保全、さらに我が国へのバイオマス輸送方法の確立、我が国における消費システムの確立に向けた様々な技術革新などが求められる。言うまでもなく、これらに加えてバイオマス生産地域住民の利益向上を図る必要がある。
熱帯地域は温帯地域に比べはるかに木質バイオマスの生産性が高いが、熱帯産業造林は
未だ持続的施業技術確立の途上にあり、樹病の発生など持続性の問題が急速に顕在化してきている。さらに、熱帯天然林の伐採跡地は、略奪的な焼畑耕作が無秩序かつ短期間に繰り返された結果、イネ科のアランアラン（チガヤ、 Imperata

cylindrica ）を主体とする

荒廃草原が大規模に広がっている。東南アジア全体の荒廃草原は 3500 万 ha（内、インド
ネシアは 1000 万 ha）に上る。天然林伐採によるバイオマス生産を厳しく制限し、すでに成立してしまっている荒廃草原をバイオマス生産地に転換することが極めて重要である。
バイオマス生産性に関して、樹木（年間で最大 20 ton ha -1 程度）よりイネ科の大型バイ
オマス植物（年間最大 100 ton ha-1）の方が数倍高い 1）。この荒廃草原に、年間 100 ton ha-1の生産性を有するイネ科バイオマス植物（ソルガム）を植栽すると、単純計算であるが、年間 35 億トンという世界の原油消費量に比肩する数値が得られる。この数値は変換効率を全く無視した単なる計算値であるが、イネ科バイオマスの重要性並びに荒廃草原の持続的活用の重要性を示していると言える。加えて、イネ科バイオマス植物は、リグノセルロース
成分の分離特性が木材系リグノセルロースに比べて高く、将来的なバイオマスリファイナ
リー利用に適すると考えられる

1）。さらにイネ科バイオマス植物では、穀物、ショ糖、飼料の生産も可能であり、生産に携わる地域住民の短期的な利便にも資するところが大きい。
以上のように、熱帯地域における持続的木質バイオマス生産には、人類が持続的に生存を続けるうえで必須の資源の生産という課題解決のみならず、地域住民の経済振興のような社会問題など生存圏全体に関わる様々な課題の開設に資する。そして、本研究の方向性
は科学技術イノベーション（STI）に基づく持続可能な開発目標（SDGs）の達成や社会的共通資本（SCC）の構築にも資するものであり、バイオエコノミーの概念にも適合する。

4. 研 究 の 結 果 お よ び 考 察
本年度は、昨年度に引き続き、（国研）科学技術振興機構（JST）／（独）国際協力機構（JICA）の地球規模課題対応国際科学技術協力プログラム（SATREPS）傘下の熱帯荒廃草原の植生回復によるバイオマスエネルギーとマテリアル生産に関する国際共同研究・政府開発援助プロジェクト研究をインドネシア国家研究イノベーション庁（旧インドネシア科学院）と共同で推進した。本年度は最終年度として 7 月中旬まで実施した。5 月には 3 年ぶ
りにインドネシアに渡航し、JICA による最終評価会に臨んだ。また、7 月には JST による最終評価会（遠隔開催）に臨んだ。令和４年 12 月 22 日には、第 13 回熱帯バイオマスフラ
ッグシップシンポジウム The 13th Tropical Biomass Flagship Symposium （第 488 回生- 249 -

3-3 生存圏フラグシップ共同研究

存圏シンポジウム）(The 488 Symposium on Sustainable Humanosphere)を Zoom による遠隔会議方式にて開催した。このシンポジウムでは、当所のSATREPS プロジェクトに加え、アジア・アフリカを対象地域とした植物バイオマス・食糧生産関係の SATREPS プ
ロジェクト関係者が参集し、プロジェクトの紹介を行うと共に、総合討論により共通する
問題点の解決や新たな研究の方向性の立案に資する議論を行った。
個別の研究としてアランアラン草原における栽培を最終目的とし、大型イネ科バイオ
マス植物のリグノセルロースの解析と高発熱型リグニンを有するイネ科熱帯バイオ
マ ス植物の分子育種に関する研究を一層進めた。これらの成果の一部は総説等で公表すると共に学会等で発表した。さらに、本年度は農産廃棄物のオイルパーム幹などを原料に用い、その成分を活かした接着技術を用いて優れた物性を有する木質材料の開発を行った。さらに、天然系接着剤の開発についても検討した。また、木材害虫による研究も継続し、特に木材穿孔害虫による木材の食害機構、特に腸内共生微生物による木材成分の分解機構について検討し、成果の一部を公表した。さらに、インドネシア及び日本に分布 す る イ エ シ ロ ア リ 属 兵 蟻 の 体 表 に お け る 体 毛 分 布 の 種 間 差 と 微 細 構 造 を 明 らかにした 。同 じ く 両 国 に 生 育 す る 早 生 広 葉 樹 チ ャ ン チ ン（Toonasinensis ）心 材 の シ ロ ア リ 及び木材腐朽菌に対する抵抗性を精査した。一方、熱帯バイオマス、未利用バイオマスの変 換 法 お よ び 化 学 品 、 機 能 性 材 料 、 バ イ オ 燃 料 へ の 利 活 用 に 関 す る 研 究 を JASTIP、eAsia プ ロ ジ ェ ク ト な ど を 通 し た 東 南 ア ジ ア 諸 国 と の 国 際 共 同 研 究 に よ り 推 進 し た 。

5. 今 後 の 展 開
個々の研究の一層の継続により、持続型社会の構築に資する有機物資源の環境対応
型持続的生産利用システムの確立に向けて、展開を図る。

6. 引 用 文 献1) Umezawa, T., Lignin modification in planta for valorization, Phytochem.
Rev. , 17, 1305-1327, 2018.
2) Tye, Y.Y., Lee, K.T., Abdullah, W.N.W., Leh, C.P., The world availabilityof non-wood lignocellulosic biomass for the production of cellulosic
ethanol and potential pretreatments for the enhancement of enzymaticsaccharification Renew. Sustain. Energy Rev. , 60, 155–172, 2016.
7. 付 記
B. Wikantyoso, T. Imai, S. Khoirul Himmi, Sulaeman Yusuf, T. Hata and T. Yoshimura, Ultrastructureand distribution of sensory receptors on the nonolfactory organs of the soldier caste insubterranean termite (Coptotermes spp.), Arthropod structure & development, 70,101201 (2022)
Andri Fadillah Martin, Yuki Tobimatsu, Pui Ying Lam, Naoyuki Matsumoto, Takuto Tanaka, Shiro
Suzuki, Ryosuke Kusumi, Takuji Miyamoto, Yuri Takeda-Kimura, Masaomi Yamamura, Taichi Koshiba,- 250 -

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Keishi Osakabe, Yuriko Osakabe, Masahiro Sakamoto, Toshiaki Umezawa, Lignocellulose molecularassembly and deconstructions of lignin-altered CAldOMT- and CAD-deficient rice mutants, Plant
Physiology, 191, 70-86 (2023)
Reza Ramdan Rivai, Takuji Miyamoto, Tatsuya Awano, Arata Yoshinaga, Shuoye Chen, Junji Sugiyama,
Yuki Tobimatsu, Toshiaki Umezawa, Masaru Kobayashi, Limiting silicon supply alters lignin
content and structures of sorghum seedling cell walls, Plant Science, 321, 111325 (2022)
梅澤俊明, リグニン代謝工学によるイネ科バイオマス植物の育種 –リグニンの量と構造の改変–, 化
学と生物, 60, 565-572 (2022)
梅澤俊明, 再生可能バイオマス資源の形成と利用, 京都大学環境報告書 2022, pp. 29 (2022)
Rahma Nur Komariah, Ni Putu Ratna Ayu Krishanti, Tsuyoshi Yoshimura,

Kenji Umemura,

Characterization of Particleboard Using the Inner Part of Oil Palm Trunk (OPT) with a Bio-based
Adhesive of Sucrose and Ammonium Dihydrogen Phosphate (ADP), BioResources, 17(3), 5190-5206 (2022)
Firda A. Syamani, Agus Z. Arifqi, Sasa S. Munawar, Sudarmanto Sudarmanto, Lilik Astari, Kurnia W.
Prasetiyo, Mohamad Gopar, Ismadi Ismadi, Sukma S. Kusumah, Mohd. H. Hussin, Subyakto Subyakto, Yusuf
S. Hadi, Kenji Umemura, Utilization of Citric Acid as Bonding Agent in Sembilang Bamboo (Dendrocalamus

giganteus Munro) Particleboard Production, Indonesian Journal of Forestry Research 9(1):99-120 (2022)
Nguyen, H., Kondo, K., Yagi, Y., Iseki, Y., Okuoka, N., Watanabe, T., Mikami, B., Nagata,
T. and Katahira, M. (2022) Functional and structural characterizations of lytic polysaccharide
monooxygenase,which

cooperates

synergisticallywithcellulases,

from

Ceriporiopsis

subvermispora, ACS Sustainable Chem. Eng., 10(2), 923-934.
Chotirotsukon, C., Sadat M. R. Khattab, Kobayashi, N., Katahira, M., Laosiripojana, N.,
Champreda, V., Watanabe, T. (2022) Microwave-accelerated glycerolysis of sugarcane trash using
Lewis acid, AlK(SO4)2, for bioethanol production, Ind Crops Prod, 190, 115849.
Bramantyo Wikantyoso, Tomoya Imai, Wakako Ohmura : Morphology and Ultrastructure Analysis
of Soldier Caste Sensory Receptors (Sensilla) in Subterranean Termite (Coptotermes, Isoptera),
Abstracts of 34th Annual Meeting on Japan Environmental Entomology and Zoology, 50 (2022)
Raufelina Febriama, Wakako Ohmura: Decay and Termite Resistance of Microwave Extract of Toonasinensis, Abstracts of 34th Annual Meeting on Japan Environmental Entomology and Zoology, 51 (2022)
Toshiaki Umezawa, Grass lignin metabolic engineering for sustainable lignocellulose
valorization, The 20th IUFRO Tree Biotech and the 2nd Forest Tree Molecular Biology andBiotechnology (FTMB) Conference, Harbin, Jul 7-9, 2022
梅澤俊明, 植物バイオマスのエネルギー利用, グリーンエネルギーファーム産学共創パートナーシッ
プランチセミナー, 京都（オンライン）, 2022 年 12 月 3 日.
梅澤俊明, リグノセルロースバイオマスの持続的生産･利用にむけて ‐化学・代謝工学の観点から‐,
第７３回日本木材学会大会（福岡大会） 一般公開シンポジウム森林と木材が拓くネガティブエミッショ
ンの新世界, 2023 年 3 月 14–16（15）日（発表予定）- 251 -

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マイクロ波応用によるエネルギーの輸送・物質変換共同研究
篠原真毅
京都大学 生存圏研究所
1. 研 究 組 織代表者氏名：篠原真毅（京都大学 生存圏研究所）
共同研究者：渡辺隆司（京都大学 生存圏研究所）
三谷友彦（京都大学 生存圏研究所）
今井友也（京都大学 生存圏研究所）
畑俊充（京都大学 生存圏研究所）

渡邊崇人（京都大学 生存圏研究所）
西村裕志（京都大学 生存圏研究所）
真田 篤（大阪大学）
西川健二郎（鹿児島大学）
堀越 智（上智大学）
塚原保徳（大阪大学）
樫村京一郎（中部大学）
椿 俊太郎（九州大学）
松村竹子（ミネルバライトラボ）

2. 研 究 概 要
本共同研究の目的は、通常は通信やレーダーで用いられるマイクロ波を、エネルギ
ー と し て 利 用 し 、 ワ イ ヤ レ ス の エ ネ ル ギ ー 輸 送 (マ イ ク ロ 波 送 電 ・ ワ イ ヤ レ ス 給 電 )や 、
マ イ ク ロ 波 加 熱 に よ る 物 質 変 換 (木 質 バ イ オ マ ス か ら の バ イ オ エ タ ノ ー ル 、バ イ オ ケ ミ
カ ル ス 生 成 の 高 効 率 化 、及 び 無 機 系 の 材 料 創 生 )で あ る (図 1)。本 共 同 研 究 は 、生 存 圏 研
究所の特色を生かし、マイクロ波工学と化学研究者、及び物質構造解析の研究者が参加することにより、マイクロ波エネルギー応用科学の発展と応用技術開発を目指す。
本共同研究は、研究所でこれまで行なわれてきたフラッグシップ共同研究「バイオマス・物 質 変 換 の た め の マ イ ク ロ 波 高 度 利 用 共 同 研 究 」を 発 展 さ せ た も の で あ る 。本 共 同
研 究 や こ れ ま で ADAM 共 同 利 用 や ミ ッ シ ョ ン 2 研 究 と リ ン ク し て 行 な わ れ て き た が 、
今 後 は さ ら に METLAB 共 同 利 用 や ミ ッ シ ョ ン 5-2 等 と も 協 力 を 深 め 、 生 存 圏 科 学 の展開を目指す。

- 252 -

3-3 生存圏フラグシップ共同研究
3-3 生存圏フラグシップ共同研究
成果報告

図1

本フラッグシップ共同研究の全体図

3.研 究 の 背 景 と 目 的
こ れ ま で の フ ラ ッ グ シ ッ プ 共 同 研 究 で は 研 究 所 の ミ ッ シ ョ ン 2や ADAM全 国 共 同 利用をベースとし、マイクロ波を用いたバイオマス・物質変換の研究を推進してきた。
そ の 研 究 は 日 本 電 磁 波 エ ネ ル ギ ー 応 用 学 会 の 活 動 に も 影 響 を 与 え 、 NEDOや CREST
等大型研究プロジェクトへと繋がってきた。今後さらにこの共同研究を発展させるべ
く、マイクロ波のエネルギー的な応用へと範囲を広げ、マイクロ波無線送電等の研究も合わせ、新しい研究領域としてマイクロ波応用によるエネルギーの物質輸送・変換
共同研究の確立を目指すべく活動を行なう計画である。このような包括的な取り組み
は世界的にも珍しく、生存圏科学ならではの領域設定である。
H23.4-R4.1の 主 な 研 究 活 動 の 成 果 は 以 下 の 通 り で あ る 。
[ 国 際 ] IEEE Wireless Power Transfer Week 設 立 (2011- ) と 運 営 。 IEEE MTTS
Technical Committee 26 ( 現 25) 設 立 (2011) と 運 営 (Chair, 2018-2019) 。 IEEE
MTTS WPT Initiative設 立 と 運 営 (2020- )。 IEEE MTTS AdCom Elected Member(2022- )。 IEEE WPT Initiative の 設 立 と 運 営 (2023- )。 URSI (Union of Radio
Science International) commission D chair (2021- )。 国 際 論 文 誌 Wireless Power
Transfer 発 刊 (2013- ) と 運 営 (Executive Editor) 。 IEEE MTTS Distinguish
Lecturer(DML; 2016-18)(世 界 で 10名 程 ) 2016-2018で 世 界 中 で 54回 の DML実 施 。
[国 内 ] 電 子 情 報 通 信 学 会 WPT研 初 代 委 員 長 (2014-2015)。 SSPS学 会 設 立 (2014)と 運 営(理 事 長 , 2022- )。 日 本 電 磁 波 エ ネ ル ギ ー 応 用 学 会 理 事 長 (2018-2020)、 理 事[学 外 ] 日 本 学 術 会 議 第 24-25期 URSI分 科 会 特 任 連 携 会 員 。 日 本 学 術 振 興 会 ・ 電 磁 波 励
起 反 応 場 R024委 員 会 設 立 メ ン バ ー ・ 委 員 (2020-

旧 188委 員 会 (2014-2019))。

( 財 )J-Spacesystems ( 旧 USEF) 太 陽 光 発 電 無 線 送 受 電 技 術 委 員 会 委 員 長(2009- )。 (独 ) 科 学 技 術 振 興 機 構 (JST) 戦 略 的 創 造 研 究 推 進 事 業 研 究 領 域「 微 小エ ネ ル ギ ー を 利 用 し た 革 新 的 な 環 境 発 電 技 術 の 創 出 」 (CREST・ さ き が け 複 合 領- 253 -

3-3 生存圏フラグシップ共同研究域 ) ア ド バ イ ザ ー (2015-2022)。(独 ) 科 学 技 術 振 興 機 構 (JST) 「 IoT、ウ ェ ア ラ ブ
ル・デ バ イ ス の た め の 環 境 発 電 の 実 現 化 技 術 の 創 成 」(研 究 成 果 最 適 展 開 支 援 プ ロ
グ ラ ム A-STEP) 領 域 ア ド バ イ ザ ー (2015-2021)。ワ イ ヤ レ ス 電 力 伝 送 実 用 化 コ ン
ソ ー シ ア ム 代 表 (2013- )。 ワ イ ヤ レ ス パ ワ ー マ ネ ジ メ ン ト コ ン ソ ー シ ア ム 代
表 (2013- )。 有 機 太 陽 電 池 研 究 コ ン ソ ー シ ア ム 幹 事 (2013- )。 一 般 社 団 法 人 海
洋 イ ン バ ー ス ダ ム 協 会 理 事 (2014- )等

4. 研 究 の 成 果
今年度は以下の大きな研究プロジェクトに関連して研究を行なった。
・ 2018-2022 年 度 内 閣 府 (JST、 NEDO 等 )戦 略 的 イ ノ ベ ー シ ョ ン 創 造 プ ロ グ ラ ム（ SIP）「 IoE（ Internet of Energy）社 会 の エ ネ ル ギ ー シ ス テ ム 」に 参 加 し 、そ の中 の ビ ー ム 型 ワ イ ヤ レ ス 給 電 (WPT)の 研 究 を 行 う 「 ド ロ ー ン WPT シ ス テ ム （ 代
表：東 京 電 力 HD 濱 田 浩 氏 ）」の グ ル ー プ の メ ン バ ー と し て 研 究 開 発 を 開 始 し た 。
京都大学ではビーム方向を制御できる高効率フェーズドアレーアンテナの開発や高効率小型受電整流アンテナ（レクテナ）の開発、新しいビームフォーミング
手法の開発を行いつつ、実用化のための既存システムとの共存検討評価を行 った 。SIP 全 体 と し て ワ イ ヤ レ ス 給 電 が CO2 削 減 に ど れ ほ ど 寄 与 で き る か の 定 量 的な 評 価 を 行 い 、エ ネ ル ギ ー マ ネ ー ジ メ ン ト と ワ イ ヤ レ ス 給 電 の 組 み 合 わ せ に よ って 大 幅 な CO2 削 減 効 果 が あ る こ と を 示 し た 。ま た 、本 研 究 の 成 果 の 一 部 を 利 用 して 、空 間 伝 送 型 ワ イ ヤ レ ス 給 電 に 関 す る 電 波 法 の 省 令 の 改 正 が 2022 年 5 月 26日 に行われ、ワイヤレス給電が世界で初めて適法化され、ビジネスを始めることがで
き る よ う に な っ た 。 京 都 大 学 が 関 係 す る (株 )Space Power Technologies 社 も 免 許 を受け、ビジネスを展開している。
・ 2021 年 度 - 現 在 NICT 受 託 研 究 「 完 全 ワ イ ヤ レ ス 社 会 実 現 を 目 指 し た ワ イ ヤ レ
ス 電 力 伝 送 の 高 周 波 化 お よ び 通 信 と の 融 合 技 術 」(ソ フ ト バ ン ク 、京 都 大 学 、金 沢
工 業 大 学 )に お い て 、B5G/6G へ の ワ イ ヤ レ ス 電 力 伝 送（ WPT）拡 張 機 能 実 装 を 目
指 し 、2025 年 ま で に ミ リ 波 ワ イ ヤ レ ス 電 力 伝 送 と ミ リ 波 通 信 の 連 携・融 合 の 基 礎
検 討 を 完 了 し 、爆 発 的 普 及 が 見 込 ま れ る IoT デ バ イ ス へ の 電 力 利 用 イ ン フ ラ 構 築の 礎 と す る こ と を 目 標 と し て 研 究 開 発 を 行 っ て い る 。 京 都 大 学 で は 28GHz 簡 易型 フ ェ ー ズ ド ア レ ー ア ン テ ナ シ ス テ ム の 開 発 を 目 指 し 、簡 易 ア レ ー ア ン テ ナ の 開
発、新しい位相制御アルゴリズムの提案と実証、低損失小型移相器の開発を行っている。
・ 2018 年 6 月 に 京 都 大 学 イ ノ ベ ー シ ョ ン キ ャ ピ タ ル 株 式 会 社 を 引 受 先 と し て 第 三 者
割当増資等を実施し、マイクロ波無線電力伝送を事業とするベンチャー会社翔エヱ ジ ニ ア リ ン グ を 設 立 し た 。さ ら に 次 の 発 展 を 目 指 す た め に 、開 発 リ ソ ー ス の 集 中- 254 -

3-3 生存圏フラグシップ共同研究を目的として商品開発と受託事業を別会社として独立運営することを決断し、翔エンジニアリングを子会社化して、新たに親会社としてスペースパワーテクノロ
ジ ー 社 を 2019 年 5 月 9 日 に 設 立 し 、発 展 的 改 組 を 行 っ た 。平 行 し て 増 資 も 行 っ た
結 果 、 イ ノ ベ ー シ ョ ン 京 都 2016 投 資 事 業 有 限 責 任 組 合 、 合 同 会 社 K4 Ventures、
イノベーションＣ投資事業有限責任組合、京都市スタートアップ支援投資事業有限責任組合等から増資を受けることとなり、現在で資本金 1 億円のベンチャー会社となった。研究所教授は顧問としてこのベンチャー企業の運営に関与する。
・ 2014-2024 年 度 NEDO・ ISMA 大 型 プ ロ ジ ェ ク ト ・ 革 新 的 構 造 材 料 に お け る 「 チ
タ ン 製 錬 に お け る マ イ ク ロ 波 技 術 応 用 の 探 索 」に お い て 、中 部 大 学 と の 連 携 の も とで 、合 理 的 な 加 熱 用 途 マ イ ク ロ 波 技 術 を 開 発 し た 。大 手 鉄 鋼 メ ー カ ー と 技 術 成 果 の社会実装に向けた検討を開始した。
・加 熱 応 用 を 目 的 と し た マ イ ク ロ 波 照 射 技 術 を 開 発 し 、セ ラ ミ ク ス・粉 末 冶 金・建 設
分 野 に お け る 新 し い 適 用 例 を 開 拓 し た 。得 ら れ た 基 礎 学 理 を 専 門 誌 に て 公 開 し 、マイ ク ロ 波 加 熱 技 術 の 材 料 創 成 用 途 の 開 発 に 貢 献 し た 。ま た 、マ イ ク ロ 波 と 材 料 間 の
電 気 的 な 相 互 作 用 を 材 料 合 成 に 応 用 す る 学 派（ 東 京 医 科 歯 科 大・材 料 研 、京 大・化
研 な ど ）と 加 熱 作 用 を 材 料 合 成 に 応 用 す る 学 派（ 電 磁 波 エ ネ ル ギ ー 応 用 学 会 、学 振
R024 委 員 会 (旧 188 委 員 会 )な ど ） と の 研 究 交 流 を 推 進 し 、 マ イ ク ロ 波 を 用 い た 新
規な材料合成の流れ創出に寄与した。
・マイクロ波反応をバイオマス変換に応用する産学連携研究を推進し、様々なマイクロ波反応装置を設計開発するとともに、大型マイクロ波反応装置を備えたバイオ マ ス 変 換 ベ ン チ プ ラ ン ト を 建 設 し た 。ま た 、バ イ オ マ ス か ら バ イ オ エ タ ノ ー ル や
機 能 化 学 品 を 生 産 す る プ ロ セ ス を 開 発 し 、ベ ン チ プ ラ ン ト で 実 証 実 験 を 行 っ た 。さら に 、マ イ ク ロ 波 に よ る バ イ オ マ ス 変 換 プ ロ セ ス を 組 み 込 ん だ タ イ 、イ ン ド ネ シ ア 、
ラ オ ス 、 日 本 の 4 カ 国 か ら な る 国 際 共 同 研 究 e-Asia 研 究 を 実 施 す る と と も に 、 マ
イクロ波反応によりバイオマスから抗ウイルス物質や抗腫瘍物質を生産する医農連携研究を進め、論文を出版した。
（主な外部資金プロジェクト）
NEDO バ イ オ マ ス エ ネ ル ギ ー 先 導 技 術 研 究 開 発 (H17-H20) 選 択 的 白 色 腐 朽 菌 -マ
イクロ波ソルボリシスによる木材酵素糖化前処理法の研究開発
NEDO バ イ オ マ ス エ ネ ル ギ ー 等 高 効 率 転 換 技 術 開 発 (H24-H26) 木 質 バ イ オ マ ス
からの高効率バイオエタノール生産システムの研究開発
NEDO 新 エ ネ ル ギ ー ベ ン チ ャ ー 技 術 革 新 事 業 (H26) 建 築 廃 材 か ら の バ イ オ エ タ
ノール生産の技術開発
NEDO 非 可 食 性 植 物 由 来 化 学 品 製 造 プ ロ セ ス 技 術 開 発 (H24-R1) 木 質 バ イ オ マ ス
から各種化学品原料の一貫製造プロセスの開発
CREST プ ロ ジ ェ ク ト (H23-H28) 電 磁 波 応 答 性 触 媒 反 応 を 介 し た 植 物 か ら の リ グ- 255 -

3-3 生存圏フラグシップ共同研究

ニン系機能性ポリマーの創成
NEDO 先 導 研 究 プ ロ グ ラ ム (H30) 分 子 触 媒 シ ス テ ム に よ る 木 質 バ イ オ マ ス 変 換 プ
ロセスの研究開発
ALCA プ ロ ジ ェ ク ト(H27-H31) 海 洋 微 生 物 酵 素 群 に よ る リ グ ニ ン 分 解 高 度 化 と

人工漆材料への展開
e-Asia プ ロ ジ ェ ク ト (H31-R4) サ ト ウ キ ビ 収 穫 廃 棄 物 の 統 合 バ イ オ リ フ ァ イ ナ リー
他にも多数の共同研究や受託研究を行なっている。

5.今 後 の 展 開
これらの活動を統括し、「マイクロ波応用によるエネルギーの輸送・物質変換」領域を確立する。マイクロ波のエネルギー利用、加熱や無線送電の利用のためには生存圏科学をベースとした国際連携が不可欠である。マイクロ波を含むすべての電波利用は国際的に割り当てが決まっており、商用化を進めようとすると電波法の壁に当たる。工学系の科学技術の発展は個別研究や学会の発展だけでは難しく、産業界の支えが必須であり、産業発展のためには国際連携が必要となる。具体的には現在International Telecommunication Union(ITU)で の 無 線 送 電 の 議 論 に 当 研 究 所 か ら 日
本代表として参加しており、この活動をさらに広げることが生存圏科学の発展に繋がる 。 ITUで の 議 論 の た め に 米 国 IEEE学 会 や 米 国 ベ ン チ ャ ー 企 業 、 中 国 の 関 係 研 究 機
関等とも連携を図っている。また大阪大発ベンチャーであるマイクロ波化学とも連携し、マイクロ波加熱の実用化を促進している。このように、マイクロ波のエネルギー応用のために学会のみならず産業界とも連携し、国際化をはかり、法整備を目指しつ
つのイノベーションを目指す。

- 256 -

3-3 生存圏フラグシップ共同研究

生存圏フラッグシップ共同研究「バイオナノマテリアル共同研究」
矢野浩之
京都大学 生存圏研究所
1. 研 究 組 織代表者氏名：矢野浩之（京都大学生存圏研究所）
共同研究者：中坪文明（京都大学生存圏研究所）：阿部賢太郎（京都大学生存圏研究所）：田中聡一（京都大学生存圏研究所）：臼杵有光（京都大学生存圏研究所）：北川和男（京都市産業技術研究所）：仙波健（京都市産業技術研究所）（他５０名）

2. 研 究 概 要
セ ル ロ ー ス ナ ノ フ ァ イ バ ー（ CNF）は 、植 物 が 陸 に上 が る 何 億 年 も 前 か ら 、地 球 環 境 に お け る 炭 素 循 環 シ
ス テ ム の 一 翼 を 担 う 形 で 作 り 上 げ て き た 軽 量・高 強 度の ナ ノ 繊 維 で あ る （ 図 １ ）。 そ の 持 続 性 、 資 源 的 豊 富
さ 、 製 造 過 程 で の CO 2 固 定 を 考 え る と 、 CNF は 石 油
由 来 の 素 材 に 代 わ り 21 世 紀 の 社 会 を 支 え る 高 性 能 素
材 と な る で あ ろ う 。 温 室 効 果 ガ ス 2050 ゼ ロ エ ミ ッ シ
ョ ン の 達 成 に 向 け て 、そ の 産 業 的 利 用 に ま す ま す 多 くの関心が集まっている。
鋼 鉄 の 1/5 の 軽 さ で 5 倍 強 く 、 カ ー ボ ン ニ ュ ー ト ラ

図１

木材細胞壁中のセル

ル な ナ ノ 繊 維 で あ る CNF は 、樹 脂 補 強 用 フ ィ ラ ー と しロースナノファイバー。

て の 期 待 が 大 き い 。し か し 、 実 の と こ ろ 強 い 親 水 性 を

図 中 の バ ー は 100nm。

有 す る CNF は 、最 終 製 品 に お い て そ の 優 れ た 特 性 を 発現させることが難しい。原料木材に関する知識から始まり、パルプ化の手法やその解
繊技術、化学変性技術、樹脂組成を含む複合化技術、樹脂成型品の射出成形や押出成
形、ブロー成形といった加工技術等、まさに森林から街までの長い距離を走りぬく幅
広い専門性が求められる。
京 都 大 学 生 存 圏 研 究 所 で は 、京 都 市 産 業 技 術 研 究 所 と 共 同 で 2004 年 か ら 生 存 圏 シ ン
ポ ジ ウ ム や ナ ノ セ ル ロ ー ス 塾 な ど を 通 じ て 、 CNF の 構 造 用 途 に 関 す る 複 数 の 大 型 プ ロ- 257 -

3-3 生存圏フラグシップ共同研究

ジ ェ ク ト の 成 果 を 透 明 CNF 材 料 や 食 品 ・ 化 粧 品 添 加 用 CNF な ど に 関 す る 国 内 外 の 最
新 研 究 と と も に 紹 介 し て き た 。ま た 、多 く の 企 業 と 産 学 共 同 研 究 の 実 績 を 積 ん で き た 。
こ の よ う な 活 動 が 評 価 さ れ 、 2020 年 度 か ら 始 ま っ た 経 済 産 業 省 事 業 地 域 オ ー プ ン イ ノ
ベ ー シ ョ ン 拠 点 選 抜 制 度 に お い て ”京 都 大 学 バ イ オ ナ ノ マ テ リ ア ル 共 同 研 究 拠 点 “ はCNF 材 料 の 開 発 、 社 会 実 装 に 関 す る オ ー プ ン イ ノ ベ ー シ ョ ン を 支 援 す る 拠 点 に 選 抜 され 、 2003 年 度 か ら の 延 長 も 決 ま っ た 。 本 稿 で は 、 そ の 活 動 に つ い て 紹 介 す る 。 詳 細 に
つ い て は 本 拠 点 の HP（ https://www.rish.kyoto-u.ac.jp/bionanomat/）を 参 照 い た だ き た い 。
本 拠 点 の 主 た る 活 動 は 、① ナ ノ セ ル ロ ー ス 塾 、ナ ノ セ ル ロ ー ス シ ン ポ ジ ウ ム 、NEDO
講 座 を 通 じ た 普 及 活 動 、 ② 複 数 の 大 型 プ ロ ジ ェ ク ト で 構 築 し た CNF 材 料 に 特 化 し た“バイオナノマテリアル製造評価システム”を活用する生存圏研究所全国共同利用活動、③経産省や環境省の大型プロジェクトによる産学共同研究、④企業や公的研究機
関を対象とした技術相談である。これらの活動をナノセルロースジャパンや地域の
CNF 拠 点 と 連 携 し て 行 っ て い る （ 図 ２ ）。 以 下 に 各 活 動 に つ い て 紹 介 す る 。

図２

京都大学バイオナノマテリアル共同研究拠点

3． CNF 普 及 活 動
CNF 材 料 に 特 化 し た シ ン ポ ジ ウ ム と し て 2004 年 か ら ナ ノ セ ル ロ ー ス シ ン ポ ジ ウ ム
を 毎 年 開 催 し て い る 。 世 界 的 に 見 て も 最 も 古 く か ら 行 っ て い る CNF 普 及 活 動 で あ る 。
最 初 は １ ０ ０ 数 名 の 参 加 者 で 始 ま っ た が 、年 ご と に 参 加 者 が 増 え 、会 場 を 拡 大 し 、現 在は 対 面 と オ ン ラ イ ン の ハ イ ブ リ ッ ド 形 式 で 毎 回 800 名 を 越 え る 参 加 者 を 得 て い る 。 過去 10 年 の シ ン ポ ジ ウ ム に つ い て は 、講 演 要 旨 を 本 拠 点 の ホ ー ム ペ ー ジ に 掲 載 し て い る 。
4 年前からは、ＣＮＦ関連企業がオープンイノベーション活動を円滑に進める場づくりとしてオープンイノベーション“ナノセルロース塾”を開講している。こちらは- 258 -

3-3 生存圏フラグシップ共同研究

100 名 の 定 員 で 、年 6‐ 8 回 の 講 義 を CNF 以 外 の 異 分 野 技 術 に 関 す る 専 門 家 も 招 聘 す る
こ と で 、異 な る 技 術 領 域 と の 融 合 や 複 合 に よ り CNF の 新 た な 活 用 に 関 す る ヒ ン ト を 得る場としている。本塾の特徴は、その半分を受講者からのプレゼンテーションの時間とし、将来の共同研究開発等のシーズ開拓やマーケット開拓のヒントを得る、ネット
ワ ー キ ン グ の 場 と し て い る 点 で あ る 。2021 年 度 か ら は ナ ノ セ ル ロ ー ス ジ ャ パ ン（ NCJ）
が 主 催 と な り 、 NCJ 企 業 会 員 に は 無 料 で 公 開 し て い る 。
2020 年 度 か ら は 、 NEDO 講 座 を 東 京 大 学 、 産 総 研 広 島 、 京 都 市 産 技 研 と 合 同 で 開 講
し て い る 。 本 講 座 は CNF 関 連 の NEDO プ ロ ジ ェ ク ト で 蓄 積 し た 技 術 ・ ス キ ル を 活 用
し 、CNF の 社 会 実 装 を 迅 速 か つ 効 果 的 に 推 進 す る た め 、企 業 で の CNF 関 連 製 品 開 発 の
中 心 を 担 う 即 戦 力 人 材 を 育 成 し 、 CNF の 幅 広 い 分 野 で の 実 用 化 や 普 及 を 加 速 さ せ 、 新
た な 市 場 の 早 期 創 出 に 繋 げ る こ と を 目 的 と し て い る 。正 式 名 称 は 、「 NEDO プ ロ ジ ェ ク
トを核とした人材育成、産学連携等の総合的展開／セルロースナノファイバー先端開発 技 術 者 養 成 に 係 る 特 別 講 座 」 で あ る 。 1 期 の 受 講 生 は 20 社 （ 原 則 20 名 ）。 CNF は 、
原 料 、製 造 方 法 、用 途 が 多 岐 に わ た る こ と が 特 徴 で あ り 、企 業 に お け る CNF の 専 門 家となるためには、それら全てを理解する必要がある。
本 講 座 の 特 徴 は 、座 学 に 加 え 、実 技 実 習 と ワ ー ク シ ョ ッ プ を 実 施 す る こ と で あ る 。ワー ク シ ョ ッ プ で は 、受 講 生 が プ レ ゼ ン を 行 い CNF に 関 す る こ れ ま で の 取 り 組 み 、問 題
点、今後の展開等について積極的な発信を行う。それを基に講師と受講生が議論することで、より実践的な知見を得るとともに、参加者間のネットワークを築く事が可能となる。これまで受講対象を企業のみに限定してきたが、今年度から公設試研究者の座学へのオンライン参加を認めている。
本 拠 点 で は 、 海 外 の 技 術 動 向 調 査 も 進 め て お り 、 そ の 報 告 書 を HP に 掲 載 し て い る 。
そ の 他 、HP で は セ ル ロ ー ス ナ ノ フ ァ イ バ ー 材 料 に 関 す る 図 解 資 料 も 多 数 掲 載 し て お り 、
セ ル ロ ー ス ナ ノ フ ァ イ バ ー の 基 礎 か ら CNF 材 料 製 造 、自 動 車 部 材 へ の 展 開 、バ イ オ プ
ラスチックとの複合化に関する情報を得ることができる。

4． 全 国 共 同 利 用 設 備 ： CAN-DO
生 存 圏 研 究 所 で は 、 2005 年 に ス タ ー ト し た 大 型 プ ロ ジ ェ ク ト の 中 で 15 年 か け て セ
ル ロ ー ス ナ ノ フ ァ イ バ ー 材 料 の 製 造・加 工・分 析 に 特 化 し た 装 置 群 を 導 入 し て き た 。その 80 以 上 に 及 ぶ 製 造 装 置 、分 析 機 器 を ユ ニ ッ ト 化 し 、バ イ オ ナ ノ マ テ リ ア ル 製 造 評 価
シ ス テ ム (Cellulosic Advanced Nanomaterials Development Organization: CAN-DO)と し て2021 年 よ り 、生 存 圏 研 究 所 共 同 利 用 設 備 と し て 提 供 し て い る 。ユ ニ ッ ト は 、CNF 製 造
ユ ニ ッ ト 、CNF 強 化 樹 脂 製 造 ・ 加 工 ユ ニ ッ ト 、CNF 化 学 分 析 ユ ニ ッ ト 、CNF 構 造 解 析
ユ ニ ッ ト 、CNF 材 料 構 造 解 析 ユ ニ ッ ト 、CNF 強 化 樹 脂 特 性 評 価 ユ ニ ッ ト と な っ て い る 。
CAN-DO の 中 心 に は 原 料 の 木 質 バ イ オ マ ス か ら 始 ま り 自 動 車 ・ 情 報 家 電 用 材 料 等 の 製造までを一気通貫で行う京都プロセステストプラントがあり、各ユニットと組み合わ- 259 -

3-3 生存圏フラグシップ共同研究せることで、製造工程ごとに材料の構造・特性を評価しながら新規バイオナノマテリ
アルの開発に取り組むことが出来る。

5. 産 学 共 同 研 究
京都大学生存圏研究所では木質科学研究所時代から産学共同研究を積極的に行ってき た 。 最 初 は 2002 年 に 京 都 大 学 が 三 菱 化 学 、 ロ ー ム 、 日 立 製 作 所 、 パ イ オ ニ ア 、NTTと共同で立ち上げた有機エレクトロニクスデバイスの開発に関する包括的アライアン
ス に お け る CNF 強 化 透 明 樹 脂 の 開 発 で あ る 。 こ の 材 料 に つ い て は 有 機 EL (OLED) ディ ス プ レ イ の 透 明 基 板 へ の 応 用 に つ い て 検 討 し 、 2004 年 に は 数 々 の 処 理 プ ロ セ ス の 改
良 を 経 て バ ク テ リ ア セ ル ロ ー ス 補 強 透 明 材 料 上 で 有 機 EL を 発 光 さ せ る こ と に 成 功 した 。 そ の 後 、 CNF は 木 材 由 来 CNF へ と 移 っ て い る 。 こ れ ら の 成 果 に つ い て 拠 点 HP で紹介している。
CNF の 利 用 で も っ と も 期 待 さ れ て い る ボ リ ュ ー ム ゾ ー ン は 、 軽 量 、 高 強 度 、 低 熱 膨張という特性を生かした自動車部材や家電部材、建材などの構造用途である。とりわけ CNF に よ る 樹 脂 補 強 に は 大 き な 期 待 が 寄 せ ら れ て い る 。現 在 、世 界 の プ ラ ス チ ッ ク
需 要 量 は 年 間 3 億 ト ン を 超 え て お り 、こ の 5％ を CNF が 占 め る と す る と 、10 兆 ～ 15 兆円の市場になる。
京 都 大 学 生 存 圏 研 究 所 で は 、京 都 市 産 業 技 術 研 究 所 と 共 同 で 、構 造 用 CNF 材 料 の 開
発 に 関 す る 産 学 共 同 研 究 を 2005 年 の 経 済 産 業 省 地 域 新 生 コ ン ソ ー シ ア ム か ら 始 め 現 在
ま で 18 年 間 に わ た り 切 れ 目 な く 行 っ て い る 。そ の 中 で 、パ ル プ 直 接 混 練 法“ 京 都 プ ロ
セ ス ”が 開 発 さ れ た 。ま た 、3 年 半 か け て CNF 材 料 を 出 来 る だ け 多 く 使 用 し た ク ル マ 、
ナ ノ セ ル ロ ー ス ヴ ィ ー ク ル を 試 作 し 、2019 年 末 に 走 行 テ ス ト を 行 っ た 。そ の 結 果 、CNF
材 料 の 使 用 に よ り 一 般 的 な 車 に 比 べ 16%軽 量 化 し 燃 費 は 11％ 向 上 す る こ と が 明 ら か になった。これらの一連の研究成果はナノセルロースシンポジウムで毎年紹介するととも に 、 そ の 要 旨 集 や 各 プ ロ ジ ェ ク ト の 報 告 書 を 拠 点 HP で 公 開 し て い る 。
2021 年 度 か ら は 、CNF 材 料 の 社 会 実 装 を 目 的 に 、環 境 省 事 業 と し て ナ ノ セ ル ロ ー ス
プ ロ モ ー シ ョ ン（ NCP）事 業 を 行 っ て い る 。本 事 業 で は 、選 定 し た ア ド バ イ ザ ー 企 業 に
CNF 材 料 を 提 供 し 、 加 工 性 、 成 形 品 性 能 等 に つ い て 評 価 を 受 け 、 そ れ に 基 づ き 、 材 料の カ ス タ マ イ ズ を 行 い 、 部 材 へ の 適 合 性 を 高 め る と と も に 、 LCA 評 価 を 行 い 、 そ の 部
材 を 使 用 す る こ と に 因 る CO2 排 出 削 減 効 果 に つ い て 企 業 側 に デ ー タ を 提 供 し て い る 。

6. 技 術 相 談
CNF 強 化 樹 脂 の 製 造 や 評 価 を 希 望 す る 企 業 や 公 的 機 関 に 対 し て は 秘 密 保 持 契 約 を 締
結 し 、 詳 細 な 特 性 を 伝 え て CNF 強 化 樹 脂 材 料 を 提 供 し 、 結 果 に つ い て 議 論 し て い る 。
また、高い専門性が求められるナノ構造の分析や成分分析を本拠点で行い研究開発を支援している。

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3-3 生存圏フラグシップ共同研究

宇宙生存圏におけるエネルギー輸送過程に関する共同研究

大村善治、小嶋浩嗣、海老原祐輔
京都大学 生存圏研究所
1. 研 究 組 織代表者氏名：大村善治（京都大学 生存圏研究所）
共同研究者：小嶋浩嗣（京都大学 生存圏研究所）
海老原祐輔（京都大学 生存圏研究所）
田中高史（九州大学）
加藤雄人（東北大学 理学研究科）

2. 研 究 概 要
本共同研究の目的は、太陽風からオーロラ及び放射線帯に至るエネルギー輸送過程を明らかにし、地上の送電網やパイプラインなどへの影響を評価することにより生存圏の安心・安全の担保に貢献することにある。

3. 研 究 の 背 景 と 目 的オーロラ爆発は地球近傍の宇宙空間を流れる大電流によって引き起こされる壮麗な現象であるが、その誘導電流で地上の送電網やパイプラインなどに悪影響を及ぼすことが知られている。また、地球の磁場は太陽や銀河から飛来する有害な宇宙線から守ってくれる反面、高エネルギー粒子を捕捉して放射線帯を形成し、そこを通過する宇宙船や宇宙飛行士に被害を与えるという副作用がある。
オーロラや放射線帯のエネルギー源は全て太陽風と呼ばれる太陽から吹き出すプラズ マ に あ る 。太 陽 風 の エ ネ ル ギ ー が 地 球 磁 気 圏 に 取 り 込 ま れ 、複 雑 な エ ネ ル ギ ー 輸 送・
変 換 過 程 を 経 て 、オ ー ロ ラ や 放 射 線 帯 と い う 最 終 形 態 に 至 る 。生 存 圏 の 安 心・安 全 を 担保する上で、オーロラ爆発の規模は何が決めるのか、いつ放射線帯が強まるのかを知ることが重要であるが、明確な答えが得られていない。太陽風とオーロラまたは放射線帯との間に単純な相関関係すら示されていないのは、そのエネルギー変換・輸送過程が極めて複雑であることを暗示している。本研究では、衛星観測と計算機シミュレーションを駆使して、太陽風からオーロラ・放射線帯へのエネルギーの流れと物理過程の理解を目指す。

4. 研 究 の 結 果 お よ び 考 察
内部磁気圏のエネルギー輸送・放射線帯形成過程に関与するプラズマ波動の研究- 261 -

3-3 生存圏フラグシップ共同研究

ホイッスラーモード・コーラス放射は地球の内部磁気圏で頻繁に観測される電磁波であり、磁気圏尾部から注入される高エネルギー電子によって励起され、その発生過程
おいて高エネルギー電子の一部は非常に効率よく相対論的エネルギーまで加速されて、地球放射線帯を形成している。２０２２年度はこのコーラス波動の生成過程に関する計算 機 実 験 を 通 じ て 、 波 動 の 発 生 条 件 に つ い て 新 し い 知 見 を 得 た 1)、 2 ）。 コ ー ラ ス 放 射 の周波数変動を駆動する機構は、これまではダイポール磁場であると考えられてきたが、なめらかに周波数が上昇するライジングトーンおよび周波数が下降するフォーリ

図１一様磁場中で発生したライジングトーン放射とフォーリングトーン放射

ングトーンが一様な磁場モデルにおいても発生することを電磁粒子シミュレーションに よ っ て 再 現 さ せ る こ と に 成 功 し た（ 図 １ ）。こ の よ う な 周 波 数 変 動 は 高 エ ネ ル ギ ー 電
子がホイッスラーモード波とのサイクロトロン二次共鳴により位相捕捉されて共鳴電流が発生することによって起こっており、外部磁場の勾配は赤道付近の周波数変動によって不安定になった波束が下流へと伝搬する過程でさらに大きく成長することを助
け る 役 割 を 果 た し て い る こ と が 判 明 し た ３ ）。 こ の よ う な 非 線 形 波 動 粒 子 相 互 作 用 に よる波動の成長は、異なる周波数で多くのホイッスラーモード波束が同時に発生するプ
ラズマ圏ヒス放射の生成過程においても起こっていることを電磁粒子シミュレーショ
ン に よ っ て 検 証 し 4 ）、 こ の ヒ ス の 多 く の 波 束 に よ っ て 放 射 線 帯 の 相 対 論 的 電 子 フ ラ ッ
ク ス が 変 動 す る こ と を テ ス ト 粒 子 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ っ て 再 現 し た 5)。 コ ー ラ ス 放
射 お よ び 電 磁 イ オ ン サ イ ク ロ ト ロ ン （ EMIC） 放 射 に よ っ て 放 射 線 帯 の 電 子 が 短 い 時 間
スケールで極域へ降下することをテスト粒子シミュレーションと衛星観測のデータ解析 に よ っ て 示 し た 6, 7 ) 。 ULF 波 動 が 磁 場 勾 配 の 変 化 を 引 き 起 こ す こ と に よ り コ ー ラ ス 波動の生成条件が変化することをデータ解析により発見し、非線形波動成長理論との比較 を 行 っ た 8, 9 ) 。ま た 、内 部 磁 気 圏 の み な ら ず 磁 気 圏 の シ ー ス 領 域 に お い て も ホ イ ッ ス
ラ ー モ ー ド 波 が 電 子 と の 非 線 形 サ イ ク ロ ト ロ ン 共 鳴 に よ っ て 発 生 し て い る こ と を MMS
衛 星 の デ ー タ 解 析 か ら 明 ら か に し た 1 0 ）。

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3-3 生存圏フラグシップ共同研究

太陽風から極域電離圏に至るエネルギーの輸送と変換過程
極 域 電 離 圏（ 一 部 が 電 離 し た 超 高 層 大 気 ）で は 100 万 ア ン ペ ア 近 く の 電 流 が 流 れ 、10 1 1 Wもの膨大なエネルギーがジュール熱として散逸することがある。そのエネルギーの究極的な 源 は 太 陽 風 に あ り 、沿 磁 力 線 電 流 を 伴 い 極 域 電 離 圏 に 流 入 し て い る こ と は 明 白 で あ る が 、太陽風から極域電離圏に至るエネルギーの輸送と変換過程はよく分かっていない。沿磁力
線電流を担うアルベン波のパケットを追跡して発生領域を特定するという新しい方法を電磁流体シミュレーションに適用し、二つの主要な輸送・変換モードを明らかにした。
一つ目は惑星間空間磁場が南を向いたときに現れるもので、「 Region 1 型 沿 磁 力 線 電 流 」と 関 係 が あ る（ 図 2a） 11 ) 。磁 気 圏 低 緯 度 境 界 の 脇 腹（ フ ラ ン ク ）と 呼 ば れ る 領 域 で 太 陽 風
起源のプラズマが再結合したばかりの地球の磁力線を引っ張り、低周波の電磁波動である
ア ル ベ ン 波 を 励 起 す る （ G1 領 域 ）。 磁 気 圏 起 源 の プ ラ ズ マ も 加 速 を 受 け 、 ア ル ベ ン 波 を 励
起 す る よ う に な る （ G2 領 域 ）。
二つ目は磁気圏近尾部で磁場の再結合がおきたときに現れるもので、「 サ ブ ス ト ー ム・カ
レ ン ト ウ ェ ッ ジ 型 沿 磁 力 線 電 流 」と 関 係 が あ る（ 図 2b） 1 2 ) 。磁 気 圏 近 尾 部 で 磁 気 再 結 合 がおこると地球向きの高速プラズマ流が発生する。高速プラズマ流は地球に近づくと東西方向に分流し、地球の磁力線を引っ張り、アルベン波を励起する。
前者は磁気圏の脇腹（フランク）と呼ばれる磁気圏低緯度境界付近でおこり、後者は磁気圏近尾部でおこる。領域は全く異なるが、二つの領域には以下の共通点がある。①プラズ マ が 磁 気 張 力 に 対 し て 負 の 仕 事 を す る こ と（ プ ラ ズ マ が 磁 力 線 を 引 っ 張 る こ と ）。② 垂 直
電 流 か ら 沿 磁 力 線 電 流 へ の 変 換 が お こ る こ と 。 ③ 沿 磁 力 線 電 流 が 発 生 す る こ と (∂J | | /∂t ≠[-∇×∇×E/µ 0 ] | | )。こ こ で J || は 沿 磁 力 線 電 流 、E は 電 場 で あ る 。こ の 3 つ の 条 件 を 満 た す 領 域
を 我 々 は 沿 磁 力 線 電 流 (FAC)ダ イ ナ モ 領 域 と 名 付 け た 。 FAC ダ イ ナ モ 領 域 で 生 成 さ れ た 沿

磁 力 線 電 流 は プ ラ ズ マ に 乗 っ た 系 で 磁 場 方 向 に 進 み 、極 域 電 離 圏 に 流 入 す る 。こ の FAC
ダイナモこそが太陽風のエネルギーを極域電離圏に導く要であり、電離圏でジュール
加熱として散逸するエネルギーの直接的な供給源であることを提案した。

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3-3 生存圏フラグシップ共同研究

図 2： (a) 惑 星 間 空 間 磁 場 が 南 を 向 い た と き に 現 れ る 「 磁 気 圏 フ ラ ン ク ・ 沿 磁 力 線 電 流
ダ イ ナ モ 」の 模 式 図 11 ) 。磁 気 圏 フ ラ ン ク（ 磁 気 圏 低 緯 度 境 界 付 近 ）で 太 陽 風 プ ラ ズ マ が
再 結 合 し た ば か り の 地 球 磁 場 を 引 っ 張 り 、ア ル ベ ン 波 を 励 起 す る（ G1 領 域 ）。磁 気 圏 起
源 の プ ラ ズ マ も 加 速 さ れ 、ア ル ベ ン 波 の 励 起 に 関 わ る（ G2 領 域 ）(b) 磁 気 圏 近 尾 部 で 磁
場 再 結 合 が お き た と き に 現 れ る「 地 球 近 傍・沿 磁 力 線 電 流 ダ イ ナ モ 」の 模 式 図 1 2) 。地 球
向 き の 高 速 流（ 大 き い 黄 色 の 矢 印 ）が 東 西 方 向 に 分 流 し（ 小 さ い 黄 色 の 印 ）、磁 力 線 を 引
っ 張 る 。磁 気 張 力（ 青 色 の 矢 印 ）と 反 対 方 向 に プ ラ ズ マ は 運 動 す る た め 、磁 気 張 力 に 対して負の仕事をする。すなわちアルベン波を励起する。

5. 今 後 の 展 開
ERG 衛 星 の ４ 年 以 上 に わ た る 観 測 期 間 に お い て 、ほ ぼ す べ て の パ ス で 、ホ イ ッ ス ラ ー
モ ー ド コ ー ラ ス 波 動 と 電 子 、 EMIC 波 動 と 電 子 の 相 互 作 用 に 関 す る デ ー タ の 取 得 に 成 功している。今後、令和元年度のデータ較正手法等の確立をベースに定量的なエネルギ
ー 交 換 量 の 計 算 を 推 進 し て い く 1 0) 。
これまでの放射線帯の波動粒子相互作用のモデリングは、電子加速過程と電子散乱過程に分かれて研究を行ってきたが、実際に磁気圏では、これらの過程が同時に進行
し て い る こ と が 予 測 さ れ る 。相 対 論 的 電 子 の コ ー ラ ス 波 動 に よ る 加 速 過 程 と EMIC 波 によるピッチ角散乱過程の両方を取り入れたテスト粒子計算を行い、グリーン関数のデータベースを充実させ、様々な磁気圏の変動パターンにおいて実際に観測されている放射線帯の電子フラックスの変動を再現することを目指す。
太陽風・地球相互作用を解くことができるグローバルなシミュレーション、異なる
プラズマ領域が接合した領域を解くことができるローカルなシミュレーション、イオ
ンや電子の分布関数を解くことができる移流シミュレーションを組みあわせ、太陽風
か ら 電 離 圏 、内 部 磁 気 圏 に 至 る エ ネ ル ギ ー の 流 れ を 明 ら か に し 、オ ー ロ ラ 、放 射 線 帯 、
リングカレント変動など磁気圏でおこる様々な擾乱現象を包括的にとらえていきたい。

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3-3 生存圏フラグシップ共同研究

6. 発 表 論 文
1) Y. Fujiwara, T. Nogi, and Y. Omura, Nonlinear triggering process of whistler‑modeemissions in a homogeneous magnetic field, Earth, Planets and Space 74, 95, 2022.
2) Y. Fujiwara, Y. Omura, and T. Nogi (2023), Triggering of whistler-mode rising andfalling tone emissions in a homogeneous magnetic field, Journal of GeophysicalResearch: Space Physics, 128, e2022JA030967.
3) T. Nogi, and Y. Omura (2023), Upstream shift of generation region of whistler-mode
rising-tone emissions in the magnetosphere, J. Geophys. Res. Space Physics, in press.
4) Y. Liu, and Y. Omura (2022), Nonlinear wave Growth of whistler-mode hiss emissions
in a uniform magnetic field, Journal of Geophysical Research: Space Physics, 127, doi:
10.1029/2022JA030428.
5) M. Tobita, and Y. Omura, Scattering of energetic electrons through nonlinear cyclotron
resonance with coherent whistler-mode hiss emissions, Phys. Plasmas 29, 112901, doi:
10.1063/5.0106004, 2022.
6) Y.-K. Hsieh, Y. Omura, and Y. Kubota (2022). Energetic electron precipitation inducedby oblique whistler mode chorus emissions. Journal of Geophysical Research: Space
Physics, 127, e2021JA029583.
7) S. Nakamura, Y. Miyoshi, K. Shiokawa, Y. Omura, T. Mitani, T. Takashima et al. (2022).
Simultaneous observations of EMIC-induced drifting electron holes (EDEHs) in the
Earth's radiation belt by the Arase satellite, Van Allen Probes, and THEMIS.
Geophysical Research Letters, 49, e2021GL095194.
8) L. Li, Y. Omura, X.-Z. Zhou, Q.-G. Zong, R. Rankin, C. Yue, S.-Y. Fu (2022). Nonlinear
wave growth analysis of chorus emissions modulated by ULF waves, GeophysicalResearch Letters, 49, e2022GL097978.
9) L. Li, Y. Omura, X.-Z. Zhou, Q.-G. Zong, R. Rankin, C. Yue, S.-Y. Fu, and J. Ren(2023), Chorus wave generation modulated by field line resonance and mirror-mode
ULF waves. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 128, e2022JA031127.
10) N. Kitamura, T. Amano, Y. Omura, S. A. Boardsen. D. J. Gershman, Y. Miyoshi, M.
Kitahara, Y. Katoh , H. Kojima, S. Nakamura, M. Shoji, Y. Saito, S. Yokota, B. L. Giles,
W. R. Paterson, C. J. Pollock, A. C. Barrie, D. G. Skeberdis, S. Kreisler, O. Le Contel,
C. T. Russell, R. J. Strangeway, P.-A. Lindqvist, R. E. Ergun, R. B. Torbert, and J. L.
Burch, Direct observations of energy transfer from resonant electrons to whistler-mode
waves in magnetosheath of Earth, Nature Communications, 13:6259, 2022.
11) Y. Ebihara and T. Tanaka (2022). Where is Region 1 field-aligned current generated?,
Journal of Geophysical Research: Space Physics, 127, e2021JA029991.
doi:10.1029/2021JA029991.
12) Y. Ebihara and T. Tanaka (2023). Generation of field-aligned currents during substorm
expansion: An update. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 128,e2022JA031011. doi:10.1029/2022JA031011.

7. 付 記日本学術振興会

科 研 費 基 盤 研 究 (S) 「 宇 宙 プ ラ ズ マ 中 の 電 磁 サ イ ク ロ ト ロ ン 波に よ る 電 子 加 速 散 乱 機 構 の 実 証 的 研 究 」（ 2017～ 2022 年 度 ） 代 表 ： 大 村 善 治
日本学術振興会

科 研 費 基 盤 研 究 (A) 「 極 域 に お け る 地 球 電 離 大 気 流 出 の エ ネ ル ギ

ー 源 」（ 2021～ 2024 年 度 ） 代 表 ： 小 嶋 浩 嗣
日本学術振興会

科 研 費 基 盤 研 究 (B) 「 宇 宙 ー 地 球 連 結 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 軸 と した 放 射 線 帯 変 動 メ カ ニ ズ ム の 実 証 的 研 究 」（ 2020～ 2024 年 度 ） 代 表 ： 海 老 原 祐 輔- 265 -

3-3 生存圏フラグシップ共同研究

赤道ファウンテン山本 衛
京都大学 生存圏研究所
1. 研 究 組 織代表者氏名：山本衛（京都大学 生存圏研究所）

共同研究者：津田敏隆（京都大学 生存圏研究所）
橋口浩之（京都大学 生存圏研究所）
横山竜宏（京都大学 生存圏研究所）
大村善治（京都大学 生存圏研究所）
Albertus Sulaiman （ イ ン ド ネ シ ア 国 立 研 究 革 新 庁 （ BRIN）
気 候 ・ 大 気 研 究 所 （ PRIMA））
小川泰信（国立極地研究所）
塩川和夫（名古屋大学 宇宙地球環境研究所）
吉川顕正（九州大学 理学研究院）

2. 研 究 概 要
本 課 題 で は 、太 陽 エ ネ ル ギ ー（ 太 陽 放 射 と 太 陽 風 ）が 地 球 に 流 入 す る 過 程 、な ら び に
そ れ に 対 す る 地 球 の 大 気 圏・宇 宙 圏（ 電 離 圏・磁 気 圏 を 含 む ）の 応 答 過 程 に つ い て 、レーダー観測を中心に、地上観測網、衛星データ解析および数値モデル研究を活用して解明する。オールジャパンで推進している大型研究計画「太陽地球系結合過程の研究
基 盤 形 成 」 の 一 部 で も あ る 。こ の 大 型 研 究 計 画 は 、(1)赤 道 フ ァ ウ ン テ ン 、(2)極 域 電 離
圏・磁 気 圏 、(3)全 球 観 測 、で 構 成 さ れ て お り 、本 課 題 で は (2)、(3)と の 協 力 に よ り プ ロ
ジ ェ ク ト を 総 合 的 に 推 進 す る 1 ) 。ま た 日 本 学 術 会 議 の「 大 型 研 究 計 画 マ ス タ ー プ ラ ン 」に お い て 、 2014 年 、 2017 年 、 2020 年 に 連 続 し て 重 点 大 型 研 究 計 画 の 認 定 を 得 て き た 。
本課題では、これまで赤道大気の長期観測により蓄積された知見を基礎に、イノベーションを推進することで社会還元を目指す。また大気環境の多様・大量の観測デー
タ ベ ー ス を 、 日 本 が 中 心 に 推 進 し て い る WDS (World Data System)か ら 公 開 し 、 地 球 科
学 の 分 野 で の Big Data の 実 例 を 目 指 す 。 地 表 付 近 の 環 境 変 動 の 影 響 が 超 高 層 大 気 で は増大して現れるため、長期観測結果は特に温暖化の環境監視等の変化予測に貢献しうる。いずれも当研究所が目指す方向性と一致しており、国際化とイノベーションの両方の強化に資すると考えられる。

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3-3 生存圏フラグシップ共同研究

3. 研 究 の 背 景
太陽地球結合系におけるエネルギーと物質の流入、再配分、輸送に関す
る定量的理解を目指すに
は、個別の領域研究を融合 し た end-to-end シ ス テ
ムの総合的研究の推進が重 要 で あ る 1)。 生 存 研 は
特に、インドネシアにおけるフィールド観測をもと に 、以 下 に 説 明 す る「 赤道ファウンテン」の研究を国際的に先導している。
太陽からの放射エネル
ギーは赤道域の地表を暖め活発な積雲対流を生み

図１：赤道ファウンテン概念図

大気波動を発生する。大気波動のエネルギーと運動量は中層大気を上方伝搬し電離圏
ま で 到 達 す る が 、そ の 過 程 で 大 気 圏 、宇 宙 圏 に 重 要 な 影 響 を 与 え て い る 。一 方 、全 球 の
地 表 か ら 放 出 さ れ る 大 気 物 質 は 、対 流 圏 で 積 雲 や 巻 雲 の 生 成・発 達 に 寄 与 し 、赤 道 域 の対流圏界面を通過して中層大気に噴出され、中高緯度まで広く循環する。赤道を中心と し て 、大 気 の 全 高 度 域 に 現 れ る エ ネ ル ギ ー・物 質 フ ロ ー を 、図 １ に 概 念 図 を 示 す「 赤道 フ ァ ウ ン テ ン 」 と し て と ら え 、 解 明 し て い く こ と が 重 要 で あ る 1)。
日 本 は 世 界 で 唯 一 、中 緯 度 (MU レ ー ダ ー )、南 極 昭 和 基 地 (PANSY)、低 緯 度 (赤 道 大 気
レ ー ダ ー )全 て に 大 型 レ ー ダ ー を 有 す る 。 北 極 で も 、 欧 州 以 外 か ら 初 め て EISCAT 科 学
協 会 に 加 盟 し 研 究 ・ 運 営 に 参 画 し て き た 。 本 課 題 に 関 わ る 2 つ の 大 型 レ ー ダ ー （ EMU
レ ー ダ ー と EISCAT_3D レ ー ダ ー ）は 、ア ク テ ィ ブ・ フ ェ ー ズ ド・ ア レ イ・ ア ン テ ナ を技 術 基 盤 と す る 。こ れ は 1984 年 完 成 の MU レ ー ダ ー を 源 流 と し 、電 気・電 子・通 信 分
野 の 卓 越 し た イ ノ ベ ー シ ョ ン と し て IEEE マ イ ル ス ト ー ン 等 の 栄 誉 を 受 け て い る 2 ), 3 ),4)

。 日 本 は 広 域 観 測 に も 強 く 、 流 星 ・ MF・ VHF レ ー ダ ー 観 測 網 、 磁 気 経 度 210 度 と 磁

気赤道沿いの地磁気観測網を有し南米やアフリカにも展開中である。さらに、これらの観測により収集される大量のデータのメタデータ情報を共有し、データベースの共
同 利 用 を 推 進 す る シ ス テ ム （ IUGONET） も 大 学 間 連 携 事 業 と し て 運 用 し て い る 。

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3-3 生存圏フラグシップ共同研究

4. プ ロ ジ ェ ク ト の 状 況
我 々 は 、 イ ン ド ネ シ ア で 赤 道 大 気 研 究 を 1980 年 代 よ り イ ン ド ネ シ ア 航 空 宇 宙 庁(LAPAN)他 と 共 同 で 実 施 し て き た 実 績 を 有 し て お り 、 2001 年 か ら 赤 道 大 気 レ ー ダ ー(EAR: Equatorial Atmosphere Radar)を 共 同 運 用 し て き た 。 こ れ ま で 数 多 く の 研 究 成 果 を
論 文 と し て 公 表 し て い る 5 ) 。 2021 年 に イ ン ド ネ シ ア 側 の 大 規 模 な 組 織 変 更 が あ り 、 現
在 は 国 立 研 究 革 新 庁（ BRIN）傘 下 の 気 候 大 気 研 究 所（ PRIMA）が EAR 運 営 に 関 す る 対
応 機 関 と な っ た 。 現 在 、 EAR 運 営 協 定 書 の 改 訂 を 進 め て い る 。
本 課 題 で は 、EAR を 中 心 と す る 共 同 利 用・共 同 研 究 を 推 進 し 、新 た に 赤 道 MU（ EMU:
Equatorial Middle and Upper atmosphere） レ ー ダ ー の 実 現 を 目 指 す 。 EMU レ ー ダ ー に 向
け た 努 力 と し て 、 イ ン ド ネ シ ア 科 学 技 術 大 臣 と 2 回 に わ た っ て 面 談 し た 結 果 、 LAPANが 責 任 対 応 組 織 と し て 指 示 さ れ 、 覚 書 が 2014 年 に 交 わ さ れ た 。 2016 年 8 月 に EAR 15
周年記念行事をジャカルタにおいて開催した際にもインドネシア政府との議論を行い、さらに在インドネシア日本大使館に対して計画の説明を行った。レーダー設置場所の
調 査 や 許 認 可 関 係 の 準 備 、 八 木 ア ン テ ナ の 試 作 な ど の 準 備 も 実 施 し て い る 。 2019 年 3
月 に バ ン ド ン に お い て 赤 道 大 気 研 究 に 関 す る 国 際 ス ク ー ル を 参 加 総 数 170 名 規 模 で 成
功 裏 に 開 催 し た 。 2021 年 9 月 に は EAR の 20 周 年 記 念 行 事 と シ ン ポ ジ ウ ム を オ ン ラ イ
ン開催し、関連研究のプロモーションを実施した。
本 研 究 は 大 型 研 究 課 題「 太 陽 地 球 系 結 合 過 程 の 研 究 基 盤 形 成 」に 直 結 し て い る 。 生
存 研 が イ ン ド ネ シ ア・西 ス マ ト ラ 州 に EMU レ ー ダ ー を 設 置 す る 一 方 、国 立 極 地 研 究 所と 名 古 屋 大 学 宇 宙 地 球 環 境 研 究 所 （ ISEE） が 連 携 し 、 国 際 協 力 に よ り ス カ ン ジ ナ ビ ア
北 部 に EISCAT_3D（ European Incoherent Scatter 3 Dimensional） レ ー ダ ー を 建 設 す る 。
同 時 に ISEE と 九 州 大 学 国 際 宇 宙 惑 星 環 境 研 究 セ ン タ ー（ i-SPES）を 中 心 に 、赤 道 か ら
極 域 ま で を つ な ぐ 広 域 地 上 観 測 網 を 構 築 す る 。さ ら に 最 近 で は ISEE に よ る 次 世 代 太 陽
風 観 測 装 置 の 新 規 導 入 を 含 め た 計 画 と し た 。以 上 の 観 測 機 器 か ら の デ ー タ を IUGONETに よ っ て 集 約・利 用 し て 行 く 。国 際 的 な 賛 同 を 得 て い る 優 れ た プ ロ ジ ェ ク ト で あ り 、これ ま で 日 本 学 術 会 議 の マ ス タ ー プ ラ ン 2014、2017、2020 の 全 て で 重 点 大 型 研 究 計 画 に
採 択 さ れ た 6 ), 7 ) 8 ) 。現 在 は マ ス タ ー プ ラ ン 後 継 の「 未 来 の 学 術 振 興 構 想 」に 提 案 中 で ある 。 ま た 2023 年 に 予 想 さ れ る 文 部 科 学 省 の ロ ー ド マ ッ プ 2023 へ も 提 案 予 定 で あ る 。
大型の科研費などの研究費獲得を含め、今後も予算獲得を目指していく。

5. 今 後 の 展 開
EMU レ ー ダ ー は 完 成 す れ ば 全 国 ・ 国 際 共 同 利 用 に 供 す る 。本 課 題 は「 生 存 圏 ア ジ アリサーチノード」の発展形である。生存圏科学の国際化の強化に貢献していく。
本 課 題 に 関 連 す る 研 究 コ ミ ュ ニ テ ィ は 、学 内 で は 理 学 、情 報 学 、工 学 研 究 科 、宇 宙 総
合 学 研 究 ユ ニ ッ ト 、国 内 で は 極 地 研 、名 大 、九 大 、東 北 大 等 を 密 接 に 協 力 し て お り 、国立極地研と名古屋大学宇宙地球環境研とともに共同利用体制を整備している。

- 268 -

3-3 生存圏フラグシップ共同研究

6. 引 用 文 献
1) Tsuda, T., M. Yamamoto, H. Hashiguchi, K. Shiokawa, Y. Ogawa, S. Nozawa, H.
Miyaoka, and A. Yoshikawa (2016), A proposal on the study of solar-terrestrial coupling
processes with atmospheric radars and ground-based observation network, Radio Sci., 51,
1587–1599, doi:10.1002/2016RS006035.
2) IEEEマ イ ル ス ト ー ン ： The MU (Middle and Upper atmosphere) radar, 1984
http://ethw.org/Milestones:The_MU_(Middle_and_Upper_atmosphere)_radar,_1984
3) 電 子 情 報 通 信 学 会 マ イ ル ス ト ー ン 「 MUレ ー ダ 」 （ 項 番 B-62）
http://www.ieice.org/jpn/100th/ieice_milestone_booklet.pdf4) 電 気 学 会 第 11回 で ん き の 礎 「 MUレ ー ダ ー （ 中 層 超 高 層 大 気 観 測 用 大 型 レ ー ダー）」
http://www2.iee.or.jp/ver2/honbu/30-foundation/data02/index11.php
5) 赤 道 大 気 レ ー ダ ー 等 関 連 論 文 リ ス ト ： 全 369編 http://www.rish.kyotou.ac.jp/ear/EAR_paper_list.html
6) 日 本 学 術 会 議 マ ス タ ー プ ラ ン 2014
http://www.scj.go.jp/ja/info/kohyo/pdf/kohyo-22-t188-1.pdf
7) 日 本 学 術 会 議 マ ス タ ー プ ラ ン 2017
http://www.scj.go.jp/ja/info/kohyo/kohyo-23-t241-1.html
http://www.scj.go.jp/ja/info/kohyo/pdf/kohyo-23-t241-1-19.pdf
8) 日 本 学 術 会 議 学 術 の 大 型 研 究 計 画 に 関 す る マ ス タ ー プ ラ ン 2020（ 公 表 文 書 ）http://www.scj.go.jp/ja/info/kohyo/kohyo-24-t286-1.html
9) 文 部 科 学 省 学 術 研 究 の 大 型 プ ロ ジ ェ ク ト の 推 進 に 関 す る 基 本 構 想 － ロ ー ド マ ッ プ
2014－ 、 http://www.mext.go.jp/b_menu/shingi/gijyutu/gijyutu4/toushin/1351171.htm
7. 付 記本課題に関連する主な研究プロジェクト（種別、課題名、代表者、期間）
基 盤 研 究 (A)「 赤 道 域 に お け る 積 雲 対 流 と 大 気 重 力 波 の 国 際 共 同 観 測 」津 田 敏 隆 、19992000.
特 定 領 域 研 究「 赤 道 大 気 上 下 結 合 」計 画 研 究「 赤 道 域 の 大 気 波 動 の 四 次 元 構 造 と エ ネ
ル ギ ー 輸 送 の 研 究 」 津 田 敏 隆 、 2001-2006.
特 定 領 域 研 究「 赤 道 大 気 上 下 結 合 」計 画 研 究「 赤 道 大 気 レ ー ダ ー 長 期 連 続 観 測 に よ る
赤 道 大 気 波 動 の 解 明 」 山 本 衛 、 2001-2006.
JSPS ア ジ ア ア フ リ カ 学 術 基 盤 形 成 事 業 「 赤 道 大 気 圏 の ア ジ ア 域 地 上 観 測 ネ ッ ト ワ ー
ク 構 築 」 津 田 敏 隆 、 2008-2010.
特 別 経 費「 超 高 層 大 気 長 期 変 動 の 全 球 地 上 観 測 根 ネ ッ ト ワ ー ク 観 測・研 究（ IUGONET）」
津 田 敏 隆 、 2009-2014.
基 盤 研 究 (A)「 中 間 圏 ・ 下 部 熱 圏 に お け る 大 気 波 動 の レ ー ダ ー ネ ッ ト ワ ー ク 観 測 」津田 敏 隆 、 2010-2014.
JST 科 学 技 術 戦 略 推 進 費 「 イ ン ド ネ シ ア 宇 宙 天 気 研 究 の 推 進 と 体 制 構 築 」 山 本 衛 、
2010-2012.
基 盤 研 究 (B)「インドネシア海洋大陸における雨滴粒径分布の地上ネットワーク観測」
橋 口 浩 之 、 2011-2013.
JSPS 二 国 間 交 流 事 業 共 同 研 究 ・ セ ミ ナ ー 「 大 型 大 気 レ ー ダ ー に よ る 赤 道 大 気 上 下 結
合 の 日 本 イ ン ド ネ シ ア 共 同 研 究 」 山 本 衛 、 2014-2016.
基 盤 研 究 (A)「 新 ・ 衛 星 ＝ 地 上 ビ ー コ ン 観 測 と 赤 道 大 気 レ ー ダ ー に よ る 低 緯 度 電 離 圏の 時 空 間 変 動 の 解 明 」 山 本 衛 、 2015-2019.
京 都 大 学 全 学 経 費 （ 特 別 協 力 経 費 ）「 赤 道 MU レ ー ダ ー 実 現 に 向 け た 国 際 研 究 集 会 ・
国 際 レ ー ダ ー ス ク ー ル 開 催 」、 2018-2019.
基 盤 研 究 (A)「 レ ー ダ ー 観 測 網 ・ 複 数 衛 星 ・ モ デ ル 計 算 を 総 合 し た 赤 道 域 電 離 圏 変 動
特 性 の 国 際 共 同 研 究 」 山 本 衛 、 2020-2025.

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3-4 ミッション専攻研究員

Evolution and possible interactions of the electron zebra
stripes in the Earth's inner magnetosphere
1. Research team
Leader: PANDYA, Megha (Research Institute for Sustainable Humanosphere,
Kyoto University)
Collaborator: EBIHARA, Yusuke (Research Institute for Sustainable Humanosphere,
Kyoto University)

2. Related missions
Mission 3: Sustainable Space Environments for Humankind

3. Abstract
In the Earth’s inner radiation belts, the electron fluxes with 100’s keV energies areobserved to show several peaks in the energy versus L-value spectra. These band likestructures are named “zebra stripes”. In the present studies, we make a simulation
approach to reproduce the electron zebra stripes under the realistic solar windconditions. At the beginning of the simulation the electrons show a very smooth
distribution in space. Under the influence of the sudden enhancement of the westward
electric fields in the pre-midnight to the postdawn region, the electrons start toperform a radially inward motion. This leads to an intensified electron fluxes at certain
energies and hence the formation of the peaks in the zebra stripes. The electrons
forming the valleys in the zebra stripes does not show a considerable radially inward
movement under the influence of these westward electric fields. The simulated
electron zebra stripes are consistent with the electron zebra stripes recorded by
Radiation Belt Storm Probes Ion Composition Experiment (RBSPICE) on-board Van
Allen Probes spacecraft. We provide the comprehensive analysis of the plausible
global mechanisms that are likely to disrupt the magnetic field strength deep into the
Earth’s inner magnetosphere to L = 1.1. This could be attributed to propagation of theelectric fields along the magnetic fields from the ionosphere to the magnetosphere.
Thus our study provides a crucial role of magnetosphere-ionosphere coupling in theredistribution of the electron fluxes in the inner magnetosphere. The variation in theintensity of these energetic electrons is also important from the socioeconomic
perspective as they can cause a potential hazard to life of astronauts and damage thesensitive instruments on the spacecrafts.

- 270 -

3-4 ミッション専攻研究員

4. Background and purpose of the research
In the beginning of the space era, the electron flux distribution in the Earth’s innerradiation belts were assumed to be uniform and well-ordered. However, a peaks in theelectron flux intensities were first reported near the South Atlantic Anomaly region
by low altitude, polar orbiting satellites 1 ) . These structures appear like banded-stripes
in the energy versus L-value spectrogram and are named as “zebra stripes” 2 ) . These
structures can be observed at L<3 during geomagnetically active and quiet intervals.
A numerous researchers have addressed the plausible mechanism for the formation of
the electron zebra stripes, yet it remains an open question. We make the first everefforts to explain the mechanism for the formation of electron zebra stripes using
advection simulation under time dependent electric fields obtained from the global
MHD simulation. We reproduce the electron zebra stripes using simulation and explain
the origin and fundamental properties of the peaks and valleys.

5. Results and discussion
The energetic electron fluxes in the Earth’s radiation belts were recorded by the
Radiation Belt Storm Probes Ion Composition Experiment (RBSPICE) instrument onboard Van Allen Probe-A. The electron zebra pattern were observed during 8
September 2017 in the 20-500 keV energy range below L=3. Using advection
simulation we reproduced the electron zebra stripe pattern that evolves under the
influence of the electric fields obtained from the global MHD simulation. Figure 1
shows the energy versus L-value spectra of the simulated electron zebra stripes
observed at 10:30 UT on 8 September 2017 having initial equatorial pitch angle 67.7°.
Using test particle simulation we back-trace the electron trajectories for different
energy electron fluxes at 0000 MLT and 1030 UT on 8 September 2017. We find thatthe electrons that give rise to the peaks in the zebra stripes comes from the outerboundary of L=4. The electrons undergo a radially inward movement under the
influence of the negative azimuthal electric fields from the premidnight-postdawn
region. Contrarily, the valley electrons do not show any considerable radially inward
movement.
Figure-2 shows the L-MLT distribution of the magnetospheric condition at 1030
UT on 8 September 2017. Figure 2(a) shows the pair of field aligned currents (FACs)
that goes in (positive) and out (negative) of the ionosphere. During this interval, astrong gradient in the ionospheric conductivity is observed in the midnight region(panel-b). Panel-c shows that the ionospheric potential contour intensifies and a- 271 -

3-4 ミッション専攻研究員

strong asymmetry in the positive and negative potential contour patterns appear. The
dusk-side contour (blue) elongates to the dawnside from the equatorward edge.
Accordingly, an azimuthal component of the electric field strengthens and a strong
westward electric field appears (panel-d).

Figure 1: The simulated electron fluxes in the Earth’s inner magnetosphere during
8 September 2017 is shown. The abscissa is the distance from the center of the Earth(in Earth-radii), and the ordinate is the kinetic energy of the electrons.
The generation of the region-1 FACs is associated with the low-latitude
magnetopause where the southward component of the IMF leads to the reconnection
process and the magnetospheric magnetic field lines are dragged in the anti-sunward
direction by the solar wind and magnetospheric originated plasma 3 ) . These FACs giverise to the intensification of the electric potential entirely in the ionosphere. A
negative space charge is accumulated in the nightside region of equatorial edge ofthe auroral oval due to gradient of the ionospheric conductivity. The charge
accumulation elongates the duskside convection cell to the dawn region. This is also
consistent with the recent studies by Lejosne and Mozer 4 ) that explains theimportance of the electric fields for the formation of electron zebra stripes.

6. Future directions
We make a detailed case study to highlight the role of magnetosphere-ionosphere
coupling in formation of the electron zebra stripes. However it is important tounderstand the long term behaviour of the electron zebra stripes under the influenceof the field aligned current. Hence, we will focus to examine the role of relative
contribution of various mechanisms that is likely to modulate zebra pattern.

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3-4 ミッション専攻研究員

1

Figure 2 L-MLT distribution of the distributions of (a) field-aligned currents (FACs),(b) the ionospheric Hall conductivity, (c) the electric potential (red for positive andblue for negative potentials), and (d) eastward component of the ionospheric electricfield (red for eastward and blue for westward) in the ionosphere in the Northern
Hemisphere at 1030 UT on 8 September 2017.

7. Reference
1) A. Ukhorskiy,

M. I. Sitnov, D. G. Mitchell, K. Takahashi, L. J. Lanzerotti, & B. H.

Mauk, Rotationally driven `zebra stripes’ in Earth’s inner radiation belt. Nature, 507 (7492),
338–340. 10.1038/nature13046, 2014.
2) W. L. Imhof & R. V. Smith, Observation of nearly monoenergetic high-energy electrons
in the inner radiation belt. Physical Review Letters, 14(22), 885. 10.1103/physrevlett.14.885,
1965.
3) Y. Ebihara, & T. Tanaka, Where Is Region 1 Field-Aligned Current Generated? Journal ofGeophysical Research: Space Physics, 127(3). 10.1029/2021ja029991, 2022
4) S. Lejosne, & F. S. Mozer, Experimental Determination of the Conditions Associated With
Zebra Stripe Pattern Generation in the Earths Inner Radiation Belt and Slot Region. Journalof Geophysical Research: Space Physics, 125(7). 10.1029/2020ja027889, 2020.

8. Notes
Megha Pandya, Y. Ebihara et al., “Generation of electron zebra stripes in the Earth’s
inner magnetosphere”, The 152th SGEPSS General Assembly, 2022, Japan.

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3-4 ミッション専攻研究員

万能アンテナの開発
1. 研究組織
代表者氏名：氏原秀樹（京都大学 生存圏研究所）
共同研究者：三谷友彦（京都大学 生存圏研究所）
市川隆一（情報通信研究機構 時空標準研究室)

2. 関連ミッション
ミッション２：太陽エネルギー変換・高度利用
ミッション３：宇宙生存環境

3. 研究概要
リモートセンシングや宇宙測地、電波天文などの科学観測や通信、無線送電など
アンテナの用途は多岐に渡る。アンテナのビームの幅あるいは空間分解能はアンテナ口径（放射源となる電磁界の分布領域）:D と波長:λの比:λ/D で決まる。電波望
遠鏡や遠距離の通信アンテナでは大きな鏡面を用いて分解能を高める。その焦点に置き、アンプと繋ぐアンテナはフィードアンテナと呼ばれる。効率や感度の点でフィードのビームは鏡面を満遍なく照らし外は照らさないよう、個々の目的に合わせた周波数とビーム幅で設計される。近年は計算機シミュレーションの発達により広帯域化が進んでいるが、ビーム幅の狭い広帯域フィードは口径が大きくなるので開発が難しい。口径が大きくなれば長さも伸びて計算領域が増え、求解時間が伸びるためである。くわえてアンテナのサイズは使用する最大波長で決まるが計算領域の解像度は最小波長で決まる。最大最小波長比が大きいとさらに求解時間が伸びるので、広帯域かつビーム幅の狭いフィードの最適化は大変である。しかし既存の電波望遠鏡の改修や人工衛星ではフィードの搭載スペースに限りがあるため、特定のアンテナ光学系に最適化するのではなく「設計自由度の高い」解を求めることにした。
ビーム幅について 2〜3 種類、最大最小波長比は 4〜10 程度の数種類で行った基本設計から搭載するアンテナに合わせて最適化すれば開発時間を短縮できるし、広帯域なので用途を選ばず使える。要するになんにでも合わせられる「万能ネギ」みたいな設計である。その解から大気中の水蒸気量の精密観測と同時に電波天文観測や衛星 の 軌 道 決 定 な ど を 行 え る 広 帯 域 ア ン テ ナ (16-64GHz) 、 SKA(Square Kilometre
Array)用のビーム幅のフィード、既存の大口径電波望遠鏡のアップグレードを目指した狭いビーム幅（カセグレン焦点からの副鏡見込み角が 15 度程度）の広帯域フィード(1.5-15.5GHz)および低周波側の RFI(Radio Frequency Interference)を急峻に切 る OMT(Orthogonal

ModeTransducer) の 開 発 を 行 っ た 。 こ れ ら は 科 研 費

18H03828(代表：市川隆一)および 21H04524(代表：氏原秀樹)の支援を受けている。

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3-4 ミッション専攻研究員

4. 研究の背景と目的
地上で高い分解能を得るためのアンテナの大口径化には自重とたわみによる限界があるが、世界各地のアンテナで原子時計を位相基準として受信波の振幅と位相を記録し、相関処理により各アンテナの相対位置の精密測定や天体の高解像度画像を得る VLBI(超長基線干渉計)観測では地球直径相当の口径による高い分解能が得られる。測地 VLBI 観
測のためのアンテナ位置の測定では、遠方の活動銀河核からの連続スペクトラム放射を電波源に用いる。従来は S/X(2.2GHz 帯/8GHz 帯)の 2 バンドで受信帯域幅も数 10-数
100MHz だったが、 広帯 域化すれば感度が 向上し 精度が高まる。そ のため 次世代測地
VLBI システムの VGOS では 1-14GHz から数 GHz 帯域幅を取り出して観測することになった。電波天文では多数のアンテナのアレイで 1 平方 km の集光力を目指す SKA(Square
Kilometre Array)計画があり、多周波同時観測のために広帯域フィードを利用する。しかしどちらも開発の容易なビーム幅の広いフィードを新設アンテナに搭載する前提であった。ゆえに従来の大口径電波望遠鏡のカセグレン光学系に適合する狭いビーム幅の広帯域フィードは、前職で鹿島 34m アンテナ向けに開発したものが世界初となった[1]。
これをもとに既存の大型電波望遠鏡のアップグレード、リモートセンシングや衛星搭
載アンテナの多機能化と幅広い応用を目指した研究に取り組んだ。狭いビーム幅の広帯域フィードの開発は難しい反面、良像範囲が広いカセグレン光学系焦点面に多数のフィードを置けるので掃天観測の効率向上にもメリットがある。また直線 2 偏波観測のためには広帯域 OMT も必要となるが、どちらも工作精度に余裕を意識して開発したので高周波化も容易であった。その応用として従来[2,3]より簡素なシステムで大気中の水蒸気の精密観測とともに VLBI 観測もできる広帯域受信機とアンテナ、EVN(Europian VLBI
Network)の電波望遠鏡の改修や SKA への提案を目指した開発を行った[5]。

5. 研究の結果および考察
フィードの設計には周波数帯域だけでなくビーム形状も重要である。無限遠でのビーム形状はフィード開口面の電磁界分布を角度でフーリエ変換したものである。
電波望遠鏡でよく使われるコルゲートホーンではどちらもガウシアン分布に近いが、アンテナ光学系の効率の点ではアンテナ開口面内を満遍なく照らすことが望ましい。つまり中央が潰れていて鏡面の縁で鋭く落ちるビーム形状の方が良い。本研究では高次モードやレンズを利用して様々な開口面分布とビー
ム形状の実現を試みた。そのうちの広帯域ラジメー
タ兼 VLBI 用や SKA 用の設計では矩形に近いビームを実現した(図 1)。帯域の全てではないものの、他の周波数でも理想に近い形状が得られた。
通信波などの電力は天体からの受信波に比べて圧- 275 -

図 1.試作広帯域フィードのビーム形状の測定例(43GHz)3-4 ミッション専攻研究員

倒的に強い。そのため小さな透過損失で通信波をシャープに抑圧できるフィルタが望まれているが、超伝導フィルタは高価である。そこで、いくつかの観測バンドで低周波側の通信波をシャープに抑圧できる OMT も設計した[4]。
広帯域ラジメータ兼 VLBI 用には口径 900mm の可搬アンテナを製作した。厚み 2-3mm 程度のアルミ板をヘラ絞りで加工した放物面鏡を、国立天文台三好真助教の厚意により主鏡に利用している。想定する観測上限 60GHzに対する波長は 5mm なので、0.5mm 程度が設計目標精度である。支持部材には温度変形が少なく軽量高剛性である CFRP を多用したが、主鏡を遮る副鏡支持材にはCNF(セルロース・ナノ・ファイバ)を試用した(図 2)。これは CFRP と異なり電波を通すため交差偏波の低減が期待できるが、吸水性があるので防水加工が必要である。

図 2.CFRP と CNF で組んだ

しかし軽量であり、温度変形も少なくて安価なので特性

900m 可搬アンテナを見極めて構造材やアンテナ鏡面基材に利用したい。

6. 今後の展開
様々なビーム幅と周波数帯の広帯域フィードと OMT の設計例が得られた。SKAや EVN の改修に適用できるかどうかは製作コストと性能、搭載場所のサイズによるが、まずは科研費で開発した広帯域ラジオメータ兼 VLBI 受信機の実証を行なっていきたい。ここ数年は新型コロナによる出張制限があったため、京大で一人で実験できるようにフィードと受信部のみならず 90cm のアンテナ本体まで製作してしまった。しかし本来はフィードと受信部のみを既存の電波望遠鏡に搭載して試験を行う予定であり、そのために様々な搭載アンテナの光学系に合わせたフィードのビー
ム幅は、部分的なパーツの交換だけで容易に実現できる設計になっている。
RFI については通信需要の拡大により、年々厳しくなっている。OMT やフィルタだ
けでなくフェイズドアレイなどアクティブな対応も必要になっていくだろう。
CNF は支持部材への試用にとどまったが、アンテナ鏡面に用いるには滑らかな曲面を作る技術が必要である。切削加工は積層した CNF の剥離対策が必要だが、既に実績のある CFRP の加工技術が応用できそうに思う。誘電率は 3 程度、誘電損失は0.06 程度であり、損失は大きいがプリント基板には使える。衛星筐体のみならず広帯域アンテナや回路基板も CNF で作れれば、「綺麗に燃える(=再大気圏突入時に放出する金属やケイ素、フッ素などが少ない)」メリットがより活かせるはずである。
単に設計自由度の高い広帯域フィードの開発にとどまらず、今後は様々な用途に合わせたアンテナシステムとしての提案と研究開発を行なっていきたい。

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3-4 ミッション専攻研究員

7. 引用文献
1) ”Development of Wideband Feed for Kashima 34m Antenna”,Radio Science,
Vol.52(2017), Issue 4, pp.479489,doi:10.1002/2016RS006071
2) Nagasaki, T., Araki, K., Ishimoto, H. et al.,“Monitoring System for Atmospheric Water
Vapor with a Ground-Based Multi-Band Radiometer”, Meteorological Application ofRadio Astronomy Technologies. J Low Temp Phys 184, 674–679 (2016).
https://doi.org/10.1007/s10909-015-1412-93) 京都大学防災研究所年報第30号B-1昭62.4,”大気境界層の気温高度分布の測定のためのマイクロ波放射計について”,堀口光章・光田寧
4) Hideki UJIHARA,"Development of wideband feed with sharp cut-off frequency OMT for
RFI",ECMWF RFI2022 conference paper, https://doi.org/10.46620/RFI22-015
5) 「万能アンテナの開発」, 京都大学 生存圏研究所 生存圏研究 No18 pp23-30,
氏原秀樹

8. 付記
関係する研究発表

・"Development of wideband feed with sharp cut-off frequency OMT for RFI",RFI2022
workshop at ECMWF, online, 2022/2/14-18, Hideki UJIHARA(Kyoto-University)
・”Development of Wideband Antennas",12th IVS General Meeting(online,2022/3/28-4/1),Hideki UJIHARA(Kyoto-University)
・"Development of wideband antenna",2022 URSI-JRSM(2022/9/1-2,中央大学),
氏原秀樹(京大)
・"広帯域アンテナの開発", 電子情報通信学会 2022 年ソサエティ大会(2022/9/6-9,
リモート開催),氏原秀樹(京大)・"次世代マイクロ波放射計兼広帯域 VLBI 受信システムの開発(III)",
日本天文学会秋季年会（2022/9/13-15,新潟大学，リモート開催）,
氏原秀樹(京大), 市川隆一, 関戸衛(NICT)，ほか 7 名・"次世代超高感度マイクロ波放射計用広帯域受信機の開発(III)",
日本測地学会第 138 回講演会(2022/10/5-7,鹿児島大学),氏原秀樹(京大),市川隆一，
関戸衛(NICT)，ほか 7 名
・"広帯域アンテナの開発",第 66 回宇宙科学技術連合講演会(2022/11/1-4,
熊本城ホール),氏原秀樹(京大)・"広帯域アンテナの開発",2022 年度 VLBI 懇談会(2022/12/23-24,東北大学,
ハイブリッド開催),氏原秀樹(京大)
関係する科研費
・18H03828 基盤研究(A) 代表：市川隆一「ミリ波で観る地球 -高精度水蒸気モニターで切り拓く次世代自然ハザード精密予測」
・ 21H04524 基盤研究(A) 代表：氏原秀樹「地球と宇宙の時空計測の地平を拓く超広帯域大気スペクトル計測システムの開発」- 277 -

3-4 ミッション専攻研究員

酵母を用いた植物由来抗がん薬パクリタキセル生合成のカスタムデザイン

1. 研究組織
代表者氏名：草野博彰（京都大学 生存圏研究所）
共同研究者：矢崎一史（京都大学 生存圏研究所）
飛松裕基（京都大学 生存圏研究所）
多葉田誉（北海道三井化学株式会社

ライフサイエンスセンター）

2. 関連ミッション
ミッション５：高品位生存圏

3. 研究概要
パクリタキセルは主要な抗がん薬として世界中で広く利用されているが、その製造はイチイの樹木からの原料採取に依存している。持続可能なパクリタキセルの生産を可能にする代替技術として、本研究では酵母とイチイ培養細胞を用いた発酵生産技術の構築を目指している。これまでに、イチイ培養細胞の培養法を改変することで、パクリタキセルとその類縁体２種に加えて、主要な生産物として１種の化合物を生産できる培養条件を確立した。この培養法ではパクリタキセルの生合成経路から外れた生産物はほとんど生産されなかった。この主要生産物を精製し二次元Ｎ
ＭＲで構造を推定したところ、パクリタキセル製造の中間体として利用できることが示唆された。イチイから新たに単離した酸化酵素６種、アシル化酵素１１種、および輸送体遺伝子４種から、新規な酵素を発見した。このうち輸送体とアシル化酵素各１種を含む発酵系について培養条件の最適化を試みたところ、高濃度の基質化
合物を５日以内に完全に同化できるようになった。このことは、酵母を用いた生産系が高い実用性を秘めていることを示唆している。

4. 研究の背景と目的
パクリタキセルはイチイ樹木から採取される抗がん薬で複雑な構造を有する（図１）。その生合成経路には、少なくとも 17
種類以上に及ぶ酵素反応が含まれると考えられ、既に多くの酵素が単離されているが、未だいくつかの酵素遺伝子が未発見である。酵母を利用した合成生物学的な手法
で、パクリタキセルの生合成系を構築する- 278 -

図１，パクリタキセルの構造

3-4 ミッション専攻研究員

ためには、各反応を担当する酵素遺伝子群を特定する必要があるが、また一方で全生合成遺伝子を単離できたとしても、単一の酵母株で１７段階におよぶ多段階反応を構築することは至難である。
これについて我々は、新たに発見した輸送体遺伝子を利用することで、酵母が培
養液中の基質を反応生成物に変換できるようになることを明らかにした。この系では培養液を介して、異なる株の酵母間で化合物の受け渡しが可能になるので、多段階の生合成系を構築するために適している。これまでの研究では、酵母で機能する未同定酵素の単離と、反応系のパフォーマンスの評価を実施した。

5. 研究の結果および考察
これまでの研究から、イチイの培養細胞ではパクリタキセルの生合成経路を外れた副産物がむしろ多量に生産され、パクリタキセルへ至る経路に合流できる化合物
はほとんど生産されないことが明らかとなっていた。この代謝パターンを改変する
ため、イチイ培養細胞の培養条件を変えたところ、パクリタキセルおよびその類縁体２種に加えて、１種類の未同定化合物を主に生産する系の構築に成功した。いずれの化合物も従来法と比べて多量に生産されるほか、パクリタキセルの生合成に利用できる構造を持つ代謝産物と考えられた。質量分析の結果から、未同定であった
１種の化合物については、パクリタキセルが持つカルボニル基の位置が水酸基となっていると考えられた。これを精製して NMR による構造解析を実施したところ、パ
クリタキセルのアシル基の多くが水酸基となった構造を持つことが示唆された。
天然におけるイチイは、パクリタキセルの他に多様な類似化合物を生産しており、これまでに約 700 種の化合物が発見されている。その構造情報から残基の情報を抽出し、共起ネットワーク解析を実施した。この解析では、ある残基の存在が別の残基の存在に依存する度合いが測定され、その総体から反応経路を推測することができる。その結果、パクリタキセルのカルボニル基はパクリタキセル経路に入るために重要であり、その位置がアセチル基になるとパクリタキセル経路から外れることが示唆された。この位置の酸化やアセチル化、およびカルボニル化を触媒する酵素
は未だ単離されていない。
この酸化およびアシル化を担当する酵素について、既知のものはいずれも、シト
クロム P450 (P450)と BAHD アシル基転移酵素(BAHD)のファミリーに含まれている。
進化系統解析から、いずれも P450 および BAHD ファミリーの中でそれぞれ単系統
として進化してきたことが示唆された。チュウゴクイチイについて報告されたゲノム情報を解析したところ (Xiong et al., 2021)、既知の酵素遺伝子の近傍にはその類似遺伝子が多数座乗していることがわかった。これらの特徴に遺伝子発現解析の結果を加えた遺伝子探索により、新たに P450 遺伝子６種と BAHD 遺伝子３種を単離した。BAHD 遺伝子については前年度までに単離していた８種を加えて、酵母発現系
においてその性質を解析した。これらの酵素遺伝子は輸送体遺伝子と共に発現させ- 279 -

3-4 ミッション専攻研究員

るため、２遺伝子を同時に酵母に導入できるベクターを使って酵母に導入した。基質として 10-デアセチルバッカチン III を基質とした実験から、10-デアセチルバッ
カチン III-10-アセチルトランスフェラーゼ(DBAT)に似た働きを示す BAHD 遺伝子を新たに発見した。またアシルドナーについて DBAT よりも広い種類の基質を利用可能であることが示唆された。
輸送体遺伝子については、これまでにイチイ培養細胞でパクリタキセルの生合成に伴って非常に強く発現する４種を単離しており、このうち３種が酵母のパクリタ
キセル感受性を増大させることを明らかにしている。これら４種の輸送体遺伝子について、10-デアセチルバッカチン III と DBAT を利用した系で解析したところ、酵母で機能するものは１種に限られることがわかった。この反応系について培養条件を検討したところ、0.1 g/L の基質化合物を５日以内に完全に同化できる系の構築に成功した。
チュウゴクイチイのゲノム情報を利用した解析では、これら輸送体に近縁な遺伝子も、上述の P450 や BAHD と同様に近接した位置に座乗するものが多く、また非常に数多く存在することが示唆された。このように進化的に近縁な遺伝子は互いに同一の部分塩基配列を含むことが多く、ゲノム・トランスクリプトーム解析等で全長塩基配列を正しく復元することが難しい。本研究では１２種の BAHD アシル基転移酵素の塩基配列の単離を試みたが、その多くが同一の塩基配列を含んでおり、実際に単離が可能だったものは３種であった。残りの９種の遺伝子は、コンピュータ
上では構築されたものの、実際には存在しない可能性がある。
そこで、このような共通の塩基配列を含む遺伝子の解読に有利なロングリード型
シーケンサーを利用して、ゲノムの解読を試みている。ロングリード型シーケンサ
ーの出力は、従来法のショートリード型シーケンサーと比べて大きな割合で読み取りエラーを含むため、従来法で得たデータを利用してエラーの修正を試みた。その結果をショートリードのマップ率で評価したところ、完璧な正確性を持ったゲノム
情報のひとつであるイネゲノムと同等の品質となったことが考えられた。これをチュウゴクイチイのゲノムにマッピングしたところ、概ね３倍の depth となった。これは推定ゲノムサイズから予想された値とほぼ同等と考えられる 。
このデータを元に、いくつかの一般的なゲノムアセンブリツールを使ってゲノム
塩基配列情報の復元を試みたが、良好な計算結果は未だ得られなかった。これはイチイの推定ゲノムサイズが、ヒトの 3.1 ギガ塩基を大きく超える 10 ギガ塩基程度であるため、一般的なツールが想定する上限を超えているためと考えられる。現在、我々はこのゲノムサイズに対応したゲノムアセンブラの構築を試みている。

6. 今後の展開
これまでに得られた成果から、酵母を利用した反応系は実用的に十分な性能を備え得ることが考えられ、パクリタキセルの生産技術の向上に貢献することが期待さ- 280 -

3-4 ミッション専攻研究員れる。一方で、酵母で機能できる酵素遺伝子を天然から単離することは予想以上に難しいことが考えられた。
BAHD アシル基転移酵素がパクリタキセル生合成中間体とアシル基供与体の両方について広い基質親和性を有することは、我々を含めたこれまでの研究から明らかにされている(Kusano et al., 2019)。このことと本研究の成果から、酵母で機能する
BAHD アシル基転移酵素を単離するためには、反応の種類よりも酵母で機能できることに注目した開発が有効であると考えられる。
輸送体遺伝子については、パクリタキセルへの感受性を増大させた遺伝子でも、DBAT の反応系を構築できないものがあった。このことは、輸送体遺伝子と酵素遺伝子に適した組み合わせが存在する可能性を示唆している。
ゲノムデータの整備と活用は、本研究で取り扱ったような類似性の高い遺伝子の同定と単離に有効である。我々はこれまでの研究から、パクリタキセル生合成系のような二次代謝系酵素の進化においてイントロンの欠失（シングルエキソン化）が見られたことを報告している (Kusano et al., 2019)。今回チュウゴクイチイのゲノムを解析したことで、DBAT および新たに活性が確認された新規 BAHD 遺伝子もまたシングルエキソン化していたことがわかった。巨大なサイズのゲノムに対応できるアセンブラを開発することで、このような情報を活用した遺伝子の単離が可能になると期待される。

7. 引用文献
1) Xiong, X., Gou, J., Liao, Q., Li, Y., Zhou, Q., Bi, G., Li, C., Du R.,
Wang, X., Sun, T., Guo L., Liang, H., Lu, P., Wu, Y., Zhang, Z., Ro, DK., Shang, Y., Huang, S., Yan, J., Nat Plants, 7, 1026-1036, 2021
2) Kusano, H., Li, H., Minami, H., Kato, Y., Tabata, H., Yazaki, K., Front
Plant Sci ., 10, 794, 2019
8. 付記
1) 草野博彰, 「生データの目視でメタボロミクスをするためのツールGrassHopperの御紹介」, 招待講演, 日本バイオインフォマティクス学会 JSBi公募研究会 質
量分析インフォマティクス研究会「第７回公開ワークショップONLINE」, 2022年
４月２２日, オンライン
2) 草野博彰, 「酵母を用いた植物由来抗がん薬パクリタキセル生合成のカスタムデザイン」, 京都大学生存圏研究所定例オープンセミナー, 2022年５月２５日, 京都3) 草野博彰, 南洋, 加藤嘉博, 金沢香織, 李豪, 飛松裕基, 杉山暁史, 多葉田誉,
矢崎一史, 「イチイ培養細胞と酵母を使ったタキサン化合物生合成系の開発」,
学会報告, 日本植物バイオテクノロジー学会第回大会, 2022年９月１２日, 大阪4) 草野博彰, トランスクリプトーム解析ツール RNAseqViewer の公開サイト,
http://github.com/kusano-kyotouniv/, 2023年２月- 281 -

3-5 定例オープンセミナー

令和４(２０２２)年度 オープンセミナー
回

開催月日

280

5

演
草野

者

博彰（京都大学生存圏研究所・

酵母を用いた植物由来抗がん薬パクリタキセル生

ミッション専攻研究員）

合成のカスタムデザイン

25
氏原

35

秀樹（京都大学生存圏研究所・

15

281

参加
者数

目

題

万能アンテナの開発

32

ミッション専攻研究員）
Megha Mahendra Pandya（京都大学
282

Simulation study of electron zebra stripes in

22
6

18
生存圏研究所・ミッション専攻研究員）

the Earth's inner magnetosphere
Earth's radiation belts dynamics associated

謝 怡凱
283

29

with

parallelandobliquely

propagating

25（京都大学生存圏研究所・特任助教）
whistler-mode chorus emissions
西村

木質バイオマスの分子構造にみる循環型社会への

裕志

13

284

39
（京都大学生存圏研究所・特定准教授）

アプローチ

7
矢吹
285

正教

紫外光源を用いたライダーによる大気環境のリモ

27

32（京都大学生存圏研究所・特任准教授）

ートセンシング

大村 和香子286

14

シロアリに学ぶ木材の利用・加工法

54

電磁環境と健康の国際動向

39（京都大学生存圏研究所・教授）
9
宮越
287

順二

28
（京都大学生存圏研究所・特任教授）
田鶴 寿弥子288

用材観から紐解く文化人類学的諸相

～人類と木

19

65
（京都大学生存圏研究所・講師）とのあわい～

10
田島 治
289

26

40

ミリ波でみる大気と宇宙（京都大学大学院理学研究科・教授）

290

16

Jason Shuster ([1] Department of

The Magnetic Reconnection Mystery: Tree Rings,

Astronomy, University of Maryland, [2]Electron Distributions, and the MagnetosphericNASA Goddard Space Flight Center)

11

竹内 亜美
291

25

Multiscale Mission
ジャガイモのゲノム編集～有用品種開発への新30

43（東京大学大学院・博士後期課程）

戦略～

大村 善治
292

12

21

Computer Simulations of Waves in Space Plasmas

63

リグニン、リグナン及び関連化合物の生成と分解

76Some research on mechanics of tree and wood

41

（京都大学生存圏研究所・教授）
梅澤 俊明
293

1

25
（京都大学生存圏研究所・教授）
Joseph Gril （CNRS, Univ. Clermont

294

2

8
Auvergne, Institut Pascal, France）

合計- 282 -

627

3-5 定例オープンセミナー

4-1
第 280 回 定例オープンセミナー（2022/5/25）資料

題目： 酵母を用いた植物由来抗がん薬パクリタキセル生合成のカスタムデザイン

発表者：草野博彰（京都大学生存圏研究所・ミッション専攻研究員）

関連ミッション：ミッション 5（高品位生存圏）
要旨：
パクリタキセルは抗がん薬治療において最も一般的な抗がん薬のひとつである。現在はその生産の大半がイチイ樹木の長期栽培に依存しており、恒久的かつ安定的なパクリタキセル供給を可能にするためには、長期栽培に依存しない新たな生産法を確立する必要がある。本研究では、フラスコ内で無限に培養できるイチイの培養細胞と、人工的な代謝系の構築が可能な酵母を利用してパクリタキセルを生産する技術の開発を目指している。具体的には、イチイの培養細胞が生産する類似の化合物を原料とし、これを特定の酵素を発現させた酵母に与えることでパクリタキセ
ルに変換する。
パクリタキセルはジテルペン類共通の出発物質であるゲラニルゲラニル２リン酸が環化された基本骨格に水酸基や、更に多様なアシル基がエステル結合した構造を有する（図１）。このため、パクリタキセルの生合成に関わる酵素は主に、骨格に水酸基を与える酵素と、アシル基をエステル結合させる酵素の２種が考えられる。現在までに、これに関わる多くの酵素が単離されたが、いくつかの重要な酵素が未だみつかっていない。
また、自然界ではこれら残基の組み合わせが異なる
多様なパクリタキセルの類縁体が生合成されているこ

図１、パクリタキセルの構造式
破線で囲った部分は類縁化合物に共通する基本骨格。

とがわかっている。これまでに約 700 種の化合物の構造が決定されており、この多様性はイチイが持つ酵素の多様性によると考えられる。効率よくパクリタキセルを生産できる系を構築するためには、培養細胞から可能な限りパクリタキセルに近い構造の化合物が得られることが望ましく、また酵母での代謝に必要な酵素遺伝子を天然から見つけ出す必要がある。
現在までにイチイの培養細胞における代謝と遺伝子発現の変化を観察し、出発物質を得るための培養法の改善と、酵母株の作製に必要な未同定遺伝子の探索、および分子進化工学による新規代謝酵素の開発を進めている。イチイ細胞の培養法を検討したことで、パクリタキセルに非常によく似た化合物と、パクリタキセルの生合成経路に合流できる化合物の２種を主要な生産物とする培養法を開発することができた。これらの化合物をパクリタキセルに変換するために必要な酵素を単離するため、各種オミックス解析を利用した遺伝子単離と酵母を使った検証を行った。今
回はその成果の一部について紹介する。

- 283 -

3-5 定例オープンセミナー

4-2
第 281 回 定例オープンセミナー（2022/6/15）資料

題目：万能アンテナの開発
発表者：氏原秀樹（京都大学生存圏研究所・ミッション専攻研究員）
関連ミッション：ミッション 2（太陽エネルギー変換・高度利用）、3（宇宙生存環境）
要旨：
主に電波天文用としてこれまで開発してきた広帯域マルチモードホーンと開口面コルゲートホーンをもとに、大気中の水蒸気を高精度かつ高分解能で測定でき、電波天文や衛星の軌道決定、
測地 VLBI も可能な広帯域アンテナを開発中である(21H04524 基盤研究(A))。また、大型電波望遠
鏡や通信アンテナで広く使われているカセグレンアンテナに適合するビーム幅が細い広帯域フィードも開発中である。前者の帯域幅は 16-64GHz 程度、後者は 1.5-15.5GHz である。
これらのアンテナ用のフィード（一次放射器）には幅広い周波数範囲においてビーム形状が変動しないこと、ビーム形状が軸対称であること、交差偏波が低いことが望まれる。その目標を極力達成すべく計算機シミュレーションで設計を行うが、現在でも非常に時間がかかる。したがって、求められるビーム幅や周波数範囲が変わっても「振り出しに戻る」ことがなく、現実的な加工精度とコストで製作可能な広帯域フィードの設計があるとありがたい。また、フィードが広帯域であれば前述の通りリモートセンシングや通信、送受電など様々な用途を兼用でき、特に小型衛星では軽量・省スペース化に有効であろう。
このような様々な観点から「万能」と冠して開発してきた広帯域アンテナの構造と応用について述べる。

- 284 -

3-5 定例オープンセミナー

4-3

282nd Regular Open Seminar（2022 /06 /22）
Title：Simulation study of electron zebra stripes in the Earth's inner magnetosphere
Speaker：Megha Pandya（Mission Research Fellow, RISH Kyoto University）

Related RISH mission：Mission 3: Sustainable Space Environments for Humankind
Abstract：
The “zebra stripes” are the characteristic feature of electron fluxes recorded in the innermagnetospheres of Earth and other planets like Saturn. It is important to study suchfeatures as it delineates the magnetospheric processes and helps understand the spaceenvironment around Earth and exoplanets. They appear like banded structures of theelectron fluxes, having energies 20-500 keV in the distance (L-value) and energy plots asshown in Figure 1. They are usually observed in the inner belt and the slot region (L<3)
of the Earth’s magnetosphere. We studied the characteristic features of the minima andmaxima in electron zebra stripes observed during one of the outbound passages of Van
Allen Probes-A on September 8, 2017. To understand the cause of formation of electron
zebra stripes we performed an advection simulation to understand spatial-temporal
evolution of energetic electrons trapped in the inner magnetosphere. We used the electricfield obtained by a global MHD simulation. Back-tracing the trajectory of the electrons
gives the information about the initial location of the electron forming the minima andmaxima in the electron zebra stripes. The properties like, duration of initial inward
transport, MLT range, averaged radial speed and averaged azimuthal electric field of theinitial inward transport of electrons giving rise to the maxima and minima at different
energies are computed. In this talk, an explanation for the formation of maxima andminima in the electron zebra stripes will be provided.

Figure 1. The electron zebra stripes ofthe energetic electron fluxes on theenergy versus L-value spectrogram.
They were recorded by RBSPICE-A on
board the Van Allen Probe A on 08
September 2017.

- 285 -

3-5 定例オープンセミナー

4-4283rd Regular Open Seminar（2022 /06 /29）
Title：Earth’s radiation belts dynamics associated with parallel and obliquely
propagating whistler-mode chorus emissions
Speaker： Yikai Hsieh（Assistant Professor, RISH, Kyoto University）

Related RISH mission： Mission 3 (Sustainable Space Environments for Humankind)
Abstract：

Radiation belts surrounding the Earth are regions filled with energetic electrons
and ions. Relativistic electrons (energy ~ MeV) inside the radiation belt candamage spacecraft and space shuttles carrying astronauts. Understanding theformation and loss processes is an important issue nowadays. Energetic electron
accelerations and precipitations in the outer radiation belt are highly associatedwith wave-particle interactions between electrons and whistler-mode chorus
emissions. Two main processes take place in the whistler-mode wave-particle
interactions. One is the nonlinear scattering process, which makes electron energy
slightly smaller. The other is the nonlinear trapping process, which makes effectiveenergy gain of resonant electrons. We perform test particle simulations in a 3D
dipole field to reproduce the interactions between parallel and obliquely
propagating chorus and electrons in the radiation belt. The formation and loss
processes of the outer radiation belt electrons are verified by tracing interactions
with consecutive emissions. In theformation process, MeV electrons are
generated promptly within a few seconds
due to the nonlinear trapping of cyclotron
resonance and Landau resonance of obliquechorus waves. In the loss process, we findthat the nonlinear scattering via cyclotron
resonance is the primary process thatpushes energetic electrons into the loss conein both parallel and oblique cases. The
obliquely propagating chorus causes moreenergetic electron precipitation than theparallel propagating chorus because of the
Figure1:Electronacceleration
combination of nonlinear trapping via (distribution at the high energy parts)
Landau resonance and nonlinear scattering and precipitation (dark green curves)
after interacting with 3, 50, 500, andvia cyclotron resonance.
1000 chorus emissions.

- 286 -

3-5 定例オープンセミナー

4-5
第 284 回 定例オープンセミナー（2022/7/13）資料

題目：木質バイオマスの分子構造にみる循環型社会へのアプローチ
発表者：西村裕志（京都大学生存圏研究所 生存圏未来開拓研究センター・特定准教授）

関連ミッション：ミッション 2（太陽エネルギー変換・高度利用）、5（高品位生存圏）
要旨：
森林生態系では、樹木や微生物の進化とともに調和のとれた循環サイクルが形成されている。
持続性ある豊かな未来への本質的な解決策は、自然の現象を解き明かし、バイオマス分子のもつ潜在力を引き出すことにある(図１)。
植物バイオマスを構成する高分子は、リグノセルロースと呼ばれ、主にリグニン、ヘミセルロ
ース、セルロースからなる。リグニンは難分解性の不定形芳香族高分子とされ、リグニンの分離・分解がバイオマス変換におけるボトルネックである。
自然界において、リグノセルロースは微生物によって分解される。高分子リグニンを直接分解可能な微生物は白色腐朽菌として知られ、菌が分泌する分解酵素や二次代謝物を介してリグニンを溶かし分解する。産業界では、製紙産業におけるパルプ化法が主に行われ、高温高圧下での過酷な反応条件を経て、リグニンを分解、除去し、主にセルロースからなるパルプを得る。このとき、リグニンやヘミセルロースは、分解・変性し天然分子としての原型を留めない。
リグニンと多糖間に存在する共有結合を把握す
ることは、リグノセルロース変換反応設計の点からも、植物科学の基盤的知見としても重要である。
リグニン-多糖間結合はポリマーの主鎖に対してごく僅かであり、変性を防ぎつつ結合点を濃縮し解析する必要がある。私たちは、多次元溶液 NMR 法を駆使して、スピン結合の繋がりとして、リグニ
ン-多糖間結合の解明に成功した。こうした知見を背景に、温和な条件の木質バイオマス変換法を開図 1：植物バイオマスの分子構造を活かし発しており、リグニンを含めた天然高分子の特性

た循環サイクルの概念図。木質細胞壁を構を活かすための研究を進めている。

成する天然高分子の潜在力を引き出した展開が重要である。

- 287 -

3-5 定例オープンセミナー

4-6
第 285 回 定例オープンセミナー（2022/7/27）資料

題目：紫外光源を用いたライダーによる大気環境のリモートセンシング
発表者：矢吹正教（京都大学生存圏研究所・特任准教授）

関連ミッション：ミッション 1（環境診断・循環機能制御）、5（高品位生存圏）
要旨：
レーザーを照射して光と物質の相互作用である散乱・吸収・発光等を検出するライダー技術は、光源と受光システムの構成を工夫することで様々な対象物のリモートセンシングに対応できることが特徴の一つです。これまでに、環境計測関係では、大気物質（エアロゾル・雲、二酸化炭素、
オゾン、高層の金属原子層など）、気象要素（気温、水蒸気、風）、植生、水中をモニタリングする
ライダーが提案されてきました。
近年のライダー開発では、進歩する数値シミュレーションのデー
タ同化に利用可能な高時間・高距
離分解能計測への対応、従来の技術では観測が難しかった微量成分の検出や可測条件の拡大に向けた取組、汎用性を高めるための小型・低コスト化などが行われています。本発表では、環境計測ライダ
ーの概要と、発表者らが開発を進めてきた都市大気や気象要素を精

図 1: 車載紫外ライダーによる都市上空のエアロゾル分布

測する紫外ライダーとその適用例

観測例（2021 年 12 月 24 日 3:58～5:28 JST, 東京）について紹介します。

- 288 -

3-5 定例オープンセミナー

4-7
第 286 回 定例オープンセミナー（2022/9/14）資料

題目：シロアリに学ぶ木材の利用・加工法
発表者：大村和香子（京都大学生存圏研究所・教授）

関連ミッション：ミッション 4（循環材料・環境共生システム）、5（高品位生存圏）
要旨：
木材・木造建築物の大害虫として知られるシロアリは、木材の主成分であるセルロースを、共生微生物の‘助け’を借りて消化・分解して資化できる数少ない昆虫の１つである。イエシロア
リ Coptotermes formosanus やヤマトシロアリ Reticulitermes speratus では、リグニン含量が高まった排出物（糞）を、土壌と混ぜて巣や‘蟻道’と呼ばれるトンネル状のシロアリの通り道の構築のために利用している。
シロアリは種類によって、外敵への攻撃方法や巣仲間の保護方法が異なり、これに呼応して兵蟻の頭部や大顎の形状に顕著な特徴が顕れている。このため外部形態によるシロアリ分類には、兵蟻の大顎の形状が有効な区別点となっている。テングシロアリ亜科 Nasutitermitinae に属する
タカサゴシロアリNasutitermes takasagoensisは防御物質を発射しやすい形状を呈する。レイビシロ
アリ科 Kalotermitidae のダイコクシロアリCryptotermes domesticusは、開口部に頭部を詰める防御を行い、物理的に外敵の侵入を阻止する。
一方職蟻の大顎も、シロアリ種ごとの体の大きさや生態に応じて形状や性状が異なる。木材の食痕（食い痕）も種によって特徴があり、これはサイズや形状、動きが異なる大顎＝刃物 で切削・加工が行われた結果といえる。大顎は繰り返し木材を削っても耐えうる強靭性を有している。大顎の強靭性は、大顎の表層～歯先に局所的に蓄積している微量金属や、大顎の付け根から歯先に向けて高配向し、かつ多層構造を呈するキチンフィブリルなどに起因すると考えられる。
今後も木材害虫シ
ロアリの巧みな木材
利用・加工法について明らかにしていく
ことで、豊かな生存圏の構築に貢献する
新たな材料開発に繋図げていきたい。

（左）イエシロアリ（右）ネバダオオシロアリ（擬）職蟻における大顎と体サイズ比較- 289 -

3-5 定例オープンセミナー

4-8
第 287 回 定例オープンセミナー (2022/9/28) 資料

題目：電磁環境と健康の国際動向
発表者：宮越 順二 （京都大学生存圏研究所・特任教授）
関連ミッション：ミッション 5（高品位生存圏）
要旨：
我々の生活環境には種々の電磁波が飛び交っている。特に、世界中で携帯電話や無線 LAN の利用、携帯電話基地局の新設などが急速に進展したことが主な要因となっている。さらに近未来社会では、多種多様な電磁環境は、ますます増加の一途をたどるであろう。電磁環境は目に見えないこともあり、電磁波の健康への影響について不安を抱いている人が多い。ここでは、高周波の電磁環境について世界保健機関(WHO)や国際がん研究機関(IARC)をはじめとした、国際機関の健康評価活動を紹介する。
まず、非電離の高周波について、健康影響評価の経緯を述べる。1990 年代前半に、（極）低周波の高圧送電線と小児白血病の研究が高まったこともあり、WHO は、1996 年に国際電磁波プロジェ
クト（International EMF Project）を立ち上げた。電波と健康は、WHO の放射線担当部門が行っている。国際的な機関で WHO の他に強く関与しているのは、IARC、国際非電離放射線防護委員会（ICNIRP）などがある。IARC は地球上に存在する物質や環境の発がん性を評価する機関であり、
ICNIRP は非電離放射線専門の規制を国際的に提言する機関である。
電磁環境の生体影響を研究する主な手法としては、（1）ヒトの疫学研究やヒトのボランティア
研究、（2） 動物実験研究、および（3） 細胞実験研究が行われている。高周波電磁環境に対する
IARC の発がん性評価会議（2011 年）については、WHO から招請され、筆者も評価委員（ワーキン
ググループ）として参加した。会議の結果として、長時間にわたる携帯電話使用者において、脳腫瘍（神経膠腫や聴神経腫瘍）の増加を示唆する疫学研究報告を重視して、ワーキンググループの高周波発がん性総合評価は、「グループ２B(Possibly carcinogenic to humans」（発がん性があるかもしれない）と決定した。WHO は、この評価会からかなり時間を擁しているが、高周波による発がん性を含む健康全体の影響評価について、環境健康クライテリアの作成を進めている。
通信や医療、さらに EV や近い将来のワイヤレスエネルギー伝送技術をはじめとして、電磁波利用は高まるばかりである。増加の一途をたどるこれからの電磁環境を考えると、電磁波の安全性を科学的なデータから評価・判断するため、未解明な部分については、生命科学の先端技術を駆使して研究を推進する必要がある。この分野は、特に、生物・医学面、工学面での密接な研究協力体制が重要であることを付け加えて置きたい。

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3-5 定例オープンセミナー

4-9
第 288 回 定例オープンセミナー（2022/10/19）資料

題目：用材観から紐解く文化人類学的諸相 ～人類と木とのあわい～
発表者：田鶴寿弥子（京都大学生存圏研究所・講師）

関連ミッション：ミッション 5（高品位生存圏）
要旨：
木材を利用し、膨大な数の文物を作り文化を花開かせてきた人類。仏像や建造物に代表され今に伝わる木製文化財の科学的調査からは、樹種や年代など様々な情報が得られます。それらの情報の一つ一つは、材料や時代を映し出すだけと考えられがちですが、地道にデータを蓄積していくことで、古代人が木と密接に寄り添い語り合ってきた当時の諸相、すなわち人類と木とのあわいを紐解くために重要な知見が見えてきます。
例えば、なぜ日本では 8 世紀の木彫像にカヤが多用されたのか、なぜ日本と中国の仏像に使用されている樹種が異なるのか、なぜ古墳に使われたコウヤマキが茶室にも使われているのか？これらの問いに答えをだすため、様々な学際領域の研究者たちと手をとりあって、多角的に研究を進めてきています。
たかが樹種、されど樹種です。適所適材の木材利用がなければこれほど豊かな現代文明は確立していなかったでしょう。ものづくりにおいて樹種により異なる加工性や強度という物性はもちろん重視されたはずですが、今以上に天災や疫病に脅かされていたであろう当時の人々にとって、木への信仰は今以上に強かったと想像できます。人々が樹木に対してもっていた崇拝心、精神性、
民俗性、それを審らかにすることで、これまで見えていなかった歴史や文化の一側面の解明に貢献できると期待されます。
木を中心に考える文化交流、民俗学的視座にたった用材選択の考究などから見えてくる古代の用材観には、未来を生きる人々へ伝えていくべき、人と木とのあわいにあったはずの大事な精神的つながりが見え隠れします。人類の歴史の形成に木が欠かせなかったのと同様に、たとえどれだけ今後社会が発展し豊かになろうとも、木は文明形成に欠かせない存在であり続けるはずです。
資源や環境問題がより重大な局面を迎えつつある今こそ、木と人とのあわいを改めて考える時期なのかもしれません。
本講演では、ボストン美術館やクリーブランド美術館など欧米の複数の美術館、博物館、大学などと行ってきた、中国および日本の木彫像調査から見えてきた古代の用材観の文化人類学的諸相、そして現在注力している研究などをご紹介しながら、みなさんと一緒に古の世界へタイムスリップし、人と木とのあわいを考えてみたいと思います。

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3-5 定例オープンセミナー

4-10
第 289 回 定例オープンセミナー（2022/10/26）資料

題目：ミリ波でみる大気と宇宙
発表者：田島治（京都大学大学院理学研究科 物理学第二教室・教授）

関連ミッション：ミッション 3 (宇宙生存環境)
要旨：
ミリ波は波長数 mm の光であり、車載レーダーや第５世代通信の発展によって身近な技術となってきた。このミリ波帯域で空を見上げれば、大気や宇宙について可視光とは異なる情報が得られる。宇宙マイクロ波背景放射（Cosmic Microwave Background 略して CMB）は最も遠く、最も過去から地球に到来するミリ波であり、その起源は「ビッグバン」と呼ばれる宇宙初期の超高温状態の熱放射線である。CMB を精密に観測することによって、宇宙のはじまりについて研究できる（図１）。一方、宇宙よりも手前にある大気放射をミリ波で観測することによって、水蒸気量のモニタリングが可能である（図２）。局所的な水蒸気量の増加は、竜巻やゲリラ豪雨といった突発的気象
災害の「予兆の予兆」とも言える兆候であり、ミリ波センシングは気象予測にも有益である。
もっと近くにあるミリ波発生源にも目を向けてみると、CMB 観測とは異なるアプローチで宇宙の謎に迫る研究テーマもある。実は銀河重力の大半は「ダークマター」と呼ばれる謎の物質が占めていることが分かっており、我々の身の回りにある。しかしながら、我々はそれを認知することも検出することも出来ていいない。このダークマターの検出を試みる技術としても、ミリ波センシングは注目されている。
本セミナーでは、自然界から発せられるミリ波の計測を通じて行う宇宙や大気などの研究や技術を紹介する。

図 1：Planck 実験が観測した全天のCMB マップ（差分強度分布図）。温度ゆ
図 2：ミリ波帯域における大気の減衰率

らぎを色のコントラストで表現し、偏光パターンを線の向きと長さで表現してある。Credit:ESA/Planck collaboration- 292 -

3-5 定例オープンセミナー

4-11

290th Regular Open Seminar（2022 /11/16）
Title：The Magnetic Reconnection Mystery: Tree Rings, Electron Distributions,and the Magnetospheric Multiscale Mission
Speaker：

Jason R. Shuster（University of Maryland College Park,
NASA Goddard Space Flight Center）

Related RISH mission：Mission 3: Sustainable Space Environments for Humankind
Abstract：

The mystery of how magnetic reconnection operates in a collisionless plasma
environment has puzzled space plasma physicists for decades. This talk is focused
primarily on recent numerical simulations and groundbreaking spacecraft
observation results from NASA’s Magnetospheric Multiscale (MMS) mission
relevant for elucidating the microphysical processes believed to power energetic
plasma flows associated with the reconnection energy conversion process.
Remarkably, the topological patterns which arise during the study of magnetic
reconnection are reminiscent of patterns commonly found in tree rings and aircraft
vortex contrails, likely due to a similar mathematical form of the underlying
equations describing each system. Specifically in this work, each term of theelectron Vlasov equation is determined from direct observations of electron phasespace density gradients measured by the four MMS spacecraft that fly intetrahedral formation in the vicinity of magnetic reconnection sites found at
Earth’s magnetopause. The unprecedented temporal, spatial, and velocity-spaceresolution offered by the MMS tetrahedron enables us to identify the electron
distribution function that supports fast plasma outflow jets within thin, electronscale current layers. These results are immediately relevant to the study offundamental energy conversion processes, including electron diffusion regions
fueling magnetic reconnection, kinetic-scale turbulence, and collisionless wavedamping mechanisms such as Landau damping that were recently reported using
MMS data from Earth’s turbulent magnetosheath.

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3-5 定例オープンセミナー

4-12
第 291 回 定例オープンセミナー（2022/11/30）資料

題目：ジャガイモのゲノム編集～有用品種開発への新戦略～
発表者：竹内亜美（東京大学大学院・博士後期課程）

関連ミッション：ミッション 5（高品位生存圏）
要旨：
ジャガイモの塊茎デンプンは食用から工業用まで幅広く利用されており、デンプンの品質改良
はジャガイモ育種において重要な課題である。ジャガイモは栄養生殖性が強く、4 倍体ゲノムを有する。そのため、新たなデンプン形質を有する品種を従来の交配育種法で作出することは容易でない。そこで、ゲノム編集技術により有用なデンプン形質を有する変異体系統の作出を試みた。
これまでに、
翻訳エンハンサーdMac3 を利用した改良型ゲノム編集ツール（CRISPR/dMac3-Cas9）が開発されており、これにより高頻度で変異体を得られることが分かっている。そこで、
CRISPR/dMac3-Cas9 システムを用いて、ジャガイモのデンプン形質の決定に大きく関わると考えられる 3 つの遺伝子のゲノム編集を行った。具体的には、ジャガイモ塊茎の貯蔵デンプン生合成に関わるデンプン顆粒結合型デンプン合成酵素 GBSS 遺伝子とデンプン枝付け酵素 SBE3 遺伝子、デンプンのリン酸化に関わる glucan-water-dikinase(GWD1)遺伝子である。これによって多数の変異体が得られた。変異体の表現型を観察したところ、これらの変異体の塊茎はこれまでにない
新規なデンプン形質を有することが分かった。
ゲノム編集によって得られた植物体には、多くの場合 CRISPR/Cas9 などの外来遺伝子が残存する。これらは交配によって後代で分離するため、外来遺伝子のないヌルセグリガント変異体を得ることができる。しかしながら、栄養生殖性が強いジャガイモでは交配によって後代を得ることが困難である。そこで、トマトを台木とした接ぎ木個体を作製し、これらを交配することにより、ヌルセグリガント変異体後代を獲得する手法を確立した。
これらの結果は、CRISPR/dMac3-Cas9 システムにより高効
率で変異体が得られることや、変異体の接ぎ木個体を用いた交配システムを用いることで、従来法よりも容易にジャガイ

2 cm

モ塊茎デンプンの代謝工学が可能であることを示す。また、これらの技術は、栄養生殖性の強い作物にも応用が可能であり、農作物の育種の促進に貢献できる可能性が考察される。
本セミナーでは、ゲノム編集を用いた新たなジャガイモ変異体の作出法および新たなジャガイモ交配法について紹介する。

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図 1：接ぎ木の様子とジャガイモ
果実。接ぎ木により結実率が大幅に向上した。

3-5 定例オープンセミナー

4-13

292nd Regular Open Seminar（2022 /12/21）
Title：Computer Simulations of Waves in Space Plasmas
Speaker：

Yoshiharu Omura（Professor , RISH Kyoto University）

Related RISH mission：Mission 3: Sustainable Space Environments for Humankind
Abstract：
Various types of electromagnetic and electrostatic waves are observed in the spaceenvironment surrounding the Earth. These waves are excited through interactions between
coherent waves and energetic particles in space plasmas. Electromagnetic particle simulations
have been conducted, reproducing the generation processes of whistler-mode chorus wave
emissions, electromagnetic ion cyclotron (EMIC) wave emissions, and electrostatic solitary
waves (ESW). Whistler-mode chorus emissions and EMIC emissions are characterized bypeculiar frequency variations (Figure 1), and they are responsible for formation andprecipitation of relativistic electrons in the Earth’s outer radiation belt, which can be
hazardous to activities of human beings in the geo-space environment. ESW are observed invarious regions of the magnetosphere, indicating occurrence of strong wave-particle
interactions such as two-stream instabilities due to mixing of different groups of energetic
particles (Figure 2) in boundary layers. A brief review of the nonlinear physical processes ofwave generation and particle acceleration and scattering that have been clarified by computer
simulations will be given.

Figure 1: Whistler-mode Chorus Emissions

Figure 2: Electrostatic Solitary Waves[Omura and Katoh, JGR, 2008][Omura et al., GRL, 1994]- 295 -

3-5 定例オープンセミナー

4-14
第 293 回 定例オープンセミナー（2023/1/25）資料

題目：リグニン、リグナン及び関連化合物の生成と分解
発表者：梅澤俊明（京都大学生存圏研究所・教授）

関連ミッション：ミッション 1（環境診断・循環機能制御）、5（高品位生存圏）
要旨：
演者は昭和５１（１９７６）年に大学入学後、天然物有機化学或いは植物の二次代謝に興味を抱き、昭和５５（１９８０）年に修士（博士前期）課程学生として樋口隆昌先生の研究室、当時の京都大学木材研究所リグニン科学部門、に入れていただいた。与えられた研究課題はリグニンの
微生物分解機構の解明に関するものであり、随分がっかりしたが、直接ご指導いただいた当時助手の中坪文明先生（京都大学名誉教授、現京都大学生存圏研究所特任教授）は生粋の有機化学者
で、微生物分解機構研究と言っても結局ほとんどは天然物有機化学的観点からの研究であった。
ここで、同先生より手取り足取り有機化学のご教示をいただいたことは、その後の研究の基盤となり、この上ない幸いであった。この課題で博士の学位をいただいたのち、本来興味を持っていた分野に転向し、平成元年（１９８９）年以来、リグナン及び関連化合物（ノルリグナン、ネオリ
グナン等）の生合成研究に従事した。リグナン生合成に関しては、抗腫瘍性リグナンであるポド
フィロトキシンの生合成や生合成における立体化学機構に関する研究を進めた。そして、リグナ
ン生合成に関わる酵素の基質のエナンチオマーに関する選択性が、極めて多様なリグナンのエナ
ンチオマー組成の決定因子であることを示した。また、多数のリグナンのメチル化酵素（Lignan
OMT）の解析等を通して、リグナン生合成が植物種により収斂進化していること、および同様の機能を持つ Lignan OMT が異なる植物で平行進化していること等を示した。
なお、時間的に前後するが、これらの研究を進めるにあたり、分子生物学の導入が不可欠となり、全く遅ればせながら平成１１（１９９９）年に短期間ミシガン工科大学の Vincent L. Chiang
先生の下でリグナン及びリグニンの生合成の分子生物学に関する研究を行う機会を得た。ここで、Laigeng Li 先生に手取り足取り分子生物学実験の実際の手ほどきをいただいた。
平成１５（２００５）年に当研究室をお預かりするようになって、リグナン及び関連化合物の生合成研究に加え、リグニン生合成についても研究を進めることとした。ここで、リグノセルロース（木質）の利用特性向上に対し、当時すでに極めて多数の報告されていた研究とは全く逆の観点から研究を進めることとした。すなわち、積極的にリグニン増量を図る研究及びリグニンの構造単純化に関する研究を進めた。この過程で、イネ科植物における新規リグニン生合成経路の発見にも至った。また、利用に適したバイオマスの作出に於いては、その持続的生産と利用方法をも総合的に捉えることが重要であることを強く認識するに至り、インドネシア科学院（現インドネシア国家研究イノベーション庁）との国際共同研究として、「熱帯荒廃草原の植生回復によるバイオマスエネルギーとマテリアル生産」に関するプロジェクトを都合７年間推進した。上記の研究の多くの部分はこの共同研究の一環として推進した。

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3-5 定例オープンセミナー

4-15

294th Regular Open Seminar（2023/2/8）
Title：Some research on mechanics of tree and wood

Speaker：Joseph GRIL（CNRS, Univ. Clermont Auvergne, Institut Pascal, France）
Related RISH mission：-Mission 4 (Development and Utilization of Wood-based
Sustainable Materials in Harmony with the Human Living
Environment)- Mission 5（Quality of the Future Humanosphere）

Abstract：

Wood as an object of research can be considered as a component of trees, amaterial used by humans, or an archive of the past. The presentation will focus
on subjects involving wood mechanics but also interactions with other disciplines.
(1) Wood shaping, such as bending of bars or fixation of transverse compression,
illustrate the hygro-thermo-mechanical couplings in wood. Comparing
microstructure of wood densified in different conditions
proved the use of coal-like material by our ancestors, inan experimental archaeological approach. (2) The
follow-up of Mona Lisa, started in 2004 for the Louvre
Museum in Paris, initiated research on hygroFinite element modelling of mechanical modelling of painted panels andMona Lisa wooden support conservation of historical wooden objects in general. (3)(designed by O. Arnould)
Wood from repairs of Buddhist buildings was used to
study the effect of natural ageing on wood
properties, and similar modifications attempted
through mild thermal treatments. Observations ofremains from the burnt roof of Notre-Dame-de-Paris
cathedral will allow going one step further by
Equivalence between darkening
observing the combined effect of age and heat. (4)of old and heat-treated wood: (a)control; (b) 1580 year-old wood;
The unexplained breaking of tree branches in(c)wood treated 120h at 180°C.
Summer hinders the promotion of tree planting in(Matsuo et al., Holzforschung,cities to improve thermal comfort in the face of65, 361, 2011)global warming. The approach adopted to address
the issue of their mechanical strength is based on biomechanical modelling
similar to that of inclined trunks.

- 297 -

4. 国際共同研究活動報告

国際共同研究生存圏研究所では、生存圏科学の国際化推進のため、平成 28 年度にインドネシアに「生存圏アジアリサーチノード（ARN）」を設置し、国内研究者コミュニティーと海外研究者コミュニティーを連接させる新たな活動を開始した。そのため本報告においては、研究課題をARN 活動に関係が深いものとそれ以外に分けて、研究所の国際共同研究活動を取りまとめる。

＜生存圏アジアリサーチノードに関連の深い国際共同研究課題＞
１．日ＡＳＥＡＮ科学技術イノベーション共同研究拠点 (JASTIP)－持続可能開発研究の推進－ の国際交流事業
本事業は、オールジャパン・オール ASEAN 体制のもとで、地域共通課題の解決に資す
る持続可能開発研究を推進することを目的とし、京都大学が中心となり平成 27 年度から開始した。環境・エネルギー、生物資源・生物多様性、防災の 3 分野に焦点を当てて、バイオマス資源のエネルギー化、有用熱帯植物の高度有効利用、大規模自然災害の早期警戒システ
ム等の先端的な技術開発や実用化促進のための国際共同研究に取り組んでいる。中核研究機関が中心となって、中核拠点をバンコク市とジャカルタ市に、サテライト拠点をタイ、イ
ンドネシア、マレーシアに設置し、日 ASEAN の代表的な研究機関からなるコンソーシアムを創設した。顔のみえる科学技術イノベーション拠点として、日 ASEAN 研究者のイニシア
ティブによる持続可能開発に関する共同研究を推進するとともに、ASEAN 域内の関連研究機関との包括的な連携を促進し、本研究の成果を全 ASEAN 諸国に効果的に波及させる。これにより、ASEAN 地域の喫緊の課題を解決する方策を提言し、社会実装活動を加速させるとともに、学術政策対話や国際機関との協力を通じて日 ASEAN の持続可能開発に貢献する。
生存圏研究所は、これらのうちの「生物資源・生物多様性」研究に関係するサテライト
拠点の運営と共同研究を京都大学農学研究科とともに担当している。2021 年度は、インド
ネシア・日本間の共同研究プログラムと、多国間連携プログラム JASTIP-NET で、タイ、
インドネシア、マレーシアなどと国際共同研究プログラムを実施し、熱帯バイオマス利用に関する共同研究を推進した。JASTIP プロジェクトとして開始したタイ国立科学技術開発庁(NSTDA) -LIPI-生存圏研究所の研究プログラムは、ラオス国立大学、京都大学エネルギー
理工学研究所、同エネルギー科学研究科を加えて、e-Asia プロジェクト「サトウキビ収穫廃
棄物の統合バイオリファイナリー」に発展し、2023 年 3 月末まで研究を実施した。
2023 年１月 19 日に JASTIP のプログラムオフィサーと JASTIP 運営幹事とのオンライ
ン会議を行い、第二フェーズの JASTIP の成果と課題、今後の活動方針を議論した。

- 298 -

4. 国際共同研究活動報告

２．地球規模課題対応国際科学技術協力プログラム等に関するインドネシア科学院との国際共同研究
1996年以来「循環型社会の構築を目指した熱帯森林資源の持続的な生産と利用」を目指し、日本学術振興会の拠点大学方式による木質科学に関する学術交流事業をインドネシア
科学院との間で実施してきた。同事業は平成17年度を持って終了したが、18年度以降も引き続き様々なプロジェクト経費を投入して相手機関との国際交流事業を継続してきた。すなわち、生存圏研究所アカシアインターミッションプロジェクトを始め、平成19年度採択となったグローバルCOEプログラム「生存基盤持続型の発展を目指す地域研究拠点」などである。
2008年6月17～20日、2009年1月9日～15日に、インドネシア全域（ジャワ島、スマトラ
島、カリマンタン島）で、林准教授らは、LIPI Biotechnology研究所のEnny
Sudawamonati博士とともに林業省植林センター、JICAオフィスやエタノール生産工場
で、バイオエタノール生産取り組みに関する情報収集を行った。
2008年8月27～30日に、マレーシア・サバ州・ケニンガウ近郊のKoshii Hybrid Plantation（KHP）社において、吉村准教授らはLIPI生物材料研究・開発ユニットSulaeman Yusuf博士他2名と共同で、アカシア人工林におけるシロアリ相の調査を実施した。また、引き続
き、8月31～9月3日にマレーシア・ペナン島：ムカヘッド国立公園において、同上メンバーと共に天然林におけるシロアリ相の調査を行った。
更に 2009 年 11 月 6 日～7 日の 2 日間、スマトラ島 Pekanbaru の林業省リアウ支所、シンナマス研究所並びにリアウ大学において、生存圏研究所が母体となっているグローバル
COE プログラム「生存基盤持続型の発展を目指す地域研究拠点」の一環として、Riau
Biosphere Reserve プロジェクトに関するミーティングを行い、環境と経済の調和に向けた
生存圏科学の構築について議論した。更に、2010 年 2 月 19 日～20 日の 2 日間、スマトラ
島 Pekanbaru の林業省リアウ支所並びにリアウ大学において、グローバル COE プログラ
ムの一環として、リアウワークショップを開催し、Riau Biosphere Reserve プロジェクトを目指す地域研究拠点形成を探るなど、環境と経済の調和に向けた生存圏科学の構築について議論した。Riau Biosphere Reserve プロジェクトは G-COE プログラムのイニシャティブ
3 班により精力的な調査研究が行われている。森林バイオマス調査、生態系調査、および社会経済調査など文字通りの文理融合研究が進み、リアウ大学において当該プロジェクトのワークショップが 2010 年 10 月 20 日に開催され、関連分野のインドネシア、日本の研究者が集まり、活発な議論が展開された。
また、2008 年以降、Humanosphere Science School（HSS） と題した現地講義を実施している。これは、当研究所が蓄積してきた研究成果を社会に還元すると共に、若手人材の育成と将来の共同研究の一層発展へ展開させることを目的としたものである。2010 年度はイ
2011 年度は同国アンボン島で HSS2011
ンドネシアのガジャマダ大学において HSS2010 を、を開催し、本学より若手研究者および大学院学生を参加させ、現地の若手研究者との交流を- 299 -

4. 国際共同研究活動報告行った。インドネシアからは 150 名の若手研究者・学生が参加し、環境科学・植物科学・
木質科学・大気圏科学に関する最新の研究成果を聴講するとともに、活発な討論により「生存圏科学」の幅広い繋がりを意識することとなった。
さらに 2011 年度からは、HSS と併せ、国際生存圏科学シンポジウム（ISSH）という、日本-インドネシア両国の学生および若手研究者による生存圏科学に関する研究発表の場を設け、2012 年度は Humanosphere Science School 2012 (HSS2012)・The 2nd International
Symposium for Sustainable Humansphere (The 2nd ISSH)と題し、HSS2012 と同時に The
2nd ISSH も開催した。開催場所はインドネシア・バンドン市で、日本-インドネシア両国の若手研究者への優秀発表表彰も行われ、教育的な意味でも大きな意義を有していた。
2013 年度は、Humanosphere Science School 2013 (HSS2013)・The 3rd International
Symposium for Sustainable Humansphere (The 3rd ISSH)をインドネシア・スマトラ島のベ
ングル大学において開催した。また、熱帯産業造林の持続的維持管理には、生態学的・生物
多様性的視点が不可欠であることから、当該分野に造詣の深いインドネシア科学院エンダ
ン・スカラ教授(元副長官)を外国人客員教授として招聘し（2013 年 9 月より 2014 年 2 月まで）、生存圏科学の確立に向けた国際共同研究を推進した。
2014 年度では、熱帯バイオマス生産利用に関する総合的研究の基盤としての調査研究を
インドネシア科学院と共同で進めた。すなわちまず、アランアラン草原の植生回復と持続的
バイオマス生産利用にむけ、インドネシア科学院と共同研究グループを組織し調査研究を進めた。このために研究代表者らが前年度の平成 26 年 3 月 25～26 日に加え平成 27 年 6 月
25～27 日にインドネシア科学院を訪問し、インドネシア科学院エンダン・スカラ教授(生存圏研究所平成２５年度外国人客員教授)及びイ・マデ・スディアナ博士らと共同研究申請を視野に入れた討議を重ね、この討議結果を踏まえた共同研究経費を申請した。
2015 年度では、従来の研究成果に基づきインドネシア科学院と共同で提案した熱帯荒廃
草原の植生回復によるバイオマスエネルギーとマテリアル生産に関する国際共同研究・政府開発援助プロジェクト研究が、（国研）科学技術振興機構（JST）／（独）国際協力機構（JICA）の地球規模課題対応国際科学技術協力プログラム（SATREPS）の一環として採択された。2015 年度は暫定採択期間であり、インドネシア科学院の研究者と共同研究の詳細計画に関する討議を重ね、研究内容の詳細を決定した。その後、研究の詳細計画を作成と討議記録（Minutes of Meetings）の調印（平成 27 年 9 月 25 日）、研究詳細計画に関する討議
議事録（Record of Discussions）の締結（平成 27 年 12 月 14 日）と研究協定（Memorandumof Agreement）の締結（平成 28 年 1 月 8 日）を完了し、2016 年度からの研究開始に向けた協定の整備が終了した。
2016 年度では、熱帯荒廃草原の植生回復によるバイオマスエネルギーとマテリアル生産に関する国際共同研究・政府開発援助プロジェクト研究が、正式採択となり、研究活動が開始された。平成２８年６月１０～１１日に JST の JASTIP プロジェクトのシンポジウムを
LIPI と共催した。
ついで、
平成 28 年 7 月 20 日～21 日にかけて、ボゴールにおいて SATREPS- 300 -

4. 国際共同研究活動報告

キックオフミーティングを LIPI と共催し、SATREPS プロジェクトの研究全般の方向性について討議した。さらに、平成 28 年 11 月 14 日に、SATREPS プロジェクトの初年度の成果報告会を兼ね、ボゴールにおいて第 1 回 SATREPS コンフェレンス－熱帯荒廃草原の植生回復によるバイオマスエネルギー生産と環境回復－（第 7 回熱帯人工林生存圏フラッグ
シップシンポジウム）を開催した。引き続き、翌 15 日～16 日には、ボゴールにおいてHumanosphere Science School 2016 (HSS2016) ・The 6th International Symposium for
Sustainable Humansphere (The 6th ISSH)を JASTIP 及び SATREPS との共催、グローバル
生存基盤展開ユニットとの協賛にて開催し、キャパシティービルディングに努めた。
2017 年度では、熱帯荒廃草原の植生回復によるバイオマスエネルギーとマテリアル生産に関する国際共同研究・政府開発援助（SATREPS）プロジェクト研究をインドネシア科学院（LIPI）と継続実施した。平成 29 年 7 月 19～21 日に JST の JASTIP プロジェクトのシ
ンポジウム（The 2nd Asia Research Node Symposiumon Humanosphere Science）

を開催し、多数の LIPI 研究者の参画を得た。また、SATREPS プロジェクトに於ける日本人学生及び若手研究者のキャパシティビルディングとして、LIPI 研究者らを講師に招き地
球規模課題に関する連続セミナーをグローバル生存基盤展開ユニットとの協賛にて開催した。すなわち、平成 29 年 7 月 18 日に、1st Sustainable Development Seminar (SDS)、10
月 13 日第 2 回 SDS、11 月 16 日第 3 回 SDS、平成 30 年 3 月 8 日第 4 回 SDS を開催した。
さらに、平成 29 年 11 月 1 日～2 日にかけて、ボゴールにおいて Humanosphere Science
School 2017 (HSS2017)・The 7th International Symposium for Sustainable Humansphere(The 7th ISSH)を生存圏研究所主催、JASTIP 及び SATREPS との共催、グローバル生存基
盤展開ユニットとの協賛にて開催し、インドネシア側の若手研究者と学生に対するキャパ
シティービルディングに努めた。また、翌日の 11 月 3 日に The 3rd JASTIP Bioresources
and Biodiversity Workshop “Synergy of ASEAN Countries and Japan for Sustainable
development” and the 2nd Humanosphere Asia Research Node Workshop toward Sustainable
Utilization of Tropical Bioresources をボゴールにて LIPI と共催した。さらに、平成 29 年
11 月 16～17 日に、SATREPS プロジェクトの第 2 年度の成果報告会を兼ね、宇治において第 2 回 SATREPS コンフェレンス－熱帯荒廃草原の植生回復によるバイオマスエネルギー
生産と環境回復－（第 358 回生存圏シンポジウム、第 8 回熱帯人工林生存圏フラッグシッ
プシンポジウム）を開催し、共同研究の推進に努めた。次いで、平成 30 年 1 月 15 日に
JASTIP Workshop Package 3 Bioresources and Biodiversity Meeting Progress and Future
Plant をバンバンスビヤント LIPI 長官（事務取扱）他の参加の下、東南アジア地域研究研究所にて開催した。なお、SATREPS プロジェクトに於ては、インドネシア科学院ボゴール
植物園内のトレウブ実験室を供与機器の集中設置実験室として改装整備してきた。平成 29
年度には、機材供与が相当進んだことから年度末の平成 30 年 3 月 21 日に、バンバンスビ
ヤント LIPI 長官（事務取扱）、JICA ジャカルタ事務所高樋次長、在ジャカルタ日本大使館
中村二等書記官他の隣席の下、機材引き渡し式を挙行した。その内容は多くの現地プレスに- 301 -

4. 国際共同研究活動報告

よって報道された。
2018 年度は、昨年度に引き続き、（国研）科学技術振興機構（JST）／（独）国際協力機構（JICA）の地球規模課題対応国際科学技術協力プログラム（SATREPS）傘下の熱帯荒廃
草原の植生回復によるバイオマスエネルギーとマテリアル生産に関する国際共同研究・政府開発援助プロジェクト研究をインドネシア科学院と共同で推進した。そして、共同研究協
議並びに研究指導のための出張を 12 回（内 1 回は予定）［平成３０年５月１３～１７日（梅澤他）、平成３０年７月１～５日（梅澤他）、平成３０年７月３０～８月５日（花野、宮本）、
平成３０年８月１９～２４日（梅村）、平成３０年９月１８～２２日（宮本）、平成３０年９月２４～３０日（梅澤、小林）、平成３０年１０月１５～２０日（梅澤他）、平成３０年１１
月１９～２４日（梅澤他）、平成３０年１２月１５～１８日（梅澤）、平成３１年１月７～１２日（花野、宮本）、平成３１年１月１３～１５日（梅澤、梅村）、平成３１年２月１８～２２日（梅澤、梅村、小林）］行い研究推進に努めた。また、平成３０年１１月２２日に、本
年度の成果報告会を兼ね、インドネシア科学院ボゴール植物園において第３回 SATREPS コ
ンフェレンス－熱帯荒廃草原の植生回復によるバイオマスエネルギー生産と環境回復－（第９回熱帯人工林生存圏フラッグシップシンポジウム、第３７６回生存圏シンポジウム）を開催し、研究内容の確認と研究の方向性に関する討議を行った。さらに、平成３０年１０
月１８～１９日にメダンで開催された生存圏研究所主催の HSS（第３８４回生存圏シンポジウム）に共催参加し、SATREPS 関連の基礎科目の講義を行いインドネシア側の研究者・学生へのキャパシティーディベロップメントに努めた。さらに、また、平成３０年４月１９日及び平成３０年１２月２７日に、当研究所において SATREPS の教育プログラムの一環として地球規模課題セミナー［Sustainable Development Seminar (SDS)］を開催し日本側
若手研究者と学生へのキャパシティーディベロップメントに努めた。なおこれらの研究は、本学研究連携基盤グローバル生存基盤展開ユニットのプロジェクトとしても連携して推進している。
個別の研究として、アランアラン草原における栽培を最終目的とし、大型イネ科バイオマ
ス植物のリグノセルロースの解析と高発熱型リグニンを有するイネ科熱帯バイオマス植物の分子育種に関する研究を一層進めた。これらの成果の一部は国内外の学会等で発表すると共に、年度内の学会・シンポジウムで発表した。
また、前年度に引き続きソルガムバガスと天然系接着剤を使用した低環境負荷型パーテ
ィクルボードの研究を進め、スイートソルガムバガスの粉末を原料として用い、クエン酸を接着剤とした木質成形体の作製を行った。さらに、ソルガムからのペレット燃料生産についてもベンチプラントテストを行い、社会実装に向けた民間企業との連携を進めた。
2019 年度は、前年度に引き続き、（国研）科学技術振興機構（JST）／（独）国際協力機構（JICA）の地球規模課題対応国際科学技術協力プログラム（SATREPS）傘下の熱帯荒廃
草原の植生回復によるバイオマスエネルギーとマテリアル生産に関する国際共同研究・政府開発援助プロジェクト研究をインドネシア科学院と共同で推進した。共同研究協議並び- 302 -

4. 国際共同研究活動報告に研究指導のための出張を延べ３０回（内３回は予定）［平成３１年４月３～１０日（梅澤、梅村、小林他）、令和元年６月１６～２０日（梅澤）、令和元年６月２６～7 月５日（梅澤、梅村、小林他）、令和元年７月３０～８月６日（梅澤、梅村他）、令和元年９月２２～２９日（梅澤、梅村）、令和元年１０月２３～１０月３０日（梅澤、梅村、小林他）、令和元年１２
月１５～１８日（梅澤、梅村）、令和２年１月１２～１６日（宮本）、令和２年２月１０～１
４日（梅澤、梅村、小林、予定）］行い研究推進に努めた。また、令和元年１１月１９～２
０日に、年度成果報告会を兼ね、生存圏研究所において第４回 SATREPS コンフェレンス－熱帯荒廃草原の植生回復によるバイオマスエネルギー生産と環境回復－（第１０回熱帯人
工林生存圏フラッグシップシンポジウム、第４０６回生存圏シンポジウム）を開催し、研究
内容の確認と研究の方向性に関する討議を行った。さらに、令和元年１０月２８～２９日にボゴールで開催された生存圏研究所主催の 9th HSS（第４０９回生存圏シンポジウム）に共催参加し、SATREPS 関連の基礎科目の講義を行いインドネシア側の研究者・学生へのキャ
パシティーディベロップメントに努めた。さらに、また、令和元年５月２２日及び令和元年
１１月１９日に、当研究所において SATREPS の教育プログラムの一環として地球規模課
題セミナー［Sustainable Development Seminar (SDS)］を開催し日本側若手研究者と学生へのキャパシティーディベロップメントに努めた。
個別の研究として、アランアラン草原における栽培を最終目的とし、大型イネ科バイオマ
ス植物のリグノセルロースの解析と高発熱型リグニンを有するイネ科熱帯バイオマス植物の分子育種に関する研究を一層進めた。これらの成果の一部は論文で公表すると共に国内外の学会等で発表した。
2020 年度は、前年度に引き続き、（国研）科学技術振興機構（JST）／（独）国際協力機構（JICA）の地球規模課題対応国際科学技術協力プログラム（SATREPS）傘下の熱帯荒廃
草原の植生回復によるバイオマスエネルギーとマテリアル生産に関する国際共同研究・政府開発援助プロジェクト研究をインドネシア科学院と共同で推進した。しかし、本年度は、COVID-19 蔓延拡大の影響により、インドネシア渡航が全くできなかった。それに代わり、Zoom を用いた遠隔月例会議を定期的に開催し、研究打合せと研究方針の確認を行った。また、令和２年１１月１７日に、本年度の成果報告会を兼ね、Zoom を用いた遠隔会議方式にて第５回 SATREPS コンフェレンス－熱帯荒廃草原の植生回復によるバイオマスエネルギ
ー生産と環境回復－（第１１回熱帯人工林生存圏フラッグシップシンポジウム、第４３８回
生存圏シンポジウム）を開催し、研究内容の確認と研究の方向性に関する討議を行った。さらに、令和３年３月２３日に Zoom を用いた遠隔講義により、SATREPS の教育プログラムの一環として地球規模課題セミナー［Sustainable Development Seminar (SDS)］を開催し日本側若手研究者と学生へのキャパシティーディベロップメントに努めた。従来の対面方
式に比べ数倍の参加者を得ており、コロナ禍終息後も、遠隔講義システムを用いたセミナー
開催は有効であると考えられる。
個別の研究として、2020 年度はアランアラン草原における栽培を最終目的とし、大型イ- 303 -

4. 国際共同研究活動報告

ネ科バイオマス植物のリグノセルロースの解析と高発熱型リグニンを有するイネ科熱帯バイオマス植物の分子育種に関する研究を一層進めた。これらの成果の一部は総説等で公表すると共に学会等で発表した。また、2020 年度も前年度に引き続き、未利用リグノセルロースとして、オイルパーム幹やジュート、竹に着目した材料開発を進めている。さらに、通電加熱による木質バイオマスの急速熱分解において、熱分解温度とアンモニア吸着能との関係を調べた。アンモニア吸着量は、300～400℃で増大し、400～500℃で最大となった。
600℃で大きく減少した後、800℃までほぼ一定で推移した。酸性官能基の生成、分解の影
響が示唆された。
2021 年度は、前年度に引き続き、（国研）科学技術振興機構（JST）／（独）国際協力機構（JICA）の地球規模課題対応国際科学技術協力プログラム（SATREPS）傘下の熱帯荒廃
草原の植生回復によるバイオマスエネルギーとマテリアル生産に関する国際共同研究・政府開発援助プロジェクト研究をインドネシア科学院と共同で推進した。本年度も昨年度同様、COVID-19 蔓延拡大の影響により、インドネシア渡航が全くできなかった。それに代わり、Zoom を用いた遠隔月例会議を定期的に開催し、研究打合せと研究方針の確認を行った。また、令和４年３月２５日に、本年度の成果報告会及び全年度の成果取りまとめとして、
Zoom を用いた遠隔会議方式にて第６回 SATREPS コンフェレンス－熱帯荒廃草原の植生回復によるバイオマスエネルギー生産と環境回復－（第１２回熱帯人工林生存圏フラッグ
シップシンポジウム、第４７２回生存圏シンポジウム）を開催した。
2021 年度は個別の研究としてアランアラン草原における栽培を最終目的とし、大型イネ科バイオマス植物のリグノセルロースの解析と高発熱型リグニンを有するイネ科熱帯バイオマス植物の分子育種に関する研究を一層進めた。これらの成果の一部は総説等で公表すると共に学会等で発表した。また、前年度に引き続き、農産廃棄物由来の未利用リグノセル
ロースを原料に用いた木質材料の開発に関し、原料成分を利用した接着技術について検討した。さらに、脱炭素型接着剤の硬化促進技術についても検討し、それぞれ国際共著論文として公表するとともに、木材害虫による研究も新たに進め、特に木材穿孔害虫による木材の食害機構、特に腸内共生微生物による木材成分の分解機構について検討し、成果の一部を取りまとめ現在投稿中である。なお、地下シロアリにおける非嗅覚器官感覚子の微細構造解析も進め成果の一部は学会等で公表した。一方、JASTIP プロジェクトの生物資源・生物多様性の拠点として、熱帯バイオマスの有効利用法の研究を、国内やインドネシアをはじめとする東南アジア諸国の研究機関と推進するとともに、e-Asia プロジェクトにおいて、サトウキ
ビの収穫残滓をバイオ燃料や高付加価値物に変換するプロセスを、日本、タイ、インドネシ
ア、ラオス４ヶ国で共同開発した。
2022 年度は個別の研究としてアランアラン草原における栽培を最終目的とし、大型イネ科バイオマス植物のリグノセルロースの解析と高発熱型リグニンを有するイネ科熱帯バイオマス植物の分子育種に関する研究を前年度に引き続き一層進めた。これらの成果の一部は総説等で公表すると共に学会等で発表した。また、前年度の継続研究として農産廃棄物由- 304 -

4. 国際共同研究活動報告

来の未利用リグノセルロースを原料に用いた木質材料の開発を行い、原料成分を接着剤成分として活かした接着技術により、優れた材料物性が得られることを見出した。さらに、脱炭素型接着剤の開発についても検討し、それぞれ国際共著論文として公表した。また、木材害虫による研究も継続し、特に木材穿孔害虫による木材の食害機構、特に腸内共生微生物による木材成分の分解機構について検討し、成果の一部を公表した。一方、JASTIP-Net プロ
ジェクトの生物資源・生物多様性の拠点として、熱帯バイオマスの有効利用法の研究を、国内やインドネシアをはじめとする東南アジア諸国の研究機関と推進した。

３．赤道大気レーダー(EAR)に基づく国際共同研究
赤道大気レーダー（以後 EAR）は、平成 12 年度末にインドネシア共和国西スマトラ州（東経 100.32 度、南緯 0.20 度）に設置された大型大気レーダーであり、インドネシア航空
宇宙庁（LAPAN）との密接な協力関係のもとに運営されてきた。2021 年にインドネシア側の大規模な組織変更があり、現在は国立研究革新庁（BRIN）傘下の気候大気研究所（PRIMA）
が EAR 運営に関する対応機関となった。現在、EAR 運営協定書の改訂を進めている。
EAR は地上と接する大気の最下層（対流圏）から高度数 100 km の電離圏にいたる赤道
大気全体の研究を行っており、平成 13 年 6 月から長期連続観測を実施し、観測データを
web 上で公開してきた。平成 23 年 9 月に 10 周年記念式典及び記念国際シンポジウム（ジャカルタ開催、参加者約 200 名）、平成 28 年 8 月に 15 周年記念式典及び国際シンポジウム（ジャカルタ開催、参加者 221 名）を実施してきた。2021 年 9 月 20-21 日に、20 周年記念
式典と国際シンポジウムを開催した。新型コロナ感染症の問題からオンライン開催となったが、日本側からは京都大学総長、インドネシア側からは BRIN 長官をはじめとする賓客と出席者 533 名を得た。
EAR は本研究所の重要な海外研究拠点であって、国内外の研究者との共同研究によって生存圏の科学研究の推進に活用され、同時にインドネシア及び周辺諸国の研究啓発の拠点として、教育・セミナーのために利用されている。平成 17 年度後期から、全国・国際共同利用を開始した。平成 24 年度以降は MU レーダーと統合実施されている。新型コロナ感染症の問題により、昨年度から引き続き共同利用の実施には大きな制約が課せられきたが、本年度からは EAR サイトへの訪問を再開しつつある状況である。
EAR に密接に関わる研究プロジェクトは以下の通りである。まず平成 13～18 年度に文部科学省科学研究費補助金特定領域研究「赤道大気上下結合」が実施され、赤道大気の多くの関連観測設備・装置が EAR 観測所を中心として整備された。終了時ヒアリング（平成 19
年 10 月）においては最高位の評価結果Ａ＋（期待以上の研究の進展があった）を獲得した。
平成 19 年 3 月 20～23 日には「赤道大気上下結合国際シンポジウム」が約 170 名（18 の国と地域から）の参加者を集めて開催された。平成 19 年 9 月 20～21 日には東京国際交流館・プラザ平成において公開シンポジウム「地球環境の心臓―赤道大気の鼓動を聴く―」を 250- 305 -

4. 国際共同研究活動報告名以上の熱心な参加者を得て成功裡に開催した。平成 22～24 年度には文部科学省科学技術戦略推進費（国際共同研究の推進）「インドネシア宇宙天気研究と体制構築」が採択され、EAR 長期連続観測を大気圏・電離圏の同時観測モードに変更した。関連する複数の科研費課題からの経費支援を継続しながら、現在もこの観測モードを継続中である。
現在、生存圏研究所では EAR の感度を約 10 倍に増強する新レーダーである「赤道 MUレーダー」を EAR に隣接して設置することを概算要求中である。日本学術会議のマスター
プラン 2014、2017、2020 に連続して重点大型研究計画として採択された、プロジェクト「太陽地球系結合過程の研究基盤構築」に含まれる。今後も予算獲得を目指していく。

４．インドネシアにおける赤道大気観測に関する啓蒙的シンポジウム
人類社会の生存を図るためには、地球環境全体に及ぼす影響の大きさからアジア熱帯域
における「生存圏科学」の構築が不可欠である。本研究所は生存圏科学の構築に向けて強力な研究協力関係をインドネシア科学院（LIPI）やインドネシア航空宇宙庁（LAPAN）と結んでおり、これまで数多くの国際シンポジウムをインドネシアにおいて開催してきた。特に若手研究者・学生と対象としたスクールを、「木質科学スクール」として平成 18 年度から 2
回、その平成 20 年度からは「生存圏科学スクール（HSS）」として実施してきた。一方、平成 23 年度からは、国際生存圏科学シンポジウム（ISSH）として、日本、インドネシア両国の学生および若手研究者による生存圏科学に関する研究発表の場がスタートしている。
赤道大気の研究に関しては、1990 年以来、啓蒙的なシンポジウムをインドネシアで開催
し、LIPI、LAPAN 以外にも、BPPT（科学技術応用評価庁）、BMKG（気象庁）、ITB（バンドン工科大学）等の大学・研究機関の研究者・学生との国際的学術交流を進めてきた。平
成 15～19 年度に実施された京都大学 21 世紀 COE プログラム「活地球圏の変動解明」では、平成 16 年度以降の毎年に ITB において活地球圏科学国際サマースクールを開講し、日本・アジア・世界の若手研究者・大学院生の教育と交流に尽力してきた。日本学術振興会の「アジア・アフリカ学術基盤形成事業」の一課題として、「赤道大気圏のアジア域地上観測
ネットワーク構築」を平成 20～22 年度に実施した。平成 26～28 年度には日本学術振興会
２国間交流事業「大型大気レーダーによる赤道大気上下都合の日本インドネシア共同研究」
を実施中である。このほかにも、インドネシアの LAPAN とインドの NARL を海外拠点機関とし、共同研究、学術会合（セミナー）、研究者交流を実施している。平成 29 年度から
は、生存圏研究所が実施するオープンセミナーを LAPAN に向けてネット配信している（毎年 5～8 回分を配信）。平成 30 年度には、LAPAN の研究者 2 名を生存圏研究所に招へいし、
赤道大気レーダーによる Radio Acoustic Sounding System (RASS)観測のデータ解析について、オン・ザ・ジョブ・トレーニング（OJT）を実施した（平成 30 年 7 月 26 日～8 月 1日）。LAPAN がインドネシア・バンドンで主催した International Conference on TropicalMeteorology and Atmospheric Sciences (ICTMAS、参加者数 366 名)に参加し、招待講演 2- 306 -

4. 国際共同研究活動報告件を行い、大学院生 1 名が参加して口頭発表を行った（平成 30 年 9 月）。赤道大気レーダ
ーサイトにおいて、LAPAN と共同でレーダー観測と気球観測に関する実習を実施した（平成 30 年 11 月、10 名参加）。京都大学全学経費の支援を得て、インドネシア・バンドンにおいて International School on Equatorial Atmosphere （赤道大気国際スクール、ISQUAR）
を開催し、計 6 か国から 170 名の参加者を得て成功させることができた（平成 31 年 3 月
18～22 日）。令和 2 年度については、新型コロナ感染症の影響から日本からの訪問は全く実施できなかったが、2021 年 1 月に LAPAN 研究者 4 名が EAR サイトを訪問しセミナーとデータ解析演習を実施した。令和 3 年度は 2021 年 9 月 20-21 日に赤道大気レーダー20 周
年 記 念 行 事 に 引 き 続 い て 国 際 シ ン ポ ジ ウ ム （ LAPAN-Kyoto University International
Symposium for Equatorial Atmosphere、第6 回生存圏アジアリサーチノードシンポジウム）をオンライン形式で開催し、参加者 533 名、発表講演 188 件を集めた。令和 4 年度に入ってインドネシアへの渡航が再開しつつある状況である。今後も引き続き、インドネシアにおける赤道大気観測に関する国際交流を継続して行く。

５．熱帯人工林をフィールド拠点とした国際共同研究
森林圏および大気圏の炭素、水蒸気などの物質循環を精測して、物質フロー解析やライフ
サイクル評価による環境負荷影響評価を行い、大気圏・森林圏の圏間相互作用を明らかにするとともに、それに基づく、地域の環境と木材の持続的生産の維持およびそこから生まれる
木質資源の利活用技術について研究している。
2004年度からインドネシア、スマトラ島における20万haのアカシア産業造林地をフィールドとし、アカシア造林地の複数ヶ所に気象観測器の設置を進め、降雨量等のデータ収集・解析を行っている。また、インドネシア科学院生命科学部門、産業造林を管理運営している

MUSI HUTAN PERSADA社ならびに京都大学生存圏研究所の三者間でMOUを締結し、アカシアマンギウム植林地における持続的生産と林産物利用に関する研究について共同研究を進めている。2008年度には、森林バイオマス生長量評価に関してこれまで実施してきた

地表データによる評価に加え、衛星データを用いた広域森林バイオマスのリモートセンシ
ングによる評価手法の開発に着手した。また、アカシアマンギウムのESTデータベース作成とアカシアマンギウムなどの形質転換系構築を進めた。さらに、インドネシア科学院（LIPI）との共同研究で、アカシアマンギウムの遺伝子組換え法として新しいユニークな技術を開発した。

一方、グローバル COE プログラム「生存基盤持続型の発展を目指す地域研究拠点」の採択に伴い、東南アジア研究所と協働で人文・社会経済的な視点を加えた文理融合・問題解決型の統合研究サイトとして新たな展開を目指しつつある。その中で、インドネシア、スマト

ラ島リアウ州にある自然林、観光林および SinarMas 社の産業人工林が複合した Riau
Biosphere Reserve（78 万 ha）において、リアウ大学、インドネシア科学院（LIPI）、林業- 307 -

4. 国際共同研究活動報告

省などと共同研究を展開するための準備を進めた。
このほか、2007 年度に KM HYBRID PLANTATION SDN BHD 社と熱帯域の持続的林
業経営と生産に関する覚書を交換し、これに伴って、同社のマレーシア、サバ州における用材生産を目指したアカシアハイブリッド林（約 4,000ha）において、気象測器の設置、バイオマス生産の調査、ならびにシロアリの生息（生物多様性）調査を開始した。2008 年度は、バイオマス生長量の地表データを集積するとともに、アカシアマンギウムおよびハイブリ
ッド 2，3 年生の部位別樹木バイオマスを調査した。また、地域の生物多様性評価のためにシロアリと菌類を指標とした生物多様性調査を実施した。加えてアカシア材の利用に関する種々の評価を実施した。
また、2009 年度より、科学振興調整費「熱帯多雨林における集約的森林管理と森林資源の高度利用による持続的利用パラダイムの創出」の採択に伴い、農学研究科と協働で森林資源の持続的生産と利用に関するプロジェクトを推進している。2010 年度は熱帯択抜林業において重要な植林木の材質特性を総合的に検討するため、関連するインドネシアの 3 機関と役割分担を決めたのち、現場と連携して中部カリマンタンの植林地区から 11 年生のショ
レア属（Shorea leprosula）のほか、同樹種のほぼ同径の天然木をコントロールとして伐採、工場に搬入し、これを単板、および挽板加工した後、乾燥して、研究用原料として調製した。
また、熱帯アカシアの分子育種基盤構築を進めた。すなわち、湿性土壌に強いアカシア種について、無菌的にクローン増殖する系を確立した。この系は分子育種を行う基盤技術として重要である。
さらに、2010 年度には、生存圏研究所フラッグシッププロジェクトの一環として従来行われてきたアカシアプロジェクトを、「熱帯産業林の持続的生産利用に関する多角総合的共同研究」として再編し、研究を一層加速した。このフラッグシッププロジェクトでは、従来のアカシアに関するプロジェクトを継続して進めると共に、研究の方向性を再度合理的に検証するための調査研究を行った。すなわち、熱帯人工林とその利用の現状について俯瞰的に把握し、得られた情報を合理的に解析することにより、今後の関連研究の方向性の再構築するため、熱帯人工林の持続性、熱帯早生樹の特性、熱帯早生樹の利用、熱帯早生樹のバイ
オテクノロジー、の 4 項目について、それぞれに 4～6 個程度の小項目を設定し、熱帯早生
樹（特にアカシアを対象とし、ユーカリも含める）の持続的生産利用の現状把握と将来展望について合理的評価を行った。
2011 年度は、フラッグシッププロジェクトとして熱帯人工林とその利用の現状について取りまとめた成果を生存圏研究 No.7(2011)に 13 編の資料として公表し、今後の関連研究の展望を示した。引き続き、１）熱帯人工林の持続性、２）熱帯早生樹の特性、３）熱帯早生樹の利用、４）熱帯早生樹のバイオテクノロジーの４項目について研究を推進すると共に、
第 5 回 HSS（Ambong,30 Sep.-3 Oct. 2011)において関連研究を発表して広く地域の若手研
究者の教育と啓発に努めた。

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4. 国際共同研究活動報告

１）についてはアカシア植林地調査を継続実施した。すなわち、南スマトラに位置する
MHP 社、10,000 ha の樹木生長量に関する地表データを継続的に収集してバイオマス成長
量の時系列解析を行い、蓄積量の動態を評価し、伐採/排出に関わるフローの解析を実施した。一方、熱帯域には大気水蒸気量・雲被覆の影響を受けにくいマイクロ波を用いた衛星リ
モートセンシングが有効であり、同地域の地上観測データを用いて衛星データの解析に取り組んだ。位相情報を含んだポーラリメトリデータの電力分解（４成分分解）により得られた成分から幹材積を推定するための手法の検証を行い、蓄積量と地表面散乱との負の相関
および二回反射散乱との正の相関を一定程度見出した。さらに、同地域 12 万 ha の植林地
全域にわたり計 8 地点の気象観測点を設置して雨量、気温、日射量、相対湿度等の観測を継続した。これらの気象要素の日変化・季節内変化・季節変化等の詳細な変動特性の調査に利活用できるように、観測データから 10 分値及び 1 時間値のデータセットを作成した。研究成果の一部を論文（S Kobayashi, R Widyorini, S Kawai, Y Omura,, K Sanga-Ngoie andBSupriadi, "Backscattering characteristics of L-band polarimetric and optical satellite imagery
over planted acacia forests in Sumatra, Indonesia", J. Appl. Remote Sens. 6, 063525 (Mar 21,2012). On-line Publishing）として J. Applied Remote Sensing に公表した。LIPI との生物多様性の共同研究に関して、Titik Kartika 氏の修士課程修了に伴い来年度より博士課程への進学、さらに 10 月より Setiawan Khoirul Himmi 氏を国費留学生として受け入れた。また、
２）および３）についてはフタバガキ科植林木の持続的利用に向けた日本－インドネシア国
際 共 同研 究を 推 進し 、そ の 成果 を国 際 ワー クシ ョ ップ （International Symposium on
Sustainable Use of Tropical Rain Forest with the Intensive Forest Management and Advanced
Utilization of Forest resources, Jakarta, 27-28 Feb.2012）において 6 編、生存圏ミッション
シンポジウム 1 編において発表した。
2012 年度は、平成 24 年度生存圏研究所研究集会「熱帯産業林の持続的生産利用に向けた
バイオテクノロジーの新展開」および生存圏研究所の国際共同利用・共同研究に関する研究
プロジェクト「熱帯早生樹バイオテクノロジーの新展開」の一環として、The 3rd Flagship
Symposium of Tropical Artificial Forest (The 213th Sustainable Humanosphere Symposium)
Tree Biotechnology towards Sustainable Production of Forest Biomass を 10 月 13 日に開催した。この国際研究会では、米国ノースカロライナ州立大学 V. L. Chiang 教授による樹木
バイオテクノロジーの現状と将来についての基調講演、インドネシア科学院 Bambang
Subiyanto 教授の熱帯林業の現状分析と将来展望に関する基調講演のほか、日本製紙河岡明
義博士によるパルプ産業から見た精英樹作出の必要性に関する講演、森林総合研究所山田竜彦博士によるバイオリファイナリー構築に向けた新規リグニン利用方法に関する講演、
埼玉大学刑部敬史博士による遺伝子組換えとみなされない組換え技術に関する講演、京大
生存研の Md. Mahabubur Rahman 博士によるアグロバクテリウムを用いたアカシアの形質転換法の開発に関する講演が行われた。本シンポジウムでは、樹木のバイオテクノロジーの将来展望につき、産業界から見た方向性、官学における技術開発の現状、遺伝子組換え技術- 309 -

4. 国際共同研究活動報告の社会的受容性などに関して総合的に討論がなされ、産官学の役割分担と相互連携に関する共通認識が醸成された。
また、本研究会のサテライト勉強会として 2013 年 3 月 4 日に「熱帯地域におけるイネ科
バイオマス植物の持続的生産と利用に向けて」を開催した。上記国際シンポジウムが主として樹木を対象としたものであるのに対し、本勉強会は草本系バイオマス植物の持続的生産利用に関する研究会である。ここで、九州大学田金博士による東南アジアにおけるサトウキ
ビ近縁野生種と育種への利用、食品総合研究所徳安博士によるバイオマス植物の特性に対応したバイオエタノール製造プロセスの開発、九州沖縄農研我有博士によるエリアンサス
資源利用、京大生存研梅澤によるエリアンサスの化学成分特性と酵素糖化性の解析に関する講演があった。さらにこの勉強会に基づく連携等の推進について討議された。
以上のような現状把握に基づき、2013 年 2 月 20～27 日にマレーシアサバ州ケニンガウ
近郊の KM Hybrid Plantation SDN.BHD.社のアカシアハイブリッド植林地並びに、インド
ネシアボゴール近郊のスーパーソルガム植栽地の調査を行った。前者では、関連各界が注目しているアカシアハイブリッド植林事業における生産性と持続性に関する現状調査、後者
ではバイオエタノール生産性の高さから近年注目を集めているスーパーソルガムの生産利用状況について調査を行った。
2013 年度では、熱帯地域の生物資源の利用に関し資源産出側と利用側の公正かつ衡平な利益分配が必須であることから、まず、平成 25 年 12 月 17 日に第 244 回生存圏シンポジ
ウム「生物多様性条約をめぐる国内外の状況～遺伝資源へのアクセス～」を一般財団法人バイオインダストリー協会と共同主催により、京都大学生存基盤科学研究ユニットの共催を得て開催した。加えて、平成 26 年 2 月 27 日に第 4 回生存圏熱帯人工林フラッグシップシ
ンポジウム（第 254 回生存圏シンポジウム）熱帯バイオマスからのバイオマスリファイナ
リー —再生可能な炭素/エネルギー循環社会の実現に向けて— を、一般財団法人バイオイ
ンダストリー協会との共催、京都大学産官学連携本部の後援を得て開催した。本シンポジウ
ムでは、熱帯地域でのバイオマス生産から、リグニン由来の低分子芳香族環化合物の製造、および、それらからの新規な高機能性有機化合物の創出までを俯瞰的に捉え、化石資源に依存しない再生可能な炭素/エネルギー循環社会の実現に向けた研究開発について議論された。
本シンポジウムでは、木質系バイオマスの生産から利用までを見渡した将来展望につき、俯瞰的かつ個別的に討論がなされ、産官学の役割分担と相互連携に関する共通認識が醸成された。
さらに個々の研究では、インドネシアのアカシア植林地において、『マイクロ波衛星リモ
ートセンシングデータ』と『地上観測森林データ』のつき合わせ解析を行った。偏波データ
への電力分解手法の適用と年々変化解析により、マイクロ波衛星データを用いて、林層構造の変化（森林の成長・下層植生の出現・生物学的ダメージによる森林劣化）を捉えることに成功した。さらに、マレーシア・サバ州のアカシア・ハイブリッド植林地におけるシロアリ
相と木材腐朽菌類相をベルト・トランセクト法によって調査した。その結果、10 年を超え

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4. 国際共同研究活動報告

る植林地においてもシロアリ相の回復が進んでいないことが確認された。また、木材腐朽菌の種構成ついても 1 年生～6 年生林におけるこれまでの調査結果と 10 年を超える植林地の調査が類似しているという結果が得られた。

また、イネ科植物エリアンサスアルンディナセアス（Erianthus arundinaceus）は、熱帯

早生樹の数倍のバイオマス生産性を有するが、節間内側の組織の酵素糖化性がリグニン量と相関しないなど、特異な性質を有することが既に報告されていた。2013 年度の研究では、
上記の節間内側の組織の酵素糖化性の異常性に対する細胞壁結合型フェルラ酸二量体残基の寄与は限定的であることが示された。また、従来に引き続き代表的熱帯造林用アカシアであるアカシアクラシカルパ（Acacia crassicarpa）につき、アグロバクテリウムを用いた形質転換の効率向上の研究を進めた。本成果は平成 26 年 3 月 18～21 日にヴェトナム（フエ）で開催された Acacia 2014 "Sustaining the Future of Acacia Plantation Forestry" で発表した。さらに、アカシアの品種による木繊維特性の評価を行い、道管の密度や木繊維の壁率、繊維長などの諸物性を、近赤外線スペクトロスコピーを利用して迅速にモニターするケモ
メトリクス法の構築に向けた準備を行った。さらに、熱帯・亜熱帯地域には、過去の天然林
伐採によって発生した未利用地（アランアラン／チガヤ草原）が広がっている。これらの土地は、日本の国土面積にも匹敵している。もし、この地域にバイオマス生産性の高いエリア
ンサスなどのイネ科植物を栽培すると、年間の原油消費量（41 億トン/年）に相当するバイオマスを生産可能である。そこで、平成 26 年 3 月 22～26 日に、インドネシア・カリマン
タン島のアランアラン草原の現地視察を行った。
2014 年度では、総合的研究の基盤としての調査研究として、まず、アランアラン草原の植生回復と持続的バイオマス生産利用にむけ、インドネシア側と共同研究グループを組織し調査研究を進めた。このために研究代表者らが前年度の平成 26 年 3 月 25～26 日に加え
平成 27 年 6 月 25～27 日にインドネシア科学院を訪問し、インドネシア科学院エンダン・スカラ教授(生存圏研究所平成 25 年度外国人客員教授)及びイ・マデ・スディアナ博士らと共同研究申請を視野に入れた討議を重ねた。そして、現在この討議結果を踏まえた共同研究
経費を申請中である。加えて、平成 27 年 3 月 26 日に第 5 回生存圏熱帯人工林フラッグシ
ップシンポジウム（第 279 回生存圏シンポジウム）「熱帯バイオマス植物の持続的維持と利用」を開催した。本シンポジウムでは、熱帯地域でのバイオマスの持続的生産とそれに向けたバイオマス植物の育種、熱帯林伐採跡地の現状評価・植生回復と持続的利用、高生産性イ
ネ科バイオマス植物の特性解析等について討議した。

また、イネ科植物エリアンサス・アルンディナセアス（Erianthus arundinaceus）のリグ

ノセルロースの特性解析に関する研究を継続し、節間内側の組織の酵素糖化性について器官・組織毎の変異解析を進めた。さらに、新たにアランアラン草原における栽培を最終目的とし、高発熱型リグニンを有するイネ科熱帯バイオマス植物の分子育種に関する研究を進めた。これらの成果の一部は国際会議（XXVIIth International Conference o Polypheols）で発表した。また一部は、International Symposium on Wood Science and Technology 2015（平- 311 -

4. 国際共同研究活動報告

成 27 年 3 月 15〜17 日）および第 65 回日本木材学会大会（平成 27 年 3 月 16～19 日）で発表した。一方、ソルガムからバイオエタノールを生産した際に発生する残渣（ソルガムバ
ガス）を有効利用する研究として、ソルガムバガスを原料とする低環境負荷型パーティクル
ボ ー ド の 試 作 を 行 っ た 。 そ の 成 果 は International Symposium on Wood Science andTechnology 2015 で発表した。なお、アカシア・ハイブリッド林のシロアリ多様性調査結果について、第 26 回日本環境動物昆虫学会年次大会において研究発表を行った。
2015 年度では、総合的研究の基盤としての調査研究として調査研究として、平成 28 年 3
月 14～18 日にインドネシアのスマトラ島の MHP 社の植林地を訪問し、熱帯早生樹のアカ
シア林とユーカリ林の植生調査を行った。この調査に基づき ALOS2 衛星のマイクロ波合成
開口レーダーによる後方散乱スペクトル解析を行い、人工植林地の広域植生をリモートセ
ンシングする。
また、従来の研究成果に基づきインドネシア科学院と共同で提案した熱帯荒廃草原の植生回復によるバイオマスエネルギーとマテリアル生産に関する国際共同研究・政府開発援助プロジェクト研究が、（国研）科学技術振興機構（JST）／（独）国際協力機構（JICA）の地球規模課題対応国際科学技術協力プログラム（SATREPS）の一環として採択された。平
成 27 年度は暫定採択期間であり、まず、研究代表者らが平成 27 年 6 月 28～7 月 3 日及び
7 月 28～8 月 2 日にインドネシアに出張し、インドネシア科学院の研究者と共同研究の詳細計画に関する討議を重ねた。併せて、研究サイトの決定に向け東カリマンタンの荒廃草原の現地調査を行った。次いで、JICA 及び JST との協議を経て、再度現地打ち合わせと中カリマンタンの荒廃草原現地調査を平成 27 年 8 月 23～28 日に行い、研究内容の概略を決定した。その後、平成 27 年 9 月 20～26 日にかけて、JICA 及び JST 代表団と共にインドネシ
アにおいて詳細計画策定調査（現地調査）を行い、研究の詳細計画を作成と討議記録（Minutes of Meetings）の調印を行った。次いで、研究詳細計画に関する討議議事録（Recordof Discussions）の締結（平成 27 年 12 月 14 日）と研究協定（Memorandum of Agreement）の締結（平成 28 年 1 月 8 日）を完了し、研究開始に向けた協定の整備が終了した。さらに、
平成 28 年 2 月 19 日に第 6 回生存圏熱帯人工林フラッグシップシンポジウム（第 306 回生
存圏シンポジウム）「Producing Biomass Energy and Material through Revegetation of Alang-alang (Imperata cylindrica) Fields」を開催した。本シンポジウムでは、インドネシア側主要
研究者の出席を得て、熱帯地域でのバイオマスの持続的生産とそれに向けたバイオマス植物の育種、熱帯林伐採跡地の現状評価・植生回復と持続的利用、高生産性イネ科バイオマス
植物の特性解析等について討議すると共に、SATREPS プロジェクト推進の方向性に関する詳細討議を行った。また、平成 28 年 3 月 20～24 日にかけて、研究内容の詳細討議と東ヌサテンガラの荒廃草原調査を行い、平成 28 年度からの研究の正式開始に向けた準備を行った。
個別の研究として、平成 27 年度はアランアラン草原における栽培を最終目的とし、大型イネ科バイオマス植物のリグノセルロースの解析と高発熱型リグニンを有するイネ科熱帯- 312 -

4. 国際共同研究活動報告

バイオマス植物の分子育種に関する研究を進めた。これらの成果の一部は国内外の学会・シンポジウムで発表した。一方、ソルガムから糖を生産した際に発生する残渣（ソルガムバガス）を有効利用する研究として、ソルガムバガスを原料とし、天然系接着剤を使用した低環
境負荷型パーティクルボードの試作を行い、その成果は論文で公表した（Sukuma et al.,2016）。
2016 年度は、従来の研究成果に基づきインドネシア科学院と共同で提案した熱帯荒廃草
原の植生回復によるバイオマスエネルギーとマテリアル生産に関する国際共同研究・政府
開発援助プロジェクト研究が、（国研）科学技術振興機構（JST）／（独）国際協力機構（JICA）の地球規模課題対応国際科学技術協力プログラム（SATREPS）の一環として採択された。
平成 27 年度は暫定採択であったが、平成 28 年度より正式に開始の運びとなった。まず、
平成 28 年 6 月 10～11 日にジャカルタで開催された JST の JASTIP プロジェクトのシンポ
ジウムにおいて、SATREPS プロジェクトの紹介を行った。次いで、平成 28 年 7 月 20～21日にかけて、ボゴールにおいてキックオフミーティングを開催し、研究全般の方向性について討議した。さらに、平成 28 年 11 月 14 日に、初年度の成果報告会を兼ね、ボゴールにおいて第 1 回 SATREPS コンフェレンス－熱帯荒廃草原の植生回復によるバイオマスエネル
ギー生産と環境回復－（第 7 回熱帯人工林生存圏フラッグシップシンポジウム）を開催した。引き続き、翌 15～16 日には、ボゴールにおいて SATREPS の教育プログラムの一環として生存圏研究所主催の HSS に共催参加し、SATREPS 関連の基礎科目の講義を行いキャパシティーディベロップメントに努めた。さらに平成 29 年 2 月 27 日～3 月 5 日に、中央
カリマンタンのカティンガン及びチビノンの実験圃場の現地調査を実施し、その内容を踏まえ、再度ボゴール及びチビノンにて研究推進会議を開催した。
個別の研究として、平成 28 年度はアランアラン草原における栽培を最終目的とし、大型イネ科バイオマス植物のリグノセルロースの解析と高発熱型リグニンを有するイネ科熱帯バイオマス植物の分子育種に関する研究を進めた。これらの成果の一部は国内外の学会等で発表すると共に、論文にて公表した（Koshiba et al., 2017）。
また、前年度に引き続きソルガムバガスと天然系接着剤を使用した低環境負荷型パーテ
ィクルボードの試作を行った。特に、熱圧時間や熱圧温度がボード物性に及ぼす影響を明らかにし、得られた結果は論文として投稿（Sukma et al., 2017）した。この他、これまでの研究成果について国際学会等で適宜紹介した。
さらに、インドネシア・リアウ泥炭地における野火がシロアリ相に与える影響を調査した。
野火によってシロアリ相の構造は大きく変化し、ミゾガシラシロアリ科に属する木材食種のみが生存しうることが明らかとなった。熱帯産の 2 種樹木 clove (Syzygium aromaticum)と cajuput (Melaleuca leucadendra)の葉の抽出物を用いて、イエシロアリに対する生物活性を検討した。その結果、後者の抽出物のベイト剤への適用可能性が示唆された。
2017 年度は、昨年度に引き続き、（国研）科学技術振興機構（JST）／（独）国際協力機構（JICA）の地球規模課題対応国際科学技術協力プログラム（SATREPS）傘下の熱帯荒廃- 313 -

4. 国際共同研究活動報告

草原の植生回復によるバイオマスエネルギーとマテリアル生産に関する国際共同研究・政府開発援助プロジェクト研究をインドネシア科学院と共同で推進した。本年度は、共同研究協議並びに研究指導のための出張を 10 回［平成２９年４月１７～２２日（梅澤他）、平成２
９年５月１７～２５日（梅澤他）、平成２９年７月５～７日（梅澤他）、平成２９年７月２５～２９日（梅村他）、平成２９年９月１８～２２日（梅澤他）、平成２９年１０月３１～１１
月４日（梅澤他）、平成２９年１２月２０～２３日（梅澤）、平成３０年１月１４～１７日（梅村）、平成３０年１月３１～２月２日（梅澤）、平成３０年３月１９～２４日（梅澤他）］行い研究推進に努めた。特に、2017 年度には、機材供与が相当進んだことから年度末の平成
３０年３月２１日に、バンバンスビヤント LIPI 長官（事務取扱）、JICA ジャカルタ事務所
次長、在ジャカルタ日本大使館二等書記官他の隣席の下、機材引き渡し式を挙行した。その内容は多くの現地プレスによって報道された。また、平成２９年７月２～５日にバンコクで開催された JST の JASTIP プロジェクトのシンポジウム、平成２９年１１月３日にボゴールで開催された JASTIP ワークショップ、平成３０年１月１５日東南アジア地域研究研究所（京都市）において開催された JASTIP プロジェクトワークショップ、及び平成２９年７月
１９～２０日当研究所にて開催された 2nd ARN Symposium において SATREPS プロジェ
クトの紹介と共同研究討議を行った。さらに、平成２９年１１月１６～１７日に、当年度のSATREPS プロジェクト成果報告会を兼ね、当研究所において第２回 SATREPS コンフェレ
ンス－熱帯荒廃草原の植生回復によるバイオマスエネルギー生産と環境回復－（第８回熱帯人工林生存圏フラッグシップシンポジウム）を開催し、研究内容の確認と研究の方向性に関する討議を行った。また、平成２９年１１月１～２日にボゴールで開催された生存圏研究所主催の HSS に共催参加し、SATREPS 関連の基礎科目の講義を行いインドネシア側の研究者・学生へのキャパシティーディベロップメントに努めた。さらに、また、平成２９年７月１８日、平成２９年１０月１３日、平成２９年１１月１６日、及び平成３０年３月８日に、当研究所において SATREPS の教育プログラムの一環としての地球規模課題セミナー［Sustainable Development Seminar (SDS)］を開催し、日本側若手研究者と学生へのキャ
パシティーディベロップメントに努めた。
本プロジェクトにおける個別の研究として、2017 年度はアランアラン草原における栽培を最終目的とし、大型イネ科バイオマス植物のリグノセルロースの解析と高発熱型リグニンを有するイネ科熱帯バイオマス植物の分子育種に関する研究を進めた。これらの成果の一部は国内外の学会等で発表すると共に、学会・シンポジウムで発表した。さらに、2017 年
度も前年度に引き続きソルガムバガスと天然系接着剤を使用した低環境負荷型パーティク
ルボードの研究を進め、クエン酸接着剤へのスクロースの添加効果について検討し、その添加率とボード物性との関係を明らかにした。本成果に基づきインドネシア留学生が一名博士学位を取得した。
一方、インドネシア都市自然保護区におけるシロアリ相の評価の研究を昨年度に引き続き推進した。ここで、シロアリは熱帯の生態系を支えるとともに重要な木材害虫であり、熱- 314 -

4. 国際共同研究活動報告

帯バイオマスの有効利用と言う点から、その多様性評価は不可欠である。今年度は、スンダ
地域に立地する Batam 島、西ジャワの Kuningan および中央ジャワの Baturraden の都市自然保護区におけるシロアリ相の調査を実施した。その結果、3 地点のシロアリ多様性は高く、かつ類似していた。都市自然保護区がシロアリ相の多様性維持に重要な役割を有していることを明らかとした。
また、2017 年度はプラチナチークの迅速かつ正確な材質評価法の検討を行った。インド
ネシアではプラチナチークという早生樹が現在期待されている。その材質評価において、細胞壁厚や繊維長は重要なパラメータであるが、客観的な数値を得るためには、大量の計測やサンプルが必要であり煩雑である。そこで、本研究では、顕微鏡画像と画像処理を利用して迅速かつ正確に求める方法を提案することを目的とした。細胞壁については、中央値フィル
ター処理、二値化、空隙のラベル化を自動化し、大量の繊維の平均値として壁厚を測定する
新しい方法を開発し、また、繊維長についても、繊維断面の形状の分布に基づいて繊維長を計測するシステムを構築することができた。これにより、チーク材の材質評価に要する時間が大幅に省力化され、伐採年齢の最適化などに役立つことが期待される。
一方、木質バイオマスからのバイオエタノール生産において副生する残滓リグニンから発酵阻害物質を高選択的に吸着する吸着剤を製造し、自己完結型の発酵システムを開発した。このシステムを用い、ユーカリ材からベンチスケールプラントの同時糖化並行複発酵でバイオエタノールを高効率生産し、論文発表した。また、異なる種類の反応容器を用いて、触媒存在下における熱帯産材粉末の急速熱分解により、芳香族化合物の生成を検討した。その結果、チタン製反応管の使用、および反応温度の上昇により芳香族化合物の生成量が増加した。
2018 年度は、昨年度に引き続き、（国研）科学技術振興機構（JST）／（独）国際協力機構（JICA）の地球規模課題対応国際科学技術協力プログラム（SATREPS）傘下の熱帯荒廃
草原の植生回復によるバイオマスエネルギーとマテリアル生産に関する国際共同研究・政府開発援助プロジェクト研究をインドネシア科学院と共同で推進した。2018 年度は、共同
研究協議並びに研究指導のための出張を 12 回（内 1 回は予定）［平成３０年５月１３～１
７日（梅澤他）、平成３０年７月１～５日（梅澤他）、平成３０年７月３０～８月５日（花野、宮本）、平成３０年８月１９～２４日（梅村）、平成３０年９月１８～２２日（宮本）、平成
３０年９月２４～３０日（梅澤、小林）、平成３０年１０月１５～２０日（梅澤他）、平成３
０年１１月１９～２４日（梅澤他）、平成３０年１２月１５～１８日（梅澤）、平成３１年１月７～１２日（花野、宮本）、平成３１年１月１３～１５日（梅澤、梅村）、平成３１年２月
１８～２２日（梅澤、梅村、小林）］行い研究推進に努めた。また、平成３０年１１月２２
日に、年度成果報告会を兼ね、インドネシア科学院ボゴール植物園において第３回
SATREPS コンフェレンス－熱帯荒廃草原の植生回復によるバイオマスエネルギー生産と環境回復－（第９回熱帯人工林生存圏フラッグシップシンポジウム、第３７６回生存圏シンポジウム）を開催し、研究内容の確認と研究の方向性に関する討議を行った。さらに、平成- 315 -

4. 国際共同研究活動報告

３０年１０月１８～１９日にメダンで開催された生存圏研究所主催の HSS（第３８４回生
存圏シンポジウム）に共催参加し、SATREPS 関連の基礎科目の講義を行いインドネシア側の研究者・学生へのキャパシティーディベロップメントに努めた。さらに、また、平成３０
年４月１９日及び平成３０年１２月２７日に、当研究所において SATREPS の教育プログ
ラムの一環として地球規模課題セミナー［Sustainable Development Seminar (SDS)］を開催し日本側若手研究者と学生へのキャパシティーディベロップメントに努めた。なおこれらの研究は、本学研究連携基盤グローバル生存基盤展開ユニットのプロジェクトとしても連携して推進している。
個別の研究として、2018 年度はアランアラン草原における栽培を最終目的とし、大型イ
ネ科バイオマス植物のリグノセルロースの解析と高発熱型リグニンを有するイネ科熱帯バイオマス植物の分子育種に関する研究を一層進めた。これらの成果の一部は国内外の学会等で発表すると共に、年度内の学会・シンポジウムで発表した。
また、当年度も前年度に引き続きソルガムバガスと天然系接着剤を使用した低環境負荷型パーティクルボードの研究を進め、スイートソルガムバガスの粉末を原料として用い、クエン酸を接着剤とした木質成形体の作製を行った。
一方生態調査関係では、ベトナム中央高地の種々の年数のコーヒー農園においてシロア
リ多様性の調査を行った。その結果、栽培年数とシロアリ多様性との間には明確な関係はな
く、下部植生が最も多様であった 1 年後の農園においてシロアリ多様性が最も高かった。
バイオマス変換に関しては、以下の研究を前年度に引き続き進めた。通電加熱による急速熱分解において、反応管の材質が熱分解残渣化学組成およびアンモニア吸着能に及ぼす効果について検討した。トドマツ・Cu および Sengon・Ti (500℃)反応管処理残渣が、高いア
ンモニア吸着性能を示した。さらに、熱帯産早生樹である Paraserianthes falcataria、
Eucalyptus globulus、Acacia mangium およびスギ、ブナを用いて、16 種のルイス酸触媒によるマイクロ波前処理反応を行い、ルイス酸触媒の特性とマイクロ波効果を明らかにし、論文発表した。
また、前年度に引き続き、マイクロ波衛星画像と実地調査の森林構造データの突き合わせにより、インドネシアの産業植林地における下層植生密度の推定を目的とし研究を行った。
結果、下層植生密度とマイクロ波の後方散乱強度の間に有意な関係性が示された。
2019 年度は、前年度に引き続き、（国研）科学技術振興機構（JST）／（独）国際協力機構（JICA）の地球規模課題対応国際科学技術協力プログラム（SATREPS）傘下の熱帯荒廃
草原の植生回復によるバイオマスエネルギーとマテリアル生産に関する国際共同研究・政府開発援助プロジェクト研究をインドネシア科学院と共同で推進した。2019 年度は、共同
研究協議並びに研究指導のための出張を延べ３０回（内３回は予定）［平成３１年４月３～１０日（梅澤、梅村、小林他）、令和元年６月１６～２０日（梅澤）、令和元年６月２６～7
月５日（梅澤、梅村、小林他）、令和元年７月３０～8 月６日（梅澤、梅村他）、令和元年９月２２～２９日（梅澤、梅村）、令和元年１０月２３～１０月３０日（梅澤、梅村、小林他）、- 316 -

4. 国際共同研究活動報告

令和元年１２月１５～１８日（梅澤、梅村）、令和２年１月１２～１６日（宮本）、令和２年
２月１０～１４日（梅澤、梅村、小林、予定）］行い研究推進に努めた。また、令和元年１１月１９～２０日に、年度成果報告会を兼ね、生存圏研究所において第４回 SATREPS コン
フェレンス－熱帯荒廃草原の植生回復によるバイオマスエネルギー生産と環境回復－（第１０回熱帯人工林生存圏フラッグシップシンポジウム、第４０６回生存圏シンポジウム）を開催し、研究内容の確認と研究の方向性に関する討議を行った。さらに、令和元年１０月２８～２９日にボゴールで開催された生存圏研究所主催の 9th HSS（第４０９回生存圏シンポジウム）に共催参加し、SATREPS 関連の基礎科目の講義を行いインドネシア側の研究者・学生へのキャパシティーディベロップメントに努めた。さらに、また、令和元年５月２２日
及び令和元年１１月１９日に、当研究所において SATREPS の教育プログラムの一環として地球規模課題セミナー［Sustainable Development Seminar (SDS)］を開催し日本側若手研究者と学生へのキャパシティーディベロップメントに努めた。
個別の研究として、2019 年度はアランアラン草原における栽培を最終目的とし、大型イ
ネ科バイオマス植物のリグノセルロースの解析と高発熱型リグニンを有するイネ科熱帯バイオマス植物の分子育種に関する研究を一層進めた。これらの成果の一部は論文で公表すると共に国内外の学会等で発表した。さらに、年度内の学会・シンポジウムでも最新成果について発表した。
また、2019 年度も前年度に引き続き、クエン酸とスクロースから成る接着剤の硬化挙動に及ぼす塩化亜鉛の触媒効果を検討した。また、木質成形体の曲げ性能や耐水性に関する研究結果を論文として投稿中である。
一方生態調査関係では、インドネシア・リアウ諸島州・バタム島におけるシロアリ相について調査を行った。また、熱帯の希少木質バイオマス資源であるアフリカンブラックウッド（Dalbergia melanoxylon）の資源調査をタンザニアにおいて実施した。さらに、前年度に引き続き、インドネシアのユーカリ産業植林地における下層植生密度の推定を目的とし、マイクロ波衛星（ALOS-2/PALSAR-2）データと実地調査の森林構造データの突き合わせによるデータ解析を行った。結果、10m 以上の林班における下層植生密度とマイクロ波の偏波比の間に有意な相関が示された。
バイオマス変換に関しては、以下の研究を前年度に引き続き進めた。急速熱分解において、
熱分解残渣のナノ空隙がアンモニア吸着に与える影響を調べた。ナノ空隙解析のために透過電子顕微鏡を用いて解析したところ、アンモニア吸着において最適なナノ空隙径が存在することがわかった。
2020 年度は、前年度に引き続き、（国研）科学技術振興機構（JST）／（独）国際協力機構（JICA）の地球規模課題対応国際科学技術協力プログラム（SATREPS）傘下の熱帯荒廃
草原の植生回復によるバイオマスエネルギーとマテリアル生産に関する国際共同研究・政府開発援助プロジェクト研究をインドネシア科学院と共同で推進した。しかし、本年度は、COVID-19 蔓延拡大の影響により、インドネシア渡航が全くできなかった。それに代わり、- 317 -

4. 国際共同研究活動報告

Zoom を用いた遠隔月例会議を定期的に開催し、研究打合せと研究方針の確認を行った。また、令和２年１１月１７日に、本年度の成果報告会を兼ね、Zoom を用いた遠隔会議方式にて第５回 SATREPS コンフェレンス－熱帯荒廃草原の植生回復によるバイオマスエネルギ
ー生産と環境回復－（第１１回熱帯人工林生存圏フラッグシップシンポジウム、第４３８回
生存圏シンポジウム）を開催し、研究内容の確認と研究の方向性に関する討議を行った。さらに、令和３年３月２３日に Zoom を用いた遠隔講義により、SATREPS の教育プログラムの一環として地球規模課題セミナー［Sustainable Development Seminar (SDS)］を開催し日本側若手研究者と学生へのキャパシティーディベロップメントに努めた。従来の対面方
式に比べ数倍の参加者を得ており、コロナ禍終息後も、遠隔講義システムを用いたセミナー
開催は有効であると考えられる。
個別の研究として、2020 年度はアランアラン草原における栽培を最終目的とし、大型イ
ネ科バイオマス植物のリグノセルロースの解析と高発熱型リグニンを有するイネ科熱帯バイオマス植物の分子育種に関する研究を一層進めた。これらの成果の一部は総説等で公表すると共に学会等で発表した。また、2020 年度も前年度に引き続き、未利用リグノセルロースとして、オイルパーム幹やジュート、竹に着目した材料開発を進めている。さらに、通電加熱による木質バイオマスの急速熱分解において、熱分解温度とアンモニア吸着能との関係を調べた。アンモニア吸着量は、300～400℃で増大し、400～500℃で最大となった。
600℃で大きく減少した後、800℃までほぼ一定で推移した。酸性官能基の生成、分解の影
響が示唆された。
2021 年度は、前年度に引き続き、（国研）科学技術振興機構（JST）／（独）国際協力機構（JICA）の地球規模課題対応国際科学技術協力プログラム（SATREPS）傘下の熱帯荒廃
草原の植生回復によるバイオマスエネルギーとマテリアル生産に関する国際共同研究・政府開発援助プロジェクト研究をインドネシア科学院と共同で推進した。2021 年度も前年度同様、COVID-19 蔓延拡大の影響により、インドネシア渡航が全くできなかった。それに代わり、Zoom を用いた遠隔月例会議を定期的に開催し、研究打合せと研究方針の確認を行った。また、令和４年３月２５日に、本年度の成果報告会及び全年度の成果取りまとめとして、Zoom を用いた遠隔会議方式にて第６回 SATREPS コンフェレンス－熱帯荒廃草原の植生回復によるバイオマスエネルギー生産と環境回復－（第１２回熱帯人工林生存圏フラッグシップシンポジウム、第４７２回生存圏シンポジウム）を開催した。
2021 年度は個別の研究としてアランアラン草原における栽培を最終目的とし、大型イネ科バイオマス植物のリグノセルロースの解析と高発熱型リグニンを有するイネ科熱帯バイオマス植物の分子育種に関する研究を一層進めた。これらの成果の一部は総説等で公表すると共に学会等で発表した。また、前年度に引き続き、農産廃棄物由来の未利用リグノセル
ロースを原料に用いた木質材料の開発に関し、原料成分を利用した接着技術について検討した。さらに、脱炭素型接着剤の硬化促進技術についても検討し、それぞれ国際共著論文として公表するとともに、木材害虫による研究も新たに進め、特に木材穿孔害虫による木材の- 318 -

4. 国際共同研究活動報告

食害機構、特に腸内共生微生物による木材成分の分解機構について検討し、成果の一部を取りまとめた。なお、地下シロアリにおける非嗅覚器官感覚子の微細構造解析も進め成果の一部は学会等で公表した。一方、JASTIP プロジェクトの生物資源・生物多様性の拠点として、
熱帯バイオマスの有効利用法の研究を、国内やインドネシアをはじめとする東南アジア諸国の研究機関と推進するとともに、e-Asia プロジェクトにおいて、サトウキビの収穫残滓を
バイオ燃料や高付加価値物に変換するプロセスを、日本、タイ、インドネシア、ラオス４ヶ国で共同開発した。
2022 年度は、前年度に引き続き、（国研）科学技術振興機構（JST）／（独）国際協力機構（JICA）の地球規模課題対応国際科学技術協力プログラム（SATREPS）傘下の熱帯荒廃
草原の植生回復によるバイオマスエネルギーとマテリアル生産に関する国際共同研究・政府開発援助プロジェクト研究をインドネシア国家研究開発庁（元インドネシア科学院）と共同で推進した。本年度は最終年度として 7 月中旬まで実施した。5 月には 3 年ぶりにインド

ネシアに渡航し、JICA による最終評価会に臨んだ。また、7 月には JST による最終評価会（遠隔開催）に臨んだ。令和４年１２月２２日には、第13回熱帯バイオマスフラッグ

シップシンポジウム The 13th Tropical Biomass Flagship Symposium （第 488 回生存圏
シンポジウム）(The 488th Symposium on Sustainable Humanosphere)を Zoom を用いた遠隔会議方式にて開催した。このシンポジウムでは、当所の SATREPS プロジェクトに加え、アジア・アフリカを対象地域とした植物バイオマス・食糧生産関係の SATREPS プロ
ジェクト関係者が参集し、プロジェクトの紹介を行うと共に、総合討論により共通する問題
点の解決や新たな研究の方向性の立案に資する議論を行った。

2022 年度は個別の研究としてアランアラン草原における栽培を最終目的とし、大型イネ科バイオマス植物のリグノセルロースの解析と高発熱型リグニンを有するイネ科熱帯バイオマス植物の分子育種に関する研究を一層進めた。これらの成果の一部は総説等で公表すると共に学会等で発表した。また、前年度の継続研究として農産廃棄物由来の未利用リグノ
セルロースを原料に用いた木質材料の開発を行い、原料成分を接着剤成分として活かした接着技術により、優れた材料物性が得られることを見出した。さらに、脱炭素型接着剤の開発についても検討し、それぞれ国際共著論文として公表した。また、木材害虫による研究も継続し、特に木材穿孔害虫による木材の食害機構、特に腸内共生微生物による木材成分の分解機構について検討し、成果の一部を公表した。一方、JASTIP-Net プロジェクトの生物資源・生物多様性の拠点として、熱帯バイオマスの有効利用法の研究を、国内やインドネシア
をはじめとする東南アジア諸国の研究機関と推進した。

６．インド宇宙研究機関(ISRO)・大気科学研究所(NARL)との国際共同研究
国立大気科学研究所(NARL: National Atmosphere Research Laboratory)は、インドにおける大気科学研究の中核機関であり、インドの宇宙航空技術の開発および研究を司るインド- 319 -

4. 国際共同研究活動報告

宇宙研究機関(ISRO: Indian Space Research Organization)の下部組織である。生存圏研究所
は NARL と 2008 年 10 月に MoU を交換し、地球大気圏および電離圏の地上・衛星リモー
トセンシングに関する国際共同研究を推進している。
http://www.rish.kyoto-u.ac.jp/docs/20081018.html
NARL では信楽の MU レーダーと同様の大型大気レーダー（MST レーダー）を 1993 年に南インドの Tirupati 郊外の Gadanki に建設し、低緯度における大気圏・電離圏の研究を推進している。一方、生存研は 2001 年にインドネシア・西スマトラの Koto Tabang に赤道
大気レーダー(EAR)を建設し、さらに、ライダーをはじめ多種多様な大気リモートセンシン
グ機器を設置した総合観測所を構築した。信楽、Gadanki、Koto Tabang の３国間の国際共同研究を推進している。
NARL の MST レーダーのアンテナは passive phased array であったが、2017 年に MUレーダーや EAR で採用されている active phased array に高性能化された。このレーダーの25 周年、およびシステム改修を記念して、URSI Regional Conference of Radio Science(RCRS)が 2017 年 3 月 1～4 日に Tirupati で開催された。日本からは日本学術会議 URSI
分科会の小林委員長（中央大）および津田が参加し、津田が基調講演を行った。
その他にも、インドでは下記に示すように、関連の深い国際研究集会が開催されている。


15th International Symposium on Equatorial Aeronomy (ISEA-15)：2018 年 10 月 22～26 日、Physical Research Laboratory （インド・アーメダバード）2019 URSI Asia Pacific Radio Science Conference (URSI AP-RASC)：2019 年 3 月 9～15
日、India Habitat Centre （インド・デリー）

令和2～3 年度
、残念ながら新型コロナ感染症の問題が大きかったため、（2020～2021 年度）
国際交流を実施することができなかった。一方で令和 4 年度には、2022 年 9 月に下記のンポジウムを京都大学が主催し、NARL からも多くの参加者があった。
シ

16th International Symposium on Equatorial Aeronomy (ISEA-16)：2022 年 9 月 12～16 日、京都大学宇治おうばくプラザ（宇治市）とオンラインのハイブリッド開催

MST レーダーの例だけでなく、NARL では電波・光を用いた新しい大気観測装置が開発を進んでおり、若手研究者も育成されていることから、今後も生存研との共同研究を推進していきたい。

７．宇宙空間シミュレーション国際学校
宇宙空間シミュレーション国際学校(ISSS)は、生存圏のひとつである宇宙圏環境の定量的研究に最も有効な(そして殆ど唯一の)研究手段である計算機シミュレーションに関する国際講座及び国際シンポジウムである。その目的は研究手法としての計算機実験の実習と最新の宇宙環境研究の学術論議を行うことである。世界に先駆けて宇宙空間シミュレーシ
ョン研究を始めた京都大学は、その先導的役割が評価され、第 1 回の開催地には日本が選- 320 -

4. 国際共同研究活動報告

ばれ、1982 年に京都で開催された。その後、第 2 回米国(1985 年)、第 3 回フランス(1987年)、第 4 回京都・奈良(1991 年)、第 5 回京都(1997 年)、第 6 回ドイツ(2001 年)、第 7 回
京都(2005 年)、第 8 回米国（2007 年）第 9 回フランス(2009 年)、第 10 回カナダ(2011年)、第 11 回台湾(2013 年)、第 12 回チェコ(2015 年)、第 13 回米国(2018 年)で開催された。第 14 回は日本に戻り、生存圏研究所の計算機実験研究グループも協力して 2020 年 9月に神戸大学において開催される予定であったが、コロナウィルスの蔓延により延期された。2022 年に入ってもコロナウィルスの蔓延状況が大きくは改善していなかった状況を考慮して、神戸大のシミュレーション研究グループと協力して 2022 年 9 月 12 日から 16 日
にかけてオンラインで開催された。次回の ISSS-15 は 2024 年にドイツでマックスプラン
ク研究所の主催で開催されることになっている。

＜その他の国際共同研究課題＞
８．科学衛星 GEOTAIL プラズマ波動観測による国際共同研究
1992 年に打ち上げられた我が国の科学衛星 GEOTAIL は、国際プロジェクト ISTP
(International Solar-Terrestrial Physics)の一翼を担う衛星として、地球磁気圏の貴重なデー
タを観測し続けている。当研究所が中心となって、国内外の共同研究者とともに設計・開発を行ったプラズマ波動観測器(PWI: Plasma Wave Instrument)も、GEOTAIL 搭載観測器の一つとして順調に観測を行い現在も貴重なデータを送信し続けている。観測されたデータ
は、プラズマ波動観測スペクトルの full resolution プロットを始め、波動データのみを抽出したデータセット等が、当研究所の生存圏データベースとして共同研究者(スペクトルデー
タは完全一般公開)へ供給されている。特に、長期間比較データ解析, 磁気リコネクション
発生領域におけるプラズマ波動強度の空間分布とその磁気リコネクションに関わる役割、
磁気圏活動度と極域起源プラズマ波動との関連性など, 長期的な観測を集約した解析から
イベント毎のデータ解析まで随時共同研究を展開している他、CLUSTER、THEMIS、MMSなどの欧米の衛星データ、地上オーロラ観測データおよび、わが国の Arase 衛星と
GEOTAIL 衛星のデータを組み合わせた共同観測・解析の共同研究にも貢献している。な
お、GEOTAIL 衛星は、2022 年 11 月 28 日をもって 30 年間にわたる長期の運用を停止した。

９．水星探査ミッションにおける欧州との国際共同研究2018 年 10 月に打ち上げられた日欧共同水星探査計画「BepiColombo」に、欧州チームとと も に 参 加 し て い る 。 BepiColombo 計 画 は 、 水 星 磁 気 圏 探 査 機 MMO (Mercury
Magnetospheric Orbiter、日本担当)と水星表面探査機 MPO (Mercury Planetary Orbiter、
欧州担当)の 2 機の衛星から構成され、両探査機は、１機のアリアンロケットで打上げられ- 321 -

4. 国際共同研究活動報告た。そのうち水星の磁気圏を探査する MMO を日本が担当し、そこに搭載するプラズマ波動観測器(PWI: Plasma Wave Investigation, PI: 笠羽 東北大・教授)を、日欧の共同研究グループで構成し開発した。当研究所は、この PWI の Experiment manager をつとめ、搭載機器開発の中心となっている。PWI チームは日本国内の共同研究者に加え、欧州は、フランス、スウェーデン、ハンガリーなど複数の国にまたがる研究者と共同開発体制を整えている。
2021 年における、最初の Mercury フライバイに加え、2022 年のフライバイでも、最接近時に PWI 電源を ON して、水星周辺における磁場や電場としての変動信号を捉えることに成功している。現在は、水星到着に備えてデータ解析の準備を欧州チームとともに実行している。

１０．スウェーデンとのバイオマス変換に関する国際共同研究
スウェーデンは木質科学の分野で非常に高いレベルにある。同国の森林面積は約 2,400 万ヘクタール であり、日本とほぼ同様である。一方、世界有数の材木輸出国であり、木質バ
イオマスの利活用研究が精力的に進められている。本国際共同研究のカウンターパートである Chalmers University of Technology（チェルマース工科大学）はスウェーデンにおける大学ランキング 1 位のトップ大学である。本共同研究では、生物有機化学の Gunnar Westman
教授、酵素化学の Lisbeth Olsson 教授らのグループと木材化学、構造化学の生存圏研究所のグループが有機的に連携することで、従来にないバイオマス変換ステップの実現を目指している。また、Wallenberg Wood Science Center (WWSC)、 KTH Royal Institute of Technology
とも連携して共同研究を進めている。
バイオマスを有効利用する上でリグニンと糖の分離は重要な課題となっている。植物細胞壁中で、リグニンはヘミセルロースと共有結合して Lignin Carbohydrate Complex (LCC) を形成しており、細胞壁の強度や分解性に大きな影響を与えている。 バイオマス変換において、このリグニン・糖間結合の切断を高効率で行えれば、主要３成分の分離効率は大きく上昇すると期待される。本研究では、リグニン・糖間結合を直接切断する酵素に着目して、エステル型 LCC モデル化合物の合成と酵素による分解反応を行い、LCC の分析と構造解析、酵素の反応特性と分解反応を詳細に解析するとともに、実際の植物細胞壁成分と反応させて起こる構造変換を NMR 法によって観測することを目的として研究を進めている。本国際共同研究は、日本学術振興会 二国間交流事業共同研究、生存圏ミッション研究、新領域研究の支援により研究を進めてきた。関連する成果を付記する。1-26)
現状コロナウイルスの影響により、実質的な国際共同研究が滞っているが、状況が改善次
第、交流活動を再開して進める予定である。
付記1)

Dan AOKI, Kenta NOMURA, Masashi HASHIURA, Yoshinori IMAMURA, Sonoka MIYATA, Noritsugu- 322 -

4. 国際共同研究活動報告TERASHIMA, Yasuyuki MATSUSHITA, Hiroshi NISHIMURA, Takashi WATANABE, Masato KATAHIRA,
Kazuhiko FUKUSHIMA

Evaluation of ring-5 structures of guaiacyl lignin in Ginkgo biloba L. using solid- andliquid-state 13C NMR difference spectroscopy, Holzforschung, 2019.
2)

西村裕志, 植物バイオマスの複雑高分子の多次元NMR 構造解析, 月刊 細胞 -構造生物学の最前線, 51,
12, 56 (632)-57 (633) 2019.

3)

西村裕志, リグニンとヘミセルロースをつなぐ共有結合の解明 ～植物バイオマスの高度利用, アグリ
バイオ, 3, 6, 87-89, 2019.

4)

Kaori Saito, Yutaka Makimura, Hiroshi Nishimura, Takashi Watanabe, Structural analysis of the free phenolicterminal and non-phenolic units connected through various interunit linkages in lignin polymer, The 20th ISWFPC(oral) 2019.

5)

Chihiro Kimura, Ruibo Li, Ryota Ouda, Hiroshi Nishimura, Takashi Fujita, Takashi Watanabe, Production ofantiviral compounds from sugarcane bagasse by microwave solvolysis, The 20th ISWFPC (poster) 2019.

6)

Ruibo Li, Ryo Narita, Ryota Ouda, Chihiro Kimura, Hiroshi Nishimura, Takashi Fujita, Takashi Watanabe, Antiviral
activity of phenolic compounds in pyroligenous acid, and structure-activity relationship, The 20th ISWFPC (poster)
2019.

7)

Takashi Watanabe, Yuki Tokunaga, Satoshi Oshiro, Kaori Saito, Hiroyuki Okano, Hiroshi Nishimura, Takashi
Nagata, Keiko Kondo, Masato Katahira, Katsuhiro Isozaki, Hikaru Takaya, Masaharu Nakamura, Strategy oflignocellulose conversion using catalysts with controlled affinity to lignin, 1st International Lignin Symposium (ILS),
Hokkaido Univ. (oral) 2019.

8)

Hiroshi Nishimura, Kazuma Nagata, Misato Yamada, Takashi Nagata, Masato Katahira, Takashi Watanabe,
Structural analyses of covalet likages between liginin and hemicellulose in wood cell walls, 1st International Lignin
Symposium (ILS), Hokkaido Univ. 2019.

9)

Saho Kashima, Hiroshi Nishimura, Shizuka Sakon, Misato Yamada, Yasuhiro Shimane, Yukari Ohta, Keiko Kondo,
Yudai Yamaoki, Takashi Nagata, Masato Katahira, Takashi Watanabe. Fractionation and analysis of lignincarbohydrate complex using lignin-degrading enzymes

2019.1st International Lignin Symposium (ILS),

Hokkaido Univ. 2019.
10) Ruibo Li, Ryota Ouda, Chihiro Kimura, Hiroshi Nishimura, Takashi Fujita, Takashi Watanabe. Microwave-assisted
degradation of woody biomass for application as antiviral agent against encephalomycarditis virus. 1st International
Lignin Symposium (ILS), Hokkaido Univ. 2019.
11) 斉藤香織，牧村裕，西村裕志，渡辺隆司, リグニンフェノール性水酸基のメチル化によるフェノール性末端の構造と高分子化学構造の解析, 第 70 回日本木材学会鳥取大会, 2020.3.
12) 西村裕志，鹿島早帆，山田美紗登，永田一真，永田崇，片平正人，渡辺隆司, 広葉樹リグニン－多糖間結合の多次元 NMR 法による構造解析, 第 70 回日本木材学会鳥取大会, 2020.3.
13) 木村智洋，李瑞波，應田涼太，西村裕志，藤田尚志，渡辺隆司, マイクロ波ソルボリシスにより創出した抗ウイルス活性リグニンの構造および作用機構の分析, 第 70 回日本木材学会鳥取大会, 2020.3.
14) 岡野啓志、齋藤香織、大城理志、西村裕志、渡辺隆司, リグニン親和性ペプチドを結合した白色腐朽- 323 -

4. 国際共同研究活動報告

菌ラッカーゼによるリグニン分解, 日本農芸化学会関西支部例会（第 512 回講演会）, 2020.2.
15) Yuichi Tanida, Hiroshi Nishimura, and Takashi Watanabe, Roles of extracellular metabolites produced by selective
white-rot fungi, The 4th Asia Research Node Symposium on Humanosphere Science, Nanjing, China, 2019.12.
16) Chihiro Kimura, Ruibo Li, Ryota Ouda, Hiroshi Nishimura, Takashi Fujita, Takashi Watanabe, Lignin-based
antiviral inhibitor produced by microwave glycerolysis from sugarcane bagasse,The 4th Asia Research Node
Symposium on Humanosphere Science, Nanjing, China, 2019.12.
17) 西村裕志、鹿島早帆、山田美紗登、渡辺隆司、大田ゆかり, 質量分析法によるリグニンの酵素分解反応の解析, 第 4 回 京都生体質量分析研究会シンポジウム, 2020.2.
18) 西村裕志, ＮＭＲによる有機材料分析とその試料前処理、データ解釈, 技術情報協会 (依頼執筆, 範囲:第 3 章９節 リグノセルロース高分子の NMR 法による構造解析) 2021 年 9 月
ISBN: 9784861048609
19) 西村裕志, 多糖とリグニンをつなぐ結び目構造の解析と利活用展開, 第 15 回 多糖の未来
フォーラム 要旨集 pp.12－20, 2021 年 11 月 12 日 招待講演
20) 西村裕志, 永田一真, 永田崇, 片平正人, 渡辺隆司, エステル型リグニン-多糖間結合の構造解析, 第 72 回日本木材学会大会(oral online), 2022-03-16
21) 西村裕志, 木質バイオマスの分子構造に学び活かす循環型未来社会
京大テックフォーラム 2022 年 3 月 22 日 招待講演
22) 西村裕志,「植物バイオマスから環境調和型プロセスでつくるリグニン素材」NEDO 若手研
究者研究シーズイベント、2021/08/03, 2021/08/26, 2021/09/08, 2022/3/18 (oral online)
23) 西村裕志, 木質バイオマスの分子構造にみる循環型社会へのアプローチ, 京都大学生存圏研究所 オー
プンセミナー（オンライン）, 2022 年 7 月 13 日
24) 西村裕志, リグニンの分離、構造解析とリグノセルロース高分子の創製, 技術情報協会 技術セミナー（オンライン）, 2022 年 12 月 22 日
25) Hiroshi Nishimura, Fourier transform MS and NMR analyses of lignocellulose from forest trees, 2022.12.16,
Finland-Japan Joint Seminar-Sustainable Water Management in Forested Catchment
26) 西村裕志, リグノセルロースバイオマスの環境調和型高度利用技術の開発, イノベーション・ジャパン
2022, ND-033, 2022/10/04－2022/10/31

１１．米国、香港、韓国、スペイン等との木質バイオマスの形成機構と代謝工学に関する国際共同研究
本国際共同研究では、種々のバイオマス生産植物における細胞壁の構造と形成機構に関わる基盤研究を進める。特に、バイオマス、すなわち細胞壁を構成するリグノセルロースの主要成分であるリグニンの代謝制御機構の詳細解明と代謝工学的制御を通じ、各種バイオマス利用特性を高めた新たなバイオテクノロジー素材を得ることを目指す。
米国のウィスコンシン大学 John Ralph 博士、オクラホマ大学 Laura Bartley 博士、ブルッ- 324 -

4. 国際共同研究活動報告

クヘブン国立研究所 Chang-Jun Liu 博士らの研究グループとは、リグニンのアシル修飾基の生合成と代謝工学的改変に関わる共同研究を 2016 年から実施している。当研究所で作出したリグニンの構造を種々に改変した組換えイネ株について、Ralph 研究室が開発したアシル化リグニンの精密化学分解解析を実施し、アシル化リグニンの形成に寄与するイネ科植物特有の生合成代謝経路が存在することを世界に先駆けて明らかにしている。関連する
種々のリグニン改変組換え植物の解析なども実施し、これまでに 6 報の国際共著論文及び 1
編の共著図書を発表している。なお、2019 年 8 月から 8 ヶ月間、Laura Bartley 博士を生存圏研究所客員准教授として招聘し、上記の研究課題に関わる共同実験を実施した。
香港大学 Clive Lo 博士及びスペイン高等科学研究院 Jorge Rencoret 博士の研究グループとは、イネ科バイオマスに特徴的なリグニンの新規部分構造として最近発見されたフラボ
ノリグニンに関わる共同研究を 2016 年から実施している。これまでに、イネにおけるフラボノリグニン形成に関与する複数のフラボン合成遺伝子の同定とその発現制御によるフラ
ボノリグニンの量及び構造を改変したイネ組替え株の作出に世界に先駆けて成功するなど、これまでに 7 報の国際共著論文及び 1 編の共著図書を発表している。現在、さらなるフラボノリグニンの形成機構のさらなる詳細解明と生理学的機能ならびにイネ科バイオマスの利用特性に及ぼす寄与の解明を目指した共同研究を実施している。
高麗大学校 Ohkmae K. Park 教授の研究グループとは、植物の病害応答におけるリグニンの寄与ついての共同研究を 2016 年から開始した。植物が病原体の侵入に応答して合成する
リグニンを主要成分とする防御壁の形成プロセスを当研究所で開発した合成蛍光プローブを利用して高精度に可視化することに成功した。この現象に深く関わる新規遺伝子郡の同定や代謝物輸送機構の解明に貢献し、これまでに 3 報の国際共著論文を発表している。現
在、植物の病害応答機構におけるリグニンの寄与のさらなる詳細解明に向けた共同研究を進めている。
付記
共著論文（所内担当者と共同研究先代表者に下線）•

Hwi Seong Jeon, Eunjeong Jang, Jinwoo Kim, Seu Ha Kim, Myoung-Hoon Lee, Myung Hee Nam,
Yuki Tobimatsu, Ohkmae K. Park. Pathogen-induced autophagy regulates monolignol transportandligninformation

in

plant

immunity.

Autophagy,

19,597–615,

DOI:

10.1080/15548627.2022.2085496 (2023).
•

Pui Ying Lam, Lanxiang Wang, Andy C W Lui, Hongjia Liu, Yuri Takeda-Kimura, Mo-Xian Chen,Fu-Yuan Zhu, Jianhua Zhang, Toshiaki Umezawa, Yuki Tobimatsu, Clive Lo. Deficiency inflavonoid biosynthesis genes CHS, CHI, and CHIL alters rice flavonoid and lignin profiles. Plant
Physiology, 188, 1993–2011, DOI: 10.1093/plphys/kiab606 (2022).

•

Daisuke Ando, Fachuang Lu, Hoon Kim, Alexis Eugene, Yuki Tobimatsu, Ruben Vanholme,Thomas J. Elder, Wout Boerjan, John Ralph. Incorporation of catechyl monomers into lignins:- 325 -

4. 国際共同研究活動報告

lignification from the non-phenolic end via Diels–Alder cycloaddition? Green Chemistry, 23,8995–9013, DOI: 10.1039/D1GC03022A (2021).
•

Jorge Rencoret, Ana Gutiérrez, Gisela Marques, José Carlos del Rio, Yuki Tobimatsu, Pui Ying
Lam, Marta Pérez-Boada, Francisco Javier Ruiz-Dueñas, José María Barrasa, Angel T. Martinez.
New insights on structures forming the lignin-like fractions of ancestral plants. Frontiers in Plant
Science, 12, 740923, DOI: 10.3389/fpls.2021.740923 (2021).

•

Yunjun Zhao, Xiaohong Yu, Pui-Ying Lam, Kewei Zhang, Yuki Tobimatsu, Chang-Jun Liu.
Monolignol acyltransferase for lignin p-hydroxybenzoylation in Populus. Nature Plants, 7, 1288–
1300, DOI: 10.1038/s41477-021-00975-1 (2021).

•

Pui Ying Lam, Andy CW Lui, Lanxiang Wang, Hongjia Liu, Toshiaki Umezawa, Yuki Tobimatsu,
Clive Lo. Tricin biosynthesis and bioengineering. Frontiers in Plant Science, 12, 733198, DOI:
10.3389/fpls.2021.733198 (2021).

•

Seu Ha Kim, Pui Ying Lam, Myoung-Hoon Lee, Hwi Seong Jeon, Yuki Tobimatsu and Ohkmae
K. Park. The Arabidopsis R2R3 MYB transcription factor MYB15 is a key regulator of lignin
biosynthesis in effector-triggered immunity. Frontiers in Plant Science, 11, 583153, DOI:
10.3389/fpls.2020.583153 (2020).

•

Andy CW Lui, Pui Ying Lam, Chan Kwun-Ho, Lanxiang Wang, Yuki Tobimatsu, and Clive Lo,
Convergent recruitment of 5′-hydroxylase activities by CYP75B flavonoid B‐ring hydroxylases
for tricin biosynthesis in Medicago legumes. New Phytologist, 228, 269–284, DOI:
10.1111/nph.16498 (2020).

•

Pui Ying Lam, Yuki Tobimatsu, Naoyuki Matsumoto, Shiro Suzuki, Wu Lan, Yuri Takeda,
Masaomi Yamamura, Masahiro Sakamoto, John Ralph, Clive Lo and Toshiaki Umezawa,
OsCAldOMT1 is a bifunctional O-methyltransferase involved in the biosynthesis of tricin-ligninsin rice cell walls. Scientific Reports, 9, 11597, DOI: 10.1038/s41598-019-47957-0 (2019).

•

Pui Ying Lam, Andy Lui, Masaomi Yamamura, Lanxiang Wang, Yuri Takeda, Shiro Suzuki,
Hongjia Liu, Fu-Yuan Zhu, Mo-Xian Chen, Jian-Hua Zhang, Toshiaki Umezawa, Yuki Tobimatsu,
and Clive Lo, Recruitment of specific flavonoid B-ring hydroxylases for two independent
biosynthesis pathways of flavone-derived metabolites in grasses. New Phytologist, 223, 2014–219,
DOI:10.1111/nph.15795 (2019).

•

John H. Grabber, Christy Davidson, Yuki Tobimatsu, Hoon Kim, Fachuang Lu, Yimin Zhu,
Martina Opietnik, Nicholas Santoro, Cliff E. Foster, Fengxia Yue, Dino Ress, Xuejun Pan, John
Ralph, Structural features of alternative lignin monomers associated with improved digestibilityofartificiallylignified

maize

cell

walls.

10.1016/j.plantsci.2019.02.004. (2019).

- 326 -

Plant

Science,287,

110070,DOI:

4. 国際共同研究活動報告•

Myoung‐Hoon Lee, Hwi Seong Jeon, Seu Ha Kim, Joo Hee Chung, Daniele Roppolo, Hye‐Jung
Lee, Hong Joo Cho, Yuki Tobimatsu, John Ralph and Ohkmae K. Park. Lignin‐based barrier
restricts pathogens to the infection site and confers resistance in plants. The EMBO Journal,
e101948, DOI: 10.15252/embj.2019101948 (2019).

•

Yuri Takeda, Yuki Tobimatsu, Steven D. Karlen, Taichi Koshiba, Shiro Suzuki, Masaomi
Yamamura, Shinya Murakami, Mai Mukai, Takefumi Hattori, Keishi Osakabe, John Ralph,
Masahiro Sakamoto, and Toshiaki Umezawa, Downregulation of p-COUMAROYL ESTER 3HYDROXYLASE in rice leads to altered cell wall structures and improves biomass saccharification.
The Plant Journal, 95, 796–811(2018).

•

Yanding Li, Li Shuai, Hoon Kim, Ali Hussain Motagamwala, Justin K. Mobley, Fengxia Yue, Yuki
Tobimatsu, Daphna Havkin-Frenkel, Fang Chen, Richard A. Dixon, Jeremy S. Luterbacher, James
A. Dumesic, and John Ralph. An“ideal lignin” facilitates full biomass utilization. Science
Advances, 4, eaau2968 (2018).

•

Pui

Ying

Lam,

Yuki

Tobimatsu,

Yuri Takeda,

Shiro

Suzuki,

MasaomiYamamura, Toshiaki Umezawa, and Clive Lo, Disrupting Flavone Synthase II alters lignin andimproves biomass digestibility. Plant Physiology, 174, 972–985 (2017).
共著書（所内担当者と共同研究先代表者に下線）•

Yuki Tobimatsu, Toshiyuki Takano, Toshiaki Umezawa, and John Ralph, “Solution-state
multidimensional NMR of lignins: approaches and applications.” In: Lu F. and Yue F. (eds)
Lignin: Biosynthesis, Functions, and Economic Significance, pp 79–110, Nova Science Publishers
Inc., Hauppauge, NY, US (2019).

•

飛松裕基, Pui Ying Lam, 梅澤俊明, Clive Lo. イネ科バイオマスを特徴づけるフラボノリ
グニンの生合成と代謝工学. 月刊 アグリバイオ 2019 年 6 月号 pp.66–72, 北隆館(2019).

１２．中華人民共和国およびタイ王国とのファインバブル（マイクロ・ウルトラファインバブル）に関する国際共同研究
水中のマイクロメートル以下の小さな気泡（微細気泡、ファインバブル、マイクロ・ナノ
バブル）は、溶存気体の変化や水の特性に効果を与える事がわかっており、その物理化学的特性についての研究が進められている。我々は、これまでに中国・同済大学や、タイ王国・
ラジャマンガラ工科大学ラーナ校との国際共同研究を推進している。2022 年度においては、
The International Symposium on Plasma & Fine Bubbles (ISPFB2022) (2022/8/23-24)をオンラインで共同開催した。また、オンラインによる定例の研究集会として RISH セミナーを開催し、- 327 -

4. 国際共同研究活動報告

中国、タイ、米国、カナダの研究者との議論も行ってきている。その他、京都大学微細気泡研究会として 2024 年度開催予定の国際シンポジウムを主宰予定である。
付記
受賞
Excellent Oral Presentation Award (Topic 1, Basic Science on Plasma & Fine Bubbles) 受賞(The International Symposium on Plasma & Fine Bubbles (ISPFB2022),
発表タイトル: Attenuation Coefficient of Ultrafine Bubble Water in Broadband Ultrasound andMeasurement of Bubble Number Density,

１３．欧米やアジアの美術館等における木彫像・木造船・木棺をはじめとした文化財の科学的調査Dr. TAZURU Suyako, Research Institute for Sustainable Humanosphere, Kyoto University, Japan
Prof. Cynthea J. BOGEL, Harvard University, USA
Dr. Mechtild MERTZ, East Asian Civilisations Research Centre, Paris, France
Dr. ITO Shiro, Wakayama Prefectural Museum, Japan
Prof. SUGIYAMA Junji,, Kyoto University, Japan
Prof. ITOH Takao, Nara National Research Institute for Cultural Properties, Nara, Japan
1. 概要
我が国の適所適材の用材観や伝統的木製品は、アジア域の相互の文化交流の歴史によって培われた賜物であり、それらの知識なしに、我が国特有の木の文化を理解することは不可能である。これまで日本における様々な木彫像をはじめとした文化財の樹種識別や年代などの科学的調査を行ってきた中で、例えば日本の仏像や神像にはカヤやヒノキといった樹種が選択的に使用されていたこと、そして歴史的・地域的に変遷をとげたことなどが徐々に判明してきた。一方、日本と同様木彫像を制作したものの、当事国に木彫像があまり残されていないことなどから科学的調査が遅れている中国や韓国については、どのような樹種が選択されているのか、不明な点が多く残されていた。
本年度も、海外での実地調査は難しい状況にあったが、アメリカ・カナダ・イギリス・フ
ランス・台湾・日本の美術館等と密接にコンタクトを取りながら、各機関のコンサベーターや学芸員による試料採取や生存圏研究所での樹種調査、年代調査、そして美術史専門家らとの学際的な研究をすすめた。メトロポリタン美術館、セインズベリー美術館、シカゴ美術館、
プリンストン大学美術館、ロイヤルオンタリオ美術館、ボストン美術館、ホノルル美術館、
フィラデルフィア美術館、クリーブランド美術館などとの文化財研究がそれである。

- 328 -

4. 国際共同研究活動報告

具体的には、かつて日本のとある地域の神社から世界中に散逸したとされてきた神像群
約 20 体について、探し出すことに成功し、その年代・樹種の調査結果ならびに美術史研究を行ってきた事例がある。それらの文理融合研究の成果については 2022 年に論文として公開された。この研究では、神像群の形態的特徴や放射性炭素年代測定により 10-12 世紀と判明した木彫像に、マグノリア属が多用されていた点を中心として、科学的知見と人文学的知
見とを総合的に考察することで、これまでにない、神像彫刻の一側面を解明できたといえる。
その後も、同グループに含まれる神像の放射性年代測定などを継続して行ってきており、様々な研究が進められている。これらの欧米・アジアの美術館とは、今後も東アジアの木彫像や船材、古墳の木棺、楽器などの文化財調査をすすめていく。東アジアの用材観は、我々
日本の歴史ならびに東アジア地域の宗教上の繋がりを知る上で貴重な情報といえる。今後もデータベースの拡充と学際的研究にむけて尽力したい。
2. 付記（関連の業績など）
１）著書（単著）田鶴寿弥子, ひとかけらの木片が教えてくれること－木材×科学×歴史―,

2022 年 8 月淡交社より出版（日本経済新聞など 8 つの新聞・雑誌の書評などで紹介されました）
２）関連の原著論文(1)Suyako Tazuru, Mechtild Mertz, Takao Itoh, Junji Sugiyama, Wood Identificationof Japanese and Chinese Wooden Statues Owned by the Museum of Fine Arts, Boston,
USA, Journal of Wood Science 68(11) 2022
(2)Mechtild Mertz, Suyako Tazuru, Shiro Ito, Cynthea Bogel, A Group of TwelfthCentury Japanese Kami Statues and Considerations of Material Intentionality:
Collaborative Research Among Wood Scientists and Art Historians, Journal of Asian
Humanities at Kyushu University (JAH-Q),127-158, 2022

１４．Arase 衛星による内部磁気圏電磁環境探査に関する国際共同研究
2016 年 12 月に打ち上げられた我が国の内部磁気圏探査衛星 Arase において、そこで発生する波動-粒子相互作用に関した観測的研究を国際共同で展開している。Arase 衛星に搭載されたプラズマ波動観測装置 PWE(PWE: Plasma Wave Experiment, PI: 金沢大・笠原禎也教授)において、当研究所は、Co-PI ならびに、Experiment manager として、開発・設計
および運用に重要な役割を果たしている。そして、打ち上げ後は、特に、そこで発生している静電波動の観測とその励起メカニズムについて、国際共同により研究を展開している。一方、電子速度分布関数とコーラス放射スペクトル特性や、電磁波の伝搬特性に関して他の衛- 329 -

4. 国際共同研究活動報告星(Van Allen probes、DSX)との同時観測などにおいて成果をおさめている。

１５．中国科学院上海植物生理生態研究所とのクリーンエネルギー生産に向けたバイオマス植物の分子育種に関する国際共同研究
本国際共同研究では、中国科学院上海植物生理生態研究所（PI: Laigeng Li 博士）と共同で、持続型バイオマスリファイナリーに資する新たなバイオマス育種素材の開発を行う。本
研究課題は、日本学術振興会二国間交流事業［H30 年度採択；研究代表：梅澤俊明（京大生存研）及び Laigeng Li （上海植物生理生態研究所）］として実施しており、また当研究所における熱帯バイオマスフラッグシッププロジェクト及びミッション 5-2 推進課題プロジェ
クトの一環の活動でもある。具体的には、ゲノム編集を始めとする近年進歩の著しい植物分
子育種技術を駆使して、イネ科植物（主にイネ及びソルガム）及び樹木（主にポプラ）をターゲットに、バイオ燃料・バイオマ化成品の持続的生産に適した植物育種素材の開発を日中共同して進めている。これまでに、特にバイオ燃料生産特性に大きく寄与するリグニン量を増減させた新規なイネ及びポプラ組換え株の作出に成功し、各種化学分析法や NMR 法を用いたバイオマスの性状解析を当研究所にて進めている。平成 30 年 2 月から 4 月にかけて、中国側代表研究者である Laigeng Li 博士を生存圏研究所客員教授として招聘し、本研
究課題に関わる実験を共同で実施した。また本研究課題の進捗状況の報告と新たな共同研
究体制の構築に向けた討議を行うため、平成 30 年 10 月に上海、平成 31 年 2 月に宇治において、関連分野の研究者を集めて国際シンポジウムを開催した。特に後者においては、植物
ゲノム編集技術開発及び植物分子育種研究分野において国際的に活躍する日中研究者を招聘し、本研究課題を含むゲノム編集技術を用いたバイオマス植物の分子育種の現状と今後の方向性について、総合的に討議した。
平成 31／令和元年度は、前年度に引き続き、バイオエネルギー生産性に優れたバイオマ
ス育種素材の開発を目的に、リグニンの量と構造を様々に改変した遺伝子組換え植物の作
出を日本（主に京都大学と徳島大学）、中国側（中国科学院植物生理生態研究所）でそれぞれ進めた。具体的には、リグニンの量を増減させた各種転写因子及びフェニルプロパノイド
合成酵素遺伝子の発現を制御したイネ及びポプラ組換え株の作出をそれぞれ京都大学/徳島
大学と中国科学院植物生理生態研究所で実施し、その一部について、京都大学においてリグ
ノセルロース特性の解析を行った。特にリグニン生合成転写因子 LTF1 を過剰発現したポプラ組換え株については、組織特異的プロモータを活用して、良好なバイオマス生産性を維持したまま、バイオマス酵素糖化性が大きく向上したラインを得ることに成功した。これらの成果を纏め、英国科学誌 New Phytologist において共同で論文成果発表を行った（Gui etal., “Fiber-specific regulation of lignin biosynthesis improves biomass quality in Populus”,
DOI: 10.1111/nph.16411）。研究交流については、当初、上海及び徳島において 1 回ずつ共同セミナー及び研究協議を実施する計画で準備を進めていたが、新型コロナ感染症の世界- 330 -

4. 国際共同研究活動報告

的拡大による交流停止指示をうけ、これらの令和元年度内の交流計画を中止し、メール会議
により代替した。具体的には、上記研究の進捗状況の報告・討議と次年度以降の研究計画の立案及び将来的な共同研究体制の構築に向けた討議を行った。
令和２年度は、前年度に引き続き、バイオエネルギー生産性に優れたバイオマス育種素材の開発を目的に、リグニンの量と構造を様々に改変した遺伝子組換え植物の作出を日本（主に京都大学と徳島大学）、中国側（中国科学院植物生理生態研究所）でそれぞれ進めた。具
体的には、リグニンの量を増減させた各種転写因子及びフェニルプロパノイド合成酵素遺伝子の発現を制御したイネ及びポプラ組換え株の作出をそれぞれ京都大学/徳島大学と中国科学院植物生理生態研究所で実施した。これらの成果を纏め、リグニン学会のオープンアク
セス国際誌 Lignin（Umezawa et al., “Lignin Metabolic Engineering in Grasses for Primary
Lignin Valorization”, 1, 30-41 (2020)）並びにエルセビア社のオープンアクセス国際誌
Current Plant Biology（Miyamoto et al., “MYB-mediated regulation of lignin biosynthesis in
grasses”, Curr. Plant Biol., 24, 100174 (2020)）において成果発表を行った。しかし、新型コ
ロナ感染症の世界的拡大により、人的交流については、全く行うことができず、1 年間の研究期間延長が認められた。次年度は、新型コロナ感染症の蔓延状況を見据え、遠隔会議を用いた研究交流を進めると共に、可能であれば対面交流を進める予定である。
令和３年度は、前年度に引き続き、バイオエネルギー生産性に優れたバイオマス育種素材の開発を目的に、リグニンの量と構造を様々に改変した遺伝子組換え植物の作出を日本（主に京都大学と徳島大学）、中国側（中国科学院植物生理生態研究所）でそれぞれ進めた。具
体的には、リグニンの量を増減させた各種転写因子及びフェニルプロパノイド合成酵素遺伝子の発現を制御したイネ及びポプラ組換え株の作出をそれぞれ京都大学/徳島大学と中国科学院植物生理生態研究所で実施した。しかし、新型コロナ感染症の世界的拡大により、人的交流については、全く行うことができなかった。
令和４年度も、バイオエネルギー生産性に優れたバイオマス育種素材の開発を目的に、リグニンの量と構造を様々に改変した遺伝子組換え植物の作出を日本（主に京都大学と徳島大学）、中国側（中国科学院植物生理生態研究所）で前年度までの研究の継続としてそれぞれ進めた。具体的には、リグニンの量を増減させた各種転写因子及びフェニルプロパノイド
合成酵素遺伝子の発現を制御したイネ及びポプラ組換え株の作出をそれぞれ京都大学/徳島
大学と中国科学院植物生理生態研究所で実施した。

１６．フランス国立農学研究所及びオランダ国立ワーゲニンゲン大学とのバイオマスの生物変換に関する国際共同研究
本国際共同研究では、フランス国立農学研究所 INRA（PI: Guillermina Hernandez-Raquet
博士）及びオランダ国立ワーゲニンゲン大学（PI: Mirjam Kabel 博士）の研究グループと共同で、木質バイオマスから効率的に燃料や有用化成品を作り出す循環型資源利用システム- 331 -

4. 国際共同研究活動報告（バイオリファイナリー）への応用を目的とした新たなバイオマス変換プロセスの開発を行っている。自然界でバイオマスを効率的に生分解するシロアリや草食哺乳動物の腸内共生微生物に基づくバイオリアクターとメカノケミカル処理を組み合わせ、バイオマスの主要成分であるリグニン及び多糖類を有用化成品原料物質へと直接変換する新規なバイオマ
ス分解プロセスの構築を目指す。バイオリアクターによるバイオマス処理プロセスの設計は INRA が中心となって実施し、当研究所とワーゲニンゲン大学はバイオマス分解物の化
学構造解析を担当している。当研究所では、これまでに、バイオリアクターにより処理されたコムギわらバイオマス試料の高分解能多次元 NMR 法を用いた精密化学構造解析を実施
し、バイオリアクターの構成及びメカノケミカル前処理の強度に応じて、試料中のリグニン
及び多糖類の分解挙動が特徴的に変化することを見出している。2020 年には、シロアリ腸内細菌を使ったバイオリアクターによるリグノセルロースの効率的分解に成功するとともに、嫌気性条件下におけるリグニンの新規分解経路を明らかにし、それらの成果を共同論文発表した。なお、2019 年度には、在日フランス大使館科学技術部 EXPLORATION JAPON
プログラムの支援のもと、INRA の Guillermina Hernandez-Raquet 博士を招聘した。また2020 年度からは、日本学術振興会二国間交流事業 SAKURA プログラムの支援を受け、共同研究と学術交流のさらなる推進を行っている。
付記
共著論文（所内担当者と共同研究先代表者に下線）•

Louison Dumond, Pui-Ying Lam, Gijs van Erven, Mirjam Kabel, Fabien Mounet, Jacqueline
Grima-Pettenati, Yuki Tobimatsu, Guillermina Hernandez-Raquet. Termite gut microbiota
contribution to wheat straw delignification in anaerobic bioreactors. ACS Sustainable Chemistry& Engineering 9: 2191-2202, DOI: 10.1021/acssuschemeng.0c07817 (2021).

メディア発表•アメリカ化学会 Discover Chemistry, February 17, 2021. “Termite gut microbes could aid
biofuel production”. https://www.acs.org/content/acs/en/pressroom/presspacs/2021/acs-presspacfebruary-17-2021/termite-gut-microbes-could-aid-biofuel-production.html. 他

外部資金獲得•日本学術振興会－フランス MEAE-MESRI 二国間交流事業「新規な微生物共生系とバイ
オマス解析法を核心とするバイオリファイナリー共同研究」（研究代表者：飛松裕基、Guillermina Hernandez-Raquet；2020 年-2022 年）- 332 -

4. 国際共同研究活動報告

１７．フランスのロレーヌ大学と「植物生理活性物質とその生合成」の共同研究
フランスは、現在化学農薬の大幅削減に向けた EcophytoII+と呼ばれる国家プロジェクトを施行するなど、脱炭素社会に向けた意識が非常に高い国であり、その実現に向けて植物の生理活性物質に関する生合成研究も盛んである。本共同研究では、ロレーヌ大学 Laboratoire
Agronomie et Environnement の Alain Hehn 教授及び前任教授の Frédéric Bourgaud 博士と共に、植物生理活性物質の生合成ならびにその生理的役割に対する理解を深め、天然資源の社会実装を目指した研究を進めている。
植物が生産する多様な代謝産物は、古くから我々の衣・食・住を様々な側面から支えてきた。さらに近年では、持続的社会の構築に向け、こうした植物の生産する代謝産物に対する注目が高まっている。中でもプレニル化フェノール類は、抗腫瘍活性や抗酸化作用といった
ヒトの健康にメリットのある生理活性を持つことから、医薬品原料、また食品や化粧品の機能性添加物等としての利用が非常に期待される化合物群である。本共同研究では、プレニル
化フェノール生合成の鍵ステップを担うプレニル化酵素（PT）を主役に据え、プレニル化フェノール生合成研究とその代謝工学を進めてきた。これまでに、新規の PT 遺伝子の同定・
分子進化解析を通じて、プレニル化フェノール類の一種で、植物の化学防御機構に貢献する
フラノクマリン類の生合成、及び進化様式に関する重要な知見を世界に先駆けて報告した（Karamat et al., Plant J., 2014; Munakata et al., New Phytol., 2016; Munakata et al., New Phytol.,
2020）。フラノクマリン類は人に有用な薬理活性を持つが、食品分野等においては、柑橘製品に含まれるフラノクマリン類は薬理動態をかく乱する有害物質として働く側面もある。
ロレーヌ大学との共同研究により、柑橘類に特徴的なフラノクマリン生合成経路の一端を解明した（Munakata et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2021）。これは、フラノクマリン成分のない柑橘品種の育種への足掛かりとなる重要な知見となった。また、柑橘類における新たなプレニル化フェノール化合物の発見、及びその生合成に関わる PT 遺伝子の同定も達成してきた（Munakata et al., Plant Physiol., 2014）。さらに、フラノクマリン生合成については、PTとは別の酵素ファミリーも共同で解析を進め、論文にまとめた（Villard et al., New Phytol,
2021）。
本共同研究の発展形の１つとして、最近では生合成の基礎的理解に立脚した代謝工学を行っている。ブラジル産プロポリスは、健康食品として世界中で人気の高い養蜂製品であるが、その主な薬効成分であるプレニル化フェノールのアルテピリンＣは、プロポリス内含量
が環境要因によって容易に一桁程も変動するという品質上大きな問題を抱えている。本共同研究では、アルテピリンＣ生合成を担う PT 遺伝子を発見し、この遺伝子を利用して酵母におけるアルテピリンＣ生産系を実現した（Munakata et al., Commun. Biol. 2019）。上記の一連の共同研究は生存圏研究所内若手支援予算、JSPS 日仏交流促進事業及び JSPS 海外特別研究員制度の支援により行われてきた。
Hehn 教授は、植物二次代謝産物を介した植物と共生微生物との相互作用に関する研究を近年精力的に推進しており、このテーマの下で生存圏研究所・森林圏遺伝子統御分野に在籍- 333 -

4. 国際共同研究活動報告していた修士学生が現在博士課程として Hehn 教授に師事した。このように本共同研究の幅が広がっており、今後さらなる成果が期待される。
付記
関連の共著論文（所内担当者に下線、共同研究先代表者に下点線）


Fazeelat Karamat*, Alexandre Olry*, Ryosuke Munakata*, Takao Koeduka, Akifumi Sugiyama,
Cedric Paris, Alain Hehn, Frédéric Bourgaud, Kazufumi Yazaki, “A coumarin-specificprenyltransferase catalyzes the crucial biosynthetic reaction for furanocoumarin formation in
parsley”, The Plant Journal, 77 (4): pp. 627–638 (2014). *co-first authors



Ryosuke Munakata, Tsuyoshi Inoue, Takao Koeduka, Fazeelat Karamat, Alexandre Olry, Akifumi
Sugiyama, Kojiro Takanashi, Audray Dugrand, Yann Froelicher, Ryo Tanaka, Yoshihiro Uto,
Hitoshi Hori, Jun-Ichi Azuma, Alain Hehn, Frédéric Bourgaud, Kazufumi Yazaki, “Molecularcloning and characterization of a geranyl diphosphate-specific aromatic prenyltransferase fromlemon”, Plant Physiology, 166(1): pp. 80–90 (2014).



Ryosuke Munakata*, Alexandre Olry*, Fazeelat Karamat, Vincent Courdavault, Akifumi
Sugiyama, Yoshiaki Date, Célia Krieger, Prisca Silie, Emilien Foureau, Nicolas Papon, Jérémy
Grosjean, Kazufumi Yazaki, Frédéric Bourgaud, Alain Hehn, “Molecular evolution of parsnip(Pastinaca sativa) membrane-bound prenyltransferases for linear and/or angular furanocoumarinbiosynthesis”, New Phytologist, 211 (1): pp. 332–344 (2016). *co-first authors



Ryosuke Munakata, Tomoya Takemura, Kanade Tatsumi, Eiko Moriyoshi, Koki Yanagihara,Akifumi Sugiyama, Hideyuki Suzuki, Hikaru Seki, Toshiya Muranaka, Noriaki Kawano, Kayo
Yoshimatsu, Nobuo Kawahara, Takao Yamaura, Jérémy Grosjean, Frédéric Bourgaud, Alain
Hehn, Kazufumi Yazaki, “Isolation of Artemisia capillaris membrane-bound di-prenyltransferase
for phenylpropanoids and redesign of artepillin C in yeast”, Communications Biology, 2, Article
number: 384 (2019).



Ryosuke Munakata, Sakihito Kitajima, Andréïna Nuttens, Kanade Tatsumi, Tomoya Takemura,
Takuji Ichino, Gianni Galati, Sonia Vautrin, Hélène Bergès, Jérémy Grosjean, Frédéric Bourgaud,
Akifumi Sugiyama, Alain Hehn, Kazufumi Yazaki, “Convergent evolution of the UbiA
prenyltransferase family underlies the independent acquisition of furanocoumarins in plants”,
New Phytologist, 225 (5):pp. 2166-2182 (2020).



Ryosuke Munakata, Alexandre Olry, Tomoya Takemura, Kanade Tatsumi, Takuji Ichino, Cloé

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4. 国際共同研究活動報告

Villard, Joji Kageyama, Tetsuya Kurata, Masaru Nakayasu, Florence Jacob, Takao Koeduka,
Hirobumi Yamamoto, Eiko Moriyoshi, Tetsuya Matsukawa, Jérémy Grosjean, Célia Krieger,
Akifumi Sugiyama, Masaharu Mizutani, Frédéric Bourgaud, Alain Hehn, Kazufumi Yazaki,“Parallel evolution of UbiA superfamily proteins into aromatic O-prenyltransferases in plants”,
Proceedings of the National Academy of Sciences, 118 (17): e2022294118 (2021).


Cloé Villard, Ryosuke Munakata, Sakihito Kitajima, Robin van Velzen, Michael Eric Schranz,
Romain Larbat, Alain Hehn, “A new P450 involved in the furanocoumarin pathway underlies a
recent case of convergent evolution”, New Phytologist, 231 (5):pp 1923–1939 (2021)

１８．南京林業大学との木材用接着剤の開発に関する国際共同研究
南京林業大学は 1996 年から MOU を締結しており、木材科学分野での様々な共同研究を行ってきた。本国際共同研究では、家具学院の趙中元准教授とともに木材用天然系接着剤の開発を行っている。
木質材料は、接着剤によって木材エレメント同士を接着接合しているが、一般に使用されている接着剤はホルムアルデヒド系樹脂をはじめとした合成樹脂である。この合成樹脂接着剤は化石資源由来の物質を原料としているため、昨今の SDGs や脱炭素化といった世界的な取り組みを背景にその利用の低減が求められている。その代替として、バイオマスを原料とした天然系接着剤の利用が望まれているが、現状では合成樹脂接着剤に匹敵する天然系接着剤はほとんど報告されておらず、未だ発展途上である。
そこで、汎用で安全性の高いバイオマス由来物質を主原料に用い、調製が容易で高い接着性能を示す新たな接着剤の開発に取り組んでいる。最近は、スクロースなどの糖を主原料として用い、リン酸二水素アンモニウムやクエン酸といった物質との混合水溶液を接着剤とする方法を検討している。今年度は、コロナ禍の影響により実際の交流が難しかったため、オンラインによる研究紹介を数回実施して議論を深めるとともに、今後の連携についても話し合いを進めた。

１９．北京大学との地球磁気圏プラズマ波動粒子相互に関する国際共同研究
地球磁気圏には大振幅の極超長波（ULF）波動が存在しており、地球磁気圏の磁場構造の時間変化を起こして、放射線帯の変動に関わるホイッスラーモード・コーラス波動や電磁イ
オンサイクロトロン波等の発生にも大きな影響を与えている。本共同研究では、ULF 波動と高エネルギー電子とのドリフト共鳴における粒子の非線形軌道について数値計算と共に理論的な解析を行っている。2022 年度は、ULF 波動による磁場勾配の変化がコーラス波動の非線形成長に与える影響について理論解析と観測との比較を行った。

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4. 国際共同研究活動報告

研究成果
Li, L., Omura, Y., Zhou, X.-Z., Zong, Q.-G., Rankin, R., Yue, C., & Fu, S.-Y. (2022), Nonlinear wave
growth analysis of chorus emissions modulated by ULF waves. Geophysical Research Letters, 49,
e2022GL097978. https://doi.org/10.1029/2022GL097978.
Li, L., Omura, Y., Zhou, X.-Z., Zong, Q.-G., Rankin, R., Yue, C., Sui-Yan Fu, S.-Y., and Ren, J. (2023),
Chorus wave generation modulated by field line resonance and mirror-mode ULF waves. Journal ofGeophysical Research: Space Physics, 128, e2022JA031127. https://doi.org/10.1029/2022JA031127.

２０．インド地磁気研究所との非線形プラズマ波動に関する国際共同研究
地球磁気圏には磁気圏尾部から注入されてくる高エネルギー粒子と相互作用して様々な波動が励起されている。その中でも複数の衛星が編隊飛行している THEMIS 衛星で観測されている電磁イオンサイクロトロン（EMIC）波について、その発生領域における周波数変動の特性を非線形波動成長理論に基づいて解析した。また、新たな共同研究テーマとして、火星の磁気圏で観測されたプラズマ波動について解析を行った。
研究成果
Ojha B., Y. Omura, S. Singh, G. S. Lakhina. Fine structures of EMIC waves:
Simultaneous observation of rising and falling tones, submitted to Journal ofGeophysical Research: Space Physics.
Kakad, A., B. Kakad1, P. H. Yoon, Y. Omura, and I. Kourakis, First evidence of upper-hybrid waves
in Mars magnetosphere, submitted to Astronomy & Astrophysics.

２１．木工芸および木質科学の「時間」に関する学際的探求
木質科学および木工芸に関わる「時間」について自然科学者、人文科学者ならびに職人の視点から、また古今東西の情報を収集して捉え直し、新たな理解や更なる利用につなげることを目指す。2021 年度よりフランス（現地）、ヨーロッパ各国、日本を結び、ハイブリッド・
ワークショップを 3 回開催し、学際的・萌芽的研究ネットワークの形成や共同研究を進めている。当研究所は、特にフランス CNRS とともに木材のエージングについての共同研究に取り組み、材鑑調査室所蔵の古材を利用した物性測定ならびに新たに採取したフランス
由来古材の物性測定を進めている。その一環として 2022 年度はフランスより客員教授 1 名を招聘した。今後はそれぞれの地域で用いられる樹種の違いや、木材が置かれる環境（力学
環境、気象環境）の影響を検討する。

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