Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
けにくい品種の選別
• 植物影響評価に適したオゾンの暴露指標の検討
• 日本を含むアジアの水稲生産性におよぼす温暖化時のオゾン影響の予測評価
• 水稲収量に最も大きな影響を与えるオゾンの暴露時期の解明
• オゾン影響を回避・軽減する窒素の施用条件、ケイ酸質資材類の施用効果の検討
• 分子マーカーを利用した水稲品種の高温・オゾン感受性評価手法の開発
• 高温下でのオゾンストレスを特異的に検出できるストレス診断用DNAアレイの開発
これらの成果を基に、適応方策の一つとして高温・オゾン耐性品種の選択、施肥条件やケイ酸質資材類の施用等による影響回避・軽減策の提言、分子マーカー・ストレス診断用DNAアレイを利用した長期暴露試験に代わる新しい診断・予測評価手法の開発、およびアジア圈を対象とした環境基準の検討に必要なオゾンの暴露指標について提言を行う。
3．研究の方法
(1) 気温とオゾン濃度上昇が水稲の収量・品質に及ぼす影響評価に関する研究
1) オゾン暴露および加温処理方法
オープントップチャンバーシステム（OTC）に導入する空気を活性炭フィルターで浄化した浄化空気区（CF区）と、これにオゾンを添加したオゾン添加区を設定した。オゾン添加区に用いた基準オゾン濃度は、埼玉県環境科学国際センター（埼玉県加須市上種足）において2000～2007年に観測された5月～9月の時間平均オゾン濃度を求め、これを基準（×1.0区）にして、基準濃度の0.8倍、1.5倍、2.0倍および2.5倍の濃度区を設けた（CF、×0.8、×1.0、×1.5、×2.0、×2.5区）。加温区は、OTCの外気浄化用活性炭フィルターの前段部に電気ヒーターを設置し、吸入空気を加温した。加温区の設定はCF区、×1.0、×2.0および×2.5区を対象とした。いずれも、1処理区当たり2つのチャンバー反復を設定した。栽培期間中の平均気温は年度により異なったが加温区の平均気温は通常温度（無加温）区よりも1.0～1.7℃高かった。
2) 水稲栽培方法および調査方法
3年間で内外の60品種・系統をオゾン暴露試験に供試した。このうち、“きらら397、コシヒカリ、タカナリ、にこまる、日本晴、ササニシキ”の6品種は3年間共通して試験に用いた。各品種について2008年度および2009年度は1ポット当たり4個体を定植し、2010年度は1ポット当たり5個体を定植し、チャンバー当たり5ポットを準ランダムプロック配置した。ポットは1/2,000aの白色プラスティック製ワグネルポットで、クロボク士を充填し、くみあいLPコート入り複合444-D80号（N-P-K=14-14-14）を基肥として20kgN/10a相当量を施肥し、追肥は実施しなかった。収穫後、精粉重量を測定後、粉すりを行い、玄米重量、外観形状、食味品質を計測した。また、収穫後の稲わらの家畜用飼料としての品質を評価するため、消化性、リグニン含量、フェノール類含量の測定を実施した。
3) わが国およびアジア圈のオゾン濃度分布の推定と収量、品質の推定方法
a. 県別のオゾン濃度の推定
大気常時監視測定局の1985年から2008年のデータを基にして、県別に水田地帯の主な栽培期間に相当する5月～9月の日中12時間の平均オゾン濃度を求め、これをもとにして各県別の2020、2030、2050年のオゾン濃度を推定した。また、2008年度の平均濃度が2倍になった場合についても検討した。代表的な品種について収量-オゾン濃度との関係式より相対収量、相対タンパク質含量を求め、減収率、タンパク質含量の上昇率を算出・推定した。
b. アジア圈のオゾン濃度の推定
アジア圈を対象とした広域のオゾン濃度の予測には、全球化学物質輸送モデルMOZART-4を使用して2005年を対象に1年間の月平均濃度を求めるとともに、2005年の人為起源排出量を50%増加させた場合のオゾン濃度分布を求めた。計算結果をもとに、緯度経度2.8度の格子の平均オゾン濃度とアジア圈の水田の分布データとを重ね合わせ、水稻栽培地帯に相当するメッシュ当たりの月平均オゾン濃度を求め、オゾン暴露試験結果より得られた日本型およびインド型品種の平均収量推定式により収量を算出し、オゾンによる減収率を推定した。
(2) 水稲の生育時期別オゾン感受性の評価に関する研究
1) 水稲の栽培方法
埼玉県環境科学国際センター内にある外気オゾン濃度比例追従型のOTC内で“コシヒカリ”を供試品種として栽培した。各実験処理区とも黒ボク土を詰めたプラスティック製ポット（容積6L）に1ポットあたり3個体、4ポットをランダム配置した。なお、OTC本体は、床部から外気やオゾンを含む空気を吹き出す高床式の天窓式ガラス室である。施肥は、育成スタート時にくみあいLPコート複合444-D-80号（N-P₂O₅-K₂O=14-14-14）を基肥として20kg窒素/10a相当量を施肥し、追肥は
実施しなかった。

## 2 ）オゾン暴露方法

活性炭フィルターによってオゾンを除去した空気をOTC内に導入した浄化空気区（CF区）、外気をそのまま導入した外気区（Non Filter区、NF区）、オゾン濃度が外気の1.5倍になるように調整した処理区（1.5NF区）を設けた。なお、サブテーマ(1)では毎日同じパターンでオゾン暴露を行うのに対して、ここでは常時変動する外気濃度に追従して濃度調整がなされる点および用いたポットサイズが小さい点で差異がある。

オゾン暴露期間は、定植～栄養成長期（出穂前）、栄養成長期後半～生殖成長期前半（移行期）および生殖成長期（出穂後）に分け、暴露が終了した後はCF区に戻し、全期間無暴露（CF区）あるいは全期間暴露した場合の玄米収量と比較検討を行った。

## 3 ）施肥方法

窒素施肥量の影響について、くみあいLPコート複合444-D-80号（N-P₂O₅-K₂O=14-14-14）を基肥として用い、追肥分は化成肥料（N-P₂O₅-K₂O=8-8-8）を用いて検討した。また、ケイ酸質資材類としてケイ酸カルシウムとケイ酸カリウムを対象に施用効果の検討を行った。

（３）高温・オゾン適応のための分子マーカーの探索とオゾンストレス診断アレイの開発

１）高温・オゾン適応のための分子マーカーの探索とオゾンストレス診断アレイの開発

### a. イネ薬における高温・オゾン影響評価のための分子マーカーの探索

日本型品種（“日本晴、コシヒカリ、きらら397、にこまる”）とインド型品種（“タカナリ及びKasalath”）の幼苗への高温（30℃）、オゾン（150または200ppb）及び複合処理を行った。

可視障害を画像解析で数値化し、サクラネチン（ファイトアレキシンの一種）とマロンジアルデヒド（脂質分解物）の含量などを測定した。また、アジレント・テクノロジーズ社のイネ・マイクロアレイで遺伝子発現を解析し、影響の指標となる分子マーカーを探索した。

b. イネの収量に及ぼすオゾン影響に関与する遺伝子座のQTL解析による同定

電力中央研究所赤城試験センターの温室で、“ササニシキ”/“ハバタキ”染色体断片置換系統群（CSSL系統）に外気暴露（NF区）と外気の2倍のオゾン添加（×2区）実験を行った。可視障害・純光合成速度・気孔コンダクタンス等を測定した。登熟後、地上部重量、桿長、桿数、一次枝梗数、精粉（稔実粉）数、精粉重を測定した。QTL解析ソフトJ-qtl及びQGeneを用いて、最尤法で計算し、LODスコア（対数オッズスコア）が3以上のもの、または形質に対する寄与率の高いマーカーを有意なQTL（量的形質遺伝子座）とした。データの再現性を見るために同じ実験を2009年度と2010年度の2回繰り返し行い、同定したQTLマーカー近傍に存在するAP01遺伝子の発現解析を行った。

### c. イネの高温・オゾンストレス診断用DNAアレイの開発

本研究開始前に作製したシロイヌナズナの遺伝子を載せたプロトタイプのオゾン診断アレイが野外においても使えるかどうかについて検証を行った。サブテーマ(1)のOTCにてシロイヌナズナを生育させ、オゾン・気温上昇の急性及び慢性ストレス診断を行った。次に、a.で高温、オゾン及び複合ストレスにさらした6品種のイネ幼苗のDNAマイクロアレイ解析結果より、それぞれのストレス処理で2倍以上発現量が増加または1/2以下に発現量が低下した遺伝子から選択した182個のcDNAを、Multi-pin Blotter 96（アトー社）を用いてナイロン膜上に載せることによりアレイを作製した。作成したアレイの検証をオゾンまたは加温処理した“日本晴”を用いて行った。

2）穂と種子における分子マーカーの分析によるイネの高温・オゾン影響評価に関する研究

a. 穂における分子マーカーの分析

温度25℃、相対湿度70%の自然光温室内で生育させたイネ（“日本晴、コシヒカリ、きらら397、にこまる、タカナリ、Kasalath”）を、それぞれの開花期にグロースキャビネットでオゾン（200ppb）、高温（35℃）、またはその複合環境に8時間さらし、穂における遺伝子発現を、アジレント社のイネ・マイクロアレイを用いて調べた。

### b. 種子における分子マーカーの分析

2009年度に電力中央研究所赤城試験センターに設置した小型OTC内で“コシヒカリ、きらら397、タカナリ、Kasalath”を生育させ、野外オゾンまたは浄化空気にさらし、植物体の形態及び収量を調べた。また、アジレント社のイネ・マイクロアレイを用いて、“タカナリ及びコシヒカリ”の種子中のオゾンに応答した遺伝子発現を解析し、“タカナリ”の収量減少に関連している遺伝子を探索した。また、2009年度にサブテーマ(1)で得られた“日本晴、コシヒカリ、きらら397、にこまる、タカナリ、Kasalath”の玄米をマイクロアレイ分析に供し、影響の指標となる分子マーカーを探索した。
## 4 ．結果及び考察

（１）気温とオゾン濃度上昇が水稻の収量・品質に及ぼす影響評価

## 1 ）水稻品種のオゾン感受性

3年間で合計60品種・系統を対象にオゾン濃度と収量反応について検討した結果、日本型品種はインド型品種よりもオゾン耐性の品種が多く、“日本晴、コシヒカリ、にこまる”などはオゾンの影響を受け難いオゾン耐性品種、“きらら397、ササニシキ、タカナリ、Kasalath、IR36”などはオゾンの影響を受けやすい感受性品種に分類された。

## 2 ）オゾン影響を評価するための暴露指標

栽培期間中の平均オゾン濃度、オゾンドース（1時間値を積分した値）、1時間値が一定濃度を超えた場合に積分するSUM、1時間値が一定濃度を超えた場合にその濃度以下を足切りして積分するAOTx、1時間値に重み付けをして積分するW126について、それぞれの24時間値、15時間値（5:00～19:59）、12時間値（6:00～17:59）、8時間値（8:00～15:59），これらの8時間平均値の最大値の平均を求めた。“きらら397、ササニシキ、タカナリ”の収量とこれらの指標との回帰係数を求めて比較検討した。その結果、最も単純で簡便な暴露指標として平均濃度を、暴露期間の長短の影響を考慮したオゾンドースを使用するのが簡便であると考えられた。これらの指標の算出時間帯としては共通的に相関係数が高い日中12時間が適していると考えられた。

3）収量および品質におよぼすオゾンと気温の複合影響

### a. 収量におよぼす影響

2008～2010年度にかけて3回の栽培試験を実施した“日本晴、コシヒカリ、ササニシキ、きらら397、タカナリ、にこまる”の個体当たりの精枠重量（収量）を対象にオゾン、気温、年度間の差異について多元分散分析を実施し、それぞれの要因の影響について検討した。その結果、気温とオゾンの複合影響は“きらら397”と“にこまる”に見られた。“にこまる”で複合影響が検出されたのは、加温区の収量が全体的に増加したことに加えて、通常温度区でもオゾン濃度の高い区で収量が増加する傾向にあったことが反映されたものと考えられた。これらの結果から、一部のオゾン感受性の品種では複合影響が懸念されるものの、主要品種については実質的にオゾンと気温の複合影響を考慮しなくても良いと考えられた。

### b. 品質におよぼす影響

上述した6品種の玄米を対象に外観品質を左右する整粒数の占める割合と食味品質を左右するタンパク質含量を対象にオゾンと気温の複合影響について検討した。その結果、気温の上昇とともにオゾン濃度が上昇した場合、両者の複合によって著しく整粒割合が低下するような現象はみられないこと、タンパク質含量はオゾン濃度の上昇とともに増加したが、気温との複合影響は見られないことが明らかとなった。

## 4 ）稲わらにおよぼすオゾンの影響

オゾン暴露によって稲わら中の難消化性のリグニンおよび消化抑制に作用すると考えられるフェノール性物質が増加するため、消化性が低下、すなわち飼料価が低下する可能性のあることが明らかとなった。

## 5 ）水稻の収量・品質の将来予測

### a. わが国における水稻収量・品質の予測

大気常時監視測定局で記録されている光化学オキシダントデータをオゾン濃度データとみなして、5月～9月の日中12時間の平均オゾン濃度を県別に算出し、そのトレンドから2020、2030および2050年度のオゾン濃度を推定するとともに、2008年度の2倍のオゾン濃度となった場合の収量を推定した。2009年度栽培統計から各県別に主要品種の構成割合を算出し、温度影響を考慮せずに主要品種については暴露試験結果に基づいて個別の収量推計式を当てはめ、暴露試験結果のない品種については日本産品種の平均式を当てはめ相対収量を推計した。図-1の上図は県別の5月～9月の日中12時間の平均オゾン濃度の分布を示したもので、現在観察されているオゾン濃度の経年変化が将来的に継続した場合には、関東、中部、中国、近畿地方の濃度が高くなり、これに伴って、埼玉県や群馬県で水稻の収量が低下する傾向にあった。現在栽培されている主要品種の作付割合が将来的にも維持され続けると仮定した場合、2050年時点において全国平均で約2%程度の減収で済むと見積もられた。同様に、タンパク質含量について推定した結果、2050年時点において全国平均では相対含量が3.9%増加すると推定された。

### b. アジア圏の水稻収量の予測

MOZART-4を用いて2005年のアジア圏の濃度分布を推定するとともに、2005年における人為起源の排出量を50%増加させた場合のオゾン濃度の分布を算出した。得られた結果から海域部分を除き、さらに水田地帯を含む格子を対象に平均オゾン濃度を求め、水稲の相対収量を予測した（図-2）。主要国の平均オゾン濃度を算出し、オゾン暴露試験結果から得られたインド型品種の平均収量予測式を当てはめて、国別の相対収量を予測した。

モデルで再現した2005年の各国の平均オゾン濃度は44.6ppbと推定され、これにインド型品種
の収量予測式を適用してオゾンの影響を推定した結果、全生産量は潜在的に約8%の減収となっていると推定された。また、2005年の人為起源の排出量を5割増とした場合のオゾン濃度は48.9ppbと推定され、この場合の減収率は約10%と見積もられた。これらの推計値は、既往の日本型品種や米国で行われた結果から誘導された推計式から求められる減収率よりも大きいことが明らかとなった。

図-1 わが国の日中平均オゾン濃度の分布（上）と水稲収量（下）の予測結果

図-2 計算対象領域の水田分布と人為起源の排出量を1.5倍にした場合のオゾン濃度の分布から求めたアジア圏における水稲の相対収量予測分布図
（２）水稲の生育時期別オゾン感受性の評価

1）水稲の収量に及ぼす生育時期別のオゾン影響の評価

オブンの積算ドースであるAOT40（Accumulated Ozone Exposure over a threshold of 40ppb）と各年の全期間オブン処理をしていない処理区（CF区）の収量を100％とした時の相対収量との関係から暴露時期の影響を評価した結果、収量低下率は移行期のオブン暴露が一番大きく、次に栄養成長期であった。結実前後の移行期は期間が短いものの、この時期のオブン暴露が収量に与える影響は大きいことが明らかとなった。

2）水稲育成時の施肥条件が収量を指標にしたオゾン感受性に及ぼす影響の評価

窒素施肥量が多くなるのに伴って水稻の収量は増加する傾向にあった。しかし、水稻の収量に対するオゾンの影響は窒素施肥量が変わっても大きく変わらなかった。このため、収量レベルを維持するためには窒素を多めに施肥する必要があると考えられた。また、ケイ酸質資材を施用してもオゾンの影響を軽減あるいは回避できないことも判明した。

（3）高温・オゾン適応のための分子マーカーの探索とオゾンストレス診断アレイの開発

1）高温・オゾン適応のための分子マーカーの探索とオゾンストレス診断アレイの開発

a. イネ葉における高温・オゾン影響評価のための分子マーカーの探索

独及び複合処理を行い、葉の分子マーカーを探索した。その結果、画像解析で数値化したオゾンによる可視障害と関連する147個の遺伝子発現マーカーが明らかになり、その機能分類から可視障害の進行に伴う細胞機能が示唆された。

また、様々な代謝産物を分析した結果、オゾンによる収量影響を受けにくい品種ではマロンジアルデヒド（脂質分解物）とサクラネチン（ファイトアレキシンの一種）の含量が、オゾン暴露により顕著に増加することが明らかになり、オゾン耐性を判定する指標として利用できると考えられた（図-3）。また、マイクロアレイで網羅的に遺伝子発現を調べた結果、多数の遺伝子の発現誘導と発現抑制が検出された。これらとサブテーマ（1）の暴露試験結果との関係を調べたところ、高温、オゾン、及びそれらの複合ストレスによる収量やバイオマス影響と発現誘導レベルが相関している遺伝子マーカーが多数明らかになり、この相関関係を利用して分子マーカーを調べることにより幼苗の段階で簡便にイネ品種の高温とオゾンに対する感受性を評価する方法を開発した（図-4）。

b. イネの収量に及ぼすオゾン影響に関与する遺伝子座のQTL解析による同定

イネのオゾンによる収量低下に関与する遺伝子座を同定する目的で、CSSL系統を解析し、QTL解析を行った結果、オゾン感受性イネ品種“ハバタキ”におけるオゾンによる収量の減少は、APO1遺伝子の働きが抑制されることによる一次枝梗数の減少を介して総精釈数（総顕花数）が減少することにより生じている可能性が示唆された。

c. イネの高温・オゾンストレス診断用DNAア

図-3 サクラネチンを利用したイネのオゾン影響評価方法

高温+O_{3}の収量（玄米重量）影響（Dose-Effectグラフの相対slope値）

図-4 遺伝子発現マーカーによる影響評価の一例

矢印は、相関関係を利用して遺伝子発現マーカーから高温とオゾンの複合による収量影響を予測する原理を示す。

## レイの開発

OTCで栽培したシロイヌナズナを用いてオゾン・気温上昇のストレス診断を行った。その結果、一日の最大オゾン濃度が120ppb以上の時、及び60ppbに加温が加わった時に、オゾン診断アレイによりオゾンの急性影響（9時間暴露）が検出できた。また、一日の最大オゾン濃度が60ppb以上の時に慢性影響（1週間暴露）が検出できた。また、イネ・マイクロアレイ解析の結果に基づき、イネの高温・オゾンストレス診断用DNAアレイを作成し、ストレス診断を行った。その結果、オ
ゾンまたは高温に特異的に発現応答する遺伝子を複数同定することができ、イネのストレス診断アレイの有用性が示唆された（図-5）。
2）穂と種子における分子マーカーの分析によるイネの高温・オゾン影響評価に関する研究
a. 穂における分子マーカーの分析 “コシヒカリ、きらら397、にこまる、日本晴、タカナリ、Kasalath”を、開花期にオゾン（200 ppb）、高温（35℃）、またはオゾンと高温の複合環境に8時間さらし、穂におけるそれぞれのストレス因子に応答する多数の遺伝子を、イネDNAマイクロアレイを用いて明らかにした。“Kasalath”を除き、高温応答遺伝子がオゾン応答遺伝子より多かったので、オゾン（200 ppb）より高温（35℃）の方が、イネの穂に対する一過的なストレスとして、より大きいことが示唆された（表-1）。また、高温、オゾン、またはこれらの複合ストレスによる収量、不稔歩合、米の品質（タンパク質含量）への影響と相関のある穂の遺伝子が明らかになった。b. 種子における分子マーカーの分析 オゾン感受性の“タカナリ”とオゾン耐性の“コシヒカリ”における個々の遺伝子の発現パターンを、
5. 本研究により得られた成果（1）科学的意義
本研究により、アジアで広域に栽培されている水稻品種の収量におよぼすオゾンの影響についての品種間差異の一端が明らかとなった。また、オゾン感受性品種では加温条件下においてオゾン濃度が著しく上昇した場合には、収量低下と同時に品質が低下しやすい可能性のあることが明らかとなった。これまで水稻収量におよぼすオゾンの将来影響については日本型の品種や米国で得られた推計式を用いてアジア圏に対する収量予測が行われていたが、インド型品種で得られた推計式を適用した結果、従来の報告よりも減収率の大きいことが初めて明らかとなった。また、水稻収量におよぼすオゾン影響は、栄養成長期の後半から生殖成長期の前半期（移行期）におけるオゾン暴露量が収量減収に大きな効果を持つ可能性のあることが明らかとなった点や、QTL解析により収量減少に係る遺伝子が推定できたことにより、影響発現のメカニズムや影響回避・軽減策を検討する際に重要な知見が得られたと考える。さらに、本研究によって、初めて植物に対する高温とオゾンの複合影響が分子レベルで網羅的に明らかになったことから、分子マーカーを用いたイネ品種の感受性評価に道筋が立ったと同時に、高温・オゾン影響メカニズムの解明や耐性品種の選択・育種に繋がる成果が得られたと考える。本研究によりイネ・ストレス診断アレイの試作に至ったことから、今後この有効性が広く検証できれば、植物のストレス診断用DNAアレイとして世界初の成果となる。
（2）環境政策への貢献
温暖化時の食糧供給量を確保する上で、これまで検討されていなかった気温・オゾン濃度上昇の
複合影響について検討した結果、オゾンと気温の複合影響はそれほど顕著ではなく、むしろオゾンの影響対策を検討する必要性のあることが明らかとなったと考える。わが国の主要品種に対するオゾン濃度上昇の影響は比較的小さいと推定されたが、アジア圏で広く栽培されているインド型品種は、日本型品種よりもオゾン濃度の上昇による収量低下が大きいことが新たに明らかとなった。インド型品種の生産量は極めて多いことからアジア圏の食糧セキュリティを考慮するとインド型品種を対象にしたオゾン耐性品種の育種・導入などによる生産性の確保は持続的な発展を検討する上で非常に有効な適応方策の一つであること、さらには開発途上国における家畜飼料としてのバイオマス供給量を確保するうえでもオゾン対策の必要性を示すことができたことは、アジア圏の稲作地帯の大気環境対策の重要性を喚起するうえで重要な知見を提供するものと考える。また、分子マーカーを利用した新しい影響評価手法を確立できる見通しがついたことから、温暖化時の水稲をはじめとするさまざまな植物に対するオゾン影響の新しい簡易な評価手法として東アジア酸性雨ネットワーク参加国等を通じて開発途上国へ技術移転すること等により広く活用が期待されると考える。

## 6 ．研究者略

## 課題代表者：河野吉久

1949年生まれ、東京農工大学大学院修士課程修了、博士（農学）、現在（財）電力中央研究所・環境科学研究所 研究顧問

## 研究参画者

（1）: 河野吉久（同上）

（2）: 米倉哲志

1972年生まれ、東京農工大学大学院連合農学研究科修了、博士（農学）現在、埼玉県環境科学国際センター 自然環境グループ 主任

## （3） 1）：久保明弘

1958年生まれ、東京都立大学学院理学研究科修士課程修了、博士（理学）

現在、独立行政法人国立環境研究所 生物圈環境研究領域 主任研究員

：玉置雅紀

1969年生まれ、名古屋大学大学院農学研究科博士課程修了、博士（農学）

現在、独立行政法人国立環境研究所 生物圈環境研究領域 主任研究員

## 2 ）: Kyoungwon Cho

1974年生まれ、韓国Chonnam National大学Biotechnology学部博士課程修了、博士（理学）現在、独立行政法人国立環境研究所生物圈環境研究領域EFフェロー

：久保明弘（同上）

## 7 ．成果発表状況（本研究課題に係る論文発表状況。）

## (1) 查読付き論文

1) Yoshida, S., M. Tamaoki, M. Aono, A. Kubo, H. Saji, and N. Nakajima (2009) Protective effects of ethylene and salicylic acid against ozone exposure in Arabidopsis. J. Jpn. Soc. Atmos. Environ. 44:9-15.

2) Yoshida, S., M. Tamaoki, M. Ioki, D. Ogawa, Y. Sato, M. Aono, A. Kubo, S. Saji, H. Saji, S. Satoh, and N. Nakajima (2009) Ethylene and salicylic acid control glutathione biosynthesis in ozone exposed Arabidopsis. Physiol. Plant. 136(3):284-298.

3) Sawada, H., and Y. Kohno (2009) Differential ozone sensitivity of rice cultivars as indicated by visible injury and grain yield. Plant Biology 11(suppl):70-75.

4) Cho, K., G. K. Agrawal, N.-S. Jwa, A. Kubo and R. Rakwal (2009) Rice OsSIPK and its orthologs: A “central master switch” for stress responses. Biochem. Biophys. Res. Commun. 379:649-653.

5) Cho, K., G. K. Agrawal, N.-S. Jwa, J. Shibato, N. L. Torres, A. Kubo, and R. Rakwal (2009) Rice OsSIPK: A central component of ozone-triggered physiological responses. Plant Signaling Behav. 4(5):448-450.

6）澤田寛子、河野吉久(2010) 水稲の葉の老化および収量に及ぼす高濃度オゾンの影響． 大気環境学会誌 45(6):283-288.

7) Cho, K., S. Tiwari, S. B. Agrawal, N. L. Torres, M. Agrawal, A. Sarkar, J. Shibato, G. K. Agrawal, A. Kubo, and R. Rakwal (2011) Tropospheric ozone and plants: Absorption, responses and consequences. Rev. Environ. Contam. Toxicol. 212:61-111.
8) Frei, M., Y. Kohno, M. Wissuwa, H. O. S. Makkar and K. Becker (2011) Negative effects of tropospheric ozone on the feed value of rice straw are mitigated by an ozone tolerance QTL. Global Change Biology. DOI: 10.1111/j.1365-2486.2010.02379.x.

9) Chen, C., M. Frei, J. P. Tanaka, Y. Kohno, and M. Wissuwa (2011) Tropospheric ozone poses a rising threat to yield stability in rice: Tolerance mechanisms and underlying genetic factors. Genes, Genomes and Genomics (in press)

(2)査読付論文に準ずる成果発表なし
【5ZB–1205】放射能汚染土壌の飛散防止・洗浄・固化を行う生物処理実用システムの開発（H24～H25；累計予算額 68,510 千円）

片山 新太（名古屋大学）

### 1. 研究实施体制

（1）放射能汚染土壤の固化に関する生物処理実用システムの開発（名古屋大学）

（２）放射能汚染土壤の飛散防止と洗浄に関する生物処理実用システムの開発（石巻専修大学）

図 研究のイメージ

### 2. 研究開発目的

本研究では、汚染土の飛散防止、洗浄、固化（放射性核種の固定化）処理を行う生物システムの実用化開発を行って、現地土壌を農耕地として再生することを目的としている。本生物処理システムは(a)原位置処理が可能で、(b)従来の農作業に沿った工程によって実施可能であることの2点を満たすように開発し、農家が自身で浄化を可能とするものである。

放射性核種の土壌洗浄剤として、浸透性の高い水（高浸透性水、いわゆるナノバブル水）に、イオン交換反応が期待でき且つ農耕地の肥沃度に影響の小さい塩類を溶かした液を用いて、高効率で放射性セシウムを除去する方法を確立する。ここでは、放射性セシウムを多く含む粘土画分を分級しながら洗浄する方法を開発する。また、下層土および畦畔は、放射性核種が広がらないように微生物鉱物化反応によって非透水性とする方法を確立する。さらに、洗浄後も水田作土中に残留するセシウム・ストロンチウムを固化（固定化）し植物に吸収されにくい形態へ変化させる技術も同時に確立する。高浸透性水の作製には、高崎らが開発した活性水生成用高压噴流水共鳴振動発生装置を用い、発生する放射性洗浄水は木材チップ等を用いたろ過装置で処理する。また、微生物鉱物化反応には、微生物によって方解石（Sporosarcina 属細菌、Tobler ら Geochim Cosmochim Acta, 75, 3290, 2011）、菱鉄鉱（Schwanella 属細菌、Roden ら、ibid, 66, 2823, 2002）、フェライト（Geobacter 属細菌、J. R. Lloyd personal communication）等を利用する。
### 3. 本研究により得られた主な成果（研究者による記載）

## (1) 科学的意義

5,000Bq/kg 程度の放射性セシウムで汚染された水田土壌であれば、農家がトラクターで行える安価な水田再生技術を開発した。その工程は以下の様である：(i) 漏水の大きな水田の場合は微生物によるカルサイト形成による漏水防止処理を下層土および畔畦に対して行う。(ii) 水田表層土5cmをトラクターで剥ぎ取る。(iii) 灌溉水路から水田に引き込む水口で50cm以上厚さのある木質チップ槽によって放射性セシウム付着懸濁物をろ過して取る（99.9%以上の除去率）、(iv) チップ槽浄化水から高浸透性水を作成し、剥ぎ取り土壌の洗浄を行う（洗浄効率30%の代掻き洗浄～洗浄効率80%の洗浄・沈殿槽からなる洗浄装置）。(v) 洗浄土壌の粘土・鉄処理（バーミキュライト、ベントナイト、コロイド酸化鉄）による残留放射性セシウムの土粒子内への封じ込め反応実施（これは半年以上養生した方が良い）。

また、当初の目的に付随して、農地の除染を行っても空間線量は下がらないことから通い農家の形態をとって農業を再開することしかできないことが示唆された。また水中の懸濁物の放射性セシウム汚染レベルが高く、土壌を除染しても山林から流下する懸濁物によって再び汚染される可能性が明らかとなった。住民が戻るためには、空間線量の原因となっている山林を削って谷を埋めるような大規模土木工事を行う必要があることが示唆された。

## (2) 環境政策への貢献

現在、緊急課題となっている福島県相馬郡飯舘村の水田の除染に対し、現地の住民を活かした除染の進め方に関して研究開発を進めるとともに意見交換を行い、放射性セシウム汚染農地の復興政策への選択肢を用意した。

・5,000Bq/kg 程度の汚染土であれば、広範な除染に使える安価な除染技術を確立した。これによって、客土を最低限に抑えた水田農地を1,000Bq/kg以下に除染することが可能である。また、地元住民（農家）が自分でトラクターを使って除染できる技術－除染作業が仕事になるため、除染費用を地元民への賃金として出すことが可能となり、住民の元気づけとなって早期帰宅を目指すことが出来る。

・無処理土壌でもイネへの移行性が低いことから、水田汚染レベルが10,000Bq/kg程度までは無処理で水稲栽培しても玄米中の放射性セシウム濃度が基準（100Bq/Kg）を超えることは殆ど無い。即ち、作付け条件をゆるめても良いことが示唆される。ただし農地除染しても空間線量は低下しないので、農家自身の外部被曝を低下させるために通い農業の形態が良いと考えられる。また、収穫物の全量検査態勢を確立し、規定の線量未満のものだけを出荷することができる体制を整なければならないと考えられる。

・汚染土壌を農地外に持っていくのではなくて、農地の土粒子自体に封じ込めることによって、廃棄土壌の排出量の減量化を行う事ができることが明らかとなった。汚染土の処理という2次的問題を小さく出来るので、税金投入量が少なくてすみ、地元農家の早い帰還に繋がることが期待される。

＜行政が既に活用した成果＞

特に記載すべき事項はない。

＜行政が活用することが見込まれる成果＞

・5,000Bq/kg 程度の汚染土であれば、地元住民がトラクターを使って除染できる安価な除染技術。

・農地での植物移行は小さいので作物中の放射性セシウム濃度が基準（100Bq/Kg）を超えるこ
とは殆ど無いこと。

・土粒子自体に放射性セシウムを封じ込めることが可能である。空間線量の低下を行うためには、それを地中に埋めると良いと考えられる。

・一方、農地除染しても空間線量はあまり低下しないことから、人々が戻って住むためには空間線量の原因となっている山林を潰して谷を埋める様な大規模な土木工事を行った方が良いと考えられる。

### 4. 委員の指摘及び提言概要

放射線汚染土壤中のセシウムの固定化法、除去法を開発し、住民自身で除去できる技術であり活用が期待される。ただし、野外実証実験では、処理効果を検証できていない。また、本法は放射性セシウム汚染水田のみならず、重金属など、他の汚染水田にも応用できる方法である。一方で、放射能汚染土壤の処理に必要な様々な技術のごく一部を取り出して、処理プロセス全体の中での位置づけが明らかにされておらず、実用に耐え得るものにするための明解な展望が得られていない。また、研究成果の誌上発表に努めることが望まれる。

### 5 \. 評点

総合評点：A
# 平成26年調査結果の概要

本調査において新規就農者とは、次のいずれかに該当する者をいう。

①新規自営農業就農者：家族経営体の世帯員で、調査期日前1年間の生活の主な状態が、「学生」から「自営農業への従事が主」になった者及び「他に雇われて勤務が主」から「自営農業への従事が主」になった者

②新規雇用就農者：調査期日前1年間に新たに法人等に常雇い（年間7か月以上）として雇用され、農業に従事した者（外国人研修生及び外国人技能実習生並びに雇用される直前の就業状態が農業従事者であった場合を除く。）

③新規参入者：調査期日前1年間に土地や資金を独自に調達（相続・贈与等により親の農地を譲り受けた場合を除く。）し、新たに農業経営を開始した経営の責任者及び共同経営者

なお、共同経営者とは、夫婦がそろって就農、あるいは複数の新規就農者が法人を新設して共同経営を行っている場合における、経営の責任者の配偶者又はその他の共同経営者
## 1 新規就農者数

平成26年の新規就農者は5万7,650人で、22年以降5万人台で推移している。このうち49歳以下は2万1,860人で、19年以降最も多くなっている。

また、就農形態別にみると、新規自营農業就農者は4万6,340人、新規雇用就農者は7,650人、新規参入者は3,660人であった。

表 1 新規就農者数の推移

单位：人

区分	計	49歲以下	44歲以下	就農形態別
新規自営
農業就農者	新規雇用
就農者	新規參入者
平成19年	73,460	21,050	…	64,420	7,290	1,750
20	60,000	19,840	…	49,640	8,400	1,960
21	66,820	20,040	…	57,400	7,570	1,850
22	54,570	17,970	…	44,800	8,040	1,730
23	58,120	18,600	…	47,100	8,920	2,100
24	56,480	19,280	17,260	44,980	8,490	3,010
25	50,810	17,940	16,020	40,370	7,540	2,900
26	57,650	21,860	18,500	46,340	7,650	3,660

図１　４９歳以下の新規就農者数の推移（就農形態別）

◎ 平成26年調査から、新規参入者については、従来の「経営の責任者」に加え、新たに「共同経営者」を含めたため、利用に当たっては留意されたい。

◎ 平成23年以降の調査結果は、東日本大震災の影響で調査不能となった福島県の一部地域を除いて集計した数値である。

◎ 平成22年の新規参入者については、東日本大震災の影響で調査不能となった岩手県、宮城県、福島県の全域及び青森県の一部地域を除いて集計した数値である。
## 2 新規自営農業就農者数

新規自営農業就農者は4万6,340人で、前年に比べ14.8%増加した。

このうち、49歳以下は1万3,240人で、31.2%増加した。

図 2 年齢別新規自営農業就農者数

表 2 年齢別・男女別新規自営農業就農者数

单位：人

区分	計	新規学卒就農者	49歲以下	44歲以下	男女別
男	女
平成25年	40,370	1,640	10,090	8,880	31,700	8,670
26	46,340	1,830	13,240	10,630	34,880	11,470
増減率(%)	14.8	11.6	31.2	19.7	10.0	32.3
構成比(%)
平成25年	100.0	4.1	25.0	22.0	78.5	21.5
26	100.0	3.9	28.6	22.9	75.3	24.8

## 3 新規雇用就農者数

新規雇用就農者は7,650人で、前年に比べ1.5%増加した。

このうち、49歳以下は5,960人で、2.8％増加した。

図 3 年齢別新規雇用就農者数

表 3 年齡別・男女別新規雇用就農者数

单位：人

区分	計	新規学卒就農者	49歲以下	44歲以下	男	女
平成25年	7,540	1,370	5,800	5,270	4,970	2,580
26	7,650	1,460	5,960	5,430	5,020	2,630
増減率(%)	1.5	6.6	2.8	3.0	1.0	1.9
構成比(%)
平成25年	100.0	18.2	76.9	69.9	65.9	34.2
26	100.0	19.1	77.9	71.0	65.6	34.4
## 4 新規參入者数

新規参入者は3,660人であった。

このうち、49歳以下は2,650人で、全体の72.4％を占めている。

図 4 年齢別新規参入者数

表 4 年齢別・男女別新規参入者数

区分	計	経営の責任者・共同経営者	男女別
経営の責任者	共同経営者	男	女
平成25年	2,900	2,050	1,880	…	…	2,560	330
26	3,660	2,650	2,450	3,070	590	3,030	630
構成比(%)
平成25年	100.0	70.7	64.8	nc	nc	88.3	11.4
26	100.0	72.4	66.9	83.9	16.1	82.8	17.2

单位：人

注：平成26年調査から、新規参入者については、従来の「経営の責任者」に加え、新たに「共同経営者」を含めたため、利用に当たっては留意されたい。
## 循環型社会形成推進科学研究費補助金 総合研究報告書概要版

・研究課題名・研究番号＝「自治体一般廃棄物処理の費用効率性に関する計量経済分析および効率性改善策の提案」K2109, K22093

· 国庫補助金精算所要額（円）=4,061,000円

· 研究期間（西暦）=2009～2011

· 研究年度（西暦）=2009-2010

· 代表研究者名＝碓井健寛（創価大学）
## 平成21年

研究目的 = 「廃棄物会計」が統一的な基準により作成されることになったが、これまでの自治体廃棄物政策に関する費用が効率的であったかどうかの議論は十分でない。自治体内ですら容器包装リサイクル法における分別費用がどの程度か明らかでないのが現状である。そこで本研究は、現在入手可能な自治体廃棄物の公表データを基にして、わが国の自治体における一般廃棄物処理システムの費用効率性について、計量経済学のパネルデータ分析により包括的・定量的な分析を行う。具体的には以下の研究テーマについて研究を遂行する。1）自治体一般廃棄物と分別費用に関する費用関数推定　2）容器包装分別を積極的に行う自治体の行動要因に関する研究．以上の研究を進めるために，初年度は国内の研究者によるパネルデータ分析の応用事例に関して，先行研究を幅広く知見を集めるとともに，費用負担に関する追加調査を行う。成果を環境経済政策学会で報告し，論文を仕上げる。(395 文字)

研究方法 = 不足している人件費等のデータをアンケート調査によって補うことにより、1)～4)の研究目標を達成できる。従来の国内外の先行研究はいずれもある時点を切り取ったクロスセクション分析であるのに対し、分別開始年度の異なる自治体が存在する場合は、時点の相違を考慮したパネルデータ分析が有効である。政策担当者は効率性指標、および費用と便益を考慮しながら優れた政策を導入する自治体の特徴を知ることは重要である。ここで先述した研究テーマの概要および、期待される成果を簡潔に述べる。

1）は、自治体の廃棄物費用に影響を与える要因を特定化するというものである。特に経済変数として重要な人件費と燃料費を考慮することで費用関数推定を行う。費用関数推定は賃金率、エネルギー価格といった経済変数を用いているため、他国の一般廃棄物処理費用の実態と比較可能になる。たとえば望ましい広域処理の程度、規模の経済性を比較検討できる。

2) は、これまで国内の研究で全く明らかにされていない自治体の一般廃棄物処理の分別費目の決定要因を明らかにする研究である。各分別費目をどのような要因で決定するのかを同時に考慮した Multivariate panel probit を用いる。一般廃棄物処理における分別費目を決定要因は全く明らかにされていない。自治体は経済性以外の要因、たとえば埋立処分場の希少性を考慮して、埋立量を最小化している可能性、あるいは既存の廃棄物処理施設によって分別収集の有無を決定していることも考えられる。例えば、ごみ発電を行う自治体は燃焼効率を高めるため紙容器包装の分別を行っていない、という仮説を Multivariate Panel Probit に
より検証することができる。

研究手法の観点での独創性・貢献をまとめると、分別収集を考慮したパネルデータ分析による費用効率性分析は、国内の廃棄物処理事業に対して導入事例が全くないと言える。(796 文字)

## 研究結果 =

研究 1）98 年～2002 年の 5 年間の日本の全市町村パネルデータを用いて費用関数の推計を行った．その結果，廃棄物処理事業において規模の経済性が確認できた．このことは，廃棄物処理量が大きいほど費用は節約できることを意味している．またごみ焼却施設を自治体が単独で保持するよりも，保有せずに他の自治体に使用料を支払い，焼却を委託する自治体に比べ維持費用が大きいことが明らかになった．RDF を所有する自治体はそうでない自治体と比較し有意に維持管理費用が高いとわかった．

研究 2) 同じく 98 年～2002 年の日本の全市町村パネルデータ使用して多変量パネルプロビットを用いて解析をするための準備が完了した。データ作成に際して，埋立処分場の残余年数のデータ，および焼却施設の規模や装備のデータをパネルデータに取り込んだ。これらのデータによって保有している施設によって資源ごみ分別品目の決定に影響を与えるかどうかの要因を解析できるであろう。(399 文字)

## 考察 =

研究 1) 埋立処分場や焼却施設を保持することが自治体にとって費用を高める要因であるのかどうかを，パネルデータを用いて統計的に検討できた．研究結果からは, 施設を複数の自治体で統合することによって生じる費用の増大を考慮（たとえば収集作業時間が増大する，あるいは処分場までのパッカー車の燃料代が増加するなど）したとしても，広域処理を行うことで毎年の維持管理費用を節約できる可能性を示すことができた．このことはクロスセクションデータでは制御できない観察できない個別属性を制御できたため, 推定結果の信頼性が向上したことも貢献している．(260 文字)

## 結論 =

処分場・焼却施設の広域処理は費用面でも環境面でも重要な課題である．広域処理の費用効率性を計量経済学的に明らかにした研究はこれまでに無かった．今後の課題として，地域間の立地を考慮した分析を取り入れた空間計量経済学の概念を考慮したパネルデータ分析があげられる．空間計量経済学は，1990年
代から注目されてきた分析手法で，地域間の連関や自治体の立地，それらの外部性を考慮することのできる計量経済学である。この手法を用いて現状の自治体の廃棄物処理費用の再検証すれば，地域間のつながりを考慮した，望ましい広域処理政策を検証することが可能になるだろう。(267文字)
## 平成22年

研究目的 = 「廃棄物会計」が統一的な基準により作成されることになったが、これまでの自治体廃棄物政策に関する費用が効率的であったかどうかの議論は十分でない。自治体内ですら容器包装リサイクル法における分別費用がどの程度か明らかでないのが現状である。そこで本研究は、現在入手可能な自治体廃棄物の公表データを基にして、わが国の自治体における一般廃棄物処理システムの費用効率性について、計量経済学のパネルデータ分析により包括的・定量的な分析を行う。具体的には以下の研究テーマについて研究を遂行する。1）ごみ有料化の減量・分別促進の長期効果に関する研究 2）容器包装分別を積極的に行う自治体の行動要因に関する研究．以上の研究を進めるために，初年度は国内の研究者によるパネルデータ分析の応用事例に関して，先行研究を幅広く知見を集めるとともに，費用負担に関する追加調査を行う。成果を環境経済政策学会等で報告し，論文を仕上げる。(396 文字)

研究方法 = 不足している人件費等のデータをアンケート調査によって補うことにより、研究目標を達成できる。従来の国内外の先行研究はいずれもある時点を切り取ったクロスセクション分析であるのに対し、分別開始年度の異なる自治体が存在する場合は、時点の相違を考慮したパネルデータ分析が有効である。政策担当者は効率性指標、および費用と便益を考慮しながら優れた政策を導入する自治体の特徴を知ることは重要である。ここで先述した研究テーマの概要および、期待される成果を簡潔に述べる。

3) 家庭ごみ有料化は，導入後に減量効果が失われるというリバウンドが問題だと指摘されているが，実際には明らかでない．本稿は家庭ごみ有料化の減量効果，および資源ごみの代替促進効果の長期での持続性を明らかにするために，計量経済学のパネルデータ分析を用いて検証した．本研究も先行研究と同様に，パネルデータを使用する．その上で家庭ごみ有料化の減量・代替促進効果が長期で続くのかどうか，より具体的には有料化のリバウンドが存在するのかどうかをパネルデータ分析により検証することを目的とする．
4) 本研究は，容り法における分別収集開始の要因を，全国の市町村自治体のビン，紙容器包装，プラ容器包装といった容器包装別に関してパネルプロビットにより明らかにする．循環法(循環型社会形成推進基本法)における国と自治体の目的はそれぞれ微妙に異なる．たとえば自治体は一般廃棄物の処理責任を持つため，埋立処分場の確保が最重要である．それに対して資源循環を通じたエネルギー節約は，自治体の優先度としては低い．またプラ容包や紙製容器包装(以後，紙容包と略記する)の分別を徹底すると，炉の燃焼効率を低下させてしまう．そこで本研究では分別・選別を行う(行わない)要因について次のような仮説を立てて明らかにする．第1に埋立処分場を所有する形態によって分別・選別を開始する確率が異なる可能性がある．第2に焼却施設を所有する自治体は，所有しない自治体に比べプラ容包や紙容包の分別・選別開始確率が低いことが予想できる．第3に自治体は分別・選別を行うに際して財政状態の制約を受けている可能性がある．

(902 文字)

## 研究結果 =

研究1）98年～2002年の5年間の日本の全市町村パネルデータを用いて有料化の長期効果の検証を行った.非資源ごみ収集量,資源ごみの排出量について,有料化導入から経過年数を明示的に導入することで,長期の減量・分別促進効
果を明らかにできた．その結果，ごみ排出量のリバウンドはわずかながら存在するものの，長期の減量効果はほとんど失われないことが明らかになった．資源ごみの長期の分別促進効果は，逆に強くなることがわかった．

Price elasticity of waste emissions | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30
predated value | -0.040 | -0.039 | -0.038 | -0.037 | -0.036 | -0.035
lower bound | -0.028 | -0.027 | -0.026 | -0.025 | -0.024 | -0.023
upper bound | -0.055 | -0.054 | -0.053 | -0.052 | -0.051 | -0.050

研究 2) 同じくパネルデータ使用してプロビットモデルを用いて解析を行った。データ作成に際して，埋立処分場の残余年数のデータ，および焼却施設の規模や装備のデータをパネルデータに取り込んだ。（300 文字）