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数学教育における結論から仮定への推論に関する高校生への調査研究

1.研究目的:高校生に考える力をつけるため,数学の問題を解く際「結論から仮定へ」の推論をより利用させることを目標とし,今回その推論を「解析」とし,次の2つの解明を目的とした.A :「解析」をその意識的な指導,方向,機能および名称に着目して整理することB :高校生の「解析」の利用がどのようなものであるか同定すること.2.研究方法:上記Aについては「解析」に関する国内外の先行研究を検討し, Bについては生徒へのアンケートを分析した.3.研究成果:以下のことなどが明らかになった。Aについて:(1)「解析」指導については意識的に指導されているが限定的であること.(2)「解析」には3つの方向性と4つの機能が存在すること.(3)我が国では,結論を得るために仮定の方に遡る推論の方向と,解を発見する機能へ着目することが多かったこと.(4)「解析」に対して統一した名称がないこと.Bについて:(1)数学の問題の解答を分析した結果,生徒は問題を解く際に,誤った「解析」をすることがあり,それは公式や定理の記憶違い・適用の誤り・計算違い等であること.(2)数学の問題の解答を分析した結果,正しい解析によって別解を作る例が存在したこと.(3)アンケートの分析により,解析をどのように有効性を認識したかについては,学校の指導よりも自分で気づいたとする割合が多いこと,(4)アンケートの分析により,調査における決定問題を解く際に解析をしたとする生徒が少ないこと.4.今後の課題:以上の成果を活かした授業実践研究が課題である.1.研究目的:高校生に考える力をつけるため,数学の問題を解く際「結論から仮定へ」の推論をより利用させることを目標とし,今回その推論を「解析」とし,次の2つの解明を目的とした.A :「解析」をその意識的な指導,方向,機能および名称に着目して整理することB :高校生の「解析」の利用がどのようなものであるか同定すること.2.研究方法:上記Aについては「解析」に関する国内外の先行研究を検討し, Bについては生徒へのアンケートを分析した.3.研究成果:以下のことなどが明らかになった。Aについて:(1)「解析」指導については意識的に指導されているが限定的であること.(2)「解析」には3つの方向性と4つの機能が存在すること.(3)我が国では,結論を得るために仮定の方に遡る推論の方向と,解を発見する機能へ着目することが多かったこと.(4)「解析」に対して統一した名称がないこと.Bについて:(1)数学の問題の解答を分析した結果,生徒は問題を解く際に,誤った「解析」をすることがあり,それは公式や定理の記憶違い・適用の誤り・計算違い等であること.(2)数学の問題の解答を分析した結果,正しい解析によって別解を作る例が存在したこと.(3)アンケートの分析により,解析をどのように有効性を認識したかについては,学校の指導よりも自分で気づいたとする割合が多いこと,(4)アンケートの分析により,調査における決定問題を解く際に解析をしたとする生徒が少ないこと.4.今後の課題:以上の成果を活かした授業実践研究が課題である.
体性感覚機能低下防御機構と末梢・中枢連関に関する臨床神経生理学的研究

末梢からの入力変化が中枢神経伝導や脳皮質可塑性におよぼす影響について、以下の研究を遂行した。1.無症候性末梢神経障害の電気生理学的異常。神経障害の症状は無いがアキレス腱反射完全消失のある糖尿病患者を無症候性糖尿病性神経障害罹患者と規定し、各種伝導機能を調べた。その結果、脛骨神経F波潜時延長が67%の患者で、腓骨神経感覚神経電位低下者が40%に確認された。感覚電位消失者はいなかった。したがって、無症候の時期においても大径有髄線維の脱落および有髄線維密度低下が明確に存在することが明らかになった。一方、体性感覚誘発電位を用いた検討では、糖尿病患者における中枢性感覚軸索伝導異常が明らかであった。このことは中枢性軸索にも変性過程が及んでいることを示す重要な所見である。2.体性感覚誘発磁場に関する研究若年健常者での上肢電気刺激によって誘発される脳磁界変化を記録し、低周波成分と高周波成分の等価電流双極子ベクトルの位置、方向、強度を検討した。その結果、高周波成分ベクトルはN20mベクトルと交差して斜めの方向に散らばって振動し、発生源として介在ニューロンが推定された。高周波成分が感覚認識に及ぼす生理学的機序の解明が待たれる。3.聴覚誘発磁界による聴覚皮質音再現野の研究一次聴覚野の短期的可塑性を探るために音のピッチ識別課題と方向識別課題を行わせて、聴覚誘発磁界N100m成分を解析した。その結果、400Hzおよび4000Hzによって得られるN100mダイポール距離は方向注意課題では分離が不明瞭であるのに対し、ピッチ識別課題では有意に拡大し、明瞭に分離した。このダイポール距離拡大現象は一次聴覚野の短期的可塑性の存在を示す重要な知見である。Mechanoreceptor刺激による皮質反応誘発のテクニカルな問題を検討するため、コペンハーゲン大学臨床生理学研究室を訪問し、同研究室で開発した刺激装置によって0.51μVの微小神経電位記録に成功した。皮質反応記録は刺激装置のノイズのために明瞭な記録ができず、記録条件の安定性に問題があることが判明した。ノイズ除去が今後の課題と考えられた。一方、体性感覚系機能低下防御機構のメカニズムとして大脳皮質の可塑性、あるいは限られた感覚情報を隣接した大脳感覚受容野共有することによる機能維持機構の存在が考えられるので、これまで我々の研究室で実験方法がほぼ確立している脳磁場計測装置を用いた聴覚処理の研究を進めた。その結果、聴覚処理においてははじめにインパルスが到達した大脳皮質1次中枢から皮質錐体細胞横線維を経由して周辺の関連皮質に情報の共有プロセスが生じることを確認した。すなわち、204チャネル全頭型脳磁計をもちいて持続時間50msのトーンピップを400Hz,4000Hzで呈示し、健常成人で聴覚誘発磁界の初期反応に関する等価電流双極子を解析したところ、初期聴覚誘発反応増大時に等価電流双極子が外側に移動する現象が記録された。この移動の方向はsupratemporal cortexの表面に平行しており、聴覚野錐体細胞の水平線維を介した近接皮質へのインパルス伝播を反映した現象と考えて矛盾しない。この双極子の30ms内での移動距離(平均、標準偏差)は左半球が11.8±5.0mm、右半球では9.0±3.9mmであった。この結果から、ヒト大脳皮質錐体細胞水平線維の伝導速度は0.30.4m/secと推定された。感覚神経刺激による一次感覚

皮質双極子も同様の水平性移動が報告されているので、隣接皮質による情報共有機構が感覚系の機能保持のための構造として機能していることが推察される。1.大脳皮質における感覚受容の水平性伝播末梢感覚器からの感覚情報中枢処理機構を知る手がかりとして、ヒト聴覚誘発磁界を記録し、ヒト聴覚皮質における音再現地図(tonotopy)と等周波数帯(isofrequency band)の形態を検討した。その結果、tonotopyでは左右半球ともに400Hz音刺激に対して外側、4000Hz刺激に対しては内側にダイポールが再現された。右半球におけるtonotopyの存在に加え、左半球においても周波数による反応部位に差異のあることが判明した。等周波数帯の形態に関して、N100mピーク前ダイポールが大脳皮質の表面に沿って1msecごとに前外方に移動する現象が明瞭に記録された。このようなダイナミックなダイポール移動は、ヒト体性感覚野のN20m成分でも確認され、皮質3b野錐体細胞の水平線維(軸索側枝)によるインパルス伝播を示す現象と考えられ、ヒト大脳皮質が持つ重要な機能分析機構の存在が明らかになった。2.末梢神経伝導の虚血性変化糖尿病性神経障害の治療抵抗性には、慢性的に存在する虚血負荷による可能性がある。そこで、ラットの腹部大動脈、総腸骨動脈等にマイクロクリップを一定時間装着後に撤去する技術を用いて、末梢神経伝導機能に対する阻血および再灌流の効果を検討した。その結果、健常ラットでは3時間に及ぶ阻血負荷後の再灌流でも神経伝導が10分以内に迅速に回復しうることを確認した。それに対し、糖尿病ラット神経においては1時間15分阻血でも伝導回復が遅延し、1時間30分を越える阻血負荷では回復不能となって、組織学的にワーラー変性過程に陥ることを見出した。この実験によって、糖尿病性神経障害における末梢神経の脆弱性を明確に規定できるようになったとともに、今後の治療研究の方向性も示すことができた。
生合成工学と輸送工学を統合したプレニル化ポリフェノールの生合成リデザイン

植物のプレニル化フェノール類は、抗腫瘍、抗酸化、抗菌活性など多様な生理活性を持ち、機能性食品や医薬品原料などとして極めて有望である。一方、自然界におけるこれらプレニル化フェノール類の含量は低く、しかも複雑な混合物で存在するため単離にコストがかかる。こうした背景のもと、高効率の生産系の確立は、基礎研究分野のみならず産業界においても望まれている。本研究では、ブラジル産Baccharisの生理活性成分artepillin Cの生産を、国産植物の遺伝子を用いた合成生物学で達成することを目指している。プレニル化酵素には、カワラヨモギ由来のユニークなジプレニル化酵素遺伝子AcPT1を用い、またその基質のp-クマル酸は、他植物の3遺伝子(PAL、4CL、CPR)をガラクトース誘導性プロモータの下流で発現させる生合成リデザインを行った。今年度は、artepillin Cの抽出過程において、artepillin Cが細胞から十分に溶媒抽出されていない現象が認められたため、Zymolyase処理を行って、回収効率の改善を図った。また、培養容器の材質と形状の至適化を行うことで、artepillin C生産の効率を改善できた。重要な知見として、基質であるp-クマル酸のほとんどが細胞外に分泌されるという現象が認められ、目的物質の生産性向上にはこの生体内基質を細胞内に止める工夫が必要であることが明らかとなった。一方、輸送工学アプローチに関しては、カワラヨモギからlipid transfer protein (LTP)のクローニングを行い、13種類のLTPの発現を確認し、type 1、type 2、それ以外のサブグループから発現の高いLTP4種を選び、酵母発現系に導入した。その結果、1種のLTPでartepillin Cの生産に対して負の影響が認められた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。一方、自然界におけるこれらプレニル化フェノール類の含量は一般に低く、しかも複雑な混合物で存在するために単離にコストがかかる。こうした背景のもと、高効率の生産系の確率は、基礎研究分野のみならず、産業外においても望まれている。本研究では、ブラジル産のキク科低木Baccharis属植物の代表的生理活性成分artepillin Cの生産を、国産植物の遺伝子を用いた合成生物学で達成することを目指している。本年度は、プレニル化酵素には、カワラヨモギ由来のユニークなジプレニル化酵素遺伝子AcPT1を用い、またその基質のp-クマル酸は、他植物の3遺伝子、すなわちPAL、4CL、CPRを用いて生合成リデザインを行った。p-クマル酸を酵母で生産させるPAL、4CL、CPRの3遺伝子は、ガラクトース誘導性プロモータの下流に組み込み、そこにさらにプレニル化酵素であるAcPT1もがラクトース誘導性プロモータの下流に導入して、artepillin Cの生産を試みた。その結果、p-クマル酸は期待通りに高生産することができたが、全長のAcPT1を使った時にはほとんどそのプレニル化体は得られなかった。そこでAcPT1のN-末端の推定トランジットペプチド配列を削除することで、p-クマル酸のモノプレニル体のdrupaninの生産が見られた。さらに、コドンユーセージを出芽酵母にすることでさらにプレニル化効率を上げることができた。この他、酵母からのプレニル化フェノールの抽出方法を至適化するなどを行い、現在ではdrupaninと並びartepillin Cの生産に成功している。初年度のトライアルとして、途中様々な障壁はあったが、それらを一つ一つ乗り越えることができて、結果として計画通りにartepillin Cの生産に成功したため、おおむね順調に進展している、という判断にした。

その結果、1種のLTPでartepillin Cの生産に対して負の影響が認められた。計画では、次年度には生産されたプレニル化化合物の引き抜きに効果があると期待される、lipid transfer protein (LTP)を共発現させることを行う計画である。遺伝資源としては、artepillin Cの誘導体を生産しているカワラヨモギを選択する。既に、カワラヨモギのRNA-Seqデータからフラグメントを含め、数多くのLTP遺伝子のピックアップを終了している。ただし数が多いため、優先順位をつけてクローニングを行い、順次artepillin C生産性酵母に導入するが、その優先順位は、RNA-SeqのFPKM値の大きいもの、さらにプレニル化フェノールの多い茎葉で特異的に発現している分子種から優先的に選んで、順次発現ベクターに組み込むこととする。もう一点、この1年間研究を進めてきた過程で、プレニル化酵素のアクセプタ基質であるp-クマル酸の組換え酵母における生産性は高いものの細胞外排出効率が高すぎて、AcPT1が十分にp-クマル酸を細胞内で利用できていない可能性が高いことが明らかとなった。この新知見により、酵母内在性の生体異物の排出ポンプのいずれかが、p-クマル酸に親和性が極めて高いことが示唆された。今後は、酵母内在性のどの排出型輸送体がp-クマル酸の排出に主に関与しているかを突き止め、その活性を制御することにより、さらに高効率のartepillin C生産が可能になるものと期待される。この実験も合わせて行なっていく予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
カンドルのブレイドホモロジー理論と結び目理論への応用

前年度行った有向空間3価グラフのダイアグラムをqualgebraによって彩色し、カンドルコサイクル不変量を一般化する研究で、有向空間3価グラフをブレイド状に変形しておくことが有効である。有向空間3価グラフおよび一般の有向空間グラフのブレイド表示に関するアレクサンダーとマルコフの定理を構成した。それは、どんな有向空間3価グラフまたは有向空間グラフも分岐ブレイドの形で表すことができ、そのようなブレイド表示はある基本変形の差を除けば一意的に定まるという定理である。また、カンドルのホモロジー理論を用いた結び目不変量であるカンドルコサイクル不変量について、Carter達が導入したねじれカンドルコサイクル不変量とChengとGaoが導入した正カンドルコサイクル不変量を、シャドーカンドルコサイクル不変量として自然に解釈する方法を与えた。この研究に関しては、田中心氏に共同研究者として参加してもらい、論文にまとめ、Journal of Knot Theory and Its Applicationから出版を受理された。26年度が最終年度であるため、記入しない。カンドルの代数化として、qualgebraの概念を導入した。qualgebraはカンドルとしての2項演算(quandle演算)に加えて、新たな2項演算(qualgebra積)を持つ代数であり、通常の代数とカンドルの両方の概念を自然に拡張している。群における共役と積という2つの2項演算の持つ性質を抽出し、そのような性質を持つ代数として一般化・抽象化したものがqualgebraであるということもできる。カンドルは結び目の研究に有効であったが、qualgebraは結び目の一般化である有向空間3価グラフの研究に利用できる。有向空間3価グラフのダイアグラムをqualgebraによって彩色するという概念は、結び目のカンドル彩色の一般化であり、カンドルコサイクル不変量の一般化も期待される。本年度は、qualgebraの基本性質を求め、有向空間3価グラフのダイアグラムの彩色の概念の導入とイソトピー不変性の証明、群からqualgebraを得る方法、有限qualgebraの具体例の構成を行った。また、非自明なqualgebraの最小位数は4であり、位数が4のqualgebraの分類を行った。カンドルコサイクル不変量の一般化に向けた研究として、qualgebraにより彩色された有向空間3価グラフのダイアグラムの交点と頂点にウェイトを与える2種類の関数を導入し、それによって得られた状態和が有向空間3価グラフのイソトピー不変量となるための必要十分条件を求めた。これによって、qualgebraの2コサイクルの定義の候補を得ることができた。カンドルの代数化であるqualgebraについて、2コサイクルの条件が得られ、それを用いて結び目の一般化である有向空間3価グラフの不変量が構成できることが分かった。代数としてのブレイド化を行うために、幾何的に対応している有向空間3価グラフのブレイド理論が必要である。仮想構造を込めた(仮想)有向空間3価グラフのブレイド化について研究を進め、研究課題を遂行する。
量子確率解析の新展開：作用素の変換理論とスペクトル解析

量子確率解析の新しい展開を生み出すために、解析的側面として「量子ホワイトノイズ理論」と代数的側面として「複雑ネットワークのスペクトル解析」を軸として、理論の深化を図るとともに関連分野との連携を強化した。量子ホワイトノイズによって、ボゴリューボフ変換やギルサノフ変換を、ホワイトノイズ微分による新しいタイプの微分方程式によって特徴づけた。量子確率的手法をマンハッタン積などの有向グラフのスペクトル解析に応用した。ネットワーク上の各種ダイナミクスの相転移現象について数値計算も含めて新しい結果を得た。グラフ上の量子ウォークに対してスペクトル解析の手法を洗練して、局在化など新しい統計的性質を得た。解析的側面として量子ホワイトノイズ理論、代数的側面として複雑ネットワークのスペクトル解析をコアテーマとして取り上げ、その基礎理論を深化させるとともに関連分野との連携を強化することで、量子確率解析を大きく展開することを目指している。特に、古典論の背後にある非可換的な構造をさぐり、ガウス型を含むより一般の量子確率過程を発展させ、ネットワーク上の確率解析や非線形拡散方程式に新しいアプローチを導入することを念頭に5課題を設定している。(1)フォック空間上の作用素の変換理論:ボゴリューボフ変換などを含む2次の量子ホワイトノイズから生成される変換群の一般的な定式化とユニタリ化問題を中心に研究を進めた。(2)一般化された量子確率微分方程式と古典論への還元:新しく導入した量子ホワイトノイズ微分による微分方程式による作用素の特徴づけを得た。(3)多様な独立性に付随する量子確率解析:ガウス型を含む一般論の構築に向けて、q変形ホワイトノイズに関する準備的研究を継続している。(4)複雑ネットワーク上の量子確率解析:マンハッタン積に関して、因子の個数が小さいときには固有値分布を完全に決定し、パスが長くなるときの漸近的スペクトルを導出した。マンハッタン積を量子確率論の独立性と関連させる方向で研究を進めている。距離kグラフのスペクトル解析の具体例を検討した。(5)物理学への応用:量子ウォークの統計的性質、特に局在化を通して、古典論では反映しないネットワーク構造を捕まえる可能性を見出した。非線形シュレーディンガー方程式や波動方程式の漸近挙動に関連する偏微分方程式の諸手法を検証し、量子確率解析との接点を探った。関連する研究集会を主催し、周辺分野の研究者との接点を常に確保するとともに、多くの論文発表・口頭発表を行った。本研究は、解析的側面として量子ホワイトノイズ理論、代数的側面として複雑ネットワークのスペクトル解析をコアテーマとして取り上げ、その基礎理論を深化させるとともに関連分野との連携を強化し、量子確率解析を大きく展開することを目指している。特に、古典論の背後にある非可換的な構造をさぐり、量子確率過程の一般化を発展させ、ネットワーク上の確率解析や非線形方程式に新しいアプローチを導入することを念頭に5課題を設定している。1.フォック空間上の作用素の変換理論:一般化されたグロス・ラプラシアンの指数関数で生成される変換群において、微分方程式と正規積への変換を中心に研究を継続している。2.一般化された量子確率微分方程式:量子ホワイトノイズ微分の高階化を試み、関連して微分方程式の諸性質を調べた。3.多様な独立性に付随する量子確率解析:有向グラフのマンハッタン積を手掛かりにして、順序概念を含むような独立性を定式化する試みを続けている。4.複雑ネットワーク上の量子確率解析:代数的中心極限定理として、直積グラフの距離kグラフの隣接行列の漸近的スペクトルを導出した。超立方体に対して加重付隣接行列を導入して、スペクトルをq変形エルミート多項式で記述した。5.物理学への応用:ネットワーク上のパーコレーションを中心に、臨界相が出現するための条件をグラフの構造から探求するとともに、多くの具体例に対して数値計算による検証を行った。スパイダーネット上の量子ウォークが局在化を起こすための条件をスペクトル解析を用いて導出した。一般のネットワークに対して議論を発展させるために、具体例の蓄積を続けている。グラフ上の非線形シュレーディンガー方程式や波動方程式と量子確率解析の関連について研究を継続している。非可換解析をテーマとする研究会を主催し、海外研究者も含めて周辺分野の研究者との研究協同を確保している。本研究は、解析的側面として量子ホワイトノイズ理論、代数的側面として複雑ネットワークのスペクトル解析をコアテーマとして取り上げ、その基礎理論を深化させるとともに関連分野との連携を強化することで、量子確率解析を大きく展開することを目指している。1.フォック空間上の作用素の変換理論:2次の量子ホワイトノイズから生成される変換群の一般的な定式化とユニタリ化問題を中心に研究を継続している。2.一般化された量子確率微分方程式と古典論への還元:量子ホワイトノイズ微分による微分方程式の諸性質を調べた。

特に、微分方程式を解くことで正規積へ変換されるという新しい手法を得た。3.多様な独立性に付随する量子確率解析:グラフの積構造と独立性の諸概念の関連を明らかにしてきた。特に、有向グラフのマンハッタン積に付随して、独立性の新しい概念を定式化する道筋が見えてきた。q変形ホワイトノイズに関する準備的研究を継続している。4.複雑ネットワーク上の量子確率解析:有向パスグラフのマンハッタン積に関して、漸近的スペクトルを具体的に求めた。距離kグラフに付随する組合せ論的中心極限定理を導出した。ネットワーク上の各種ダイナミクスの相転移現象について数値計算も含めて様々に新しい結果を得た。5.物理学への応用:量子ウォークの統計的性質、特に局在化が生じるためのグラフの定性的な性質を把握するための具体例の蓄積をした。グラフ上の非線形シュレーディンガー方程式や波動方程式の漸近挙動の研究と量子確率解析の手法との接点を探究している。関連する研究会を主催し、周辺分野の研究者との接点を確保しつつ、多くの論文発表・口頭発表を行った。本研究は、解析的側面として量子ホワイトノイズ理論、代数的側面として複雑ネットワークのスペクトル解析をコアテーマとして取り上げ、その基礎理論を深化させるとともに関連分野との連携を強化することで、量子確率解析を大きく展開することを目指している。特に、古典論の背後にある非可換的な構造をさぐり、量子確率過程の一般化を発展させ、ネットワーク上の確率解析や非線形方程式に新しいアプローチを導入することを念頭に5課題を設定して研究を推進した。1.フォック空間上の作用素の変換理論:2次の量子ホワイトノイズから生成される変換群の一般論について継続的に扱っている。これまでの成果を著書として準備するに至った。2.一般化された量子確率微分方程式と古典論への還元:量子ホワイトノイズ微分による微分方程式の新たな応用として、古典的なギルサノフ変換を微分方程式の解として導出した。量子ホワイトノイズ理論の新たな展開として期待される。3.多様な独立性に付随する量子確率解析:グラフの積構造と独立性の諸概念に関連して、マンハッタン積のスペクトル解析を手掛かりに研究を進行した。2変数直交多項式論の観点から量子分解法の一般化について準備的成果をあげた。4.複雑ネットワーク上の量子確率解析:ある種のシューアアルゴリズムを量子ウォークの観点から考察し、母関数による非可換パスの数え上げによって新しい弾道性を発見した。また、格子確率モデルの頂点が取りうる状態数の増加に伴い、連続転移から不連続転移に移行することを、ツリー近似とモンテカルロシミュレーションによって示した。
トマト葉高率分離細菌の動的葉面定着性機構に関する分子生物学的解析

本研究では、微生物の葉面処理による植物病害防除を目的とすることから、処理した微生物がどのように葉面で定着し、かつ増殖できるかを解明することとした。申請者は葉面生息細菌の中に高率でトマト葉面に定着性をもつ細菌(高率分離細菌)が生物界面活性物質(バイオサーファクタント)を生産すること、細胞外に多糖類を分泌分解して炭素源に利用することを明らかにしてきた。トマト葉高率分離細菌の変異株を作出するため、エレクトロポーレーションによる本細菌染色体へのトランスポゾン挿入不活化法を行った。すなわち、容易かつ迅速に変異株の選抜と遺伝子解析を行うため、緑色蛍光タンパク質生産遺伝子(GFP)とカナマイシン抵抗性遺伝子を付与したトランスポゾンペクターを使用した。その結果、多くの形質転換株を得ることができた。次に形質転換株の生理・酵素学的機能を検定するため、生物界面活性物質産生能、酵素産生能および色素産生能などの有無を検討したところ、界面活性剤非生産細菌を得ることができた。界面活性剤非生産細菌に関しては、培養後、drop-collapsing法にて容易に分離することができた。本形質転換株をトマト葉上に処理し、走査型電子顕微鏡および蛍光顕微鏡を用いて局在部位を観察したところ、表皮細胞縫合部に沿って生存していることが明らかとなった。また、トマト葉上にあらかじめ本細菌を処理・定着させた後、炭素源(グルコース)を噴霧処理したところ、本細菌の増殖を確認することができた。次にキチナーゼ生産能と界面活性剤生産能をもつ葉面細菌を用いて、トマト葉上に形成されたうどんこ病菌菌叢(Oidium neolycopersici)に処理したところ、本病原菌の菌叢拡大が阻止された。以上のことから、高率分離細菌の定着・増殖メカニズムを明らかにすることで、葉上に発生する病害防除に適用できるものと示唆された。生物防除に使用される微生物が具備すべき最重要特性として、以下の項目を挙げることができる。(1)病原菌の増殖を抑制できる能力、(2)処理作物で安定的に定着できる能力、そして、(3)定着後、一定の増殖により優先化できる能力を獲得していることである。本研究では、微生物の葉面処理による植物病害防除を目的とすることから、処理した微生物がどのように葉面で定着し、かつ増殖できるかを解明する必要がある。次に、トマト葉高率分離細菌の変異株を作出するため、エレクトロポーレーションによる本細菌染色体へのトランスポゾン挿入不活化法を行った。すなわち、容易かつ迅速に変異株の選抜と遺伝子解析を行うため、緑色蛍光タンパク質生産遺伝子(GFP遺伝子)とカナマイシン抵抗性遺伝子を付与したトランスポゾンペクターを使用した。そこで、形質転換株の生理・酵素学的機能を検定するため、生物界面活性物質産生能、酵素産生能(キチナーゼ生産、プロテアーゼ生産、リパーゼ生産)および色素産生能などの有無を検討したところ、界面活性剤非生産細菌を得ることができた。さらに、形質転換株をトマト葉に処理し、走査型電子顕微鏡および蛍光顕微鏡を用い、葉面上での本細菌の局在部位を観察したところ、表皮細胞縫合部に沿って生存していることが明らかとなった。現在、トマト葉上での高率分離細菌の定着・増殖メカニズムとうどんこ病菌(Oidium neolycopersici)に対する防除効果の検討を行っている。本研究では、微生物の葉面処理による植物病害防除を目的とすることから、処理した微生物がどのように葉面で定着し、かっ増殖できるかを解明する必要がある。次に、トマ卜葉高率分離細菌の変異株を作出するため、エレクトロポーレーションによる本細菌染色体へのトランスポゾン挿入不活化法を行った。すなわち、容易かつ迅速に変異株の選抜と遺伝子解析を行うため、緑色蛍光タンパク質生産遺伝子(GFP遺伝子)とカナマイシン抵抗性遺伝子を荷与したトランスポゾンペクターを使用した。その結集、多くの形質転換株を得ることができた。現在、トマト葉上での高率分離細菌の定着・増殖メカニズムとうどんこ病菌(Oidium neolycoprsici)に対する防除効果の検討を行っている。

本研究では、微生物の葉面処理による植物病害防除を目的とすることから、処理した微生物がどのように葉面で定着し、かつ増殖できるかを解明することとした。申請者は葉面生息細菌の中に高率でトマト葉面に定着性をもつ細菌(高率分離細菌)が生物界面活性物質(バイオサーファクタント)を生産すること、細胞外に多糖類を分泌分解して炭素源に利用することを明らかにしてきた。トマト葉高率分離細菌の変異株を作出するため、エレクトロポーレーションによる本細菌染色体へのトランスポゾン挿入不活化法を行った。すなわち、容易かつ迅速に変異株の選抜と遺伝子解析を行うため、緑色蛍光タンパク質生産遺伝子(GFP)とカナマイシン抵抗性遺伝子を付与したトランスポゾンペクターを使用した。その結果、多くの形質転換株を得ることができた。次に形質転換株の生理・酵素学的機能を検定するため、生物界面活性物質産生能、酵素産生能および色素産生能などの有無を検討したところ、界面活性剤非生産細菌を得ることができた。界面活性剤非生産細菌に関しては、培養後、drop-collapsing法にて容易に分離することができた。本形質転換株をトマト葉上に処理し、走査型電子顕微鏡および蛍光顕微鏡を用いて局在部位を観察したところ、表皮細胞縫合部に沿って生存していることが明らかとなった。また、トマト葉上にあらかじめ本細菌を処理・定着させた後、炭素源(グルコース)を噴霧処理したところ、本細菌の増殖を確認することができた。次にキチナーゼ生産能と界面活性剤生産能をもつ葉面細菌を用いて、トマト葉上に形成されたうどんこ病菌菌叢(Oidium neolycopersici)に処理したところ、本病原菌の菌叢拡大が阻止された。以上のことから、高率分離細菌の定着・増殖メカニズムを明らかにすることで、葉上に発生する病害防除に適用できるものと示唆された。
造血細胞の増殖・分化と死の制御機構に関する研究

1.活性型変異FLT3による造血器腫瘍の発生機構について活性化点突然変異(Asp838Val)を有するFLT3において細胞内領域のすべてのチロセン残基をフェニルアラニンに置換し、キナーゼ活性の維持に845、892、922番のチロシン残基のいずれもが重要であることを明らかにした。これらの変異を野生型FLT3に導入すると、FLT3リガンドに対する反応は減弱するものの残存したことから、これらのチロシン残基は腫瘍化シグナルを特異的に伝達する機能を有すると考えられた。2.造血幹細胞の生存、自己複製機構の解析Notch、HOXB4によって造血幹細胞が自己複製する際の細胞周期制御分子の発現変化を解析し、Notch、HOXB4が共にc-mycの発現を誘導することを明らかにした。更に、マウス造血幹/前駆(Lin^-Sca-1^+)細胞に4-HTによってc-Myc活性を誘導できるc-Myc/ERTを導入し、4-HT存在下で培養するとマウス造血幹/前駆細胞を増幅できることを確認した。これらの結果から、Notch、HOXB4はc-mycの発現を誘導することにより造血幹細胞に自己複製を誘導すると考えられた。3.Anamorsinのin vivoにおける機能解析我々が単離した。Anamorsinは既知のアポトーシス制御分子とはホモロジーを有さない新規抗アポトーシス分子であった。Anamorsinのin vivoにおける機能を解析するためにノックアウトマウスを作成した。Anamorsin欠損マウスは胎児肝での二次造血が障害され、著明な貧血のため胎生後期に致死となることが明らかとなった。また,Anamorsin欠損マウスの胎仔肝細胞のmRNAの発現を野生型マウスと比較した結果、JAK2、Bcl-XLなどの発現が低下していることが判明した。我々は、本研究において、1)受容体型チロシンキナーゼに属するFLT3の細胞内シグナル伝達、アポトーシス制御を中心に解析を行うと共に、2)我々が単離した抗アポトーシス分子アナモルシンの造血器腫瘍における役割を検討した。AMLで認められるFLT3遺伝子のキナーゼ領域の活性化変異に起因する細胞増殖機構を明らかにするために、変異FLT3遺伝子の細胞内チロシン残基22個の1つずつをフェニルアラニンに変異させた。その結果、845、892、922番目のチロシン残基が変異FLT3による増殖・生存に必須であることを明らかにした。更に、これらのチロシン/フェニルアラニン変異体において消失したキナーゼ活性がシャペロン分子Cdc37やHsp70の過剰発現で回復することを見い出した。これらの結果から845、892、922のチロシン残基はFLT3の活性型の構造維持に必須であることが明らかとなった。アナモルシンについては、約200例の造血器腫瘍患者においてReal time PCR法を用い発現解析を行った。その結果、正常骨髄単核球と比較して2倍から10倍発現している症例が16%、10倍以上発現している症例が17%存在した。特にCLLでアナモルシンの発現が高い傾向が認められた。更に、悪性リンパ腫症例でのアナモルシンの発現を免疫染色で解析した結果、アナモルシンは難治性のマントル細胞リンパ腫に強く発現していることが明らかとなった。

造血器腫瘍におけるアナモルシン発現の意義を検討するために、アナモルシンを高発現する造血器腫瘍細胞株K562にアナモルシンに対するSiRNAをTet-onシステムで誘導的に発現させる系を確立し、現在細胞増殖・分化・生存に及ぼす影響を検討中である。また、CAGプロモーターを用いたアナモルシンのトランスジェニックマウスの作成が完了しており、現在腫瘍が発生するかどうか解析中である。1.活性型変異FLT3による造血器腫瘍の発生機構について活性化点突然変異(Asp838Val)を有するFLT3において細胞内領域のすべてのチロシン残基をフェニルアラニンに置換し、キナーゼ活性の維持に845、892、922番のチロシン残基のいずれもが重要であることを明らかにした。これらの変異を野生型FLT3に導入すると、FLT3リガンドに対する反応は減弱するものの残存したことから、これらのチロシン残基は腫瘍化シグナルを特異的に伝達する機能を有すると考えられた。2.造血幹細胞の生存、自己複製機構の解析Notch、HOXB4によって造血幹細胞が自己複製する際の細胞周期制御分子の発現変化を解析し、Notch、HOXB4が共にc-mycの発現を誘導することを明らかにした。更に、マウス造血幹/前駆(Lin^-Sca-1^+)細胞に4-HTによってc-Myc活性を誘導できるc-Myc/ERTを導入し、4-HT存在下で培養するとマウス造血幹/前駆細胞を増幅できることを確認した。これらの結果から、Notch、HOXB4はc-mycの発現を誘導することにより造血幹細胞に自己複製を誘導すると考えられた。3.Anamorsinのin vivoにおける機能解析我々が単離した。Anamorsinは既知のアポトーシス制御分子とはホモロジーを有さない新規抗アポトーシス分子であった。Anamorsinのin vivoにおける機能を解析するためにノックアウトマウスを作成した。Anamorsin欠損マウスは胎児肝での二次造血が障害され、著明な貧血のため胎生後期に致死となることが明らかとなった。また,Anamorsin欠損マウスの胎仔肝細胞のmRNAの発現を野生型マウスと比較した結果、JAK2、Bcl-XLなどの発現が低下していることが判明した。
テラヘルツ波を用いた電荷移動錯体における超高速強誘電相制御

本研究では強誘電相転移を示すTTF-CA結晶に注目し、テラヘルツ(THz)領域の透過スペクトル測定・時間分解測定が可能なフェムト秒レーザシステムを構築することにより系の強誘電性の高速光制御を行うことを目的とした。得られたTHzシステムを用いて、THz領域のフォノン振動とその温度依存性の観測、および800nmのレーザパルス照射によるTHzシグナルの過渡変化を観測することに成功した。数ある固体の相転移研究の対象の中で、様々な有機分子から構成される有機電荷移動錯体は、磁性、誘電、金属-絶縁体転移といった興味深い相転移現象示すことで注目されており、現在の固体物理学研究の中心的ともいえる物質群を成している。本研究では、多彩なCT錯体の中からとくに「強誘電相転移」を示す物質TTF-CA結晶に注目し、テラヘルツ(THz)領域(遠赤外領域1cm^<-1>200cm^<-1>)のフェムト秒レーザパルスを用いて、強誘電性の高速光制御を行うことを目的とする。研究初年度は、モードロックTiサファイアレーザを用いたTHz領域分光システムの立ち上げに尽力した。THzパルス発生源に関しては、申請書の段階では光伝導アンテナを使う予定であったが、非線形結晶(ZnTe)を用いた差周波発生法に変更し、より安定したTHzシグナルの取得できるようになった。現在までに、THz領域の分光測定がほぼ可能となってきている。また、測定試料もTTF-CAの薄膜結晶の合成に成功しつつあり、当初の目標であった結晶強誘電性の高速制御を行う準備が整いつつある。様々な有機分子から構成される有機電荷移動錯体(CT錯体)は、磁性、誘電性、伝導性などにおいて多くの興味深い現象を示すことで注目されており、現在の固体物理学研究の中心的ともいえる物質群を形成している。本研究では、数あるCT錯体の中からとくに、「強誘電相転移(中性-イオン性転移)」を示す物質TTF-CA結晶に注目し、テラヘルツ(THz)領域(遠赤外領域)のフェムト秒レーザシステムを構築し、試料の強誘電性の高速光制御を行うことを目的としている。平成21年度は、初年度に構築にスタートしたTHz分光システムをほぼ完成させ、フェムト秒領域の時間分解透過スペクトルの測定が可能となった。それとともに、対象試料であるTTF-CAの薄膜結晶の合成にも取り組んだ。合成された試料は、中赤外透過スペクトルや第二高調波の測定などから、良質の単結晶試料が得られていることを確認することができた。得られた薄膜結晶を用いて、THz領域(50cm^<-1>-80cm^<-1>)の透過スペクトルの測定を行った。その結果、中性-イオン性転移にともなうフォノン振動モードの周波数シフトが明瞭に観測された。このフォノンモードは、通常の分子振動に由来するものではなく、THz領域にみられる分子の剛体振動モード(ライブロンモード)であり、この周波数変化を捉えることに初めて成功した。今後は、この振動モードの詳細な温度依存性、および具体的な振動パターンの解析を進めていくと同時に、本研究の目的であるTHz領域の光誘起フォノンダイナミクスを詳細に調査していく予定である。様々な有機分子から構成される電荷移動錯体(CT錯体)は、磁性、誘電性、伝導性などにおいて多くの興味深い現象を示すことで注目されており、現在の固体物理学研究の中心的ともいえる物質群を形成している。本研究では、数あるCT錯体の中からとくに「強誘電相転移(中性-イオン性転移)」を示す物質TTF-CA結晶に注目し、テラヘルツ(THz)領域(遠赤外領域)の時間分解測定が可能なフェムト秒レーザシステムを構築し、試料の強誘電性の高速光制御を行うことを目的とした。平成2021年度にかけてTHz分光システムを完成させ、フェムト秒領域の時間分解透過スペクトルの測定が可能となった。それとともに、対象試料であるTTF-CAの薄膜結晶の合成にも成功した。研究期間の後半は、得られたシステムと結晶を用いて、THz領域(50cm^<-1>-80cm^<-1>)の透過スペクトルの温度依存性の測定を行った。その結果、中性-イオン性転移にともなう分子の剛体振動モード(ライブロンモード)の周波数シフトが明瞭に観測することに成功した。得られた結果を中赤外スペクトルの結果と合わせて議論し、剛体振動モードと電荷移動量の関係を明らかにすることができた。更に、800nmの励起光照射後のTHz透過光強度の時間変化を測定することに成功した。これは、光励起による中性一イオン性転移をTHz領域において初めて示したものである。また、励起光の強度依存性の測定から、光励起後の変化の大きさは、励起光強度に対して線形に増加していくことが明らかになった。
麻薬耐性成立におけるノシセプチン受容体の関与に関する分子生物学的研究

クローン化したcDNAを鋳型として、PCR法により、オピオイド受容体あるいはノシセプチン受容体蛋白のN末端にtag (hemaggulutinin、FLAG、c-mycなどのアミノ酸配列を有する抗体認識部位)を連結した蛋白をコードするcDNAを合成し、培養細胞に発現させるためのプラスミドに組み込んで、発現ベクターを作成した。発現ベクターを単独で、あるいは組み合わせて、培養細胞(CHOあるいはHEK293)に導入した。オピオイド受容体とノシセプチン受容体の両者を発現する細胞を用い、tagに対する抗体を用いた免疫沈降法とimmunoblot法の組み合わせにより、両受容体の複合体の検出を試みた。種々の条件検討を行ったが、複合体形成は少量であった。ノシセプチン受容体およびオピオイド受容体のアゴニストあるいはアンタゴニストの結合親和性をリガンド結合実験により評価した。両受容体のアゴニストの存在が、他の受容体のリガンド結合親和性に及ぼす影響について検討したが、有意の変化は認めなかった。以上の結果は、両受容体はアミノ酸配列の相同性が高いにもかかわらず、複合体形成の効率は低く、互いの受容体機能に及ぼす影響は少ないことを示唆している。オピオイド受容体のアミノ酸配列上で糖鎖付着が推測されるアミノ酸残基を置換した変異受容体を作成した。これらの受容体の分子量を電気泳動により評価すると、糖鎖に相当する分の分子量が減少していることが示された。しかしながら、これらの変異導入はリガンド結合特性の変化を惹起せず、リガンド結合能に対する糖鎖の関与は少ないことが示唆された本研究は、麻薬耐性成立過程においてオピオイド受容体と相同性が高いノシセプチン受容体が果たす役割を明らかにすることを目標としている。すでにクローン化したcDNAを鋳型として、PCR法により、各受容体蛋白のN末端にtag(hemaggulutinin、FLAG、c-mycなどのアミノ酸配列を有する抗体認識部位)が付いた蛋白をコードするcDNAを合成し、培養細胞に発現させるためのプラスミドに組み込み、発現ベクターを作成した。オピオイド受容体の糖鎖が果たす役割は、明らかにされていない。糖鎖付着が推測されるアミノ酸残基を置換した変異受容体を作成した。今後はそのリガンド親和性や細胞情報伝達機構を検討し、受容体脱感作における糖鎖の意義についても検討する予定である。さらにノシセプチン受容体についても同様の検討を計画している。しかしながら、これらの変異導入はリガンド結合特性の変化を惹起せず、リガンド結合能に対する糖鎖の関与は少ないことが示唆された
リモートセンシングを併用したボーリング地質情報に基づく地熱断裂系のフラクタル評価

地下き裂が熱水の流路を支配する、いわゆる断裂型地熱貯留層からの熱エネルギー抽出量を評価するためには、き裂群の分布状態を定量的に評価する必要がある。これまでの研究により地下き裂群は様々なフラクタル的な特徴を持つことが明らかとなってきた。本研究ではフラクタル幾何学を用いて地熱地帯の地下き裂分布の定量的な評価を行った。まず、日本を含め世界各国の地熱地帯で集められたコアサンプルデータより、き裂の存在間隔の調査を行った。具体的には、コアサンプルと交差するき裂の深度に沿った存在確率を測定した。その結果、き裂は深度に沿って一様に分布しているのではなく、ある部分には集中して存在し、ある部分にはほとんど存在しないというような偏りがあることが明らかとなった。さらに、この分布は代表的なフラクタル分布であるカントール分布として評価できることがわかり、各フィールドのフラクタル次元を算出することができた。これまで地下き裂群の数値モデルは、円盤状のき裂を空間的に一様分布になるように発生させるのが一般的だった。しかしながら、本研究により、このようなモデルに対して仮想的なボアホール(スキャンライン)を考えると、き裂との交点分布は観測データのようにはならないことが分かった。そこで、より現実的なき裂の空間分布を模擬するために地熱地帯の微小地震または水圧破砕時のAE等のリモートセンシングデータの解析を行った。その結果、これらの空間的な分布もフラクタル的でレビのダストと呼ばれる分布により模擬できることが分かった。この空間分布にもフラクタル性を考慮した数値モデルは、スキャンラインに対しても実測値と近い分布を示し、より現実的なモデルと考えられる。このモデルの応用例のひとつとして、断裂型地熱貯留層からの熱抽出解析を行い、き裂の空間分布の偏りに対する熱抽出量の減少が定量的に評価できるようになった。
双曲的曲線の内在的ホッジ理論

平成12年度中にも、ここ数年研究している「楕円曲線のHodge-Arakelov理論」においていくつか大きな進展があった。この理論のもっとも基本的な定理は、複素数体やp進体のような局所体上の楕円曲線に対するHodge理論における「比較同型」の類似を、数体上大域的な、Arakelov理論的な枠組で実現していて、その重要な帰結の一つとして、数体上の楕円曲線に対する「数論的なKodaira-Spencer射」が構成できる。最終的な目標として、この理論をDiophantus幾何に応用したいのだが、数論的なKodaira-Spencer射に現れる「ガウス極」が本質的な障害となっている。従って、この「ガウス極」の除去が、この理論における、現時点での一番の関心事である。平成12年4月5月に掛けて、このガウス極を、ある「特別な局所的な状況」の時に除去するための新しい手法を開発した。この新しい手法によって、数論的なKodaira-Spencer射はp進クリスタリン的な議論によって計算され、その計算によってガウス極の除去以外にも面白い応用をいくつか発見している。なお、平成12年7月に、概念的に近い正標数の議論によって、Hodge-Arakelov理論の基本定理(=上述の「比較同型」)の興味深い別証明を見つけた。平成12年の後半から年度末に掛けて、上の新しい手法を、「特別な局所的な状況」だけでなく、(Diophan-tus幾何で関心の対象となる)数体上の楕円曲線の場合にも適用できるよう、様々な技術的な問題と取り組んだ。その中でもっとも基本的な問題は、「基点の扱い方」に関するもので、その基点の問題に関しては、以前研究していた「遠アーベル幾何学」を使うことにより、現在ようやく解決にこぎつけようとしているところである。数年前から継続している「楕円曲線の大域的な比較定理」の研究は、平成11年度中も大きく進展した。まずは、この理論におけるもっとも基本的な定理である、「比較同型の、Arakelov理論的な離散化」の証明を完成し、373ページの論文にまとめあげた。この離散化された比較同型自身も、非常に興味深い研究対象となっていて、楕円曲線の族に付随するKodaira-Spencer射の「数論版」という名に相応しい対象も、この比較同型によってはじめて構成された。しかし、最終的には、Diophantus幾何への応用が望まれるものであり、そのような応用を実現する上では、様々な障害が依然として残っている。ある視点から見れば、以上の離散化比較同型の応用を阻んでいる一番本質的な障害は、「Gauss極」と称しているものだが、これを部分的に取り除く「技術」として、「theta convolution」というものを開発し、そのtheta convolutionを導入した離散化比較同型の新しいヴァージョンを作ることに成功した。(50ページほどのプレプリントとなった)この新しい離散化比較同型の証明では、Gauss和の面白い性質も出てきて、整数論的には、様々な面白みがあるが、結局この手法では、Gauss極の部分的な除去しか果たせず、応用にただちに結び付く可能性は低いとの結論に達した。現在取り組んでいるのは、平成11年度秋の、MSRI研究所(米国カルフォルニア州)出張滞在中、およびその帰国直後に思い付いた、以上の研究へのアプローチである。このアプローチの主役は、楕円曲線に入る、ある自然な整構造と、その整構造に密接に関連している、ある接続(connection)である。このアプローチはすでに幾つもの面白い発見をもたらしていて、今後かなりの進展が見込まれるものと見ている。これらの発見については、現在70ページ程の論文を執筆中である。
バイオマス発酵ガスが植物の成長に及ぼす影響の解明

本研究はバイオマスを微生物により好気的に発酵させ、生成する二酸化炭素やその他の揮発成分をハウス等の施設栽培で植物に供給し、作物収量の著しい増大を実現できる栽培技術の確立を目指している。カラマツに発酵鶏糞と微生物供給剤を混合し酸素存在下で発酵させ、発酵ガスをシロイヌナズナに供給することにより、成長が著しく促進することを見出した。また、その効果は微生物の種類により異なり、CO2以外の揮発成分が成長促進に寄与していることが示唆された。本研究は廃棄物系バイオマスを微生物により好気的に発酵させ、生成する二酸化炭素やその他の揮発成分を施設栽培で植物に供給し、収量の著しい増大を実現できる栽培技術の確立を目指している。H27年度は、異なる種類のバイオマス原料について、発酵速度および生成ガス組成の調査を行った。調査したバイオマス原料は、木質系バイオマスとしてカラマツ、農業系廃棄物バイオマスとしてトマトの栽培残渣である。カラマツはC/N比が600程度と高く、そのままでは良好な好気性発酵を起こさないため、窒素源として発酵鶏糞、硫安、尿素を添加した。それぞれの窒素源をC/N比が16になるようにカラマツのかんな屑に添加し、含水率を60%に調整した混合試料を2Lの反応容器に入れ、温度が40°Cになるよう制御した。試料の下方より空気を供給し、反応容器通過前後の酸素濃度から発酵速度を求めた。通過後のガスを採集し、CO2およびアンモニアの濃度を測定した。いずれの窒素源の場合でも、実験開始後、発酵速度が急激に増大し、2日で最大値に達し、その後低下する様子が観察された。3種類の窒素源の中では発酵鶏糞が最も発酵速度が高かった。反応器通過後のCO2濃度は発酵速度と同様の挙動を示し、好気性発酵が良好に起こっていることが確認された。また、発酵鶏糞の場合では、CO2濃度の最大値は約50000 ppmに達し、10000 ppm以上の濃度が約4週間継続した。これより、栽培に十分なCO2濃度のガスを十分な期間供給できることが明らかとなった。一方、トマトの栽培残渣の場合は、単独でもC/N比が10-20と低いため、窒素源を添加せずに発酵試験を行った。発酵速度、ガス中のCO2濃度の時間変化はカラマツの場合と類似の挙動を示したが、高濃度のアンモニアが検出された。これより、トマト残渣を使用する場合にはアンモニア除去工程の導入が必須であることが明らかとなった。初年度は異なるバイオマス原料として、カラマツとトマトの栽培残渣について、好気性発酵を起こすための条件を探索し、発酵挙動を把握するとともに、生成するガス組成を分析し、植物栽培に供給可能であるか調査した。その結果、カラマツについては発酵ガスを植物栽培に利用できることが明らかとなったが、トマト残渣の場合はアンモニアの除去が必要であることが分かった。このように、栽培試験の準備段階として発酵ガスの供給に関する知見は蓄積された。しかし、初年度のうちに発酵ガスを供給した栽培試験を開始する予定であったが、実施することができなかった。そのため、進捗状況としては「やや遅れている」と判断した。H28年度は、バイオマスを好気性発酵させ、生成した発酵ガスを栽培装置に直接供給し、植物成長への影響を調査した。カラマツのかんな屑に発酵鶏糞と微生物供給剤を所定の割合で混合し、含水率を調整したものを反応器に充填した。反応器を40°Cの恒温水槽に浸し、室内空気を反応器下部から一定量供給し、好気的に発酵させた。反応器から排出されたガスを直接栽培用のチャンバーへ供給した。栽培用のチャンバーは透明プラスチック製で、内部にファンと温湿度・CO2濃度センサーを設置した。また、上方に植物栽培用の蛍光灯を設置した。このチャンバー内にバーミキュライトを入れたポットを6個置き、シロイヌナズナを栽培した。また、対照実験として、発酵ガスを供給せず空気のみを供給したチャンバー内でも栽培を行った。チャンバー内に苗を入れてから約4週間後、葉の枚数、長さ、地上部生・乾燥重量を測定した。また、反応器出口でガスを採取し、有機揮発成分をGC-MSで分析した。栽培実験開始後約2週間は、発酵ガスを供給したチャンバー内で有意に高いCO2濃度が測定され、好気性発酵が起きていることを確認した。栽培終了後の地上部重量の平均値は発酵ガスを供給した方が高い値を示したが、有意差はなかった(p>0.1)。この原因として、チャンバー内が高湿度であったこと、光量不足などが考えられた。また、GC-MSによる分析では、発酵ガス中にはアセトインや2,3-ブタンジオールのような植物成長を促進すると報告のある揮発成分は検出されず、逆に、植物の成長を阻害する成分が検出された。これもCO2濃度が高いにも関わらず、成長があまり促進されなかった理由の一つとして考えられた。木質バイオマスの発酵ガスを植物に供給し、成長への影響を調査したが、CO2濃度が高い発酵ガスを供給したにも関わらず、植物の成長はそれほど促進されなかった。