hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
貴金属ナノ構造体創成へ向けたポリオールプロセス:合理的合成、特性、応用

金属ナノ構造体は、光電場と強くカップリングすることにより光の群速度を制御できる優れた特性を有しており、光化学反応を駆動するために重要な役割を果たす「光」を分子系と結合させる「反応場」を提供することができる。本年度はまず、プラズモン金属ナノ粒子ダイマーにおける一般的なプラズモンカップリング現象を理解するため、エッジ長150nmの高品質正八面体Auナノ粒子ダイマーのプラズモンカップリングモードの粒子間距離依存性について詳細に検討した。その結果、ダイマー軸に対するTM偏光の入射方向により、二種類の双極子モードを誘起することができ、in-phase(antibonding、"bright" plasmon)およびanti-phase(bonding、"dark" plasmon)モードは粒子間距離の短縮に伴い、それぞれ短波長、長波長シフトすることを直接観察することに世界で初めて成功した。次に、系をダイマーから直線状ポリマーへと拡張するため、高い対称性を有するエッジ長100nm以上の単結晶立方体Auナノ粒子の合成について検討した。4nm程度のAuナノ粒子を、陽イオン性界面活性剤(臭化セチルトリメチルアンモニウム)存在下でゆるやかに成長させることで、エッジ長が40150nmの単結晶立方体Auナノ粒子を合成することに成功した。本年度は、可視-近赤外領域に大きな表面プラズモン共鳴吸収を有する20nm以上の高品質金属(Au,Ag)ナノ構造体の合理的ポリオール合成について検討した。ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド(PDDA)存在下、塩化金(III)酸をエチレングリコール中235°Cにて還元したところ、Au(III)イオンは非常に緩やかに還元され、やや多分散であるが平均粒径40nm程度の八面体Auナノ構造体が得られた。次に、得られた八面体Auナノ構造体エチレングリコール溶液に硝酸銀水溶液を添加し、212°Cにて反応させることにより、Ag原子が八面体Auナノ構造体の(111)面に選択的に析出し、Au/Agコアシェル型の立方体ナノ構造体(一辺100nm)を合成することに成功した。これら八面体および立方体プラズモン金属ナノ構造体は可視-近赤外領域に大きな表面プラズモン共鳴吸収を有しており、特に頂点部分で大きな光電場増強場を発現するものと考えられる。今後は、得られたナノ構造体のキャラクタリゼーション、光電場増強場の確認を行うとともに、プラズモン励起による新規酸化反応への応用について検討する。さらに、より鋭いエッジを有する構造体(正四面体、プリズムなど)の選択的ポリオール合成についても検討する。本年度はまず、昨年度合成した197nm正八面体型Auナノ粒子の光学特性について検討した。正八面体型Auナノ粒子モノマーおよびダイマーの散乱スペクトルを測定した結果、ダイマーにおいて顕著な表面プラズモン共鳴波長の長波長シフトが観測され、プラズモンカップリングが発現していることを明らかにした(論文作成中)。次に、紫外領域に大きな表面プラズモン共鳴吸収を有する10nm以上の高品質Pdナノ構造体の合理的ポリオール合成について検討した。ポリビニルピロリドン(PVP)および塩化ナトリウム(NaCl)存在下、塩化パラジウム(II)酸ナトリウムをエチレングリコール中120°Cにて還元したところ、Pd(II)イオンは非常に緩やかに還元され、極めて単分散な正二十面体型Pdナノ粒子を選択合成することに成功した。この粒子は、単結晶正四面体Pdが二十個集合した多結晶体であり、反応温度を100140°Cの範囲で変えることにより、粒径を1542nmの範囲で精密に制御することができた。また、粒径の増大に従い、表面プラズモン共鳴吸収波長が長波長シフトし、42nmのナノ粒子では250nm付近にまでシフトすることが明らかとなった(論文作成中)。今後は、得られた正二十面体型Pdナノ粒子の光学特性や光電場増強場の確認を行うとともに、立方体型単結晶Pdナノ粒子との水素吸蔵特性の違いについて詳細に検討する。

4nm程度のAuナノ粒子を、陽イオン性界面活性剤(臭化セチルトリメチルアンモニウム)存在下でゆるやかに成長させることで、エッジ長が40150nmの単結晶立方体Auナノ粒子を合成することに成功した。
遺伝子発現の量的差異を指標とした、新規病態解析法の確立に関する研究

個体間の体質や疾患罹患性の差はゲノム塩基配列の多型の差に由来し、この差が遺伝子産物の構造や発現様式の差を介して個体の表現型を修飾すると考えられる。申請者は、遺伝子発現の様式や量を修飾する多型に注目し、遺伝子多型を指標として、各アレル当りの遺伝子発現量(mRNA)を高度定量的に検出するRNA Difference Plot(RDP)法を確立した。この手法を用いて、生活習慣病や遺伝性疾患において、多型、変異の遺伝子発現量に対する影響、遺伝子発現量の表現型に対する影響を明らかにしようと試み、以下の成果を得た。1)本態性高血圧症(EHT)におけるAngiotensinogen(AGT)遺伝子のRDP解析:AGT遺伝子のコドン235のcSNPを標的としたRDP解析を行い、統計学的にEHTの罹患と相関するThreonine型多型アレルからのAGT遺伝子の発現量が、正常血圧者と相関するMethionine型アレルからの発現量より有意に高い例を、M/Tヘテロ接合者の一部に見出した(旭川医科大学、羽田明教授、東京大学、井ノ上逸朗助教授との共同研究)。2)遺伝性疾患の原因遺伝子の発現量に基づく病態解析:原因遺伝子にミスセンス変異をもつ遺伝性疾患の家系において、変異アレル由来のmRNA量が保因者間で差違を示し、これが同一変異をもつ個体間の表現型の差違の原因となる可能性があること、また、各アレルからの発現量がハプロタイプに依存する可能性があることを見出した。
特別支援教育における養護教諭の機能に関する実態調査とそのモデル化についての研究

国立大学附属校に特別支援コーディネーターの有無、特別支援コーディネーター担当者、特別支援校内委員会の有無、特別支援対象児の一次調査実施の有無、個別の指導計画の有無と定期的な見直しの有無について尋ねた。その結果、特別支援コーディネーターは、71.1%である154校の学校園で配置されているものの、60校近くの学校園で特別支援に関する校内委員会の設置や個別指導計画の作成が行われていないという結果が得られた。本研究の目的である養護教諭の機能については、コーディネーター機能の重要性が挙げられた。2点について述べる、1点目は、スクールカウンセラー(以下SC)をコーディネートとするキーパーソンとしての養護教諭の役割が重要である。国立大学附属学校園のSCの9割以上が、養護教諭との連携・情報交換がよく実践できているとし、養護教諭との連携・情報交換と教育相談機能で正の相関がみられた。2点目は、養護教諭のコーディネーター行動を促進する教育相談体制を構築することが重要であるということである。教育相談活動や特別支援に必要な人的資源(SCや特別支援コーディネーター)の配置や大学や外部機関との連携可能な環境を整備することで、養護教諭のコーディネーション行動が促進され、学校の教育相談機能も整備されていくと考えられる。養護教諭のコーディネーター機能の重要性が示唆され、そのコーディネーター力を養護教諭が獲得する方法としては、事例検討が有効であると考え、特別支援教育養護教諭自主研修会で、事例検討会を実施している。精神科医・センターの指導主事・小児科医・臨床心理士・校長経験者・特別支援教育に熟達した元教員など立場の異なる人と、意見交換する中で、子ども理解の幅が広がり、理論に基づいた役割を見つけ、特別支援教育への理解の深まりと養護教諭の機能を示すという点で、意義のある研究であると考える。
眼内紫外線照射装置の開発と硝子体手術への応用

紫外線照射装置(LA-200UV:波長365nm,林時計工業)にファイバー(コア径0.8mm,住友電工)を接続し,硝子体手術の要領で,硝子体腔内にファイバーを挿入し,種々の出力での網脈絡膜の凝固効果を検討した。ファイバーを網膜から2mmの位置に保持し,各々30秒,3分間,10分間紫外線を網膜面上に照射した。紫外線30秒照射の群では,検眼鏡的に扁平な漿液性網膜剥離が生じ,網脈絡膜の色調の変化は軽微であった。蛍光眼底撮影では,網膜色素上皮の障害が観察された。組織学的には,感覚網膜および脈絡膜の変化は軽微であった。紫外線10分照射の群では,検眼鏡的に網脈絡膜の著明な萎縮が生じ,色調は白変化した。組織学的に,網膜は全層にわたって層状構造が消失し,その障害は脈絡膜まで達していた。紫外線照射時間3分の群では,検眼鏡的に上記2群の中間的な所見を呈し,組織学的には,網膜は全層にわたって障害されていたが,一部層状構造は残存していた。また,紫外線照射による硝子体の液化を観察するため,家兎硝子体腔に紫外線照射を施行した。紫外線の強度により硝子体はわずかに液化したが,著明な変化は認められなかった。紫外線照射の角膜上皮に対する影響では,紫外線30秒照射の群では,細隙灯顕微鏡およびフルオレスセイン染色にて変化を認めなかった。3分間照射の群では,角膜上皮および実質浅層に軽度の混濁を認め,細隙灯顕微鏡およびフルオレスセイン染色にて,角膜上皮障害を認めた。10分照射の群では,その変化がさらに著明であった。以上の結果から,眼内紫外線照射装置の網脈絡膜に及ぼす影響は,短時間であれば網膜色素上皮を選択的に障害し,長時間であれば網膜全層および脈絡膜にも障害が生じることが確認された。また,角膜上皮に対しても長時間照射であれば,影響を与えることが確認された。本装置は,眼内増殖性疾患の治療だけでなく,眼内腫瘍,角膜感染症に対する臨床応用の可能性があると考えられた。われわれは,これまでに紫外線(VUA)の直接照射が網脈絡膜に及ぼす影響を家兎眼を用いて検討した。紫外線照射装置(LA-200 UV :波長365nm,林時計工業)にファイバー(コア径0.8mm住友電工)を接続し,硝子体手術の要領で,硝子体腔内にファイバーを挿入した。ファイバーを網膜から2mmの位置に保持し,各々30秒,3分,10分間,紫外線を網膜面上に照射した。片眼は紫外線を照射せずファイバーを硝子体腔内に挿入したのみで抜去し,コントロールとした。紫外線照射1日後,1週間後,4週間後の眼底変化を検眼鏡的に観察した後,4週間後に眼球を摘出し,10%ホルマリンにて固定した後,眼球を半切し,光顕にて組織学的に紫外線照射部位の網脈絡膜の変化を観察した。

組織学的には,網膜色素上皮が選択的に障害されており,感覚網膜および脈絡膜の変化は軽微であった。紫外線10秒照射の群では,検眼鏡的に網脈絡膜の著明な萎縮が生じ,色調は白変化した。組織学的に,網膜は全層にわたって層状構造が消失し,その障害は脈絡膜に達していた。紫外線照射時間3分の群では,検眼鏡的に上記2群の中間的な所見を呈し,組織学的には,網膜は全層にわたって障害されていたが,一部層状構造は残存していた。以上の結果から,眼内紫外線照射装置の網脈絡膜に及ぼす影響は,短時間であれば網膜色素上皮が選択的に障害し,長時間であれば網膜全層および脈絡膜にも障害が生じることが確認された。今後,網膜裂孔作成後の露出した網膜色素上皮や実験的脈絡膜新生血管に対する紫外線照射の影響を検討する予定である。われわれは,これまでに紫外線照射装置(LA-200UV:波長365nm,林時計工業)にファイバー(コア径0.8mm,住友電工)を接続し,硝子体手術の要領で,硝子体腔内にファイバーを挿入し,網脈絡膜の凝固効果を検討した。ファイバーを網膜から2mmの位置に保持し,各々30秒,3分間,10分間紫外線をもう網膜面上に照射した。紫外線30秒照射の群では,検眼鏡的に扁平な漿液性網膜剥離が生じ,網脈絡膜の色調の変化は軽微であった。蛍光眼底撮影では,網膜色素上皮の障害が観察された。組織学的には,感覚網膜および脈絡膜の変化は軽微であった。紫外線10分照射の群では,検眼鏡的に網脈絡膜の著明な萎縮が生じ,色調は白変化した。組織学的に,網膜は全層にわたって層状構造が消失し,その障害は脈絡膜まで達していた。次に,紫外線照射の角膜上皮に対する影響を検討した。ファイバーを角膜面から2mmの位置に保持し,各々30秒,3分間,10分間紫外線を角膜面上に照射した。紫外線30秒照射の群では,細隙灯顕微鏡およびフルオレスセイン染色にて変化を認めなかった。3分間照射の群では,角膜上皮および実質浅層に軽度の混濁を認め,細線灯顕微鏡およびフルオレスセイン染色にて,角膜上皮障害を認めた。10分照射の群では,その変化がさらに著明であった。以上の結果から,眼内紫外線照射装置の網脈絡膜に及ぼす影響は,短時間であれば網膜色素上皮を選択的に障害し,長時間であれば網膜全層および脈絡膜にも障害が生じることが確認された。また,角膜上皮に対しても長時間照射であれば,影響を与えることが確認された。今後,眼内増殖性疾患の治療だけでなく,角膜の感染性疾患(例えば角膜ヘルペスの不活化など)に対する臨床応用を考えながら,研究を続行する予定である。紫外線照射装置(LA-200 UV:波長365nm,林時計工業)にファイバー(コア径0.8mm,住友電工)を接続し,硝子体手術の要領で,硝子体腔内にファイバーを挿入し,種々の出力での網脈絡膜の凝固効果を検討した。ファイバーを網膜から2mmの位置に保持し,各々30秒,3分間,10分間紫外線を網膜面上に照射した。また,紫外線照射による硝子体の液化を観察するため,家兎硝子体腔に紫外線照射を施行した。
顆粒球コロニー刺激因子による嗅覚再生の研究

G-CSF(顆粒球コロニー刺激因子)の早期投与が嗅上皮に骨髄由来細胞の取り込み率を高めるために適切であることが統計的に有意差を持って示された。また、GFP(緑蛍光蛋白)とOMP(嗅覚マーカー蛋白)などで2重免疫染色された細胞がレシピエントマウスの嗅上皮で認められ、骨髄由来細胞が嗅組織の幹細胞として嗅上皮に取り込まれことを示していた。これらのことから、嗅覚障害後のG-CSFの早期投与は骨髄細胞を介した嗅覚再生医療に効率的であることが示唆される。この1年間で、以下の研究を行った。この可能性を検討するために、最初にG-CSFが嗅上皮に直接作用するバックグラウンドがあるのかを検討した。G-CSFレセプターによる免疫染色を行い、嗅上皮での分布を調べた。副鼻腔粘膜に陽性細胞が認められたが、嗅上皮には観察されなかった。このため、G-CSFは直接嗅細胞には作用しないと考えられた。2.G-CSFは,骨髄細胞を介して嗅細胞再生を促進させるのか?骨髄移植されたレシピエントマウスをG-CSF投与群と非投与群(コントロール)に分類し、G-CSFがドナー骨髄由来細胞のレシピエントマウス嗅上皮への取り込みを増加させるか否かを検討した。ドナーにGFPマウスを、レシピエントマウスに放射線照射して免疫寛容にしたC57BL/6マウスを使用して、レシピエントマウスの嗅上皮でドナーマーカー(GFP)を確認し、嗅細胞の特異的マーカーであるolfactory marker protein(OMP)との2重免疫染色を行い、ドナー骨髄由来細胞が嗅細胞に分化していることを確認した。次に,メチマゾールの投与を行い、嗅上皮傷害時に骨髄由来細胞の取り込みがG-CSF投与群と非投与群(コントロール)で差異があるのかを統計学的に解析した。G-CSF投与によって骨髄由来細胞の嗅上皮への取り込みが統計学的に有意に増加していた。以上より、G-CSFは骨髄細胞を介して嗅細胞再生を促進すると考えられた。なお、この研究の内容はRhinologyに投稿して受理されin press中である。この1年間の成果として1.G-CSFは,骨髄細胞を介して嗅細胞再生を促進させるのか?骨髄移植したレシピエントマウスにメチマゾール投与して嗅上皮傷害を起こさせた後にG-CSF投与群と非投与群(コントロール)に分けて、G-CSFがドナー骨髄由来細胞のレシピエントマウスの嗅上皮への取り込みを増加させるか否かについてドナーマーカー(GFP)を用いて統計学的に解析した。また、ドナー骨髄由来細胞が嗅組織を構成する基底細胞や嗅細胞のマーカーとのそれぞれの2重染色で陽性細胞が観察されたためドナー骨髄由来細胞が嗅組織の幹細胞として取り込まれていることを確認した。なお、この研究の内容は2010年にRhinologyに掲載せれた。G-CSF投与することでドナー由来骨髄細胞の嗅組織への取り込み率が上昇することを確認したが、骨髄細胞によって分泌されるG-CSFのパラクリン作用の影響を検討するために、鼻・副鼻腔粘膜の抗G-CSFレセプターおよび抗G-CSF抗体を用いた免疫染色を行った。G-CSFレセプター陽性細胞は、呼吸粘膜に認められたが、嗅粘膜には観察されなかった。また、G-CSFは呼吸および嗅粘膜のどちらにも観察されなかった。このため、G-CSFは直接嗅組織には作用しないと考えられた。3.再生された嗅細胞は嗅球の糸球体でシナプス形成をするか?この可能性を検討するために嗅細胞が神経細胞とシナプス形成をする嗅球組織での観察を行った。予想に反して、嗅球にある神経細胞でも骨髄移植によって、神経細胞のマーカーとドナーマーカーを合わせもつドナー由来骨髄細胞が観察された。嗅球に観察されたドナー標識をもつ神経線維もしくは軸索が、嗅球にある神経細胞に由来する神経線維であるのか、嗅細胞由来する軸素であるのかを現在検討している。我々はすでに骨髄細胞が嗅細胞に分化することを移植実験から確認しているが、この研究の目的は、骨髄細胞からの嗅細胞再生への効率化を図るため、心筋傷害に対する有効性が確認されつつある顆粒球コロニー刺激因子(granulocyte colony-stimulating factor ; G-CSF)を投与して骨髄細胞の末梢組織(嗅組織)への動員を増加させて移植の効率を高め、また再生嗅細胞の軸索およびシナプス形成の機序を解明して、G-CSFによる嗅覚再生医療への糸口をつけることである。今年度、再生嗅細胞において軸索伸長やシナプス形成が起こるか解明。

平成22年度までの研究でG-CSF投与群によって骨髄細胞移植による嗅細胞の再生が亢進することを確認した。さらに、嗅球においても神経細胞が再生するのを確認している。嗅細胞は軸索を嗅球に投射させて嗅球の糸球体で僧帽細胞とシナプス形成を行う。嗅球におけるGFP陽性の神経線維が嗅細胞の軸索によるものか神経細胞の樹状突起によるものかの鑑別が必要になる。このため連続切片を作製して、GFp陽性神経線維が軸索か樹状突起によるものかを判定した。本実験にてG-CSFが骨髄細胞の嗅上皮への取り込みを促進させることが示され、G-CSF投与が嗅覚障害の治療の一つとなる可能性を有し、骨髄細胞を介した再生医療により嗅覚障害の臨床応用への道筋を開くものと期待される。また、G-CSFはすでに承認された薬剤であることから嗅覚障害に対するG-CSFの臨床治験は倫理的な制約が少ないと考えられる。よって、本研究において、G-CSFの直接作用もしくは骨髄細胞を介した再生医療により嗅覚障害が回復する可能性が明らかにされれば、G-CSFはすでに承認された薬剤であることから、嗅覚障害に対するG-CSFの臨床応用への道筋が開くことが期待される。
核医学画像によるコリン作動系神経伝達物質・受容体マッピングの基礎的研究

痴呆モデル動物の学習、記憶能力の評価のため、電撃ショックによる受動的回避学習装置を作製した。この学習装置を用いて受動的回避の潜時を測定したところ、モデル動物はシャムコントロールに比べ回避潜時の有意の短縮がみられた。各種神経伝達物質のTc-99m標識化のためジアミノジチオール類を用いてTc-99m配位子を合成し、その血液脳関門通過姓を確認した。既に購入した画像処理装置によりCCDカメラからオートラジオグラムを読み取り、ディジタル変換し、その後われわれが開発したソフトウェアにより核医学画像処理システムに転送し、種々の処理を行った。インビトロ、およびインビボによる受容体オートラジオグライフィを確立し、オートラジオグラムの定量化から数学的手法により脳血流、代謝量、脳内受容体数の脳局所での測定を行った。その結果、痴呆モデル動物ではムスカリン性アセチルコリン受容体数には変化はみられなかったものの、アセチルコリンのシナプス小胞への貯蔵を選択的、非競合的に阻害することによりシナプス前神経支配を表現するAH5183の結合が大脳皮質において低下していた。さらに、ラット脳におけるムスカリン性アセチルコリン受容体をコードしている遺伝子のメッセンジャーRNAに相補的なオリゴヌクレオチドを合成し、これを標識してプローブとすることにより脳内の様々な部位におけるこれらの遺伝子の発現をIn Situハイブリダイゼーション法を用いて、オートラジオグラムにより可視的しかも定量的に測定することに成功した。この方法によりメッセンジャーRNAが実際にある特定の神経細胞で作られたものか、それとも単なる神経細胞内での貯留や他の細胞から取り込まれたものかを区別出来る。核医学画像によるコリン作動系神経伝達物質。受容体マッピングの基礎的研究として、まず痂呆モデル動物一側大脳基底部を脳定位装置を用いてイボテン酸で化学的に破壊することにより作製した。モデル動物の学習。記憶能力の評価のため、電撃ショックによる受動的回避学習装置をディジタルIC、リレ-、パ-ソナルコンピュ-タを用いて自作した。この装置により、明室から暗室への移動時間を自動的に測定することが可能であり、電撃ショックの程度も可変できる。各種神経伝達物質のTcー99m標識化のためTcー99m配位子を合成し、その血液脳関門性を確認した。従来の装置よりもデ-タの読み取り精度、解像力、深さ方向の情報に優れた画像処理装置を購入した。CCDカメラによりオ-トラジオグラムを読み取り、この装置によりディジタル変換し、その後、われわれが開発したソフトウェアにより核医学画像処理システムに転送した。この方法により、関心領域の設定、画像間の演算、スム-ジングなどの処理が極めて迅速、かつ正確となった。また、何枚かの断層像より三次元再構成により、他の断層面を構築することが可能になった。インビトロおよびインビボによる受容体オ-トラジオグラフィ法を確立し、オ-トラジオグラムの定量化から数学的手法により脳血流、代謝量、脳内受容体数の脳局所での測定を行なった。さらに、ラット脳におけるムスカリン様アセチルコリン受容体をコ-ドしている遺伝子のメッセンジャ-RNAに相補的なオリゴヌクレオチドを合成し、これを標識してプロ-ブとすることにより脳内の様々な部位におけるこれらの遺伝子の発現をIn Situハイブリダイゼ-ション法を用いてオ-トラジオグラムにより可視的しかも定量的に検索中である。この方法によりメッセンジャ-RNAが実際にある特定の神経細胞で作られたものか、それとも物質の単なる神経細胞内での貯留や他の細胞から取り込まれたものかを区別することができる。核医学画像によるコリン作動系神経伝達物質、受容体マッピングの基礎的研究として、まず痴呆モデル動物を一側大脳基底部を脳定位装置を用いてイボテン酸で破壊することにより作製した。モデル動物の学習、記憶能力の評価のため、電撃ショックによる受動的回避学習装置を作製した。

この学習装置を用いて受動的回避を潜時を測定したところ、モデル動物はシャムコントロールに比べ回避潜時の有意の短縮がみられた。各種神経伝達物質のTc-99m標識化のためシアミノジチオール類を用いてTc-99m配位子を合成し、その血液脳関門通過性を確認した。既に購入した画像処理装置によりCCDカメラからオートラジオグラムを読み取り、ディジタル変換し、その後われわれが開発したソフトウェアにより核医学画像処理システムに転送し、種々の処理を行った。インビトロ、およびインビボによる受容体オートラジオグラフィを確立し、オートラジオグラムの定量化から数学的手法により脳血流、代謝量、脳内受容体数の脳局所での測定を行った。その結果、痴呆モデル動物ではムスカリン性アセチルコリン受容体数には変化はみられなかったものの、アセチルコリンのジナプス小胞への貯蔵を選択的、非競合的に阻害することによりシナプス前神経支配を表現するAH5183の結合が大脳波質において低下していた。さらに、ラット脳におけるムスカリン性アセチルコリン受容体をコードしている遺伝子のメッセンージャーRNAに相補的なオリゴヌクレオチドを合成し、これを標識してプローブとすることにより脳内な様々な部位におけるこれらの遺伝子の発現をIn Situハイブリダイゼーション法を用いて、オートラジオグラムにより可視的しかも定量的に測定することに成功した。
抗癌性プロスタグランジンの有効性と尿路悪性腫瘍におけるそのトランスポーターの発現

我々は、我々が同定したクローニングしたヒトプロスタグランジントランスポーター(以下PGT)のcDNAをHeLa細胞(子宮頚癌細胞)導入し、PGT安定発現細胞を作成した。今回シクロペンテノン型PGのPGTの親和性を測定したが、比較的高い親和性の値(1.5uM程度)が得られ、シクロペンテノン型PGはPGTによって細胞内取り込まれる可能性があることが示唆された。以前よりシクロペンテノン型PGは細胞に取り込まれ、細胞死を起こすことが確認されており、抗癌性プロスタグランジンとして注目されていた。その細胞内取り込みにPGTが関与している可能性が示唆された。そこで、様々な濃度で(2uM,5uM,10uM,20uM,50uM)のシクロペンテノン型PG(PGA1)によりPGT安定発現細胞が発育抑制または細胞死となるか、フローサイトメトリーなどで確認した。結果はPGA1濃度が20uM以上で、PGT安定発現細胞とコントロールのHeLa細胞共に、細胞分裂G1にて細胞死が確認された。PGTが発現していないコントロールの細胞も細胞死したこととシクロペンテノン型PGのPGA1のPGTへの親和性が1.5uM程度であることから、PGTへの親和性よりかなり高濃度の20uM以上で細胞死が観察されたという事実は、PGT以外のトランスポーターが存在する可能性を示唆している。生理的にPGTが多く発現している肺細胞と腎細胞の癌細胞をもちいて、実験的に明らかにするためにPGTを強制発現させて調べてみると、やはり結果的には、PGTへの親和性よりかなり高濃度で細胞死を認めた。また、その他のシクロペンテノン型PGにおいても、やはり親和性より高濃度で細胞死が起こり、PGTが発現していない細胞でも細胞死が起こっている。発育抑制に関与している可能性はあるが、正常細胞にも影響は強く、副作用の強い抗癌剤の可能性が高いことが示唆される。我々は,ヒトPGトランスポーター(以下PGT)cDNAをHeLa細胞(子宮頚癌細胞)に導入した安定発現細胞を作製した。今回シクロペンテノン型PGのPGTへの親和性を測定したが,比較的高い親和性の値(1.5uM程度)が得られ、シクロペンテノン型PGはPGTによって細胞内に取り込まれる可能性があることが示唆された。そこで,様々な濃度(2uM,5uM,10uM,20uM,50uM)のシクロペンテノン型PGのPGA1により,PGT安定発現細胞(HeLa細胞)が,発育抑制または細胞死となるか,フローサイトメトリーなどで観察した。コントロールとして逆向きのPGTcDNAを導入したHeLa細胞を用いた。結果は,PGA1の濃度が20uM以上で,PGT安定発現細胞とコントロールのHeLa細胞ともに,細胞分裂G1期にて細胞死が確認された。PGTが発現していないコントロールのHeLa細胞も細胞死したこととシクロペンテノン型PGのPGA1のPGTへの親和性が1.5uM程度であることから,PGTへの親和性よりかなり高濃度の20uM以上で細胞死が観察されたという事実はPGT以外のトランスポーターが存在する可能性を示唆している。今後は,生理的にPGTが多く発現している肺細胞と腎細胞の癌細胞をもちいて,シクロペンテノン型PGの抗癌作用についてとその細胞におけるトランスポーターの発現を確認していく予定である。

今回シクロペンテノン型PGのPGTの親和性を測定したが、比較的高い親和性の値(1.5uM程度)が得られ、シクロペンテノン型PGはPGTによって細胞内取り込まれる可能性があることが示唆された。以前よりシクロペンテノン型PGは細胞に取り込まれ、細胞死を起こすことが確認されており、抗癌性プロスタグランジンとして注目されていた。その細胞内取り込みにPGTが関与している可能性が示唆された。そこで、様々な濃度で(2uM,5uM,10uM,20uM,50uM)のシクロペンテノン型PG(PGA1)によりPGT安定発現細胞が発育抑制または細胞死となるか、フローサイトメトリーなどで確認した。結果はPGA1濃度が20uM以上で、PGT安定発現細胞とコントロールのHeLa細胞共に、細胞分裂G1にて細胞死が確認された。PGTが発現していないコントロールの細胞も細胞死したこととシクロペンテノン型PGのPGA1のPGTへの親和性が1.5uM程度であることから、PGTへの親和性よりかなり高濃度の20uM以上で細胞死が観察されたという事実は、PGT以外のトランスポーターが存在する可能性を示唆している。生理的にPGTが多く発現している肺細胞と腎細胞の癌細胞をもちいて、実験的に明らかにするためにPGTを強制発現させて調べてみると、やはり結果的には、PGTへの親和性よりかなり高濃度で細胞死を認めた。また、その他のシクロペンテノン型PGにおいても、やはり親和性より高濃度で細胞死が起こり、PGTが発現していない細胞でも細胞死が起こっている。発育抑制に関与している可能性はあるが、正常細胞にも影響は強く、副作用の強い抗癌剤の可能性が高いことが示唆される。
歯周病と動脈硬化性病変との関連の解明―疫学調査におけるパノラマX線撮影の応用―

本研究は、地域一般住民を対象とした疫学調査において、歯周病の進行程度と動脈硬化性疾患との関連を、とりわけ頚動脈における動脈壁石灰化所見に着眼して検討することを目的としている。平成21年度は11月3月の計4回、岩手県花巻市大迫において55歳以上を対象に実施された医歯学検診において、103名を対象にデータを得た。同検診においてパノラマX線撮影を含む歯科学検査(口腔内診査、歯周病検査、口腔衛生状態および義歯に関する聞き取り調査)を行い、歯周病の病態を評価する包括的データを得た。また、併せて実施された医科学検査結果より、動脈硬化性病変の評価指標となる各種データを得ている。頚動脈において粥腫の石灰化が生じた場合、これはX線不透過像としてパノラマX線写真上で確認可能であるが、本研究のように住民検診の場にパノラマX線写真撮影を導入し、歯周病による歯槽骨吸収量の評価のみならず、同画像上での頚動脈石灰化所見をも評価した例は過去になく、本研究の新奇性が高い。本年度調査対象者のうち、必要なデータが不足なく得られた102名に、昨年度までの同検診の受診者204名分のデータを加えた計306名分について、口腔内に認められる歯周病の進行程度及びパノラマX線写真上の頚動脈石灰化所見の有無と、動脈硬化性疾患の指標、および関連因子と考えられる全身状態に関するデータベースを作成した。平成22年度以降の同検診において対象者を増やし、統計学的解析を加えていく所存である。
母胎のストレス、咬合咀嚼刺激が仔の認知・情動障害とその改善に及ぼすメカニズム

前年度までに、妊娠期にストレスを加えた母マウスから生まれた仔マウス(S群)と妊娠期ストレスに加え、その間に咀嚼運動をさせた母マウスから産まれた仔マウス(S/C群)、ストレスのない母マウスから産まれた仔マウス(C群)の3群で実験を行い、S群はS/C群やC群と比較して、Morris水迷路学習テストで空間認知能が低下し、海馬CA1領域でのミエリン塩基性タンパク質(MBP)、2,3サイクリックヌクレオチド3ホスホジエステラーゼ(CNPase)の免疫染色像で、オリゴデンドロサイトが減少し、神経細胞やミエリン鞘の透過型電子顕微鏡での微細構造の観察で、S群は核を含む圧縮された細胞などの変性が多く認められ、ミエリン鞘の厚さ(髄鞘の外径に対する内径の比)で薄いことが認められ、伝達能が低いことを明らかにした。S/C群とC群の間では差は認められなかった。そこで、今年度は引き続き、透過型電子顕微鏡でシナプス後肥厚の長さを測定した。その結果、S群では有意に短く、シナプス効力、シナプス可塑性の変化、伝達速度に影響を与えていることが明らかになった。高齢マウスや記憶障害ラットで顕著に減少するといわれていることから、S群にもこの影響が現れていると考えられる。次に、仔のストレス反応への脳の脆弱性に及ぼす影響を検討するため、海馬におけるグルココルチコイド(GC)レセプターmRNA発現量をin situ hybridyzation法により行った。その結果、S群で減少しているようにみえたが、染色像だけでは差がはっきりとわからないため、リアルタイムPCR法にて定量解析を行った。その結果、GCレセプターはS群で有意に減少していた。このことから視床下部ー下垂体ー副腎皮質系(HPAaxis)の負のフィードバック機構が障害されていることが示唆された。各実験群で、海馬CA1領域の神経微細構造について透過型電子顕微鏡を用いてシナプス後肥厚の長さを形態学的に観察した結果、ほぼ予想通りの結果が得られた。また、仔のストレス反応への脳の脆弱性をGCレセプターmRNA発現量で検討した結果も予想通りであった。今年度は前年度に引き続き、仔のストレス反応への脳の脆弱性に及ぼす影響を検討する。HPA系が障害されると仔の脳は新たなストレスに対して制御核である視床下部室傍核(PVN)に過剰な副腎皮質刺激ホルモン放出ホルモン(CRH)、アルギオバゾプレシン(AVP)を分泌し、軽度なストレスに対しても過敏な反応を呈するストレス脆弱脳が形成されるといわれている。このため、新規ストレス負荷前後の視床下部でCRHmRNA、AVPmRNAの発現量の定量解析を行う。これらをまとめることで、妊娠中のストレスに対し、咀嚼運動を行うことにより、仔の妊娠ストレス性脳障害を抑制できることを証明する予定である。なお、第27回国際小児歯科学会でも発表を行う。我々は胎生期にストレスを被ると小児期に神経機能障害が高まり、チューイング(咬合咀嚼刺激)を行うことでストレス抑制が惹起され機能障害も軽減されることを明らかにした。本研究はその機構を解明することであるが、本年度は、妊娠期ストレス中に咀嚼運動を行わせた母マウスと咀嚼運動を行わせなかった母マウスから生まれた仔マウスにおける海馬の変化に着目し、空間認知能と海馬CA1領域のオリゴデンドロサイトに及ぼす影響を調べた。海馬CA1領域でオリゴデンドロサイトのマーカーであるミエリン塩基性タンパク質(MBP)と2,3-サイクリックヌクレオチド3ホスホジエステラーゼ(CNPase)に対する特異抗体を用いて免疫染色し、画像解析を行った。陽性細胞数の解析は海馬CA1領域を顕微鏡下で撮影し、NIH画像ソフトウェアを使用して、MBPとCNPase陽性細胞の占める面積を算出した。その結果、コントロール群(p<0.01)とストレスと咀嚼刺激群(p<0.01)のMBP陽性細胞の面積はストレス群より高値を示し有意差を認めた。また、コントロール群(p<0.01)とストレスと咀嚼刺激群(p<0.01)のCNPase陽性細胞の面積はストレス群より高値を示し有意差を認めた。一方、Morris水迷路学習テストは空間認知知能を調べるテストであるが、ストレス群のプラットフォームへの到達時間はコントロール群、ストレスと咀嚼刺激群に比較して有意に延長した(p<0.01)が、コントロール群とストレスと咀嚼刺激群との間でプラットフォームへの到達時間に有意な差は認められなかった。また、Visible Probe Testにおいて3群の間で有意な差は認められなかった。オリゴデンドロサイト(MBPおよびCNPase)の解析により、妊娠期ストレスによって仔の海馬CA1領域のMBPとCNPase陽性細胞の減少、咀嚼刺激によりその抑制を明らかにでき、Morris水迷路学習テストでもストレスによる空間認知能の低下を咀嚼刺激で改善できることが明らかになりほぼ順調に進んでいると考えられる。前年度、妊娠期ストレスによりその母マウスから産まれた仔マウスにおいて海馬CA1領域でオリゴデンドロサイトが減少するが、妊娠ストレスマウスに咀嚼運動を行わせることにより仔マウスでその現象が抑制されることを明らかにした。

そこで、今年度は、そのメカニズムを明らかにするため、海馬CA1領域の神経細胞の超微細構造およびミエリン鞘の形態変化について透過型電子顕微鏡を用いて検討した。実験動物はDDYマウスを用いストレスは拘束ストレスを負荷し、咀嚼運動は爪楊枝を噛ませた。ミエリン鞘は神経伝導、特に情報の伝導速度に影響を及ぼし、哺乳類の成長過程や成熟脳で軸索の安定化に関与している。マウス1匹当たり海馬CA1領域の20の画像に基づいて分析を行い、200以上の軸索を検討し、またミエリン鞘の厚さを調べるためG-ratio(内径/外径=G-ratio)をChomiakらの方法に従って求めた。G-ratioの値が高値を示すとミエリン鞘が薄く、神経伝導の速度が遅くなるといわれている。その結果、妊娠ストレスマウスから生まれた仔マウス(S)は、核を含む圧縮された細胞などの変性が多く認められた。コントロールマウス(C)およびストレス+咀嚼運動の妊娠マウスから産まれた仔マウス(S/C)では、ほとんど変性細胞は観察されなかった。またミエリン鞘の断面はCおよびS/Cで円形または楕円形に観察されたのに対し、Sでは変性や萎縮が認められた。G-ratioはCとS/CでSより有意に小さい値を示し、両者間で差は認めなかった。つまり、Sのミエリン鞘がCやS/Cに比べて薄いことが示唆された。海馬CA1領域の神経細胞の超微細構造およびミエリン鞘の形態変化について透過型電子顕微鏡を用いて検討し、ほぼ予想通りの結果が得られた。しかし、大学の業務の都合により、国際小児歯科学会で発表できなかった。その予算は薬品購入費等に当てた。前年度までに、妊娠期にストレスを加えた母マウスから生まれた仔マウス(S群)と妊娠期ストレスに加え、その間に咀嚼運動をさせた母マウスから産まれた仔マウス(S/C群)、ストレスのない母マウスから産まれた仔マウス(C群)の3群で実験を行い、S群はS/C群やC群と比較して、Morris水迷路学習テストで空間認知能が低下し、海馬CA1領域でのミエリン塩基性タンパク質(MBP)、2,3サイクリックヌクレオチド3ホスホジエステラーゼ(CNPase)の免疫染色像で、オリゴデンドロサイトが減少し、神経細胞やミエリン鞘の透過型電子顕微鏡での微細構造の観察で、S群は核を含む圧縮された細胞などの変性が多く認められ、ミエリン鞘の厚さ(髄鞘の外径に対する内径の比)で薄いことが認められ、伝達能が低いことを明らかにした。S/C群とC群の間では差は認められなかった。そこで、今年度は引き続き、透過型電子顕微鏡でシナプス後肥厚の長さを測定した。その結果、S群では有意に短く、シナプス効力、シナプス可塑性の変化、伝達速度に影響を与えていることが明らかになった。高齢マウスや記憶障害ラットで顕著に減少するといわれていることから、S群にもこの影響が現れていると考えられる。次に、仔のストレス反応への脳の脆弱性に及ぼす影響を検討するため、海馬におけるグルココルチコイド(GC)レセプターmRNA発現量をin situ hybridyzation法により行った。その結果、S群で減少しているようにみえたが、染色像だけでは差がはっきりとわからないため、リアルタイムPCR法にて定量解析を行った。その結果、GCレセプターはS群で有意に減少していた。このことから視床下部ー下垂体ー副腎皮質系(HPAaxis)の負のフィードバック機構が障害されていることが示唆された。
香里丘高校グランド横斜面のアカマツ林におけるマツタケ栽培-管理・菌根形成の確認

研究目的校内アカマツ林内に設置したコドラート(9m*18m)の林床を整備し,マツタケ菌を接種した場所のアカマツの根を調べ,マツタケ菌とアカマツとの共生関係(菌根の形成)を確認する.土壌水分・温度計(DIK-360B)の結果を基にして,菌根形成と気象条件等との関係を明らかにし,マツタケの栽培法を確立させる.研究方法(1)コドラート(9m*18m)内の樹木の成長状況(胸高直径)を調べ,枠内の腐葉層を取り除いた(土壌管理).(2)土壌水分・温度計(DIK-360B)を用いて林内の地中温度・水分等を測定した.(3)昨年接種した土壌調査地のうち,2箇所を掘り返し,菌根の形成状況を調べた.(4)生物の授業でこの林を観察し,さらに,生物部活動に用いた.研究成果1.マツタケ菌を接種したアカマツ林の管理(1)永久コドラート(9m*18m)内の年齢23年の大きなアカマツが1本枯れた.(2)一昨年に設置した土壌水分.温度計(DIK-360B)を用いて,林内の地中温度・水分等を測定した.(3)昨年接種した土壌調査地2箇所を掘り返し,菌根の形成状況を調べた.その結果,アカマツの根に2種類の菌根が形成されていた.肉眼的特徴からベニタケ属のきのことマツタケと推測された.現在これらの菌根からDNAを取り出し,リボソームDNAのITS領を増幅させている.両者のシークエンスが得られ,データベースに登録されたマツタケ菌とのホモロジーを調べて,その値が高ければ,接種したマツタケ菌がアカマツに菌根を作ったことが明らかになる.(4)新たに,枠内の2箇所にマツタケ菌を接種した.2.林の教材化(1)生物IIの生態分野における授業に用い,春,秋に林を観察することによって(実物の樹木を見て),林の遷移段階を視覚的に理解させた.(2)根にできた菌根を見せることによって,地下での菌類と樹木との関係を生物部の部員に理解させた.研究目的校内アカマツ林内に設置したコドラート(9m*18m)の林床を整備し,マツタケ菌を接種した場所のアカマツの根を調べ,マツタケ菌とアカマツとの共生関係(菌根の形成)を確認する.土壌水分・温度計(DIK-360B)の結果を基にして,菌根形成と気象条件等との関係を明らかにし,マツタケの栽培法を確立させる.研究方法(1)コドラート(9m*18m)内の樹木の成長状況(胸高直径)を調べ,枠内の腐葉層を取り除いた(土壌管理).(2)土壌水分・温度計(DIK-360B)を用いて林内の地中温度・水分等を測定した.(3)昨年接種した土壌調査地のうち,2箇所を掘り返し,菌根の形成状況を調べた.(4)生物の授業でこの林を観察し,さらに,生物部活動に用いた.研究成果1.マツタケ菌を接種したアカマツ林の管理(1)永久コドラート(9m*18m)内の年齢23年の大きなアカマツが1本枯れた.(2)一昨年に設置した土壌水分.温度計(DIK-360B)を用いて,林内の地中温度・水分等を測定した.(3)昨年接種した土壌調査地2箇所を掘り返し,菌根の形成状況を調べた.その結果,アカマツの根に2種類の菌根が形成されていた.肉眼的特徴からベニタケ属のきのことマツタケと推測された.現在これらの菌根からDNAを取り出し,リボソームDNAのITS領を増幅させている.両者のシークエンスが得られ,データベースに登録されたマツタケ菌とのホモロジーを調べて,その値が高ければ,接種したマツタケ菌がアカマツに菌根を作ったことが明らかになる.(4)新たに,枠内の2箇所にマツタケ菌を接種した.2.林の教材化(1)生物IIの生態分野における授業に用い,春,秋に林を観察することによって(実物の樹木を見て),林の遷移段階を視覚的に理解させた.(2)根にできた菌根を見せることによって,地下での菌類と樹木との関係を生物部の部員に理解させた.
プロテオーム解析を応用した肝細胞癌のアポトーシス耐性機構の解明と遺伝子標的の探索

肝細胞癌のアポトーシス耐性機構の研究を目的として、肝細胞癌および患者血清のプロテオーム解析を引き続き施行した。<2次元電気泳動NEpHGE>NEpHGEでは、CBB G250染色において約1,300個のスポットが検出、銀染色染色では約2,000個のスポットが検出された。特に10kDa-100kDaのタンパクの解析に有用であった。特に疾患で差があるスポットを5個(A-E)同定した。<SELDI-TOF-MS>分子量2万以下の蛋白質、ペプチドが解析可能であった。C型慢性肝炎20例、肝硬変20例、肝細胞癌20例、正常血清20例においてディファレンシャルゲルビューワーにて解析した(図3)。病態バイオマーカーとして(1)健常人のpeak intensityが高い;10ペプチド(2)正常、肝硬変、肝細胞癌のpeak intensityが高い;15ペプチド(3)肝細胞癌のpeak intensityが高い;4ペプチド(4)慢性肝炎のpeak intensityが高い;7ペプチドを同定した。本自動多次元タンパクMSプロファイリングシステムは、2次元HPLC分析までの段階、質量分析までの段階ともに再現性のあるデータが得られた。特に感度としては、約1ng/mlの検出が可能であり、ペプチドホルモンの血中濃度までの解析が可能であった。さらに、この自動化により、再度のサンプル調整なく、MS^n解析によりタンパク、ペプチドのアミノ酸配列の同定が可能であった。疾患特異的スポットとしては、現時点で50以上を確認し同定している。MALDI-TOF-MS解析と同様に、各種病態で発現の増加や低下がみられる特異的なタンパク・ペプチド変動が確認された。【考察】今回の方法により、血清中の高分子量から、低分子ペプチドレベルまでのタンパク質の包括的および網羅的解析が可能であった。これらの研究において、遺伝子標的に最適なアポトーシス抑制蛋白は、まだはっきりしていない。さらに、現在まで、培養細胞におけるアポトーシス抑制蛋白の遺伝子研究は進んでいるが、プロテオーム解析を用いた研究はほとんどなされていない。また、人肝細胞癌組織や血液を用いた研究は少ない。現在、C型肝炎から肝硬変および肝癌にいたるまでの血清タンパク質の変動をタンパク質プロファイリングを解析し、慢性肝炎、肝硬変、肝細胞癌と進展する、病態に関連する肝疾患バイオマーカーを探索している。成績は、<SELDI-TOF-MS>分子量2万以下の蛋白質、ペプチドが解析可能であった。正常のピークのintensityが肝硬変・肝細胞癌より高いもの10個、正常のピークintensityが低く、HCCのピークintensityが高いもの4個が確認された。<2次元電気泳動NEpHGE>NEpHGEでは、CBB G250染色において約1,300個のスポットが検出、銀染色(Biorad)染色では約2,000個のスポットが検出された。血清バイオマーカーとして、4つのスポットに注目しスコアリング化すると、慢性肝炎、肝硬変・肝癌を有意に鑑別できた。自動多次元タンパク質MSプロファイリングシステムは、大量のMSスペクトル解析が施行でき、再現性もよく感度も1nMまで検出可能であった。本法により肝癌患者で検出される8つのシグナルを検出した。現在有意差のあった発現スポット蛋白の同定をすすめている。また、その意義付けに関しても解析を計画している。<2次元電気泳動NEpHGE>

NEpHGEでは、CBB G250染色において約1,300個のスポットが検出、銀染色染色では約2,000個のスポットが検出された。特に10kDa-100kDaのタンパクの解析に有用であった。特に疾患で差があるスポットを5個(A-E)同定した。<SELDI-TOF-MS>分子量2万以下の蛋白質、ペプチドが解析可能であった。C型慢性肝炎20例、肝硬変20例、肝細胞癌20例、正常血清20例においてディファレンシャルゲルビューワーにて解析した(図3)。病態バイオマーカーとして(1)健常人のpeak intensityが高い;10ペプチド(2)正常、肝硬変、肝細胞癌のpeak intensityが高い;15ペプチド(3)肝細胞癌のpeak intensityが高い;4ペプチド(4)慢性肝炎のpeak intensityが高い;7ペプチドを同定した。本自動多次元タンパクMSプロファイリングシステムは、2次元HPLC分析までの段階、質量分析までの段階ともに再現性のあるデータが得られた。特に感度としては、約1ng/mlの検出が可能であり、ペプチドホルモンの血中濃度までの解析が可能であった。さらに、この自動化により、再度のサンプル調整なく、MS^n解析によりタンパク、ペプチドのアミノ酸配列の同定が可能であった。疾患特異的スポットとしては、現時点で50以上を確認し同定している。MALDI-TOF-MS解析と同様に、各種病態で発現の増加や低下がみられる特異的なタンパク・ペプチド変動が確認された。【考察】今回の方法により、血清中の高分子量から、低分子ペプチドレベルまでのタンパク質の包括的および網羅的解析が可能であった。
傾斜地水田ほ場の熱・水特性と水稲品質に関する研究

傾斜地水田,いわゆる棚田は平地に比べて日射量が少なく,気温も低いことから米の収量が低い土地とされている.そこで,まず本研究では観測と計算によって日射環境を評価した.その結果,地形の影響で日射環境が不十分なところがあることがわかったが,登熟期ではほぼ均等な日射環境が保たれていたため,稲の生育や品質に差が見られないことがわかった.加えて,棚田での微気象変動について観測し分析を行った.その結果,風向きによってその特徴が変わることがわかった.とくに南風の時,平地水田と同じような熱特性になっていることがわかった.近年,夏期の気温上昇による稲の高温登熟障害が各地で問題となっており,様々な対策がされている.その中で,中山間地の傾斜地水田,いわゆる棚田が,その低温で,寒暖差の大きな気象環境が,高温登熟障害の軽減に寄与しているのではないかとの注目されている.しかしながら,その耕作環境についてとくに熱収支的な評価はあまりされてこなかった.従来の観測機器では困難な棚田の熱収支的な評価を,シンチレーション法によって詳細に検討することが本研究の目的である.初年度であるH25年度は,研究対象地の棚田内にて集中観測圃場を設置し,気温や風などの詳細な気象観測を実施した.また,シンチレーション法による試験的な乱流変動の観測を行った.併せて比較のために平地での均一な水田面上でシンチレーション法による乱流の計測を行った.その結果,均一な水田面上では,安定して顕熱を計測することができ,稲の生育ステージによって乱流特性の現れ方に違いが現れることがわかった.とくに摩擦速度や摩擦温度に,生育ステージによる違いが顕著に見られることがわかった.一方で,棚田における観測では,観測値が安定せず,これらの乱流特性の抽出が難しかった.時間帯によって,値のばらつきに特徴が見られたため,このばらつきの特性を詳細に解析していくことが棚田の熱環境を把握するために重要であることが推察された.加えてH25年度は水不足であったため,とくに棚田では圃場内でも水深にムラが生じ,これが生育に影響を与えていた.収穫された米品質を調査したところ水不足の有無による品質の違いが見られたため,熱特性に加え,水特性にも注視していくことが重要であることがわかった.近年,夏期の気温上昇による稲の高温登熟障害が各地で問題となっており,様々な対策がされている.その中で,中山間地の傾斜地水田,いわゆる棚田が,その低温で,寒暖差の大きな気象環境が,高温登熟障害の軽減に寄与しているのではないかとの注目されている.しかしながら,その耕作環境についてとくに熱収支的な評価はあまりされてこなかった.従来の観測機器では困難な棚田の熱収支的な評価を,シンチレーション法によって詳細に検討することが本研究の目的である.本年度は,前年度と同じ研究対象地内の集中観測圃場にて,気象観測および,シンチレーション法による乱流変動の観測を行った.さらに本年度は,傾斜地水田郡内の詳細な日射量分布を明らかにするために,7月から10月まで多地点で日射量を観測した.日射量の観測には,容器内の水温から日射量を推定する簡易日射計を利用した.あらかじめ宮崎大学構内にて簡易日射計の実証試験を行ったところ十分な精度で日射量を計測できることを確認した.観測の結果,月によって対象地内の日射量の強弱が変わることが明らかとなった.しかし,稲の登熟期に当たる9月の日射量に位置的な差異がなく,これが稲の収量等が位置によってほとんど変わらないことの大きな要因であることが推察された.しかし,26年度は夏期,とくに8月の日照時間が短かったため,十分に検討できて異なところがある.次年度も引き続き観測を行い,最終年度に向けて成果をまとめていく.中山間地の水田は,その地形的な制約からほとんどが傾斜地水田となっている.これら傾斜地水田,いわゆる棚田は平地に比べて日射量が少なく,気温も低いことから米の収量が低い土地とされている.しかしながら,傾斜地水田の米品質を十分に科学的に検討した例は少なく,またその耕作環境,微気象を始めとする熱環境を詳細に報告したものはあまりない.加えて,それら微気象と米品質との関係を検討したものもないことから,定性的な評価に留まっているのが実態である.そこで本課題では,傾斜地水田いわゆる棚田の耕作環境,とくに微気象と水稲品質の関係を明らかにすることを目的に研究を実施した.研究は宮崎県日南市の坂元棚田を対象に実施した.まず,傾斜地水田群内の日射特性を解明するために,日射量の多点観測を実施した.多点観測をするに当たって簡易日射計に着目して,その測定精度を明らかにした.これを用いて観測した結果を基に計算日射量を算出し,棚田内の日射環境を分析した.これによって棚田内の微妙な日射環境の差異を明らかにすると共に,これによる稲の生育・品質等への影響が小さいことを明らかにした.一連の成果は最終年度に国内学会2件,国際学会1件で発表した他,査読有りの論文1編として成果を発表した.さらに,本研究では棚田の微気象環境とくに熱特性を解明するために,詳細な観測を実施した.観測にはシンチロメータを利用し,とくに最終年度(平成27年)に集中的な観測・分析を行った.

その結果,棚田では晴天日2パターンの風が吹き,風向きによって微気象特性が異なることが明らかとなった.とくに弱い南風が吹くとき,その熱特性は平地水田のそれと似ており,今後棚田の熱収支を解明する上で,大変有益な情報となることがわかった.この一連の結果は,国内学会で2件,国際学会で1件,成果を発表した.傾斜地水田,いわゆる棚田は平地に比べて日射量が少なく,気温も低いことから米の収量が低い土地とされている.そこで,まず本研究では観測と計算によって日射環境を評価した.その結果,地形の影響で日射環境が不十分なところがあることがわかったが,登熟期ではほぼ均等な日射環境が保たれていたため,稲の生育や品質に差が見られないことがわかった.加えて,棚田での微気象変動について観測し分析を行った.その結果,風向きによってその特徴が変わることがわかった.とくに南風の時,平地水田と同じような熱特性になっていることがわかった.本年度は,田植え直後から観測機器を現地に設置することができ,概ね計画通りの観測ができた.しかし,天候不順により8月の日射量については十分なデータが得られていない.稲の収量・品質検査も初年度よりも多くの地点で実施することができたため,熱・水特性と稲の生育との関連性の分析も概ね計画通りに実行できた.農業工学3年目も同様の気象・熱特性の観測を実施していくことに加え,天候不純のため十分なデータを取得できなかった夏期についての観測値を蓄積していく.稲の収量・品質検査地点もさらに増やして,さまざまな要因とのクロス分析を行い,最終年度の成果をまとめていく.初年度は限られた研究費を考慮した上で,優先的に熱特性に関する観測,研究を重点に置いたため,水特性に関する観測・研究がやや不十分であった.また,山間地のために電源の確保に苦慮したため,一部十分な観測が行えないことがあった.しかし,棚田内にて,当初予定したとおりの観測を初年度から開始することができ,また比較対象地でも同様の観測ができたこと,収穫後の品質検査等も十分に実施できた.2年目も初年度同様の気象・熱特性の観測を実施していくことに加え,初年度十分に実施することができなかった水特性に関する観測を追加して実施していく.加えて,当初計画通り,日射環境の観測を行い,傾斜地水田群としての気象・熱特性について検討していく.