hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
建設工事用CGアニメーション・データの共有化と情報化協調施工への利用

本研究は建設工事用のCGアニメーション・データを工事発注者・設計チーム・複数の施工関連業者間で共有するとともに、実際の施工支援に利用可能なシステムを構築することにある。工事現場でのコンピュータ利用の現状および将来性を考慮し、ハードウェアーは最も一般的に普及しているWindows対応機種とし、ソフトウェアーはAutoDesk社のAutoCad、3D-Studio、Superscape社製のVRTを用いたが、ブラウザーはすべて無償で公開されているものを利用している。このため、CG画像は、現場のパソコンでoff-lineの状態でも見ることが可能であるし、遠隔地からインターネットを利用し、自由にダウンロードすることもできる。本研究において、Web技術を用い、ホームページのみで情報交換可能なシステムの構築に成功した。主な機能は、【○!1】CG画像・写真の遠隔地からのアップロード機能、【○!2】掲示板による非同期・遠隔地間での情報交換機能、【○!3】設計図面(CAD図面)の保存・閲覧機能、【○!4】ヴァーチャル名刺によるチーム構成員に関する情報参照機能等がある。初年度は、実際の実証実験フィールドとして福島県発注の田島ダム工事を取り上げ、上記システムの構造の有効性を確認した。さらに、2年目は、熊本県発注の佐敷大橋建設工事に、工事開始と同時に本システムを始動し、様々な施工支援を試みた。主なものは、【○!1】全工程シミュレーション、【○!2】上部工施工法検討、【○!3】橋脚用配筋作成検討等であり、【○!4】工程計画検討工程可視化用作成等である。それぞれ現場の技術者・作業員にインターネットを通してGCを示し、その有用性の検討を行った。以上から本システムが現場の施工支援に有効であることを確認した。なお、本システムは、多くの建設工事関係者が購読する「土木施工、Vol40,No1、1991.1」に紹介され、滋賀県の大戸川ダム(建設省発注)で、平成11年度4月より新規実証実験が開始されることとなった。本研究は建設工事用のGCアニメーション・データを施主・設計チーム・複数の施工関連業者間で共有するとともに、実際の施工支援のために利用するものである。工事現場でのコンピュタ-利用の現状および将来性を考慮し、ハードウェアーは、最も一般に普及しているDos/V対応のパソコンのみを使用し、ソフトウェアーは、AutoDesk社のAutoCAD、3D-Studio、Superscape社のVRTを用いたが、ブラウザ-はすべて無償で公開されているため、画像はすべて、現場のパソコン上で、off-lineでも見ることができる。一般性と実現可能性に重点を置いたため、極力、既存で廉価なソフトウェアーを利用した。実際の現場として福島県発注の田島ダム(福島県南会津郡田島町大字高野地内)において、下記のような項目について実証実験を行った。(1)CGアニメーションの適用性の検討(主な検討事項、(1)施工現場の架設資材の配置計画、(2)工事現場での重機の操作性の確認、(3)工事完成後の景観整備計画への適用)、(2)VR(仮想現実)のダム工事への適用の可能性の検討((1)工事現場のVR空間の作成と表示、(2)リフトスケジュールと連動したダム提体の打設過程のVR表示)、(3)インターネットによる情報交換((1)ホームページ上での工事進捗状況等の工事情報の共同利用、(2)電子メール、ネットミーティング等での関係者間の情報交換と履歴情報の提示)。本研究グループでは、この様な成果をふまえ、施工管理支援システムとしてCGキック(CGを用いた協調施工支援システム)を構築中である。特に、次年度は、グループ独自のWebサーバーの運用によって、電子メールやFTP(ファイル転送)等を用いず、インターネットのホームページのみで協調施工支援のためのCGデータの共同利用を行うためのシステムの完成を目指す。また、新たなフィールドとして、上記のダム現場以外にPC橋梁の施工現場での実証実験を予定している。

それぞれ現場の技術者・作業員にインターネットを通してGCを示し、その有用性の検討を行った。以上から本システムが現場の施工支援に有効であることを確認した。なお、本システムは、多くの建設工事関係者が購読する「土木施工、Vol40,No1、1991.1」に紹介され、滋賀県の大戸川ダム(建設省発注)で、平成11年度4月より新規実証実験が開始されることとなった。本研究は建設工事用のCGアニメーション・データを工事発注者・設計チーム・複数の施工関連業者間で共有するとともに、実際の施工支援に利用可能なシステムを構築することにある。工事現場でのコンピュータ利用の現状および将来性を考慮し、ハードウェアーは最も一般的に普及しているWindows対応機種とし、ソフトウェアーはAutoDesk社のAutcCad、3D-Studio、Superscape社製のVRTを用いたが、ブラウザーはすべて無償で公開されているものを利用している。このため、CG画像は、現場のパソコンでoff-lineの状態でも見ることが可能であるし、遠隔地からインターネットを利用し、自由にダウンロードすることもできる。本研究において、Web技術を用い、ホームページのみで情報交換可能なシステムの構築に成功した。主な機能は、(1)CG画像・写真の遠隔地からのアップロード機能、(2)掲示板による非同期・遠隔地間での情報交換機能、(3)設計図面(CAD図面)の保存・閲覧機能、(4)ヴァーチャル名刺によるチーム構成員に関する情報参照機能等がある。初年度は、実際の実証実験フィールドとして福島県発注の田島ダム工事を取り上げ、上記システムの構造の有効性を確認した。さらに、2年目は、熊本県発注の佐敷大橋建設工事に、工事開始と同時に本システムを始動し、様々な施工支援を試みた。主なものは、(1)研究専用Webサーバーの運用、佐敷工事支援用ホームページの開設である。また実際に、作成したCGアニメーションの主なものは、(1)全行程シミュレーション、(2)上部工施工法検討、(3)橋脚用配筋作成検討等であり、(4)工程計画検討工程可視化用作成等である。
成人発症II型シトルリン血症の分子遺伝学と病因病態解析

Argininosuccinate synthetase (ASS)蛋白が肝臓特異的に低下する成人発症II型シトルリン血症(CTLN2)は、予後不良の難病である。本研究の目的は、CTLN2の責任遺伝子として発見した新規遺伝子SLC25A13産物citrinの機能と役割を明らかにし、citrin欠損症の発症機構を解明し、診断法を確立し、予防・治療法の開発に役立てることにある。交付期間内の研究成果を以下に列挙する。(1)SLC25A13遺伝子発見と変異同定は、CTLN2の診断と病態解析を容易にしただけでなく、他の原因不明疾患群(ある種の乳児性肝炎など:NICCDと命名)の病因解明をも可能にし、CTLN2の新生児期症状の発見に繋がり、citrin欠損症という1つの疾患単位として捉えることができた。(2)13種の新規変異を同定し、5種の既知変異を含む頻度の高い9種に対して、GeneScan/SNaPshot法を用いたマルチ診断法を確立し、CTLN2症例129例とNICCD症例108例を診断した。外国人症例の変異を同定し、citrin欠損症が日本特有の疾患でないことを見いだした。一方、本邦において69人に1人の割合で保因者を認め、変異ホモ接合体が高頻度(1/19,000)に存在することを明らかにした.東アジア諸国での保因者頻度も日本と同程度高い(1/501/100)結果が得られた。(4)NICCD症状が1歳前後で消失することから、適応・代償機構(NADH shuttle系)が作動し、見かけ上健康な期間(10数年数10年)を経て、代償機構の破綻など何らかの障害をきたした場合に、重篤なCTLN2を発症すると考えられる。(5)作成したcitrin欠損マウスは、ヒト疾患モデルとしての病態をまだ示していない。ヒトとマウスの間で、肝臓における代謝システムに違いがあるのかどうか、今後の課題である。Argininosuccinate synthetase(ASS)蛋白が肝臓特異的に欠損する成人発症II型シトルリン血症(CTLN2)は、発症後急速に死に至る場合も少なくない予後不良の難病である。本研究の目的は、CTLN2の責任遺伝子として発見した新規遺伝子SLC25A13の産物であるcitrinの機能や役割を明らかにし、citrin異常症の発症機構を解明し、診断法の確立と予防・治療法を開発することにある。本年度の研究実績を列挙する。1.変異解析と診断法の開発:2種の新規変異を同定した。これまでに酵素学的に診断してきた103名のCTLN2患者で7種の変異遺伝子を診断した結果、93例はいずれかの変異のホモ接合体かへテロ接合体であることを認めて論文に発表した。一般集団における保因者は75人に1人の割合で検出され、変異遺伝子ホモ接合体の頻度(約2万人に1人)が予想以上に高いことがわかり、マルチ診断法を開発した。2.変異citrin蛋白の検索:Citrinに対する特異抗体を作成し、CTLN2患者の肝臓に変異citrinが存在しないことを認めた(論文発表)。変異SLC25A13cDNAを構築し、培養細胞に導入し、発現の有無、局在性および安定性を検討している。3.Citrinと相互作用する蛋白の検索:Yeasttwo hybrid systemを用いて、特に肝臓由来のcDNAライブラリーから、相互作用する蛋白の遺伝子単離を行っている。

70個のクローンが得られたので、さらに詳細な解析を行う。4.ノックアウトマウスの作成:海外共同研究者であるSteve SchererらはマウスSlc25a13遺伝子を単離した。最近、ノックアウトマウスが誕生したので、次年度にはその病態解析を行う予定にしている。6.CTLN2の新生児期における病態の解明:SLC25A13変異はある種の新生児肝炎の原因でもあることを見い出し、新生児期に一過性の多彩な症状を呈することが分かった。肝臓特異的argininosuccinate synthetase蛋白の低下に基づく成人発症II型シトルリン血症(CTLN2)は、発症後急速に死に至ることが多い予後不良の難病である。本研究の目的は、CTLN2の責任遺伝子として発見した新規遺伝子SLC25A13産物、citrin、の機能や役割を明らかにし、citrin欠損症の発症機構を解明し、診断法の確立と治療・予防法の開発を目指すものである。本年度の研究実績を列挙する。1.NICCDの発見:多くの小児科医との共同研究で、特発性新生児肝炎症例にSLC25A13遺伝子変異を発見し、CTLN2の新生児期における病態を明らかにした。肝内胆汁うっ滞性黄疸、多種アミノ酸血症、低蛋白血症、脂肪肝など多彩な症状を呈することから、NICCD(neonatal intrahepatic cholestasis caused by citrin deficiency)と命名した。NICCD症状は1歳前後で消失するので、欠損するcitrinの機能を代償する機構の働きでみかけ上健康に過ごし、代償不全によりCTLN2発症に至ると考えている。2.変異解析と診断法の開発:2種の新規変異を同定し、既知変異と合わせて9種の変異に対する、迅速・多種変異同時検出・多検体処理可能な、マルチ診断法を開発した。それは、GeneScanとSNaPshotを組み合わせて、genetic analyzerで変異を検出する方法である。120例のCTLN2と70例のNICCDを診断した。インフオームドコンセントを受けた健常者1372人の検索で、20人の保因者を認め、SLC25A13変異ホモ接合体が高頻度(2万人に1人)に存在することを見いだした。3.Citrinの機能:Ca-bindingmitochondrial solute carrierであるcitrinおよびその類似蛋白であるaralarが、ミトコンドリア内膜に局在するaspartate glutamate carrier(AGC)であることを、イタリアとスペインのグループとの共同研究で明らかにした。AGCは、(1)細胞質へaspartateを供給する重要な役割があり、(2)malate aspartateshuttleを構成して還元当量(NADH)のmitochondriaへの輸送に関わり、代謝の要にある。このAGCとしてのcitrinの機能から、NICCDやCTLN2の多彩な肝臓特異的症状発症は部分的に説明可能となってきた。さらに、代償機構に関わる代謝系も推測できる段階になってきたので、2種のcitrin欠損マウスにおける病態解析も含めて、今後研究を進める予定である。
わが国の現職体育教師教育に向けたアクション・リサーチ型研修プログラムの開発

本研究は,わが国の現職体育教師教育に向けたアクション・リサーチ型研修プログラムの開発を目的とした.まず,現職教員研修に関する実態調査を行い,研修担当者の実態及び課題等を明らかにした.次に,諸外国の研究動向を参考として,大学,教育委員会,現職教員の互恵関係を重視した広域型連携モデルの開発と運用,現職教員に向けた授業構築力・修正力を高めるための研修ツールの開発と修正を行った.広域型連携型モデルへの継続的参加は,大学教員や教育委員会関係者の実践的指導力の育成の機会となることが示唆され,単元構造図を活用した研修ツールは,現職教員及び教員養成段階において,授業構成力の育成に有効であることが示唆された.本研究は,わが国の現職体育教師教育に向けたアクション・リサーチ型研修プログラムの開発を目的とした.まず,現職教員研修に関する実態調査を行い,研修担当者の実態及び課題等を明らかにした.次に,諸外国の研究動向を参考として,大学,教育委員会,現職教員の互恵関係を重視した広域型連携モデルの開発と運用,現職教員に向けた授業構築力・修正力を高めるための研修ツールの開発と修正を行った.広域型連携型モデルへの継続的参加は,大学教員や教育委員会関係者の実践的指導力の育成の機会となることが示唆され,単元構造図を活用した研修ツールは,現職教員及び教員養成段階において,授業構成力の育成に有効であることが示唆された.近年、諸外国の体育教師教育(小・中・高)では、理論的・解釈学的アプローチであるアクション・リサーチ型のプログラムの有効性について着目されている。日本の体育教師教育についても、模擬授業後の省察を重視したプログラムの工夫が一部で見られるようになったが、免許更新制等や県市町村教育委員会等の研修における現職の体育教師教育に適した効果的なプログラム開発についての研究は進んでいない。本研究を通して、諸外国の体育教師教育の動向を参考として、わが国の現職体育教師教育の今後の在り方を検討することとした。平成24年度の研究実績は次のとおりである。1.各都道府県市町村設置者教育委員会への教員研修に関する実態調査教育委員会等への調査研究を中心に研修実態及び各担当者の意識を明らかにすることをねらいとして、各設置者(都道府県・政令指定都市等教育委員委員会)を対象として、現職教師研修の具体的機会と目的・内容について、県内の研究会等の実態、研究指定校の指定及び研究内容、研究成果の公開や周知の手段、研究報告書の収集の有無について調査を行い、286の各都道府県市町村設置者から回答を得た。現在、質問紙調査をもとに研修の実態及び課題等を分析している。2.外国の実態調査及び研修プログラム検討筑波サマー・インスティテュート参加国および海外現地調査を通して、現職教諭を対象としたスキルアッププログラムの実際と内容、方法、評価支援システム及び運用上の問題点、参加者の反応等について、面接によるインタビュー及び資料収集を行う。本年度は、イギリスUniversity of Bedfordshire、Dr. David Kirk氏、アメリカThe Ohio State University、Dr. Jackie Goodway氏を九州の大学関係者、教育委員会指導主事、現職教員が加入する研究会に招へいし、イギリス、アメリカの取り組みの紹介と日本の取り組みについてのインタビュー等を実施した。平成25年度の研究実績は次のとおりである。1. 24年度研究結果の公表・・教員研修に関する実態調査について、学習指導要領の周知担当者のうち、体育の指導経験は、県・政令指定都市の小学校体育主任の経験24.9%,中・高指導経験88%に対し、市町村では、同39%,同22%であることが明らかとなった。県・政令レベルでは、体育に特化した研修が実施されているが、市町村レベルでは、体育専門の配置状況、国の情報、研修の工夫など各項目において苦慮している状況が確認された。これらの結果を踏まえた現職教師教育の在り方を検討する必要性があることが確認された。2.大学サービスの実態調査及び外国の実態調査九州・・体育保健体育ネットワーク研究会を通して大学の実態を把握した。AIESEP2013、2014(国際スポーツ教育学会)における体育科教育の研究動向を調査するとともに、ニュージーランドで開催された2014年度大会において、広域連携型ネットワークシステムによる現職教師教育の取組みについて発表した。3.アクション・リサーチ型プログラムの検討、作成・・本研究は、アクション・リサーチ型研修プログラムを開発することに目的があることから、単元構造図を用いた授業づくりワークショップを考案、修正を検討した。24年度の実践として、神奈川県立体育センター、福岡県、鹿児島県、長崎県、鳥取県等全国の現職教員に対する研修機会における実践と共同開発、鹿屋体育大学、愛媛大学、福岡教育大学、岩手大学、東海大学等の体育科教師教育研究者へデータ提供を行い、実践データの収集に務めた。26年度は、参加者の省察力、メタ認知力等授業づくりに必要な諸能力に対してどのような効果が見られるかについて分析し、日本体育学会等で報告する予定である。平成26年度の研究実績は次のとおりである。1.アクション・リサーチ型プログラムの実施と修正(1)広域型地域連携モデル(体育・保健体育ネットワーク研究会方式)の開発・・本モデルは、学習指導要領周知の補完的機能を目的として、九州各県教育委員会、大学関係者、小中高の現職教員等の参加によって、定期的な情報交換及びSNS活用による情報の共有を行った。

また、教員研修に関する実態調査、AIESEP(国際スポーツ教育学会),イギリス教育学会(BERA),筑波大学サマーインスティテュート等の研究動向及びインタビュー調査等から得た知見を活用し、参加者間の協働的互恵関係の構築及び実践的省察を重視した。その結果、参加者の意識が高まり指導主事等のリーダー層の資質の向上に有益となる可能性が示唆された。(2)単元構造図を用いた授業づくりワークショップによる現職教員の授業構成力、修正力の向上のためのプログラム開発・・本プログラムは、現職教員研修の研修プログラムとして、1系統化ゲーム、2指導と評価機会の検討ツール、3単元構造図作成グループワーク、4発表と評価による実践的省察等のプログラムを開発し、現職教員研修会や研究会、免許更新講習及び鹿屋体育大学、愛媛大学、岩手大学、東海大学等の大学教員養成教育においても実践と修正を行った。本プログラムの実施によって、現職教員の授業構成力、修正力の向上に有益となる可能性が示唆された。2.モデルプログラムの公開及び研究報告書の作成本研究成果は、日本体育科教育学会、日本体育学会において成果発表を行うとともに、科研報告書、大学紀要、九州体育・保健体育ネットワーク研究会紀要の作成及びHPにおける公開、体育科教育専門誌における公開等を行った。26年度が最終年度であるため、記入しない。体育科教育学26年度が最終年度であるため、記入しない。24年度予定した各都道府県に対する教員実態調査を実施し、現在アンケート調査に対する統計的解析中である。また、諸外国の取り組みについて、筑波サマー・インスティテュート参加の体育科教育の研究者より各国の研修実態についてヒアリング調査及びアメリカマサチューセッツ州における教員研修の実態調査を行うことができた。また、26年度検証予定のアクション・リサーチ型研修プログラムの考案「単元構造図によるアプローチ」について、長崎県、神奈川県、福岡県、鹿児島県等における現職教員研修において試行を開始している。(理由)24年度の各都道府県に対する教員実態調査は、日本体育学会における発表、本報告書は、大学ホームページを通して全国公開するとともに当該各県にデータ提供を行った。また、大学サービスの実態について、教師、教育委員会、大学が連携する九州体育・保健体育ネットワーク研究会を通して情報を収集するとともに、AIESEP(国際スポーツ教育学会)を通した情報収集及び発表を通した意見収集を行った、また、26年度アクション・リサーチ型研修プログラムの考案「単元構造図によるアプローチ」について、長崎県、神奈川県、福岡県、鹿児島県等における現職教員研修において実施・運用するとともに、大学FD講習等への実践の可能性について検討を進めた。日本の体育科教育における現職体育教師教育について、各教育委員会での取り組みを分析するとともに、アクション・リサーチ型研修を各県教育委員会に提供し、その有効性について検討する。
薄膜材料の熱拡散率測定装置の開発

光照射方式のacカロリメトリを用いた薄膜材料の熱拡散率の測定方法について,測定原理を考察し,その理論的設計を行い,適応範囲を理論的実験に検討し,測定装置として完成させた.この測定では厚さdの薄膜材料の表面に周波数fの断続光を当てる.そのとき,断熱光の当たる一部分に光に遮ぎるようにマスクを置き,マスクを薄膜材料の表面に沿って左右に動かす.その移動距離lの関数としてマスク下にある薄膜材料上の一点における交流温度振幅を測定する.移動距離に対する交流温度振幅の変化により減衰定数Kを決めることができる.減衰定数Kは熱拡散率DとK=(πf/D)^<1/2>の関係があるので,結局Dが求まる.以下にこの方法の特徴を述べる: 1.試料の厚さdは熱拡散長1/Kより小さければ測定ができる. 2.熱拡散率の小さい高分子膜から大きいダイヤモンド膜まで,どのような大きさの熱拡散率をもつ薄膜においても測定ができる.3.マスクの端で光が完全に遮断されなく,光のもれがあってもその幅がマスクの移動距離に比べて小さければ問題とならない.4.交流温度振幅の検出には熱電対を用いると簡便であるが,熱電対を接着剤で止めた場合に求まる熱拡散率の値には影響を与えない. 5.多層膜構造から成る材料の熱拡散率の評価が行える.光照射方式のacカロリメトリを用いた薄膜材料の熱拡散率の測定方法について,測定原理を考察し,その理論的設計を行い,適応範囲を理論的実験に検討し,測定装置として完成させた.この測定では厚さdの薄膜材料の表面に周波数fの断続光を当てる.そのとき,断熱光の当たる一部分に光に遮ぎるようにマスクを置き,マスクを薄膜材料の表面に沿って左右に動かす.その移動距離lの関数としてマスク下にある薄膜材料上の一点における交流温度振幅を測定する.移動距離に対する交流温度振幅の変化により減衰定数Kを決めることができる.減衰定数Kは熱拡散率DとK=(πf/D)^<1/2>の関係があるので,結局Dが求まる.以下にこの方法の特徴を述べる: 1.試料の厚さdは熱拡散長1/Kより小さければ測定ができる. 2.熱拡散率の小さい高分子膜から大きいダイヤモンド膜まで,どのような大きさの熱拡散率をもつ薄膜においても測定ができる.3.マスクの端で光が完全に遮断されなく,光のもれがあってもその幅がマスクの移動距離に比べて小さければ問題とならない.4.交流温度振幅の検出には熱電対を用いると簡便であるが,熱電対を接着剤で止めた場合に求まる熱拡散率の値には影響を与えない. 5.多層膜構造から成る材料の熱拡散率の評価が行える.光照射型acカロリメトリを薄膜状物質の面に沿った方向の熱拡散率測定の開発を行った。1.光を照射した部分とそれから一定距離だけ離れた部分の間の交流温度の位相差から熱拡散率を求める方法、2.光を照射した部分とそれから一定距離だけ離れた部分の間の交流温度の振幅比から熱拡散率を求める方法、3.光を照射した部分と離れた部分の距離を変えて、その距離の関数として交流温度の位相を測定し熱拡散率を求める方法、4.光を照射した部分と離れた部分の距離を変えて、その距離の関数として交流温度の振幅を測定し熱拡散率を求める方法の4つの方法について検討した。その結果1、2の方法に比べて3、4の方法が精度の高い結果を得ることができるという点で優れていることがわかった。3、4の方法の中、現在研究室にあるロックイン増幅器を用いることによって4の方法で十分に高精度の測定が行えることがわかった。金属では200μmの厚さのニッケル、50μmの厚さのステンレス鋼のいずれにおいても数%の精確度で熱拡散率の測定を行うことができた。また半導体では300μmのシリコンで同様な精確度で測定を行うことができた。光を照射するために光の当った部分だけで光エネルギーが熱エネルギーに変わるようにしなければならない。このために、光を透過する材料の測定においては特別な工夫をする必要がある。白色のアルミナ板(100μm)の測定において表面に黒化膜を付けることによってこの問題が解決できることがわかった。これらの材料について比熱を購入した熱分析装置を用いて測定した。この測定結果と上の熱拡散率から熱伝導率を求めることができた。特に微少試料の比熱測定において、デュポン社製の密封型サンプル容器が役立つことがわかった。熱分析装置による比熱測定をより簡便かつ迅速化するために各種の拡張機能をとりつけることがのぞまれる。61年度には液体試料の測定法を確立したい。光照射型acカロリメトリを用いた薄膜材料の熱拡散率測定法の基本原理はわれわれはすでに確立した。これに基づいてその応用範囲についての検討を行った。われわれの開発した測定法では、薄膜材料を横に置き、断続光を試料面に当てる。そのとき、断続光の一部を遮ぎるように置いたマスクを左右に動かす。その移動距離の関数として、マスク下の試料部に付けた熱電対によって交流温度を測定する。この交流温度の減衰係数から熱拡散率が求まる。この場合、まず第一に試料に付けた熱電対の測定への寄与が問題となる。二つの典型的な場合について理論的に解析し、実験で確めた。

第一の場合は試料に熱電対を付けるのに局部的に接着剤を用いる場合で、第二の場合は試料上で熱電対からの光の当っていない方へ全面に接着剤をぬる場合である。前者については理論解析より測定値に影響を与えないことが示され、これまでの実験においてもそのことが確められている。しかし、測定感度を上げる点からすると少量の接着剤を用いることが望ましいこともわかった。後者についても理論的解析より問題がないことが示され、実際に極端な例として、5μmのステンレス鋼板について接着剤としえ銀ペーストを100μmの厚さにぬった試料で測定し、ステンレス鋼の熱拡散率が高精度で決まることを示した。次に、測定に必要な試料の大きさについて検討した。この場合にも、まず理論解析を行い、実験で確めた。試料の厚さについては熱拡散長より十分薄いことが必要で、厚い方に制限がある。上限はいずれの試料をもってきたとしてもほぼ100μmであることがわかった。また、試料の幅については、広い方に制限がなく、細い方にはそれほどの制限がないことがわかった。試料の長さについては、マスク下にある部分はいくら短かくしても良いが、光が照射されている部分についてはマスクの端から測って熱拡散長の1.5倍の長さがあれば良いことがわかった。
インテリジェント電磁構造材の設計・解析法に関する研究

本研究では,材料の応力,ひずみ,磁化,分極等を含む構成方程式の一般理論を開発し,広範囲のインテリジェント構造材料の機械的,電気・磁気的な設計・解析法を確立することを最終目的としていた.本年度は,電磁場解析の計算精度の向上のために昨年度新たに開発した3-field methodについて詳細な検討を行い,本法を用いることで,磁化密度の大きい材料について,静磁場問題から渦電流問題まで統一的に取り扱うことが出来ることを示した.その成果は3編の論文に掲載済または掲載予定である.本研究では,材料の応力,ひずみ,磁化,分極等を含む構成方程式の一般理論を開発し,広範囲のインテリジェント構造材料の機械的,電気・磁気的な設計・解析法を確立することを最終目的としていた.本年度は,電磁場解析の計算精度の向上のために昨年度新たに開発した3-field methodについて詳細な検討を行い,本法を用いることで,磁化密度の大きい材料について,静磁場問題から渦電流問題まで統一的に取り扱うことが出来ることを示した.その成果は3編の論文に掲載済または掲載予定である.本研究では,理論の構築,有限要素法等の数値解析法による定式化,その解析プログラムとしての実現,数値解析による評価を順次あるいは繰り返して行うのが基本方針であった.まず,理論についてはdifferential geometoryの変形場および電磁場の表現への応用を進めるために,電磁場のdifferential formによる表現を求めた.変形場については,現在検討中である.数値解析法については,特に,電磁場解析の精度向上に重点をおいた.現在,電磁場解析における問題点の一つとして,解析領域中に,透磁率の高い材料が存在する場合に空気などの透磁率の低い部分との境界で精度が低下すること挙げられる.この精度低下は,本研究で対象とする強磁性体の静磁場中での座屈評価にも大きく影響する.この解決策として,辺要素都呼ばれる要素が提案されているが,ゲージ条件の導入の有無により一意性が得られなかったり,解の収束性が悪化する事が問題点として指摘されている.このため,本研究では,節点要素に基づく新たな定式化を試みた.その結果,3-field methodというmixed formulationの一種を新たに開発し,従来の方法よりも優れていることを示すことができた.この成果は,IEEE主催の国際会議で発表した.今後は,本研究で最も重要な応力,ひずみ,電磁場の連成する場合の構成方程式の開発,連成問題の数値解析法の開発に重点をおいていきたいと考えている.本研究では,材料の応力,ひずみ,磁化,分極等を含む構成方程式の一般理論を開発し,広範囲のインテリジェント構造材料の機械的,電気・磁気的な設計・解析法を確立することを最終目的としていた.本年度は,電磁場解析の計算精度の向上のために昨年度新たに開発した3-field methodについて詳細な検討を行い,本法を用いることで,磁化密度の大きい材料について,静磁場問題から渦電流問題まで統一的に取り扱うことが出来ることを示した.その成果は3編の論文に掲載済または掲載予定である.
DNAトポイソメラーゼ機能の分子生物学的研究と癌化学療法への応用

今年度はトポイソメラーゼ(トポ)IIの生理機能の解明に関し進展があった。トポIIの特異的阻害剤である抗癌剤MST-16(ICRF化合物)の細胞増殖に対する作用の解析からトポIIの必須な機能はM期における染色体の凝縮と分離のみにあり、他期におけるDNAの複製や転写においては他のトポと機能的相補をしていると思われる。トポIIalphaは生体組織では細胞分裂の盛んな組織のみに見いだされ(in situにおけるmRNA、抗体による酵素の検出により)、トポIIbetaは分裂終了後の組織にもほぼ一様に分布していた。それぞれの特異的な役割を示唆している。マウストポIIalpha、betaのcDNAがクローン化され、構造決定された。マウストポIIalphacDNAは酵母のトポII欠損株を相補した事を利用してマウストポIIalphaの温度感受性変異を分離した。また酵母における非相同的組換え検出系を初めて確立し、トポIIの関与、RAD52の関与を示した。複製、転写等のDNA代謝の場として重要視されている核マトリックスのin vitroにおける再構成系を確立した。これにより、核マトリックス上における遺伝子機能発現の分子機構をin vitroで解明できる手がかりを得た事になる。DNAの転写には超ラセン化等の高次構造が必須とされるが、それを導入するsupercoil化因子(SCF)のcDNAが、カイコ、ショウジョウバエ、ネマトーダ、マウスからそれぞれクローン化され、ショウジョウバエの発生過程では種々の組織で発現される事を示した。化学療法の分野では抗癌剤CPT-11-VP-16に対する獲得耐性の機構として(1)トポIとトポIIalphaの構造遺伝子の変異、(2)mRNAの発現量の低下、(3)薬剤の細胞内蓄積性の低下の3つの機構がある事が示された。(3)に関してはCPT-11に対しては膜電位差の低下により、又VP-16に対しては膜糖タンパクであるMRP(MDRI Related Protein)の過剰発現による事が示された。これに対して、いわゆる自然耐性の機構に関してはなお不明な点が多い。
プラズマ・メタマテリアル複合体を用いた高強度高調波生成とその機構解明

本研究は、プラズマの負誘電率をメタマテリアルの負透磁率で打ち消すことで高密度プラズマへに高効率でマイクロ波を注入し、更なる高密度化と高強度高調波生成を実現することを目的としている。また、プラズマとメタマテリアルの複合体(プラズマメタマテリアル)によって可変負屈折率媒質を実験的に実現することも目的としている。本研究では、負透磁率メタマテリアルとして二重分割リング共振器アレイ(DSRR)を用いている。入射大電力マイクロ波によるプラズマ生成装置にDSRRを組み合わせた系において、DSRR近傍で電子温度、電子密度が特異的に高くなりながらも全体として高密度プラズマが維持されることを明らかにし、電子エネルギ分布関数(EEDF)の推定から空間不均一なエネルギー分布を明らかにした。更に、DSRR近傍へのプラズマ集中(マイクロプラズマ)と全体に広がる高密度プラズマ(バルクプラズマ)の二つの状態が同時に存在していることを確認した。DSRR効果によってマイクロ波透過強度が飛躍的に増加し、また入射電力増加に従って透過強度も増加する傾向(DSRRの無い場合と逆傾向)が確認され、1次元電磁粒子シミュレーションによって妥当性を確認した。これらの結果は、プラズマメタマテリアルが負屈折率状態を呈していることに矛盾しない。一方で、DSRRとプラズマ放電管アレイの周期構造で可変負屈折率プラズマメタマテリアルを実現する実験も行った。DSRRの負透磁率帯においてプラズマの高密度化に伴う透過強度の増加が確認され、透過特性の振幅・位相変化が負屈折率状態の理論曲線と定性的に一致した。この特異な透過が負透磁率帯においてのみ観測されることを異なる設計のDSRRを用いた対照実験から確認し、両者の複合体が可変負屈折率媒質の性質を有していることを実験的に示した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。気体プラズマと電磁波の複雑な相互作用は非線形波動を生成させ、工業的には可変な周波数逓倍器などへの応用可能性がある。本研究では、気体プラズマにメタマテリアルを組み合わせることで本来電磁波を伝搬させられないほどの高密度なプラズマ内に電磁波を導入させ、左手系の新たな電磁波伝搬領域のプラズマ波動の一モードとしての出現、従来の気体プラズマと電磁波の相互作用によるものより効率的な非線形光学応答を得ることを目的としている。研究代表者は、マイクロ波帯における実験で気体プラズマ内で検出された高調波信号がメタマテリアル設置によって高強度化されたことを報告してきた。本年度の実験により、メタマテリアルがプラズマ生成機構そのものを変化させていること、その結果従来と大きく異なる空間的に不均一な気体プラズマが生成されており、尚且つこの不均一な状態が放電時間中常に維持されていることを明らかにした。また、本来は高密度プラズマとメタマテリアルはともに電磁波伝搬を妨げる役割を持つが、両者が合わさることによって電磁波伝搬が復活していることを確認した。なお、この結果は到来する電磁波検出用のアンテナを改良することによって得られた。一方で、研究代表者は計算機シミュレーションを並行して行っており、気体プラズマを模擬する手法として信頼性のあるPIC法を援用した一次元電磁界シミュレーションコードにメタマテリアルの効果を付与することで、プラズマとメタマテリアルの複合領域で電磁波が左手系の伝搬をしていることを明らかにした。また、実験で見られた電磁波伝搬の復活、単純な系での非線形過程による高調波生成のメカニズム等を明らかにした。これらは、実験による観測結果の原因を明らかにする端緒となる。研究計画において一年次は計算機シミュレーションコードの開発及びプラズマメタマテリアルの模擬に主眼を置いていた。研究代表者は、気体プラズマとメタマテリアルが同時に存在する領域での修正されたマクスウェル方程式を求め、電磁波が満足する分散関係(電磁波の周波数、波数空間での関係)が、通常の気体プラズマが持つ分散関係と大きく異なることを理論的に導出した。さらに、これらの構成方程式を一次元電磁粒子シミュレーションコードKEMPO1に応用することでメタマテリアルを仮定した空間での荷電粒子の運動、及び電磁界の時空間発展を模擬することに成功した。これらの計算結果より、高密度プラズマへ侵入した際の電磁波減衰がメタマテリアル効果によって打ち消さていること、プラズマメタマテリアル複合体内で電磁波が負位相速度を持って伝搬していることが確認された。以上の結果に加えて、入射電力、プラズマ密度に依存する非線形高調波生成も確認しており、一次元の計算機模擬実験はおおむね完成されたと思われる。一方で、実験研究においても二年次より計画していた周波数フィルタを用いた実験を一年次から行っており、プラズマ生成が維持される限界に近い低入射電力領域での電磁波伝搬や高調波生成の観測にも成功している。また、複数回に及ぶプラズマ密度測定によって明らかとなったメタマテリアル設置時にのみ観測される不均一なプラズマ密度分布は、プラズマメタマテリアルによる高強度二次高調波生成の要因の一つとなっていると思われる。さらに、実験装置の改良により、計算機実験では確認されていたプラズマメタマテリアル内における異常な電磁波伝搬を直接的に示す結果を得ることにも成功した。以上、計算機シミュレーションコードの開発、計算機実験及び実際の実験による新規の結果の数々より、上記の評価を選択した。本研究は負誘電率Arプラズマと負透磁率メタマテリアルを組み合わせた複合体を用いて、可変負屈折率デバイスを実現すること、及び非線形高調波生成を効率的に行うことを目的としている。本年度は、1次元電磁粒子シミュレーション内の電磁界計算ルーチンにメタマテリアルを仮想的に模擬可能な磁流を与ることで、負屈折率伝搬や効率的な二次高調波生成を再現した。

さらに、本来は起こらない横波による非線形電子加熱が、負屈折率伝搬領域では起こりうることをシミュレーション、理論計算の両面より明らかにした。一方、仮想磁流を用いた負透磁率模擬は現実のメタマテリアルが持つ周波数特性と異なる。そこで、磁気分散媒質を帰納的な計算によって表現可能なRC法を電磁界計算に導入し、実際のメタマテリアルが持つ周波数特性と等しい負透磁率媒質を模擬した電磁粒子シミュレーションを行った。結果、より正確な負屈折率伝搬帯を確認した。負透磁率メタマテリアルである二重分割リング共振器アレイ(DSRR)を設置してArプラズマを生成する実験では、DSRRの共振器が持つ局所強電界や誘導電流により生ずる表面電位の時間変動が局所的なプラズマ生成に大きく影響することを発見した。さらに、生成電子密度、電子温度と電子エネルギー分布関数を異なる複数の点で測定することにより、DSRRの共振器近傍においてプラズマが特異的に加熱されていることを明らかにした。この現象は共振周波数の外れたDSRRを設置した場合では見られなかったことより、プラズマ生成への影響はDSRRの共振効果によるものであることがより明確になった。負屈折率電磁波伝搬をFDTD法を用いてシミュレーションした報告はこれまでに多数存在するが、プラズマを負誘電率媒質として選択し、かつ電磁粒子シミュレーションを用いての再現は初めてであった。さらに、予想されていなかったプラズマの熱効果が電磁波伝搬に制約を与えることも明らかにできた。また、磁気共振媒質の効果を実験において用いている二重分割リング共振器アレイ(DSRR)と同等のものに修正することで、電磁粒子シミュレーションに更なる正確性を与えることに成功した。一方で、3次元FDTD法を用いたシミュレーション環境を構築し、DSRRの作る周辺電磁界を詳細に明らかにした。これにより、共振効果の空間不均一性をも模擬したより正確なシミュレーションを行うことが可能となった。実験においては、これまで電子密度、電子温度測定にとどまっていたプラズマ測定を、あらゆる電子の情報を含む電子エネルギー分布関数の測定にまで拡げ、複合体内でのプラズマ生成の様子をより詳細に明らかにした。両者の結果より、共振器周辺の電磁界及びプラズマ分布といった微視的性質と、波動伝搬モードといった巨視的性質の両面を把握することに成功したと言える。よって、この評価とした。本研究は、プラズマの負誘電率をメタマテリアルの負透磁率で打ち消すことで高密度プラズマへに高効率でマイクロ波を注入し、更なる高密度化と高強度高調波生成を実現することを目的としている。また、プラズマとメタマテリアルの複合体(プラズマメタマテリアル)によって可変負屈折率媒質を実験的に実現することも目的としている。本研究では、負透磁率メタマテリアルとして二重分割リング共振器アレイ(DSRR)を用いている。
β-アドレナリン性応答を制御する新しいGTP結合性ペプチド

GTP結合蛋白質G_s・G_iによるホルモン感受性アデニル酸シクラーゼの制御については、既にその詳細が明らかにされている。申請者は、この制御系に加えて、アデニル酸シクラーゼ活性化に際して重要な役割を果たすと思われる因子、GTP結合性ペプチド(分子量約3,000)をラット肝可溶性画分に見いだした。本因子はβアドレナリン性応答におけるGTPの効果を増幅する作用を有しており、既知の高分子量および低分子量GTP結合蛋白質とは異なる分子として位置づけられる。当該研究により、更に以下の知見を得た。1.本因子の最終精製:2回の分子ふるいクロマトグラフィーにより得られた粗精製標品を逆相(C_<18>)HPLCにより精製した。GTP結合能を有する2つのピーク(I、II)が得られ、より早く溶出されるピークIに一致して、GTPのアデニル酸シクラーゼ活性促進能を増幅させる活性が検出された。この分画Iを最終精製標品とし、分画IIと共に分析した。2.本因子の構造決定:両分画のアミノ酸組成分析を行ったところ、分画Iはロイシン含量(17mol/100mol)が、分画IIはグリシン含量(34mol/100mol)がそれぞれ高かった。一方、両分画共N末端アミノ酸のブロックの存在が示唆されたためアミノ酸配列の決定には至らなかった。今後、部分または全アミノ酸配列が明らかになった時点で、これをもとにcDNAのクローニングを開始したい。また、本因子のGTP効果増幅作用のメカニズムについても解析する予定である。細胞膜に存在するGPT結合蛋白質(G蛋白質)G_s・G_iによるホルモン感受性アデニレートシクラーゼの制御に関しては詳細に明らかにされている。申請者は,これら制御系に加えて,生体内でのアデニレートシクラーゼ活性化に際して重要な役割を果たすと思われる因子,GTP結合性ペプチド(分子量約3,000)をラット肝可溶性画分に見いだした。本因子はbetaアドレナリン性応答におけるGTPの効果を増幅する作用を有しており,従来より知られている高分子量および低分子量GTP結合蛋白質とは異なる分子として位置づけられる。今年度の研究により以下の知見を得た。1,本因子の最終精製:2回の分子ふるいクロマトグラフィーにより得られた粗精製標品を逆相(C_<18>)HPLCにより精製した。GTP結合能を有する2つのピークが得られ,より高い結合能のピークに一致して,GTPのアデニレートシクラーゼ活性促進能を増幅する活性が検出された。このピークを最終精製標品とした。もう1つのピークはアデニレートシクラーゼ活性制御において本因子と相互作用する可能性が示唆されたので同時に構造・機能について分析する。2,アミノ酸配列の決定:上記標品を気相プロティンシークエンサーにより分析したところ配列は得られず、N末端アミノ酸のブロックの存在が示唆された。現在,数種類のデブロッキング操作を試みている。デブロッキング後の標品について再びアミノ酸配列の決定を行う。本因子のアミノ酸の部分または全配列が明らかになった時点で,これをもとにcDNAのクローニングを開始したい。1、本因子の最終精製:2回の分子ふるいクロマトグラフィーにより得られた粗精製標品を逆相(C_<18>)HPLCにより精製した。

GTP結合能を有する2つのピーク(I、II)が得られ、より早く溶出されるピークIに一致して、GTPのアデニル酸シクラーゼ活性促進能を増幅する活性が検出された。この分画Iを最終精製標品とし、分画IIと共に分析した。2、本因子の構造決定:両分画のアミノ酸組成分析を行なったところ、分画Iはロイシン含量(17mol/100mol)が、分画IIはグリシン含量(34mol/100mol)がそれぞれ高かった。一方、両分画共N末端アミノ酸のブロックの存在が示唆されたためアミノ酸配列の決定には至らなかった。今後、部分または全アミノ酸配列が明らかになった時点で、これをもとにcDNAのクローニングを開始したい。また、本因子のGTP効果増幅作用のメカニズムについても解析する予定である。
細胞接着分子による神経シナプス形態形成の制御機構

(1)細胞接着活性を指標とした発現クローニングシナプス形成期である生後5日10日のマウス海馬からmRNAを調製し、更に生後10日由来マウス海馬mRNAから生後5日由来マウス海馬mRNAを差し引いたサブロラクションライブラリーを作成。これを線維芽細胞に導入し、細胞接着アッセイを行い、形成された細胞凝集塊を回収し、その細胞凝集塊に導入されていた海馬遺伝子を同定した。この結果、電位依存性カリウムイオンチャネル様の分子が、細胞接着活性を持っていることを明らかにした(Kimura K準備中)。また、6回膜貫通型膜蛋白質で、水チャネル分子であるアクアポリン4が、細胞接着活性を持っていることを明らかにした(Hiroaki Y et al., J Mol Biol 2006)。(2)海馬神経回路形成における細胞接着機構ネクチンの役割ネクチン遺伝子欠失マウスにおける海馬苔状線維-CA3錐体細胞樹状突起間シナプスを形態学的に解析した。結果、海馬苔状線維のうち役10%が正常の走行領域である透明層から逸脱し、正常投射領域外に異所性シナプスを形成していた。即ち、ネクチン細胞接着機構は、シナプスの大きさ・位置の決定に関与するだけでなく、軸索の投射領域の制御にも関与しているが示唆された。(Honda T etal., Mol Cell Neurosci 2006)。(3)個々の細胞接着分子のシナプスにおける分子構築及び分子集積の順位付けの解析足場蛋白質間での選択性が存在し、受容体のシナプス膜への挿入に対して、PSD-93やDelphilineの寄与は大きくないのに対し、Stargazinの欠失は重大な障害を起もたらす。また、足場タンパク質のS-SCAMがNMDA受容体を細胞接着分子ニューロリギンのみならず、カドヘリンにも連結する機能を担っており、2種類の接着機構が共通の足場蛋白質を介して連関している可能性も指摘された。本研究ではシナプス形態形成のメカニズムを解明すること目標として、新規の細胞接着分子を、(A)シナプス形成期のマウス海馬の発現ライブラリーより細胞間接着活性を指標とした発現クローニング法、(B)海馬発生段階別遺伝子発現パターン比較法(マイクロアレイ法)および(C)培養海馬神経細胞発生段階別遺伝子発現パターン比較法(マイクロアレイ法)の3種類の方法で解析した。ネクチン-1型欠失マウスでは、本来であればネクチン-1型が発現している苔状線維軸索のうち少なくとも10%が、正常の走行範囲である透明層(Strarum Lucidum)を逸脱し、異所性にシナプスを形成していた。また正常範囲内に形成されたシナプスにおいても、Puncta adherentia junctionという接着装置が小型化しているという形態変化も認められた。従って、ネクチンは軸索ガイダンスやシナプス形態の制御に関与することが明らかになった。ネクチン-1型欠失マウスでは、海馬の苔状線維軸索の走行異常と異所性シナプス形成が認められた成果は、ヒトの精神発達遅滞の原因を、シナプス回路の障害として初めて捕らえたものものである。さらに、ネクチンと類似した細胞接着分子Necl-1が小脳の平行線維-プルキンエ細胞樹状突起間シナプスにおいて、プレポストシナプス、グリア間の細胞間接着部位に局在することを明らかにした。このことは、神経細胞-グリア細胞間の細胞接着の分子実体を初めて明らかにしたものである。

1細胞接着活性を指標とした発現クローニングシナプス形成期である生後5日10日のマウス海馬からmRNAを調製し、更に生後10日由来マウス海馬mRNAから生後5日由来マウス海馬mRNAを差し引いたサブロラクションライブラリーを作成。これを線維芽細胞に導入し、細胞接着アッセイを行い、形成された細胞凝集塊を回収し、その細胞凝集塊に導入されていた海馬遺伝子を同定した。この結果、電位依存性カリウムイオンチャネル様の分子が、細胞接着活性を持っていることを明らかにした(Kimura K投稿中)。アッセイ系を用いて、6回膜貫通型膜蛋白質で、水チャネル分子であるアクアポリン4が、細胞接着活性を持っていることを明らかにした(Hiroaki Y et al, J Mol Biol 2006)。2海馬神経回路形成における細胞接着機構ネクチンの役割ネクチン遺伝子欠失マウスにおける海馬苔状線維-CA3錐体細胞樹状突起間シナプスを形態学的に解析した。結果、海馬苔状線維のうち役10%が正常の走行領域である透明層から逸脱し、正常投射領域外に異所性シナプスを形成していた。即ち、ネクチン細胞接着機構は、シナプスの大きさ・位置の決定に関与するだけでなく、軸索の投射領域の制御にも関与しているが示唆された。(Honda T etal, Mol Cell Neurosci 2006)。3個々の細胞接着分子のシナプスにおける分子構築及び分子集積の順位付けの解析足場蛋白質間での選択性が存在し、受容体のシナプス膜への挿入に対して、PSD-93やDelphilineの寄与は大きくないのに対し、Stargazinの欠失は重大な障害を起もたらす。また、足場タンパク質のS-SCAMがNMDA受容体を細胞接着分子ニューロリギンのみならず、カドヘリンにも連結する機能を担っており、2種類の接着機構が共通の足場蛋白質を介して連関している可能性も指摘された。
土壌有機物の分子構造解析を導入した保全耕うん圃場の炭素隔離機能の解明

保全耕うんでは団粒構造の形成が地表付近ほど顕著で,大きい団粒ほど有機物含量は低かった.反射型FTIR分析装置で土壌中の有機物構造の変化を追跡できた.アロマティック基の吸収スペクトルとの比で,アミド基とアリファティック基の分解を追跡した結果, 2つの基の分解の差が大きかったのは保全耕うんで,表層部分の深さ方向変化が顕著であったのは普通畑,ロータリ耕うんで,地表に近いほど分解が早かった.土壌有機物分子構造による炭素隔離機能の評価については,今後の検討課題とした.保全耕うんでは団粒構造の形成が地表付近ほど顕著で,大きい団粒ほど有機物含量は低かった.反射型FTIR分析装置で土壌中の有機物構造の変化を追跡できた.アロマティック基の吸収スペクトルとの比で,アミド基とアリファティック基の分解を追跡した結果, 2つの基の分解の差が大きかったのは保全耕うんで,表層部分の深さ方向変化が顕著であったのは普通畑,ロータリ耕うんで,地表に近いほど分解が早かった.土壌有機物分子構造による炭素隔離機能の評価については,今後の検討課題とした.生物多様性を維持した保全耕うんによる栽培体系は,地球温暖化抑制に有用な炭素隔離機能を有することが注目されつつある.保全耕うん圃場の土壌炭素量の増加は,物理的に安定した微小団粒を発達させることに起因し(Denef 2004),また,圃場の生物多様性を維持することが土壌有機物の構造を複雑化させ,有機物分解を遅延させると(Sleutel 2007)言われる.本研究では,保全耕うんの1手法として著者らが提案してきた局所耕うん栽培(生物多様性を維持した雑草による被覆栽培体系)圃場における有機物の構造に着目し,炭素隔離機能と生物多様性の関係性を解明することを目的として,初年度は,「耕うん・栽培体系の違いが有機物の分子・構造形態にどのような変化をもたらすのか.」について調べた.また,有機物構造の変化を追跡するための手法として,FTIRの導入を試みたが,分解過程と分析結果との関係を明らかにするために,著者らが1997年に設置した落ち葉処理槽(循環槽)中の有機物(落ち葉)の経計年変化を指標として用いた.2007年から栽培を繰り返し行ってきた,ロータリ耕うん栽培区と局所耕うん栽培区の表層土を採取し,通気性、団粒分析,pH,EC,水溶性金属濃度を測定した.圃場表層5cmにおける1cmごとの団粒分析の結果では粒度分布に大きな差は見られなが,局所耕うん区では表層で粒径が大きかったのに対し,ロータリ耕うん区では下層部で粒径が大きい傾向があった.pHについては,局所耕うん区において,ロータリ耕うん区より高い傾向が,ECについては,局所耕うん区で,表面に対し下層が低い傾向になった.局所耕うん区における水溶性金属の濃度は,下層にいくにしたがって顕著に減少する傾向が見られた.要因としては,施肥体系や有機物含量および質的(腐植の分子構造)な違いが関係していると考えられる.また,FTIRの測定結果では,KBr錠剤の成形時に発生するばらつきのためにサンプル間の定量的な比較は予想通り困難であった.しかし,目視のスペクトル形状は深さによる差はなく,注目すべき官能基の透過率の値との比を計算することによって,深さごとの有機物の分解特性を特徴つけることが可能であった.循環層の深さごとのサンプルからは分解が進むにつれて,アロマティック/アミド,アロマティック/アリファテイックの比が増加したことが明確に示されており,今後,植物体由来の有機物の分解,腐植化の進行をFTIRの測定により追跡できることが示唆された.生物多様性を維持した保全耕うん圃場では、物理的に安定した微小団粒の発達が認められ、有機物分解を遅延させるという報告を受けて,保全耕うんの炭素隔離機能を,より正確に定量・定性的に評価することを目的として実験を行ってきた.具体的には,生物多様性を維持した栽培体系(局所耕うん栽培)における有機物の分解速度を,分子構造特性(官能基種類とその配分)をFTIR法によって評価する方法と可能性を以下の過程で検討した.(1)耕うん栽培体系と有機物の分子・構造形態変化との関係について土壌の鉱物性粒子がFTIR法による有機物の構造解析の妨げとなることがわかり,保全耕うん圃場と並行して進めていた落ち葉処理槽の試料を用いて,FTIR法による有機物の分子・構造形態変化過程を評価した.その結果,処理槽の深さによって有機物の官能基が異なることが分かった.(2)土壌の微小団粒の形成と安定性,有機物の分解速度との関係について微小団粒中の有機物をその構造を破壊することなく抽出する方法について,検討中である.(3)有機物の炭素隔離機能と圃場・土壌の生物多様性との関係を明らかにする.(2)の結果が得られ次第,圃場の土壌の解析に入る予定である.加えて,圃場ならびに落ち葉処理槽の実験で得られたデータを既往の数値モデルに組み込み,耕うんによる炭素隔離機能との関係性の解明を試みる予定である.土壌が有する炭素隔離機能は,耕うん体系と密接に関係している.耕うん体系の違いが、土壌団粒の形成ならびに腐植の化学形態をどのように変化させるのかについてはよく分かっていない.