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準安定相試料に立脚したリチウム・ナトリウムイオン蓄電池材料の革新

低炭素社会の実現には、電気自動車の性能向上を実現する高エネルギー密度のリチウムイオン電池が、また、再生可能エネルギーの活用を目指して、ナトリウムイオン蓄電池の実用化が求められている。本研究課題ではそのためのコア技術となるリチウム・ナトリウムイオン電池用電極材料について、学術的な観点から"準安定化合物"をキーワードとした蓄電池材料設計指針の革新を実現し、その結果を元に新材料の創製を実現する。リチウム・ナトリウム過剰型の新規準安定相化合物の材料合成手法を確立し、電池の高エネルギー密度化を実現することを目的に研究を行っている。固体中のリチウム・ナトリウム含有量の向上により電池材料として"高容量化"を、さらに、電気陰性度の高い元素群を構造中に取り入れることでinductive効果による"高電圧化"を実現することで、エネルギー密度を現行材料以上に向上を目指した研究を進めている。本年度は準安定化合物としてリン酸塩と各種遷移金属元素の複合化に取り組み、実際に高容量と高電圧化が可能であるかどうか研究を遂行した。メカニカルミリングを用い、リン酸塩と遷移金属酸化物の複合化に成功し、また、走査型電子顕微鏡と電子エネルギー損失分光による元素マッピングを行い、このような準安定化合物において、リン酸塩と遷移金属イオンがマクロスケールでは均一に分散し、しかし、ナノスケールでは非均一的に分散していることが確認された。また、電極特性のさらなる向上を目指し、本年度、高圧発生装置を導入した。これらの結果は、蓄電池の高性能化を実現し、将来的な再生可能エネルギーに立脚した社会構築への足がかりに繋がる成果であるといえる。これまでにリン酸塩と各種遷移金属元素から構成された準安定化合物に成功している。固相法により合成したリチウム含有遷移金属酸化物と各種リン酸塩を原料として、遊星型ボールミルを用いたメカニカルミリングにより合成を行った。得られた試料に対して、電子伝導性の向上と二次粒子サイズの低減を目的として10 wt %のアセチレンブラックと複合化処理を行った。粉末X線回折法により試料の構造はメカニカルミリング後原料に由来する結晶性試料由来の回折線は完全に消失し、低結晶性の岩塩型構造の試料が得られることが確認された。しかし、得られた試料を用い、走査型電子顕微鏡と電子エネルギー損失分光による元素マッピングを行った結果、元素分布はナノスケールでは不均一であることが確認された。得られた準安定相試料の電気化学特性を評価するため、二極式電気化学セルを用いて定電流充放電試験を行った。その結果、遷移金属イオンの一電子酸化還元から計算された理論容量を大きく上回る300 mA h g-1を超える初回放電容量を示すことが確認された。X線吸収分光法の測定の結果、これらの高容量を示す理由は酸素による電荷補償が進行するためであると確認された。また、実際にリン酸塩の割合を遷移金属イオンに対して増やすことにより、平均放電電圧の向上が確認された。しかし、一方で、リン酸塩の含有量が増えすぎると試料の電子伝導性が低下し、それに伴い、充放電容量が低下することが確認された。さらなる組成と構造の最適化により、今後、さらに電気化学特性に優れた準安定化合物が得られることが期待できる。本年度は特にリン酸塩を複合化させた準安定相化合物について検討を行い、得られた試料が非常に優れた電極特性を示すことを示すことを明らかにした。本年度はリン酸以外の材料系についても同様の手法が適用可能かどうか検討を進める。しかし、一方でメカニカルミリング法を用いて作製した材料は粒子表面の欠陥濃度が高く、また、試料に残留応力が残っていることが多い。このような特徴は電極材料に悪影響を与えることが多いため、次年度以降はさらなる電池特性の向上を目指して、熱処理による欠陥と応力の除去、さらに、適切なバインダーの選択、電解液添加剤の探索といった研究も並行して進めていく。さらに、電池材料としての実用化を目指すためには準安定相化合物の熱的安定性の評価も進めて行く必要がある。そこで、電気化学的に酸化した試料を用いて示差熱走査分析装置などを用い、他の電池材料と熱的安定性の比較・検討を詳細に進める。また、本年度導入した高圧発生装置を活用することで、電気化学特性のさらなる向上を実現する。これらの研究は、現代社会において重要性が非常に高まっているリチウム・ナトリウムイオン蓄電池の高性能化・実用化といった応用的観点におけるインパクトは非常に大きいものになると期待できる。さらに、準安定化合物の材料設計指針とその学理の構築、準安定相の安定性を決める因子と相変化機構の解明、電池材料におけるinductive効果に関する学問の体系化、などが進展すれば、学術的な観点からもその独創性や創造性も高く、固体化学・材料化学分野における波及効果も非常に大きいといえる。

固体中のリチウム・ナトリウム含有量の向上により電池材料として"高容量化"を、さらに、電気陰性度の高い元素群を構造中に取り入れることでinductive効果による"高電圧化"を実現することで、エネルギー密度を現行材料以上に向上を目指した研究を進めている。本年度は準安定化合物としてリン酸塩と各種遷移金属元素の複合化に取り組み、実際に高容量と高電圧化が可能であるかどうか研究を遂行した。メカニカルミリングを用い、リン酸塩と遷移金属酸化物の複合化に成功し、また、走査型電子顕微鏡と電子エネルギー損失分光による元素マッピングを行い、このような準安定化合物において、リン酸塩と遷移金属イオンがマクロスケールでは均一に分散し、しかし、ナノスケールでは非均一的に分散していることが確認された。また、電極特性のさらなる向上を目指し、本年度、高圧発生装置を導入した。これらの結果は、蓄電池の高性能化を実現し、将来的な再生可能エネルギーに立脚した社会構築への足がかりに繋がる成果であるといえる。これまでにリン酸塩と各種遷移金属元素から構成された準安定化合物に成功している。固相法により合成したリチウム含有遷移金属酸化物と各種リン酸塩を原料として、遊星型ボールミルを用いたメカニカルミリングにより合成を行った。得られた試料に対して、電子伝導性の向上と二次粒子サイズの低減を目的として10 wt %のアセチレンブラックと複合化処理を行った。粉末X線回折法により試料の構造はメカニカルミリング後原料に由来する結晶性試料由来の回折線は完全に消失し、低結晶性の岩塩型構造の試料が得られることが確認された。しかし、得られた試料を用い、走査型電子顕微鏡と電子エネルギー損失分光による元素マッピングを行った結果、元素分布はナノスケールでは不均一であることが確認された。得られた準安定相試料の電気化学特性を評価するため、二極式電気化学セルを用いて定電流充放電試験を行った。その結果、遷移金属イオンの一電子酸化還元から計算された理論容量を大きく上回る300 mA h g-1を超える初回放電容量を示すことが確認された。X線吸収分光法の測定の結果、これらの高容量を示す理由は酸素による電荷補償が進行するためであると確認された。また、実際にリン酸塩の割合を遷移金属イオンに対して増やすことにより、平均放電電圧の向上が確認された。しかし、一方で、リン酸塩の含有量が増えすぎると試料の電子伝導性が低下し、それに伴い、充放電容量が低下することが確認された。さらなる組成と構造の最適化により、今後、さらに電気化学特性に優れた準安定化合物が得られることが期待できる。本年度は特にリン酸塩を複合化させた準安定相化合物について検討を行い、得られた試料が非常に優れた電極特性を示すことを示すことを明らかにした。本年度はリン酸以外の材料系についても同様の手法が適用可能かどうか検討を進める。しかし、一方でメカニカルミリング法を用いて作製した材料は粒子表面の欠陥濃度が高く、また、試料に残留応力が残っていることが多い。このような特徴は電極材料に悪影響を与えることが多いため、次年度以降はさらなる電池特性の向上を目指して、熱処理による欠陥と応力の除去、さらに、適切なバインダーの選択、電解液添加剤の探索といった研究も並行して進めていく。さらに、電池材料としての実用化を目指すためには準安定相化合物の熱的安定性の評価も進めて行く必要がある。
慢性サル運動前野ニューロンを発火させる要因に分析

無麻酔サルの眼前に呈示されたエサ(リンゴ片)を、サルが自発的,能動的にとり、口に入れる運動を行なうとき、運動前野ニューロンが発火する最適条件を検討した。各ニューロンについて、皮膚,関節などの体性感覚刺激や、エサその他の具体的な物体の呈示による視覚刺激への応答の有無をしらべたあと、ビーカー,皿,ロート,木の厚板にあけた直径2-3cmの小穴、棒の先などから、サルがエサをとる時のニューロン活動の強さを調べた。運動前野のうち弓状溝後壁より前方には視覚刺激に応じるニューロンがあり、この後方かつ外側には顔面、口腔内に受容野をもつニューロンがあり、後方かつ内側には、腕,肩,体幹など主体として近位上肢帯に受容野のあるニューロンが存在した。中心部には手指の体性刺激に応答するニューロンの存在を期待したが、その数はすくなかった。視覚刺激と、顔面や上肢の体性刺激の両方に反応するニューロンも存在した。能動的な運動に関係して発火するニューロンには、次のものがあった。1)エサまたは容器の存在またはその動きに気付くこと、これを注視すること、あるいはこれに手をのばすことなどが発火のきっかけとなるもの。対象あるいはサルの手が、空間のある領域内にあるときのみ有効であったり、あるいは対象に選択性がある場合が多い。2)容器内でエサをさぐるときに発火するもの。3)エサを容器内でにぎったり、棒の先からつまんだりすることに関係するもの。容器の種類、あるいはエサの空間内位置により発火の強さが異なることが多い。4)手にとったエサを口に入れたときに発火するもの。5)上記の動作あるいは条件の2つ以上に対応するもの。6)エサの持ちかえなど両手の協同作業時のある局面で発火するものなどがあった。これらの結果は、運動前野のニューロンが、体性感覚と視覚情報をもとに手または口が行う随意運動の時空間パタンを決定することにかかわっていることを示す。
地方都市の良好な市街地形成に寄与する防災まちづくり支援WebGIS開発と実証実験

本研究は,地方都市の防災まちづくりの推進に寄与するため,地域住民の防災意識啓発,まち歩きと課題整理,市街地整備の素案づくり,防災訓練などの実践的取組に役立つ,インタネット上で使える防災まちづくり支援ツールの試作版を開発し,防災まちづくりに取組む地域現場での運用実験を行い,その有用性を示した。またこれらのツールを活用した防災まちづくりアクションプランニング手法の提案に向けた課題を整理した。防災対策立案支援手法:実証実験対象地区での防災まちづくりワークショップで活用し,対策立案支援手法としての有用性を確認し,開発課題を整理した。その上で,次年度に向けたインターフェイス改良とWeb化を行った。研究成果は,「防災まちづくりワークショップのための防災対策立案支援システムの試験的開発」と題する論文を日本都市計画学会都市計画論文集に発表,対外的評価を得た。2)地域防災力評価支援手法:予備的に構築してきた地域防災力評価手法の課題を整理,評価構造の明確化と可能な範囲で評価指標の数を減じた評価モデルを開発した。それを豊橋市内21の町内会・自主防災会組織に適用し,評価モデルの妥当性と支援手法としての:可能性を検討した。モデルの頑健性の点で課題は残るものの次年度Webシステム化の目処がたった3)避難危険度シミュレーションによる整備方策検討支援手法:当初計画で想定した避難困難性だけでなく,救出救護や消火活動を含めた防災アクティピティ評価のシミュヽレーションモデル開発を目指した。評価モデルの基本的考え方は,総プロの研究成果を踏襲したが,災害時の行動困雄性を防災まちづくり現場で住民に分かりやすく効果的に表現するため,建物毎に行動困難性評価が行える評価手法を構築した。最短経路探索を基本としたモンテカルロシミュレーションによる到達距離計算に相当の時間を要し,現場でのリアルタイムシミュレーションには課題が残っている。この解決策として,延焼シミュレーションによる延焼危険度評価のリアルタイム表示も含めて,グリッドコンピューティング援用による計算の可能性を検討中である。今年度予定した延焼シミュレーションシステムと防災マップ作成支援ジズテムの統合は,上記の成果を踏まえ,次年度に各手法のWebシステム化と共に行うこととした。1)統合WebGIS試作版の開発:まず地域防災力評価支援手法のWebシステムの設計概要をまとめた。また,延焼危険度評価支援手法,防災アクティビティ評価手法,それぞれの計算プログラムとGISとの結合方法について検討し,入出力データの種類,形式等を整理した。現在は,防災点検マップ作成支援システムと延焼危険度評価手法のWebシステムを開発中である。当初は,すべての手法を統合したWebシステム化を予定していたが,開発役務に多額の費用がかかるため,予算の範囲内で可能なWebGISと手法の統合を進めている。2)災害時緊急行動困難性(防災アクティビティ)評価モデルの改良と計算時間短縮:防災まちづくり現場での市街地整備効果の計測、評価をリアルタイムで可能にするためのグリッドコンピューティング援用に向けて,行動困難性評価モデルの改良を行うとともに,その計算時間に影響を与える要因として道路ネットワーク規模や道路幅員割合等を明らかにし,また現場利用を想定して,信頼性ある評価値を得るのに必要なモンテカルロシミュレーションの繰り返し計算回数とそれに要する計算時間の事前推定に目処が立てることができた。これにより最適な計算配分でグリッドシステムを活用したWebGIS開発が可能となる。3)防災まちづくりデザインプロセス教材試作の検討:複数回にわたる地方都市防災まちづくり研究会での議論と防災まちづくり支援の実践活動の成果を踏まえ,防災まちづくり支援システムを活用した地域住民と行政向けのアクションプランニングのマニュアル教材試作版の全体構成案と執筆分担を検討した。1)統合WebGISツール試作版の開発:昨年度より継続して開発を進め,防災点検マップ支援ツール,3mセル単位の延焼シミュレーションシステムと延焼危険性度評価ツール,建物単位の災害時行動困難性評価ツール,並びに市街地仮想整備ツールを統合した試作版を開発した。また災害時行動困難性評価ツールは,評価計算プログラムとGIS側の評価計算に必要な入力・出力データ処理を切り離すことで,GISサーバと計算サーバの分離を可能とし,Web上でリアルタイムな評価結果の表示を可能する道筋を示すことができた。2)実証実験によるツールの有用性と課題の検討:災害時行動困難性評価ツールの有用性検証のため,豊橋市山田石塚町での防災活動の現場で耐震診断ローラー作戦取組の動機付けにツールを活用し,住民の防災まちづくり行動の意識付けに有効であることを検証した。しかし,Web上でリアルタイムにまちづくり現場で使うための評価計算時間の問題は依然として解決できていない。延焼危険度評価ツールとともにツール活用上の今後の課題である。3)ツールを活用した防災まちづくりデザイン教材試案:地方都市防災まちづくり研究会での議論と多くの実践活動をベースに,教材の目次構成を決定し,研究分担者で分担して執筆中である。平成21年度中には「地方都市版災害に強いまちづくりアクションプランニング読本」と題して出版化を検討する。内容は,総論編で問題意識,計画論と支援技術,防災まちづくりの切り口,実践編でPDCAサイクルによるアクションプランニングの実際を解説し,地域住民,自治体職員が実践マニュアルとして活用できる教材を目指す。
制度の経済学とその思想的基礎付けに関する研究

制度の経済学は、新古典派経済学とは異なり、人間は慣習に基いた行動を取ると仮定する。このことは、制度の経済学の想定する人間像が、他者の行動に依存して意思決定を行うような非自律的存在であることを意味している。本研究は、このような制度の経済学の人間像が、プラグマティズムの理論や、廣松渉の共同主観性の理論に基礎付られること、並びにこのような議論から多くの示唆を得ることが出来ることを明らかにした。今年度は新古典派経済学における人間像と制度の経済学における人間像の思想上の相違を検討した。新古典派経済学における人間とは、「社会化」やノルムの「内部化」を行う必要のない「超社会的」で徹頭徹尾「自律的」な存在であり、その行動は彼個人の「内的」特性に完全に還元されてしまう。この新古典派経済学における原子論的・機械論的主体は、「自我」の概念と完全に平行している。これに対して、制度の経済学における人間とは、「社会化」やノルムの「内部化」を行う必要のある「社会的」で徹頭徹尾「他律的な存在であり、その行動は彼個人の「内的」特性に完全に還元されてしまうことはなく、この制度の経済学における全体論的・円環論的主体は、まさに個人と社会、自己と他者の二分法を否定するプラグマティズムにおける「人間」の概念と完全に平行している。新古典派経済学は、デカルト主義と同様に、いわゆる「自律的」な「近代的自我」の存在を素朴に前提するのに対し、制度の経済学は、プラグマティズムと同様にもはやそのようなものの存在を素朴には前提しない。言いかえれば、新古典派経済学とはデカルト主義と同様に「『主体』は存在する」と宣言する「主体の経済学」であるのに対して、制度の経済学とはプラグマティズムと同様に「もはや『主体』など存在しない」と宣言する「反-主体の経済学」であることを明らかにした。一般に制度の経済学や比較制度分析の特徴は、その制度や慣習の成立を出来る限り純粋に経済学的モデル=経済学的ロジックの範囲内で行おうとすることであり、それゆえにその分析から出来る限りそれぞれの共同体特有の歴史や文化といった要因を排除しようとすることであると言える。じっさい、制度や慣習の成立を純粋に経済学的なロジックによって形式的に説明できるようになったということ、このことこそが新制度派の経済学や比較制度分析の最大の貢献なのである。だが、われわれが今年度研究したコンヴァン書にストの立場を採用すれば、新制度派の経済学や比較制度分析が、その分析からそれぞれの共同体特有の歴史や文化といった要因を排除出来るのは、それがコンヴァンショニストの言う戦略的コンヴァンションの分析にとどまり、戦略的コンヴァンションが解釈的コンヴァンションに依存していることを見落としているからに他ならない。コンヴァンションの経済学は、ある意味では、新制度派の経済学や比較制度分析を、戦略的コンヴァンションの分析に特化した特殊ケースとして含みうるような、より広いパースペクティブを持った制度の経済学の一般理論といえるのである。新古典派経済学は、人間は常に最適化行動をとると仮定し、制度の経済学は人間は慣習に基いた行動をとると仮定する。このことは、新古典派経済学における人間が、自分だけで情報を集め、自分だけで制約を認識し、自分だけで意思決定を行うような「自律的」=「自立的」存在であるのに対して、制度の経済学における人間が、他者の情報収集や他者の問題解決行動に依存して意思決定を行うような非「自律的」=「自立的」存在であることを意味している。新古典派経済学が、「社会」の存在をあらかじめ前提する必要がなく「個人」の性質の存在のみを前提すればよい理由は、まさにここにある。あるいは新古典派経済学が、「個人」の意思決定の集合体が「社会」を形成するという「個人」→「社会」という因果関係だけにその分析を限定し、逆に「社会」が「個人」の意思決定に影響を与えるという「社会」→「個人」の因果関係を無視することができる理由、逆に制度の経済学が逆の因果関係を分析しなければならない理由はここにあるのである。
保健師現任教育で活用する「精神障害者を対象とした家庭訪問スキルと評価尺度」の開発

保健師が行う精神障害者を対象とした家庭訪問スキルとその評価尺度を開発することを目的として、都道府県保健所(支所を含む)436か所の精神保健福祉担当保健師を対象とした調査を実施し分析した。評価尺度は「ニーズを見極めるスキル」「対象者の持つ力を判断するスキル」「家庭訪問管理スキル」「対象者との関係性を構築するスキル」「病気に関連した支援スキル」「情報提供スキル」で構成された。【研究目的】市町村保健師が精神障害者を対象の家庭訪問に必要なスキルを明らかにする。【研究方法】研究協力者が行った初回の家庭訪問で、同意の得られた精神障害者32人の記録票を作成し「家庭訪悶の不安・困難感」「訪間後の気づき」「家庭訪問に必要な項目」を記述した。表現の適合性を検討し家庭訪間に必要な107スキルが抽出された。訪問プロセスを事前、実施中、事後、全プロセスとスキルの内容を知識、意識、行動、全て、に分類し、各々を対応させ12カテゴリーの表を作成した。表現妥当性を検討し、訪問前、訪問中、発展に分類した。【結果】訪問前はコミュニケーション、家族、ニーズの把握に関する不安、訪問後は、保健師仲間に助けられた等があった。家庭訪問に必要な43スキルが抽出された。訪問前のスキルは、疾患と治療の知識、制度や関連サービスの把握、訪問中には、生活の実態や言動、家族との対話から病状、人間関係の把握などであった。地域を対象とした保健師の家庭訪問スキルでは精神障害者のみならず保健師が行う家庭訪問に共通しており、ケースを大切にした関わりや家族支援、適切な間隔の訪問、組織での対応があった。【考察】保健師の家庭訪問スキルには、対象の疾患や治療の知識とともに、対象の家族や地域の住民と共に係わること、障害に対する理解を深めていける地城づくりに発展させるスキルが必要であると、考えられた。また、保健師間のスキルアップ体制や情緒的サポートが課題である。【結論】市町村保健師が精神障害者を対象とした家庭訪問に必要なスキルは43スキルが抽出され、精神障害者の疾患や治療を考慮した技術、障害に対する理解を深める地域づくりに発展させる技術であった。保健師のスキルアップ体制、組織的な家庭訪問を実施できる体制整備が必要である。【目的】保健師現任教育のプログラム作成の基盤として、精神障害者を対象とした保健師の家庭訪問に必要なスキルの認識、現状、習得方法を明確にすることを研究目的とした。【方法】全国436保健所(支所含む)の精神保健福祉担当保健師を対象に、自記式アンケートを実施した。調査内容は基本属性と、家庭訪問に必要なスキル39項目を重要性4件法と習得状況4件法、習得方法を設定して問うた。スキル項目は0から3点の評定尺度として分析した。調査期間は2010年1月2月である。山口大学大学院研究倫理審査委員会の承認を得た。【結果・考察】有効回答は474人、平均年齢42.9歳、保健師経験年数は平均18.8年、精神保健福祉業務経験年数は平均9.7年であった。家庭訪問件数平均43.4件/年であって、後輩育成の立場にある保健師は55.1%であった。スキルの重要度平均得点は2.6で、得点の高い項目は「制度サービスの把握」「疾患の特徴を知る」「危機的状況を予測した対応」等であった。また平均よりも低い項目は「気持ちを伝える」「民生委員・医療機関等のリスト作成」「ゆとりを持った訪問」等であった。スキルの現状得点は平均は2.0(±0.54)であった。高い項目は「共感、意向を尊重する」「対象者と家族のニーズ」等であった。低い項目は「サービスリストの作成」「危機的状況への対応」等であった。習得方法は「対象者の関わり」48.2%、「保健師からの助言」21.6%が主であった。家庭訪問を体験し、精神障害者と関わることが現任教育となっていることが示唆された。スキルの重要性と習得状況の差が大きいのは「危機的状況への対応」の0.98であった。吉永や、平野らの報告のように危機的状況に関するスキルは喫緊の課題であり、その習得方法が「保健師の助言」が多いことを勘案すると、保健師による伝承を現任教育として実施することが重要である。精神保健福祉施策制度の変遷により、市町村保健師が精神障害者を家庭訪問する機会が増加しているが困難感を伴っていることを背景に、家庭訪問スキルとその評価尺度を開発し、市町村保健師の現任教育における実用化を研究目的とした。調査対象は、都道府県保健所(支所を含む)436か所の精神保健福祉担当保健師を対象とした。調査方法は、郵送による無記名自記式調査とし、返信用封筒を同封して郵送による回答を依頼した。調査紙は、基本属性と、家庭訪問スキル39項目の重要性の認識と習得状況及び習得方法について問う質問で構成した。

評価尺度は因子分析により導出した。1)全スキルとも、重要性を認めるものの習得出来ていないと認識されていた。2)年齢・保健師経験・精神保健経験年数は上がるにつれ、習得状況は上がり、できなさ感は下がる傾向であった。3)精神保健経験5年までに習得状況が急激に上がる。スキル習得には5年の精神保健実務経験が必要である。精神保健経験1年未満は隔たりが大きく、特に「危機的状況の対応」「サービスの情報提供」「訪問するタイミングの見極め」は顕著で、効果的な習得が課題である。4)「危機的状況を予測した対応」「関係者が情報共有」は重要であるが、習得困難なスキルである。今後、有効な習得方法の解明が課題である。5)有効な習得方法は「対象者との関わり」とされたが、「危機的状況を予測した対応」「出会える工夫」「関係者が情報の共有」等のスキルは「先輩からの助言」で習得される伝承のスキルであった。6)「精神障害者を対象とした家庭訪問スキル」の尺度は「ニーズを見極めるスキル」「対象者の持つ力を判断するスキル」「家庭訪問管理スキル」「対象者との関係性構築スキル」「病気に関連した支援スキル」「情報提供スキル」で構成された。
肉用牛の枝肉形質、肉質等の制御因子の同定とその制御機構の解明

今年度は、肉用牛の枝肉形質、肉質等の制御因子の同定を行うため、肉用牛肥育試験から得られたデータ及び試料の分析、解析を進めた。肥育試験は2試験区に分け、肥育全期間、穀物多給の肉用牛肥育に対して、肥育前期から中期にかけて牧乾草を多給した肉用牛肥育における肥育・枝肉成績、肉質及び筋肉内遺伝子発現について黒毛和種去勢牛で検討を行った。両試験区での生産性は概ね同等であり、肥育過程でバイオプシーによる筋肉採取を行い、屠畜時には枝肉調査を行うとともに筋肉試料を採取した。肥育・枝肉成績では、出荷時体重では試験区間で差はなかったが、枝肉重量では牧乾草給与で低値を示し、バラ厚についても牧乾草給与で低値となった。肉質について、栄養成分は、牧乾草給与で粗脂肪含量、モノ不飽和脂肪酸含量及びn-6/n-3の減少がみられ、一方、水分含量及び飽和脂肪酸含量の増加がみられた。肉質の物性については、牧乾草給与でドリップロス及び加熱損失の減少がみられたことから保水性の改善を示唆した。以上より、この肥育試験では、枝肉形質及び肉質について試験区間で表現型が異なることが明らかになり、これらの原因を解析するため、筋肉内遺伝子の発現解析を実施した。遺伝子の発現解析では、肥育牛の生産性の指標と考えられるMyostatin遺伝子ついて肥育過程での発現変動を明らかにした。その結果、肥育中期から後期にかけて牧乾草の多給から穀物飼料多給へ給与メニューが変化する時期に骨格筋の成長を示唆するMyostatin遺伝子の発現が認められた。脂肪前駆細胞で発現し、脂肪細胞分化に関与するPref-1遺伝子について、肥育中期の粗飼料給与でその発現の増加が認められたことから、少なくともこの時期には脂肪合成が活性化していないことを示唆した。これまでの肥育試験で得られた、肥育・枝肉成績及び筋肉試料から、枝肉形質、肉質等の制御因子探索のため、肥育・枝肉成績データ及び筋肉試料の分析、解析を実施した。その結果、肥育牛の生産性あるいは肉質の変化を示唆する遺伝子の発現が明らかとなった。これらの一部の結果については、取りまとめを行い、学術論文へ投稿し、掲載された。今後は、放牧を取り入れた肉用牛肥育試験から得られたデータ及び試料の分析、解析を進める。肉用肥育牛の発育過程において骨格筋成長に関与する遺伝子の発現解析を実施し、これらと肥育ステージとの関連を明らかにすることで、枝肉形質、肉質等へ影響を及ぼす遺伝子の検討を行う。また、肉質等に影響を及ぼす遺伝子ついて網羅的探索を行う計画だが、そのための予備試験の実施とともに、文献情報からも候補となる遺伝子を探索する。平成32年度以降は、前年度までの分析、解析を継続するとともに、枝肉成績あるいは肉質が異なる肥育牛において、発現遺伝子の網羅的解析を実施し、この差異から枝肉あるいは肉質へ影響を及ぼす遺伝子の探索を行う。さらに、肉質等へ影響を及ぼす候補となった遺伝子について、肥育ステージでの遺伝子の発現解析を実施し飼養環境との影響を評価する。得られた結果は適宜、学術論文等としてまとめ、成果の発表を行う。

今後は、放牧を取り入れた肉用牛肥育試験から得られたデータ及び試料の分析、解析を進める。肉用肥育牛の発育過程において骨格筋成長に関与する遺伝子の発現解析を実施し、これらと肥育ステージとの関連を明らかにすることで、枝肉形質、肉質等へ影響を及ぼす遺伝子の検討を行う。また、肉質等に影響を及ぼす遺伝子ついて網羅的探索を行う計画だが、そのための予備試験の実施とともに、文献情報からも候補となる遺伝子を探索する。平成32年度以降は、前年度までの分析、解析を継続するとともに、枝肉成績あるいは肉質が異なる肥育牛において、発現遺伝子の網羅的解析を実施し、この差異から枝肉あるいは肉質へ影響を及ぼす遺伝子の探索を行う。さらに、肉質等へ影響を及ぼす候補となった遺伝子について、肥育ステージでの遺伝子の発現解析を実施し飼養環境との影響を評価する。得られた結果は適宜、学術論文等としてまとめ、成果の発表を行う。研究計画は当初の予定通りに進捗したが、物品費及びその他の費用について当初の予定価格より安価に納入できたため、残額が発生した。残額は、次年度に繰り越し、研究のさらなる推進に向けて、次年度予算と合わせて執行を予定している。
国土空間データ基盤とランドサットTMデータの統合による都市緑地の評価手法の開発

緑環境を都市に回復するために、従来利用されていたランドサットTMデータを3次元的な地形データや土地利用・市街地情報・さらには国勢調査の調査区データなど、きわめて精度の高い属地データすなわち国土基盤情報と統合的に解析し、従来のリモートセンシングデータを用いた平面的解析では実現できなかった、新しい解析評価手法を確立する。その解析結果によって、都市の緑環境の活性度を評価して明らかにするだけでなく、都市的活動と関連させることによって、緑環境が活用できる条件があるのか否かを数値的な指標で表現し、縮退する都市の緑環境の再生のための資料を提供するための手法を開発すること。この研究によって得られた成果である解析手法は都市の緑環境の評価に限らず、途上国など緑の環境の回復が課題である地域など一般的な緑環境の評価に応用できる。このような背景のもとに、本研究では大きく分けて以下の3点を明らかにしてきた。また、これらにおける分析は全て、リモートセンシング技術と地理情報システム、それらをサポートするプログラミング技術を活用したものである。これらの分析を通じて、都市計画的見地からの緑環境評価を行い、その評価のためのシステム構築を行った。(1)土地利用分布状況の把握と手法の適用・土地利用とNDVI分布の経年変化(地形的条件を考慮)・形態指標の適用・平均連結度数の導入と適用(2)緑環境の特性把握・緑地減少の要因分析・緑地類型化による緑地特性の把握・空間相互作用モデルを応用した市街地分布影響モデルの導出と適用(3)緑環境評価のためのシステム開発・GISを用いた緑地環境評価システム緑環境を都市に回復するために、従来利用されていたランドサットTMデータを3次元的な地形データや土地利用・市街地情報・さらには国勢調査の調査区データなど、きわめて精度の高い属地データすなわち国土基盤情報と統合的に解析し、従来のリモートセンシングデータを用いた平面的解析では実現できなかった、新しい解析評価手法を確立する。(1)土地利用分布状況の把握と手法の適用・土地利用とNDVI分布の経年変化(地形的条件を考慮)・形態指標の適用・平均連結度数の導入と適用(2)緑環境の特性把握・緑地減少の要因分析・緑地類型化による緑地特性の把握・空間相互作用モデルを応用した市街地分布影響モデルの導出と適用(3)緑環境評価のためのシステム開発・GISを用いた緑地環境評価システム本年度は(1)対象地域の選定、(2)ランドサットTMデータと地形条件の2点を執り行なった。選定した都市は、福岡県福岡市、北九州市、大分県大分市である。解析を行なうにあたり、ランドサットTMデータの処理・加工を行なった。また、数値地図50mメッシュ(標高)から解析対象都市の地形データを抽出・加工し、標高と傾斜度データを解析に適用できるよう作成した。更に、今後の解析のために国土地理院発行の国土空間データ基盤(数値地図2500)の加工・処理(ベクターデータのラスターデータ化)を行なった。事前解析として、ランドサットTMデータより生成される、土地被覆分類図と植生活性度を示すNVIの指標を用いて、1987年から1998年までの期間を経年的に緑量の計測、緑地の集塊性と連担性の計測を行なった。いずれの都市も緑地や生産系緑地の減少は著しく、特に郊外へと伸びる幹線道路等の都市基盤との連動からか、緑地等の植生活性度が高い地点が減少し、市街化へと進む傾向が顕著に現われている地点の抽出ができた。これはNVIの変化の解析でも明らかになっており、都市内緑地の減少に伴い、植生活性度の低下が見受けられ、大規模に展開する緑地群の周辺でもこのような傾向があることがわかった。また、地形条件との関連性も明らかにしている。とりわけ、北九州市と大分市では、低標高、低傾斜度の地点での土地利用の変化が1987年から1998年にかけて現われており、既存の市街地から周辺の緑地や生産系緑地への市街地の展開が更に進むことを示す解析結果を得るに至っている。さらに、NVIや地形条件を考慮に入れた緑地分布評価のための新指標の開発も進めている。本年度は、前年度得られた研究結果をもとに、さらに以下の項目について研究を実施した。(1)ランドサットTMデータと都市活動との関連の解析(2)都市内緑環境の指標化と評価手法の確立国土数値基盤情報、ランドサットTMデータ、用途地域、人口などのデータをGIS(地理情報システム)上で統合的に展開させ、各種解析に利用できる形態へとデータのカスタマイズを行い、この処理により、従来煩雑に管理されがちであったデータを一元的に管理することに成功した。

また、新たに開発した土地利用分布特性の把握手法や、データの分類手法などを活用し、都市における緑地の分類を数量化理論より行った。この分類および結果から、都市内において緑地の減少傾向や市街地の拡散、さらには都市のインフラ(幹線道路、鉄道、インターチェンジ等々)が及ぼす土地利用の変移、特に緑地分布・変化の影響を明らかにすることが出来た。結果として、都心部(既成市街地)における土地利用変化分析の結果、都市基盤施設立地地点周辺の市街地増加態様が明らかになった。すなわち、緑地の減少とは市街地の増加に伴うものだけではなく、他の土地利用(例えば、生産系緑地)が市街化し、その変化が緑地減少へと派生しているということである。また、郊外については山間部に幹線道路網が整備され、その沿道から市街化が進み、最終的には地形的条件も含め、開発可能な地点へと市街地が拡散しているということも明らかになった。この結果は、都市の緑環境の活性度を評価して明らかにしただけでなく、緑環境と都市的活動との関連を明確に表しうる分析手法である。なお、緑環境の活用条件の指標化もこの結果から執り行った。本年度(最終年度)は、前年度得られた研究結果をもとに、さらに以下の項目について研究を実施した。(1)ランドサットTMデータと都市活動との関連の解析(2)都市内緑環境の指標化と評価手法の確立(3)緑環境や土地利用変化に及ぼす影響度の定量的分析手法の導入と適用(4)緑地環境評価システムの構築(5)緑環境の活用条件の指標化様々な要因を考慮して、緑地減少に変化を及ぼす要因を明らかにするために、数量化I類分析を用いて行った。結果として、緑地は存在する場所すなわち地形的条件や、緑地の持つ特性(植生の活性度や分布状況)などに大きく左右されることが明らかとなった。また、緑地分布地域を各要因別にの類型化し、その特徴を把握した。その結果を受けてさらにクラスター分析及び数量化III類分析により類型化を行い、市街化の進行速度と緑地分布量などから、今後緑地が減少する恐れのある地域や地点を特定し、特性を明らかにした。さらに、市街地が緑環境や植生へ及ぼす影響度を調査するための手法(モデル)を提案し、適用を行った。その結果として、緑環境や土地利用変化に及ぼす影響の測定を定量的に行うことができる手法であることを確認した。最後に、3年間実施した分析手法を、緑地環境評価システムとして地理情報システム(GIS)上で構築を行い、システム運用上の課題や問題点を整理した。最後に、都市内・外緑地の活用・再生の方向性及びその問題点を整理し、各分析を基に、緑環境の活用と再生の方向性を指針とともに示し、今後の問題点についても討議を行った。
台風の降水機構解明のための気球型雲微物理直接観測装置の開発研究

本研究では、台風の雲内部の微物理構造を安全かつ容易に直接観測できるような観測機器が現在存在しないという問題を解決するために、台風のような暴風雨時でも安全で容易に放球が可能な新型ビデオゾンデの開発を目的とした。本研究では測器の開発に重点をおき、その試験段階から実用段階にわたり、すでに進行している観測プロジェクト数度にわたり投入することで予算的にも時間的にも効率よく研究を進めることができた。ビデオゾンデセンサー本体の小型化は十分な台風の観測が行えるところまで到達し、用いる気球についても肉厚気球の利用にも目途がついた。これらを用いて台風の直接観測という次の段階に進む準備を整えることができた。平成25年度は、(1)小型化したビデオゾンデの降水雲への放球(観測プロジェクトへの参加と小型ビデオゾンデの投入)と(2)肉厚気球の係留気球への応用、ならびに(3)集中観測サイトの事前調査を行った。(1)小型化したビデオゾンデの降水雲への放球(観測プロジェクトへの参加と小型ビデオゾンデの投入):平成24年度に開発、改良した小型化したビデオゾンデを他の観測プロジェクトに持ち込み、その集中観測の一環として小型ビデオゾンデを放球し、良好なデータを得ることに成功した。参加した観測プロジェクトは科研費基盤研究S(代表:中北英一・京都大学)が実施した梅雨期の沖縄観測(※本研究代表者は研究分担者として参加)および宇宙航空券旧開発機構JAXAの受託研究として山口大学が参加した山形蔵王で実施されたGPM地上検証観測である。(2)肉厚気球の係留気球への応用:トーテックス社が製作した「破裂しにくい」通常の1.5倍の厚みをもった肉厚ゴム気球を、山形蔵王で実施された係留気球用のゴム気球に応用し、2000gのダブルバルーンを製作、実際の係留気球観測に用いることに成功した。(3)集中観測サイトの事前調査:本研究課題の最終目的は台風に伴う暴風雨へのビデオゾンデ放球である。本研究で開発・製作された小型ビデオゾンデやゴム気球を用いた集中観測プロジェクトを次年度以降の科研費において立ち上げるため、適したビデオゾンデ観測サイトの現地調査を実施した。24年度は、台風の暴風雨下でも放球可能な(1)ビデオゾンデセンサーの開発と(2)破裂しにくい気球の開発、ならびに(3)放球方法の検討を行った。(1)小型ビデオゾンデセンサーの開発:既存のビデオゾンデを大幅に小型化することに成功した。これまでのビデオゾンデは全長45cm、重量約1.5kgであったが、パーツの交換、組み換えなどを積極的に行い、全長29cm、重量約0.7kgと大幅な小型軽量化を行った。この小型ビデオゾンデを用いて、平成24年7月21日には京都大学防災研究所(京都府宇治市)において降水雲への放球に成功している。この試験放球の一部は科研費基盤研究S(代表:中北英一・京都大学)として実施されたもので、本研究で当初計画していたように、他のプロジェクトへの積極的な参加によって旅費や消耗品の節約に役立っている。(2)破裂しにくい気球の開発:強風時でも「破裂しにくい」気球の開発を行い、トーテックス株式会社に通常の1.5倍の厚みをもったゴム気球の製作を依頼した。この肉厚気球は種子島での宇宙航空研究開発機構との共同研究の際に試験放球し、十分な飛行高度、上昇速度を確認した。(3)放球方法の検討:暴風雨時の放球作業についてはできるだけコンパクトな作業空間が望ましい。本研究ではアルミバンなどのトラックやバンをビデオゾンデ観測ステーションとして利用することを検討した。検討は平成25年3月に沖縄本島において、科研費基盤研究S(前述)で実施したラジオゾンデの放球試験に本研究のアイデアをかぶせる形で実施し、改善の余地はあるものの概ね予想通りの結果を得ることができた。1年目に計画されていた開発事項(小型ビデオゾンデセンサーの開発、破裂しにくい気球の開発)については、モノづくりまで行うことができ、さらに実際に試験放球まで実施することができた点について、順調に進展していると考えている。また、放球方法の検討については、可能性を追求するための現場での実際の試験放球を実施することができたことが問題点を洗い出すという点でも大きな進展であったと考えている。さらに、これらについては科研費基盤研究S(代表:中北英一・京都大学)や宇宙航空研究開発機構の受託研究の中で行うことができた点についても、他の観測プロジェクトに積極的に参加し便乗するという当初の予定どおりに実施できたと考えている。

25年度は科研費基盤Sでの沖縄梅雨観測、大阪湾観測、宇宙航空研究開発機構との受託研究(種子島観測、蔵王観測)が実施される予定であり、これらに積極的に参加し、小型ビデオゾンデの性能の向上に努めるとともに、強風時の放球を考慮し、ゾンデ、気球、パラシュート、巻下器などを一体化したものを開発、試作、試験していきたい。具体的には、小型ビデオゾンデのハウジングの形状および材質を検討し、これまでの発泡スチロールからクッション性の高い材質への変更や、肉厚ゴム気球内へのパラシュート内蔵や巻下器の内蔵の検討をするとともに、他の観測プロジェクトでの試験放球を行う予定である。また、次のステップである、本研究で開発される観測システムを使った台風観測の準備として観測サイトの下見などを、特に九州南部を中心に行う予定である。小型ビデオゾンデの改良、試作ならびに肉厚気球とパラシュートの組み合わせのための消耗品の購入、さらにそれらを使った観測にかかわる費用(ただし他の観測プロジェクトに参加するので出費は必要最小限に抑えられる)、ならびに来年度以降の集中観測プロジェクトのための観測サイトの下見旅費に使用する予定である。24年度研究費のうち一部を持ち越した理由は、24年度に実施した小型ビデオゾンデの試験放球の結果をうけて、さらなる試作を行うことを予定していたが、試作にあたり必要になるパーツの入手が困難なことが判明したため、代替品の検討などに時間を要すると判断し、25年度に持ち越すこととした。25年度にはその問題を解決した上で小型ビデオゾンデの試作を行う予定である。
藻類由来の毒性物質および機能性小分子をプローブとした二枚貝致死の機構

新種渦鞭毛藻,ヘテロカプサ・サーキュラリスカーマが産生するカキなどの二枚貝に対して毒性を示す物質の化学構造と活性発現機構解明のため,毒性物質の分光学的手法による解析ならびに毒性物質の化学分解を行った。また,毒性物質の部分構造を有するトレーサー分子の合成に必要な立体化学を構築するために,立体選択的アルドール反応などを触媒する有機分子の創製や非対称化アセチル化による不斉炭素構築法の開発を行った。植物微細藻類である新種渦鞭毛藻,ヘテロカプサ・サーキュラリスカーマ(Heterocapsa circularisquama)(以下,ヘテロカプサ)は,瀬戸内海など日本近海で発生する赤潮プランクトンである。このヘテロカプサは,カキや真珠貝などの二枚貝に対してのみ特異的に毒性を示す。しかしながら,毒性物質ならび毒性発現機構の学術的な解明は未だなされていない。本研究は,ヘテロカプサの毒性物質および構造活性相関を基に創製した機能性低分子をプローブとして特異な生理活性の発現メカニズムの解明を行う。植物微細藻類である新種渦鞭毛藻,ヘテロカプサ・サーキュラリスカーマ(Heterocapsa circularisquama)(以下,ヘテロカプサ)は,瀬戸内海など日本近海で発生する赤潮プランクトンであり,カキや真珠貝などの二枚貝に対してのみ特異的に毒性を示す。本研究は,ヘテロカプサの毒性物質および構造活性相関を基に創製した機能性低分子をプローブとして特異な生理活性の発現メカニズムの解明を目的して,以下の実験を実施した。(1)構造活性相関に基づく活性発現に必須な化学構造の探索ヘテロカプサ藻体のブタノール可溶画分から,各種クロマトグラフィーを用いて,二枚貝致死活性物質として分子量約2,000の活性化合物,HTX-Bを単離した。このHTX-Bの官能基を調べた結果,分子中に4個のメチル基,2個の4級炭素,そして3個の二重結合が存在していることがわかった。さらに,3個の二重結合のうち,2個は末端二重結合であった。現在,これら二重結合に対して,トレーサーを導入した化合物の精製を行っている(2)立体化学を制御したトレーサー化合物の合成ヘテロカプサ藻体が産生する毒性物質に含まれる水酸基数を,核磁気共鳴スペクトルを用いて調べた。その28個の水酸基が存在することがわかった。水酸基の立体化学を制御したトレーサー分子の創製のために,アミノ酸,プロリン誘導体を有機触媒の開発を行った。現在,合成した有機触媒を用いて,毒性物質の部分構造を有する小分子の合成を行う予定。新種渦鞭毛藻,ヘテロカプサ・サーキュラリスカーマ(Heterocapsa circularisquama)(以下,ヘテロカプサ)に含まれるカキや真珠貝などの二枚貝に対して毒性を示す物質の構造と活性相関を行うために,その構造解析を行った。また,部分構造を構築するための触媒の合成と反応を行った。(1)構造活性相関に基づく活性発現に必須な化学構造の探索分子量約2,000の活性物質,HTX-Bに関しては,ヘテロカプサが産生する物質量の変動が激しく,また,分子量が培養時期によって変化することがわかった。現在までに,13C NMRスペクトルの詳細な解析とMSスペクトルの解析を行って,どの部分が変化するのかの特定を行っている。より詳細な構造を確認するために,今後,分子内にある二重結合に対する開裂反応を用いて小分子へと導き解析を行う予定である。(2)立体化学を制御したトレーサー化合物の合成毒性物質の分子内に多く含まれる水酸基の立体化学を制御したトレーサー分子の創製を目的として,Michael反応を選択的に触媒するプロリン誘導体ならびにアルドール反応を触媒するプロリン誘導体を合成した。特にMichael反応を触媒する際,5員環ケトンと6員環ケトンに対する反応性が異なっていたため,毒性物質に多く含まれる環構造のうち,6員環を核とした小分子の設計と合成を行う予定。さらに,選択的な水酸基の官能基導入を行うため,対称化合物に対するアセチル化による非対称化の検討を行った結果,市販のリパーゼを用いることによって,官能基選択的に非対称化できることを見いだした。新種渦鞭毛藻,ヘテロカプサ・サーキュラリスカーマ(Heterocapsa circularisquama)(以下,ヘテロカプサ)に含まれるカキや真珠貝などの二枚貝に対して毒性を示す物質の構造と活性相関を行うために,その構造解析を継続している。また,部分構造を構築するための有機触媒の合成と反応を行った。(1)構造活性相関に基づく活性発現に必須な化学構造の探索毒性物質として,これまでに見出している分子量約2,000の化合物HTX-Bについては,NMRおよびMSによる解析の他,分子内にある二重結合に対する解裂反応を行って,小分子への誘導を行った。現在,その解析を行うとともに,さらなる解裂反応を行うために,培養による必要な量の確保に努めている。

(2)立体化学を制御したトレーサー化合物の合成毒性物質の分子内に多く含まれる水酸基の立体化学の立体化学の決定および立体化学の違いによる活性相関を検討するため,立体化学を制御したトレーサー分子の創製を目的として,有機触媒を用いた直接的アルドール反応を利用した効率的なトレーサー分子の創製を検討した。これまでに,β-ホモプロリン誘導体として,新規有機触媒8種を合成し,それらの触媒を用いた場合の反応性について比較した。その結果,有機触媒中の水酸基の立体化学およびカルボン酸の存在によって反応収率および不斉収率が大きく変化することを見出した。最も効率的な有機触媒は,これまで知られているプロリンと同等もしくはそれ以上のエナンチオ選択性を示すことを見出した。新種渦鞭毛藻,ヘテロカプサ・サーキュラリスカーマ(Heterocapsa circularisquama)(以下,ヘテロカプサ)に含まれるカキや真珠貝などの二枚貝に対して毒性を示す物質の構造と活性相関を行うために,ヘテロカプサに含まれる毒性物質の単離・精製ならびにその構造解析を実施した。また,毒性物質の部分構造を構築するために,立体選択的な反応を触媒する有機触媒の創製と触媒能の検討を行った。(1)構造活性相関に基つぐ活性表現に必須な化学構造の探索ヘテロカプサに含まれる毒性物質として,分子量約2,000の化合物(HTX-B)と分子量約5,000の化合物(HTX-A)を対象化合物として,それらの効率的な単離・精製法の構築を行ってきた。特に,HTX-Aに関しては,有機溶媒に対する溶解性を利用することによって効率的に精製できることを見出した。今後,NMRおよびMSによる解析の他分子内にある二重結合に対する解裂反応による小分子への誘導等を行うことによって,全構造の解析を行う予定である。(2)立体化学を制御した小分子の合成毒性物質の分子内に多く含まれる水酸基の立体化学を決定する目的で有機触媒を用いた直接的アルドール反応を利用した効率的な小分子の創製を検討した。これまでに,様々な官能基で修飾することができる多官能基を有するβ-ホモプロリン誘導体を有機分子触媒として創製した。この新規有機触媒の反応性を検討した結果・水素結合を利用した立体制御を期待して導入した水酸基の立体化学が,アルドール反応の収率ならびに不斉収率に寄与しすることを見出した。また,反応の立体化学を規定する反応中間体を量子計算化学を利用して解析した。今後,反応溶媒の検討を行うことによって,より効率的な有機分子触媒の創製を行う予定である。
タイ熱帯季節林における森林火災と植生変遷

タイの熱帯季節林の植生変遷を、森林火災由来の炭化材と植物珪酸体の分析を用いて調べた。森林火災は少なくとも1万年前からタイの各地で発生したと考えられた。森林火災の発生頻度によって森林植生は変化し、火災の発生が多い地域では落葉フタバガキ林が成立しているが、火災が発生しなくなるにつれて混交落葉林から常緑林へと移り変わっていくものと考えられた。熱帯季節林は1万年前には現在よりも低緯度まで分布していたと推測された。本研究で用いた、樹木起源の植物珪酸体の分析は、過去の森林植生の変遷を研究する上で有効であった。今年度は,東北タイのSakaerat, Phu kao-Phuphan khamおよびPha taemの3地点で調査を行った.落葉林と常緑林および両者の境界付近にみられる落葉混交林において,1.5-2mの深さまで10cmごとに土壌を採取し,そこに含まれる植物珪酸体を調べた.同時に出土した炭化材から,各層位の年代測定を行った.何れの調査地においても,落葉林からは炭化材が得られ,その推定年代は最も古いもので現在から8000年以上前であった.落葉林との境界にちかい常緑林からも炭化材が得られたが,常緑林の中心部では今までの調査において炭化材は見出されていない.したがって,落葉季節林では8000年以上前まえから森林火災が発生しており,火災に対して耐性をもつフタバガキ科樹種を中心とした現在の森林植生が形成・維持されてきた可能性が高い.火災の発生以前にどのような植生があったのかは現在解析中であるが,現在とは異なり火災に対して耐性を持たない樹種で構成されたものであったと推定される.一方,現在残っている常緑林では火災がほとんど発生することなく,元のままの形で維持されてきた可能性が高い.また,落葉林と常緑林の境界付近に見られる落葉混交林の調査からは,過去において落葉林であったことをしめすフタバガキ科樹種の珪酸体が見出された.このことから,過去の森林火災の履歴に応じてこの地域の森林植生は,落葉林,落葉混交林,常緑林の3つが形成されるものと推定される.今年度は,落葉フタバガキ林の現在の南限に近い中部タイと,落葉フタバガキ林の分布していない南タイの2箇所において,過去の森林植生を明らかにする目的で植物珪酸体分析と炭化木片の年代測定のための試料採取を行った.中部タイPecthaburi周辺の落葉フタバガキ林と混合落葉林,および南タイTrang周辺の熱帯常緑林で森林土壌の調査を行った.タケの混じるPecthaburiの混合落葉林土壌から採取した炭化木片は,これまでで最も古い約1万年前の14C年代を記録した.最終氷期から間氷期に移行した直後から,この地域では森林火災が発生していたものと考えられる.一方,Trangの熱帯常緑林土壌から採取した炭化木片は,約9000年前の14C年代を記録した.この地域でもやはり古くから森林火災が発生していたことを示している.したがって,上記2つの場所ではかつては火災の発生しやすい落葉フタバガキ林が存在していたが,その後の温暖化とともに落葉フタバガキ林が北方に押しやられ,南から北上してきた混合落葉林や熱帯常緑林に置きかわった可能性がある.これについては,現在進めている,植物珪酸体の分析に基づいた樹種同定の結果を待たなければならない.落葉フタバガキ林は現在の南タイには分布してないが,落葉フタバガキ林を構成するフタバガキ科のShore siamensisはマレーシアの一部地域にも分布が確認されている.Trangでの調査結果と合わせて考えると,現在は中部タイ以北にしか分布していない落葉常緑林は,かつてはマレー半島の南部にまで分布を広げていた可能性が高い.北タイのパヤオ県南部Mae garの落葉林(MD1)およびチークを含む落葉林(MMT1,MMT2)の3ヶ所、およびチェンマイ県西部Wat Chanのマツ林(WP1)で現地調査を行った.それぞれの場所で地質層序の記載および、植物珪酸体分析用と放射性炭素年代測定用の試料の採取を行った.MD1地点において地上から深度1mまで記載し8試料採取した.同様に、MMT1地点は深度0.5mで1試料、MMT2地点は深度0.6mで7試料、WP1地点は深度1.1mで18試料、それぞれ記載と採取を行った.採取した炭化木片の^<14>C年代は,落葉林で4465年BP,チークを含む落葉林で2010年BP,マツ林では9030年BPで,最終氷期直後の古い時代から森林火災があったことを示していた.

湖沼堆積物の分析から同じ北タイのパヤオ県では同時期に森林火災があったことが確認されており,このことから北タイの広い範囲にわたって火災が発生していたことが伺われた.炭化木片を樹脂包埋して木口切片を作製し,光学顕微鏡で観察したところ,異なる特徴をもつ数種の広葉樹が確認された.道管や木部繊維は炭化してもその特徴を比較的よく残していたが,柔組織は収縮による変形が著しく,樹種同定を行うには光学顕微鏡切片のみでは樹種の特徴を十分に確認できなかった.同定のためには電子顕微鏡像を用いて細胞の微細構造の観察などを組み合わせる必要があることが示唆された