hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
「仮想データ」を用いたMRI撮像の高速化

上述した通り、限られた収集データから画像の正確なphase情報を推測することは極めて難しい。この目的達成のためには、現在よく使われている画像再構成のアルゴリズムを組み合わせることでは不充分であることがわかってきた。現在までのところ、本研究は正確なphase情報を抽出することに時間をかけてきたが成果がでておらず、これから先の研究に進展させることができていないため。本研究ではMRIにおいてデータ収集を一部しか行わず、残りのデータは収集されたデータから推測することにより撮像時間を短縮することを目的とした。「仮想データ」とはこの推測されたデータのことである。本研究にとって最も重要なのは、実際に収集されたデータからいかに正確に仮想データを求めるか、である。spiralやzigzagなどの特殊な軌道を使ってデータを収集した場合、アーチファクトの低下やSNRの上昇を観察できたものの、正確な画像のphaseを用いたとしても、再構成された画像で折り返しアーチファクトに類似したアーチファクトが残存した。これについては原因は判明しておらず、今後も引き続き解明に向けて検討を行う。Dixon法から発展したIDEAL法では、少しずつ撮像パラメータの異なる複数の画像が必要である。この画像再構成法において、実際に撮像された少数の画像のphaseから他のパラメータで撮像された画像のphaseを推測することにより、最終的に作られる画像の質が改善するかどうかを見るため実験を行った。その結果、再構成された画像ではSNRが顕著に上昇し、アーチファクトの残存も見られなかった。これらの実験を通し、仮想データの概念を実用化する場合、どのような画像再構成法にこの概念を適用するか、それを見極めることも重要であることがわかった。仮想データの概念は理論的にはすべての画像再構成法に応用できると考えるが、実際にはアーチファクトを出現させずに顕著に画質の向上に寄与できるのは、一部の画像再構成法なのかもしれない。今後は、どのようなアルゴリズムにおいて仮想データの概念が役に立つのか、研究を続けて行く。本研究ではMRIにおいてデータ収集を一部しか行わず、残りのデータは収集されたデータから推測することにより撮像の高速化を試みた。この推測されたデータを本研究では「仮想データ」と呼んでいる。限られた収集データから仮想データの正確性を向上させることは極めて困難であった。しかし、複数の画像が必要な再構成のアルゴリズムにおいて、実際に撮像された少数の画像とこれらから推測された画像をもとに新たな画像を再構成した。その画質は、実際に撮像された画像のみから作られた画像のそれよりも大きく改善していた。上述した通り、正規直交座標以外の特殊な軌道を使ってデータを収集した場合は、phase情報から仮想データを算出する方法自体に検討の余地がある。本来はどのような軌道を用いても正確なphase情報が得られれば正確な仮想データを計算できるはずである。
MAP2を標的とする内分泌攪乱物質による神経新生・再生異常の解析

これまで神経活動を制御する神経ステロイドは核内受容体に結合し、遺伝子転写を介してその作用を発揮すると言われてきた。それに対して本研究者らは別の2つの神経ステロイドの作用点を明らかにした。すなわち細胞膜上のG蛋白質連関型受容体を作用点とした細胞内情報伝達と微小管蛋白質MAP2を作用点とした微小管重合作用の存在である。さらに驚くべきことに、内分泌撹乱物質も同じ作用点をターゲットとし、神経ステロイドによる複雑な神経調節を混乱させるという仮説に行き着いた。そこで昨年度は、脳高次機能に重要な神経新生や再生と関連づけ、内分泌撹乱物質による「キレる」「注意欠陥多動症」といった精神行動異常についての研究を行い、ストレスにより脳内で変動する神経ステロイドがMAP2への結合を介して微小管重合を制御し、海馬神経細胞の樹状突起伸展を制御することを明らかにした。本年度はうつ病を含む気分障害についての研究を行った。うつ病における神経細胞の形態的変化として、海馬の樹状突起の萎縮が挙げられる。樹状突起の形態形成の分子基盤は、微小管とMAP2の相互作用による微小管重合である。学習性無力、強制水泳による強制うつ病モデルマウスの脳室内に神経ステロイドを投与し、抗うつ評価を行った。その結果、いずれのうつ病モデルにおいても脳室内に投与したプレグネノロンに有意なうつ改善効果が観察された。以上のように、注意欠陥多動症やうつ病などの神経線維の可塑的な変化にひとつの原因がある神経疾患に対して、微小管重合反応促進による症状改善が見込まれ、神経ステロイドなどMAP2に作用する物質が治療薬になる可能性が考えられる。これまで神経活動を制御する神経ステロイドは核内受容体に結合し、遺伝子転写を介してその作用を発揮すると言われていた。それに対して本研究者らは別の神経ステロイドの作用点として細胞膜上のG蛋白質連関型受容体からの細胞内情報伝達とMAP2蛋白質からの微小管重合作用の存在を明らかにし、さらに内分泌撹乱物質が作用点を共有することを示した。内分泌撹乱物質による「キレる」あるいは「注意欠陥多動症」といった精神行動異常のメカニズム解明を念頭に置き、研究を進めている。まず、精製したMAP2結合を介した微小管重合反応に対する神経ステロイドの反応性を解析した。ステロイド合成の出発物質であるプレグネノロン(PREG)は重合を促進するアゴニスト活性を示したのに対して、DHEAやテストステロンは重合を減少させる逆アゴニスト活性を持つことがわかった。またプロゲステロン(PROG)はPREGによる重合促進に対してアンタゴニストとして働き、各種ステロイドが複雑に微小管重合を制御していることが示唆された。一方で内分泌撹乱物質として知られるビスフェノールA、オクチルフェノール、メトキシクロル、フタル酸エステル(DEHP)などは単独では作用が認められなかったが、PREGの重合促進作用に拮抗し、アンタゴニスト作用を持つことがわかった。また、ノニルフェノールは逆アゴニスト活性を示した。次に単離したマウス海馬細胞の初代培養系を用いて、樹状突起をMAP2抗体による蛍光染色により観察したところ、PREG添加により樹状突起の数や長さの増加が観察され、PROGにより拮抗された。さらに、マウスの脳室内に投与したのち海馬の樹状突起をゴルジ染色で観察すると、PREGにより明らかに増加した突起をPROGが抑制した。以上より、神経ステロイドは微小管重合を調節し、環境ホルモンはそれを乱すことにより神経活動に影響を与えることが示唆された。
遷移金属ヒドリド錯体とペロブスカイト酸化物の融合による新規ヒドリド触媒の開発

再生可能エネルギーの一つである「水素」は、エネルギー変換や物質合成における鍵物質として、非常に重要な役割を果たしている。本研究では、ヒドリド種を含む金属酸化物が新規エネルギー輸送材料として近年発展している点に着目し、金属酸化物クラスター錯体と金属ヒドリド錯体を融合し、錯体化学的な視点による分子・原子レベルでの新規材料の理解に向けて研究を実施する。
ヒト癌抗原RCAS1による細胞周期停止の機構とその受容体の構造の解析

(1)RCAS1タンパクを種々のヒト細胞培養系へ添加すると、細胞周期の停止とそれに伴って細胞死が誘導されることを見出し報告した。本研究ではその機構に関して以下の事が判明した。まず、RCAS1の添加後、3から5分後に約70kDa(p70/RCAS1)の大きさの分子のチロシン・リン酸化が誘導された。そのチロシン・リン酸化は15分後には消失した。このp70/RCAS1のチロシン・リン酸化の直後よりサイクリンD3の転写因子の一つであるSP1の量的な減少が始まり、3から6時間後よりサイクリンD3特異的な量的減少が誘導された。さらにRCAS1タンパク添加後12時間後以降よりRb蛋白の低リン酸化分子の量的増加が誘導された。以上の経過を経て最終的に細胞周期の停止が誘導されることが強く示唆された。また、その他の細胞周期関連分子としてp27Kip1,p16INK4A, WAF1/CIP1,CDK2,CDK4,cyclin D2,cyclin Eの量的変化を検討したが変化は認められなかった事より、細胞周期の停止はSP1の量的減少に由来するものと推測された。現在、p70/RCAS1のチロシン・リン酸化とSP1の量的減少の関連を検討するために、p70/RCAS1蛋白分子の分離および同定を免疫沈降法とマス・スペクトロメーターを用いて検討している。(2)RCAS1レセプター分子をコードしている遺伝子の単離の試みリコンビナントRCAS1-GST蛋白をプローブとして、結合蛋白をレセプター陽性細胞であるHeLa細胞表面より免疫沈降させ、二次元電気泳動にて展開した。コントロール細胞等との比較にて、約25kDa前後に特異的なスポットを確認し、マス・スペクトロメーターにて解析したところ、最新のデータベースにおいても該当する分子を確定することができなかった。現在、このスポットをさらに分離し内部ペプチド配列の決定を試みている。
トーリック多様体論の位相幾何学的研究

トーリック多様体論をトポロジーの立場から展開した。トーリック多様体論では、「トーリック多様体」と呼ばれる代数幾何学の対象と「扇」と呼ばれる組合せ論の間に1対1の対応があることが知られているが、本研究では「トーラス多様体」またはもう少し一般に「トーラス軌道体」と呼ばれる位相幾何学の対象から「多重扇」と呼ばれる組合せ論の対象への対応を構成した。この対応は、トーリック多様体論における「トーリック多様体」から「扇」への対応の拡張になっている。この対応によって得られる多重扇はどの様なものであるかが基本的な問題であるが、トーラス軌道体から得られる多重扇を完全に決定することが出来た。さらに、トーラス多様体の指数やT_y種数など位相幾何学的不変量を多重扇の言葉で記述した。もう一つの基本的な対応として、モーメント写像の像として得られる組合せ論の対象として多重多面体という概念を導入し、凸体に対して知られているEhrhart多項式やKhovanskii-Pukhlikov公式を多重多面体に拡張した。トーリック多様体論では「トーリック多様体」と呼ばれる代数幾何の対象と「扇」と呼ばれる組み合わせ論の間に1対1の対応があることが知られているが、本研究では「トーラス多様体」と呼ばれる位相幾何学の対象から「多重扇」と呼ばれる組み合わせ論の対象へ対応があることを示した。さらに、トーラス多様体の位相幾何学的量(指数など)を多重扇の言葉で表した。また、多重多面体という概念を導入し、凸体に対して知られているEhrhant多項式やKhovanskii-Pukhlikov公式が、多重多面体に拡張されることを示した。
砕波帯における海浜地盤の動態解明への遠心力場からのアプローチ

沿岸域の砕波帯や波打帯における海浜地盤の安定性については不明な点が多い.特に地盤工学的な観点から検討された事例は少ない.そこで本研究では,応力依存性の高い地盤を対象に使用される遠心模型実験手法を本問題へ適用した.初めに,限られた装置能力やスペース内で効率的に造波できる装置を開発した.次いで,相似則について検討し, Modelling of models手法による遠心模型実験の有用性を示した.さらに,砕波した波に対する地盤の応答特性を調べた.沿岸域の砕波帯や波打帯における海浜地盤の安定性については不明な点が多い.特に地盤工学的な観点から検討された事例は少ない.そこで本研究では,応力依存性の高い地盤を対象に使用される遠心模型実験手法を本問題へ適用した.初めに,限られた装置能力やスペース内で効率的に造波できる装置を開発した.次いで,相似則について検討し, Modelling of models手法による遠心模型実験の有用性を示した.さらに,砕波した波に対する地盤の応答特性を調べた.本研究では,大型の遠心模型実験装置を実験ツールとして,地盤工学的観点に立って砕波帯における海浜地盤の動態について調べることを目的としている。遠心模型実験装置を用いて砕波現象と地盤応答を再現することは挑戦的な試みであり,初めに造波状態の確認や相似則の検討を行う必要がある。そこで平成25年度には,当初の計画どおり,以下の4つの課題「1)遠心力場での造波状態の確認,2)遠心力場での相似則の確認,3)動画画像解析,4)次年度のためのトライアル実験」について取り組んだ。1)については,既存の造波装置では造波できる波が限られるため,新たに造波板を平行移動させるピストン式の造波装置を開発した。この装置で遠心力場において省電力で作動することができるようになった。形成される波を計測し,それが造波理論に基づいて算定した値とほぼ合うことを確認した。2)については,異なる遠心力加速度場で結果を比較するModelling of models手法を用いて,砕波特性や地盤応答特性が遠心模型実験で再現し得ることを確認した。3)については,高速度カメラによって流体や地盤の動き撮影した。また,PIV手法による解析ツールも用意した。ただし,実験に適合したトレーサ粒子を導入することができず,画像解析については平成26年度への継続検討課題とした。4)については,平成26年度に実施予定の条件を変化させた実験のトライアル実験を実施した。上記の14)の課題によって,遠心模型実験における基本的な造波特性や,砕波特性,地盤応答特性の再現性を確認し,観測ツールも確立できた。これらのことは,平成26年度に実施する砕波帯における海浜地盤動態の検討の信頼性にとって重要かつ不可欠なことである。水理・地盤模型に遠心加速度を加えて実物スケールの海浜に相当する水圧・応力状態を再現し,砕波帯における海浜地盤での流体の動きや地盤自体の動態を調べた。特に,大型の遠心模型実験装置と耐G仕様の高画質・高速度カメラを活用したことが本研究の特徴である。初めに,造波手法の検証と遠心力場での相似則の確認を実施した。遠心力場での造波手法を検討した事例がほとんどなく,限られたスペースと電力での造波手法が課題であった。本研究では,カム機構を介した造波板とモータによる造波を行う方法を導入し,遠心地力場での造波方法を確立した。次いで,種々の遠心加速度場と寸法比での実験結果を比較するModeling of models手法によって,遠心力場における波浪の伝播特性と地盤応答特性に関する相似則の成立を確認した。さらに,一般的な砕波モデルとの比較を行い,遠心力場において砕波特性を再現できていることも確認した。なお,実験の観察には,耐G仕様の高画質・高速度カメラで撮影した画像や超小型間隙水圧計でのデータを用いた。高速度カメラでの土粒子の変位については,表層付近の漂砂の観察には成功したが,波浪による地盤内の変位量が微小であり,観察することは不可能であった。砕波帯における地盤動態を調べるために,波高や周期などの波浪条件や地盤条件などをパラメトリックに変化させて実験を実施した。遠心模型実験での模型は小型であり,パラメトリックに条件を変更する実験に適している。実験の結果,波高が大きく,周期が長く,土粒子の粒径が大きいほど,地盤内の間隙水圧が大きく変動し,波浪による水圧変動が地盤内部に伝播している特徴が整理できた。周期が長く,土粒子の粒径が大きいほど海浜の安定性が増すことが確認された。また,汀線からの位置によってその変動量に違いがあることも明らかとなった。地盤工学「研究実績の概要」にも示したとおり,平成25年度の検討課題は,以下の4つの課題「1)遠心力場での造波状態の確認,2)遠心力場での相似則の確認,3)動画画像解析,4)次年度のためのトライアル実験」である。この中で,3)の動画画像解析においては,適合したトレーサ粒子を導入することができず,平成26年度の検討課題とした。その他の課題に対しては順調に取り組め,「研究実績の概要」でも示したように,研究成果を残すことができた。また,研究成果の一部を論文集に投稿することもできた。このため,自己評価としては「(2)おおむね順調に進展している」とした。

「研究実績の概要」と「現在までの達成度」にも記したように,トレーサ粒子を用いた画像解析を実施することが平成25年度の研究からの継続課題である。これについては,トレーサ粒子だけでなく,色素による観察や撮影方法の工夫などを行い,引き続き検討を進める。検討にあたっては,模型実験における画像解析を専門とする研究者にも相談する。当初の計画どおり,平成26年度には地盤や波浪などの実験条件を変化させたパラメトリックな実験を実施する。特に,透水性の高い材料を地盤材料とした海浜の安定化手法のメカニズムや適用条件を検討する。砕波帯における海浜地盤の動態を解明するためには,1外力としての波浪の影響評価(波高,周期,来襲回数など),2初期海底面の勾配や形状,3地盤材料の透水性などの影響を考える必要がある。遠心模型実験おいて,これらの条件をパラメトリックに変化させて,多様な実験条件下での地盤動態を調べる。また,平成25年度と平成26年度の研究で得られた成果と総合的にとりまとめ,学術論文等に発表していく。
清代档案館資料によるユーラシア乾燥域の降水変動の復元研究

中国第一歴史档案館に膨大な清代の降水量データがあることを発見した。しかし、これらはいわゆる「降水量」ではなく、降雨後に土壌にしみこんだ雨水の浸透深が記録されたものであることが判明した。そこで、降水量と雨水浸透深との関係を現地観測や実験で調べ、档案館データから過去の降水量を復元した。その結果、清代の降水量の季節変化や分布状態は現在とほぼ同じであることや、19世紀前半から降水量が減少傾向にあることがわかった。しかし、近年の水不足は、降水量の減少という気候変化というよりは、水の分配という人為起源にあることを解明した。北京の中国第一歴史档案館に所蔵されている清代の档案資料を主として用いつつ、その他の機関に存在する档案資料をも参照しながら、ユーラシア大陸中央部の乾燥・半乾燥域における降水量変化等の環境変遷を、雪氷コア解析や年輪解析などと組み合わせて復元して、現在の状況と比較解析する。共同研究機関である中国科学院・寒区旱区環境与工程研究所と平成19年度平成22年度にわたる4年間の共同研究に関する協定書を締結した。協定書に従い、特に現地調査の予定地である中国西部にある黒河流域にある同研究所の管理する複数の観測点を視察し、予定している土壌水分分布の観測の適地候補を選定するとともに、委託するべき現地観測の担当候補者との面談や土壌試料の基礎的な物理的性質測定のための機器の所在や借用の可/不可など、来年度の観測計画立案の基礎情報を収集した。また、来年度の現地調査の概要についても、同研究所と協議した。国内においては、現地観測として実施すべき項目の検討を行い、特に日本人研究者が現地訪問時に実施する人工降水実験用設備を設計して製作した。このことにより、来年度の現地調査の準備がすべて調ったことになる。また、現在保有している档案館データの観測地域に該当する客観解析データを購入し、現在の降水量分布特性の解析に着手するとともに、保有している档案データの読み込みを開始した。数値データに関しては、統計解析用データベースの作成を開始するとともに、漢文データを読み解き、内容と数値データとの突合せ作業を始めた。さらに、本研究の結果として補正をおこなう档案館データの検証データとなる氷コアや年輪、湖底堆積物などのプロクシーデータに関する検討集会を開催し、今後必要な検証データの取得に関する検討を行なった。(1)復元予定の降水量変動を入力して、氷河変動モデルを介して氷河変動を復元し、はじめに入力する降水量データを検証することを予定している。そのために、黒河流域にある7-1氷河のモレーンより年代測定のための試料採取を実施した。分析に時間がかかっており、結果はまだ出ていない。(2)現地調査を実施し、黒河流域の水循環解析のための水試料を流域内の河川、湖沼、地下水等より採取した。中国側研究者を招へいして、持ち帰った水試料を共同で分析し、今後の水循環解析に供する。(3)同じく現地調査により、降水量と土壌水分量変化との相関観測を現地で実施したが、乾燥地のため、観測期間中降水があったのは一度だけであり、現地の共同研究者に観測の手法を伝えて、今後通年の観測を依頼した。また、現地にある種々の土壌を対象として人工降雨実験を行い、降雨量と雨水の浸透深との関係を導くための観測を行った。(1)昨年度実施した現地調査により、降水量と土壌水分量変化との相関観測をもとにして、降雨量と雨水の浸透深との関係を得ることができた。その結果、その関係には降雨強度はあまり影響がなかったが、土壌の違いが顕著に表れているため、今後は土壌の異なる場所による比較に力を入れる予定である。また、档案資料は日日データであるが、その時間分解能での解析は困難であり、やや時間スケールの長い解析が必要であること、またその場合は十分意味がある結果になること等が判明した。(3)また、復元結果と対応させるための氷コア解析を進め、出版発表した。(4)さらに、まだ降水量に変換されてはいないが、浸透深データと関連させつつ、対象流域を中心とする歴史復元研究を進め、その成果を国内外の学会等で発表するとともに出版公表した。(5) 2010年の8月に現地調査を行い、黒河流域、現地の研究者に依頼していた、降水量と土壌水浸透深との観測結果を回収するとともに、黒河中流域に特定の区域を設定して、地下水や河川水、降水等の水試料を採取して、今後その同位体解析を実施して水循環過程の解明を行うために我が国に搬入した。(6)档案資料の時期に対応する清代における災害資料(特に旱魃の記録)を整理して年表を作成し、梢案資料による降水量変動復元の後に対比を行うための準備を整えた。

この年表は流域の環境史に係る本の一部として出版予定である。(1)現地で行った降水量と土壌水分量変化との相関観測から得られた降雨量と雨水の浸透深との関係を用いて、清代における降水量の記録を復元した。その結果を用いて降水の季節変動パターンを現代の降水の季節変化パターンと比較した結果、両者には大きな違いは認められなかった。次に、清代における降水の地域分布の復元を行った。得られた降水量分布パターンを現代の降水量分布(APHRODITEデータセット:Asian Precipitation-Highly-Resolved Observational Data Integration Towards Evaluation of the Water Resources;対象期間:1951年2007年)と比較した結果、対象とする黒河流域及びその周辺地域においては、北東部や南西部を除き、おおむね良い一致が見られ、降水パターンについては時代によって大きく変化していないことが判明した。そこで、降水量の歴史的な時間変化を調べてみたところ、19世紀の前半から後半にかけて時代的に降水量が減少してきていることが明らかになった。このことは、氷コア解析から得られた降水量の変動傾向とも一致している。(2)上記の結果は、研究対象としている中央ユーラシアの乾燥地域に位置する黒河流域において、近年水不足が顕著になってきている一つの要因とも考えられる。しかし、同地域の水環境は、単に気候変動だけではなく、流域内における人為的な水分配政策にも支配されているため、中国政府の水施策(生態移民政策など)をも含めて検討する必要がある。そこで、過去の水環境の変化や最近の生態移民政策の実態の解析も合わせて実施した結果、特に近年の水不足は気候変動よりも人為的な影響が大きいことが判明した。(3)上記の結果を、学会誌や海外の国際学会、国内の学会などで発表した。さらに、一般用の書籍として刊行するとともに下記映像資料の日本語版を監修し、その上映などによっても公表した。DVD『エチナ生態移民へのインタビュー記録(日本語版)』17分版、37分版中尾正義(日本語版監修),丁平君(中国語版原作),2011年
固体中ディラック電子が生む新しい伝導現象の開拓

固体中ディラック電子のスピン輸送現象を線形応答理論と久保公式に基づき,理論的に研究した.円偏光を用いれば,完全スピン偏極電流が可能であることが示された.また,ディラック電子系では,スピンホール絶縁体が実現することも示された.驚くべきことに,このスピンホール絶縁体の表式は反磁性磁化率と全く同じもので記述されることが分かった.実験との協同により,30テスラまでの角度分解ランダウスペクトルは拡張ディラック模型で精確にフィットできること,および謎のピーク構造は双晶効果として理解できることを示した.本年度は当初の研究計画である(Bー2)ビスマスにおける定量的物性予測と,追加課題である(Aー3)スピンホール効果,(Bー3)ビスマスにおける"additional peak"構造の解明を行った.(Aー3)前年度は理想ディラック電子において,動的伝導度を用いてスピン偏極電流を得られることを見いだした.これを発展させ,本年度は静的伝導度においてスピン流の可能性を追求した.その結果,ビスマスでは非常に大きなスピンホール流が得られることを初めて見いだした.しかもそのスピンホール効果は,次のようにこれまで知られていない驚くべき性質を持っていることが明らかとなった.(1)キャリア数が少なくなるにつれ増大し,絶縁体領域で最大値をとる.そして,スピンホール絶縁体が実現する.(2)全てバンド間効果からの寄与で,バンド内効果の寄与はゼロ.(3)絶縁体では反磁性電流とスピンホール流の表式が厳密に一致する.(Bー2)前年度は12テスラまでの角度分解ランダウスペクトル測定の結果を解析した.本年度はさらに30テスラまでの測定結果を解析した.12テスラまでの解析で用いた質量テンソルの値を全く変更することなく,30テスラまでの測定をフィットできることが分かった.すなわち,30テスラという強磁場においても,ビスマスの電子状態は1電子状態で記述でき,強磁場中で大きくなると“信じられていた"電子相関の効果が一切見いだせないことを明らかにした.更に,15テスラ以上では伝導体と価電子帯の最低ランダウ準位間の混成効果が顕著になることも明らかにした.(Bー3)ビスマスでは,上記1電子状態で全く理解できない謎の"additional peak"構造が見つかっており,分数量子ホール効果などの可能性が議論されてきた.本研究では,その構造は,双晶からのピーク構造であったことを突き止めた.固体中ディラック電子のスピン輸送現象を線形応答理論と久保公式に基づき,理論的に研究した.円偏光を用いれば,完全スピン偏極電流が可能であることが示された.また,ディラック電子系では,スピンホール絶縁体が実現することも示された.驚くべきことに,このスピンホール絶縁体の表式は反磁性磁化率と全く同じもので記述されることが分かった.実験との協同により,30テスラまでの角度分解ランダウスペクトルは拡張ディラック模型で精確にフィットできること,および謎のピーク構造は双晶効果として理解できることを示した.固体中ディラック電子を用いた新しい伝導現象の理論的研究を行った.(Aー1)理想ディラック電子について,遷移行列要素を計算し,選択則を導いた.その結果,通常の軌道遷移の他にスピン遷移がスピン軌道相互作用によって新たに生まれることを明らかにした.(Aー2)得られた選択則に基づき,交流伝導度を久保公式を用いて計算した.通常の縦偏光を用いた光学伝導度ではスピン偏極した電流が得られないのに対し,円偏光を用いればスピン偏極した新種の電流が得られることを発見した.また振動数を調節すれば,100%スピン偏極した電流が得られることを明らかにした.(この結果はJ. Phys. Soc. Jpn.誌において発表した.)この電流はバンド間遷移のみによって生み出され,不純物にほとんど散乱されないことも明らかにした.これにより,直流では混成していた通常電流と微少散逸電流が交流によって完全に分離されることが分かった.この発見により,非磁性物質に光を照射することでスピン流を流す,新しいデバイス開発への道が切り拓かれた.この新奇メカニズムは,光で制御でき,散逸も少ないことから,デバイスの微少化,および省エネルギー化に大きな利点をもっている.(Bー1)従来のSBR模型では量子振動を理論解析するにあたり,高々±10度程度の角度範囲しか解析できなかった.最近の新しい実験に対応し得る,「拡張ディラック模型」を新たに考案した.この模型によって,強磁場および全方位磁場の量子振動を解析できる様になった.12テスラまでの角度分解ランダウスペクトル測定の結果を新しく導入した拡張ディラック模型を用いて解析し,有効質量やg因子など各種変数を同定した.全方向に対して非常に高精度で理論と実験が一致した.(なお,この結果はPhys. Rev. B誌ににおいて発表し,Editor's suggestionに選ばれた.)(1)当初目的としていたスピン偏極電流が確かに実現できることを明らかにしたのみならず,従来のスピン偏極度の理論限界である50%を大幅に超える100%のスピン偏極電流が達成できるメカニズムを考案した.(2)当初目的では,バンド間遷移による伝導度の割合をバンド内遷移に比べ(同程度に)高めることを目標としていた.今回明らかにした結果によれば,ほぼ100%がバンド間遷移となる様に振動数を調節できることが分かり,当初目標を大幅に超えた高い比率のバンド間遷移による微少散逸電流が得られる様になった.

(3)計画段階では次年度の計画であったビスマスの有効模型の構築,およびバンド構造の解析を今年度中に実施し,当初の目的を達成することができた.(Aー3:追加課題)前年度の研究で,動的伝導度(交流電流)においてスピン偏極電流が可能となることを発見した.次はこのスピン偏極電流が静的伝導度(直流電流)では実現可能であるかどうかについて研究を行う.(Bー2)これまでに12テスラまでの角度分解ランダウスペクトル測定の結果を解析してきた.次は更に30テスラまでの測定結果を解析し,より強磁場まで高精度で解析できる理論模型を完成させる.(Bー3:追加課題)実験で観測された「三次元分数量子ホール効果」を示唆するピーク構造の原因を究明する.現時点では,結晶の"双晶性"の観点から原因を突き止めることを考えている.より高精度の理論解析を実現する為,数値計算ワークステーション,およびその管理サーバー等を導入する.また,必要があれば,第1原理的視点からバンド構造を解析する為に,市販の第一原理計算アプリケーションを購入し,これを用いてビスマスのバンド構造を解析する.強磁場の角度分解ランダウスペクトルの結果を解析する為,測定を行っているパリ高等物理化学学校のグループを訪れ,共同研究を進める.
膵部分自家移植に関する臨床的研究

1.自家移植膵の内分泌機能に関する臨床的研究経静脈的アルギニン負荷試験時のインスリン及びグルカゴン分泌能は,本術式後には術前に比し有意な低下を示さない事が判明した。さらに移植膵のインスリン分泌は,移植後10分以内に移植前の動態に復する事,また移植膵のインスリン分泌能は,術中の6時間以内の虚血に影響を受けない事,ならびに術後急性期の糖代謝動態を表すMーValueが本術式では膵全摘術あるいは膵頭十二指腸切除術に比べ良好である事を観察し報告した.2.移植膵外分泌機能に関する臨床的研究移植膵の膵液量及びアミラ-ゼ排出量は術後2週間目まで漸増し,その後長期間一定値をとる事を明らかにした.また試験食負荷時の膵外分泌機能は,ソマトスタチン誘導体により容量依存性に抑制されることが判明した3.移植膵の病理組織学的研究剖検時の移植膵の検索では16例中11例に癌組織を認め,脾動脈に沿った再発形式の可能性が示唆された.本症例の生命予後は膵全摘症例と同等である事を観察し報告した.Performance Statusは本術式後には膵全摘術後に比し良好である事が判明した.また独自に作成した14項目の構成要素からなる面談聞き取り調査により,無再発症例は再発症例に比べ良好なQOLを示す事が示唆された.今年度においては,放射線照射の該当症例が少なく,未だその効果を検討するに到っていないが,上記のごとく,新たに膵液分泌抑制を目的とするソマトスタチンの投与が移植膵内外分泌機能に及ぼす影響を検討した.1.自家移植膵の内分泌機能に関する臨床的研究経静脈的アルギニン負荷試験時のインスリン及びグルカゴン分泌能は,本術式後には術前に比し有意な低下を示さない事が判明した。さらに移植膵のインスリン分泌は,移植後10分以内に移植前の動態に復する事,また移植膵のインスリン分泌能は,術中の6時間以内の虚血に影響を受けない事,ならびに術後急性期の糖代謝動態を表すMーValueが本術式では膵全摘術あるいは膵頭十二指腸切除術に比べ良好である事を観察し報告した.2.移植膵外分泌機能に関する臨床的研究移植膵の膵液量及びアミラ-ゼ排出量は術後2週間目まで漸増し,その後長期間一定値をとる事を明らかにした.また試験食負荷時の膵外分泌機能は,ソマトスタチン誘導体により容量依存性に抑制されることが判明した3.移植膵の病理組織学的研究剖検時の移植膵の検索では16例中11例に癌組織を認め,脾動脈に沿った再発形式の可能性が示唆された.本症例の生命予後は膵全摘症例と同等である事を観察し報告した.Performance Statusは本術式後には膵全摘術後に比し良好である事が判明した.また独自に作成した14項目の構成要素からなる面談聞き取り調査により,無再発症例は再発症例に比べ良好なQOLを示す事が示唆された.今年度においては,放射線照射の該当症例が少なく,未だその効果を検討するに到っていないが,上記のごとく,新たに膵液分泌抑制を目的とするソマトスタチンの投与が移植膵内外分泌機能に及ぼす影響を検討した.
2波長ピコ秒赤外超解像顕微鏡の開発と単一細胞への応用

新規な赤外顕微分光法を開発に成功した。これは、従来振動緩和の研究手段として用いられていた過渡蛍光検出赤外分光法をレーザー顕微鏡に応用したものである。第1の赤外レーザー光によって特定の振動に赤外励起した分子のみを第2の可視レーザー光により選択的に電子励起することで生じるS1からの蛍光(過渡蛍光)を検出する。この時、過渡蛍光は赤外光と可視光の重なり部分でのみ発生する。赤外光および可視光はそれぞれの波長に依存する回折限界以下に集光できないが、重なり部分の過渡蛍光発生領域は原理上、可視光の回折限界まで収縮可能である。即ち、赤外の振動情報を可視光の回折限界に依存する空間分解能で取り出す赤外超解像顕微分光が実現可能である。ローダミン6G溶液を用いて赤外超解像顕微分光の原理検証実験を行い、溶液において赤外の回折限界を遥かに凌駕した赤外超解像の観測に成功した。さらに、赤外超解像顕微鏡法が微小試料や細胞に適用可能かどうかも検証した。まず、微小試料として蛍光ビーズを取り上げ赤外超解像法を適用した結果、明瞭な過渡蛍光の観測に成功した。過渡蛍光像から空間分解能を見積もったところ、1-colorの蛍光像と赤外超解像がほぼ同じ空間分解能(6.8μm)で観測されていることが分かった。これは、赤外超解像の空間分解能が可視光で決まり、赤外の影響はほとんどないことを意味している。また、実験時における赤外の回折限界(16.6μm)で蛍光強度をシミュレーションした結果より、実測値は遙かに高分解能である。即ち、赤外の回折限界を突破した赤外超解像である。さらに、時間分解測定、波長依存測定、赤外波長の長波長化といった赤外超解像顕微鏡法の性能評価を行うと共に、この手法をシロイヌナズナの根毛細胞に適用し、細胞への応用の有効性も実証することに成功した。我々は本研究において、種々の蛍光性分子に対する過渡蛍光検出赤外分光法による振動緩和ダイナミックスの研究を行い、これに単一細胞へ適用可能な2波長ファーフィールド赤外超解像顕微鏡法の原理を検証することを目的としている。従来の赤外顕微分光では、赤外光を試料へ集光し、透過もしくは反射率変化をモニターする。この時の空間分解能は、赤外光の集光スポットサイズで決まるが、その大きさはレンズのNAと波長で決まる回折限界により制限される。即ち、回折限界以下に集光することは物理的に不可能であり、3μm(NA=0.6、波長3μmのときの回折限界)の壁を超えるのは極めて困難である。一方、我々の提案する赤外顕微分光法は、赤外の回折限界を遥かに凌ぐ分解能を有する可能性を秘めている。過渡蛍光検出赤外分光法は、従来振動緩和の研究手段として用いられているものであり、第1の赤外レーザー光によって特定の振動に赤外励起した分子のみを第2の可視レーザー光により選択的に電子励起することで生じるS_1からの蛍光(過渡蛍光)を検出する分光法である。赤外光および可視光はそれぞれの波長に依存する回折限界以下に集光できないが、この重なり部分の過渡蛍光発生領域は原理上、可視光の回折限界まで収縮可能である。

即ち、赤外の振動情報を可視光の回折限界に依存する空間分解能で取り出す赤外超解像顕微分光が実現可能である。平成16年度は、ピコ秒赤外光及び紫外光を同時に用い赤外励起分子に由来する過渡蛍光を測定することで波長が3μm領域の赤外光に対して回折限界の半分以下の過渡蛍光像を観測した。即ち、光の回折限界を突破した空間分解能を有する超解像赤外顕微鏡法の原理検証実験に成功した。本特定領域研究プロジェクトにおいては、赤外吸収の空間分布を、細胞のサイズ以下のサブミクロンでマッピングし、その時間的な変化を追跡できる2波長ピコ秒赤外超解像顕微鏡法の開発を行う。この実現のために1)種々の蛍光性分子に対する過渡蛍光検出赤外分光法による振動緩和ダイナミクスの研究を行い、これに基づき2)2波長ファーフィールド赤外超解像顕微鏡法の原理を検証し、単一細胞への適用を可能とする方法論の提示を目的とする。平成16年度までにローダミン6G溶液に対して過渡蛍光検出赤外分光法を実行し、振動緩和・振動冷却ダイナミックスの観測に成功した。平成17年度は、前年度に引き続き、過渡蛍光検出赤外分光法による振動緩和・振動冷却ダイナミックスの研究を継続すると同時に、ピコ秒波長可変レーザーを光源とする赤外顕微分光システムの構築を行った。赤外光の導入により、顕微鏡部分も赤外光用の特別仕様になるため、顕微鏡部の新たな設計・製作も行った。構築したシステムで顕微分光が可能であるかどうかの検証は、ローダミン6G溶液を用いて行った。その結果、構築した顕微システムは、極めて高感度に微小空間からの過渡蛍光を検出可能であることを実証した。さらに、この顕微分光システムを用いて蛍光ラベラーとして用いられる蛍光ビーズに対して赤外超解像法を適用した結果、赤外(3300nm)と可視(621nm)の両方を同時入射した場合にのみ蛍光像が観測され、微小試料における過渡蛍光の観測に成功した。また、赤外波長依存性を測定し、蛍光ビーズにおいても過渡蛍光は赤外振動励起準位を経由する二重共鳴信号であることを併せて確認した。我々の開発した赤外顕微分光法は、従来振動緩和の研究手段として用いられる過渡蛍光検出赤外分光法をレーザー顕微鏡に応用したものであり、第1の赤外レーザー光によって特定の振動に赤外励起した分子のみを第2の可視レーザー光により選択的に電子励起することで生じるS_1からの蛍光(過渡蛍光)を検出する。この時、過渡蛍光は赤外光と可視光の重なり部分でのみ発生する。赤外光および可視光はそれぞれの波長に依存する回折限界以下に集光できないが、この重なり部分の過渡蛍光発生領域は原理上、可視光の回折限界まで収縮可能である。平成17年度までに、我々はローダミン6G溶液を用いて赤外超解像顕微分光の原理検証実験を行い、溶液において赤外の回折限界を遥かに凌駕した赤外超解像の観測に成功した。平成18年度は赤外超解像顕微鏡法が微小試料や細胞に適用可能かどうかを検証した。微小試料として蛍光ビーズを取り上げ、赤外超解像法を適用した結果、明瞭な過渡蛍光の観測に成功し、本顕微鏡法の有効性を示した。過渡蛍光像から空間分解能を見積もったところ、1-colorの蛍光像と赤外超解像がほぼ同じ空間分解能(6.8μm)で観測されていることが分かった。これは、赤外超解像の空間分解能が可視光で決まり、赤外の影響はほとんどないことを意味している。また、実験時における赤外の回折限界(16.6μm)で蛍光強度をシミュレーションした結果より、実測値は遙かに高分解能である。即ち、赤外の回折限界を突破した赤外超解像であることを明らかにした。
精神科における患者‐看護師間の対立状況を解決するコミュニケーションスキルの開発

この研究には13医療機関33病棟の看護師278名が参加した.対立は日勤帯のナースステーションで最も多く発生し,病院や病棟が患者に求める規則が対立の主な要因となっていた.看護師が患者に対して以下のような対応をした時,両者に多くの対立場面が生じていた.1規則やケアの原則を機械的に患者に説明する.2患者のリクエストを傾聴する姿勢を示さない.3看護師が患者に同じ内容を頻回に説明する.4看護師が患者に強い口調で強引に指示する.看護師が対立場面を解決することに失敗した場合,患者からの看護師に対する言語的暴力,身体的暴力,セクシュアルハラスメント,援助関係の破綻を招いていることがわかった.本研究2年目(平成24年度分)の実績を以下に述べる.(1)質問紙の最終的な回収結果1プレテストに精神科病院(単科)3施設の調査協力が得られ,延67名の看護師が調査に参加した.2精神科病棟を有する総合病院6施設のうち4施設の調査協力が得られ,延44名の看護師が調査に参加した.3精神科病院(単科)14施設のうち8施設の調査協力が得られ,延197名の看護師が調査に参加した.結果,23の調査に参加した看護師505名に質問紙を配布し,241名から回答が得られた(有効回答率が47.7%).この有効回答率は,1のプレテストで得られたものとほぼ同率で見込み通りであった.350件前後の有効回答数を得るために,青森県外の精神科病院(単科)1施設からの協力を得ることができた.これを加えて,全体としては545名の看護師のうち278名からの回答が得られた(有効回答率51.0%).さらに,プレテストに参加した看護師67名を加えた345名から得られた質問紙が本研究の分析対象となる.質問紙調査に参加したのは,最終的に総合病院及び精神科病院の16施設36病棟であった.(2)資料の集計及び分析345件の分析は現在進行中である.概ね,患者-看護師間の対立状況が発生している場所・時間・内容についてはデータ入力が終了し現在分析を進めている.先のプレテストのデータ分析から得られた対立状況での「看護アプローチの諸形態」を下敷きに,345件それぞれにこれらの分類が適用できるかどうか,その妥当性を検討する作業に入りつつある.(1)最終的に分析対象となった質問紙(分析可能な対立場面総数):総合病院精神科病棟4施設、単科精神科病院9施設(うち1施設は青森県の隣接県)合計13施設から調査協力が得られ質問紙が回収された.最終的に265件が分析可能な対立場面総数と認められた。(2)対立場面の発生した場所・時間・状況を分析したところ,1対立場面が発生した場所:発生件数の多い順に[病室(82)][デイルーム(70)][ナースステーション(44)][廊下(29)][保護室(23)]があげられ,全体の93.5%を占めた.2対立場面が発生した時間帯:発生件数の多い順に[日勤帯(172)][準夜勤帯(58)][深夜勤帯(29)]があげられた.全体の64.9%が日勤帯で発生していた.3対立の要因となった場面状況(エピソード):対立が発生した場所に応じて多様なエピソードがあげられた.なかでも多くが服薬・金銭・私物・嗜好品・携帯電話・喫煙・病棟規則・隔離の解除・入浴など病棟管理や規則をめぐり対立した場面が報告された.主な対立場面107件中,管理問題(病院・病棟)をめぐる対立場面が71件を数え66.3%を占めた.(3)収集された対立状況の事例を参考に,『行動制限最小化,暴力,人権に関する取り組み』(平成25年9月,山形県鶴岡病院73名参加)の講師を担当し,対立場面の解決策として精神科臨床での経験年数別に演習を行った.若手看護師10名(経験1・2年)と熟練看護師10名(経験15年以上)のグループでは,提供された対立場面の理解と多様性,また対立状況を解決する具体策とその根拠に違いが認められた.また,『看護と受容的態度』(平成25年12月,下伊那赤十字病院看護部12名参加)の講師を担当し,同じく対立場面の事例演習を行った結果,熟練看護師と若手看護師では対立状況のアセスメントと解決策に臨床経験による違いが認められた.この研究には13医療機関33病棟の看護師278名が参加した.対立は日勤帯のナースステーションで最も多く発生し,病院や病棟が患者に求める規則が対立の主な要因となっていた.看護師が患者に対して以下のような対応をした時,両者に多くの対立場面が生じていた.1規則やケアの原則を機械的に患者に説明する.2患者のリクエストを傾聴する姿勢を示さない.3看護師が患者に同じ内容を頻回に説明する.4看護師が患者に強い口調で強引に指示する.看護師が対立場面を解決することに失敗した場合,患者からの看護師に対する言語的暴力,身体的暴力,セクシュアルハラスメント,援助関係の破綻を招いていることがわかった.本研究初年度の研究実績を,以下の4項目に沿って述べる.

(1)文献検討:本研究のテーマである患者-看護師間の対立場面を扱った研究は少ない.川村(2002)は,患者への呼びかけ・注意・説得が患者との対立と衝突(暴力)の要因になっていること,また,安永(2006)は患者の暴力の引き金となった要因には,注意・促し・呼びかけ・説明・説得があると指摘している.これらの研究はケア場面での患者-看護師間のコミュニケーションのずれや行き違いに問題があると指摘している.欧米での研究も同様で,Nijmanら(1997)は患者との対立が多く観察される治療手続き・病棟規則・行動制限などの場面で,事前に適切な情報提供を患者に行えば暴力のリスクを減少できるとしている.さらに,Ward(1995)はケアのプロセスで患者との対立が観察されることから,こうした現象を"Care Confrontations"と称し記述している.いずれの研究も,精神科臨床のどのような場面で患者-看護師間に対立が生じているのか,その具体的な状況や場面の収集と分析・解釈が重要であることを意味している.(2)質問紙の作成:上記の文献検討を経て,精神科病棟のどこで(場所)・いつ(時間)・どんな(内容)対立場面がどのように(状況)発生しているのか,これらを明らかにする質問紙を作成した.(3)倫理委員会申請:研究計画書とアンケート調査用紙を添付し,弘前学院大学倫理委員会に本研究の倫理審査申請書を提出した.平成23年11月26日付で「承認」の結果が研究代表者に通知された.(4)アンケート調査の実施:平成23年12月下旬から青森県内20精神科病院,総合病院精神科病棟,県外精神科病院3施設にアンケート調査への協力可否を伺い,協力可と回答のあった15施設(32病棟)にアンケート用紙を配布した.回収(51.0%),有効回答率(97.3%)であった.(1)平成24年度の達成度当初予定していた平成24年度の研究課題は達成途中でにあり,現在もデータ分析は継続中である.分析作業にやや遅れが生じているのは,研究代表者(岡田実)が平成23年9月で所属大学が弘前学院大学から長野県看護大学に移ったことによる.現在,新たに所属した大学で研究分担者を追加(長野県看護大学精神看護学分野:森野貴輝助手)し分析作業を継続している.(2)平成23年度の研究成果プレテスト得られたデータなどを基礎に,既にいくつかの研究成果が得られている.これらを基に,本研究調査に参加してくれた精神科病院での院内研修の講師を担当する機会を2回得た.これまで精神科看護実践においては暴力に対処するという視点が主流だったのに対して,本研究は,暴力が発生する前段階で見られる対立状況において,問題解決を図り暴力を未然に防止するという立場をとっている.職員研修において本研究の一部を紹介した結果,本研究の視点が受け入れられる感触をつかんだ.1青森県立つくしが丘病院主催,職員研修講師,テーマ:『精神医療の現場における暴力の問題ー暴力への対処策から防止策へ(1)』(参加者52名,6月28日)2青森県立つくしが丘病院主催,職員研修講師,テーマ:『精神医療の現場における暴力の問題ー暴力への対処策から防止策へ(2)』(参加者48名,7月13日)(1)平成23年度の達成度:当初予定していた平成23年度の研究課題は,初年度研究では上記の(1)(3)まで達成した.アンケート用紙の配布・回収・分析は平成24年度の研究課題であったが,プレテスト(67件)と本テスト(278件)の合計345件のアンケートが収集された.当初,プレテストの回収率が51%であったため,有効回答数300件を確保するには500名以上の精神科看護師がアンケートに参加する必要があった.結果,545名の精神科看護師の参加が得られ予定を上回る345件のデータが得られた.
開放系大気ＣＯ２増加および温暖化がイネ品種の子実成長と玄米品質に及ぼす影響

大気CO2濃度増加と温暖化がイネの玄米品質に及ぼす影響を明らかにする目的で、茨城県つくばみらい市の農家水田において実施している開放系大気CO2増加(FACE)実験区内にて群落表面温度を開放系で増加させる温暖化実験装置(T-FACE)を用いた加温処理を平成28、29年度の2ヵ年行った。今年度は、過去2ヵ年のデータの解析を進めるとともに、結果の取りまとめを行った。その結果、200ppmのCO2濃度増加により収量は平均15%増加したが、約1.6°Cの群落加温処理によりその増加は3%に低下した。この収量増加率低下の主要因は、稔実および登熟の低下であることが分かった。玄米の外観品質においては、CO2濃度の増加により白未熟粒率が増加し、整粒率は平均16%低下した。さらに加温処理が加わることにより、整粒率はさらに低下し、平均23%の低下となった。これらの結果より、高CO2と温暖化の相互作用は収量および品質のどちらにも負の影響を及ぼし、今後の対応が必要であることが示唆された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。高CO2と温暖化がイネの収量および品質に及ぼす影響の相互作用を明らかにする目的で、茨城県つくばみらい市の農家水田において開放系大気CO2増加(FACE)実験を行った。さらに、高CO2と温暖化との相互作用を調査するために、FACE実験区内において群落表面温度を開放系で増加させる温暖化実験装置(T-FACE)を用いて加温処理を行った。高CO2処理は今世紀中ごろに到達すると予測される外気+200ppmの設定とし、移植から収穫までの生育期間を通して行った。一方、温暖化処理は温度依存性の高い生育ステージである出穂期から3週間の9時-15時とし、外気温+2°Cの設定で行った。その結果、200ppmのCO2濃度増加によりイネの収量は23.7%増加したが、温暖化処理との組み合わせでは収量増加が1.3%まで減少し、ほぼ高CO2の増収効果が消失し、5%水準で統計的有意な高CO2と温暖化との相互作用が検出された。収穫指数(穂重/地上部重)、登熟歩合および玄米千粒重においても収量と同様の結果が得られた。特に登熟歩合は、収量応答における高CO2と温暖化との相互作用の主要因であり、高CO2により11%ポイント上昇する一方、高CO2と温暖化との組み合わせにより3%ポイントの上昇に留まった。さらに、未登熟であった籾を調査したところ、高CO2と温暖化により不受精および初期発育停止の籾が増加していることが判明した。なお、玄米品質に及ぼす高CO2と温暖化の相互作用については次年度に分析調査を行う予定である。つくばみらいFACE実験施設において開放系大気CO2増加実験および温暖化実験を行い、出穂期以降に異なる着生位置のモミのサンプリングを行ったことから、研究は計画通りに進捗している。次年度は取得したモミサンプルの分析を中心に研究を進める予定である。大気CO2濃度増加と温暖化がイネの玄米品質に及ぼす影響を明らかにする目的で、茨城県つくばみらい市農家水田において開放系大気CO2増加(FACE)実験を行った。さらに、FACE実験区内において群落表面温度を開放系で増加させる温暖化実験装置(T-FACE)を用いて加温処理を行った。高CO2処理は今世紀中頃に到達すると予測される外気+200ppmの設定とし、移植から収穫までの生育期間を通して行った。一方、加温処理は温度依存性の高い生育ステージである出穂期から3週間の915時とし、外気温+2°Cの設定で行った。その結果、高CO2は、無加温区、加温区において整粒率をそれぞれ9、16%ポイント低下させた。整粒率低下の主要因は、基部未熟粒および腹白粒の増加であった。加温処理のみによっても基部未熟粒および腹白粒は増加したが、その程度は高CO2処理のそれよりも小さかった。高CO2処理と加温処理が基部未熟粒および腹白粒の増加に及ぼす影響は相加的であり、対照区と比較して高CO2・加温処理は、基部未熟粒を17%ポイント増加させた。加温処理自体は玄米の窒素濃度に影響を及ぼさなかった。一方、高CO2処理では玄米の窒素濃度は低下し、これにより基部未熟粒が増加したと考えられた。玄米の窒素濃度への影響には、高CO2処理と加温処理の間に相互作用が認められ、高CO2処理による玄米窒素濃度の低下は、加温処理により軽減されることが分かった。昨年度に得られた収量への影響を考慮すると、温暖化は大気CO2濃度の増加による玄米外観品質の低下を軽減するが、その一方で大気CO2濃度増加との相互作用により増収効果を打ち消すと考えられた。つくばみらいFACE実験施設において開放系大気CO2増加実験および温暖化実験を行い、イネの収量に及ぼす影響を調査した。今年度は、取得したモミサンプルの品質分析を進め、大気CO2濃度の上昇と温暖化が玄米品質に及ぼす影響を明らかにし、研究は順調に進捗している。大気CO2濃度増加と温暖化がイネの玄米品質に及ぼす影響を明らかにする目的で、茨城県つくばみらい市の農家水田において実施している開放系大気CO2増加(FACE)実験

区内にて群落表面温度を開放系で増加させる温暖化実験装置(T-FACE)を用いた加温処理を平成28、29年度の2ヵ年行った。今年度は、過去2ヵ年のデータの解析を進めるとともに、結果の取りまとめを行った。その結果、200ppmのCO2濃度増加により収量は平均15%増加したが、約1.6°Cの群落加温処理によりその増加は3%に低下した。この収量増加率低下の主要因は、稔実および登熟の低下であることが分かった。玄米の外観品質においては、CO2濃度の増加により白未熟粒率が増加し、整粒率は平均16%低下した。さらに加温処理が加わることにより、整粒率はさらに低下し、平均23%の低下となった。これらの結果より、高CO2と温暖化の相互作用は収量および品質のどちらにも負の影響を及ぼし、今後の対応が必要であることが示唆された。昨年度のFACE実験およびT-FACE実験で得られた玄米サンプルについて、外観品質、品質関連形質、成分分析等を行い、高CO2および高温の影響およびその相互作用を調査する。さらに、昨年度に引き続きFACE実験およびT-FACE実験を行い、出穂期以降定期的に異なる着生位置のモミのサンプリングを行う。これまでのFACE実験およびT-FACE実験より、高CO2および高温がイネの収量および玄米品質に及ぼす影響について結果を取りまとめ、論文として投稿する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。