hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
深撮像データを用いた低光度活動銀河核の系統的探査およびブラックホール降着流の研究

すばる望遠鏡HSC-SSPサーベイデータ中に含まれる既知のAGNの光度変動の時系列データの解析、および光度変動を用いた未同定AGNサンプルの発見法の検討を行った。分光同定AGNサンプル約1000天体の光度変動を調査することで、本研究で目的とする低光度AGNが実際にHSCモニタリング観測データで検出可能であることが明らかになった。初期成果は研究会等において発表しており、最終年度には研究成果の論文化を目指す。HSCサーベイデータの解析とは独立に、独自に取得した観測データ、および他のサーベイ観測データを用いた時間変動天体現象の研究を行った。1.木曽観測所1メートル口径シュミット望遠鏡による超新星探査(Kiso Supernova Survey, KISS)によって2015年9月に我々が発見した超新星KISS15sについて、3年間の追観測を実施した結果を論文発表した。可視-赤外線のモニタリング観測によって、KISS15sが超新星爆発直前の数十年間にわたって非常に大きな質量放出を経験していたことが明らかになり、大質量星の進化の最終段階における未知の物理過程の存在を示す証拠を得た。2. 2000年代に非常に大きな光度変動を示した近傍AGN Mrk590について、Sloan Digital Sky SurveyやMAGNUM projectといった過去の可視-赤外線サーベイ観測データを収集・再解析し、AGNに付随する高温ダスト成分の時間変化を調査した。観測データの再解析により、Mrk590は2000年-2001年の1年間という非常に短い時間スケールで10-50倍程度AGN光度が変動する特異な現象を示していたことが明らかになり、そのような光度の変化に追随して大量のダスト粒子の凝縮生成が生じた可能性があることがわかった。今年度は、初年度にはハワイの悪天候や望遠鏡トラブルなどの影響で完了しなかったすばる望遠鏡HSCサーベイによるCOSMOS領域の時間変動観測が終了し、予定通りCOSMOS領域における既存の分光同定AGNの光度変動の統計的性質を調べることができた。COSMOS領域のX線-電波の多波長観測データとHSC-SSPによる時間変動観測データを組み合わせることで、未同定の低光度AGNを効率的に検出するアルゴリズム・ソフトウェアの開発を開始する。本研究で考案したAGNサンプル構築法を用いて、COSMOS領域、及び2019年後半に観測されるSXDF領域における時間変動観測データからこれまで未同定だった低光度AGNサンプルを抽出し、AGNの光度変動現象の統計的解析を行うことでブラックホール降着流の物理に制限を与えることを目指す。本年度は、独自に取得した天体観測データ、および他のサーベイ観測データを用いたAGNブラックホール降着流の研究を行った。1.近年発見された高速電波バースト(Fast Radio Bursts)と呼ばれる系外天体現象について、低光度AGN中心ブラックホールに付随する高エネルギー現象を起源とするモデルが提唱されていた。我々は、高速電波バーストFRB121102の母銀河に対して、すばる望遠鏡に搭載した補償光学付き面分光装置Kyoto 3DIIを用いて観測を実行し、高速電波バーストの母銀河中での発生位置を決定した。本観測により、高速電波バースト発生位置が銀河中心核領域と一致していないことを明らかにし、低光度AGNシナリオを棄却することができた。結果はThe Astrophysical Journal誌に発表した。2. 2013年以降,赤外線衛星WISEによって、半年に一度の頻度で全天の3.4μm/4.6μmの赤外線測光サーベイデータが取得されている。AGNの赤外線光度変動は、ブラックホール降着円盤外縁に対応するダスト放射領域の変動を反映しており、赤外線変動データの解析によって紫外-可視光光度変動では捉えられないような大きなスケールの降着流の構造を解明することができる。我々はWISE衛星のAGN光度変動データの時系列解析によって、AGN1天体(GQ Comae)のダスト放射領域のサイズの測定が可能であることを実証した(2018年度天文学会春季年会口頭発表)。次年度には、全天のAGNに対して同様の解析を適用することで、AGNダスト放射領域サイズとAGN光度の間の関係について統計的解析を行うことを目指している。初年度は、2017年初旬までに終了予定であったCOSMOS天域におけるHSC観測データを用いて、光度変動を用いたAGNサンプル構築法を試験する予定であったが、すばる望遠鏡HSCサーベイ観測の遅れによって予定のデータの取得が2017年末にずれ込んだ。その結果、上記の研究については次年度に持ち越すこととなった。

可視-赤外線のモニタリング観測によって、KISS15sが超新星爆発直前の数十年間にわたって非常に大きな質量放出を経験していたことが明らかになり、大質量星の進化の最終段階における未知の物理過程の存在を示す証拠を得た。2. 2000年代に非常に大きな光度変動を示した近傍AGN Mrk590について、Sloan Digital Sky SurveyやMAGNUM projectといった過去の可視-赤外線サーベイ観測データを収集・再解析し、AGNに付随する高温ダスト成分の時間変化を調査した。観測データの再解析により、Mrk590は2000年-2001年の1年間という非常に短い時間スケールで10-50倍程度AGN光度が変動する特異な現象を示していたことが明らかになり、そのような光度の変化に追随して大量のダスト粒子の凝縮生成が生じた可能性があることがわかった。今年度は、初年度にはハワイの悪天候や望遠鏡トラブルなどの影響で完了しなかったすばる望遠鏡HSCサーベイによるCOSMOS領域の時間変動観測が終了し、予定通りCOSMOS領域における既存の分光同定AGNの光度変動の統計的性質を調べることができた。COSMOS天域のHSCサーベイデータの処理と光度変動天体の同定は2018年3月までに完了したので、次年度には上記のAGNサンプル構築法の開発を開始できる見込みである。本研究で考案したAGNサンプル構築法を用いて、HSCサーベイデータからAGNサンプルを抽出し、AGNの光度変動現象の統計的解析を行うことでブラックホール降着流の物理に制限を与えることが可能となる。COSMOS領域のX線-電波の多波長観測データとHSC-SSPによる時間変動観測データを組み合わせることで、未同定の低光度AGNを効率的に検出するアルゴリズム・ソフトウェアの開発を開始する。本研究で考案したAGNサンプル構築法を用いて、COSMOS領域、及び2019年後半に観測されるSXDF領域における時間変動観測データからこれまで未同定だった低光度AGNサンプルを抽出し、AGNの光度変動現象の統計的解析を行うことでブラックホール降着流の物理に制限を与えることを目指す。
腫瘍溶解性ウイルスであるReovirusを用いた膵癌に対する治療の基礎的研究

レオウイルスが活性化ras経路を伴う癌細胞内で特異的に増殖し細胞溶解を起こすことに着目し、ras変異が高頻度に認められる膵癌での抗腫瘍効果をin vitroで証明し、今回臨床でのレオウイルスの応用を視野に入れハムスターを用い膵癌肝転移に対するin vivoでの抗腫瘍効果を検討した。1.ハムスター膵癌細胞株(HPD1NR, HPD2NR, HaP-T1)に対してレオウイルスserotype 3は、強い殺細胞効果を認め、ウイルス濃度依存性にその効果が増強された。またレオウイルスを感染させた膵癌細胞株すべてにおいて特異的な蛋白質の発現を認めた。2.すべてのハムスター膵癌細胞株に活性化ras蛋白を認めた。3.ハムスター皮下移植モデルではウイルスの腫瘍内投与により有意に腫瘍縮小効果が認められた。さらに肝転移モデルに対するウイルス門脈内投与により有意に抗腫瘍効果が認められ、免疫組織染色にて腫瘍特異的にウイルス蛋白が認められ、正常臓器には認めなかった。レオウイルスが膵癌の微少肝転移に対する術前化学療法として有用であるかをimmunocompetent modelを用い比較検討したところ有意に抗腫瘍効果を示した。皮下腫瘍モデルでウイルス腫瘍内投与にて非ウイルス投与側の腫瘍にも抗腫瘍効果を認めた。しかし非ウイルス投与側の腫瘍にウイルス蛋白の発現は認めずウイルスによって誘導された抗腫瘍免疫の影響が示唆された。以前我々はヌードマウスを用い同様の検討をしたが、非ウイルス投与側の腫瘍にウイルス蛋白発現を認めた。したがってimmunocompetent modelではウイルスに対する中和抗体の影響が考えられより効果的な抗腫瘍効果を得る為の検討が必要であると考えられたが、膵癌肝転移に対する新しい治療法の一つになる可能性が示唆された。シリアンハムスターおよび同種膵癌細胞株を用い、in vivoおよびin vitroにおいてreovirusの抗腫瘍効果について検討した。a)レオウイルスの培養膵癌細胞に対する殺細胞効果を顕微鏡にて確認した。WST-lassayにてレオウイルス投与群は非投与群に比べ有意に細胞増殖が抑制された。c)膵癌皮下腫瘍モデルでの検討ハムスターの皮下に膵癌細胞を移植、腫瘤形成後にレオウイルスを腫瘍内に接種したところ、不活化したレオウイルスを用いたコントロール群と比べ有意に腫瘍サイズは縮小した。また、対側に形成された腫瘤(遠隔腫瘍)に対しても同様の抗腫瘍効果が得られた。免疫染色にて、腫瘍特異的にreovirusの感染が確認できた。d)膵癌肝転移モデルでの検討ハムスター脾臓に膵癌細胞を接種し肝転移を形成した後、レオウイルスを経門脈経路で投与した。その結果、コントロール群と比べて、レオウイルス投与群は肝転移数、肝重量は有意に低い結果であった。e)腹膜転移モデルでの検討ハムスター腹腔内に膵癌細胞を注入し腹膜転移を形成した後、レオウイルスを腹腔内に投与した。その結果、コントロール群と比べて、レオウイルス投与群は腹膜転移は有意に低い結果であった。以上より、レオウイルスは膵癌転移に対しても、その抗腫瘍効果が認められ、膵癌の治療法としてその臨床応用が期待できると考えられた。今後、第I相臨床試験を準備予定である。1.ハムスター膵癌細胞株(HPD1NR,HPD2NR,HaP-T1)に対してレオウイルスserotype 3は、強い殺細胞効果を認め、ウイルス濃度依存性にその効果が増強された。

3.ハムスター皮下移植モデルではウイルスの腫瘍内投与により有意に腫瘍縮小効果が認められた。さらに肝転移モデルに対するウイルス門脈内投与により有意に抗腫瘍効果が認められ、免疫組織染色にて腫瘍特異的にウイルス蛋白が認められ、正常臓器には認めなかった。レオウイルスが膵癌の微少肝転移に対する術前化学療法として有用であるかをimmunocompetent modelを用い比較検討したところ有意に抗腫瘍効果を示した。皮下腫瘍モデルでウイルス腫瘍内投与にて非ウイルス投与側の腫瘍にも抗腫瘍効果を認めた。しかし非ウイルス投与側の腫瘍にウイルス蛋白の発現は認めずウイルスによって誘導された抗腫瘍免疫の影響が示唆された。以前我々はヌードマウスを用い同様の検討をしたが、非ウイルス投与側の腫瘍にウイルス蛋白発現を認めた。したがってimmunocompetent modelではウイルスに対する中和抗体の影響が考えられより効果的な抗腫瘍効果を得る為の検討が必要であると考えられたが、膵癌肝転移に対する新しい治療法の一つになる可能性が示唆された。
担癌状態における樹状細胞機能の解析

平成14年度研究項目1マウス大腸癌株MC38皮下接種担癌マウスの作成マウスC57BL/6(♀68週齢)の背部にMC38を皮下接種し、接種する細胞個数をA群3×10^5,B群5×10^5,C群1×10^6,D群3×10^6,E群5×10^5計5群(n=5)に分類。各群のマウスの生存率を検討し担癌末期にいたる期間及び腫瘍径より至適接種細胞数を決定した。A群、B群とも腫瘍が生着しない場合があり安定した実験系には不適当と判断した。C, D, E群とも腫瘍生着率は100%であったが平均生存期間がC群7.5週間、D群6.8週間、E群4.8週間であった。担癌期間からみればE群5×10^6が最短であった。また担癌末期の平均腫瘍径はA群,B群,C群ではばらつきが大きく、D, E群では各マウスはほぼ大きさが均等でありいずれの群でも最大径が3cmを超えると死亡する傾向にあった。以上よりMC38 5×10^6個をマウスの背部に皮下接種後5週間経過し、腫瘍最大径が3cmを超えるものを担癌マウスと定義した。DCの誘導はマウス下肢骨より骨髄細胞を採取しGM-CSF 100U/ml, IL-4 50U/mlを添加培養し行った。至適培養期間を決定するために培養後310日間連日FACsを用いDCマーカーCD11cの発現を解析した。その結果はCD11cの発現は培養4日目から増加し、6日目に最大に達し8日までほぼ同程度に保たれていた。以上よりDC誘導培養期間は6日間と決定した.3担癌マウスDCの形態的特徴の検討一般に機能的に未熟とされている担癌宿主のDCの形態的特徴をギムザ染色および電子顕微鏡(走査型、透過型)を用いて解析した。その結果担癌マウスDCは健常マウスDCと比較し特徴的な形態変化は認められなかった。
アクチン架橋蛋白を介した免疫調節機構の解明

アクチン線維を架橋する蛋白α-actinin-1の遺伝子(ACTN1)の異常は、先天性巨大血小板性血小板減少症(CMT)を引き起こす。α-actinin-1はアクチン結合ドメイン、calmodulin-likeドメインを両端に持ち、両部位をつなぐ4つのspectrin like repeat(SLR)ドメインよりなる逆平行の2量体構造を取っている。我々は非機能的ドメインと考えられていたSLRドメインの変異が血小板減少・リンパ球減少・低γグロブリン血症を伴っていることを見出し、その機序の解明を試みた。患者由来SLR変異を導入したChinese hamster ovary細胞では、アクチン結合ドメインやcalmodulin-likeドメインの変異と同様にアクチン構成異常を認め、非機能ドメイン変異であってもCMTの原因となりうることを見出し報告した(Ann Hematol.2016;95:141)。しかし我々は患者由来B lymphoblastにB細胞受容体刺激を加え、アクチン構成異常を評価したが,免疫異常を伴わない機能ドメイン変異も免疫異常を伴うSLR変異も共に、健常者に比べてアクチン構成不全を認めていた。即ち免疫不全症の原因はB細胞におけるアクチン構成異常だけでは説明できず、未知の機序によることが示唆された。
オーストラリア文学にみる日本人像について

1本研究は、オーストラリア(以下、豪)の文学に表れた日本人像について、時代別にその変遷を追うことによって、豪文学史の一面を明らかにすると共に、19世紀以降のアジア・太平洋地域ポストコロニアル文学の中で、日本と日本人が占める位置を明らかにする試みである。本年度は第2次大戦終戦までの作品を中心に、キャンベラでの資料収集と豪研究者によるレヴューと、論文執筆を行った。2今年度の研究で以下の点が明らかになった。(1) 9年度の研究にみられた、日本を仮想敵とする新しいジャンル「侵賂小説」が日本との開戦で現実となったとき、豪の戦争文学に、以前の英雄的・扇動的なものからより現実味を帯びた人間的、写実的なものに移行した作品が多く見られるようになる。(2)それまで直接的な接触がほとんどなく、豪文学の日本や日本人については、全体としての印象が先行していたが、直接の接触により、敵ではあれ個人、人間としての描写が認められるようになり、作品群に多様性を与えた。3本年度は、次頁に記した論文執筆に加え、以下の通りの口頭発表を行った。「オーストラリア文学に見る日本人像」、国際理解セミナー(平成11年2月10日、府中市生涯教育センター)1本研究は、オーストラリア(以下、豪)の文学にみられる日本人像を時代別に取り上げ、豪文学の変遷を辿るとともに、19世紀以降のアジア・太平洋地域ポストコロニアル文学の中で日本(人)が占める位置を明らかにする試みであるが、本年度は第一次大戦までの時期を中心に、キャンベラにおける資料収集とレヴュ-、論文執筆と口頭発表を行った。2今年度の研究で明らかになったのは、以下の点である。(1)移民中国人と違い、直接的な接触のなかった日本人に対する豪州作家の作品では、ときの日本の軍備拡張などによる、間接的な出来事から受けた印象が先行する。例:Japanese invasion novelsの登場。(2)一方、日本を訪れているジャーナリストや教師、作家による日本人像には、典型に陥るものだけでなく、新しい観察眼によって描かれたものもあり、当時の英語文学の幅を広げる役割を果たしたともいえる。3本年度は、次項に記した論文執筆に加え、以下の通りの口頭発表を行った。(同志社大学、11.15)この発表原稿は、シンポジウム成果として出版される予定。また、関連分野として、現代豪社会についての著作2冊の書評を執筆(降籏学[著]『残酷な楽園』、大津彬裕[著]『シドニー物語:2000年シドニーオリンピックのまちを歩く』1本研究は、オーストラリア(以下、豪)の文学に表れた日本人像について、時代別にその変遷を追うことによって、豪文学史の一面を明らかにすると共に、19世紀以降のアジア・太平洋地域ポストコロニアル文学の中で、日本と日本人が占める位置を明らかにする試みである。「オーストラリア文学に見る日本人像」、国際理解セミナー(平成11年2月10日、府中市生涯教育センター)
急性膵炎後の膵再生機構の解明-膵転写因子ptf1aに着目して-

「膵外分泌組織の障害後には胎生期臓器形成機構が再び活性化して組織修復を行う」という仮説をたて、Cerulein誘発急性膵炎モデルを用いて組織再生過程のptf1a機能解明を目指した。Ptf1a低発現マウスptf1a-cbll/cbllは膵臓が低形成となるが、Cerulein刺激によってほぼ全てが死亡した為、再生過程におけるptf1aの機能解明をPtf1a低発現マウスで解析する事は不可能であった。そこで、Sox9-CreERマウスを用いて成体膵管細胞でptf1aを不活化した場合、Cerulein刺激を加えずとも腺房細胞への分化が消失した。再生過程以前に膵外分泌組織維持そのものにptf1aが必須であるという可能性が高いと考えられる。本年度は、膵炎後再生に対する解析の準備段階として膵転写因子ptflaのプロモーター解析および膵炎モデルの作成を中心に研究を行った。Ptflaのプロモーター解析では、in silico上で認められたptfla上流約13Kbpより2.3kbpに認められる種保存性の高い部位をBACクローンより切り出し、invitro, invivoにてPtflaによる制御を解析したところ、何れにおいてもPTF1三量体により正の制御を受けていることが明らかとなった。また、同部位の制御はE10.5より認められ、ptflaの発現開始時期、および部位が一致していることから、膵発生の当初よりptflaは自身のautoregulationを行っている可能性が示唆された。またChIPにおいても膵組織ではptfla自身が三量体を形成して同部位に結合していることが明らかとなった。一方、ptfla低発現モデルとしてCBLマウスを使用し、caeruleinを負荷することで膵炎モデルの構築を試みた。CBL/creマウスは生後膵の低形成のため、成長も遅く通常量のcaerulein 50mg/kg投与による負荷ではほとんど全例が生存することができなかった。そのため、caerulein量の調節を行うことを考慮したが、caeruleinの投与量がwtマウスと変わると、対照とするwtマウスとの問で膵炎の強度の比較が困難となることが想定される。本CBLマウスは胎生期にすでにptflaが低発現になっており膵低形成を起こしていることが問題である。そこでptflaのノックアウト時期を調節できるfloxed ptflaマウスを使用し、adultでのptflaの発現をノックアウトしそれに膵炎を起こすことでこの問題をクリアすることとした。同マウスは当教室にて入手済みのため、現在同マウスを用いた実験に取りかかっているところである。次年度は発生段階においてptflaのプロモーター上で三量体のスイッチングを起こしていることを確認し、膵炎後膵再生における発生との類似性をptfla-creERマウスを用いて分子生物学的に解析する予定である。本研究の目的は、膵外分泌組織の障害後再生過程における胎生期臓器形成機構の意義を問うことである。具体的には(1)膵形成に必須であり、(2)発現量の違いによるフェノタイプ(膵臓のサイズ・内分泌/外分泌細胞分化の違い・出生後に糖尿病を発症することなど)、(3)転写因子としての機能発揮にかかわるcounterpartが発生過程で変化することを我々のグループが報告してきた遺伝子ptflaに着目し、Cerulein誘発急性膵炎モデルを用いて傷害後の再生過程にptflaがどのように働いているかを明らかにすることを目指す。当初の計画であったptfla低発現マウスを用いた検討では、マウス自体がCerulein刺激によってほとんど死亡してしまった為、成体マウスでinducibleにptflaを不活化する実験が必要と考えた。これまで、成体膵外分泌組織は既存細胞の自己複製で維持されているとの報告があったが、我々は成体膵腺房細胞がSox9陽性膵管細胞から生理的条件下でもCerulein誘発急性膵炎後の膵再生過程においても持続的な供給を受けていることが明らかにした(Furuyama et al. Nat. Genet. 2011)。今後はSox9-CreERT2マウスとfloxed ptflaマウスを交配し、Cerulein誘発急性膵炎モデルを組み合わせることによって組織障害後の再生過程におけるptflaの機能を明らかにする方針である。また、膵外分泌発生過程における転写活性発揮のためのptfla counterpartの変化を報告した(Masui et al. Gastroenterology 2010)。成体膵障害後の再生過程において胎生期のようなptfla counterpartの変化が再現されるか否かについても上記マウスを使って解析する計画である。「膵外分泌組織の障害後再生過程において、胎生期臓器形成機構が再び活性化して組織修復を行っている」という仮説をたて、マウスモデルを用いてそれを検証することを目的とした研究を立案した。

膵発生に必須の遺伝子ptf1aに着目し、Cerulein誘発急性膵炎モデルを用いて傷害後の再生過程にptf1aがどのように働いているかを明らかにすることを目指した。まず、昨年度までの検討でPTF1a発現量が極端に少ないマウスptf1a-cbll/cbllがCerulein刺激によってほとんど死亡してしまうことが分かり、研究デザインの変更を余儀なくされた。一方、別研究でSox9陽性細胞の系譜解析結果から、腺房細胞は生理的条件下でもCerulein誘発急性膵炎後の膵再生過程においても既存細胞の自己複製と膵管細胞からの分化(新規細胞供給)の2つのメカニズムで維持されていることが明らかとなった。そこで、成体膵管細胞および腺房細胞で薬剤誘導性にptf1aを不活化するマウス(Sox9-CreERマウスおよびElastase-CreERマウスとptf1a floxedマウスの交配)を用いて、ptf1aがSox9陽性膵管細胞から腺房細胞の分化に必要であるのか、あるいは分化した後の腺房細胞の維持にかかわるのかの区別を付ける事が重要と考えた。その結果、膵管細胞でptf1aを不活化した場合、腺房細胞への分化が完全に消失し、腺房細胞でptf1aを不活化すると腺房細胞が死滅してしまう事が判明した。この2つのマウスを用いてCerulein誘発急性膵炎モデルを組み合わせ、本研究の当初の目的であった組織障害後の再生過程におけるptf1aの機能を明らかにする方針であったが、それ以前に膵外分泌組織維持そのものにptf1aが必須であるという結論に至った。
有限要素法における``良い''要素形状の多角的研究

有限要素法は現代の数値シミュレーション技術を支える基盤技術であり,数学理論で正当性が保証されている.特に,要素の形状と有限要素解の性質については,収束性や安定性の他にも,いろいろなことが知られている.しかし,単純な三角形一次要素に限っても,何が良い要素形状,あるいは何が良い分割なのかを数学的に明快に表現する一貫した理論はまだ存在しない.ユーザが目的に応じて経験的に選択しているのが現状である.本研究では,いろいろな有限要素について,次の観点から,統一的な考察を行った:(1)節点補間の誤差(2)係数行列の条件数と分割の非一様性(3)離散最大値原理・最大正則性などの解析的性質.代表者は院生の剱持氏、千葉氏と共同で、楕円型方程式に対する有限要素法における離散最大値原理の研究を中心におこなった。千葉氏と行っているDG法については、作為的な仮定の元でしか離散最大値原理が成立しないという否定的な結果し得られなかった。剱持氏と行っている通常の有限要素法については、異方拡散問題対する要素形状の必要十分条件を書き下すことに成功した(2次元のみだが)。また、結果を、放物型方程式に最大正則性に応用し、半線形放物型方程式の有限要素近似について、初期値の大きさにも、近似解の存在区間にも制限を課さずに、最適誤差評価を導出する新しい方法を提案した。正確には、進んでいる部分は、予想以上に順調に進んでいる。一方で、DG法の最大値原理などは袋小路に陥っている。全体としては、ちょうど、中間地点まで来ていると思われる。Poisson方程式のDirichlet境界値問題を,最も標準的な三角形一次要素による有限要素法で近似した場合,近似関数は,三角形分割が正則性の条件を満たす限り,分割パラメータhを0に近づけたとき,真の解にH1あるいはL2のノルムの意味で収束する.このことは,すべての教科書に述べられている基本事項であり,また,正則性の条件は,分割に現れる三角形の内角の最小値が,分割に無関係な正定数で下から押さえられていることと同値である(最小角条件).ただし,これは必要十分条件ではなく,実際,より一般的な最大角条件や外接半径条件も知られている.また,有限要素近似解が,最大値原理を満たすためには,分割がDelaunay型であることが要請される.さらに,マイナスラプラシアンの有限要素近似が,解析的半群を生成したり離散最大正則性を満たすためにも,やはり,Delaunay型であることが要請される.分割の非一様性を制御する数学的概念に,逆仮定があり,Lpノルムでの評価導出や放物型問題の解析においては必須である.しかし,逆仮定と条件数の関係に付いては,明確な研究は存在しない.そして,現実的な応用計算で用いられているmesh refinementにおいて,その良し悪しを計る基準は事後誤差評価のみである.このように,最も単純な三角形一次要素に限っても,何が``良い''要素形状,あるいは何が``良い''分割なのかを数学的に明快に表現する一貫した理論はまだ存在しない.ユーザが目的に応じて経験的に選択しているのが現状である.本研究では,この溝を埋めるための試みとして,三角形一次要素に対象を限定して、俯瞰的な立場から各条件を整理した.有限要素法は現代の数値シミュレーション技術を支える基盤技術であり,数学理論で正当性が保証されている.特に,要素の形状と有限要素解の性質については,収束性や安定性の他にも,いろいろなことが知られている.しかし,単純な三角形一次要素に限っても,何が良い要素形状,あるいは何が良い分割なのかを数学的に明快に表現する一貫した理論はまだ存在しない.ユーザが目的に応じて経験的に選択しているのが現状である.本研究では,いろいろな有限要素について,次の観点から,統一的な考察を行った:(1)節点補間の誤差(2)係数行列の条件数と分割の非一様性(3)離散最大値原理・最大正則性などの解析的性質.本研究は要素形状の品質評価なので、あまり、従来の代表者の研究経験内の方程式にこだわらずに、分散型や双曲型方程式もターゲトにして、ブレークスルーを狙うために、新しい(唯一の)分担者として佐々木多希子氏に協力してもらう。数値解析連携研究者が予定していた出張を複数取りやめたため。分担者・連携研究者を増やすので、その分を利用する。
生体内イメージングを応用した移植膵島可視化によるグラフト生着率改善の試み

膵島移植は,インスリン分泌が枯渇した1型糖尿病に対して,膵β細胞を含む膵島のみを肝臓に移植する根治的な治療法である。膵臓移植に比べはるかに低侵襲な治療として期待されてきたが,膵島が肝全体に散らばって生着するため拒絶反応の確定診断が不可能であるという問題を抱えている。申請者は癌細胞の局在診断に用いられるインドシアニングリーン(ICG)蛍光法に着目した。ICG蛍光法で肝内に移植された膵島を可視化できれば,生検による拒絶反応の確定診断と効果的な治療介入が可能となる。本研究は膵島移植における最大の臨床的課題を根本的に解決し,治療成績の向上に直結する可能性がある。
超高強度コンクリート柱における曲げ性能評価の精度向上に関する基礎的研究

超高強度コンクリート(UHPC)を用いた柱部材の曲げ性能の評価精度を向上させることを目的とし,断面内にひずみ勾配を有するUHPCの応力-ひずみ関係を載荷実験より求めた。実験は,設計基準強度130MPaのUHPCを用いたドックボーン型柱試験体6体を用い,偏心圧縮試験を実施した。実験変数は横補強筋量(0%,0.75%,1.30%)である。実験で得られたUHPCの応力-ひずみ関係より,横補強筋量の増大に伴い,最大圧縮応力や最大圧縮応力時のひずみが大きくなること,また,同一配筋とした試験体でも,横補強筋の拘束の程度が異なり,UHPCの挙動が左右されることが分かった。超高強度コンクリート柱の曲げ終局耐力や骨格曲線に代表される曲げ性能を把握することを目的とし, Fc110MPaの超高強度コンクリートを使用した6体のプレキャストプレストレストコンクリート(PCaPC)柱の静的載荷実験を実施した。横補強筋量を0.32%とした3体の試験体の破壊形式は,端部コンクリートの圧壊による曲げ破壊後のせん断破壊であった。一方,横補強筋量を0.63%とした3体の試験体については,端部コンクリートの圧壊によって曲げ破壊し,全ての試験体でコンクリートの曲げ圧壊により最大耐力が決まった。引張鉄筋の降伏によって終局状態を迎える部材とは異なり,コンクリートの曲げ圧壊によって終局状態を迎える部材では,コンクリートの性状が部材の曲げ性能に及ぼす影響が大きい。ゆえに,今回得られたデータは,現在構築中の超高強度コンクリートを対象とした曲げ解析モデルの妥当性を検証に役立つと考えられる。また,平面保持仮定に基づいた断面解析によりPCaPC柱の曲げ耐力評価を行い,最大せん断力を算定したところ,実験結果との誤差は10%程度となり,精度良く予測することができた。断面解析法の精度確認を目的とし,ファイバー要素を用いて,高強度コンクリート(Fc80MPa)を使用したL型コア壁の曲げ解析を行った。解析結果は,実験で得られたL型コア壁の初期剛性や最大耐力を過大評価した。壁板に対して45度方向に載荷を行なった今回の試験体では,コア壁内の圧縮側柱に損傷が集中していた。ゆえに,実験では,平面保持仮定が成立しておらず,解析精度が低下したものと考えられる。Fc100MPa以上の超高強度コンクリート(UHPC)を用いた柱部材の曲げ性能の評価精度を向上させる解析ツールの整備を目的とし,UHPCの応力歪関係を実験的に求めた。柱部材では,断面内に歪勾配,軸方向にモーメント勾配が存在し,UHPCの応力歪関係に影響を及ぼすことが知られている。本研究では,設計基準強度130MPaのUHPCを用いた計6体のドックボーン型柱試験体を製作し,断面内に歪勾配を与え,コンクリートの曲げ圧縮で破壊に至る偏心圧縮載荷を行った。実験変数は横補強筋量とし,補強筋比はp_w=0%, p_w=0.75%, p_w=1.30%の3種類とした。また,同一配筋とした試験体を2体ずつ製作し,各試験体のばらつきの影響も検証した。載荷実験では,1体の試験体を除く5体の試験体でコンクリートの曲げ圧縮破壊が起こり,歪勾配の影響を受けたUHPCの応力歪関係が測定できた。測定した応力歪関係から,横補強筋量の増大に伴い,UHPCの最大応力や曲げ圧壊時の歪が大きくなる傾向があることが分かった。また,同一配筋とした試験体でも,横補強筋が早期に破断した試験体では圧縮靭性が乏しかったが,大変形時まで横補強筋の破断が起こらない試験体では,高い圧縮靭性を示しており,UHPCの圧縮靭性が横補強筋に左右されることが分かった。実験結果と,既往の研究で提案された算定式を用いて求めたUHPCの応力歪関係を比較した。大変形時まで横補強筋の破断が起こらない試験体については,実験の方が算定式よりも最大応力後の下り勾配が小さく,高い圧縮靭性を示した。既往の算定式は歪勾配を持たない柱試験体に対して提案されたものであり,実験結果と算定結果の差が,歪勾配の影響によるものである可能性がある。ゆえに,今回の実験データは,今後,歪勾配の影響を定量的に評価する上で重要なデータになると考えられる。
ニホンミツバチに関する総合研究ー比較生態と遺伝子資源としての評価ー

可動巣枠式巣箱による飼育法が確立したことにより,ニホンミツバチで初めてプラスチック人工王椀を用いた女王蜂の人工養成が可能になった。セイヨウミツバチのローヤルゼリー(RJ)を利用したニホンミツバチ女王蜂養成では,自種のRJでは高い生育率と女王蜂の分化を示したが,両種のRJの成分に生育に影響を及ぼす差があることが認められた。少数例ではあるが,女王蜂の人工授精が成功し,これからの選抜育種に明るい見通しが立った。ニホンミツバチとセイヨウミツバチの配偶行動については,14時30分頃を境に2種間の生殖隔離が行われ,ニホンミツバチ女王蜂は遅い時刻(14:4516:00)に長い飛行で交尾することが認められた。同一蜂場内に併飼したセイヨウミツバチ,ニホンミツバチの両種の花粉採集行動の季節的な変動パターンは,基本的に類似していた。花粉だんごの分析から訪花植物の種を同定すると,特に多くの植物の開花が見られる時期には違いが認められ,両ミツバチの花への嗜好性は異なっているのではないかと考えられた。両種の収穫ダンスを比較し,餌場までの距離とダンス速度の関係を解析した結果,ニホンミツバチの距離コードは同種の東南アジア亜種のそれより,むしろセイヨウミツバチのそれに近いことがわかった。また両種の採餌距離を推定した結果,ニホンミツバチの平均的採餌圏は半径2.2km,セイヨウミツバチのそれは3kmとされた。また貯蜜量の減少による逃去時のダンスはこれまでにないスローダンスであることが判明した。ニホンミツバチのミツバチヘギイタダニに対する行動を観察した結果,落下したダニの多くは触肢や脚に負傷しており,その割合はセイヨウミツバチより高かった。スズメバチに対するニホンミツバチの防衛行動に関しては,学習が関与していることが初めて明らかになった。可動巣枠式巣箱による飼育法が確立したことにより,ニホンミツバチの蜂ろうで作製した人工王椀で女王蜂の人工養成を試みたところ,内径6.7mmの王椀で良好な結果を得ることができた.さらにプラスチック製の人工王椀を用いる方法も確立することができた.セイヨウミツバチのロ-ヤルゼリ-(RJ)を利用したニホンミツバチ女王蜂養成を試みた.孵化後12齢幼虫を用いたRJ区では羽化個体を得ることができなかったが,10%のショ糖を添加したRJを孵化後3日齢幼虫に与えたところ,僅かではあるが女王蜂と働き蜂の中間型を得ることができた.自種のRJでは高い生育率と女王蜂の分化が認められるが,両種のRJの成分に生育に影響をおよぼす程の差があることが示唆された.同一蜂場内に併飼したセイヨウミツバチ,ニホンミツバチの両種コロニ-内への花粉搬入率の季節変動を調査した.その変動パタ-ンは種間で類似しており,搬入率は68月にかけて最高値に達した.また,花粉トラップで採集した花粉だんごの色から両種の訪花特性を比較すると,セイヨウミツバチの方が植物の種数が多く,その多様度も高い結果となった.花粉だんごのサイズと重量を比較すると,セイヨウミツバチの方が大きく重かった.しかし,働き蜂1頭が運び得る花粉量と体重との比では大差は認められなかった.発信音記録用観察巣箱から,最長1300mまでの餌場にニホンミツバチを誘導し,距離と発信音パルス長との関係を解析した結果,北限の亜種ニホンミツバチは原産地の東南アジア亜種より遥かに広いフリッシュが報告したセイヨウミツバチのそれに匹敵する採餌圏をもっと推察された.ニホンミツバチの対ミツバチへギイタダニ抵抗性とセイヨウミツバチ,ニホンミツバチ間の巣門における扇風行動の向きの違いに関する原因の究明については,それぞれセイヨウミツバチでの予備的な実験を進め次年度のニホンミツバチでの解析への準備を整えた.可動巣枠式巣箱による飼育法が確立したことにより,ニホンミツバチで初めてプラスチック人工王椀を用いた女王蜂の人工養成が可能になった。

ニホンミツバチのミツバチヘギイタダニに対する行動を観察した結果,落下したダニの多くは触肢や脚に負傷しており,その割合はセイヨウミツバチより高かった。スズメバチに対するニホンミツバチの防衛行動に関しては,学習が関与していることが初めて明らかになった。同一蜂場内に併飼したセイヨウミツバチ,ニホンミツバチの両種の花粉採集行動の季節的な変動パターンは基本的に類似していた.また,訪花植物の多様度にも両種間で顕著な相違点は見出せなかった.しかし,花粉だんごの分析から訪花植物の種を同定すると,特に多くの植物の開花が見られる時期には違いが認められ,両ミツバチの花への嗜好性は異なっているのではないかと考えられた.両種の収穫ダンスを比較し、餌場までの距離とダンス速度(および距離コードとしての音信号の長さ)の関係を解析した結果,ニホンミツバチの距離コードは同種の東南アジア亜種のそれより,むしろセイヨウミツバチのそれに近いことがわかった.またその結果を基に,自然の蜜(花粉)源から帰った帰巣蜂のダンスから両種の採餌距離を推定した結果,ニホンミツバチの平均的採餌圏は半径2.2km,セイヨウミツバチのそれは3kmとされた.蜂ろうおよびプラスチック人工王椀でニホンミツバチ女王蜂の人工養成法を確立したことにより,ニホンミツバチ女王蜂の人工授精を試みた結果,ニホンミツバチ雄蜂一匹当たりの精液採取量はセイヨウミツバチの1/4以下であった.採取した精液14mulを人工授精した結果,ニホンミツバチ女王蜂の成功率は25%と低かった.この理由として採取した精液の中に,受精阻害となる粘液が混入し易いことなどが考えられるが,今後の技術的な改良によって,人工授精による女王蜂の生産は十分可能であると考えられた.これまでトウヨウミツバチはミツバチヘギイタダニを齧り,排除すると言われていた.そこでセイヨウミツバチに寄生していたミツバチヘギイタダニを人為的に日本亜種であるニホンミツバチに寄生させることにより,ニホンミツバチのダニに対する行動を観察した.その結果,ニホンミツバチでは落下したダニの多くは触肢や脚に負傷がみられ,その割合はセイヨウミツバチより高いことが観察された.
1926年関税改正の政策意図と効果

本研究では、1926年関税改正の政策決定過程とその効果を機械工業製品を中心に分析した。政策決定過程については、まず日本工業倶楽部の関税調査委員会の審議を検討した。機械工業製品に関してはその審議対象はかなり限定されており、機械工業の総意を反映したものではなかった。また、臨時財政経済調査会の機能についても、日本工業倶楽部など資本家団体の改政案が反映されたというよりも、大蔵省原案をもとに、農商務省との調整を行う機能が主たるものであり、政府案をオ-ソライズする役割を果たしていた。日本工業倶楽部の政策調整機能は産業部門別に異なり、参加企業の少ない機械工業に関しては調整機能をもたなかった。また、臨時財政経済調査会も日本工業具楽部と政府との調整機能をもったとは言えず、関税政策の場合、主要企業→日本工業倶楽部→臨時財政経済調査会→政府という政策形成ル-トは一般的でなかった。従来から1926年改正は重化学工業の保護効果を持ったと評価されている。しかし、機械製品については、(1)1911年改正と比較して、1926年改正はより選択的な保護(税番の増加)が見られ、これに加えて個別製品内部での傾斜的な関税率(税種の増加)が設定されたこと、(2)外国製品価格(輸入単価+従量税)と国内価格の動向を比較すると電気機械の場合、アメリカ製品の競争力喪失、大型製品におけるドイツ製品との価格競争の持続などが判明する。後者は、直接投資を行っていた外国企業と行なっていない場合の企業行動の差異を考慮にいれる必要性を示している。1926年関税改正は、機械製品の場合、その選択的、傾斜的な保護によって国内製品の価格競争力を強化するとともに、外国企業の企業行動に影響を与え、国内生産の拡大をもたらした。
マイクロチャネル乳化法により作製したエマルションの酸化安定性に及ぼす油滴径の影響

高圧乳化技術や膜乳化技術の進歩によりナノエマルションの調製が容易となり、ナノエマルションを応用した高機能加工食品の開発が活発化している。ナノエマルションは、乳化液の分散安定性が著しく向上することから、食品分野では乳化剤フリーや二重乳化エマルションの調味料や飲料などへの応用が期待されている。一方で、油脂の酸化安定性に関わる油滴径の影響については十分な検討が行なわれておらず、そのメカニズムの解明が急務となっている。そこで、本研究では、エマルション中の油滴の単分散状態を長時間維持することのできる"循環水型酸化安定性評価システム"を構築し、大・小、油滴径の大きさが異なる単分散エマルションの酸化速度の比較から、油脂の酸化安定性に及ぼす油滴径の影響を検討する。この際、酸化実験に供する油滴には食用色素を用い、その酸化過程を民生用デジタルカメラのイメージセンサーでモニタリングして評価する。平成30年度は、市販のデジタルカメラを用いたO/Wエマルション溶液中の食用色素の色調の安定性評価方法の確立化について検討した。エマルション溶液には乳化安定性が高い市販のマヨネーズを用い、そこに青色色素であるスピルリナを加えてホモジナイズした。サンプルを40°Cの恒温槽で静置し、所定時間毎に取り出し、色調をデジタルカメラおよび分光測色計を用いて測定し、それぞれのデータを比較した。その結果、一定の相関性がみられることが明らかとなり、デジタルカメラでの評価が可能であることが示唆された。また、青色色素を加えた寒天ゲルや粉体でも同様の検討を行なったところ、評価が可能であることが分かった。一方、油滴径の大きさと酸化速度の関係については、高圧ホモジナイザーの故障によりナノエマルションが作製できず実施ができなかった。高圧乳化技術や膜乳化技術の進歩によりナノエマルションの調製が容易となり、ナノエマルションを応用した高機能加工食品の研究開発が進んでいる。ナノエマルションは、乳化液の安定性を著しく向上させることから、食品分野では乳化剤フリーの調味料や飲料などへの応用が期待されている。その一方で、油脂の酸化安定性に関わる影響については十分な研究が行われておらず、その解明が急務となっている。そこで、本研究では、単分散エマルションを長時間持続可能な"循環水型酸化安定性評価システム"を構築し、大(100 μm程度)・小(1 μm程度)油滴径の異なる単分散エマルションを作製し、その酸化速度の比較から、油脂の酸化安定性に及ぼす油滴径の影響を検討する。この際、酸化実験に供する油脂には、アスタキサンチンやコエンザイムQ10などの酸化による色調変化を生じる油脂を用い、その酸化過程を民生用デジタルカメラのイメージセンサーでモニタリングして分析して評価する。平成27年度は、単分散エマルションを長時間維持可能な循環水型酸化安定性評価システムの装置製作を行った。研究計画では、単分散エマルションの調製用にマイクロチャネル乳化装置を用いる予定であったが、装置価格が想定を超える価格であったため、メンブレンフィルターを用いた膜乳化に変更した。また、イメージセンサーの分析信頼性を確認するために、液体クロマトグラフィー用の可視分光検出器を設置する予定であったが、それぞれの分析機器の分析可能領域が大きく異なることが判明したため、分光測色計(CM-5、コニカミノルタ)に変更するなどの調整をして装置を完成させた。所属の変更があり、本研究を行うための環境を整えるのに時間を要したため、実験に着手する時期が遅れたのが大きな要因である。また、当初予定していた実験装置の多くが所属変更により利用できなくなったことや、試用する装置が想定よりも高額であったことも実験の遅れに影響している。また、装置製作の過程において、研究計画作成時点では想定できなかった欠陥が幾つか見つかり、その改良に多くの時間を要した。このようなことから、現在、研究計画に対して、進捗が若干遅れている状況である。ナノエマルションは、乳化液の分散安定性を著しく向上させることから、食品分野では乳化剤フリーの調味料や飲料などへの応用が期待されている。一方で、油脂の酸化安定性に関わる油滴径の影響については十分な研究が行われておらず、その解明が急務となっている。そこで本研究では、エマルション中の油滴の単分散状態を長時間持続することができる“循環水型酸化安定性評価システム"を構築し、大・小、油滴の大きさが異なる単分散エマルションの酸化速度の比較から、油脂の酸化安定性に及ぼす油滴径の影響を検討する。この際、酸化実験に供する油滴には、アスタキサンチンやコエンザイムQ10などの酸化によって色調変化を生じる油脂を用い、その酸化過程を民生用デジタルカメラのイメージセンサーでモニタリングして評価する。平成28年度は、初年度に作製した循環水型酸化安定性試験装置の性能を評価するため、水溶性色素であるアントシニンの退色試験を行った。装置内に一定温度で純水を循環させ、その後、所定濃度に調整したアントシアニン水溶液を加え、色素の色調変化を観察した。その結果、色素の色調は時間とともに減衰したが、色素の濃度が低いとデジタルカメラでは検出限界以下となり、一方、色素の濃度が高いと分光光度計の検出限界を超え、検討できる色素の濃度の範囲が限定されるという問題が発生した。

そこで、装置の構成を見直し、分光光度計から分光測色計に換装したところ、まだデータ数は少ないが、デジタルカメラと分光測色計の両方を併用することにより、同じサンプルを広い濃度範囲にわたって測定でき、作製した装置が正常に作動することを確認した。このことにより、最終年度に所期の検討が大きく進展できる状況が達成できた。平成27年度の実施状況報告書に記載したように、当該年度は所属変更に伴う研究室の立ち上げと整備に多くの時間を費やし、研究の進捗がやや遅れていた。また本年度は、循環水型酸化安定性試験装置のセンサーを分光光度計から分光測色計へ換装したり、循環水路の漏れに対する問題の解決に時間を費やすなど、研究計画では想定外のトラブルに見舞われ、計画よりもやや遅れた。しかし、前述したように、これらの問題は解決し、装置が正常に作動することを確認したので、研究が大きく前進する体制が整備できた。高圧乳化技術や膜乳化技術の進歩によりナノエマルションの調製が容易となり、ナノエマルションを応用した高機能加工食品の研究開発が活発化している。ナノエマルションは、乳化液の分散安定性が著しく向上することから、食品分野では乳化剤フリーや二重乳化エマルションの調味料や飲料などへの応用が期待されている。一方で、油脂の酸化安定性に関わる油滴径の影響については十分な研究が行われておらず、そのメカニズムの解明が急務となっている。そこで、本研究では、エマルション中の油滴の単分散状態を長時間維持することのできる"循環水型酸化安定性評価システム"を構築し、大・小、油敵径の大きさが異なる単分散エマルションの酸化速度の比較から、油脂の酸化安定性に及ぼす油敵径の影響を検討する。この際、酸化実験に供する油滴には、アスタキサンチンやコエンザイムQ10などの酸化によって色調変化を生じる油脂を用い、その酸化過程を民生用デジタルカメラのイメージセンサーでモニタリングして評価する。平成2829年度は、初年度に作製した循環水型酸化安定性試験装置の性能評価のため、水溶性色素であるアントシアニンの退色試験を行った。装置内に一定温度で純水を循環させ、その後、所定濃度に調整したアントシアニン溶液を加え、色素の色調変化を観察した。その結果、色素の色調は時間の経過とともに減衰したが、分光光度計のでの測定領域において、デジタルカメラではセンサー感度が低く測定が困難であることが判明した。そこで、装置の構成を見直し、分光光度計から分光測色計に換装したところ、まだデータ数は少ないが、分光測色計を用いることで測定が可能となった。最終年度は本研究で作製した装置を用い、当初の目的を達成する計画である。平成28年度の実施状況報告書に記載し通り、申請時点からの所属変更や現所属での新研究室の立ち上げなど、研究体制の構築に多くの時間を費やした。また、研究計画時点では想定できなかった循環水型酸化安定試験測定装置の構造的な欠陥によるトラブル解決に時間を要した。平成28年度からは健康上の理由により、長期間の通院を継続している。医師からの業務軽減の指導を受けている状況で、研究時間が思うように取れず、研究の進捗はやや遅れている。高圧乳化技術や膜乳化技術の進歩によりナノエマルションの調製が容易となり、ナノエマルションを応用した高機能加工食品の開発が活発化している。
不成績造林地に侵入した有用広葉樹の育成と林分CO2固定能の向上に関する研究

冷温帯葉落広葉樹の光合成生産機能を,森林を構成する高木の機能を樹冠レベルで評価するとともに,ギャップ更新稚樹や低木層構成樹種の光合成特性を基礎に考察した。樹冠部の光合成特性は林冠層をやや越えた高さ24mの樹冠観測タワーを用いて測定した。上層木の開葉と共に林床へ到達する光量は減少し,落葉とともに増加した。また,CO_2濃度の垂直変化は,風のない日中に樹冠部位では約320ppmまで低下し,夕方には林床付近で約560ppmに達した。高木層の開葉は雪解けの約1週間後から始まり樹冠基部から先端に向かって進行した。シラカンバやケヤマハンノキなどの散孔材樹種の開葉が早く,ハリギリやヤチダモなどの環孔材では約2週間遅かった。初夏には全ての樹種の樹冠部位での光合成速度は高かったが,真夏には樹冠のやや内部に位置する葉の光合成速度が最高であった。落葉が始まる初秋には先駆種であるシラカンバとケヤマハンノキの光合成速度は高かったが,全体としては樹冠部位での光合成速度に樹種間の差はなかった。樹冠下部の葉では集光機能を代表するクロロフィルb量が多く,また,窒素のクロロフィルへの分配量も多かった。林床では上層木の葉が展開して林冠が閉鎖する前に葉を展開し終える樹種や,上層木が落葉しても葉を保持し降霜まで緑葉を維持する樹種が存在した。林床に生育する稚樹では,光飽和での光合成速度(最大光合成速度)は大きな年変動を示した。この原因として春先の乾燥により厚く小さな葉が形成されることが考えられ,葉内部でのCO_2拡散抵抗が最大光合成速度を律速することが示唆された。窒素は最大光合成速度と高い正の相関を持つことから,非破壊で同一葉の機能を推定できる窒素計測器を導入することによって樹冠全体の光合成生産を非破壊で推定できる。北海道では、度重なる気象害や病害・野兎鼠害によって衰退した造林地が散見される。特に北海道のカラマツ人工林では、当初期待した高い生産力は生き残った個体にかろうじて見られるが、多くの場合、木材価格低迷の中で放置されカラマツ人工林内へ様々な広葉樹が侵入し多層林の様相を呈することが多い。皮肉にも人工林造成時に雑木とされた広葉樹が高価格で売買されているのが現状である。一方では、温暖化防止京都会議(COP3)以降、森林のCO_2固定機能に大きな期待が寄せられている。近年では衛星データを用いた林冠の機能評価に主眼を置いた光合成生産力を推定する試みが盛んに行われているが、多層な森林では高い生産力は上層木だけではなく、下層の稚樹による貢献が無視できないが、その評価が十分には実施されていない。そこで、本研究では森林のCO_2シンク機能向上を最終目標とし、稚樹群が存在する樹冠下空間(トランクスペース)の機能を、稚樹と上層木(本研究ではカラマツ)の光合成機能に着目して生態系生産力を究明する。このために林内に設けたタワーから分光学的なモニタリングを行い、光合成生産機能と直結するパラメータを解明する。さらに、林冠の(CO_2)固定機能向上と稚樹にとっても光・水分環境の改善につながる上層木の間伐を行い、この前後の稚樹の環境応答能力に基礎をおいた育成方法を確立するための基礎情報を得る。さらに、森林の潜在的(CO_2)シンク機能を評価するためにも窒素富化試験を実施し、森林によるCO_2固定機能の増大を期待する。

平成14年度には試験地を設定し、侵入した広葉樹の光合成能力の違いを明確にする事を目的に導入した携帯ガタ光合成蛍光蒸散測定装置による測定と、窒素計測装置による測定を開始した。北海道では、度重なる気象害や病害・野兎鼠害によって衰退した造林地が散見される。特に北海道のカラマツ人工林では、当初期待した高い生産力は生き残った個体にかろうじて見られるが、多くの場合、木材価格低迷の中で放置されカラマツ人工林内へ様々な広葉樹が侵入し多層林の様相を呈することが多い。人工林造成時に雑木とされた広葉樹が高価格で売買されているのが現状である。一方では、温暖化防止京都会議(COP3)以降、森林のCO_2固定機能に大きな期待が寄せられている。近年では衛星データを用いた林冠の機能評価に主眼を置いた光合成生産力を推定する試みが盛んに行われている。多層な森林では高い生産力は上層木だけではなく、下層の稚樹による貢献が無視できないが、その評価が十分には実施されていない。そこで、本研究では森林のCO_2シンク機能向上を最終目標とし、稚樹群が存在する樹冠下空間(トランクスペース)の機能を、稚樹と上層木(本研究ではカラマツ)の光合成機能に着目して生態系生産力を究明する。平成15年度には設置した試験地において侵入した広葉樹の光合成能力の違いを追跡した。葉の生物季節に特徴のある4樹種を研究対象とした。上層木の出葉に先駆けて開葉するシウリザクラ、上層木の落葉後、霜害で枯死するまで緑葉を保持するサワシバ、この2樹種に比べ開葉が遅く落葉の早いホオノキ、前述の3種の中間的特徴を示すミズナラである。これら4樹種について、光飽和の光合成速度(Psat)と比葉面積(SLA)、クロロフィル量、窒素含有量の季節変化を追跡した。その結果、ホオノキは高いPsatと窒素利用効率で着葉期間を補償するのに対して、シウリザクラ、サワシバのPsatは低く、長い着葉期間が成長に重要であった。ミズナラはこれらの中間的な性質を示した。冷温帯葉落広葉樹の光合成生産機能を,森林を構成する高木の機能を樹冠レベルで評価するとともに,ギャップ更新稚樹や低木層構成樹種の光合成特性を基礎に考察した。樹冠部の光合成特性は林冠層をやや越えた高さ24mの樹冠観測タワーを用いて測定した。上層木の開葉と共に林床へ到達する光量は減少し,落葉とともに増加した。また,CO_2濃度の垂直変化は,風のない日中に樹冠部位では約320ppmまで低下し,夕方には林床付近で約560ppmに達した。高木層の開葉は雪解けの約1週間後から始まり樹冠基部から先端に向かって進行した。シラカンバやケヤマハンノキなどの散孔材樹種の開葉が早く,ハリギリやヤチダモなどの環孔材では約2週間遅かった。初夏には全ての樹種の樹冠部位での光合成速度は高かったが,真夏には樹冠のやや内部に位置する葉の光合成速度が最高であった。落葉が始まる初秋には先駆種であるシラカンバとケヤマハンノキの光合成速度は高かったが,全体としては樹冠部位での光合成速度に樹種間の差はなかった。樹冠下部の葉では集光機能を代表するクロロフィルb量が多く,また,窒素のクロロフィルへの分配量も多かった。林床では上層木の葉が展開して林冠が閉鎖する前に葉を展開し終える樹種や,上層木が落葉しても葉を保持し降霜まで緑葉を維持する樹種が存在した。林床に生育する稚樹では,光飽和での光合成速度(最大光合成速度)は大きな年変動を示した。この原因として春先の乾燥により厚く小さな葉が形成されることが考えられ,葉内部でのCO_2拡散抵抗が最大光合成速度を律速することが示唆された。