hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
病原菌シグナル伝達と植物防御遺伝子応答におけるブラックボックスの分子生物学的解明

エンドウ褐紋病菌の生産するエリシターとサプレッサーは防御応答のスイッチのon-offを行うシグナル分子である。これらの受容から遺伝子応答に至る流れの解明を目指し研究を行った。原形質膜における情報伝達解析と並行して、細胞壁画分から、エリシター・サプレッサー感応性の酵素群を検索した結果、ATPase(NTPase)、パーオキシデ-ス(POX)、アスコルビン酸オキシデ-スがエリシターによって活性が増高し、サプレッサーによって種特異的に阻害を受けた。分離細胞壁におけるスーパーオキサイドと感染阻害物質の生産には連携が認められ、病原菌シグナルで制御される事も明らかとなった。さらに、細胞壁にはヴィトロネクチン様蛋白分子が存在し、原形質膜蛋白質とRGD配列を介して連携しており、ファイトアレキシン生産のシグナル伝達を担うことが判ってきた。このように植物細胞壁は病原菌シグナルの認識・受容と変換・増幅の場であると同時に防御応答の最前線であり、細胞壁が種特異性決定に重要な役割を果たす可能性が示唆された。病原菌シグナル因子による植物防御遺伝子の発現調節に必要なシス・トランス因子の割り出しを進めた。PAL,CHS遺伝子プロモータにGUSを連結した遺伝子を導入したトランスジェニック植物やトランジェントアッセイにより以下の結果を得た。1)PSPAL1,PSPAL2各遺伝子5′-プロモータ領域のエリシターやUV応答に必要なシス因子の候補はbox1(L-box),box2(P-box),box4(AT-box)である。2)PSPAL1,2、およびPSCHS1,2のすべてのプロモータ領域のAT-rich配列はDNA/タンパク質複合体を形成し、結合には核タンパク質のリン酸化が必要である。3)エリシター応答のカルコン合成酵素遺伝子のプロモータにはBox-1,G-Box,Box-2配列が重要である。植物-病原菌相互作用における情報伝達から遺伝子応答に至る経路に関しては未だ不明な点が少なくない。エンドウの病原体である褐紋病菌の生産するエリシターとサプレッサーは防御応答のスイッチのon-offを行うシグナル分子であり、これらの受容-エフェクター分子-情報分子-遺伝子応答の制御の解明を目指し1年度の研究を行った。エンドウ防御応答に関与する情報伝達系を検索した結果、ATPaseやポリホスホイノシチド(P1)代謝系の重要性が明らかとなった。エンドウ原形質膜及び細胞壁におけるこれら菌シグナルの受容体・エフェクター分子の精製分離を、ATPase活性を指標に試みた結果、以下の知見が得られた。すなわち、原形質におけるATPaseはP1代謝系酵素であるPtdIns及びPtdInsPキナーゼと共可溶化されることが判明し、これらの分子がクロストークしているという以前からの仮説の妥当性を示す結果を得た。両活性は、エリシターで増加し、サプレッサーの共存下には抑制されることから本画分にエリシター・サプレッサーの受容体も含んでいる可能性も示唆された。さらに、レクチンカラムを用いて精製を進めているが、分子量530Kの約8種のサブユニットからなる蛋白質が得られこの中の1分子はATPaseであることが判明した。これと並行して細胞壁画分から、エリシター・サプレッサー感応性の酵素群、特に今回はホスファターゼについて検索した結果、ATPaseが浮上した。すなわち、本活性はエリシターによって種非特異的に増高し、サプレッサーによって種特異的に抑制された。以上の結果から、細胞壁においても病原菌シグナルの認識がされること、さらに宿主-病原菌の特異性を決定するシステムの存在することが強く示唆された。現在、本ATPaseの精製を進めている。

病原菌シグナル因子による植物防御遺伝子の発現調節に必要なシス・トランス因子の割り出しを進めるため、PAL,CHS遺伝子プロモータにGUSを連結した遺伝子を導入したトランスジェニック植物体を作出し、感染局部におけるGUS発現を検索し以下の結果を得た。1)Loss of function実験からPSPAL1,PSPAL2各遺伝子5'プロモータ領域に含まれるエリシターあるいはUV照射による発現誘導応答に必要なシス因子の候補としてbox1(L-box),box2(P-box),box4(AT-box)があげられた。このことはゲル・モビリテイー・シフトアッセイやDNaseI,OP-Cu footprinting analysisによっても確かめられた。2)トランスジェニックタバコにおけるキメラ遺伝子の発現様式からPSPAL1,PSPAL2プロモータはともに、根・下位茎における組織特異的発現に関与していることが示唆された。また、PSPAL1プロモータは、さらに花弁の色素沈着部における特異的発現に関与していることが明らかとなった。3)PSPAL1,2およびPSCHS1,2のすべてのプロモータ領域のATリッチシークエンスに結合する共通のタンパク質はHMG-I/Yに類似するDNAベンデイングに関与するタンパク質である可能性が大きい。エンドウ褐紋病菌のエリシターやサプレッサーは無傷エンドウ葉に対しても認識されたことより初期防御応答における細胞壁の重要性が示された。無傷エンドウ葉のエリシター処理による活性酸素種の生成、分離細胞壁画分のエリシター処理による感染阻害物質の生成はサプレッサーによって宿主特異的に阻害された。また、エリシター活性を保有するレクチン、コンカナバリンAの結合タンパク質複合体を原形質膜画分から単離すると、本複合体には防御応答に必須なポリホスホイノシチド代謝系のフォスファチジルイノシトールキナーゼや原形質膜ATPase、低分子量GTP結合タンパク質、ヌクレオシドジフォスフェイトキナーゼが存在することが明らかになった。これらのことから、エリシター・サプレッサーの受容体は細胞膜から細胞壁に存在していると考えられた。またポリホスホイノシチド代謝系の1産物であるジアシルグリセロールがエンドウ防御応答のセカンドメッセンジャーの候補であること、プロテインキナーゼCの活性がエリシター処理後数分以内に上昇すること、情報伝達におけるアクチン繊維の重要性が判明した。フェニルアラニンアンモニアリアーゼやカルコン合成酵素などの防御応答遺伝子のプロモーターの詳細な解析は、エリシター応答には少なくとも複数種のシスエレメントが存在しており、このうちフェニルプロパノイド代謝系酵素遺伝子に共通して保存されている、Box-1,Box-2,G-Boxへの塩基置換の導入はレポーター遺伝子の発現を顕著に低減させること、更にその上流域にエンハンサー様配列が存在していることを明らかにした。また、トランジェントアッセイの系においてもサプレッサーはレポーター遺伝子の発現を顕著に抑えたことより、このプロモーター領域にはサプレッサーにも応答する領域が存在していることが明らかになった。
数学授業改善のための形成的評価能力向上機能を備えた教員養成プログラム開発

本研究の目的は,数学授業改善のための形成的評価に焦点をあて,教師の形成的評価の能力向上を志向した教員養成プログラムを開発することである。このために,研究の初年度である平成30年度は,問題解決型の数学授業における子どものアイデアをとらえる教師の観察と把握の実態を,ICTを活用して記録された授業観察記録の分析から明らかにすることを試みた。これまでに蓄積された観察記録が4年間分のデータであるため複数の観点からの分析が可能であった。生徒の実態の的確な把握に関する内容,個別指導に関する内容,生徒の自力解決時のアイデアを比較検討に取り入れることに関する内容といった机間巡視のはたらきに関する内容に整理して分析することができた。分析の結果,生徒の実態をおおむね的確に把握できる学部学生は多いものの,個別指導の必要性や比較検討の設計に関する観察に課題があることが明らかとなった。こうした分析と並行して,「教員養成プログラム」の開発を進めている。具体的には,多様なアイデアが現れる教材を過去の算数・数学科教科書を参照して開発するとともに,開発した教材を用いてアイデアの把握の方法や比較検討場面の設計の方法を吟味できるプログラムの開発である。現状では,これまでに実施してきた授業レポート課題と関連させたプログラムとなっている。学部学生は,深い教材研究があってこそ,生徒の解決に関するアイデアを的確によみとることができるといった理解を学習感想等に示している。平成30年度は,「恒常的実習」が集中実習前後に実施され,ICTを活用した観察記録データが蓄積された。このため,分析を進める環境が整っている。「教員養成プログラム」の一部をすでに実施しているため,おおむね順調に進展している。今後,観察記録データの蓄積と分析を進めるとともに,明らかにされた実態を改善するための指導としての「教員養成プログラムの開発」を進める。初年度は,旅費の使用が予定よりも少なかった。次年度は,複数の研究打ち合わせが予定されているため,旅費を予定通りの使用が可能である。
自給飼料主体で生産した乳・肉の共役リノール酸など機能性成分の評価と利用技術の開発

放牧乳牛および放牧肉牛の機能性成分の動態を明らかにし、牛ルーメン内CLA含量に及ぼす粗飼料多給および牛ルーメン内CLA含量に及ぼすルーメンプロトゾアの影響について試験を実施した。結果の概要は以下のとおりである。1.放牧により牛乳中のCLAおよびビタミンA含量が高くなることが示された。2.牛乳中のビタミンE含量は、放牧により含量が増加する傾向は認められなかった。3.放牧および牧草サイレージのみで肥育された牛肉のCLA含量は濃厚飼料主体の慣行肥育の牛肉よりも多かったが、ビタミンEおよび遊離グルタミン酸の含量には、差は認められなかった。4.泌乳牛へのビール粕の給与により牛乳中の脂肪酸組成ではC18:0およびC18:1の割合が有意に高く、また、CLAの割合も高まった。5.泌乳牛への稲ホールクロップサイレージの給与はルーメン発酵や血液性状に影響を与えたが、牛乳中のCLA含量には影響が認められなかった。6.ルーメン内CLA生成に及ぼすプロトゾアの影響について、プロトゾア存在牛と不在牛を用いて検討した。プロトゾアは細菌に比べ、バクセン酸(VA)は40%多く、c9,tll-CLAは61%多かった。プロトゾア存在牛のルーメン細菌は不在牛のそれに比べ、VAを65%多く、CLAを22%多く含んでいた。また、ルーメン液の脂肪酸組成では、プロトゾア存在牛は不在牛に比べVAを151%多く含み、CLAを119%多く含んでいた。以上より、プロトゾアはルーメン内のVAとCLAの生成に大きく係わっていることが明らかにされた。平成17年度は北里大学附属八雲牧場における試験用肉牛ゐ生産、供試牛肉材料の採取、青森県横浜牧場および慣行肥育牧場からの供試牛肉材料の採取を行い、牛肉中の共役リノール酸(CLA)など機能成分の分析及び機能性成分の抽出を実施した。牛乳については山地酪農家2戸、集約放牧酪農家2戸および舎飼酪農家2戸から毎月、牛乳を採材し、牛乳中のCLA含量を測定した。1、慣行肥育牛肉(霜降り牛肉)及び100%自給飼料牛肉(赤肉)のロース肉、腎周囲脂肪のCLAの比較では、CLAは腎脂肪よりもロース肉に多く含まれており、慣行肥育牛よりも100%自給飼料牛肉のほうが3倍程度多く含まれることを明らかにした。また、CLA含量は舎飼後の牛肉よりも放牧直後の牛肉に多く含まれる傾向を認めた。2、放牧酪農牛乳と舎飼酪農牛乳の機能性成分の比較では、CLA含量は山地酪農、集約放牧酪農、舎飼酪農の順に多く含まれていることを認めた。3、牛脂からの脂質およびCLAの機能性成分の効率的な抽出・濃縮・精製法について検討し、脂肪酸の精製ではリパーゼ得Fによる方法で優れた成績を示した。得られた抽出精製物について、抗酸化活性を調べた。我が国の風土に適した飼料自給型畜産システムを構築することを目的として、放牧や自給飼料多給等、自然循環機能を発揮した畜産システムで生産された乳・肉に含まれる共役リノール酸(CLA)、ビタミン類など機能性成分の評価および利用技術について検討した。1.100%自給飼料牛肉の機能性成分の季節変動について調査し、夏(放牧期)に生産した牛肉は冬(貯蔵飼料給与期)に生産した牛肉よりもCLA含量が高いことを認めた。2.100%自給飼料牛肉(北里大学八雲牧場)、オーガニック牛肉(青森県横浜牧場)、慣行肥育牛肉のCLA含量は慣行肥育牛が有意に低い傾向を示した。

3.100%自給飼料牛肉の微生物学的手法による脂肪組織からの機能性成分の抽出・精製法について検討し、リパーゼFによる方法によるCLAの精製率は80%以上を達成できた。4.放牧酪農牛乳の機能性成分の季節的変動について調査し、夏(放牧期)に生産した牛乳は冬(貯蔵飼料給与期)に生産した牛乳よりもCLA含量、ビタミンE含量が高いことを認めた。5.山地酪農、放牧酪農、舎飼酪農について牛乳中の機能性成分を比較した結果、CLA含量、ビタミンE含量は山地酪農が最も高く、舎飼期でも同様な傾向を示した。ビタミンA含量は差が認められなかった。放牧や自給飼料多給等、自然循環機能を発揮した畜産システムで生産された乳・肉に含まれる共役リノール酸(CLA)、ビタミン類の含量を増強するため、放牧乳牛および放牧肉牛の機能性成分の動態を明らかにし、牛ルーメン内CLA含量に及ぼす粗飼料多給および牛ルーメン内CLA含量に及ぼすルーメンプロトゾアの影響について試験を実施した。結果の概要は以下のとおりである。1.青森県および岩手県の酪農家の調査では放牧により牛乳中のCLAおよびビタミンA含量が高くなることが示された。2.北海道八雲町の酪農家の調査では放牧によりCLA含量は高まったが、牛乳中のビタミンAおよびE含量は、測定値にばらつきが見られ、放牧飼養により含量が増加する傾向は認められなかった。3.放牧および貯蔵自給飼料で肥育された牛肉のCLA含量は濃厚飼料主体の慣行肥育の牛肉よりも多かったが、ビタミンEおよび遊離グルタミン酸の含量には、明確な差は認められなかった。4.泌乳牛へのビール粕の給与により牛乳中の脂肪酸組成ではC18:0およびC18:1の割合が有意に高く、また、CLAの割合も高まった。5.泌乳牛への稲ホールクロップサイレージの給与はルーメン発酵や血液性状に影響を与えたが、牛乳中のCLA含量には影響が認められなかった。6.ルーメン内CLA生成に及ぼすプロトゾアの影響について、プロトゾア存在牛と不在牛を用いて検討した。フロトゾアは細菌に比べ、バクセン酸VA)は40%多く、c9,t11-CLAは61%多かった。プロトゾア存在牛のルーメン細菌は不在牛のそれに比べ、VAを65%多く、CLAを22%多く含んでいた。また、ルーメン液の脂肪酸組成では、プロトゾア存在牛は不在牛に比べVAを151%多く含み、CLAを119%多く含んでいた。以上より、プロトゾアはルーメン内のVAとCLAの生成に大きく係わっていることが明らかにされた。
低温プラズマ処理による高分子ミクロスフィアの帯電制御

高分子微粒子である複写機用トナーに関する特性の一つとして帯電特性がある。これまでの研究結果から、高分子微粒子表面層のみに何らかの処理を施すことができれば、有効に帯電特性を大きくすることが可能になると推測される。このため、調製した高分子微粒子の低温プラズマ処理を実施した。まずSteplとして、低温プラズマ処理による高分子微粒子表面への官能基直接導入法について検討した。その結果、プラズマガスとしてアンモニアを用いた場合、微粒子は大きく正に帯電した。XPSによる解析から、微粒子表面にはアミノ基の存在が確認された。一方、六フッ化エタンを用いた場合、微粒子表面にフッ素原子が確認され、この影響による負への帯電が認められた。さらに、プラズマ処理時間などの操作因子の影響を検討した結果、最適な処理条件を明らかにすることができた。しかしながら、プラズマ処理を用いた官能基直接導入法により調製した高分子微粒子の帯電特性は、処理後、時間と共に低下した。この原因を、XPSを用い解析したところ、官能基の反転による微粒子内部への埋没によるものであることが明らかとなった。そこで、Step2として、官能基を有するモノマーを低温プラズマグラフト重合し、高分子微粒子表面にグラフト層を形成させた。使用したモノマーはpentafluoropropylmethacrylate(5-FPMA)である。XPS、SEM観察から、高分子微粒子表面に5-FPMAのグラフトポリマー層が形成していることを確認した。また、このグラフトポリマー形成により、高分子微粒子の帯電特性は飛躍的に増大した。プラズマグラフト操作因子を変化させることで、最適な帯電特性を与える条件を把握することができた。5-FPMAの低温プラズマグラフト重合により調製した高分子微粒子の帯電特性は、処理後の経痔変化を示さず、安定していることが明らかとなった。
メタボローム解析による水稲の潮風害発生機構および抵抗性発現機構の解明

育苗期と糊熟期の水稲での塩付着害と吸収害では、アミノ酸等の代謝物質の動態が異なった。また、糊熟期では両害間で穂部の水抽出液中成分量や組成が異なった。ケイ酸資材施用やケイ酸吸収阻害遺伝子の有無間での比較で、ケイ酸栄養状態を良好にした環境下では、体内のケイ酸含有率が高いほど糊熟期の塩付着害下でのアミノ酸等の代謝物質の増加程度は多くなった。被害および抵抗性発現機構の解明には至らず、過去の研究代表者の報告(ケイ酸による被害軽減)を基に、中干しや資材利用によるケイ酸吸収促進、塩付着害を軽減する生育量、コーティング資材の利用の可能性、ケイ酸資材の残効等の被害軽減技術を検討したが今後更なる検討を要する。1.23年度に塩吸収害耐性系統(2系統)と山形県の作付品種(6品種)の水稲苗について、塩付着害と根からの塩吸収害の被害程度を新鮮重により検討し、苗では塩吸収害耐性とされる系統でも被害が発生し、系統・品種間で被害程度に差がないが、両塩害では代謝物質で変動のあった物質の数や成分量が異なるものが確認された。しかし、24年度ではこれらの代謝物質の解析が遅れており、新たな結果が得られていないため、25年度も両塩害間で水稲苗体内の反応に違いがあるか代謝物質の解析を中心に行う。2.山形県の作付品種(4品種)における塩分付着害の被害程度を登熟ステージ別に検討したところ、23年度の結果と同様に最も糊熟期で塩分付着害により低収し、水稲は糊熟期が最も塩分付着害への感受性が強いことがわかった。また、圃場試験と同様の4品種におけるポット試験で、塩分付着害により代謝物質に変化があるか試験を行ったが、代謝物質の解析については25年度に行う。3.ポット栽培条件下の「はえぬき」において、稲体のケイ酸含有率の違いと糊熟期の塩分付着害の有無による主要な代謝物質の動態の違いについて測定した。その結果、ケイ酸無施用では塩分付着害を与えなかったものと比べて、被害を受けたものでいくつかのアミノ酸が被害後4および8時間に増加が確認された。本試験での植物体内のケイ酸含有率の違いによる解析については25年度に行う。4.23年度にポット栽培条件下で水稲の葉や穂の表面をコーティングして保護することにより、塩分付着害を軽減する可能性があることが確認された資材について、資材の濃度・量・散布時期の違いによる塩分付着害の軽減程度を検討した。その結果、被害を受ける前日の散布で資材濃度が高いほど被害を軽減できる可能性があった。しかし、軽減程度は小さく、雨天による資材の流亡がみられたため、他資材を探索する必要がある。1.23年度に行った塩吸収害耐性系統(2系統)と山形県の作付品種(6品種)の水稲苗の塩付着害と塩吸収害の被害比較試験の葉身試料について、2425年度に被害後の代謝物質の動態を比較した。両塩害では主要な代謝物質で変動のあった物質の数や成分量が異なるものが確認された。26年度も引き続き解析を行う。2.ポット栽培した塩吸収害耐性系統(2系統)と非耐性品種(3品種)において、糊熟期に塩付着害および塩吸収害を処理し、収量性の視点から塩吸収害耐性系統は塩付着害にも耐性があると推察された。26年度は代謝物質の解析を行う。また、26年度は25年度と同様のポット試験により年次確認を行い、代謝物質の解析を行う。3.ケイ酸施用、またはケイ酸吸収阻害遺伝子の有無により水稲体内のケイ酸含有率が異なるポット栽培条件下で、糊熟期の塩付着害の有無による主要な代謝物質の動態比較を行った。その結果、塩付着害によりいくつかのアミノ酸等の増加が確認された。また、ケイ酸含有率が高い稲体ほどその増加量が多かった。本研究は26年度も同様の試験により年次確認を行う。4.塩付着害を軽減するケイ酸を効率的に水稲に吸収させることを目的に、中干し時期の違いによる水稲のケイ酸吸収への影響について、圃場試験を行った。その結果、慣行よりも1週間程度早い早期中干しではケイ酸の吸収量が多くなる傾向であった。26年度も同様の試験により年次確認を行う。5.水稲の登熟時期と籾数・穂数の違いが塩付着害の被害程度に及ぼす影響について圃場試験を行った。その結果、一定量の塩水を散布した塩付着害では、乳熟期と糊熟期においてm2当りの籾数と穂数が多いほど、1籾・1穂当たりの塩付着量が少なくなるため、面的な被害程度は小さくなる傾向であった。黄熟期では登熟が進んでいるため、被害が少なく一定の傾向はなかった。

被害および抵抗性発現機構の解明には至らず、過去の研究代表者の報告(ケイ酸による被害軽減)を基に、中干しや資材利用によるケイ酸吸収促進、塩付着害を軽減する生育量、コーティング資材の利用の可能性、ケイ酸資材の残効等の被害軽減技術を検討したが今後更なる検討を要する。1.水稲品種「はえぬき」の苗を用いて、葉への塩付着害と根からの塩吸収害の被害程度が新鮮重の視点から同じ程度になる被害発生方法を検討し、その方法により塩吸収害耐性系統(2系統)と山形県の作付品種(6品種)について、塩付着害・吸収害両者の被害程度の品種間比較を行った。また、水稲品種「つや姫」と「ササニシキ」について被害発生直後の主要な代謝物質の動態を測定した。その結果、苗段階では塩吸収害耐性とされる系統においても被害が発生し、各系統・品種間で被害程度に差がなかった。また、両塩害では主要な代謝物質で変動のあった物質の数や成分量が異なるものがあり、両塩害間で水稲苗体内の反応に違いがあると考えられた。24年度は、解析途中である代謝物質の解析を中心に行う。2.ポット栽培条件下の「はえぬき」において、登熟全期間の中ごろにあたる糊熟期で、最も塩分付着害によって低収した。また、圃場試験において、山形県の作付品種(6品種)でも同様に最も糊熟期で塩分付着害により低収し、水稲は糊熟期が最も塩分付着害への感受性が強いことが明らかとなった。24年度は同様の圃場試験を行い、主要な代謝物質の測定は品種を限定してポット試験を行う。3.ポット栽培条件下の「はえぬき」において、稲体のケイ酸含有率の違いと糊熟期の塩分付着害の有無による主要な代謝物質の動態の違いについて測定した。その結果、塩分付着害を与えなかったものと比べて、被害を受けたものでいくつかのアミノ酸が被害後8時間に増加した。しかし、植物体内のケイ酸含有率の違いによる差はなかった。24年度はケイ酸含有率をさらに高めた条件で同様の試験・解析を行う。4.ポット栽培条件下で水稲の葉や穂の表面をコーティングして保護することにより、塩分付着害を軽減する可能性がある資材を確認した。24年度は再度、資材の濃度・量・散布時期を含めて検討を行う。1.塩付着害の被害発現機構の解明⇒苗では塩付着害、吸収害いずれも耐性と非耐性では同様の被害であり(23年)、糊熟期では両害とも耐性系統の被害が軽かった(2426年)。26年において、塩吸収害耐性系統の母本品種と、その耐性2系統間の糊熟期における両害条件下では、被害後の穂部の水抽出液中成分量や組成が異なった。また、供試全系統・品種で、付着害では吸収害と各種アミノ酸等の動態が異なった。このことから、付着害では塩付着部位の防御機構も同時に進行していると考えられ、今後さらに検討する必要がある。2.葉身および穂中のケイ酸含有率の違いによる塩付着害に対する抵抗性発現機構の解明⇒ケイ酸資材施用やケイ酸吸収阻害遺伝子の有無により、ケイ酸含有率が異なるポット栽培条件下で、糊熟期の塩付着害の有無による主要な代謝物質の動態比較を行った。その結果、塩付着害によりアミノ酸等の増加がみられた。また、ケイ酸含有率が高いほどその増加量が多かった(2426年)。項目1と2から、塩付着によりアミノ酸等の増加がみられるが、ケイ酸含有率が高くなるほど、その増加程度は多くなると考えられた。さらに、収量性からみた被害程度はケイ酸含有率が高いほど軽減される傾向であった。このメカニズムについては今後検討する必要がある。3.抵抗性発現機構に基づいた被害軽減技術⇒発現機構の解明には至らず、過去の研究代表者の報告(ケイ酸による被害軽減)を基に本研究で行った試験結果は以下のとおりであった。
多機能型高分子固定化ナノクラスター触媒を用いた反応集積化システムの創成

不均一系金属ナノ粒子触媒はその頑健性、特異な反応性から注目され、近年多くの応用例が報告されているが、不斉炭素ー炭素結合生成反応において高い選択性と広い基質一般性を示した例は限られている。昨年度、高分子及び活性炭を混合した担体にRh/Ag二元ナノ粒子を固定化した触媒を用い、不飽和エステル類へのアリールボロン酸類の不斉1,4-付加反応の開発を行い、二級アミドを有するキラルジエン配位子を用いた際に非常に高い選択性で目的物が得られる事を見出した。本触媒(キラルナノ粒子)系は広範な基質に対し適用可能であり、医薬品など有用化合物の中間体合成も実現できた。反応性の低い不飽和アミド類に対する不斉1,4-付加においても、金属ルイス酸触媒を共存させる事で高い収率で目的物が得られ、キラルナノ粒子触媒との協調触媒作用が見出された。本触媒を当研究室で開発した金ナノ粒子触媒と同時に用いる事で、アルコール類を出発物質に、酸素酸化反応・不飽和結合生成反応・不斉1,4-付加反応をワンポットで連続的に行う系を実現した。また活性の低下を伴わず、触媒の回収、再使用も可能であった。本反応系において金属の担体からの漏出は検出されず、反応途中の混合物から触媒を濾過後の濾液中で反応が進行しない事も確認した。不均一系ナノ粒子触媒の活性を、対応する均一系錯体触媒と比較した所、低濃度の条件下または特定の基質との反応において、ナノ粒子触媒が錯体触媒を上回る収率を与えた。更に、それぞれの系で配位子の光学純度と生成物の光学純度との相関を調べた所、ナノ粒子触媒系においてのみ、正の非線形効果が観測された。以上の結果は、不均一系ナノ粒子触媒と均一系錯体触媒の活性種が異なるものであることを強く示している。本研究により、従来の均一系金属錯体触媒を凌駕する、キラルナノ粒子触媒の高い有用性及び反応活性種に関する新しい知見が得られた。26年度が最終年度であるため、記入しない。筆者の所属する研究室が独自に開発した高分子カルセランド(PD法を用いて、ポリスチレンを基本骨格とした高分子及び活性炭を混合した担体にロジウムナノ粒子を固定化した触媒を開発し、アリールボロン酸類のエノン類への不斉1,4付加反応へ適用した。BINAPを不斉配位子として添加した所、顕著なロジウムの漏出が観測されたが、不斉ジエン配位子を用いる事で目的物が高収率、高エナンチオ選択性で得られ、金属漏出を検出限界以下まで抑制することに成功し、更に二次金属として銀を添加した二元金属ナノ粒子触媒(PI/CBRh/Ag)を用いる事で触媒活性を向上させられる事を見出した。本触媒系は他の様々な種類の基質においても、金属漏出することなく、高収率、高エナンチオ選択性で目的物を与えた。銀の添加による活性向上の理由を探るべく、本触媒の電子顕微鏡による観察およびエネルギー分散X線分析装置による分析を行った所、ロジウムと銀は合金ナノ粒子を形成しており、銀の添加によりナノ粒子の凝集が抑制されていることがわかり、その結果として活性が向上したと考えられる。またこれはキラルナノ粒子触媒によって不斉炭素-炭素結合形成反応が90%eeを超える高い選択性で進行した初めての例である。本触媒はろ過のみの簡便な操作により回収が可能であり、また収率及びエナンチオ選択性を損なう事なく8回の再使用が可能であった。その後の使用において収率の低下がみられたが、触媒を無溶媒条件下で加熱処理することにより活性が復活し、再び高活性を維持したまま複数回の再使用ができた。更に、アルコールの酸素酸化反応に有効な触媒であるPIAu触媒とPI/CBRh/Agを順次加えることで、アリルアルコール類とアリールボロン酸類を原料とする、酸素酸化反応と不斉1,4付加反応の二段階のワンポット反応を、高収率及び高工ナンチオ選択性で達成できた。本研究はキラルナノ粒子触媒を用いた不斉合成の開発において、重要な知見になり得ると思われる。エステルは多様な官能基に変換可能であり、特に不斉点を有するエステル類は合成中間体として非常に有用である。そこでこのような化合物の合成、より高活性な触媒の開発、タンデム反応への応用を見据え、昨年度報告した、ポリスチレンを基本骨格とした高分子及び活性炭を混合した担体にロジウム・銀二元ナノ粒子を固定化した触媒(PI/CB Rh/Ag)を用いた不飽和エステル類へのアリールボロン酸類の不斉1,4-付加反応の開発を行った。従来のキラルジエン配位子ではエナンチオ選択性が不十分であった為、配位子に金属への配位に加え、基質への相互作用を可能とする二機能性配位子を設計し検討を行ったところ、二級アミドを有するキラルジエン配位子を用いた際に非常に高い選択性で目的物が得られた。本配位子を用いたキラルナノ粒子触媒は、0.1mol%以下の触媒量で広範な基質に対し非常に高選択的かつ高収率で目的物を与えた。同じキラル配位子を用いた均一系金属錯体触媒も従来の触媒を凌駕する高い反応性、選択性を示したが、不均一系ナノ粒子触媒の方が選択性、活性共に優れ、より実用的な触媒である事が示された。

上述のPI/CB Rh/Agは高い有用性を示したが、担体の調製が煩雑である、銀の添加が高活性に必要不可欠である等の欠点を有し、また粒径分布が広範で、ナノ粒子の金属組成も粒子ごとにランダムであり、今後反応機構や活性種の同定を行うにあたり適切な系とは言い難い。そこでバイオマス由来の高分子であり環境に優しいリサイクル可能な固相担体であるセルロースに着目し、粒径の揃ったRhナノ粒子触媒の開発に着手した所、Agの添加なしに高活性を有し、金属漏出も抑制されたセルロース担持ナノ粒子触媒の調製に成功した。また、複数のパルスプログラムを組み込んだ固体NMR測定により、ナノ粒子表面上に吸着した配位子の観測にも成功した。この知見は従来推定が困難であった不均一系触媒反応の機構の解明への非常に強力な手法となり得る。不均一系金属ナノ粒子触媒はその頑健性、特異な反応性から注目され、近年多くの応用例が報告されているが、不斉炭素ー炭素結合生成反応において高い選択性と広い基質一般性を示した例は限られている。昨年度、高分子及び活性炭を混合した担体にRh/Ag二元ナノ粒子を固定化した触媒を用い、不飽和エステル類へのアリールボロン酸類の不斉1,4-付加反応の開発を行い、二級アミドを有するキラルジエン配位子を用いた際に非常に高い選択性で目的物が得られる事を見出した。本触媒(キラルナノ粒子)系は広範な基質に対し適用可能であり、医薬品など有用化合物の中間体合成も実現できた。反応性の低い不飽和アミド類に対する不斉1,4-付加においても、金属ルイス酸触媒を共存させる事で高い収率で目的物が得られ、キラルナノ粒子触媒との協調触媒作用が見出された。本触媒を当研究室で開発した金ナノ粒子触媒と同時に用いる事で、アルコール類を出発物質に、酸素酸化反応・不飽和結合生成反応・不斉1,4-付加反応をワンポットで連続的に行う系を実現した。また活性の低下を伴わず、触媒の回収、再使用も可能であった。本反応系において金属の担体からの漏出は検出されず、反応途中の混合物から触媒を濾過後の濾液中で反応が進行しない事も確認した。不均一系ナノ粒子触媒の活性を、対応する均一系錯体触媒と比較した所、低濃度の条件下または特定の基質との反応において、ナノ粒子触媒が錯体触媒を上回る収率を与えた。更に、それぞれの系で配位子の光学純度と生成物の光学純度との相関を調べた所、ナノ粒子触媒系においてのみ、正の非線形効果が観測された。以上の結果は、不均一系ナノ粒子触媒と均一系錯体触媒の活性種が異なるものであることを強く示している。本研究により、従来の均一系金属錯体触媒を凌駕する、キラルナノ粒子触媒の高い有用性及び反応活性種に関する新しい知見が得られた。26年度が最終年度であるため、記入しない。不斉反応に用いる金属触媒を固定化する手法として、不斉配位子を担体中に固定化し、金属錯体自体を担持する方法がよく知られているが、予想外にも固定化ナノ粒子触媒存在下に不斉配位子を外部添加する事で生成するキラルナノ粒子が不斉炭素-炭素結合生成反応を触媒することを発見し、更にキラルジエン配位子やRh/Ag合金ナノ粒子を使用し、幅広い種類の基質において高収率かつ高エナンチオ選択性で目的物を得ることに成功した。本触媒は活性を損なうことなく複数回の回収、再利用が可能であるなど、耐久性の高い触媒である事も確認された。また本触媒を用いる事で、当初の目的であった金ナノ粒子触媒による酸素酸化反応との反応の集積化も実現出来た。
軟X線レーザー角度分解光電子分光法・テラヘルツ分光法による光誘起超伝導の研究

本研究では、高温超伝導物質、特に鉄系超伝導の光励起状態に着目し、光誘起超伝導の検証を目指し、詳細な実験的研究を行っている。観測手段としては、軟X線レーザー光電子分光法とテラヘルツ分光法を相補的に用いている。光励起は近赤外レーザーを用いて行い、軟X線レーザー光電子分光法により光励起状態の過渡的なバンド構造を観測し、さらにテラヘルツ分光法で過渡的な伝導性質を明らかにする。当該年度は、特に、軟X線レーザー光電子分光法による鉄系超伝導体FeSe結晶の測定を中心に行ってきた。軟X線領域の光源を用いることで、広い運動量空間のバンド構造を観測することができ、このことは、特にFeSeにおいては、\Gamma点における正孔バンドとM点における電子バンドを共に観測でき、非常に強力な点といえる。光励起後のバンド構造を詳細に調べた結果、我々は、\Gamma点とM点のフェルミ面が、共に収縮するという結果を得ることができた。第一原理計算との比較から、このことは、光励起後の結晶構造が、SeとFeの距離が長くなるものに対応することが分かり、これはまさに、圧力印加下における状況と類似していることが明らかになった。圧力印加により、超伝導転移温度が著しく上昇することを勘案すると、光励起による新しい制御軸を我々は見出すことに成功したといえる。また、光励起後の比較的長いダイナミクスを調べた結果、光励起により\Gamma点とM点で非等価な電子状態が実現し、その状態が非常に長い1 ns以上続くという結果を得ることに成功した。さらに、詳細な解析から過渡的な超伝導ギャップを抽出し、FeSeにおける光誘起超伝導が非常に長寿命であることが明らかになった。以上のように当該年度は、軟X線レーザー光電子分光法による光誘起超伝導状態への実験的検証を一通り終えることに成功した。現在までに、軟X線レーザー光電子分光法を用いて、近赤外レーザー励起後の鉄系超伝導FeSeにおけるバンド構造変化を直接観測することに成功した。さらに、詳細な解析から、光励起に伴い、\Gamma点における正孔バンドとM点における電子バンドのフェルミ面が収縮することが明らかになった。第一原理計算と比較することで、このことは、光励起に伴う格子変調がFeとSeの距離が長くなることに相当し、圧力印加が及ぼす結果を考慮すると、光励起が、FeSeにおける超伝導発現・増強において、非常に有力な手法であることを示すことができた。さらに、直接光誘起超伝導ギャップを測定することに成功し、その光誘起相が1 ns以上の長時間続くことから、光誘起超伝導相が非常に長寿命であることが明らかになった。そして、これまでの結果は、現在、雑誌論文にて査読中である。また、光電子分光法と相補的な実験手法である、テラヘルツ分光法の光学系を半分ほど立ち上げることに成功した。クライオスタットを用いることで低温で行うことができ、さらに、反射光学系にすることで、厚みが大きい試料に対しても測定が行うことができる。このことは、光電子分光で行った試料が、そのままテラヘルツ測定でも行えることを可能にし、非常に有力な点であるといえる。以上のように、現在までの進捗状況は、軟X線レーザー光電子分光法を用いた、FeSeにおいて発現する光誘起超伝導相の検証を一通り終えることに成功した。本研究の研究概要で述べた、軟X線レーザー光電子分光法とテラヘルツ分光法を相補的に用いた光誘起超伝導相の検証のうち、前者に相当する測定を終え、後者の準備をしている段階である。本研究事業期間が2年間であることから、現在までの1年間の進捗状況に対して、上記の(2)おおむね順調に進展しているの評価を行った。現在までの1年間では、軟X線レーザー光電子分光法を用いて、近赤外レーザー励起後の鉄系超伝導FeSeにおけるバンド構造変化を直接観測することに成功し、詳細な解析を行い、軟X線レーザー光電子分光法による光誘起超伝導状態への実験的検証を一通り終えることに成功した。このような進捗を受け、今後の研究の推進方策として、まず、テラヘルツ分光法を用いた、近赤外レーザー励起後のFeSeの電子状態の観測を行う。テラヘルツ電磁波は、波長としては遠赤外領域に位置し、固体中の素励起、特に超伝導物質に対しては、超伝導ギャップ間の素励起に相当する、ボゴリューボフ粒子のエネルギーに相当する。光電子分光法がバンドそのものを観測するのに対し、テラヘルツ分光法では、バンド内の素励起応答を観測していることから、両者は、対照的かつ相補的な測定とみなすことができる。今後、本研究では、このような特徴を持つテラヘルツ分光を用いて、ボゴリューボフ粒子の応答を観測し、光誘起超伝導状態への実験的検証を行っていく。現在までの研究進捗において、測定に必要なテラヘルツ分光系の光学系は、半分ほど揃っており、その立ち上げにも着手している。あとは、残りの光学系を構築し、実際に試料を低温下で測定し、詳細な解析を行って、光誘起超超伝導相の検証を行っていく。さらに、これまでの研究では、近赤外レーザーによる励起に限られているが、Optical Parametric Amplifier(OPA)を用いることで、励起波長を中赤外光源まで拡張することができ、格子振動モードを共鳴的に励起することが可能になる。

銅酸化物超伝導体で報告されている光誘起超伝導相は、格子変調と密接に関係していることから、中赤外領域の励起光源は、さらなる光誘起超伝導相の探索において、非常に有望な手法であるといえる。今後は、OPAを用いた実験系の整備も行っていく。本研究では、高温超伝導物質、特に鉄系超伝導の光励起状態に着目し、光誘起超伝導の検証を目指し、詳細な実験的研究を行っている。観測手段としては、軟X線レーザー光電子分光法とテラヘルツ分光法を相補的に用いている。光励起は近赤外レーザーを用いて行い、軟X線レーザー光電子分光法により光励起状態の過渡的なバンド構造を観測し、さらにテラヘルツ分光法で過渡的な伝導性質を明らかにする。当該年度は、特に、軟X線レーザー光電子分光法による鉄系超伝導体FeSe結晶の測定を中心に行ってきた。軟X線領域の光源を用いることで、広い運動量空間のバンド構造を観測することができ、このことは、特にFeSeにおいては、\Gamma点における正孔バンドとM点における電子バンドを共に観測でき、非常に強力な点といえる。光励起後のバンド構造を詳細に調べた結果、我々は、\Gamma点とM点のフェルミ面が、共に収縮するという結果を得ることができた。第一原理計算との比較から、このことは、光励起後の結晶構造が、SeとFeの距離が長くなるものに対応することが分かり、これはまさに、圧力印加下における状況と類似していることが明らかになった。圧力印加により、超伝導転移温度が著しく上昇することを勘案すると、光励起による新しい制御軸を我々は見出すことに成功したといえる。また、光励起後の比較的長いダイナミクスを調べた結果、光励起により\Gamma点とM点で非等価な電子状態が実現し、その状態が非常に長い1 ns以上続くという結果を得ることに成功した。さらに、詳細な解析から過渡的な超伝導ギャップを抽出し、FeSeにおける光誘起超伝導が非常に長寿命であることが明らかになった。以上のように当該年度は、軟X線レーザー光電子分光法による光誘起超伝導状態への実験的検証を一通り終えることに成功した。現在までに、軟X線レーザー光電子分光法を用いて、近赤外レーザー励起後の鉄系超伝導FeSeにおけるバンド構造変化を直接観測することに成功した。さらに、詳細な解析から、光励起に伴い、\Gamma点における正孔バンドとM点における電子バンドのフェルミ面が収縮することが明らかになった。第一原理計算と比較することで、このことは、光励起に伴う格子変調がFeとSeの距離が長くなることに相当し、圧力印加が及ぼす結果を考慮すると、光励起が、FeSeにおける超伝導発現・増強において、非常に有力な手法であることを示すことができた。さらに、直接光誘起超伝導ギャップを測定することに成功し、その光誘起相が1 ns以上の長時間続くことから、光誘起超伝導相が非常に長寿命であることが明らかになった。そして、これまでの結果は、現在、雑誌論文にて査読中である。また、光電子分光法と相補的な実験手法である、テラヘルツ分光法の光学系を半分ほど立ち上げることに成功した。クライオスタットを用いることで低温で行うことができ、さらに、反射光学系にすることで、厚みが大きい試料に対しても測定が行うことができる。このことは、光電子分光で行った試料が、そのままテラヘルツ測定でも行えることを可能にし、非常に有力な点であるといえる。以上のように、現在までの進捗状況は、軟X線レーザー光電子分光法を用いた、FeSeにおいて発現する光誘起超伝導相の検証を一通り終えることに成功した。
周辺書誌学からみる敦煌文書成書年代比定に関する研究

当初の計画通り11月19日にBibliotheque nationale de France(Paris)でベリオ将来による敦煌文書のオリジナル文献に対する調査を行った。前年度の調査を通じて書誌形態とその内容に関して深い関連が認められることが明らかになったことにより、冊子本と疑經との関係を見るために『仏説天地八陽神呪経』のBNF所蔵全写本(昨年調査済みのP.3915を除く以下8種:P.2098、P.2181、P.3759、P.3897、P.3924、P.4571、P.5579、P.6016)を対象とし、影印資料では読み取れない紙質・墨の色・紙の貼り合わせの状態・貼り合わせ面の書写文字の有無・朱入れ状況・修正情報・資料保存状況などのデータを記録した。その中で、とりわけP.3759は成書時期の疑経受容状況を顕著に示す典型としてとらえられ、この資料について、参与している研究例会にて報告を行い、論考をまとめ公表した。昨年度の調査結果に関しては、「BL調査報告-IDP公開資料とオリジナル調査の意義について」と題して報告を公開した。また、2006年9月に開催された南京師範大学、京都大学人文科学研究所などの連合主催による"転型期的敦煌学:継承与発展"国際学術研討会で「関於両種《佛説八陽神呪経》P.3915」の論題で行った口頭発表に関しても論文としてまとめ公表した。当初の計画通り8月713日にThe British Library(London, UK)でスタイン将来による敦煌文書のオリジナル文献に対する調査を行った。書誌形態・文字修正状況に関する調査を主とし、S.5521/S.6001/S.5585/S.5572/S.5694(調査をおこなった順に記載)の5点の資料について実見した。すでに影印による公開が行われているものに関しては写真では読み取れない紙質・墨の色・紙の貼り合わせの状態・貼り合わせ面の書写文字の有無・朱入れ状況・修正情報・BLの資料保存状況などのデータを記録した。さらに、今回の調査では、完全未公開の資料を重点的に選び調査を行ったため、これらの未公開資料については書誌情報のみならず内容についても詳細な報告を行う予定である。とりわけ資料S.5521については、すでに同定作業を終えており成果公開を予定している。また、9月710日に南京師範大学で開催された敦煌学国際学術研討会において「関於両種《佛説八陽神呪経》P.3915」の論題で口頭発表を行い成果の1部を公開した。この国際学会については論集にまとめられることとなっており、本発表に関しても加筆・修正の上寄稿ずみであり現在印刷中である。次年度に予定しているBibliotheque nationale de France(Paris)での調査に先がけて、今年度よりBnF.において始められたデジタル資料の配布状況に関して、1部資料を請求し、その実態についても検討中である。
サルコペニアの新規分子機構の解明と治療戦略の創出

老化に伴い骨格筋で上昇するプロレニン受容体(PRR)を全身に高発現させたPRRトランスジェニック(Tg)マウスの解析を行なった。骨格筋、特に速筋に強く萎縮を認めたが、心臓、肝臓、腎臓については特に機能的な異常を認めなかった。横隔膜の萎縮も著明であったため、死因として呼吸不全の存在が示唆された。萎縮した骨格筋では、炎症・線維化・老化のマーカーがそれぞれ上昇しており、速筋優位の筋萎縮と合わせて、サルコペニアの表現型を呈していると考えられた。筋萎縮と関連が深い蛋白生合成系および分解系の機構を解析した。合成系のmTORは活性化しており、分解系のUPSは抑制されていることから、これらは萎縮による代償的な反応を見ていると考えられた。オートファジーについてはp62の上昇とLC3 conversionの障害がみられ、オートファジーの過程が進まない機能障害を呈していることが確認された。また、本マウスの萎縮した骨格筋(速筋)ではWnt/βカテニンシグナルが活性化していた。Wntシグナルの阻害薬であるDKK1で筋萎縮が改善したため、PRR Tgマウスの骨格筋萎縮にWntシグナルが関与することが分かった。カルジオトキシンを用いて骨格筋細胞の壊死を起こし一斉に筋再生を誘発したところ、PRR Tgマウスではすみやかに再生筋細胞が出現したが、筋芽細胞の細胞融合が進まず、筋線維の成熟・飛行が不十分であった。筋障害後30日前後では、速筋線維も少なからず散見されるが、90日では障害前と同様の速筋線維優位の筋萎縮を呈していた。以上から、PRR Tgマウスでは細胞融合の障害による筋再生不良が起きており、筋萎縮の機序の一つと考えられた。さらに、PRR TGマウスはYAPシグナルの活性化も確認されている。Wntとも関連の深いシグナル分子であり、今後その解析を進めていく予定である。予定通り、加齢性骨格筋萎縮モデルPRR Tgマウスの表現型解析を進めている。研究計画書で提案した1組織解析、2萎縮の原因検索、4筋傷害後の再生能評価については、上記のように、新たな知見を集積しており、これまで明らかにされていないPRRを中心とするサルコペニア発症機序の基盤メカニズムに迫れている。今後、まず細胞での実験を樹立する。筋細胞の実験系としては、C2C12筋芽細胞が存在するため、レトロウィルスでPRRを高発現し安定発現細胞株を作成する。そのうえで、分化誘導を行ない筋管形成能を評価する。また、YAPシグナルの阻害薬も使い、本マウスの骨格筋萎縮にとってYAPシグナルの活性化が寄与しているか評価する。PRR-Wnt-YAPシグナル経路が実際、高齢マウスにおいてもサルコペニア発症に重要な役割を担っているのか、それぞれの阻害薬を用いて実証する。PRRについてはWnt受容体との結合を抑制する中和抗体を、WntシグナルについてはDKK1を、YAPシグナルについてはVerteporfinを用いて、筋萎縮の改善がみられるか調べる。さらに、AAVによる遺伝子導入システムを用いて骨格筋選択的発現を実現し、骨格筋におけるPRR発現が直接萎縮を誘導しているか確認する。また遺伝子サイレンシングもAAVで行ない、長期の治療効果が期待できるか評価する。研究計画書で提案した

1組織解析、2萎縮の原因検索、4筋傷害後の再生能評価については、上記のように、新たな知見を集積しており、これまで明らかにされていないPRRを中心とするサルコペニア発症機序の基盤メカニズムに迫れている。今後、まず細胞での実験を樹立する。筋細胞の実験系としては、C2C12筋芽細胞が存在するため、レトロウィルスでPRRを高発現し安定発現細胞株を作成する。そのうえで、分化誘導を行ない筋管形成能を評価する。また、YAPシグナルの阻害薬も使い、本マウスの骨格筋萎縮にとってYAPシグナルの活性化が寄与しているか評価する。PRR-Wnt-YAPシグナル経路が実際、高齢マウスにおいてもサルコペニア発症に重要な役割を担っているのか、それぞれの阻害薬を用いて実証する。PRRについてはWnt受容体との結合を抑制する中和抗体を、WntシグナルについてはDKK1を、YAPシグナルについてはVerteporfinを用いて、筋萎縮の改善がみられるか調べる。さらに、AAVによる遺伝子導入システムを用いて骨格筋選択的発現を実現し、骨格筋におけるPRR発現が直接萎縮を誘導しているか確認する。また遺伝子サイレンシングもAAVで行ない、長期の治療効果が期待できるか評価する。物品費の使用が足りなかったため次年度使用額がわずかに生じた。翌年度分の助成金と合わせて、主に研究物品費として使用する予定である。
貯水池水温躍層に生じる内部波に関する研究

現地測定は夏期に弁天池の第1の躍層付近の水温変動を対象としたが天候不純のため十分な測定ができなかった。秋期には永瀬ダム湖の表面冷却にともなう対流によって貯水池上層の水温が一様化し、さらには躍層が漸次浸食破壊されて等水温層の厚さが漸増する実態を測定することに重点をおいた。また、昨年度に測定した膨大な水温変動観測資料に周波数解析手法を適用し、さらに、二層界面波およびHolmboeの方式を適用してそれらの適合性を調べた。電磁流速計は記録器の不備と固定法の困難さのため有用なデータが得られなかった。弁天池では一辺23mの三角形の3頂点から第1水温躍層の上中下にセンサーを設置して△T=10秒で測定して、内部波の波速を推定し2.12.5cm/secを得た。卓越周波数は日により異なり、第1躍層の水温変動は基本的に非定常性を持つことがわかった。永瀬ダムでは一辺2mの正三角形枠を使用した。第1躍層では水温変動波形のずれから912cm/sec程度の波速が認められた。また二層界面波モデルによる計算ではダム潮幅方向について約10cm/secとなり適合し、第1躍層に生じる波動の規模は貯水池の幅に支配されることがわかった。スベクトルにはモード2に相当するピークが見られるが卓越波とは言い難い。また第2水温躍層では水温勾配のもっとも急な値を用いた場合にHolmboeモデルが適合した。夏期の普通の風の状態では第1水温躍層を突破しての混合は非常に困難であり、また第2躍層では解析したデータでの水粒子の移動高はせいぜい70cmで、混合には無関係であろう。秋期の対流混合のデータから表面冷却による冷水塊の下降速度が得られ、ほぼ理論式が適合することがわかった。この対流流動の下限の低下と気温や水温との関係についての解明を今後の研究課題としている。水温センサー・データロガーを用いて7月初旬より弁天池(かんがい用)と永瀬ダム湖における測定に着手した.水温躍層を対象とするため期間が制限されるので,本年度は永瀬ダム湖を主とし,弁天池は2回だけ測定した.弁天池では湖中に突出た浮桟橋を利用した直角三角形の各頂点で水温躍層内の水深0.5, 1.0および1.5mの3点でΔt=30秒で水温変動を測定し,水深1mで周期約17.4分,温度差1.8°C,波高2530cmの明確な内部波を検出した.3点におけるピーク遅れ時間から波速を求めたがΔtが過大で精度が悪いため,各点間のクロスコレログラムにより求めた.その結果,波動は卓越風の方向(池の中心の方向)から波速約2.8cm/secで伝播してくることがわかった.風向・風速も同時に測定したが10分間平均値と最大値であるためか,この内部波の発生原因と特定できるものは見当らない.次年度にさらに調査・検討する計画である.

永瀬ダム湖では一辺約2mの木製正三角形枠を組み,湖面に浮べて各頂点から水温センサーを垂下し, 10秒間隔で測定した水温変動の遅れ時間から内部波の進行方向と速度を求めた. 7月末と8月中旬の第1躍層内水深1.3mでの測定で,波速7.1cm/secと6.7cm/secを得た.前者では約110秒と約39分の周期が認められ,波速7.1cm/secに対応して波長7.81mを得た.水温垂直分布を考慮して求めた最大波高は約50cmとなった.後者では110秒周期の波はごく弱く,周期約1.5時間の卓越波が認められた.前者は昼間最大風速8m/sec程度の谷風の影響によるものであり,後者は夜間で微風あるいは無風状態のためであろう.波向は両者とも風向に支配されているようである.弁天池と永瀬ダム湖の波速の相違は水温躍層より下の層の厚さの影響であろう.第2躍層も三角枠で測定・解析を行ったが,波速が大なためΔt=10秒では十分な成果は得られず, Holmboeモデルによる解析でこのことが裏付けられた.