hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
耐塩性シロイヌナズナが有する塩馴化能の遺伝学的解析

次に免疫応答に働く因子の欠損変異株(Col-0バックグラウンド)における塩馴化後浸透圧耐性を評価した結果、免疫応答の主要制御因子欠損株であるeds1, pad4は塩馴化後浸透圧耐性を示した。一方、サリチル酸枯渇株sid2, eds5、およびNahG過剰発現株は、塩馴化後浸透圧耐性を示さなかった。これらの結果から、ACQOSによる塩馴化後浸透圧耐性の抑制はEDS1/PAD4を介したサリチル酸非依存的なシグナル伝達経路に依ることが示唆された。本研究は「塩馴化能を制御する遺伝子の同定」、「塩馴化能メカニズムの解明」、「塩馴化能に至るシグナル伝達経路の解明」という3本柱をたて、研究を進めている。「塩馴化能を制御する遺伝子の同定」は、メカニズムやシグナル伝達経路に関して研究を進める上でも、最も重要な項目であった。この遺伝子の同定に成功したことは今後の研究に大きな進展を与えてくれることが予想される。また、塩馴化によって植物体内でどのような変化が生ずるか、という疑問を解明するため、塩馴化過程や塩馴化処理後の植物体を用いたトランスクリプトーム解析や、ホルモノーム解析を行った。その結果、塩馴化によって生じる変化を網羅的に捉えることに成功した。「塩馴化能に至るシグナル伝達経路の解明」に関しては、塩馴化型accessionに突然変異を誘発し、塩馴化能を損なった変異体をスクリーニングするというアプローチで研究を進めてきた。本年度は約40000個体の植物のスクリーニングを進め、有力な塩馴化能欠損変異株を1個体獲得することができた。以上のことから、本研究は順調に進展していると判断する。27年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の研究により、塩馴化能を制御する遺伝子(原因遺伝子)を同定することに成功し、原因遺伝子を有する植物は塩馴化能が抑制されることが明らかとなった。原因遺伝子はその一次配列から、病原応答に関与するタンパク質をコードすることが予測された。植物における浸透圧ストレスなどの「環境ストレス応答」と、「病原応答」は拮抗関係にあることが報告されている。塩馴化能における浸透圧ストレス耐性の獲得、抑制についてもこの応答の拮抗関係により説明できるのかは非常に興味深い。シロイヌナズナはこれまでの膨大な研究により、様々な変異体が単離され、その機能解析が報告されている。そこで原因遺伝子との関連が予想される変異株などを取り寄せ、その塩馴化能を確かめることで、塩馴化能のメカニズムの解明を行う。具体的には病原応答を亢進することで、あるいは病原応答のシグナル伝達経路を抑止することで、塩馴化能にどのような影響が出るかを確かめていく。変異株を用いて得られた結果は本年度得られたオーム解析の結果と合わせて、塩馴化能メカニズムの解明を進めたい。また、世界中に分布するaccessionsのうち、およそ100種類について塩馴化能の有無と原因遺伝子の遺伝子型を決定し、地理的分布やその進化について検証したい。本年度得られた塩馴化能欠損変異株については、遺伝学的解析や次世代シークエンサーを用いた解析によりその原因遺伝子を同定し、塩馴化能の獲得に至るシグナル伝達経路を明らかにしたい。
半導体表面超構造における超伝導発現と制御

シリコン表面上のインジウム原子層から構成されるSi(111)-(root7xroot3)-In表面超構造における超伝導現象を電気輸送測定、走査トンネル顕微鏡、および角度分解光電子分光などの実験手法によって調べた。二次元系特有の超伝導揺らぎの観測や、表面原子ステップにおけるジョセフソン超伝導渦の発見、乱れによる超伝導ー金属転移の実空間観測、有機分子由来の電荷移動とスピンによる超伝導状態の制御などに成功し、大きな成果を上げた。また、ラジカル有機分子が自己組織化により作り出す異方的ディラック電子状態についても知見を得ることができた。本年度は、半導体表面超構造の超伝導現象を、電気伝導測定と低温走査トンネル顕微鏡(STM)測定によって研究した。まず、シリコン表面上のインジウム原子層について詳細な電気伝導測定を行った。これまでの測定では超伝導転移温度Tcは2.63.0Kとばらつきがあり、他のグループのSTM測定で報告されていた3.12Kから隔たりがあったが、クライオスタットの改造によってほぼ同じTcが得られるようになり、その差はほぼ解消した。この原因は室温から試料への熱放射の寄与が残っていたことである。極低温・超高真空環境での精密測定には、十分な注意が必要であることがわかった。次に有機分子の吸着が超伝導に与える影響を調べた。銅フタロシアニンを一層程度蒸着し、自己組織化配列させたところ、Tcは最初上昇し、その後二層目から低下する振る舞いが観測された。これは最初、分子からインジウム原子層へのキャリアドーピングによってTcが上昇し、その後二層目から分子にスピンが残って超伝導を抑制したと考えられる。同様の傾向は、低温STMを用いた超伝導ギャップの測定によっても得られた。また、最低温度1K以下、最大磁場5Tの条件下で電気伝導測定が可能な、新型の超高真空対応クライオスタットを設計し、建設した。これにより、特に強い平行磁場下での興味深い電子輸送現象を調べることが可能になる。低温STMの実験では、磁場を印可することで明瞭な渦糸状態が観測された。特に、原子ステップにトラップされた渦糸は特異な形状をしており、中心部で超伝導が復活する傾向が見られた。これはジョセフソン渦糸状態の直接観察であり、原子ステップがジョセフソン接合であることの直接的な証拠である。本年度は、引き続き半導体表面超構造における超伝導現象を、電気伝導測定および低温走査トンネル顕微鏡測定(STM)などの手法によって研究した。まず、磁性有機分子がシリコン表面上のインジウム原子層(Si(111)-(R7xR3)-In)の超伝導に対して及ぼす影響について調査した。前年度は、銅フタロシアニンを一層程度蒸着し、自己組織化配列させたところ、Tcは最初上昇し、その後二層目から低下する振る舞いを見いだした。今年度は、比較のためマンガンフタロシアニンおよび鉄フタロシアニンを同様に自己組織化配列させたところ、全く異なる振る舞いが観測された。特に、マンガンフタロシアニンの場合は、わずかな吸着量によってTcが大きく下がり、0.5ML程度で超伝導転移が消滅した。また、4K以下の温度領域で、一度下がった抵抗値が温度降下と共に上昇する振る舞いを見いだした。これは、マンガンフタロシアニンのスピンと伝導電子の相互作用によって生じた近藤効果に起因すると考えられる。このような現象をより詳細に理解するため、UVSOR放射光施設においてX線磁気円二色性(XMCD)測定をおこなった。Si(111)-(R7xR3)-In表面に吸着後も、マンガンフタロシアニンは、スピンおよび軌道磁気モーメントを保持していることがわかった。このため、わずかな吸着量で超伝導が強く抑制されたと考えられる。また、前年度に磁場中低温STMを用いて、Si(111)-(R7xR3)-In表面の原子ステップにトラップされた量子渦を観測し、その特異な状態はジョセフソン渦と考えられることを指摘した。今年度は微視的な理論計算と詳細に比較することで、この発見を確かなものとした。これは、原子ステップがジョセフソン接合となることを明瞭に示しており、これまでのわれわれの電気伝導測定の結果をよく説明することがわかった。これまでに導入した新型超高真空対応クライオスタットの整備を進めた。新型クライオスタットは従来の測定装置から独立しているため、試料表面を汚染することなく両装置間で試料を搬送することが必要である。この目的のため、新たに小型可動式超高真空チャンバーを導入し、その動作を確認した。また研究計画で提案した、半導体表面超構造物質の極低温(0.9K)・強磁場(5T)での測定を行うことに成功した。面直磁場の下では超伝導が破壊される。シリコン表面上のインジウム原子層(Si(111)-(R7xR3)-In)に対する臨界磁場は約0.3Tであった。さらに、同じ試料で、ゼロ磁場の状態で0.9Kまで試料の電流ー電圧特性を測ったところ、3.0Kで超伝導転移を確認し、さらに2.2KでKTB転移と思われる状態に変化した。今後、この相転移についてより詳細な解析を行う予定である。また、面直方向だけでなく、面内方向の磁場についてもその影響を調べていく。この試料系は完全な2次元性をもつため、面内磁場によってさまざまな特異な現象が観測されることが期待できる。さらに、この系に対するフタロシアニン分子吸着・配列の影響を引き続き調査した。電子輸送測定、走査トンネル顕微鏡、X線磁気円

二色性、第一原理計算などの手法を総合的に駆使し、その全貌を明らかにすることに成功した。三種類のフタロシアニン分子(CuPc, FePc, MnPc)は、吸着後もその中心に配位した金属原子のd軌道にスピンを保持し、さらに中心金属原子の違いによってインジウム原子層との相互作用の強さが異なることが明らかになった。また、いずれの分子に対してもインジウム原子層から1-2電子程度の電荷移動が存在し、インジウム原子層はホールドープされていることがわかった。これが、CuPc吸着ではTcが上昇し、MnPc吸着ではTcが強く抑制された原因であると考えられる。シリコン表面上のインジウム原子層から構成されるSi(111)-(root7xroot3)-In表面超構造における超伝導現象を電気輸送測定、走査トンネル顕微鏡、および角度分解光電子分光などの実験手法によって調べた。二次元系特有の超伝導揺らぎの観測や、表面原子ステップにおけるジョセフソン超伝導渦の発見、乱れによる超伝導ー金属転移の実空間観測、有機分子由来の電荷移動とスピンによる超伝導状態の制御などに成功し、大きな成果を上げた。また、ラジカル有機分子が自己組織化により作り出す異方的ディラック電子状態についても知見を得ることができた。研究計画の当初から、有機分子の自己組織化を用いた超伝導特性の制御を目標にあげていたが、期待したとおりの成果が得られつつある。特に、フタロシアニン分子の中心に配位する磁性金属の種類に依存して、超伝導特性に異なる振る舞いが観測されたことは非常に興味深く、その起源をさらに詳細に調査するに値する。また、シリコン表面において自然に存在する原子ステップがジョセフソン接合として働き、ジョセフソン渦という特異な量子状態をとることを実験および理論の両方の観点から明らかにした。これは研究開始前には予期しなかった成果であり、表面超構造における超伝導現象の際だった特徴を示す一例である。27年度が最終年度であるため、記入しない。超伝導、低温物性実験、表面科学これまでに導入した新型超高真空対応クライオスタットの整備を進め、極低温・強磁場の環境下でさまざまな種類の試料の電気伝導測定を行う。これによって、スピン軌道相互作用に起因するラシュバ効果の超伝導への影響を明らかにする。磁性有機分子がもつスピンが超伝導に与える影響や、分子・原子からのキャリアドーピングの影響についても、今後研究を進める。このため、第一原理計算と比較することで、有機分子の磁性や電子状態に関して明らかにする。さらに最近提唱されたSi(111)-(R7xR3)-Inの新しい原子構造モデルについてもその妥当性を検証し、有機分子吸着構造およびその電子状態の正しい理解を通じて、これまでに見いだした超伝導への影響をより正確に理解する。電気伝導測定用の超高真空クライオスタットについて問題を解決し、より正確な温度依存性が測定できるようになった。このため、有機分子の吸着によるTcの小さな変化でも、実験で検出できるようになった。また、スピンが残った状態で磁性有機分子を吸着できることがわかった。これにより今後、超伝導と磁性との興味深い競合に関して調べることが可能になる。また、ジョセフソン渦糸状態の直接観察に初めて成功した。
たんぱく質間相互作用を制御する有機分子の創製

平坦で広い作用面が関わるたんぱく質間相互作用(PPIs)に対し、合成有機分子を基盤とする阻害剤を設計する新規な手法として、モジュールアセンブリ法を検討した。対象となるたんぱく質表面を構造上の特徴に基づいて分割し、局所的な表面と相補的に結合する低分子モジュールを設計し、これらをスペーサーによる共有結合、金属錯体形成、標的たんぱく質表面上でのケミカルライゲーション反応、によって組み上げることにより、たんぱく質表面に対して複数の作用点を持つ集積体を導いた。一例として、活性ポケットと表面を認識するモジュールを連結したアンカー型酵素阻害剤は、K-RasとFTaseの過渡的PPIをnMで阻害することを明らかにできた。さらに、ペプチドミメティクスとグアニジル基の導入で、sub uMで細胞活性を示す化合物の取得に成功した。たんぱく質問相互作用は生体内信号伝達系で重要な役割を担っており、これらを阻害する有機低分子化合物は化学プローブのみならず新薬開発に必要なリードとして期待される。本年度は、活性ポケットと近傍たんぱく質表面を1分子で認識するアンカー型酵素阻害剤を合理的設計して合成し、たんぱく質間相互作用をnMレベルで強く阻害するとともに、共通のたんぱく質表面構造を有する類似酵素に対してdual阻害活性を示すことを明らかにした。構造の一部をペプチドミメティクスで改変した化合物は細胞内活性を示したが、高濃度を必要とすることがわかった。そこで細胞膜透過性を高めるために、グアニジル基含有化合物を設計し、種々の合成条件やスキームの検討を経て、8個の誘導体の合成に成功した。次に、ハイスループット評価系を構築するため、マルチプレートリーダーを用いた酵素反応速度の測定を検討した。その結果、微量な試料を用いて、68個の独立した反応速度を、再現性よく同時測定する系を構築することに成功した。現在、このアッセイ系を用いて合成誘導体のFTase阻害活性の評価を検討中である。一方、対称トリスルテニウムビピリジン錯体を調製し、錯体の構造とたんぱく質表面認識能との相関を検討した結果、フェニルアラニンを導入したビピリジンから調整した対称錯体と、1個の配位子を無置換ビピリジンに置換した非対称錯体では、標的となるたんぱく質の大きさによって会合体形成時の量論比が変わることを見出し、錯体のトポロジーを意図的に変化させることで、金属錯体-たんぱく質複合体の構造を制御することが可能であることを明らかにした。がん細胞中で高い確率で変異体が見出されるK-Rasは、翻訳後修飾を担うFTaseと過渡的たんぱく質相互作用を通して異常に活性化される。昨年度までに、FTaseの活性ポケットと酵素表面を同時認識するたんぱく質問相互作用阻害剤を設計し、K-Ras4Bペプチドのファルネシル化をnMレベルで阻害することに成功したが、細胞膜透過性が乏しいという課題があった。平成23年度は、化合物の細胞膜透過性と細胞内阻害活性を改善するために、グアニジル基を導入した誘導体を種々合成して、in vitroでの構造活性相関を明らかにすることを計画した。活性ポケット結合モジュールにはペプチドミメティクスFTI-249を、表面認識モジュールには、グアニジル基を導入した没食子酸誘導体を種々合成し、FTI-249と表面モジュールをアルキル鎖で連結して20種類の2座型阻害剤を得た。In vitro阻害活性評価を効率良く実施するために、遺伝子組換型酵素を大腸菌から取得して、これを用いた蛍光基質によるHigh-Throughputスクリーニング法を確立した。この方法により従来よりもアッセイに要する時間を大幅に短縮できた。構造活性相関を検討した結果、グアニジル基が3個持つ化合物は2個のものよりも活性が高く、2位置換の化合物は立体障害により活性が著しく低下するなど、芳香族環に導入したグアニジル基の位置と数に明らかな相関関係が認められた。また、グアニジル基はアミノ基よりも酵素阻害活性を5倍程度向上させるだけでなく、Ras変異由来膀胱がん細胞を用いた増殖抑制試験において、グアニジル基含有誘導体はアミノ基含有の化合物に比べて明らかに高い細胞増殖抑制効果を示すことを見出した。以上の結果は、グアニジル基の導入により中分子サイズの阻害剤の細胞活性を有意に改善できることを示している。次年度は細胞実験とWestern blotにより、細胞内FTase/GGTase-1阻害活性の評価に焦点を絞って検討を進める。たんぱく質間相互作用(protein-protein interactions; PPIs)は分化・増殖、細胞死、老化等多様な生体反応を司る情報伝達系において重要な働きを担っており、近年新薬の標的として広く注目されている。しかし、その作用面は浅く広いためにdrug-likeな低分子合成化合物を用いた創薬が極めて難しい。

本研究では、PPIの広い作用面を認識して制御する、合成有機分子を基盤とする阻害剤を開発するため、それらの新規な設計手法として、モジュールアセンブリ法を検討した。対象となるたんぱく質表面を構造上の特徴に基づいて分割し、局所的な表面と相補的に結合する低分子モジュールを設計し、これらをスペーサーによる共有結合、金属錯体形成、標的たんぱく質表面上でのケミカルライゲーション反応、によって組み上げることにより、たんぱく質表面に対して複数の作用点を持つ集積体を導いた。平成24年度の主たる成果としては、活性ポケット認識モジュールのペプチドミメティクスとグアニジル含有表面認識モジュールを連結したアンカー型酵素阻害剤について、細胞活性試験を実施した。その結果、Ras変異由来膀胱がん細胞を用いた増殖抑制試験において、グアニジル基含有誘導体が、アミノ基含有の化合物に比べて有意に高い細胞増殖抑制効果を示すことを見出した。さらに、HDJ-2たんぱく質のファルネシル化に対する阻害活性をWestern blotで評価したところ、nMレベルの阻害活性を示すことが分かった。以上の結果から、グアニジルとペプチドミメティクスによる分子構造改変により、アンカー型PPI阻害剤の細胞透過性を大幅に改善することができた。グアニジル基をたんぱく質問相互作用阻害剤に導入することで、阻害剤の細胞透過性を改善し、細胞内FTase阻害活性を示す化合物を得ることに成功した。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成23年度の構造活性相関の結果を踏まえ、今後は細胞をベースとした検討を中心に行い、細胞内FTaseとGGTase-IによるK-Rasプレニル化に対する阻害活性をWestern blot等の手法により評価する。まずは市販のT24細胞を用い、FTase阻害のマーカーとして知られ扱いが容易なHDJ-2たんぱく質のファルネシル化を評価し、実験手法を確立できたらRasの検討に移行する。
赤外光発電デバイスにおける単結晶基板の作製

本研究では,赤外光発電における赤外光発電用PVセルの単結晶基板を試作することを意図しており,回転ブリッジマン法結晶成長育成装置を設計・作成し,高品質の赤外光発電用PVセルの単結晶基板を作成することを目的とした.回転ブリッジマン法をモデルとして,アンプル回転が固液界面温度分布に及ぼす影響を調べるために,InGaSb, InGaAs三元混晶成長時の3次元溶液対流計算を行った。結果として,成長アンプル回転を行わない0rpmの場合では,溶液中部で温度が高く,固体壁の種結晶,供給原料で低くなった.成長アンプルの回転速度を100rpmとすると,温度分布は強制対流の影響を受け下壁の中央部に温度の高い領域が集中しているが,それ以外の領域は,温度勾配の緩やかな温度分布になっているのが分かった.数値解析の結果より,アンプル回転と共に固液界面の温度が均一化することがわかり,単結晶成長の可能性が出てきた.数値解析の結果を基に,アンプル回転機構をコンピュータ制御する装置を試作し,疑似成長アンプルを用いて対流可視化実験を行った.可視化実験と数値解析の結果は,定性的に一致しておりアンプル回転の優位性が認められた.以上の結果を踏まえて,成長アンプル移動機構,回転機構,温度制御機構をコンピュータ制御できる回転ブリッジマン装置を組み立て,In_xGa_<1-x>Asの結晶成長を行なった.成長用アンプル内にはGaAs種結晶とGaAs供給原料の間にIn-Ga-As溶液を配置し,結晶成長は,電気炉の低温側にアンプルを移動させて行った.装置を自動化することにより、育成結晶の再現性,成長時の炉内温度,アンプル移動の精度向上を目指した.予想析出In組成比がx=0.030.10までの成長試料においては,接合界面からの異方位結晶の発生はなく,成長厚57mmの単結晶を成長することができたでた.In組成比分布は,連続原料供給をすることでほぼ一定となった.また,組成比の標準偏差は0.002であった.組成比のばらつきは極めて小さく,PVセル基板として十分使用可能であることがわかった.本研究では,赤外光発電における赤外光発電用PVセルの単結晶基板を試作することを意図しており,回転ブリッジマン法結晶成長育成装置を設計・作成し,高品質の赤外光発電用PVセルの単結晶基板を作成することを目的とした.回転ブリッジマン法は,水平ブリッジマン法に類似しているが,円筒状の種結晶と供給原料の間に半円筒状の成長溶液を配置した状態で,対称軸を中心に成長系全体を回転させることにより,溶液の攪拌を行う.さらに電気抵抗炉の低温部へ成長アンプルを移動することにより結晶成長させる方法である.回転ブリッジマン法をモデルとして,アンプル回転が固液界面温度分布に及ぼす影響を調べるために,InGaSb, InGaAs三元混晶成長時の3次元溶液対流計算を行った.結果として,成長アンプル回転を行わないOrpmの場合では,溶液中部で温度が高く,固体壁の種結晶,供給原料で低くなった.成長アンプルの回転速度を100rpmとすると,温度分布は強制対流の影響を受け下壁の中央部に温度の高い領域が集中しているが,それ以外の領域は,温度勾配の緩やかな温度分布になっているのが分かった.数値解析の結果より,アンプル回転と共に固液界面の温度が均一化することがわかり,単結晶成長の可能性が出てきた.回転ブリッジマン装置を組み立てIn_xGa_<1-X>Asの結晶成長を行なった.成長用アンプル内にはGaAs種結晶とGaAs供給原料の間にIn-Ga-As溶液を配置し,結晶成長は,電気炉の低温側にアンプルを移動させて行った.予想析出In組成比がx=0.030.10までの成長試料においては,接合界面からの異方位結晶の発生はなく,成長厚57mmの単結晶を成長することができたでた.In組成比分布は,連続原料供給をすることでほぼ一定となった.また,組成比の標準偏差は0.002であった.組成比のばらつきは極めて小さく,PVセル基板として十分使用可能であることがわかった.本研究では,赤外光発電における赤外光発電用PVセルの単結晶基板を試作することを意図しており,回転ブリッジマン法結晶成長育成装置を設計・作成し,高品質の赤外光発電用PVセルの単結晶基板を作成することを目的とした.回転ブリッジマン法をモデルとして,アンプル回転が固液界面温度分布に及ぼす影響を調べるために,InGaSb, InGaAs三元混晶成長時の3次元溶液対流計算を行った。結果として,成長アンプル回転を行わない0rpmの場合では,溶液中部で温度が高く,固体壁の種結晶,供給原料で低くなった.成長アンプルの回転速度を100rpmとすると,温度分布は強制対流の影響を受け下壁の中央部に温度の高い領域が集中しているが,それ以外の領域は,温度勾配の緩やかな温度分布になっているのが分かった.数値解析の結果より,アンプル回転と共に固液界面の温度が均一化することがわかり,単結晶成長の可能性が出てきた.数値解析の結果を基に,アンプル回転機構をコンピュータ制御する装置を試作し,疑似成長アンプルを用いて対流可視化実験を行った.可視化実験と数値解析の結果は,定性的に一致しておりアンプル回転の優位性が認められた.以上の結果を踏まえて,成長アンプル移動機構,回転機構,温度制御機構をコンピュータ制御できる回転ブリッジマン装置を組み立て,In_xGa_<1-x>Asの結晶成長を行なった.

成長用アンプル内にはGaAs種結晶とGaAs供給原料の間にIn-Ga-As溶液を配置し,結晶成長は,電気炉の低温側にアンプルを移動させて行った.装置を自動化することにより、育成結晶の再現性,成長時の炉内温度,アンプル移動の精度向上を目指した.予想析出In組成比がx=0.030.10までの成長試料においては,接合界面からの異方位結晶の発生はなく,成長厚57mmの単結晶を成長することができたでた.In組成比分布は,連続原料供給をすることでほぼ一定となった.また,組成比の標準偏差は0.002であった.組成比のばらつきは極めて小さく,PVセル基板として十分使用可能であることがわかった.
難民・故郷追放民の西ドイツ社会への統合

歴史研究なので、補助金は文献購入を中心として支出した。まず主たる一次史料として、西ドイツの議会における討論、議決等を特に詳しくフォローした“Parlament"という週刊新聞のマイクロフィルムを購入し、テーマに取り組んだ。その他に購入した戦後ドイツ史関係の文献もあわせ、相当の量の史料を手に出来たので分析になお時間を要し、結論的成果をまだまとめるにはいたってない。現在の段階で、戦後ドイツの充実した社会政策の形成に難民・故郷追放民の問題がどのように重要な影響を与えたかについては確認できた。たとえば、彼らに経済的な基盤を与え西ドイツ社会に統合するための負担調整法がどのような経緯で議会で成立し、革命によらぬ財産移動としては前例のないものでありながら、どのような限界をもつものであったか等をより詳しく知ることが出来た。だだ研究を進めてゆく過程で、論文としてまとめる際には、このテーマを負担調整法を代表とする社会政策の研究として孤立的に扱わないほうがおもしろいのではないかと思うようになった。すなわち、難民・故郷追放民の統合は戦後民主主義の定着の根幹に関わる問題と意識されていたのであって、政党(特に報告者はドイツ社会民主党に関心を持っている)がこの問題に取り組むプロセスで組織や政策をどのように変化させ、彼らを支持基盤として獲得するためにどのような努力をしたかという観点から研究をまとめたほうが、より視野の広い論文になるのではないかという見通しを持っている。現在、文部省在外研究員としてドイツに滞在中(今年12月までの予定)で、留学の成果も生かした上で、帰国後論文をまとめたいと考えている。完成次第送付するが、いましばらく時間をいただきたい。
米国美術大学で学ぶアジア人留学生のアイデンティティと社会的影響

本年度は、東京芸術大学、東京大学、日本大学、女子美術大学で一次資料の調査を行った。また、東京文化財研究所において明治時代後半から第二次世界大戦までに発行された美術関係雑誌を包括的に閲覧し、美術教育にかかわる記事を渉猟した。東京芸術大学では、大学美術館の熊澤弘助教の協力を得、美術館所蔵の東京美術学校物品台帳(いわゆる「旧台帳」)のうち、石膏像の購入および棄損に関する情報が掲載されている部分(190頁分)を撮影した。これにより、東京美術学校を中心とした西洋美術摂取の過程が極めて詳細に分析できるようになった。また、本資料は保存状態が極めて悪く、閲覧が厳しく制限されてきた貴重資料であり、今回のデジタル化により後続の研究者による調査が容易になった。また、同美術館の古田亮准教授の協力を得、東京芸術大学資料室所蔵資料を調査し、現存する石膏像の保存状況や使用状況も明らかになった。東京大学では、工学部建築学科の藤井恵介教授の協力を得、石膏像コレクションの調査を行った。今回の調査では、東京大学所蔵の石膏像が製作された海外の工房の特定、その制作方法、日本での使用状況、今日の保管状況等の様々なデータが得られた。日本大学芸術学部と女子美術大学では、本学所蔵の石膏像および石膏像の購入・棄損台帳の調査を行なった。東京文化財研究所所蔵のデータベースを活用し、19世紀末から20世紀前半までに日本で刊行された美術関係雑誌15誌を創刊号から廃刊まで閲覧し、美術教育や美術留学に関する記事を渉猟する作業を行った。明治時代からの日本から欧米への美術留学生の実態と、留学生が日本に持ち込んだ西洋の美術教育制度や美学概念の変遷がつまびらかになった。この調査は、研究課題である戦後の米国への美術留学生の動機と、その背後にある欧米諸国とアジア諸国の美術ヒエラルキーに歴史的なパースペクティブを与え、分析する過程で極めて有効であった。美術学校の学生へのインタビュー調査で、留学生の多<が留学前に自国で美術教育を受けており、留学生としてのアイデンティティ形成に非常に深く関わっていることが明らかになった。同時に、各国の美術教育の根幹をなしている19世紀の美術アカデミーの教育システムへの理解を深めることが、今日の美術教育が直面している問題を分析する上で非常に重要であることも明らかになった。そのため、東京大学、東京芸術大学、武蔵野美術大学、多摩美術大学で美術教育用の教材資料にかんする現地調査、および教職員へのインタビュー調査を行った。東京大学では、工学部建築学科に収蔵されている工部大学校時代の教材に関する資料を収集した。東京芸術大学では、大学美術館が所蔵している教材の購入台帳を調査し、ならびに大学の施設である石膏デッサン室の収蔵品に関する調査を行った。多摩美術大学では、八王子校舎のデッサン室および上野毛校舎の収蔵庫に収蔵されている教材を調査した。この過程で、行方不明となっていた彫刻であるヴィンツェンツォ・ラグーザ作の「大鳥圭介像」が発見された。この彫刻は、歴史的に重要な資料であるため、2009年度中に新出資料として発表する予定である。これら日本での調査は、大学や美術館に未整理あるいは未登録のまま収蔵されている資料を扱うものであり、また一部の美術館においては今後の展覧会に関する情報を機密扱いにする必要があるため、調査には慎重を期する。さらに、これら美術教育教材にかんする歴史資料を収集する為、2009年1月から2月にかけてイタリア、フランス、ベルギー、イギリス、デンマークの五ヵ国を訪問し、各国の国立美術館とその複製工房、そして国立美術学校で教材資料の保管状況や現在の使用状況を視察し、文献資料を収集してきた。その結果、いずれの機関でも美術教育に関する資料が極めて劣悪な環境で保管または放置されており、早急な保護および研究が迫られていることが判明した。

この調査は、研究課題である戦後の米国への美術留学生の動機と、その背後にある欧米諸国とアジア諸国の美術ヒエラルキーに歴史的なパースペクティブを与え、分析する過程で極めて有効であった。
植物発現系による動物病原体抗原の高度発現技術開発と粘膜ワクチンへの応用

本研究は各種動物病原体遺伝子を植物体で高度に発現させ、さらにこれとサイトカインを併用することにより、経口あるいは経鼻という粘膜面への投与で効果を発揮できるワクチン(粘膜ワクチン)の基盤技術形成を目的とする。モデル抗原として、各種病原性原虫を媒介するダニの吸血行動を阻害する能力を宿主に賦与できるダニ唾液腺抗原遺伝子を獲得し、これを免疫増強効果を持つサイトカイン遺伝子(インターロイキン1、2など)とともに形質転換技術あるいは植物ウイルスベクター系を用いて植物体に導入、高度に発現させる。これにより発現された産物の生物活性を評価した後、実際に動物の粘膜面に投与し、効果的な免疫が誘導できるかを検討する。サイトカインの遺伝子として形質転換増殖因子α(TGF-β)のクローニングを行い、アグロバクテリウムによる形質転換によりタバコに遺伝子導入、導入遺伝子発現を確認した。特にレジュミンシグナルをN末端側に付加した場合、無付加の構築物の5倍の発現量(20ng/g生葉)が認められ、シグナル配列による高発現が達成できた。発現産物は同様にウシIL-1、IL-2についても遺伝子を取得し、タバコに導入、発現を確認した。いずれも動物細胞を用いた生物活性測定試験で陽性を示し、活性のある分子の植物発現に成功した。マダニ抗原に関しては唾液腺に存在するセメント内蛋白質、セリンプロテアーゼ、セリンプロテアーゼインヒビターの遺伝子クローニングを行い、これら分子の構造ならびに活性の解析を行った。またセメント内蛋白質を組み換え蛋白質として発現させ、ウサギを用いたワクチン試験を実施したところ顕著なダニ排除効果が認められ、実用的なワクチンになりうると判断された。本研究計画は各種動物病原体遺伝子を植物体で高度に発現させ、さらにこれとサイトカインを併用することにより、経口あるいは経鼻という粘膜面への投与で効果を発揮できるワクチン(粘膜ワクチン)の基盤技術形成を目的とする。本年度はワクチン候補となりうるダニ唾液腺抗原遺伝子唾液腺抗原についても遺伝子探索し、新たに2種類の遺伝子をクローニングした。このうちの一分子(P34)を大腸菌発現蛋白としてウサギに免疫し、ダニを付着させてところ、顕著な発育抑制効果が認められ、ワクチン効果が確認できた。植物ウイルスベクター系では、安定的に外来遺伝子を発現しうるベクター開発に成功し、インターフェロンαの発現を確認した。粘膜投与で効果を発揮できるサイトカインの遺伝子として形質転換増殖因子α(TGF-β)のクローニングを行い、アグロバクテリウムによる形質転換によりタバコに遺伝子導入した。薬剤耐性を獲得した再分化個体の磨砕液を酵素抗体法で解析した結果、導入遺伝子発現が確認できた。本年度は粘膜投与で効果を発揮できるサイトカインの遺伝子として形質転換増殖因子α(TGF-β)のクローニングを行い、アグロバクテリウムによる形質転換によりタバコに遺伝子導入、導入遺伝子発現を確認した。

特にレジュミンシグナルをN末端側に付加した場合、無付加の構築物の5倍の発現量(20ng/g生葉)が認められ、シグナル配列による高発現が達成できた。発現産物は同様にウシIL-1、IL-2についても遺伝子を取得し、タバコに導入、発現を確認した。ウシIL-2では本来の分泌シグナルを削除した構築物ならびにレジュミンシグナル付加した構築物で形質転換したところ後者でのみ翻訳産物がウエスタンブロット法で検出できた。
アセタール骨格を有する環境適応型感光性ポリイミドの合成と性能試験

アセタールは酸性条件下で加水分解することが知られている。このような分解反応を利用して、光酸発生剤の存在下にアセタールの骨格変化を溶解性の差に誘導する試みは、フォトレジスと分野では行われてきた。本研究では、アセタール骨格をポリイミドの主鎖に導入して、光があたると主鎖が切断するようにした。すなわち、ポジ形のレジストとして機能する。さらに、この樹脂を使用した後の廃材も酸分解するので、環境に優しい材料でとなる。まず、アセタール構造を含むポリイミドモノマーであるジアミン体の合成を行った。新規な構造として、ジフェニルベンザル基を有するジアミンの合成を行ったが、このものの結晶性が以上に低く、多くの困難を伴った。一方、ジアミンを経由しない方法として、イミド骨格を有するビフェノールとベンザルクロリドとの反応の可能性も検討したが、この方法では高重合体が得られないことがわかった。感光性を直接担う光酸発生剤として、長波長領域に吸収のあるものを合成して使用していたが、発生する酸がスルホン酸であり、けっして強力な酸であるとは言い難かった。そこで、新たに強酸であるフッ化ホウ素酸が発生する光酸発生剤を合成した。新規なモノマーとしてトリフルオロメチル基をオルト位に導入したベンズアルデヒドから出発してp-ニトロフェニルアセタール構造を構築し、ジアミノ体へ還元して合成した。新規なアセタールを有するジアミンと種々のテトラカルポン酸二無水物との反応でポリアミド酸を得、さらにアセタール構造を含むポリイミドフィルムを得た。得られてフィルムは有機溶媒に溶解するため、ポリイミドで直接フィルムを作製できる。得られたフィルムにg線を使用してパターニングを行ったところ良好なパターンを得ることができた。つぎに、アセタールを有するジアミンとトリメリット酸クロリドとの反応で、アミドー酸無水物モノマーを新たに合成し、種々のジアミンと反応させてポリアミド酸を得、さらにアセタール構造を含むポリイミドフィルムを得た。得られたポリイミドは良好な耐熱性を有し、さらに有機溶媒に可溶なことから、簡便に製膜してパターンニングできる材料を作製できた。アセタール骨格を含むジアミンモノマー(ビス(4-アミノフェノキシ)メタン)を合成し、種々のカルボン酸二無水物と反応させポリアミド酸を合成し、このイミド化によりアセタール構造を含む芳香族ポリイミドを合成した。前駆体であるポリアミド酸の固有粘度は最大0.8dL/gとなり、十分な重合度をもつポリマーが合成できた。ポリアミド酸のキャストフィルムを作成し、これを減圧下で加熱処理することで熱イミド化を行い、ポリイミドフィルムを得た。イミド化の進行は赤外吸収スペクトルによる1700cm^<-1>付近のイミド環特有の吸収により確認した。得られたポリイミドのガラス転移点は210-250°Cであり、酸無水物の構造により変化した。チッソ中、空気中での10%重量減少温度はそれぞれ440-465、430-495°Cであり、高い熱安定性をもつことが確認された。

平均線膨張率は50-250°Cで最小52ppm/°Cであった。ヘキフルオロイソプロピリデン骨格をもつ酸無水物とのポリマーはアミド系溶媒、THFなどに可溶であり、これを用いて光照射によるパターニングを行った。このポリイミドのg線(436mm)、i線(365mm)に対する透過率はそれぞれ95%、61%であった。光酸発生剤存在下でg線を照射するとポリイミドフィルムのUV-visスペクトルが変化し、150mJ/cm^2でほぼ完全に反応が進行することが確認できた。光酸発生剤を30wt%混合した系ではアルカリ現像によりパターン形成が可能であった。現像後の加熱処理により残存する光酸発生剤を系外に除去することができた。本年度は引き続きアセタール構造を含むポリイミドモノマーであるジアミン体の合成を行った。新規な構造として、ジフェニルベンザル基を有するジアミンの合成を行ったが、このものの結晶性が以上に低く、多くの困難を伴った。一方、ジアミンを経由しない方法として、イミド骨格を有するビフェノールとベンザルクロリドとの反応の可能性に着手した。この方法は来年度の主たる研究になると思われる。感光性を直接担う光酸発生剤として、長波長領域に吸収のあるものを合成して使用していたが、発生する酸がスルホン酸であり、けっして強力な酸であるとは言い難かった。そこで、新たに強酸であるフッ化ホウ素酸が発生する光酸発生剤を合成した。このポリイミドのg線(436nm)、i線(365nm)に対する透過率はそれぞれ95%、61%であった。新規なモノマーとしてトリフルオロメチル基をオルト位に導入したベンズアルデヒドから出発してP-ニトロフェニルアセタール構造を構築し、ジアミノ体へ還元して合成した。新規なアセタールを有するジアミンと種々のテトラカルボン酸二無水物との反応でポリアミド酸を得、さらにアセタール構造を含むポリイミドフィルムを得た。得られてフィルムは有機溶媒に溶解するため、ポリイミドで直接フィルムを作製できる。得られたフィルムにg線を使用してパターニングを行ったところ良好なパターンを得ることができた。つぎに、アセタールを有するジアミンとトリメリット酸クロリドとの反応で、アミド一酸無水物モノマーを新たに合成し、種々のジアミンと反応させてポリアミド酸を得、さらにアセタール構造を含むポリイミドフィルムを得た。得られたポリイミドは良好な耐熱性を有し、さらに有機溶媒に可溶なことから、簡便に製膜してパターンニングできる材料を作製できた。
日本企業の事業所網の海外展開と国際的都市群システムの形成

総務庁統計局「平成4年度就業構造基本調査」原票データ(107万ケース)を、統計局の許可を得て入手し、わが国の都市群システムにおいて「3大都市圏」「周辺圏」「地方圏」間に「学歴」「職業」「収入」などあらゆる面で大きな地域間格差が存在することを、メインフレームコンピュータを用いて把握した。特に、「生産工程従事者」の年間収入に注目すると、「地方圏」には低賃金非熟練労働者の割合が大きく、これが、近年のわが国生産部門の海外シフトによる「地域経済の空洞化」の要因となっていることを実証した。さらに、電気・電子機器製造業および銀行・信託銀行分野の、既に作成済みであった「進出先国」「進出先都市」「進出時期」「日本企業の資本金」「従業者数」「日本人派遣数」「現地法人の事業内容」「日本企業の出資形態」の8項目についての現地法人データ(電気1332、銀行393)、「進出先国」「進出先都市」「進出時期」「日本企業の資本金」「支店従業者数」「日本人派遣数」の6項目についての海外支店データ(電気228、銀行698)について、「本所所在都市」「進出先都市の当該国の全国的都市システムにおける位置づけ」を加えて、メインフレームコンピュータによって、都市群システムを把握した。その結果、生産部門を主とする現地法人によって、東京・大阪と当該国の下位階層都市が、管理部門を主とする現地法人・海外支店によって、東京と当該国の上位階層都市とが結合し、既存の国際的都市群システムの階層性がさらに強められていることが明らかとなった。さらに、海外進出先の都市の拠点性の特性と、日本都市と当該都市との結合関係を検討するため、東京証券取引市場上場会社について、会社組織図および管理機構データを収集した(21社分)。組織図の解析は現在進行中である。
高品質ソフトウェア開発のための動的テスト環境を考慮した信頼性評価モデルの構築

ソフトウェア開発におけるソフトウェアテスト段階で,ソフトウェアの信頼性を把握するためにソフトウェア信頼性モデルが利用される.本研究課題では,動的に変化するテスト環境をメトリクスデータとして有機的に利用したモデルを考え,カーネル回帰に基づいたノンパラメトリック推定アルゴリズムを提案した.実際のソフトウェアフォールト検出データを用いて提案モデルの有効性を検証し,提案モデルが従来のモデルと比較してより高精度にデータに適合することが示された.また,モデルのパラメータ推定を行うためのソフトウェアツールを開発した.さらに,ソフトウェア最適若化スケジューリングや保証契約モデルの考察も行った.ソフトウェア開発におけるソフトウェアテスト段階で,ソフトウェアの信頼性を把握するためにソフトウェア信頼性モデルが利用される.本研究課題では,動的に変化するテスト環境をメトリクスデータとして有機的に利用したモデルを考え,カーネル回帰に基づいたノンパラメトリック推定アルゴリズムを提案した.実際のソフトウェアフォールト検出データを用いて提案モデルの有効性を検証し,提案モデルが従来のモデルと比較してより高精度にデータに適合することが示された.また,モデルのパラメータ推定を行うためのソフトウェアツールを開発した.さらに,ソフトウェア最適若化スケジューリングや保証契約モデルの考察も行った.本研究の目的は,高品質なソフトウェアを開発するために現場が抱えている問題を解決することにある.具体的には,(1)いかにソフトウェアの信頼性を正確に評価するか,(2)いかに効率的かつ効果的なソフトウェアテストを実施するか,(3)納期までに目的の信頼性を確保するためにはテスト人員の増員やテスト負荷の増加が必要なのか,などについての具体的な情報を意思決定者に提供することにある.このためにテスト人員やテスト負荷などの動的に変化するテスト環境を共変量として考慮したソフトウェア信頼性モデルを構築することで,より高い精度で信頼性評価が可能となることを目標とする.平成25年度は比例強度ソフトウェア信頼性モデルに対して,ベースライン強度関数と比例強度関数をそれぞれ,最尤法,カーネル回帰によって推定する手法を提案した.ベースライン強度関数のパラメータと比例強度関数を個別に推定することで,最尤法における推定パラメータ数を減少させることができた.また,交差確認法によって実際の共変量データ(Execution time, Failure identification work,およびComputer time-failure identification)から得られた比例強度とカーネル回帰によって計算された比例強度関数の平均誤差を求め,この誤差が最小となるカーネルパラメータと正則化パラメータを決定した.この結果,従来の非同次ポアソン過程モデル(NHPP)モデルと比較して,高精度にフォールト検出過程を推定できることを示した.今日のインフラや情報システム,PC,スマートフォンなどの機器の動作を支えるためにソフトウェアが非常に重要な役割を果たしている.万一ソフトウェアのバグが原因となってシステムが停止または誤動作すれば社会に大きなダメージを与えることになる.したがって高品質なソフトウェアを開発するための様々な工学的手法が必要とされている.本研究課題では,ソフトウェアのテスト段階におけるテストの進捗状況やソフトウェアの信頼性をより正確に把握するために,必ずしもソフトウェアのテスト環境(人員数,テストの負荷など)が一定ではないような状況を考え,動的に変化するテスト環境をメトリクスデータとして有機的に利用したソフトウェア信頼性モデルを提案した.さらに,モデルのパラメータ推定に関するいくつかの問題点を解決するために,カーネル回帰に基づいたノンパラメトリック推定アルゴリズムを提案した.ここで,最尤法とカーネル回帰によるノンパラメトリック推定を組み合わせて利用することで,ソフトウェアの障害データにより適合することが示された.一方で,ソフトウェア信頼性モデルのパラメータを推定するためのソフトウェアツールの開発も行った.Java言語で開発されたM-SRATと呼ばれる評価ツールでは,ソフトウェアフォールトデータだけでなく,複数のメトリクスデータを利用することができる.M-SRATでは合計20種類のソフトウェア信頼性モデルに対して,モデルパラメータ推定,適合度検定などの機能を有している.これによって,ユーザーはデータ入力後に,ベースライン強度関数の分布,推定アルゴリズムなどを選択すれば,当該ソフトウェアの信頼性を評価し,その結果をグラフなどで確認できるようになった.得られた結果は開発現場において当該ソフトウェアの信頼性評価に利用でき,テスト計画,リリース計画などの意思決定に利用されることが想定される.ソフトウェア信頼性工学現在までに比例強度ソフトウェア信頼性モデルに対して,カーネル回帰を適用することで比例強度関数をノンパラメトリックに推定する手法を提案した.また,リアルタイム制御システム開発のテスト工程で得られたソフトウェアの障害データ,およびテスト労力(共変量)データを用いた数値例により,従来の非同次ポアソン過程モデル(NHPP)モデルと比較して,高精度にフォールト検出過程を推定できることを示した.さらに,最尤法とカーネル回帰のノンパラメトリック推定を繰り返し,最適解を探索するシミュレーション実験を行っている.この実験によって,より高精度に信頼度を推定することが可能になることが明らかになった.しかしながらその一方で,シミュレーションにおける初期値の設定次第では予期せぬ局所解に収束,あるいは解が振動する場合も見受けられるという問題点が見つかっている.現在,この問題点を解決するために,方策を検討している.今後は,現在抱えている問題点を解決することの他に,予測精度を向上させる手法を検討する予定である.具体的にはブートストラップ法やジャックナイフ法などの標本生成手法を利用することで,将来投入されるテスト労力量が未知である場合に,将来のフォールト検出の振る舞いに対する信頼区間を得ることを考える.また,カーネル回帰の他に,loess平滑化によるブートストラップ推定や重回帰分析などの推定アルゴリズムと最尤法を組み合わせることを考える.特にカーネル回帰は潜在的に過剰に学習する危険性をはらんでいるため,過去のフォールトデータに高精度に適合したとしても,将来検出されるフォールト数の予測については精度が低くなってしまう恐れがある.

したがって,loess平滑化によるブートストラップ推定など他の回帰手法も適用することで,予測精度の向上を試みる.平成25年度にはサーバ型計算機のほかにデスクトップPC,Windows 8.1やプリンタトナーなどを調達した.期末の調達において,1894円(予算総額の0.2%)の残額が生じることとなった.残額については平成26年度において消耗品等の調達に充当する予定である.
高ＣＯ２条件下における水田生態系の持続可能性を支配する土壌の窒素可給性と炭素貯留

【土壌炭素貯留】昨年度までに得られたデータ解析を進め、学会発表および論文作成準備を行った。昨年度以降の新たな結果として挙げられるのは、以下のポイントである。1)一般的な非水田土壌(畑地や森林土壌)において土壌炭素貯留と正の相関がみられる事が多い非晶質鉄酸化物濃度(シュウ酸可溶性鉄、Feo)と土壌炭素濃度の間に、対象水田土壌では有意な負の相関(p=0.007)が見られ、一方でシュウ酸可能性アルミニウムと土壌炭素の間に相関はなかった。2)土壌炭素濃度は、結晶性鉄酸化物(ジチオナイト還元鉄、Fed)濃度と有意な正の相関があった(p<0.001)。更に、FACE実験由来(つまり過去4年間の水稲由来)の炭素の増加量も、Fed濃度と正の相関が見られた(p=0.058)。また、Fedと土壌の比表面積に正の相関が見られた。3)以上の結果から、土壌生成で生じる反応性の高い金属類(Fe, Al)が有機物の安定化に及ぼす影響は、強度の酸化還元を繰り返す水田土壌においては、一般土壌と異なる可能性が高いことが示唆された。【土壌窒素の可給性】1)FACE実験水田の無窒素区のコシヒカリおよびタカナリを対象に、水稲生育ステージに応じて7回採取した土壌から得られた可溶性有機態窒素(リン酸中性バッファー抽出)の評価を行った。Moriizumi&Matsunaga (2011, SSPN)が開発したサイズ排除クロマトグラフィーに窒素検出器を直接連結したHPSEC-CLND法を利用し、水稲生育ステージ、水稲品種、およびCO2上昇が窒素の可給性に及ぼす影響を調べた。2)100を越えるスペクトルデータのピーク分離を定量的に行うための自動計算アルゴリズムを開発し、スペクトルを4つの分子量グループに分けて解析を行うことが完了した。現在、統計解析を進めている。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、先ず土壌の物理分画法(土壌団粒の分散法を含む)の検討を行い、比重1.8g/ccを基準に低比重、高比重画分に分けること、また低比重画分は「比較的新鮮で土壌団粒に取り囲まれていない画分:free-LF)と「団粒に取り囲まれた植物残渣や炭化物を主体とする画分:occluded-LF)に分画することが、この土壌タイプについては最適であるという結果を得た。そこで、FACE実験の0,2,4年目に採取した作土層サンプルを対象に上記の比重画分を開始した。3つの画分の合計重量、炭素、窒素とバルクサンプルのそれの比較から回収率を確認し、一部回収率が高すぎるサンプルに関してはその原因調査を行った。その原因は、コンタミではなくサブサンプリング誤差であることが分かり、誤差の大部分を取り除くことができた。比重画分ごとの炭素・窒素分析の結果から、土壌有機物の大部分は超音波で壊れない強固なミクロ団粒の一部として比較的窒素に富む化合物として高比重画分に貯留していることが分かった。また、春から秋にかけて水稲生育ステージごとにFACE実験実験水田の無窒素区から採取した土壌を対象に、中性リン酸可溶性の有機態窒素の分析を進めた。水田土壌の物理分画はこれまであまり行ってこなかったため最適な分画法の検討に時間を要したが、3つの比重画分に分ける手法が確立し、回収率の問題も解決することができた。土壌中の可溶性有機物の抽出も完了し、冷凍保存するところまで進んでいる。2016年11月から開始したプロジェクトとしては、おおむね順調に進んでいると言える。【土壌炭素貯留】●昨年度、つくばFACE土壌の0,2,4年目のFACEおよび通常CO2濃度(Amb)区土壌の比重分画が完了し、各土壌の比重画分の回収率の確認がとれていた。これらのデータ解析から、先ず高CO2条件で水稲生育が高まっても、4年間で土壌炭素および窒素貯留量を高めるほどの効果はないことが分かった。作物残渣や根の滲出物などは易分解性炭素ということが知られているため、想定通りの結果である。●更に本年度は、0, 2, 4年目のすべての比重画分の安定同位体炭素(d13C)の分析を行った。炭素収支計算を行い必要に応じて再分析を行い測定誤差を最小限度に縮めた後、FACEおよびAmb区の比較、およびFACE区土壌での0年から4年目への比較から、FACE実験由来の新しい炭素(New C)がどの画分にどの程度の速度で移行・蓄積していったかを推定した。●半分以上のNew Cが高比重画分(土壌鉱物と結合した炭素画分)に移行していたため、更に「New Cはこの画分の中でも有機物と反応性が高いとされる非晶質鉱物と選択的に結合する」と仮説を立て、この鉱物成分を選択的に溶解させ、その残渣のd13C測定から検証した。意外にも非晶質鉱物へ結合した炭素とそれ以外の炭素のd13C値は、高い精度をもって同等であった。よって多くの研究で炭素蓄積に重要と示唆される非晶質鉱物は、本水田土壌においては特別に安定化に寄与している訳ではないことが分かった。【土壌窒素の可給性】●土壌中の易分解性有機態窒素の推定法は確立していないため、文献調査から中性リン酸緩衝抽出法を採用した。

水稲生育ステージに応じた6タイミングでの土壌サンプルを対象に抽出態(可溶性)有機炭素・全窒素を定量したところ、どちらの濃度にも一貫した経時変化は見られなかった一方で、C:N比は上昇を示したことから、易分解性有機物の質的変化が示唆された。研究実績の概要の概要の通り、計画通りに研究が進んでいる。【土壌炭素貯留】昨年度までに得られたデータ解析を進め、学会発表および論文作成準備を行った。昨年度以降の新たな結果として挙げられるのは、以下のポイントである。1)一般的な非水田土壌(畑地や森林土壌)において土壌炭素貯留と正の相関がみられる事が多い非晶質鉄酸化物濃度(シュウ酸可溶性鉄、Feo)と土壌炭素濃度の間に、対象水田土壌では有意な負の相関(p=0.007)が見られ、一方でシュウ酸可能性アルミニウムと土壌炭素の間に相関はなかった。2)土壌炭素濃度は、結晶性鉄酸化物(ジチオナイト還元鉄、Fed)濃度と有意な正の相関があった(p<0.001)。更に、FACE実験由来(つまり過去4年間の水稲由来)の炭素の増加量も、Fed濃度と正の相関が見られた(p=0.058)。また、Fedと土壌の比表面積に正の相関が見られた。3)以上の結果から、土壌生成で生じる反応性の高い金属類(Fe, Al)が有機物の安定化に及ぼす影響は、強度の酸化還元を繰り返す水田土壌においては、一般土壌と異なる可能性が高いことが示唆された。【土壌窒素の可給性】1)FACE実験水田の無窒素区のコシヒカリおよびタカナリを対象に、水稲生育ステージに応じて7回採取した土壌から得られた可溶性有機態窒素(リン酸中性バッファー抽出)の評価を行った。Moriizumi&Matsunaga (2011, SSPN)が開発したサイズ排除クロマトグラフィーに窒素検出器を直接連結したHPSEC-CLND法を利用し、水稲生育ステージ、水稲品種、およびCO2上昇が窒素の可給性に及ぼす影響を調べた。2)100を越えるスペクトルデータのピーク分離を定量的に行うための自動計算アルゴリズムを開発し、スペクトルを4つの分子量グループに分けて解析を行うことが完了した。現在、統計解析を進めている。アーカイブ土壌を用いた比重分画を継続し、更にIRMSを用いて各比重画分中の炭素・窒素安定同位体比を定量し、4年間のFACE実験期間中に水稲由来の有機炭素がどの程度土壌の各プールに移動したか、また各プールの平均滞留時間の推定を行う。土壌窒素の可給性に関しては、FACE実験水田の無窒素区のアーカイブ土壌の分析を進める都共に、生育ステージごとの時間系列で採取した土壌からの可溶性有機物のキャラクタリゼーションを進める。●最終年度となるため、既にデータが出そろった土壌炭素研究の論文化を急ぐ。土壌炭素貯留の研究は近年著しく進んでいるが、酸化条件と還元条件が毎年繰り返される水田土壌環境における土壌炭素の貯留過程についての知見は非常に限られているため、FACE由来のC-13トレーサーと比重分画法を組み合わせた本研究から、新規性の高い成果が出せると期待している。●土壌窒素の可給性については、上述の可溶性有機物のC:N比に水稲生育シーズン中の経時変化が検出されたため、更にその質的変化の実体解明を目指す。具体的には、溶存有機態窒素の分子サイズ分布の測定や核磁気共鳴法を用いた炭素構造の評価を検討する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。