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高血圧自然発症ラットにみられる大腿骨頭壊死の発生予防に関する病理学的研究

我々は、成長期の高血圧自然発症ラット(SHR)に小児ペルテス病に類似した大腿骨頭壊死が頻発すること、また通常のウイスター京都ラット(WKY)でも大腿骨頭に過剰な機械的ストレスを加えることによって同様の病変が発生することを見い出した。これらラットの大腿骨頭壊死では、栄養血管が骨頭外側で閉塞する。本研究は、小児ペルテス病の発生予防と治療法を確立する一環として、そこへの過剰な機械的ストレスが大腿骨頭壊死の発生にどのように関与しているかを明らかにする目的で行った。大腿骨頭に加わる機械的ストレスは、起立動作と密接な関係がある。そこで食餌の際にラットが必ず起立するような高さ27cmの飼育ケージ(高ケージ群)とに全く起立できないような高さ10cmの飼育ケージ(低ケージ群)を作製し、SHRとWKYを生後5週目から両群に分けて飼育した。そして高ケージ群のラットは、1日に1ないし2時間起立することを実験動物行動分析システムによって確認した。生後9、12、15週目に大腿骨頭を摘出し、軟X線撮影後にHE染色切片を作製した。大腿骨頭壊死の発生頻度は、SHRでは高ケージ鮮より低ケージ群が低かった。WKYでは高ケージ群で高頻度に発生したのに対して、低ケージ群ではほとんど認められなかった。WKYの高ケージ群のそれは生後15週目だけに頻発し、機械的ストレスによる骨頭外側の栄養血管侵入部近傍の軟骨組織異常がこの時期に顕著になった。この異常所見は大腿骨頭へ繰り返される機械的ストレスの蓄積によること、そしてそれは大腿骨頭壊死の発生に密接に関係していることを明らかにした。これらの結果については、平成8年と平成9年にオランダとイスラエルで開催された国際整形災害外科基礎学会(SIROT)および第11回と第12回日本整形外科学会基礎学術集会で発表した。高血圧自然発症ラット(SHR)の大腿骨頭壊死は、おもな骨頭栄養血管であるlateralepiphyseal vesselsの閉塞によって発生する。その要因に大腿骨頭へ機械的ストレスが過剰にかかることがあげられているが、その発生とラットの活動性を関連づけた検討は全くなされていなかった。そこで、本研究は、SHRや通常ラット(WKY)の行動パターンと大腿骨頭壊死発生との関連性を明らかにする目的で行った。ラットの行動パターンを変えるため、高さ27cmの高ラットケージ(高ケージ群)と高さ10cmの低ラットケージ(低ケージ群)を特別注文で作製し、生後5週から15週まで飼育した。そして、その行動を実験動物行動分析システム(赤外線ビデオ監視システムなど)を用いて分析した。また、大腿骨頭壊死の発生頻度を組織学的に観察するため、生後15週目に体重測定後、両側の大腿骨を摘出し大腿骨頭前額面のHE染色切片を作製した。生後5週から15週までラットの発育に両群間で差はなかった。行動分析によって、高ケージ群では食事摂取などの際に1日約1時間は後肢で起立など活発に行動すること、これに対して、低ケージ群では全く起立しないことを確認した。大腿骨頭壊死の発生頻度は、SHRでは高ケージ群より低ケージ群のほうが低下していた。WKYでは低ケージ群でほとんど発生していなかった大腿骨頭壊死が高ケージ群で高頻度に認められた。すなわち、本研究では起立動作による大腿骨頭への機械的ストレスが大腿骨頭壊死の発生に密接に関与していることを明らかにした。

我々は、成長期の高血圧自然発症ラット(SHR)に、人間のペルテス病に類似した大腿骨頭壊死が頻発すること、また通常のウイスター京都ラット(WKY)にも、大腿骨頭に過剰な機械的ストレスを加えることによって同様の病変が発生することを見い出した。これらラット大腿骨頭壊死の病態を解明することは、人間のペルテス病の予防と治療に示唆を与えると考えられる。本研究では、そこへの機械的ストレスが大腿骨頭壊死の発生にどのように関与しているか検索した。大腿骨頭に加わる機械的ストレスは、起立動作と密接な関係がある。そこでラットが食餌の際に必ず起立するような高さ27cmの飼育ケージ(高ケージ群)と、逆に全く起立できないような高さ10cmの飼育ケージ(低ケージ群)を作製した。そして、平成8年度の本研究によって、高ケージ群では1日に1ないし2時間起立することを確認した。本研究ではSHRとWKYを生後5週目から両群に分けて飼育した。生後9、12、15週目に大腿骨頭を摘出し、軟X線撮影後に脱灰HE染色切片を作製した。大腿骨頭壊死の発生頻度は、SHRでは高ケージ群より低ケージ群が低かった。WKYでは両群間の差が著しく、低ケージ群でほとんど発生していなかったのに対して、高ケージ群では高頻度に認められた。WKYの高ケージ群の大腿骨頭壊死に特徴的なことは、生後15週目だけに頻発していたことであった。この時期には機械的ストレスがより加わる大腿骨頭外側の骨頭栄養血管侵入部で、成長軟骨帯の異常が顕著になった。このことは、大腿骨頭へ繰り返される機械的ストレスの蓄積が大腿骨頭壊死の発生に密接に関与していることを示唆していた。これらの結果については、平成9年にイスラエルで開催された国際整形災害外科基礎学会(SIROT)および第12回日本整形外科学会基礎学術集会で発表した。
ベクトル値の状態分布関数で記述される自由境界問題の研究

本助成期間では「固体・液体相転移」および「薄膜磁性体」に現れる自由境界問題を対象に,申請段階からの主目的であった自由境界の幾何学的構造の解明について,多くの研究成果を報告することができた.特に固体・液体相転移の分野では「最適制御」という発展的課題へ研究を進展させたばかりでなく,その数値計算による検証実験にまで考察が及んだ点は,当初計画の予想を上回る期待以上の研究成果として評価することができる.本助成期間では「固体・液体相転移」および「薄膜磁性体」に現れる自由境界問題を対象に,申請段階からの主目的であった自由境界の幾何学的構造の解明について,多くの研究成果を報告することができた.特に固体・液体相転移の分野では「最適制御」という発展的課題へ研究を進展させたばかりでなく,その数値計算による検証実験にまで考察が及んだ点は,当初計画の予想を上回る期待以上の研究成果として評価することができる.本年度では,エネルギー汎関数の独立変数(状態分布関数)がベクトル値のケースとスカラー値のケースの両万を考え,それぞれにおいて以下の研究成果を報告した.(A)ベクトル値のケースでの成果ベクトル値関数を変数とする全変動汎関数によるエネルギーに注目し,制約条件が付いた状況での固有値型問題について考察した.結論として,設定がベクトル値とスカラー値のケースではエネルギーの変分構造や再現される自由境界に以下のような共通点・相違点がある事を示した.(共通点)・固有値型問題の解によって再現される自由境界の幾何学的構造は,スカラー値の設定でもベクトル値の設定でも基本構造は同様である.・自由境界は,状態分布関数の値の符号が反転する(方向が逆になる)所に現れやすい.(相違点)変分構造の解析において,スカラー値の設定での証明法の一部が,ベクトル値の設定では通用しない.これはベクトルが複数の成分を持つ所に起因している.(B)スカラー値のケースでの成果スカラー値関数を変数とする全変動汎関数に対し,異方性の効果を取り入れるなどの様々な設定を取り入れ,設定毎に生成されるAllen-Cahn型方程式について,以下2つの成果を得た.・どの設定においても「比較性原理」などの力学系の支配法則は,基本的に同様な形で成立する事を明らかにした.・各設定において,対応するAllen-Cahn方程式が再現する解構造(自由境界)に関し,詳細な考察を与えた.言い方を変えると,例えばある設定を別の設定の近似とみる場合,近似の方法による再現状況の特性を,幾何学的な観点から明示した.今後は,上記(B)の議論をベクトル値の設定へ拡張することによって,時間発展を含めた複雑な自由境界の解析に向けて,研究を継続したい.本年度では,ベクトル値の状態分布関数で記述される自由境界問題の分野における「固体・液体相転移」と「薄膜磁性体」の2つのテーマを扱い,そのそれぞれにおいて以下の研究成果を報告した.(A)固体・液体相転移における研究成果前年度からの研究活動の発展として,熱方程式とAllen-Cahn型方程式をカップリングさせた放物型変分不等式のシステムを扱い,このシステムによって再現される自由境界に関して以下2つの成果を得た.(a1)多角形構造を基本とする異方性を伴うケースにおいて,外的刺激に対して安定性を持つ自由境界の幾何学的形状を明らかにした.(a2)円を多角形近似する事によって異方的状況から等方的状況への極限問題を導出し,極限の自由境界の形状に対する幾何学的観点からの考察を与えた.等方的状況では既に安定な自由境界の形状に関する報告例があるが,今回の考察によって実際には先行の報告よりも多くの安定な自由境界が存在することがわかった.(B)薄膜磁性体における研究成果本年度より,新たに薄膜磁性体の支配エネルギーが再現する自由境界の考察に着手した.このエネルギーの主要変数は,磁化の強さと方向を表す3次元のベクトル値関数である.ここでは退化性を伴うエネルギーに焦点を当て,膜幅をゼロとする時の極限問題に関して以下2つの成果を得た.(b1)研究の第一段階として,エネルギーの定義域が膜幅に関して不動であるケースを扱った.結論として,このケースでは「Г収束」の一般論が適用可能であることが明らかになり,更にこの理論を適用する事によって現象の直観的理解に適った考察結果が得られた.(b2)研究の第二段階として,エネルギーの定義域が膜幅に関して可変であるケースを扱った.このケースでは上記の「Г収束」の一般論の適用は無理であったが,エネルギー固有の性質を活用する事によって,より発展的な枠組みでも現象の本質を捉えた結論を導くことが出来た.本年度では前年度から継続の「薄膜磁性体」に現れる自由境界問題に関する研究課題から活動をスタートさせたが,前半期の早い時期に課題遂行の見通しをつけられたため,後半期には「外力による自由境界の最適制御」といった発展的な課題を扱う新しい段階へ研究を進展させることができた.平成23年度で得られた研究成果は大きく以下の3点にまとめられる.(A)薄膜磁性体に現れる自由境界問題に対する研究成果薄膜磁性体を対象とする研究課題に関しては,前年度より退化型の材料係数が組み込まれた数学モデルを扱ってきており,膜幅ゼロの極限を取ればオリジナルの3次元モデルを2次元モデルへ単純化できることがわかっている.これを踏まえ本年度では,2次元モデルの解が再現する自由境界の幾何学的構造の解明に取り組んだ.その結果,薄膜磁性体の数学モデルの解構造は材料係数の分布に大きく左右され,特に自由境界の幾何構造と材料係数が退化する部分との間には直接的な関連性があることを明らかにした。(B)

固体.液体相転移を対象とする最適制御問題の考察固体・液体相転移に現れる自由境界に関しては,前年度までに等方的構造・異方的構造の双方において様々な幾何構造の報告例の蓄積がある.従って本年度では,等方的な自由境界を再現するAllen-Cahn型方程式に対する最適制御問題を新たに考案し,外力の調節によって自由境界の幾何構造の形成を制御可能かどうかについて考察を与えた.更に,最適制御を求めるための数値計算アルゴリズムも構築し,制御問題における自由境界の形成プロセスを数値実験的立場から明らかにした。研究活動全般を振り返ると本研究では「固体・液体相転移」と「薄膜磁性体」における自由境界問題に対して期待以上の研究成果が得られたため,上記以外の自由境界問題についても同様の考察が可能であるかどうかが,今後の大きな興味の対象となっている.
極限状態または非平衡状態での材料作製プロセス

新規な材料として面心立方格子の鉄を銅中に数層積んだ多層膜を分子線エピタキシー法で作製し、鉄が5層以下では垂直磁化、5層以上では面内磁化であることがわかった。面心立方格子鉄は何れの場合も強磁性であった。BI型NbN系窒化物は耐放射線を有する安定な超伝導材料で、高耐熱性、高硬度、金属的導電性等セラミックス材料としても優れた特性を有する。窒化燃焼による超伝導NbN成形体の合成と反応性スパッタによるMo_<1-x>MxN(M=Nb,2r)の薄膜の合成を行い、それぞれの特性を評価し応用の可能性を検討した。新規な材料として期待される炭素と窒化ほう素について、各種相の固溶関係を、高圧・超高温下に系統的に探索した。黒鉛とhBNの間には2種類(黒鉛型とhBN型)、ウルツ鉱型高圧相には1種類、それぞれ固溶体の存在を見出し、格子定数、出現する組成領域など固溶系のほぼ全貎を明らかにした。またhBN型固溶体からwBN型への相転移も確認した。黒鉛から六方晶ダイヤモンドへの相転移には中間相を見出し、転移機構の新描像を得た。かさ高くて硬いテトラフェニルチオフェン構造を含むポリイミドに半屈曲性構造のポリイミドを共重合させることにより、靱性の改善された共重合体フィルムが得られること、また剛直鎖棒状構造のポリイミドの導入によっては引張特性は改善されないことを明らかにした。ポリベンゾオキサゾール単独重合体のフィルムは、ガラス転移点と引張弾性率が相当する構造からなるポリイミドフィルムのそれに近いこと、また、共重合により熱特性や引張特性の異なるフィルムが作製できることを明らかにした。
痛みの脳内表現と疼痛発現・伝達・修飾機序：多細胞同時記録による解明

痛覚過敏や慢性疼痛は、脊髄や脳内の神経可塑性に加えて、グリア細胞が重要な役割を担っている。しかし、いろいろな病態となって現れる痛みが、脊髄や脳内の神経細胞やグリア細胞にどのような興奮パタンで表現されているかは全く不明である。そこで本研究では、ニポウディスク型共焦点レーザー顕微鏡で脊髄細胞や脳細胞個々の発火をin vitroとin vivoで多数同時に高速にイメージングし、痛覚過敏などがどのように表現されているかを明らかにすることを試みた。関節炎や癌性疼痛時等に生じる過敏化(痛覚過敏)や持続的な痛み(慢性疼痛)の緩和方法の開発が急務とされている。これらは、痛覚刺激を受け取る末梢の病巣が原因ではなく、その信号を脳へ中継する脊髄や脳内の神経結合あるいは、信号伝達効率の変化(神経可塑性)によって起きるとされている。さて、感覚情報は脳内細胞の発火の時空間パタンによって表現(符号化)されている。確かに、神経可塑性が痛覚過敏などの原因の一つであるとしても、痛覚や痛覚過敏などが脊髄や脳内細胞の発火パタンにどのように表現されているかは全く不明である。そこで本研究の目的は、共焦点レーザー顕微鏡で脊髄細胞や脳細胞個々の発火を多数同時に高速で記録し、痛覚過敏などがどのように表現されているかを明らかにし、また適当な経皮的刺激等による修飾や鎮痛を試みることである。そこで24年度には、既存のニポウディスク型共焦点レーザー蛍光顕微鏡に新たに高速カメラを導入し、多数の脊髄神経細胞の発火を同時に記録するシステムの構築を試みた。その結果、in vitroで脊髄切片浅層の多数の細胞のCa^<++>動態を同時に長時間記録することが可能となり、さらに、色素を用いることによりグリア細胞と神経細胞を識別することが可能となった。また、次年度以降の予備実験として、in vivoで大脳皮質と脊髄から多数の細胞のCa^<++>動態を同時に記録することを試みたところ、数々の実験上の工夫によって拍動や脈動の影響を最小限にして、長時間記録することが出来るようになった。これらの時空間信号を解析するソフトウエアの作成も開始し、予備的なデータが得られるようになった。平成24年度では、1導入した高速カメラで多数の脊髄後角浅層神経細胞の発火をin vitroで同時記録する技術を確立した。2グリア細胞の活動も同様に記録した。さらに、3in vivoで大脳から細胞活動を長時間、安定的に記録する技術の開発に目途を付けた。平成25年度では、1in vitroで計測された発火現象が、神経細胞のものであるのかグリア細胞によるものであるのかについて、種々の手法を用いて検証した。その結果、計測されているのはグリア細胞の一種であるアストロサイトのカルシウム発火であることが判明した。特に、脊髄水平切片ではその表層(後角III層)で10個以上の細胞が互いに相関をもって発火することが明らかになった。2in vivoでは多細胞を同時記録する技術が確立でき、種々の条件下で発火現象の探索を行った。2前頭前野では痛覚由来と思われる多数の細胞の発火が記録できた。しかしながら、それらの発火がどのような意味を持つのかについては現在までのところ不明確であり、現在、探求中である。平成24年度には、1導入した高速カメラで多数の脊髄後角浅層神経細胞の発火をin vitroで同時記録する技術を確立した。さらに、3in vivoで脳表面から細胞活動を長時間、安定的に記録する技術の開発に目途を付けた。

平成26年度には、1in vitroの実験として、神経因性疼痛モデル動物の脊髄切片で、脊髄後角領域で記録された細胞の発火が神経結紮を行った側とその対側でどの様に異なるか調べた。その結果、結束側の自発発火は有意に少ないが、ATPの投与に反応して発火する細胞は有意に多く反応の大きさや持続時間も増大した。このような慢性的な変化の機序と意義について検討が必要である。2in vivoの実験では、下丘背側皮質からの記録の解析に成功し論文として発表した。特定の周波数の聴覚刺激に対して選択的に応答する領域の同定などに成功した。体性感覚野についても、いくつかの技術的な問題は解決できた。26年度が最終年度であるため、記入しない。神経情報処理26年度が最終年度であるため、記入しない。in vivoでの多数の細胞からの同時長時間記録の達成は世界に例を見ない大きな進展と考えられる。記録された信号動態をどのように解析するかについてはおおむね目途はついたものの、今少し試行錯誤が必要な状態である。脊髄および脳表面で、細胞個々の活動を多数同時に記録し解析するという手法については、ほぼ予定通り確立できた。現在、記録された細胞活動がどのような意味を持つのかについて種々の観点から確認する作業を行っている。すなわち、どの応答が生理的に意味があるのか、痛覚と関連しているのか、について神経因性疼痛モデルマウス、種々の神経作動薬や染料などを用いて調べている。早晩、明快な説明に到達できると思われる。今までに成し遂げた最も大きな貢献であるin vivoでの多数の細胞からの同時長時間記録を中心に、種々の条件下での細胞活動の記録と解析を行う。多数の細胞の活動を同時に高解像度で記録するという技術については、ほぼ確立できた。しかしながら、記録された活動が当初予想していたものとは異なっており、未知の領域に直面している。これはすなわち、記録できたもの殆んど全てが新規な発見であり、それを一つ一つ丁寧に解析し論文としてまとめていくことが重要と考えている。新たな数理解析手法の開発に取り組むことも重要であり、それにも重点的に取り組んでいく。今年度、伝達物質受容体作動薬、細胞内信号伝達遮断薬など、高価な試薬を用いた実験を大規模に行う予定であったが、観測された現象が当初予想したものと異なっていたため、試薬の使用量が予定より若干少なくなった。次年度に、高価な試薬を用いた実験を継続して行うのでその経費として使用する。
甲状腺機能状態の肝再生に及ぼす影響

甲状腺機能状態の異なるラットに於いて、再生肝での甲状腺ホルモン応答性蛋白の発現が如何に変化するかを検討する実験で、我々は興味深い現象をみいだした。通常、再生肝に於けるDNA合成は肝切除後24時間でピ-クを示すが、この時点で甲状腺ホルモン(T_3)を投与しても、甲状腺ホルモン応答性蛋白の代表であるspot14蛋白(S14)mRNAの発現は促進されなかった。この現象は、Sham手術を施したラットでは認められず、Sham手術後24時間でT_3を投与した群では、T_3投与によりS14mRNAは明らかに増加した。また、肝再生が終了し、肝重量が肝切除前のレベルに戻るとされている肝切除後2週では、肝切除群でも、Sham手術群と同様に、T_3投与によりS14mRNAの増加が認められた。従って、肝の再生過程に於いて、細胞分裂の活発な時期にはT_3に対する応答性が減弱することを示唆する結果を得た。次に、この様なT_3に対する応答性と肝細胞の増殖との関連が、in vivoのみならずin vitroでも認められるか否かを初代培養肝細胞を用いて検討した。初代培養肝細胞は通常、単層培養が用いられるが、この場合、DNAの合成が活発で細胞は増殖期にあることが示されている。これに対し、肝細胞を球状の集塊で培養するSpheroid培養では、肝細胞は増殖傾向を示さないことが報告されている。従って、これらの培養系でT_3に対する応答性を検討することにより、甲状腺ホルモンに対する応答性と肝細胞増殖との関連をin vitroで検討できる。その結果、単層培養ではT_3添加によるS14やフィブロネクチンのmRNAの増加は僅かでり、一方Spheroid培養ではこれらのmRNAがin vivoでの肝同様に、T_3添加により増加することが示された。以上の検討により、増殖期にある肝細胞では静止期にあるものに比し、甲状腺ホルモンに対する応答性が減弱するといった、極めて興味深い結果が得られた。
X線高分散分光によるブラックホール連星の円盤風噴出メカニズムの解明

昨年度に引き続き、全天X線監視装置MAXIでブラックホールX線連星の監視を行った。2018年3月には新たなブラックホール候補天体MAXI J1820+070を発見し、MAXIによる発見と、Swift衛星などを用いたその後のX線スペクトルの変化を論文にまとめた(Shidatsu et al. 2018, Shidatsu et al. 2019)。また、京都大学の研究者らとともに、2006年と2015年にX線衛星「すざく」とNuSTAR衛星を用いて得られたブラックホールX線連星4U 1630-472の電離吸収線データを用いて、X線の連続スペクトル形状の変化に伴う吸収線強度の変化を調べた。その結果、観測された吸収線の変化は、円盤風がX線照射による降着円盤外縁部の加熱により駆動された(熱駆動型円盤風)とすれば説明できることを明らかにした(Hori et al. 2018)。また、昨年度から取り組んでいる、ChandraによるブラックホールX線連星H1743-322の高分散分光データと、熱駆動型円盤風モデルの予測との比較を進めた。2017年度は2つのChandraの観測について、分光データと同モデルに基づく吸収線シミュレーションとの比較を行った。今年度は、他の数個のChandraによる観測データとの比較を行い、またRXTE衛星のデータを用いて、アウトバースト期間全体にわたって、同モデルから予測される円盤風の電離度や柱密度の変化の仕方を調べることができた。さらに、X線天文衛星「ひとみ」で実施する予定であった、ブラックホールX線連星の超精密分光観測を念頭に置き、前年度に引き続き、2022年打ち上げ予定の日本のX線分光撮像衛星(XRISM)ミッションに参加し、観測データの整約・解析ソフトウェアの開発・検証に携わった。2017年度の実施状況報告書にも述べたとおり、X線衛星「ひとみ」の早期運用終了により、本研究課題の重要な目標の一つである、ブラックホールX線連星の円盤風の超精密X線分光は、「ひとみ」の後継機XRISMの打ち上げ(2022年予定)まで持ち越しとなった。また、昨年度から行ってきた、Chandraの過去の観測データと、熱駆動型円盤風モデルに基づく吸収線のシミュレーションの比較の結果について、2018年度内に論文化し出版する予定であった。しかし、2017年度末に理化学研究所から愛媛大学に異動し、2018年度始めに研究環境の構築や授業の準備などに時間を要したこと、円盤風の光電離シミュレーションの結果の検証に想定以上の時間がかかったことにより、当年度内に論文が完成に至らなかった。昨年度までに行ってきた、Chandraの過去の観測データと、熱駆動型円盤風モデルに基づく吸収線のシミュレーションの比較の結果に関する論文の執筆を進め、今年度内に出版する。また、その内容を国内外の学会・研究会にて発表する。また、引き続きMAXIを用いてブラックホール連星の光度変動を常時監視し、アウトバーストを検出した際にはChandra衛星やSwift衛星などに分光観測の提案を行い、円盤風由来のX線吸収線のサンプルのさらなる取得を狙う。今年度は、X線衛星「ひとみ」が姿勢系トラブルにより運用停止となり、当初期待していた観測データが得られなかった。一方、他のX線衛星や光・赤外線望遠鏡で過去に得られたブラックホール連星のデータを用いて、円盤風の研究を進めることができた。また、そのデータ解析で必要となる、ブラックホール連星の降着円盤からのX線放射モデルも自ら開発した。今年度の主な研究成果は次のとおりである。ブラックホール連星GRO J1655-40の2005年の増光時に、他のブラックホール連星に見られるものとは違った観測的性質を持つ円盤風が見つかっており、その解釈をめぐる論争が10年にわたって続いていた。私は、GRO J1655-40の2005年の増光時に得られたX線・可視光・近赤外線同時データに、英国ダーラム大学の研究者と共同で開発した最新のブラックホール降着円盤モデルを適用することで、この天体から円盤風として大量のガスが噴き出し、光学的に厚い噴出ガスが、ブラックホール近傍からのX線放射の大部分を遮っていることを突き止めた。これまでの研究では、円盤風として噴出するガスは光学的に薄いとされていたが、この研究結果により、その前提が覆された。この結果を、主著論文として米国のThe Astrophysical Journal誌に発表し、フランスで行われた国際会議で口頭発表を行った。また、この成果は、私が所属する理化学研究所内でも注目を集め、所内の研究成果を一般向けに解説する雑誌"Riken Research"に、顕著な成果として取り上げられた。X線衛星「ひとみ」が打ち上げ後の姿勢異常により通信できなくなり、本研究の対象天体であるブラックホール連星を1つも観測しないまま、想定より早く運用が終了した。そのため、当初計画していた、マイクロカロリメータの高分散分光データを用いた円盤風の研究を遂行することができなかった。一方で、「ひとみ」のエネルギー分解能には劣るものの、他のX線衛星の検出器で過去に得られた分光データを用いて円盤風の研究を進めることができた。今年度は、英国Durham大学に1ヶ月程度滞在し、同大学のChris Done教授と、ブラックホールX線連星の円盤風に関する共同研究を行った。具体的には、円盤風の噴出機構として有力な説の一つである「熱駆動型円盤風モデル」の理論予測と、実際のX線観測の結果を比較し、モデルの妥当性を調査した。

今回は、Chandra衛星によるブラックホールX線連星H 1743-322の分光データを例にとり、モデルと比較した結果、熱駆動モデルから予測される鉄の吸収線構造がChandraの観測結果と非常によく一致することがわかった。現在、この研究成果に対する論文を執筆中であり、2018年3月には、日本天文学会春季年会にて口頭発表を行った。またX線衛星「ひとみ」で行えなかった円盤風のX線吸収線の高分散分光観測を見据え、「ひとみ」の後継機であるX-ray Astronomy Recovery Mission (XARM)の準備チームに加入した。XARMは「ひとみ」と同様のX線マイクロカロリメータを搭載する予定で、これを用いてブラックホールX線連星の観測を行うことで、かつてない精度で円盤風の速度や電離度等を測定でき、円盤風の駆動メカニズムの問題に最終決着をつけることができると期待される。私はXARMミッションの科学運用チームに参加し、観測データ整約ソフトウェアの開発・試験等を担当することとなった。ここでの活動を通して、プロジェクトに技術面から貢献するとともに、打ち上げ後の実際の観測で常に正しい解析結果を得るために、検出器の特性・適切な解析手法を十分に理解しておきたいと考えている。「ひとみ」の運用終了により、当初予定していた、マイクロカロリメータによるブラックホールX線連星の円盤風の高分散分光データを得ることは不可能となり、円盤風の駆動メカニズムの最終決着は、2020年初頭に打ち上げ予定のXARMなど、X線マイクロカロリメータを搭載する衛星を用いた、将来の観測まで待たざるを得なくなった。その一方で、既存のX線分光データと、熱駆動型円盤風の理論予測との比較を行うことで、現在の観測精度の範囲内で、同理論の妥当性を確かめることができた。昨年度に引き続き、全天X線監視装置MAXIでブラックホールX線連星の監視を行った。2018年3月には新たなブラックホール候補天体MAXI J1820+070を発見し、MAXIによる発見と、Swift衛星などを用いたその後のX線スペクトルの変化を論文にまとめた(Shidatsu et al. 2018, Shidatsu et al. 2019)。また、京都大学の研究者らとともに、2006年と2015年にX線衛星「すざく」とNuSTAR衛星を用いて得られたブラックホールX線連星4U 1630-472の電離吸収線データを用いて、X線の連続スペクトル形状の変化に伴う吸収線強度の変化を調べた。その結果、観測された吸収線の変化は、円盤風がX線照射による降着円盤外縁部の加熱により駆動された(熱駆動型円盤風)とすれば説明できることを明らかにした(Hori et al. 2018)。また、昨年度から取り組んでいる、ChandraによるブラックホールX線連星H1743-322の高分散分光データと、熱駆動型円盤風モデルの予測との比較を進めた。2017年度は2つのChandraの観測について、分光データと同モデルに基づく吸収線シミュレーションとの比較を行った。今年度は、他の数個のChandraによる観測データとの比較を行い、またRXTE衛星のデータを用いて、アウトバースト期間全体にわたって、同モデルから予測される円盤風の電離度や柱密度の変化の仕方を調べることができた。
固体天体地下探査用ミュオグラフィを搭載した移動ロボットの開発と実証的研究

太陽系固体天体探査において、浅部地下構造は今後極めて重要な探査対象となる。地下構造の理解には密度構造の把握が決定的に重要であるため、これを直接的に計測できるミュオグラフィ技術は惑星探査にとって魅力的である。そこで既に実用化されている高速大型のミュオグラフィ装置の超小型化となるプラスチックシンチレーターをPMT (Photomultiplier Tube)と組み合わせたタイプのものと、核医学イメージング技術を応用したプラスチックシンチレーターとMPPC (Multi-Pixel Photon Counter)を組み合わせたタイプの、2種類の原理検証機を作成した。前者はディテクター自体は5.2cm x 5.2cm x 6.5cmとミュオグラフィ装置としては極めて小型化されているが、装置全体としては新規で作成した小型高圧電源装置とオシロスコープを組み合わせる必要がある。後者は64チャンネルのSiPMを用いてdynamic Time-Over-Threshold (dTOT)ボードを利用してdata-acquisition DAQボードで読み出すというもので、ディテクターの大きさが約2.6cm x 2.6cm x 3.1cmであることもあり省電力かつ小型化に成功している。前者の検出装置は2台製作し、それぞれの向きや距離を変え、さらに低エネルギーの粒子による誤検出を排除するために鉛板を利用した。その結果、既に知られている地上での鉛直ミュオン強度などと比較しても調和的な検出効率を達成できていることが確認され、原理実証機の作成としての目的は達せられた。なおシンチレーターは指向性を出すために細長い形状のものを用いているが、シンチレーターの形状で指向性を出したものは今回作成したミュオグラフィ装置が世界で初めてのものとなった。超小型ミュオグラフィ装置の原理実証機を作成し、屋内でのミュオン検出に成功したことから、ある程度の計測を行える目途がたった。一方で小型化による問題点が、単に積分時間の増大のみであると当初は考えていたが、数値計算により解像度の意味では遥かに複雑な問題を含むことがわかってきた。現状の原理実証装置ではオシロスコープでトリガーごとにデータの書き込みを行っており、このデータ量と消費電力により屋外での運用が困難となっているため、小型検出器の読み出し回路について検討を行い、同時に開発を進めている小型ローバへ搭載し屋外での実証試験を行う。また火星での応用を目指し、火星における放射線環境を数値シミュレーションなどを通じて把握する。実際の探査においてミュオグラフィを適用するには、探査機搭載に向けた装置の低リソース化(小型化、省電力化)が必須となるが、装置の小型化は検出器受光部の面積縮小を意味し、これはミュオンの検出効率を低下させる。その意味で惑星探査に利用できる適切な大きさのミュオグラフィ装置の検討がまず必要であった。本研究は特に火星を対象とした観測成立性を検討し、十分な積分時間さえ取れれば超小型装置であっても意義深い探査が行えることを確認した。この検討に基づき、20平方センチメートル程度の受光部断面積を持つ超小型のミュオグラフィ原理実証モデルを開発した。原理としては、入射したミュオンによりシンチレータが発光し、その微弱な光を光電子増倍管で増幅することで、オシロスコープで読みだすというもので、小型光電子増倍管とプラスチック・シンチレータ、小型高圧電源ユニットで構成している。

開発した検出器の大きさは1個あたり4 cm×4 cm×7 cmであり、重量は約500 g、消費電力は約0.03 W(電圧-0.8 kV、電流35 μA)であった。検出装置は2台製作し、それぞれの向きや距離を変え、さらに低エネルギーの粒子による誤検出を排除するために鉛板を利用した。その結果、既に知られている地上での鉛直ミュオン強度などと比較しても調和的な検出効率を達成できていることが確認され、原理実証機の作成としての目的は達せられた。超小型ミュオグラフィ装置の原理実証モデルを作成し屋内でのミュオン検出に成功したことから、ある程度の計測を行える目途がたった。一方で小型化により問題点が、単に積分時間の増大のみであると当初は考えていたが、解像度の意味では遥かに複雑な問題を含むことがわかってきた。現状の原理実証装置ではオシロスコープでトリガーごとにデータの書き込みを行っており、このデータ量と消費電力により屋外での運用が困難となっているため、小型検出器の読み出し回路について検討を行い、同時に開発を進めている小型ローバへ搭載し屋外での実証試験を行う。また火星での応用を目指し、火星における放射線環境を数値シミュレーションなどを通じて把握する。
空力不安定振動現象のフィードバック発現機構の解明とその制御

本研究は流れによって生ずる振動物体の空力不安定振動現象のフィードバック発現機構の解明とその制御を行ったものである。平成6年度は空力不安定振動現象によって発現振動する物体を模擬し、強制的に並進及び回転振動させ、物体周辺の流れの構造と流体力特性を調べて物体の振動性状と関連づけ、空力不安定振動現象のフィードバック発現機構の解明を行った。つづいて平成7年度は強制的に回転並びに並進振動させた物体にパッシブ的な制御を試み、空力不安定振動の発現を抑制する最適制手法の確立を図ったものである。2年間に渡る本研究で得られた知見は以下に示すものとなる。なお物体は構造物要素として、最っとも基本と考えられる種々の辺長比を有する矩形柱を採用して行った。(1)完全剥離型矩形柱の周辺領域では、後方に形成されるカルマン渦が強化され、その結果、フィードバック的に剥離せん断層の巻き上がりが強まり、流体力は同期領域で急激に増大する。(2)前縁剥離渦型矩形柱では同期領域では前縁はく離渦と後縁二次渦との巻き上がり位相が一致する。その結果後方に形成されるカルマン渦は強化され、フィードバック的に周辺の流れの変動が増大する。(3)カルマン渦によるフィードバック機構を明らかにするために、物体の背後に尾板を設置したその発生を制御した結果、同期領域ではカルマン渦のフィーバック現象が強いが、非同期領域では存在しない。(4)流れをパッシブ的に制御した空力不安定振動現象を抑制するための手法を確立するために、まず静止矩形柱の制御を行った。その結果物体前方に小物体を設置する手法が極めて有効であることがわかった。(5)強制的に回転並びに並進振動させた矩形柱の前方に平板を設置して流れを制御した結果、物体の流体力および渦生成はほぼ抑制され、空力不安定振動現象の発現はほぼなくすことができた。本研究は流れによって発生する振動物体の空力不安定振動現象のフィードバック発現機構の解明とその制御を目的としているものである。本年度は空力不安定振動現象によって発現振動する物体を模擬し、強制的に並進あるいは回転振動させ、はく離せん断層並びに後流構造及び流体力特性を詳細に調べて、物体の振動性状とこれらの諸特性とを関連づけ、空力不安定振動現象のフィードバック発現機構の解明を行なったものである。矩形断面柱周辺の流れはその辺長比によって、完全はく離型、前縁はく離渦型そして再付着型の三つに分類される。本研究では特に完全はく離型として辺長比が1なる正方形柱、前縁はく離渦型として辺長比3なる矩形柱を採用し、それを並進振動並びに回転振動させ、空力不安定振動現象のフィードバック発現機構を調べた。その結果得られた知見は以下に示すものとなる。(1)完全はく離型である正方形柱が並進あるいは回転振動する場合、その振動周波数にロックインして渦放出が行われる同期領域は振動振幅が大きくなるにしたがって拡大する。(2)完全はく離型である正方形柱の同期領域では、後方に形成されるカルマン渦の強さが強化され、その結果フィードバック現象によって前縁からはく離するせん断層の巻き上がりが強まり、流体力は同期領域で急激に増大する。(3)前縁はく離渦型矩形柱を並進または回転振動させた場合、同期領域では前縁はく離渦と後縁はく離渦との位相が一致する。その結果後方に形成されるカルマン渦は強化され、フィードバック現象によって周辺の流れの変動が増大し、流体力は急激に大きくなる。

(4)前縁はく離渦型矩形柱におけるカルマン渦のフィードバック機構を明らかにするために、背後にスプリッタプレートを付けてカルマン渦を制御した結果、同期領域ではカルマン渦のフィードバック現象が存在するが、非同期領域では存在しない。前年度は構造物要素として代表的形状を有する矩形断面柱を強制的に並進並びに回転振動させて、物体振動時における各種流体力並びに振動性状特性を調べ、これらとはく離せん断層並びに後流との関連を明らかにし、空力不安定振動現象のフィードバック的発現機構の解明を行った。本年度は前年度の研究で得られた空力不安定振動現象の発現の要因となるはく離せん断層並び後流渦を抑制し、空力不安定振動現象の発現の抑制を図ったものである。その結果得られた知見は以下に示すものとなる。(1)流れをパッシブ的に制御することによって、空力不安定振動現象を抑制する基本的手法を確立するために静止矩形柱の流れの制御を行った。その結果物体前方に小平板を設置し、はく離せん断層を乱流拡散させることによって、空力不安定振動現象の発現をほぼ抑制できる。(2)矩形柱の断面比が大きくなるにしたがって、はく離せん断層は側面に付着して前縁はく離渦を形成する。この前縁はく離渦が空力不安定振動現象の発現に重要な役割を果たしていることが明らかとなり、空力不安定振動現象に対する前縁はく離渦のもつ効果を示した。(3)強制的に回転並びに並進させた振動矩形柱の前方に平板を設置して、空力不安定振動現象を発現させる前縁はく離渦と後流渦を制御し、最適平板の大きさと設置位置を明らかにするとともに、本手法の有効性を示した。(4)本研究で採用した平板設置による制御手法は、矩形柱の振動を常に減衰させる究めて有効な制御法である。
小・中学からの連携を考慮したものづくり技術教育の研究

わが国の経済発展を担うものづくり基盤技術は,就業構造の変化や海外地域における工業化の進展等による影響を受けて,継承が困難になってきている。それは,ここ数年来学生のものづくりなどの創造力を発揮する能力の低下に表れている。これは基本的な実験・実習を経験していないことや,理論と実際(実用回路)の関連づけた思考力に劣っていることが原因の一つである。このような状況下で高専におけるものづくり教育を効率的かつ系統立てて行うためには,小学校や中学校から連携した教育内容とする必要があると確信し,研究を継続してきた。具体的には,入学早々から半田付け実習(本学は電子・情報系学科で構成)を始めとして,電子回路の作成を系統的に関連づけて行う目的の,これまでなかった具体的な指導書作成を行った。カリキュラム改定期にあたり,学年一斉の実施は困難であったが,一部項目についてはデータを得ることが出来た。高学年学生には,マイクロコントローラによる制御を必要とする実用的な回路作成を課し簡単なハードウェアやプログラムでも機能の高いものづくり教材が製作出来ることを体験させた。これらを基本にして,実験や課外活動で学生が実際にものづくりを行い,創造性を育成することが確認され,一部は学会で発表した。また,小学校や中学校におけるものづくりに関する理科や技術科の調査を行ったところ,新指導要領における教科書中の具体的な記述や取り扱いは少ないが,小・中学校教諭や教育センターの研究機関研修員の実践から,ものづくりが有効な理科実験や科学教育のテーマが存在することが判った。具体的には,小学校の理科電気分野における電流認識や,電磁石を使った磁界認識に利用が可能な教材を発案・製作し,同時に学習指導案も作成して提供した。この利用結果は平成16年4月に小学校教諭から研究報告書として研究者に報告された。小・中学校との共同研究の一部は研究誌に発表した。わが国のものづくりの技術は,就業構造の変化や海外地域における工業化の進展等による影響を受けて,若年層を中心にしたものづくりへの興味離れや熟年技能者の高年齢化等によりわが国の経済発展を担うものづくり基盤技術の継承が困難になってきている。しかも,ここ数年学生のものづくりなどに,創造力を発揮する能力は低下する傾向であり,基本的な実習・演習を経験していないことや,理論と実際(実用回路)の関連づけた思考力が劣っている結果が見られる。このことから高専におけるものづくり教育を効率的かつ系統立てて行うためには,小学校や中学校から連携した教育内容とする必要があると確信している。よって入学早々から半田付け実習(本学は電子・情報系学科で構成)から,電子回路作成を行うべく,詳細な指導書作成を行った。また,高学年については,マイクロコンピュータ回路作成などを組み込んだ,簡単なプログラムで動作させる機能のものづくり教材を作成した。これを基本にして,次年度は実験や課外活動などで学生が実際にものづくりを行う。また,小学校や中学校におけるものづくりに関する理科や技術の調査を行ったところ,教科書における取り扱いはほとんどないが,小・中学校の教諭や教育センターなどの研究機関での実践から,ものづくりが有効な理科実験や科学教育のテーマが存在することが判った。この結果,小学校向けの電気分野の電流認識や,磁石などの磁界認識に利用が可能な教材を発案し,同時に学習指導案も作成して提供している。この結果は3月末日にレポートとして,研究者に報告されることになっている。さらに,中学校においても複数回の研究授業にも参加して,連携が有効であることが判明し,次年度も引き続き研究を継続する。前年度作成した指導案に基づき、実践を行う予定であったが,担当者の違いにより,一斉に行うことが不可能であった。

しかし一部項目についてはデータを得ることが出来たので,平成17年から18年にかけて低学年での一斉実施が可能となった。試行の結果,ものづくりに興味を持っている学生は多いが何をして良いか判らない状況があり,今回の実験による教育指導方法によって効果があることが分かった。昨年度実施した小学校児童と中学校生徒対象のものづくりと共同実験の結果は,効果があることは分かったが,容易に実施可能な方法について問題点が残った。そのため回路や組み立て方をいろいろ提案実施したが,危険がなくて一人の指導者で単位時間内に行う実験には,導電性瞬間接着剤の使用を検討・実験している。小学校におけるカリキュラム編成案の共同研究については,その方向性が決まり,中学校への連携もまとめる段階となり,現場における実践による評価の積み重ねが残されているので,引き続き研究を進め,来年度中の提案を目指している。このように高専入学前の基礎的なものづくり教育の提案は当初目標を達成した。高専におけるものづくりについては,指導案とは別に系統的な製作実験を2学年から4学年までの20名を対象に,基礎実験から,そのデータを利用した機器製作まで実施した結果,上学年学生のTAの働きが理解には大きな役割を果たすことが,確認された。これは今後の新たな研究課題として取り上げ継続していく。なお,実験の様子は当初の計画のとおり,映像や画像として残しているので,これをサーバに電子ファイルとして保管し、学生が学校のみならず,家庭からも自由に閲覧が可能になるよう設定し、e-ラーニング教材としてまとめる作業を行っており,早期に公開が可能なように編集している。
「民族学校」の日韓比較研究――日本の「朝鮮学校」と韓国の「華僑学校」を中心に

本研究は、学校教育における民族主義的言説と「国民」への統合が強調されている日本と韓国の教育環境のなかで、分離主義的教育自治空間を維持してきた日本の「朝鮮学校」と韓国の「華僑学校」に対して人類学的現場研究を行い、それを比較した。研究の結果、日本の朝鮮学校と韓国華僑学校の教育実践からは、民族的同質性が強調されるホスト社会への抵抗というある種の連続性は認められる。しかし、植民地被支配の記憶の有無という歴史的背景の差と、学校内部の民族構成、曖昧な「祖国」の存在感から、生徒のアイデンティティ構築及び管理における大きな差を生み出しているようである。この研究は、日本の「朝鮮学校」と韓国の「華僑学校」への人類学的現場研究を通じて、各々の学校の現状とその教育のもつ意味を実証的に把握し、それを比較することによって、異質な民族集団に対する日本と、かつて日本の植民地だった韓国両国のナショナリズム言説と実践における連続性と差異を実証的に確認することを目的としている。この研究の目標をを達成するために、本研究は現場研究の場所を基準に大きく「朝鮮学校の研究」と「韓国の華僑学校の研究」に分けて進められている。ところが、本研究の代表者の職場が日本にあるため、「韓国の華僑学校研究」は時間的・空間的な制約がある上に、韓国の華僑学校の閉鎖性は、学校空間に対する現場研究の障害になっている。そのために韓国の華僑学校とそのエスニックコミュニティに対する調査は、朝鮮学校への研究から確認された「争点」に絞った形で随行されている。現在、韓国の華僑学校への調査は、主に文献調査と韓国の仁川市におけるチャイナタウンの華僑コミュニティへの参与観察で行われている。現在は関係づくりと、共同体の文化・景観と地方自治体の行政との関係などへの理解を中心に現地調査を進めているが、今年の調査では華僑学校とその学生、保護者に対する調査を進めていく予定である。朝鮮学校への調査は、本研究の代表者が過去に調査した「J初級学校」と「H中級学校」に対する再調査と過去の研究当時の生徒と教師、保護者への追跡調査の二本柱で進められているが、現在のところは、過去の研究当時の関係者への追跡調査を中心に、過去の調査記録の再解釈を試みている。本研究は、日本の「朝鮮学校」と韓国の「華僑学校」への人類学的現場研究を通じて、各々の学校の現状とその教育のもつ意味を実証的に把握し、それを比較することによって、異質な民族集団に対する日本と、かつて日本の植民地だった韓国両国のナショナリズム言説と実践における連続性と差異を実証的に確認することを目的とした研究であった。朝鮮学校と韓国華僑学校の学校現場ならびに学校を中心としたコミュニティへの調査は、人類学的現場研究の手法が主に使用された。朝鮮学校への調査は、研究代表者の既存の研究結果に基づいて大阪の朝鮮中級学校と初級学校への参与観察調査と卒業生へのインタビュー調査を行った。韓国の華僑学校へのデータは、文献資料と2012年8月から2013年9月まで、主に夏期と春期の休みを利用して行った韓国仁川市所在「チャイナタウン」と「韓国仁川華僑中山中学」への現地調査結果である。「韓国仁川華僑中山中学」は韓国で最も古い歴史の華僑学校であり、小学校から高等学校課程まで設置されて、2013年現在427名(小学部188名、初中部140名、高中部99人)の在学生がいる。この学校への集中的な現場研究は、主に2013年8月29日から9月12日まで行った。調査の結果、韓国華僑学校の教育実践からは朝鮮学校とのある種の連続性は認められた。学校教育全般において民族主義的言説と「国民」への統合が強調されている日本と韓国の教育環境のなかで、「朝鮮学校」、「華僑学校」といった分離主義的教育空間が存在していることからも、日韓両国におけるナショナリズムとレイシズム、民族関係の諸現象における東アジア的共通性は認められる。ところが、植民地支配の記憶の有無という歴史的背景の差と、学校内部の民族構成、曖昧な「祖国」の存在感から、生徒のアイデンティティ構築及び管理には朝鮮学校と華僑学校の間に大きな差を生み出していることが分かった。調査全体の進捗状況は概ね順調に進んでいると評価できるが、韓国の華僑学校への調査は、韓国の華僑学校がもっている閉鎖性により、調査を進めていくうえでの障害になっている。25年度が最終年度であるため、記入しない。全体の調査の流れに大きな変化はないが、万が一、韓国の華僑学校現場にたいする関与観察の実施に失敗することを備えて、学校外部の支援団体、学生組織への調査対象を拡大していく計画である。
機能的多様性に基づく土壌微生物群集構造の解析と農薬が及ぼす影響の評価

島根県松江市近郊にある近接した肥培管理の異なる2水田(農薬慣行水田および無農薬低資材水田)を対象に、微生物数、微生物物量、微生物活性および微生物フロラの年間変動を3年間にわたって調査した。1.野外の圃場における微生物数、微生物物量、微生物活性の年間変動の調査昨年の結果と同様に両水田の肥培管理の違いに関わらず、いずれの微生物指標についてもある一定の範囲内で変動を繰り返した。それぞれの調査項目の変動係数は、好気性細菌数(3946%)、糸状菌数(3352%)、好気性グラム陰性細菌数(5159%)、嫌気性細菌数(4261%)、アンモニア酸化細菌数(88174%)、微生物バイオマス窒素(1927%)、微生物バイオマスニンヒドリン窒素(3237%)、微生物バイオマス炭素(1530%)、ATP(2844%)、硝化活性(1620%)、アンモニア化成活性(3953%)、プロテアーゼ活性(3162%)であった。室内試験や短期の圃場試験の結果から土壌微生物に対する農薬の影響を評価する際には、これらの値を参照すべきであることを提案した。2.野外の圃場における土壌微生物フロラの年間変動の調査バイオログプレートの発色パターンに基づく土壌微生物フロラは、両水田ともに昨年と同様、湛水期(58、9月)と非湛水期(9、103月)で異なるクラスターに分類された。2年間を通してクラスター分析を行っても湛水期と非湛水期に分類され、年度間の違いは認められなかったことから、類似した微生物フロラが毎年形成されていることが示唆された。これらのクラスターからの逸脱の有無を指標に土壌微生物フロラに対する農薬の影響を評価すべきであることを提案した。1.機能的多様性に基づく主壌微生物群集構造の解析手法の確立95種類の基質と酸化還元発色試薬があらかじめ充填されたバイオログプレートに2種類の水田土壌の3次および4次希釈液を添加してから25°Cで培養し、経時的に各ウェルの吸光度を測定した。各ウェルの吸光度の平均値は培養24時間目から上昇し始め、72時間後には頭打ちとなった。吸光度の大きさを土壌微生物群集の基質資化能(有機物分解活性)の指標とする場合には、経時的に吸光度を測定し培養時間を決定する必要があった(供試土壌の場合48時間)。各ウェルの吸光度の値を用いてそれらの発色パターンを比較する際には、ほとんどのウェルが発色し、かつ、ほとんどのウェルの吸光度が頭打ちになっていない状態が望ましいが、吸光度の測定間隔を短くしてもそのような状態はなく、いずれの培養時間においても吸光度の値をそのまま用いて発色パターンを比較することには問題があることが明らかとなった。また、培養時間を固定すると、土壌の処理条件によってはほとんどのウェルが発色していなかったり、逆にほとんどのウェルの吸光度が頭打ちになっている場合があり、発色パターンの比較ができないことが明らかとなった。そこで、6時間毎に吸光度を測定し、発色したウェルを「1」、発色していないウェルを「0」として、発色したウェル数が全体の半分となった時の「1」と「0」のパターンをクラスター分析により比較する方法の有効性を検討した。2.室内実験による土壌微生物に及ぼす農薬の影響室内実験において種々の条件下で土壌を培養し、バイオログプレートの発色パターンを上記方法を用いて解析したところ、農薬の処理や土壌の湛水によって土壌微生物群集構造が変化することが明らかとなった。

島根県松江市近郊にある近接した肥培管理の異なる2水田(農薬慣行水田および無農薬低資材水田)を対象に約1年間にわたり微生物数、微生物物量、微生物活性、バイオログ発色量および発色パターンの年間変動を調査した。1.野外の圃場における微生物数、微生物物量、微生物活性の年間変動の調査両水田の肥培管理の違いに関わらず、いずれの数値もある一定の範囲内で変動を繰り返した。それぞれの調査項目の変動係数は、好気性細菌数(3949%)、糸状菌数(3349%)、好気性グラム陰性細菌数(4858%)、嫌気性細菌数(5065%)、アンモニア酸化細菌数(88174%)、微生物バイオマス(1544%)、硝化活性(1620%)、アンモニア化成活性(3953%)、プロテアーゼ活性(3162%)であった。2.野外の圃場における土壌微生物群集構造の年間変動の調査バイオログプレートの発色に基づく炭素源資化活性は、両水田において34月、810月で高く、58月、123月で低くなり、地温と湛水によ影響を受けていることが示唆された。バイオログプレートの発色パターンに基づく土壌微生物の群集構造は、湛水期(58、9月)と非湛水期(9、103月)で異なるクラスターに分類され、非湛水期のクラスターは、さらに、9、1012月と13月で異なるクラスターに分類された。島根県松江市近郊にある近接した肥培管理の異なる2水田(農薬慣行水田および無農薬低資材水田)を対象に、微生物数、微生物物量、微生物活性および微生物フロラの年間変動の調査を継続した。また、3年間の結果と合わせて取りまとめ報告書を作成した。1.野外の圃場における微生物数、微生物物量、微生物活性の年間変動の調査昨年の結果と同様に両水田の肥培管理の違いに関わらず、いずれの微生物指標についてもある一定の範囲内で変動を繰り返した。それぞれの調査項目の変動係数は、好気性細菌数(3946%)、糸状菌数(3352%)、好気性グラム陰性細菌数(5159%)、嫌気性細菌数(4261%)、アンモニア酸化細菌数(88174%)、微生物バイオマス窒素(1927%)、微生物バイオマスニンヒドリン窒素(3237%)、微生物バイオマス炭素(1530%)、ATP(2844%)、硝化活性(1620%)、アンモニア化成活性(3953%)、プロテアーゼ活性(3162%)であった。室内試験や短期の圃場試験の結果から土壌微生物に対する農薬の影響を評価する際には、これらの値を参照すべきであることを提案した。2.野外の圃場における土壌微生物フロラの年間変動の調査バイオログプレートの発色パターンに基づく土壌微生物フロラは、両水田ともに昨年と同様、湛水期(58、9月)と非湛水期(9、103月)で異なるクラスターに分類された。2年間を通してクラスター分析を行っても湛水期と非湛水期に分類され、年度間の違いは認められなかったことから、類似した微生物フロラが毎年形成されていることが示唆された。これらのクラスターからの逸脱の有無を指標に土壌微生物フロラに対する農薬の影響を評価すべきであることを提案した。