hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
水循環デザインを核とした日中農村エコビレッジ・リノベーションに関する比較研究

1.実践的参与研究による既存集落のエコビレッジ・リノベーションの実証的研究(1)山形県飯豊町及び福島県飯舘村での森林木質バイオマス活用での地域再生エネルギーの地産地消の可能性を追求し,地域再生可能エネルギー自給によるエコビレッジ・リノベーションの方向性を提示した。(糸長・藤沢)(2)神奈川県の相模原市藤野町篠原地区の集落NPO「篠原の里」の廃校活用による自然環境・暮らし学習型のエコビレッジ・リノベーションの方向性を提示した。(糸長・栗原・藤沢)2.ニュー・エコビレッジデザインのモデル提示都市住民を主体とした農村地域の居住地的活性化の方策としてのエコビレッジ事業展開について,民間企業連携研究会に参加,助言し,我が国での農村地域活性化の方策としての都市住民の活性定住型のエコビレッジの計画,事業化についてのモデルを検討した。(糸長・藤沢)。3.植物による汚水浄化システムのエコビレッジでの可能性研究(1)福島県飯館村の公営宿泊施設での汚水浄化システムとしてリードベットによる抽水植物での汚水浄化性能特性を評価し,エコビレッジの利用可能性と課題を示した。(糸長)(2)大学キャンパスでのリビングマシーンによる植物汚水浄化システム開発の継続研究により,エコビレッジでの複合的な汚水浄化・植物生産・養殖複合システムの可能性を示した。(糸長,石川)4.中国上海市都市近郊及び水郷地域での集住空間の環境評価とエコビレッジ化の展望昨年度からの継続研究で上海市近郊水郷保護区及び環境共生団地での環境評価,住民意識解析を進め,中国における都市近郊及び水郷地域での持続可能なエコビレッジ化のデザイン,システムの方向性を提示した。(糸長,栗原)5.日本でのエコビレッジ国際会議の連続開催と東洋型エコビレッジ・リノベーションの方向性の提示2回のエコビレッジ国際会議TOKYO開催の企画運営と講演を行い,国際的なエコビレッジの動向,日中での比較研究を踏まえて,日本,中国等の東洋型エコビレッジ・リノベーションの方向性を提示し,エコビレッジの国際化の中での東洋的な発展の意義を国際的にも明らかにした。(糸長)1.実践的参与研究による既存集落のエコビレッジ・リノベーションの実証的研究(1)山形県飯豊町及び福島県飯舘村での森林木質バイオマス活用での地域再生エネルギーの地産地消の可能性を追求し,地域再生可能エネルギー自給によるエコビレッジ・リノベーションの方向性を提示した。(糸長・藤沢)。(糸長)1.日本型流域環境での水環境をいかしたエコビレッジ化に関する研究日本での持続循環型社会形成のためには、流域環境での自立と連携によるエコビレッジ化が重要となる。本研究では相模川流域でのNPOによる水環境モニタリングシステムの構築、水源地域の藤野町篠原集落での集落NPOによる廃校活用による既存集落のエコビレッジ化を支援する研究を進め、その活動に寄与しその可能性を示唆した。また、最上川上流域の山形県飯豊町中津川地区を核とした、木質バイオマス資源活用型のエコビレッジ化構想、特に、木質ペレットによるエネルギー自給型の里山エコビレッジについて検討し、その可能性を示唆した。(糸長、藤沢)2.中国上海での新旧集住環境での水・温熱環境評価とエコビレッジ化の課題と条件調査急激な都市化、近代化の進む中国上海近郊での持続可能な集住環境形成手法としてエコビレッジ化の可能性を、中国共同研究者の同済大学李京生教授と調査した。氏の計画設計した水路環境を持つ環境配慮型住宅団地(金橋団地)及び伝統的な水郷街村(金澤鎮)の温熱環境及び居住者意識調査を実施した。団地では不完全な水系システムではあるが、水路環境が夏期の居住環境形成に寄与し、住民意識では団地のアメニティ環境として評価されている。

水郷街では、水質では塩素濃度が高い点が指摘できたが、水路沿いに多様な洗い場、衛生場、コミュニティ空間が設置利用され、密住居住を緩和するアメニティ・オープンスペースとして寄与し、水路環境が密住市街地の温熱環境緩和に寄与していることも解明した。(糸長、栗原、石川)3.世界のエコビレッジの動向とエコビレッジでの水環境デザイン研究第2回世界エコビレッジ会議の資料収集により、1995年から10年間経過した世界的なエコビレッジ運動の動向変化を調査した。この運動は10年前に始動したが現在はより世界的に拡大し、ユネスコと協力してエコビレッジ教育プログラム開発に進展している。エコビレッジにおける水環境として、植物・微生物を活用した自立循環系のリビングマシーンが利用され、スコットランドのフィンダーフォーンエコビレッジでは10年間十分な稼働をしていることを確認できた。糸長らが開発研究中の日本型リビングマシーンの日本型エコビレッジでの適用可能性も指摘できた。(糸長)1.実践的参与研究による既存集落のエコビレッジ・リノベーションの実証的研究(1)山形県飯豊町の森林木質バイオマス活用での地域再生エネルギーの地産地消の可能性を追求し、山間の中津川地区での地域再生エネルギー自給によるエコビレッジ・リノベーションの方向性を提示した。(糸長・藤沢)(2)神奈川県の水源地域の藤野町(現相模原市)篠原集落でのNPO「篠原の里」の廃校活用による自然環境・暮らし学習型のエコビレッジ・リノベーションの方向性を提示した。(糸長・栗原・藤沢)(3)代表者らがエコロジカルな計画指導した滋賀県湖東町田中集落の水路環境及び親水公園の現在の利用状況と管理状況調査より水を活かした農村集落環境の保全と整備の方向性を検討した。(石川・糸長・栗原)2.植物による汚水浄化システムのエコビレッジでの可能性研究(1)福島県飯舘村の公営宿泊施設での汚水浄化システムとしてリードベットによる抽水植物での汚水浄化性能特性を評価し、エコビレッジでの可能性を示唆した。(糸長)(2)大学研究室でのリビングマシーンによる植物汚水浄化システム開発の継続研究により、エコビレッジでの糞尿処理システムとしての可能性を示した。(糸長、石川)3.参画型でのホリスティックなエコビレッジデザインの事例提示民間企業連携での農村地域の居住地的活性化の方策としてのエコビレッジ事業展開についての研究会に参加、助言し、我が国での農村地域活性化の方策としての都市住民の活性定住型のエコビレッジの計画、事業化についてのモデルを検討した。モデル対象地は先の藤野町であり、ダム湖岸の遊休農地を活用し、ランドスケープを活かし、地域活性化に貢献するコミュニティビジネス展開型の総合的なエコビレッジデザインを提示した。(糸長・藤沢)。4.中国上海市都市近郊及び水郷地域での集住空間の環境評価とエコビレッジ化の展望
ベータ型パイロクロア酸化物超伝導体の合成と物性

本研究において新しいパイロクロア酸化物超伝導体KOs_2O_6,RbOs_2,O_6,CsOs_2O_6を発見した。超伝導転移温度(T_c)はそれぞれ9.6K,6.3K,3.3Kである。これらの構造はβ型パイクロア構造である。空間群はFd3m(No.227)であり、格子定数はKOs_2O_6が10.0911(2)Å、RbOs_2O_6が10.11760(4)Å、CsOs_2O_6が10.15250(4)Åである。これらの物質の特徴はオスミウムの形式価数が5.5+であり5d電子を2.5個持つことである。そのためこれらの物質が、金属絶縁体転移を示すCd_2Os_2O_7(O_s^<5+>,5d^3)と超伝導特性を示すCd_2Re_2O_7(Re^<5+>,5d^2)の間に位置しているとみなせ非常に興味深い。またもう一つの特徴は、アルカリ金属イオンがパイロクロア格子からなるカゴ状構造の中でラットリングをしていることである。電気抵抗率測定、比熱測定、磁化率測定の結果から、これらが単純なBCS超伝導体でないと考えられる。NMR測定やμSR測定の結果からは、特にKOs_2O_6が異方的超伝導パラメータを持つことが示唆されている。また、現在、KOs_2O_6のみは単結晶が得られており、この単結晶の比熱測定、電気抵抗率測定および磁化率測定において、T_cより低い温度T_p=7.5Kにおいて未知の1次転移を観測した。この転移は恐らくカリウムイオンのラットリングと関係があると考えられ、超伝導とラットリングの関係にも興味がもたれている。
ペクチンオリゴ糖が誘導する植物根の伸長促進作用メカニズムの解析

外因性のペクチン処理が植物に与える影響は知られていない。そこで、ペクチンが植物に与える生理活性について解析を行った。ペクチンオリゴ糖を幼葉期のイネの根に処理することで、約1.5倍の根の重量増加が確認された。ペクチン構成糖であるガラクツロン酸および無菌環境下でも根の伸長が促進されたことから、ガラクツロン酸単位でシグナル分子として直接認識されていることが示唆された。さらにペクチン処理は、病害抵抗性を誘導することも示唆された。ペクチンオリゴ糖を幼葉期のイネに施用することで、根の生育が極めて向上することが見出されたことから、本研究ではペクチンオリゴ糖が誘導する、根におけるタンパク質発現の変化を捉え、植物成長促進作用のメカニズムを解明することを目指す。26年度は、ペクチンオリゴ糖の重合度の違いが、イネ根の成長に与える影響を検討した。また、ペクチンオリゴ糖処理により根にどのようなタンパク質が発現するか、二次元電気泳動によるプロテオーム解析を行った。施用したペクチンオリゴ糖は、酵素分解された平均重合度14(メチル化度72%)のものと、さらに酸加水分解を行った平均重合度4(メチル化度34%)のものを調製し用いた。温室において12ヶ月の生育期間の間、週1回の頻度で0.25%、0.5%溶液を施用したところ、いずれのペクチンオリゴ糖の場合も、コントロールと比較し乾燥重量で約1.5倍の根の重量増加が確認された。一方で、重合度による効果の違いは認められなかった。次に、0.5%ペクチンオリゴ糖(平均重合度14)で生育させたイネ根からタンパク質を抽出し二次元電気泳動に供することで、ペクチンオリゴ糖が誘導する特異的発現タンパク質群の網羅的解析を行った。発現量が有意に異なるタンパク質をターゲットにトリプシンを用いたゲル内消化を行い、TOF-mass spectrometerを用いてタンパク質の特定化を行った。その結果、ジベレリン誘導による根細胞の液胞肥大に関わることが知られるV-ATPaseやaldorase C-1の発現がペクチンオリゴ糖処理においても同様に増加していることが明らかとなった。さらに、これまで根の伸長との関連性が知られていない、新規のタンパク質を見出すことが出来た。リンゴ由来のペクチンオリゴ糖(アップルペクチン)を幼葉期のイネに施用することで、根の生育が向上することが見出された。本研究では、イネ根におけるペクチンオリゴ糖誘導性タンパク質の発現を解析することで、植物成長促進作用のメカニズムを解明することを目指した。これまでの研究結果から、土壌中でのポット栽培では、ペクチンオリゴ糖の重合度やメチル化度よる根の伸長効果に違いは無いことが分かった。また、根由来のタンパク質二次元電気泳動の結果より、ジベレリン誘導性のタンパク質の発現が観察された。この結果を受け、27年度はプロテオーム解析の再現性を確認するとともに、無菌状態による寒天培地での根の伸長作用を解析した。ポット栽培によるペクチンオリゴ糖処理根を用いたプロテオーム解析の結果、これまでに同定したタンパク質以外にも、Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenaseやAconytate hydrataseなど解糖系やクエン酸経路に関与する酵素の発現増大が確認された。これらの結果は液胞肥大に関わる有機酸生合成に重要であると考えられ、前年の結果を支持するものであった。また、ポット栽培の場合には、土壌中の微生物の影響も考えられることから、今回の実験では無菌状態で0.25%のペクチン、ペクチンオリゴ糖、ペクチン酸、オリゴガラクツロン酸を添加した寒天培地で生育させ、根の長さを測定した。その結果、ポット栽培と同様に1.5倍程度の有意な伸長促進が観察された。これにより、ペクチンオリゴ糖の影響は微生物を介した間接的な影響ではなく、ペクチンオリゴ糖が直接的なシグナルとなっていることが示唆された。平成27年度研究計画は、ペクチンオリゴ糖が誘導するイネ根おける発現タンパク質の解析(再現性の確認)と寒天培地におけるペクチンオリゴ糖の影響を解析するものであったが、いずれも予定通りに遂行され新たな知見の蓄積に至った。特に微生物の影響を排除した条件化でも根の伸長が見られたことは、ペクチンオリゴ糖の作用の理解を容易にする重要な知見である。一部の成果をもとに28年度研究計画である遺伝子発現レベルの解析も既に進行中である。以上のように、当初の計画に従い、おおむね予定通りの実験が遂行できていることから、順調に進展しているものと判断する。本研究では、リンゴ由来ペクチンオリゴ糖(アップルペクチン)を幼少期のイネに施用することで根の伸長が促進することを見出し、そのメカニズム解明を試みている。無菌状態の寒天培地上でもペクチン処理による根の伸長が見られたことから、植物のペクチン分子に対する直接的な応答であることが予想された。興味深いことに、ペクチン処理は根の伸長のみならず、いもち病菌に対する病害耐性も向上させていることがわかった。30個体中の第一葉に現れる病班をカウントしたところ、グルコースを添加したコントロールでは約70%程度の葉に病班が出たのに対して、ペクチン添加では10%以下に抑制された。根の伸長

メカニズムについては、これまではプロテオーム解析を中心にペクチン処理により発現量変動する根由来のタンパク質に焦点を当て解析してきたが、捉えきれない微量タンパク質についても解析対象にするため、mRNAレベルでの解析を目的として研究を行った。0.25%グルコースおよび0.25%ガラクツロン酸添加の寒天培地で生育させたイネの根からRNAを抽出し、次世代シーケンスを用いたmRNA-seq解析を行った。その結果、ペクチン処理により全体としてはリグニン生合成系の発現が向上していた。また、個別遺伝子の比較をしたところ、発現量に10倍以上の差がある遺伝子として、数種の細胞壁受容体型プロテインキナーゼの他、オーキシン関連遺伝子などシグナル応答に関する候補遺伝子を見出した。さらに、多くの病傷害応答タンパク質(PR protein)も発現量が増大しており、上記のペクチン処理による病害耐性を裏付ける結果が得られた。一方、走査型電子顕微鏡による形態観察の結果、ペクチン処理のイネ根は冠根の伸長は促進されるが側根の伸長はむしろ阻害される傾向にあった。また、根の表面構造にも大きな違いが見られた。平成28年度研究計画では、ペクチンオリゴ糖が誘導するイネ根における遺伝子発現および根の組織観察を計画した。プロテオーム解析で得られたこれまでの成果をもとに、発現量の異なるタンパク質をコードした遺伝子についてRT-PCRによる半定量解析を行った。さらに、次世代シーケンスによるmRNA-Seq解析を実施することで、これまで捉えきれない多くの候補タンパク質を同定することができた。ペクチン分子に対する植物の応答に関する重要な情報の蓄積が出来たと考える。また、ペクチン処理による病害抵抗性誘導という予想外の展開を見出せたことは、今後の研究に広い展開をもたらす結果である。根の組織観察についても、走査型電子顕微鏡を用いた観察を行い、形態上の比較を行った。以上のように、当初の計画に従い、予定通りに実験が遂行できていることから、順調に進展しているものと判断する。本研究では、リンゴ由来ペクチンオリゴ糖(アップルペクチン)を幼少期のイネに施用することで根の伸長のおよびごま葉枯れ病菌に対する感染耐性が向上することを見出した。そこで、ペクチンが植物に与える生理活性について解析を行った。土ポットに植えたイネにメチル化度、重合度の異なるペクチンを投与し、それぞれ根の乾燥重量を測定することで、根の生長におけるペクチンの効果を解析した。また、微生物の影響を受けないよう無菌状態で、ペクチン、ペクチン酸、ガラクツロン酸等を含むアガロース培地を用いて根の伸長を確認した。その結果、ペクチンの最小構成単位であるガラクツロン酸および無菌環境下でも根の伸長が促進されたことから、植物にはガラクツロン酸単位で認識され、ペクチン分子をシグナル分子として直接認識していることが示唆された。また、走査型電子顕微鏡(SEM)で根の表面および割断面を観察した結果、ペクチン処理による不定根の伸長促進と側根の伸長抑制が確認できたが、根の細胞の大きさに違いは見られなかったことから、細胞肥大による伸長ではないと考えられる。次に根からmRNAを抽出し、次世代シーケンサーによるRNA-seqの網羅的発現解析を行った。それらの結果をもとにreal-time PCRによって、受容体関連遺伝子や病傷害応答性遺伝子の発現量を定量的に調べた。
健康寿命の延伸および公的介護サービス利用による介護・医療費抑制の効果に関する研究

平成30年は、ベースラインの調査(機能健診)以降に60か月間(5年間)の追跡が可能であった5628名のデータベースを基に解析をした。機能健診以降の60か月間で要支援・要介護の認定を受けた後に死亡に至った者のうち、生存中に介護サービスの利用(介護給付費の発生)のあった115名(女性39.1%)で分析を行った。初回の介護サービス利用年齢は80.4±6.5歳であり、死亡年齢は81.4±6.7歳であった。生存中の介護サービス利用額と初回の介護サービス利用年齢との間には有意な相関関係は認められず(r=-0.07,P=0.443)、死亡年齢との相関関係も認められなかった(r=0.03,P=0.743)。一方、初回の介護サービス利用後に亡くなるまでの日数は、生存中の介護サービス利用額と有意な正の相関関係を認め(r=0.77,p<0.01)、生存中の介護サービスの利用期間が長いほど、介護給付費は増大することが確認された。初回の介護サービス利用以降に1年以上の生存があった45名で分析すると、生存中の介護サービス利用額と初回の介護サービス利用年齢との間には有意な負の相関関係が認められた(r=ー0.34,P=0.02)。一方、初回の介護サービス利用以降の1年以内に死亡した70名においては、生存中の介護サービス利用額と初回の介護サービス利用年齢との間に有意な相関関係は認められなかった(r=0.06,P=0.65)。介護サービスが必要となってから亡くなるまでの期間が長くなるほど、介護給付費は増大する傾向となるが、介護サービスが必要となってから1年以上の生存がある者においては、介護サービスが必要となる年齢を高齢まで延伸することで、生涯の介護給付費を抑制することにつながる可能性が示唆された。平成29年度は、地域在住高齢者を対象とした大規模なコホート研究(各種の実測データ含む)を実施したフィールドにおける要介護の発生(認定)状況ならびに介護費利用状況を分析可能とすべく、連結データシステムの構築を実施した。このシステムを活用して、身体的フレイルを有することが、将来に利用する介護給付額にどの程度の影響を及ぼすかを検証した。機能健診に参加した高齢者のうち、29か月間の介護保険による公的サービスの利用有無が追跡可能であった4539名を対象に分析した結果、追跡29か月間で新規の要支援・要介護を発生した者の割合は5.3%であり、そのうちで介護サービスを利用した者は64.0%であった。追跡期間中における1人当たりの介護給付額を比較すると、フレイルに該当した者では健常の約20倍の介護給付額が生じていた。75歳以上でより顕著な差額が生じており、75歳以上における1人当たりの介護給付額は健常とフレイルでは29か月間で1人当たり約20万円の差額であった。身体的フレイル高齢者では将来に介護保険サービスによる介護給付費を多額に必要となることが確認され、社会保障費を逼迫する要因となり得る身体的フレイルを予防することの重要性が示唆された。さらに、追跡期間を60か月(5年間)と設定し、追跡期間中に要支援・要介護の認定を受けた後に死亡した113名を分析した結果、認定を受けた年齢は平均で80.4±6.4歳であり、認定から死亡までの期間は平均で15.4±11.9か月、亡くなるまでに介護保険を利用した月数は11.7±10.7か月であった。認定を受けた年齢と認定後の死亡までに利用した介護保険利用額には有意な関連は認めず(r=0.07)、認定から死亡までの期間の長さと介護保険利用額は有意な正の相関関係であった(r=0.72,p<0.01)。平成29年度では概ね当初計画に準じて、介護保険サービスの利用状況を実測データなどと連結させ、要介護認定後の介護サービス利用額の縦断的な分析が可能となるシステムの構築を進めている。医療情報に関しても、特定の疾患については、健診実測データとの連結が可能な状況となっている。しかしながら、所属研究機関の変更に伴い、本研究課題での分析の主体となるデータシステムへアクセスできる環境にも変更が生じたため、分析作業に時間を要している。これらの状況より、本研究課題は概ね当初計画通りに進捗はしているが、計画を上回るほどの進捗は困難な状況であるものの、平成30年度については引き続き予定された計画に準じて進行していく。

一方、初回の介護サービス利用後に亡くなるまでの日数は、生存中の介護サービス利用額と有意な正の相関関係を認め(r=0.77,p<0.01)、生存中の介護サービスの利用期間が長いほど、介護給付費は増大することが確認された。初回の介護サービス利用以降に1年以上の生存があった45名で分析すると、生存中の介護サービス利用額と初回の介護サービス利用年齢との間には有意な負の相関関係が認められた(r=ー0.34,P=0.02)。一方、初回の介護サービス利用以降の1年以内に死亡した70名においては、生存中の介護サービス利用額と初回の介護サービス利用年齢との間に有意な相関関係は認められなかった(r=0.06,P=0.65)。介護サービスが必要となってから亡くなるまでの期間が長くなるほど、介護給付費は増大する傾向となるが、介護サービスが必要となってから1年以上の生存がある者においては、介護サービスが必要となる年齢を高齢まで延伸することで、生涯の介護給付費を抑制することにつながる可能性が示唆された。平成30年度は、実測データと連結させた介護サービス利用額に関するデータを用いた詳細な分析と得られた成果の論文公表のための作業を計画している。また、分析の基となるデータベースは、追跡の最新1年分を平成30年11月頃に追加更新予定であり、これらの更新作業にもシステム構築に関連する協力者との連携を密にとり、進めていく。構築されたデータベースを基に、介護サービス利用額や医療費をアウトカムとした分析作業を実施し、公表に向けた討議を重ね、質の高い論文として公表できるように各種作業を進めていく。平成29年度の所属研究機関の変更に伴い、当初に計画していた使用予定よりも、執行手続きの移行やシステム構築作業に時間を要したため、一部の使用額を次年度以降に持ち越したために、次年度使用額が生じた。ただし、次年度に向けた準備は着実に進めることができており、所属機関が変更した後も研究協力者の支援を得ることができており、分析システムの構築にも支障ない状況である。
金属錯体液晶を用いた貴金属ナノワイヤーの創製

金属ナノワイヤー、ナノチューブなどの異方性を有する金属ナノ構造体は、球状ナノ粒子にはない特異な光学的、触媒的、電気的、磁気的性質を発現すると期待されている。本研究では、自己組織化が可能な液晶を配位子に組み込んだ金属錯体を設計し、金属錯体の自発的な配列をそのまま反映したナノ構造体を創製することを目的として研究を行なった。その結果、一つの円盤のコア部分に複数個の金属を集合させた新しい金属錯体液晶(環状複核錯体液晶と円盤状に自己組織化する扇形錯体液晶)を合成し、カラムナー相を保持したまま還元して金属ナノワイヤーを創製することができた。本研究では、自己組織化が可能な液晶を配位子に組み込んだ金属錯体を設計し、金属錯体の自発的な配列をそのまま反映したナノ構造体を創製することを目的とする。具体的には、一つの円盤のコア部分に複数個の金属を集合させた新しい金属錯体液晶(環状複核錯体液晶と円盤状に自己組織化する扇形錯体液晶)を設計し、カラムナー相を保持したまま還元して金属ナノワイヤーを創製する。平成18年度では、環状複核錯体液晶になると考えられるチオレート錯体[M(SR)]_n(M=Ag, Au, Cu)を合成し、その液晶相や相転移温度をDSCや温度可変偏光顕微鏡を用いて調べた。まず、チオレート錯体[M(SC_nH_<2n+1>)]_m(M=Ag, Au, Cu, n=12,14,18)は、トリエチルアミン存在下、金属塩(AgNO_3,HAuCl_4,CuCl_2)とアルカンチオール(C_nH_<2n+1>SH, n=12,14,18)をそれぞれ反応させて合成した。得られた銀チオレート錯体[Ag(SC_<18>H_<37>)]_mの相転移温度をDSCで調べた結果、131と175°Cに吸熱ピークが観測された。また、温度可変偏光顕微鏡を用いて、131から175°Cの温度範囲で液晶相を観察した。そこで、この温度領域で液晶相を形成させた後に、光還元、又は水素還元を行い、生成物のTEM観察を行った。光還元法では、TEM観察より2-3nmの球状粒子が生成したことが分かったが、ワイヤーは観察されなかった。一方、銀チオレート錯体を水素雰囲気中150°Cで保持したところ、TEM観察より一次元配列した球状ナノ粒子(2-3nm)および、そのナノ粒子が溶着して形成された直径2nm、長さ100150nmのナノワイヤーが生成したことが分かった。このように、カラムナー相を保持したまま還元して、金属錯体の自発的な配列をそのまま反映した金属ナノワイヤーを形成することに成功した。平成19年度では、ラメラ相を形成すると考えられる棒状のアンモニウム錯体[(C_nH_<2n+1>DNR_3]_m[MX_4](M=Au,m=1;M=Cu,Pd,Pt,m=2;n=12,14,18;R=H,CH_3)を合成し、その液晶相や相転移温度をDSCや温度可変偏光顕微鏡を用いて調べた。次に、液晶相を形成する温度において、水素還元、光還元、熱分解などの様々な方法で金属錯体が還元され、金属ナノワイヤーが形成されるかを検討した。その結果、一級アルキルアミン存在下、金-アンモニウム錯体[(C_<16>H_<33>)NH_3][AuCl_4]が液晶相を形成する温度から100°Cへ徐々に昇温したところ、錯体の分解が進行した。そこで、それぞれの温度での生成物をTEM観察したところ、反応初期では、直径数mmの球状ナノ粒子がワイヤー状に配列し、昇温するにつれて粒子の溶着が進行し、最終的には平均直径11nm、長さ1-3μmの金ナノワイヤーのみが観察された。

このように、金属錯体液晶の配列を利用して、金属ナノワイヤーを形成することにすることに成功した。今後は、カラムナー相を形成すると期待される扇形のアンモニウム錯体について、金属ナノワイヤーの形成を検討する。金属ナノワイヤー、ナノチューブなどの異方性を有する金属ナノ構造体は、球状ナノ粒子にはない特異な光学的、触媒的、電気的、磁気的性質を発現すると期待されている。本研究では、自己組織化が可能な液晶を配位子に組み込んだ金属錯体を設計し、金属錯体の自発的な配列をそのまま反映したナノ構造体を創製することを目的とする。具体的には、一つの円盤のコア部分に複数個の金属を集合させた新しい金属錯体液晶(環状複核錯体液晶と円盤状に自己組織化する扇形錯体液晶)を設計し、カラムナー相を保持したまま還元して金属ナノワイヤーを創製する。平成20年度では、ラメラ相を形成すると期待できる棒状のアンモニウム錯体[(C_nH_<2n+1>)NR_3]_m[MX_4](M=Au, m=1; M=Cu, Pd, Pt, m=2; n=12, 14, 18; R=H, CH_3)を合成し、その液晶相や相転移温度をDSCや温度可変偏光顕微鏡を用いて調べた。次に、液晶相を形成する温度において、水素還元、光還元、熱分解などの様々な方法で金属錯体が還元され、金属ナノワイヤーが形成されるかを検討した。その結果、一級アルキルアミン存在下、金・アンモニウム錯体[(C_<16>H_<33>)NH_3][AuCl_4]が液晶相を形成する温度から100°Cへ徐々に昇温したところ、錯体の分解が進行した。そこで、それぞれの温度での生成物を透過型電子顕微鏡観察を行なったところ、反応初期では、直径数nmの球状ナノ粒子がワイヤー状に配列し、昇温するにつれて粒子の融着が進行し、最終的には平均直径11mn、長さ1-3μmの金ナノワイヤーのみが観察された。このように、金属錯体液晶の配列を利用して、金属ナノワイヤーを形成することに成功した。
イヌ小腸移植後の小腸および肝機能の変化とグルタミン輸液の効果

昨年度に引き続き、雌性ビーグル犬を用いて小腸の2時間温阻血再灌流モデルを作成し、術後12%標準アミノ酸をふくむ高カロリー輸液を行った(n=5)。今年度は、初回手術時に肝静脈内、門脈内、内頸静脈内にカテーテルを留置し、それぞれのカテーテルから経時的に採血し、HPLC法によるアミノ酸分析と、門脈内エンドトキシン値の測定を行った。さらに、4°Cヘパリン加乳酸リンゲル液内に24時間浸漬保存した小腸グラフトを用いて自家小腸移植モデルを作成した(n=6)。その結果、門脈内エンドトキシン値は再灌流6時間後を最高値として上昇した。小腸におけるGLNの吸収率は平均で阻血前11%から2時間温阻血後には4%に低下し、再灌流1時間後にはさらに低下(1%)したが、その後6-12時間後(34%,27%)を最高値として上昇し24時間後(16%)にはほぼ術前値に復した。ALAは逆に小腸から放出され、その放出率の平均は阻血前10%から再灌流後6時間を最高値に上昇(25%)し、その後低下した。BCAA(VAL+LEU+ILEU)は阻血前は小腸で約5%吸収されていたが再灌流6時間後を最高に放出傾向になった。昨年度の結果とあわせて考察すると、本モデルにおける小腸上皮の障害は再灌流2-6時間後に最も大きいが、その頃から12時間後にかけて最も盛んに上皮の再生が生じるためにGLNの需要が高まっているものと考えられる。一方、自家小腸移植犬は6頭中2頭は36時間、13時間生存したが、他の4頭は腹腔内出血や門脈血栓症で術12時間以内に死亡した。今後、温阻血モデルにおけるGLN添加栄養のGLN代謝への影響を検討するとともに、自家小腸移植モデルの確立を行う予定である。雌性ビ-グル犬(n=8)を用いて小腸の2時間温阻血再灌流モデルを作成し、術後12%標準アミノ酸をふくむ高カロリー輸液を行い、以下の結果を得た。1、生存率:術3日後に腸重積により死亡した1例を除く7例は7日間生存した(7日後に犠牲死させた)。2、臨床症状:全例軽度の下痢を生じ、7日間で平均13%の体重減少を来した。3、組織学的所見:小腸粘膜は2時間の温阻血により上皮の脱落が生じ、再灌流1時間後にはcryptに至る壊死が認められた。しかし術3日後には正常構造に復した。4、消化吸収試験:0.5g/kgのマルトースを十二指腸内に強制注入し、その後2時間の血糖値の上昇度を測定したところ、術3日目では平均16.8mg/dl/hrであったが、術7日後には28.0mg/dl/hrと回復した。5、血液生化学検査:AST値は再灌流12時間後を最高値として上昇し、その後低下して術7日後にはほぼ正常値に復した。ALP値は再灌流24時間後を最高値として上昇し、以後低下した。CPK値も術12時間後を最高値として上昇し、以後低下した。以上より、2時間の小腸温阻血再灌流により著明な小腸粘膜障害とこれに伴う肝機能障害が生じることが明らかとなった。今後は、Alanyl-glutamine液を含む高カロリー輸液を行う群を作成し、個々の臓器におけるアミノ酸代謝を検討すると共に、前記項目を測定して両群間での比較を行う予定である。さらに、保存中の小腸粘膜検体および今後作成するモデルの検体を用いて、ポリアミン量やODC活性等を測定し、小腸粘膜の再生の度合いを比較する予定である。

一方、自家小腸移植犬は6頭中2頭は36時間、13時間生存したが、他の4頭は腹腔内出血や門脈血栓症で術12時間以内に死亡した。今後、温阻血モデルにおけるGLN添加栄養のGLN代謝への影響を検討するとともに、自家小腸移植モデルの確立を行う予定である。
半数性不定胚形成機構の解析とその育種への応用

二核期中期のタバコ未成熟花粉を単離し,パーコールの密度匂配遠心により均質な花粉集団を得た.この花粉を糖源や窒素源を含まない培地で一定期間(約3日)培養した後(飢餓処理),ガラクトース,グルタミン,アブシジン酸を含む培地で培養すると高頻度で細胞分裂が起こった.さらにこの分裂花粉を適当な培地に移植して培養すると半数性不足胚形成を経て幼植物体が得られた.一方,パーコールの密度匂配遠心により得られた花粉を飢餓処理することなくグルタミンを含む培地で培養すると花粉の正常発生が起こり受精可能な成熟花粉が得られた.同一の未成熟花粉の培養に際し,培地へのグルタミンの添加の有無により半数性不定胚形成と花粉正常発生が人為的に制御できることから,半数性不定胚形成初期に特異的に見られる生化学的変化を調査した.アミノ酸類,ヌクレオチド類では質的・量的変動が見られたものの花粉正常発生でも類似の変化が見られ不定胚形成に特異的な減少ではなかった.一方,タンパク質, RNA, DNAの合成速度や新たに合成されるタンパク質のパターンについても不定胚形成に特異的な変化は見られなかった.^<82>P無機リン酸を花粉に取り込ませタンパク質のリン酸化パターンを調べたところ,半数性不定胚形成初期に特異的にリン酸化される四種のタンパク質(ad)が存在した.一方,花粉正常発生時には特異的にリン酸化される五種のタンパク質(ei)が存在した.そこで,異なる発生段階にある未成熟花粉の培養,種に濃度のグルタミン添加,不定胚形成を仰制するサイトカイニンの添加,不定胚形成を促進するEDTAの添加等様々の処理時におけるこれら九種のリン酸化タンパク質の消長について検討した.その結果adの蛋白質は不定胚形成頻度の高い時にのみ出現することが確認され,また, ad蛋白質は顆粒画分に存在した.二核期中期のタバコ未成熟花粉を単離し,パーコールの密度匂配遠心により均質な花粉集団を得た.この花粉を糖源や窒素源を含まない培地で一定期間(約3日)培養した後(飢餓処理),ガラクトース,グルタミン,アブシジン酸を含む培地で培養すると高頻度で細胞分裂が起こった.さらにこの分裂花粉を適当な培地に移植して培養すると半数性不足胚形成を経て幼植物体が得られた.一方,パーコールの密度匂配遠心により得られた花粉を飢餓処理することなくグルタミンを含む培地で培養すると花粉の正常発生が起こり受精可能な成熟花粉が得られた.同一の未成熟花粉の培養に際し,培地へのグルタミンの添加の有無により半数性不定胚形成と花粉正常発生が人為的に制御できることから,半数性不定胚形成初期に特異的に見られる生化学的変化を調査した.アミノ酸類,ヌクレオチド類では質的・量的変動が見られたものの花粉正常発生でも類似の変化が見られ不定胚形成に特異的な減少ではなかった.一方,タンパク質, RNA, DNAの合成速度や新たに合成されるタンパク質のパターンについても不定胚形成に特異的な変化は見られなかった.^<82>P無機リン酸を花粉に取り込ませタンパク質のリン酸化パターンを調べたところ,半数性不定胚形成初期に特異的にリン酸化される四種のタンパク質(ad)が存在した.一方,花粉正常発生時には特異的にリン酸化される五種のタンパク質(ei)が存在した.そこで,異なる発生段階にある未成熟花粉の培養,種に濃度のグルタミン添加,不定胚形成を仰制するサイトカイニンの添加,不定胚形成を促進するEDTAの添加等様々の処理時におけるこれら九種のリン酸化タンパク質の消長について検討した.その結果adの蛋白質は不定胚形成頻度の高い時にのみ出現することが確認され,また, ad蛋白質は顆粒画分に存在した.申請者らにより開発された花粉培養系を用い、タバコ花粉が不定胚性細胞へと変化する機構を生理・生化学的に解析した。二核期中期の未成熟花粉に飢餓処理を施すと不定胚性細胞へと変化するが、この過程においてのみ特徴的に見られる生化学的変化をアミノ酸類,蛋白質の合成およびリン酸化の三点について検討した。飢餓処理により、アミノ酸類,ヌクレオチド類の組成および蛋白質合成速度に変化が認められた。しかし、飢餓処理により不定胚性細胞へと変化しない二核期中期以外の未成熟花粉を用いた場合にも同様の変化がみられたことから、この変化は不定胚性細胞へと変化する時にのみ特徴的な変化ではなく、飢餓処理に対する一般的反応と結論した。次いで、飢餓処理により誘起される合成蛋白質パターンの変動についても検討したが、不定胚性細胞へと変化する過程に特徴的な変化は認められなかった。そこで、環境変化の細胞内伝達機構や細胞の機能発現に重要な機能を果たすことが示されつつある蛋白質のリン酸化について検討した。〔【^(32)P】〕無機リン酸を培養花粉に取り込ませ、不定胚性細胞へと変化する過程で特異的にリン酸化される蛋白質のパターン変動を二次元電気泳動法を用い検討した。その結果、飢餓処理により二核期中期の未成熟花粉が不定胚性細胞へと変化する過程でのみ特異的にリン酸化される六種の蛋白質が検出された。一方、飢餓処理を施さない場合、二核期中期の未成熟花粉は正常花粉として成熟するが、この過程では前述のものとは異なる五六種のリン酸化される蛋白質が検出された。このような蛋白質リン酸化のパターンは、タバコばかりでなくマルバタバコでも認められた。

来年度は、リン酸化される蛋白質の局在化とリン酸化の調節因子について検討する予定である。タバコ(Niootiana tabacum)とマルバタバコ(Niootiana rustica)の未成熟花粉(二核期中期)を0.4Mマユトール液中で単離し,パーユールの密度勾配遠心により均質な花粉仕団を得た.この花粉を0.4Mマユトールを含み炭素源・窒素源を含まない培地で3日間培養(飢餓処理)した後,ガラクトース,グルタミン,アブシジン酸等を含む培地で培養すると細胞分裂が起こり,他の適当な培地に移植することにより高頻戸で半数性不定胚形成を誘起できた.一方,得られた花粉集団をグルタミンを含む培地で直接培養すると正常発生を経て受精能力のある成熟花粉が得られた.半数性不定胚形成と花粉正常発生の過程で各々特異的に見られる生化学的変化を調査したところ,蛋白質リン酸化パターンに特徴的な変化が認められた.半数性不定胚形成初期には四種の蛋白質(ad)が特異的にリン酸化され,一方,花粉正常発生初期には五種の蛋白質(ei)が特異的にリン酸化された.そこで,このような蛋白質リン酸化の違いが半数性不定胚形成あるいは花粉正常発生に特異的な現象か否かを検定するため,両発生過程に影響を及ぼす各種因子の検索を行うと同時に各種因子の蛋白質リン酸化パターンに及ぼす効果を検討した.その結果,二核期中期の前後の細胞を用いると不定胚形成は見られずad蛋白質のリン酸化は見られなかった.また,サイトカイニンや高濃度ケルタミンの添加は不定胚形成頻度を減少させ, ad蛋白質リン酸化の程度も弱くなる.逆に, EDTA処理は不定胚形成頻度を増加させ, ad蛋白質のリン酸化の程度も強くなった.したがって,ad蛋白質のリン酸化は未成熟花粉が正常発生から半数性不定胚形成へと変換する際に重要な役割を果たすと考えられる. ad蛋白質は細胞内の顆粒中に存在することから,今後その機能について検討する予定である.
土壌環境が異なる熱帯林における種レベルの栄養塩再吸収特性の評価

樹木における落葉前の養分再吸収は、限られた養分利用環境に対する樹木の適応戦略として重要な特性である。養分利用環境の違いに対応した樹木の養分再吸収特性の違いを種レベルで明らかにすることを目的として、東南アジア、ボルネオ島のポドゾルとよばれる養分に乏しい環境に分布する熱帯ヒース林と、混交フタバガキ林を含む非ポドゾル性土壌に生育する優占種の生葉と落葉の採集をおこなった。葉の窒素とリンの再吸収効率は、非ポドゾル性土壌の森林と比べてヒース林で高く、同じヒース林でも林分によって違いがみられた。このことから、各森林タイプの養分利用環境の違いに応じて養分の再吸収特性の異なる樹種が優占していることが示唆された。本研究の目的は、土壌の養分環境が異なる森林タイプにおいて、優占種が実現しうる葉の再吸収特性の最大値(再吸収能力)を種レベルで明らかにし、養分利用環境の違いに対する種の適応戦略を明らかにすることである。マレーシア、サバ州(ボルネオ島)の貧栄養条件下に成立する2つのタイプの熱帯ヒース林(Large crownとSmall crown)および、これらよりも土壌の養分環境が良好と考えられる混交フタバガキ林(MDF)の優占種について、樹冠部の生葉および落葉直前の葉をサンプリングし、葉における窒素の再吸収特性を再吸収効率(Resorption efficiency、以下RE)と再吸収プロフィシエンシー(Resorption proficiency、以下RP)という2つの指標で比較した。REは生葉中の栄養塩が落葉までに引き戻された割合(1 落葉の栄養塩濃度/生葉の栄養塩濃度)である。一方、RPは落葉中にどれだけ栄養塩が残っているかを示すもので、単純に落葉中の栄養塩濃度として表される(ただし、RPが高い=落葉中の栄養塩濃度が低い)。各樹種のREは約4055%の値を示し、森林タイプ間および種間で有意な差は見られなかった。一方、RPは森林タイプ間で有意に異なり、MDF > Large crown > Small crownの順で落葉中の窒素濃度が有意に低く、RPが高いことが示された。また、同一森林タイプ内においてはRPに種間差はみられなかった。以上のことから、各森林タイプにはそれぞれの窒素利用環境のレベルに応じた特性をもつ樹種によって収斂していることが示唆された。本研究は、マレーシアのボルネオ島において土壌環境の異なる森林タイプの主要構成樹種について、葉の養分利用特性に着目し、養分利用環境の違いによる樹種の適応戦略の違いを明らかにすることを目的としている。マレーシア、サバ州(ボルネオ島北東部)でみられる混交フタバガキ林および貧栄養条件下に成立する熱帯ヒース林の優占樹種について、樹冠部の生葉および落葉直前の葉をサンプリングし、葉が落葉前に回収する窒素およびリンの相対的な量(再吸収効率)を比較してきた。再吸収効率は一般に、生葉中の栄養塩が落葉までに引き戻された割合([生葉の栄養塩濃度ー落葉の栄養塩濃度]/生葉の栄養塩濃度)として表されるが、これまでの調査の結果から、単純な比較では森林タイプ間差および種間差が検出されていなかった。今回、新たなサンプルデータを加えると共に、再吸収効率を、樹種別の生葉濃度を横軸、落葉の濃度を縦軸として両対数軸上にプロットした場合の回帰直線の傾きとして評価した。その結果、窒素、リン共に回帰直線の傾きは1よりも有意に大きくなった。これは、樹木の養分利用環境の指標として生葉の濃度を考えた場合、養分利用環境が良好な場所で優占する樹種ほど再吸収効率が低下することを示している(逆に貧栄養環境で優占する樹種では再吸収効率が高い)。以上のことから本調査地の優占樹種では、各森林タイプの養分利用環境の違いに応じて再吸収効率の異なる樹種に置き換わっていることが示唆された。本研究は、ボルネオ島の様々な土壌環境に成立する異なる森林タイプの主要構成樹種を対象に、葉の栄養塩再吸収特性に着目することで、養分利用環境の異なる森林における優占樹種の適応戦略を明らかにすることを目的としている。樹冠部の生葉・落葉直前の葉のサンプリングを行うため、対象樹種および対象木の選定を行い、サンプリングを開始した。今後、異なる時期での葉のサンプリングと化学分析を行い、栄養塩再吸収特性を明らかにしていく予定である。また、貧栄養条件下に成立する熱帯ヒース林に設置した固定試験地における定期毎木調査の結果、Hopea pentanervia(フタバガキ科)は、Dacrydium pectinatum(マキ科)、Shorea venulosa(フタバガキ科)、Tristaniopsissp.(フトモモ科)といった

他のヒース林優占種と比べて、胸高直径の成長速度が低い傾向を示した。これは同じ直径サイズ(10-20cm)で比較した場合に顕著であり、直径成長が有意に低いことが示された。これまでの研究で、Hopea pentanerviaは非構造性炭水化物(NSC)濃度が高く、熱帯ヒース林の他の優占種と比べて萌芽能力に優れていることが示されており、本種の低い直径成長速度は、貧栄養環境において高い萌芽能力との間の資源をめぐるトレードオフを反映していると考えられた。本研究はマレーシア・ボルネオ島の熱帯林を対象に、土壌環境の異なる森林タイプの主要構成樹種について、養分利用環境の違いによる樹種の適応戦略の違いを明らかにすることを目的としている。調査対象は、マレーシア(ボルネオ島)、サバ州のナバワン(標高約500 m)とマリアウ盆地(標高約1000 m)に生育する熱帯ヒース林と混交フタバガキ林である。それぞれの森林タイプにおいて葉と根(表層15 cm)を採取し、葉の窒素再吸収特性および細根のバイオマスに関して分析をおこなった。生葉と落葉の濃度差から得られる落葉前の葉の再吸収効率は、窒素可給性の低い貧栄養の森林タイプ(熱帯ヒース林)に生育する樹種で高くなる傾向がみられ、異なる年に採取した葉でも同様の傾向を示した。また、2 mm以下の細根のバイオマスは窒素可給性の低い森林タイプほど大きくなり、地上部に対する細根バイオマスの比率も大きくなった。以上のことから、熱帯ヒース林では貧栄養環境に適応して限られた養分を効率的に利用する特性をもつ種によって構成されていることが示唆された。これらの成果は国内外の学会やシンポジウムで研究発表したほか、学術誌に論文を投稿し受理された。また、現地の行政・研究機関とも情報を共有している。森林生態学各森林タイプにおける優占種の栄養塩の再吸収特性の解明へ向けた、生葉と落葉直前の葉のサンプリングは定期的に実施している。また、各樹種の落葉パターンを明らかにするためのリタートラップを用いた落葉の回収も並行して進めている。サンプルの分析については窒素に関して先行して進めているが、次年度からはリンについても分析を開始する。以上のことから、本研究は概ね計画通りに達成されている。葉の生葉および落葉のサンプリングや樹木の毎木調査を中心とする野外調査を当初の計画通りに実施できたと判断されたため。本年度の調査により、必要な野外調査を概ね完了することができた。リタートラップによる落葉の定期的な回収作業は、試験的な設置と回収を行うにとどまっているものの、熱帯ヒース林における調査対象種および対象木の選定を終え、林冠部の生葉と落葉直前の葉のサンプリングを開始した。以上の状況から、概ね当初計画どおりに研究を進めていると判断している。本研究は海外に調査地を置いているためフィールド調査のための旅費が主な支出となっているが、次年度はこれに加え、リンの分析に必要となる各種試薬や実験用器具の購入を予定している。葉に含まれる栄養塩濃度の分析を効率良く進めていくため、実験環境の整備を進める予定である。最終年度は、これまでに得られた生葉および落葉サンプルの化学分析を進めるとと共に、データのとりまとめをおこなう。得られた成果は、国際研究集会や日本生態学会での研究発表と学術誌への投稿を予定している。リタートラップの設置を本格的に進め、定期的な落葉の回収作業を行う。
高温動翼用ニッケル基単結晶合金におけるクリープ寿命評価

ニッケル基超合金におけるγ母相の組成であるNi-20Cr単相単結晶を,改良型のブリッジマン法により作成し,その高温クリープ挙動の応力依存性を3つの極点方位について調査した。なお,クリープ試験は,フルサイズのつば付き試験片を用いており,引張り条件下で行った。本年度までに得られた成果を以下に記す。結晶方位が[001]および[-111]の場合,低応力において,遷移クリープ域が拡大する。すなわち,高応力では,遷移クリープ域におけるクリープ速度の減少比は小さい。これに対し,低応力では,遷移クリープ域におけるクリープ速度の減少比が大きくなる。低応力における遷移域の拡大のため,[001]および[-111]方位における最小クリープ速度の応力指数は,低応力側で10となる。この値は,高応力側の5に比べ非常に大きい。低応力における遷移域の拡大は,加速クリープの原因である動的再結晶粒の形成が,低応力においては遅滞するために生じる。結晶方位が[011]の場合,低応力における遷移域の拡大は生じない。これは,[011]方位では,低応力においても動的再結晶粒の形成が容易に生じるためである。いずれの極点方位においても,低応力では,クリープの大半は遷移域となる(遷移域支配型)。[011]方位では,高応力においても,遷移域支配型のクリープ曲線を示す。これに対し,[001]および[-111]方位では,高応力において,クリープの大半は加速域となる(加速域支配型)。以上の結果から,(1)単結晶の特長は低応力で使用することにより顕著となること,(2)低応力で使用する場合,加速クリープの原因となる動的再結晶粒の形成が最も生じ難い[001]方位が最良の結晶方位であることが明らかとなった。ニッケル基超合金におけるγ母相の組成であるNi-200r単相単結晶を,改良型のブリッジマン法により作成し,その高温クリープ挙動を応力依存性の観点から調査した.なお,クリープ試験は,フルサイズのつば付き試験片を用いており,引張り条件下で行った.引張り方位は,ステレオ三角形内部の方位となるように統一している.本年度までに得られた成果を以下に記す.クリープ曲線の形状に,強い応力依存性が存在することが明らかとなった。すなわち,高応力では,遷移クリープ域におけるクリープ速度の減少比は小さく,最小クリープ速度は多結晶の場合と同程度となる.これに対し,低応力では,遷移クリープ域におけるクリープ速度の減少比が大きくなる.また,遷移域が拡大するため,最小クリープ速度は多結晶と比較して大幅に減少する.応力によって,クリープ曲線の形状が異なる原因を明らかにするために,クリープに伴う組織の発達を,低応力および高応力においてそれぞれ調査した.低応力では,遷移域においてサブバウンダリーの形成・発達が生じる.そして,加速域において動的再結晶粒の形成が見られるようになり,破断材では,試験片全体で動的再結晶が均一に生じる.これに対し,高応力では,弱化の原因である動的再結晶粒界の形成は,遷移域においてすでに生じる.このため、クリープ速度は、相対的に増加し、遷移域におけるクリープ速度の減少比は小さくなるものと推論した.また,高応力では,動的再結晶粒の形成は試験片中心部で集中的に生じ,組織は不均一になる.ニッケル基超合金におけるγ母相の組成であるNi-20Cr単相単結晶を,改良型のブリッジマン法により作成し,その高温クリープ挙動の応力依存性を3つの極点方位について調査した。
深海熱水生態系に基づく脱石油型次世代エネルギーと新素材の生産に関する研究

本研究の目的は、海洋性(超)好熱菌のスーパー触媒機能を用いた石油資源に依存しない再生可能な水素エネルギーの生産・開発基盤を構築することである。主要な成果は次のとおりである。新規超好熱菌ヒドロゲナーゼの性状を解明し、その固定化酵素による水素生産に成功した。また、一酸化炭素を資化する新規好熱菌株を発見し、一酸化炭素から二酸化炭素とその逆反応を担う一酸化炭素デヒドロゲーゼの発現系を構築した。本研究目的は、海洋性(超)好熱菌由来の触媒機能を用いた石油資源に依存しない再生可能な水素エネルギーおよび石油代替素材の生産・開発である。次世代エネルギー及び新素材の生産開発において、申請者は太陽光に依存せず膨大なバイオマスを有する深海熱水生態系を支える好熱菌のエネルギー及び物質循環系に着目した。そして、次世代エネルギーとして注目される水素の生産触媒として(超)好熱菌のヒドロゲナーゼ(H2ase)に着目し、光触媒を組み合わせて持続的水素生産系を構築する。また、新素材生産に関わる触媒として化学合成独立栄養微生物ならびに一酸化炭素デヒドロゲナーゼ(CODH)を用いて、CO2からの有用新バイオポリマーの生産系を構築する。これらの触媒を、太陽光エネルギーと共役させ、脱石油型エネルギーおよび素材資源の生産プラットフォームを創成することが本研究の最終的な目標である。本研究は、深海および沿岸熱水環境から水素を生産するヒドロゲナーゼまたは二酸化炭素を還元するCOデヒドロゲナーゼ活性を有する好熱菌を分離し、菌の性状解析並びに酵素活性の検出を目的としている。また既に我々が分離した好熱菌からも上記酵素の性状解析とその遺伝子解析を行った。今年度の成果は以下の通りである。(1)沖縄トラフの伊平屋北深海熱水孔から5580°Cで増殖する独立栄養性及び従属栄養性好熱菌を50株以上分離し、分類学的性状について調べた。そのうち至適増殖温度55°Cで微好気性従属栄養性菌はThermacea科に属する新属腫で、性状解析や上記酵素活性を調査中である。(2)超好熱古細菌Aeropyrumcaminiの培養株からヒドロゲナーゼ活性を見出し、培養細胞より各種カラムクロマトグラフィーにより完全精製を行った結果、至適反応温度が90°Cを示し既報の酵素に比較して耐酸素性や耐熱性が極めて優れていた。本結果は、J. Biosci. Bioeng.誌に受理された。(3)中央インド海嶺の深海熱水環境から分離されたε-Proteobacteria綱に属する独立栄養性の好熱性水素細菌Hydrogenimonasthermophilaの細胞抽出液中に、ヒドロゲナーゼ活性が検出されたため本酵素遺伝子群の構造について解析を行った。その結果、他の熱水孔由来のε-ProteobacteriaではhypAとhypEの間に見られるhypXが本種では存在せず、熱水孔産のε-Proteobacteriaより病原性腸内細菌型のヒドロゲナーゼ遺伝子を持つことが明らかになった。本研究は、深海および沿岸熱水環境から水素を生産するヒドロゲナーゼまたは二酸化炭素を還元するCOデヒドロゲナーゼ活性を有する好熱菌を分離し、分離株の性状解析並びに酵素活性の検出・精製を目的としている。(1)海洋性超好熱古細菌Aeropyrum pernixを90°Cで培養し、菌体をフレンチプレスで破砕し、各種クロマトグラフィーを用いて3種類のサブユニットからなる分子量168kDaのヒドロゲナーゼを完全に精製した。本酵素の水素生産比活性は0.97μmol/H2/min/mg(85°C,pH6.0)であり、4°C大気下での酸素耐性は708時間後も50%の活性を維持し、既報の酵素に比較して極めて酸素耐性が強かった。(2)深海熱水孔から分離された微好気性好熱水素細菌Hydrogenimonasthermophilaを水素:二酸化炭素:酸素(78:20:2)混合ガス中にて55°Cで培養し、ビーズビーターで細胞を破砕し分離した膜画分からヒドロゲナーゼを可溶化し各種クロマトグラフィーで精製した。本酵素の水素生産比活性は900μmol/H2/min/mg(80°C,pH6.0)と極めて高く、酸素暴露57時間後も50%の高活性を有した。(3)鹿児島県指宿市の鰻温泉から、気相100%CO、55°Cの培養条件下で増殖可能な桿菌を分離した。本分離株の至適増殖条件は、6264°C、pH6.16.4で鞭毛を有し16S rDNA塩基配列の解析結果からCarboxydothermus hydrogenomonas, C.siderophilus, C.ferrifeducensと9596%の相同性を示した。