hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
レーダポーラリメトリによる自然災害発生時の被災住宅群識別および緊急救助用陸路検出

PolSARデータを用いた緊急救助用陸路検出、地震、土砂崩壊、洪水、積雪等で変形/部分倒壊した住宅群の検出を実現するために、以下の研究を行なった。[1.地震前後に取得されたPolSARデータの画像解析]2016年熊本地震の被災地・益城町周辺の地震発生前後に取得されたPolSARデータの画像解析を行った。偏波オリエンテーション角補正と固有値/固有ベクトル解析を組み合わせた被災状況検出アルゴリズムが被災箇所の検出に有効であることを示した。また、土砂崩壊被災住宅モデルの解析も行った。[2.洪水前後に取得されたPolSARデータの画像解析]2015年鬼怒川水害の被災地である常総市の鬼怒川流域を対象に、PolSARデータの画像解析を行った。洪水後の復興までを想定し、被災後1週間のデータも詳細に解析を行った。決壊箇所周辺の被災住宅領域、特に浸水した住宅とその周辺の道路からの散乱特性の変化が、被災状況把握の新たな指標として利用できることがわかった。[3.橋梁の健全性に関する偏波散乱測定]PolSARによる「橋梁も含めた避難救助用陸路の健全性の確認」を実現するため、簡易橋梁モデルに対する偏波散乱測定を実行し、その偏波特性を詳細に調べた。橋梁の橋桁が健全な場合と部分的に倒壊した場合について測定を行なった。橋桁の倒壊角(傾き角)とオリエンテーション角の変化量とが対応しており、オリエンテーション角が橋梁の健全性を示す有効な偏波指標の一つとなることがわかった。[4.雪害被災住宅モデルに対する偏波散乱測定]水害時に加えて、雪害時においても被災住宅群の検出を可能とするために、雪害被災住宅モデルを作成し、その偏波散乱測定を行なった。積雪により住宅からの主要な偏波散乱成分が大きく変化する場合があること、円偏波相関係数は積雪の有無にかかわらず住宅群検出指標として有効であることがわかった。PolSARデータを用いた地震や土砂崩壊等で変形/部分倒壊した住宅群,および洪水で浸水した住宅群の検出・識別を実現するために,以下の研究を行った.<1.地震前後に取得された被災領域のPolSARデータの画像解析>研究開始直後に熊本地震が発生したため,変形/部分倒壊した住宅モデルの偏波散乱コンピュータ解析を行う前に,被災地の熊本県益城町周辺の地震発生前後に取得されたPolSARデータの画像解析を行った.偏波オリエンテーション角補正と固有値/固有ベクトル解析を組み合わせた被災状況検出アルゴリズムを適用し,震災前後の結果を比較したところ,被災箇所の検出が可能であることがわかった.<2.洪水前後に取得された被災領域のPolSARデータの画像解析>2015年に発生した鬼怒川水害の被災地である常総市の鬼怒川流域を対象に,PolSARデータの画像解析を行った.当初は浸水直後の被災住宅周辺のみを観測対象と考えていたが,洪水が治まった後の「復興」を考え,水害によりどの範囲まで被害にあったのかを把握することも重要と考え,被災後1週間のデータを中心に詳細に解析を行った.その解析結果から,鬼怒川流域の被災住宅領域,特に浸水した住宅とその周辺の道路からの偏波散乱特性の変化が,被災状況把握の新たな指標に利用できることがわかった.<3.橋梁の健全性に関する偏波散乱測定>PolSARによる「橋梁も含めた避難救助用陸路の健全性の確認」を実現するために,橋梁モデルによる偏波散乱測定(PolSAR測定)を実行し,橋梁が健全な場合,部分的に倒壊した場合の偏波散乱特性を調べた.地震や土砂崩壊等で変形/部分倒壊した住宅群,洪水で浸水した住宅群の検出・識別を実現するためのレーダポーラリメトリ画像解析アルゴリズムを,簡易住宅群モデルに対する偏波散乱コンピュータ解析と電波暗室でのモデル実験の結果を基に構築する予定だったが,2016年4月の熊本地震直後のPolSARデータが取得されたので今年度はこの熊本周辺のPolSARデータの画像解析を先に行い,その偏波散乱特性を調べることで被災住宅群識別アルゴリズムを構築した.被災前後の画像より,構築したアルゴリズムにより被災領域の状況把握ができることが確認できた.また,洪水被災地の識別についても,2015年の鬼怒川流域のPolSARデータの画像解析結果から,水害被災住宅群識別アルゴリズム構築の検討を行った.さらに,次年度行う予定だった橋梁の状態把握のための偏波散乱測定も行うことができた.以上のように,研究を進める順序の変更はあったが,当初予定していた目標は概ね達成できたと考えている.PolSARデータを用いた緊急救助用陸路検出,地震,土砂崩壊,洪水,積雪等で変形/部分倒壊した住宅群の検出を実現するために,以下の研究を行なった.<1.橋梁の健全性に関する偏波散乱測定>PolSARによる「橋梁も含めた避難救助用陸路の健全性の確認」を実現するため,前年度と同様に,簡易橋梁モデルに対する偏波散乱測定を実行し,偏波特性を詳細に調べた.河川にかかる橋梁を想定し,橋桁が健全な場合と部分的に倒壊した場合について測定を行なった.水面と橋梁(橋桁)側面との2回反射散乱および偏波オリエンテーション角の特性を詳細に調べた結果,橋桁の傾き角とオリエンテーション角のシフト量とが対応しており,オリエンテーション角が橋梁の健全性を示す有効な偏波指標の候補の一つであることがわかった.<2.変形/部分倒壊した住宅群検出のための簡易雪害住宅モデルに対する偏波散乱測定>

水害(洪水発生)時における水面と被災住宅との間の偏波散乱の基本特性は前年度の研究成果より解明されてきたが,雪害(大規模降積雪)時におおける雪面と被災住宅との間の偏波散乱については研究例が少なく,詳細な偏波散乱特性はわかっていない.そこで本年度は,水害時に加えて,雪害時においても良精度での被災住宅群の検出を可能とするために,簡易雪害住宅モデル(雪で覆われた2面リフレクタモデル)を作成し,偏波散乱測定を行なった.本測定により得られた全偏波SARデータを解析した結果,積雪により住宅からの主要な偏波散乱成分が大きく変化する場合があること,円偏波相関係数は積雪の有無にかかわらず住宅群検出指標として有効であることがわかった.当初予定していた研究順序に変更はあったが,地震,洪水,積雪で被災した住宅群(変形/部分倒壊した場合を含む)の検出・識別,および上記災害時における避難救助用陸路(橋梁を含む道路)の状況把握を実現するためのPolSAR画像解析手法および有効な偏波指標をいくつか提案できており,当初予定していた目標は概ね達成できたと考えている.PolSARデータを用いた緊急救助用陸路検出、地震、土砂崩壊、洪水、積雪等で変形/部分倒壊した住宅群の検出を実現するために、以下の研究を行なった。[1.地震前後に取得されたPolSARデータの画像解析]2016年熊本地震の被災地・益城町周辺の地震発生前後に取得されたPolSARデータの画像解析を行った。偏波オリエンテーション角補正と固有値/固有ベクトル解析を組み合わせた被災状況検出アルゴリズムが被災箇所の検出に有効であることを示した。また、土砂崩壊被災住宅モデルの解析も行った。[2.洪水前後に取得されたPolSARデータの画像解析]2015年鬼怒川水害の被災地である常総市の鬼怒川流域を対象に、PolSARデータの画像解析を行った。洪水後の復興までを想定し、被災後1週間のデータも詳細に解析を行った。決壊箇所周辺の被災住宅領域、特に浸水した住宅とその周辺の道路からの散乱特性の変化が、被災状況把握の新たな指標として利用できることがわかった。[3.橋梁の健全性に関する偏波散乱測定]PolSARによる「橋梁も含めた避難救助用陸路の健全性の確認」を実現するため、簡易橋梁モデルに対する偏波散乱測定を実行し、その偏波特性を詳細に調べた。橋梁の橋桁が健全な場合と部分的に倒壊した場合について測定を行なった。橋桁の倒壊角(傾き角)とオリエンテーション角の変化量とが対応しており、オリエンテーション角が橋梁の健全性を示す有効な偏波指標の一つとなることがわかった。[4.雪害被災住宅モデルに対する偏波散乱測定]水害時に加えて、雪害時においても被災住宅群の検出を可能とするために、雪害被災住宅モデルを作成し、その偏波散乱測定を行なった。積雪により住宅からの主要な偏波散乱成分が大きく変化する場合があること、円偏波相関係数は積雪の有無にかかわらず住宅群検出指標として有効であることがわかった。<1.地震被災住宅領域の識別アルゴリズムの精度改善>熊本地震意外の被災地の識別,およびより詳細な被災状況(被災レベル)を把握できるよう本手法の精度向上を目指し,変形/部分倒壊した住宅モデルに対する偏波散乱解析を行う予定である.<2.水害被災住宅領域の識別アルゴリズムの精度改善>
橋梁構造物の空力振動に及ぼす乱流効果に関する基礎的研究

本年度は、以下の項目について各研究分担者が研究を実施した。(1)渦励振に及ぼす気流の乱れの効果に関する研究六角形箱桁断面を対象に、渦励振に対する乱流の効果(不安定化効果)について検討を加えた。その結果、(1)空力減衰の観点からみた場合、乱流による応答の不安定化は応答が小振幅であるほど顕著であること、(2)逆に大振幅域ではカルマン渦生成が物体の振動に巻き込まれ、乱れによる不安定化は現れないこと、(3)断面後流にスプリッタ板を挿入し、カルマン渦生成を阻害した場合に、やはり応答は不安定化することより、乱れによる空力不安定化特性は、気流の乱れによるカルマン渦生成の低減が原因と推定されたこと、等の結論が得られた。(2)空力応答特性のレイノルズ数効果に関する研究隅角部に隅切りをもつ矩形断面を対象に、固有振動数の調整により空力振動応答の発生風速域(レイノルズ数)を種々に変化させ、その応答変化特性を一様流中、および乱流中で計測した。その結果、(1)一様流中ではレイノルズ数が大きいほどギャロッピング限界風速が低下し、空力的に不安定化すること、(2)乱流中でもこの特性は変わらないこと、等が明かとなった。(3)自然風の乱流特性に関する研究地表面粗度パラメ-タの算定法を提案し、他の実観測デ-タに適用を試みた。また、新しい乱流輸送観測装置の開発を試み、実観測への応用を実施した。また、本年度は最終年度にあたるため、研究成果報告書取りまとめの作業を実施した。(1)音響付加による渦励振現象の発生機構ならびに気流の乱れの効果に関する研究bluff構造断面の空力振動に対し、剥離せん断層不安定性の増幅効果という観点から、せん断層に対する音響付加による外的刺激を試み、空力振動応答特性との対応を検証した。さらに乱れの周波数効果について併せて検討を行った。(2)ケ-ブルの空力振動特性ならびに乱れの影響に関する研究降雨時に斜張橋ケ-ブルに発生するレインバイブレ-ション現象について、ケ-ブル模型を用いた風洞実験により、発生機構の解明を目的として、気流の乱れの効果をはじめ、水路形成と応答特性の関連について実験、解析の両面から検討を加えた。(3)橋梁構造物の自然強風による安全性評価に関する研究全国気象官署における観測デ-タ基づく、風向別の強風の確率統計特性をもとに、風向別の強風全国マップの作成を行い、さらに既往の橋梁構造断面の空力特性デ-タを用い、橋梁構造物の風による確率論的安全性評価手法の開発を試みた。また、耐風安定性からみた橋梁形式選定システムの構築を試みた。(4)大気乱流の諸特性効明に関する研究構造物架設地点周辺の気流特性を把握するために、小地形上における気流について数値的にシミュレ-トを試み、いくつかの実測デ-タとの比較、検討を行った。(2)空力応答特性のレイノルズ数効果に関する研究

隅角部に隅切りをもつ矩形断面を対象に、固有振動数の調整により空力振動応答の発生風速域(レイノルズ数)を種々に変化させ、その応答変化特性を一様流中、および乱流中で計測した。その結果、(1)一様流中ではレイノルズ数が大きいほどギャロッピング限界風速が低下し、空力的に不安定化すること、(2)乱流中でもこの特性は変わらないこと、等が明かとなった。(3)自然風の乱流特性に関する研究地表面粗度パラメ-タの算定法を提案し、他の実観測デ-タに適用を試みた。また、新しい乱流輸送観測装置の開発を試み、実観測への応用を実施した。また、本年度は最終年度にあたるため、研究成果報告書取りまとめの作業を実施した。
マイクロマシン技術を応用した人工シナプスの開発研究

本研究では、末梢神経へのインターフェースを開発するために、神経再生型電極による末梢神経へのアプローチと、脊柱管内における脊髄神経根へのアプローチの2つの手法について研究を行った。神経再生型電極では、ポリイミドをベースとした多チャンネル生体電極を製作し、ラット坐骨神経に埋込み実験をおこなった。ポリイミドは生体適合性に富む樹脂であり、機械的にも十分な強度を有する。電極は50μ厚のポリイミドフィルムの間に35μ厚の銅のパターンを挟み込んだ構造をもつ。これにレーザーで直径20μの貫通孔を開け、銅の露出部分に白金をスパッタコーティングを行った。ラット坐骨神経を切断し、この電極を切断端の間に挟み込み、全体をシリコンチューブで被った。組織学的には貫通孔を通じた神経の再生を得たが、電気的計測では誘発電位は得られていない。脊髄神経根へのアプローチでは、内視鏡下に脊髄神経根の支配領域を同定する手法を開発し、脊髄根糸電位を計測した。0.5mm間隔で電極を設置した細径カテーテルを硬膜外で脊髄に沿って挿入し、脊髄誘発電位を計測した。末梢神経の電気刺激により脊髄誘発電位の振幅と位相の特徴から、神経根の脊髄進入部の最も近傍にある導出電極が同定できた。同時に、カテーテルのマ-キングを内視鏡で確認することで、刺激を受けている実際の神経根が内視鏡下に判別できた。さらに、その神経根が脊髄に接続する部分の複数の神経根糸の誘発電位を内視鏡下に逐次計測することで、脊髄根糸レベルでの神経支配が確認できた。この結果から脊髄根糸へ神経電極を装着すれば、狭い領域の神経情報を選択的に取り出すことが可能であることが示された。本研究で開発する人工シナプスは、生体内で光通信を行う小型の集積回路である。現在、発光素子としてはガリウム砒素による発光ダイオードが一般的である。しかし、ガリウム砒素による素子と、シリコン系素子とが一体となった集積回路を形成するのは困難であり、個別にデバイスを形成し結合させるハイブリッド型の集積回路方式をとることとなる。この方法では神経細胞内に入るサイズまで回路全体を縮小することは、大きな困難を伴う。そこで、われわれは、シリコン系のプロセスのみを用いて、生体細胞内に埋め込む微小発光素子を形成する方針をとった。すなわち、常温で発光可能なシリコン-ゲルマニウムによる量子井戸発光素子の開発を行った。現在、さらに発光効率を上げ、微小電力での動作を目指して改良を加えている。本研究では、人工神経節を埋め込む部位として、脊髄を想定している。このためには、低侵襲で脊髄にアプローチできることが望ましい。さらに、末梢神経と埋め込む神経細胞との対応を脊髄レベルで知る必要がある。そこで、人工神経節の脊髄への移植方法を検討するために、極細径内視鏡による脊髄-クモ膜下腔へのアプローチを試みた。実験動物として成ヤギ(平均体重52kg)を用いた。外径1.4mm(チャンネル径0.8mm)の内視鏡で、脊髄への経皮的アプローチと脊髄根糸電位の計測が可能であった。同時に、神経電気生理学的計測による末梢神経と脊髄根糸の対応、脊髄背面電位の分布についても計測を行った。この結果、一部の実験例で末梢神経と脊髄根糸の対応が得られた。しかし、現在のところ計測に至るまでの操作が困難なため、さらに内視鏡、測定電極を改良して、根糸の同定が再現性良くできるよう開発を進めている。本研究では、神経細胞内に計測制御系を埋め込むことを最終目的としているが、同時に中枢神経系と末梢神経系とのインパルス情報伝達、処理の関連について研究を行うため、末梢神経における再生型神経電極についても開発を進めている。

われわれは、人工シナプスを移植し、長期間安定に留置可能な部位として、脊髄根糸の解剖学的な特殊性着目した。脊髄根糸とは、脊髄クモ膜下腔において、神経根が脊髄に接続する部分である。この部位では神経根は多数の微細な神経束に分離し、ほぼ推体の広がりをもっている。個々の根糸に含まれる神経線維の数は、末梢神経に比べはるかに少なく、根系を運ぶことで、選択的に個々の神経線維束にアプローチできる。また、前根、後根で運動、感覚神経が分離しているのも、有利な点である。この部位への低侵襲のアプローチの手段として、われわれは脊髄内視鏡を用いた。脊髄内視鏡を通してクモ膜下腔で脊髄の構造が容易に肉眼的に確認できた。さらに内視鏡下に神経電気生理学的測定を併用することで、神経根の支配領域を特定することが可能であった。内視鏡下に硬膜外腔および、クモ膜下腔に挿入した電極から、肋間神経の電気刺激に対して、脊髄誘発電位(SCP)が導出された。導出用の双極電極を脊髄に沿って被刺激後根の上方から下方に移動させると、導出されるSCPは、当該後根の進入部付近で振幅が大きくなり、その後根の上下で位相の反転が見られた。内視鏡のチヤンネルを通じて挿入した単極誘導電極を用いて、末梢刺激に応じた後根根糸電位を検出できた。神経再生型電極を作成し、ラットの坐骨神経に移植を行った。作成した神経再生電極は、生体適合性材料としてポリイミドをベースとし、この表面に密着した金属薄膜をエッチングによりパタ-ニングして電極としたものである。動物実験では、電極孔を貫通した神経繊維が複数観察できたが、神経インパルスは電極リ-ドパターンの切断のため、導出できていない。現在、電極材料として銅に白金をスパッタしたものを用いているが、生体への毒性、耐久性上の問題があり、金電極を開発中である。
児童・生徒の主体的な競争を促進する教師の指導態度に関する研究

子どもが競争を行う際,教師の競争に対する態度が子どもの行動に影響を与えると考えられるため,教師を競争心によって3類型(消極的競争者,手段型競争者,目標型競争者)に分類し,教師の競争に対する指導態度について検討した.勝敗にこだわるのではなく,その過程における動機づけや成長について競争を肯定的にとらえる態度を存在した.また,指導内容は自身の持つ競争に対する態度を基準に決定されることも明らかとなった.類型ごとの検討では,消極型競争者で競争が必要と明言する者はおらず,手段型競争者,目標型競争者では,ただ競争させるのではなく,適切な競争が行えるように配慮する姿勢があることが明らかとなった.室山・堀野(1991)は敗者に対しての配慮を示すことや,競争の対等性を維持できるような条件を導入することで,否定的な対人感情は生起しないことを明らかにしている.学校場面において競争の対等性を維持できる環境を提供できる存在として教師がいる.そして,子どもが「主体的に」競争が行えるようにするためには,教師の果たす役割が大きいと考えられる.すなわち,教育場面において児童・生徒に主体的な競争を促す態度の育成には,教師の競争に対する指導態度・指導行動のあり方を明らかにすることが必要である.そこで,24年度は23年度に実施した教師の競争に対する指導態度や競争に対する信念について,Web調査を実施したのデータを使用して教師の競争場面における具体的な指導行動に注目して検討を行なった.調査では授業場面および授業場面以外における子どもが競争する場面を自由にあげてもらい,その場面における自身の指導行動およびその理由についての自由記述を求めた.授業場面における競争の内容を5種類(課題,意見,競技・ゲーム,日常生活,なし),その場面における指導内容について9種類(とくにしない,意見,他)に分類した.競争心の類型ごとに集計したところ,どの類型においても課題やゲームなどの優劣が分かりやすい事柄を競争場面としてあげているが,指導内容には類型により違いが認められた.手段型競争者は「対人関係維持」が他の2類型よりも割合が高く,「勝敗以外の目標」が低かった.これは,過程を重視する手段型競争者は結果を意識することによる影響に配慮した指導を行っており,結果を重視する「目標型競争者」「消極型競争者」は勝敗以外にも注目させる指導を行っていることを意味すると考えられる.すなわち自身の持つ競争に対する態度を基準に指導内容が決定されているととらえることができる.現実に競争を求められる状況は多々存在するが,これらの場面で「主体的に」競争が行えるようにするためには,教師の競争に対する態度や信念の形成を促す働きかけが与える影響が大きいと考えられる.平成24年度までに研究において,教師の競争に対する指導態度・指導行動について探索的な検討を行い,勝敗にこだわるのではなく,その過程における動機づけや成長について競争を肯定的にとらえる態度の存在を指摘した.そこで平成25年度は,平成24年度までに実施した調査データを用いて教師の競争場面における具体的な指導行動に注目し,教師の指導態度に対する考察を行った.自由記述データについて授業場面における競争の内容を5種類,その場面における指導内容について9種類に分類し,競争心の類型ごとに集計した.その結果,どの類型においても課題やゲームなどの優劣が分かりやすい事柄が競争場面としてあげられているが,指導内容には教師自身の競争心の類型により違いが認められた.手段型競争者の教師は「対人関係維持」が他の2類型よりも割合が高く,「勝敗以外の目標」が低かった.これは,過程を重視する手段型競争者は,結果を意識することによる影響に配慮した指導を行っており,結果を重視する「目標型競争者」「消極型競争者」は,勝敗以外にも注目させる指導を行っていることを意味すると考えられる.すなわち教師自身のが持つ競争に対する態度を基準に指導内容が決定されているととらえることができる.子どもが競争を行う際,教師の競争に対する態度が子どもの行動に影響を与えると考えられるため,教師を競争心によって3類型(消極的競争者,手段型競争者,目標型競争者)に分類し,教師の競争に対する指導態度について検討した.勝敗にこだわるのではなく,その過程における動機づけや成長について競争を肯定的にとらえる態度を存在した.また,指導内容は自身の持つ競争に対する態度を基準に決定されることも明らかとなった.類型ごとの検討では,消極型競争者で競争が必要と明言する者はおらず,手段型競争者,目標型競争者では,ただ競争させるのではなく,適切な競争が行えるように配慮する姿勢があることが明らかとなった.室山・堀野(1991)は敗者に対しての配慮を示すことや,競争の対等性を維持できるような条件を導入することで,否定的な対人感情は生起しないことを明らかにしている.現実に競争を求められる状況は多々存在するが,これらの場面で「主体的に」競争が行えるようにするためには,教師の果たす役割が大きいと考えられる.すなわち,教育場面において児童・生徒に主体的な競争を促す態度の育成には,教師の競争に対する指導態度・指導行動のあり方を明らかにすることが必要である.

そこで,23年度は教師の競争に対する指導態度や競争に対する信念について,Web調査を実施した.授業場面および授業場面以外における子どもが競争する場面を自由にあげてもらい,その場面における自身の指導行動およびその理由についての自由記述を求めた.また,子どもが自発的に競争すること,および子どもに競争させることに対する態度についても自由記述を求めた.競争が不要という考え方を持つ教師は少なく,子どもが自発的に競争をすることや子どもに競争をさせることは,子どもの成長を促す上で必要であるという信念を持つ教師が多かった.ただし,環境面での配慮や負けた側への配慮,指導時の教師の姿勢についての言及も多く,競争に勝つことに焦点付けた指導態度を有する教員はほとんどいなかった.すなわち,競争は子どもの成長のための手段であり,協同学習と同様に子どもの意欲を引き出す手段として捉えられていた.また,子どもに競争をさせることについて,実社会での競争の存在に言及し,その必要性を指摘する教員もいた.このように,競争を否定的に捉える教員は少なく,競争を指導に取り入れる際にも,配慮しながら取り入れている教員の存在が明らかとなった.したがって,競争の指導効果についてもさらに検討する必要があると考えられる.現実に競争を求められる状況は多々存在するが,これらの場面で児童・生徒がその競争に対してどのような態度・行動を示すかについては,教師の競争に対する態度や信念の形成を促す働きかけが与える影響が大きいと考えられる.24・25年度では,教師の競争に対する指導態度・指導行動について探索的な検討を行い,勝敗にこだわるのではなく,その過程における動機づけや成長について競争を肯定的にとらえる態度の存在を指摘し,さらに,その指導内容は自身の持つ競争に対する態度を基準に決定されている可能性が示唆された.26年度は,教師の競争心が競争に対する指導内容・態度としてどのように取り入れられているのかに注目して検討を行った.教師の競争心のタイプ(消極的競争者,手段型挙走者,目標型競争者)により分類して比較したところ,競争の必要性に関する記述のうち,消極的競争者で必要と明言した教師はいなかった.手段型競争者,目標型競争者の教師は競争に対する直接的な指導や競争の効果に関する記述が多いが,競争に伴う負の感情に対する配慮に関する記述が見られた.すなわち,ただ競争をさせるのでなく,適切な競争が行えるように配慮する姿勢があることが明らかとなった.これらの結果を受けて,教師の競争に対する指導態度の尺度を構成し,指導態度の構造を検討するための調査を実施した.教育心理学24年度は23年度に実施したWeb調査データの分析を中心に研究を進めていたため,尺度作成のための調査準備までしか実施できなかった.Web調査についても実施時期の兼ね合いより24年度実施は見送ったため,研究計画のうち25年度に回す内容が増えてしまった.平成25年度の研究計画では教師に対する調査と小・中学生に対する調査の両方を実施することにしていたが,教師対象の調査データの再分析および調査計画の再検討,調査の追加実施を進めたため,小・中学生に対する調査を困難となり,平成25年度中に研究を終了する予定であったが平成26年度まで研究を延長することとなった.研究1として実施予定であった,小・中学生を対象とした調査を実施できなかった.これは多面的競争心尺度の改訂が遅れたためであり,24年度中には実施する予定である.23年度は教員を対象とした研究2について先に実施したが,自由記述の結果から,予測していた以上に競争場面の記述,および競争を指導に取り入れた記述があげられており,教育場面における競争の存在を確認することができた.
テロメア・テロメラーゼを介した造血器腫瘍の分子病態の解析と分子標的療法の開発

(1)hTERT-siRNA及びmTERT-siRNAを含む高力価レトロウイルス産生細胞の作成:(2)テロメラーゼ阻害分子、G-quadruplex相互作用分子(telomestatin誘導体)によるアポトーシス誘導機構の解析:優勢変異型TERT発現白血病細胞、テロメスタチン添加細胞ではDNA damageが誘発され、ATM、Chk2が活性化することを報告したが、アポトーシス誘導のメカニズムについてはいまだに不明である。本研究ではテロメラーゼ阻害分子によるアポトーシス誘導の分子機構を明らかにするために以下の検討を行った。優勢変異型hTERT導入U937細胞株(U937-DN-hTERT)はlatepassage clone ; PD25を用いた。テロメスタチン添加U937細胞はPD5,10,20と経時的にアポトーシス関連分子及びJNK、p38MAP Kinase、MKK3/6、ASK1について免疫ブロットにて解析した。p38MAP Kinase選択的阻害剤としてSB20358O(10μM)を使用した。優勢変異型hTERT発現U937細胞、テロメスタチン2μM添加U937細胞共に、day30より細胞増殖の停止がみられるのに対し、p38MAP Kinase阻害剤SB203580 10μM添加すると優勢変異型hTERT発現U937細胞では細胞増殖能の回復が確認された。アポトーシス誘導細胞についての解析を行ったところ、テロメスタチン添加U937細胞、優勢変異型hTERT発現U937細胞ともに、p38MAP Kinase阻害剤添加にてアポトーシス誘導細胞の減少が確認された。PARP及びCaspase-3の活性化についてしたところ、テロメスタチン添加U937細胞PD20及び優勢変異型hTERT発現U937細胞ではcleaved PARP及びcleaved Caspase-3の増加が確認された。この他、Bcl-2、BAD、Bax、Bidの発現及びリン酸化については変化は見られなかった。MKK3/6の活性化について解析したところ、テロメスタチン添加U937細胞PD25及び優勢変異型hTERT発現U937細胞ではMKK3/6の活性化が確認された。同様にp38MAP Kinaseについても、テロメスタチン添加U937細胞PD2O及び優勢変異型hTERT発現U937細胞ではphospho-p38MAPKinase抗体にてp38MAPKinaseの活性化が確認された。この他、ASK-1、JNKの活性化はテロメスタチン添加U937細胞及び優勢変異型hTERT発現U937細胞では確認できなかった。優勢変異型hTERT発現U937細胞及びテロメスタチン添加U937細胞ではテロメア維持機構の破綻によりDNA damageが誘発され、MKK3/6及びp38MAP Kinaseの活性化を介してアポトーシス誘導がおこると考えられる。
ゼニゴケY染色体特異的反復配列に富む領域YR1の遺伝子構成

本研究では、雌雄異株植物ゼニゴケが、他の植物種に比べて極めて小さい性染色体を持つことに着目し、そのY染色体の一次構造解析から、植物の雄生決定機構、稔性に関わる遺伝子を単離することを目的としている。ゼニゴケY染色体は、Y染色体特異的反復配列が蓄積する領域YR1とそれ以外の領域YR2に大別されることが分かっていた。昨年度、私はまずYR1に属するPACクローンの一つpMM2D3の一次構造解析を完了し、そこに5個の新規遺伝子を見出した。またこれらの新規遺伝子がY染色体特異的にマルチコピー遺伝子として存在することを示した。YR1の遺伝情報を網羅的に解析する基盤を構築するため、Y染色体特異的反復配列を持つ429個のPACクローンを制限酵素の切断パターンによるグループ化を行い、20グループに分け、その中から24個の代表PACクローンを選んだ。これらのPACクローンのインサート長の合計は約2.4Mbである。またYR1に作製されたContig1(470kb)から、このコンティグをカバーする5個のPACクローンを選抜した。またYR1のうち300kbの領域は、Y染色体特異的反復配列(2.2kb BamHIユニット)のみで構成されると見積もられた。すなわち、制限酵素の切断プロファイルの異なる24個の代表PACクローンとContig1からの5PACクローンの一次構造解析を行うことにより、YR1(34Mb)の遺伝情報は、ほぼ網羅されると考えられた。Contig1の5PACクローン、そして24個の代表クローンについて、それぞれのクローン全長を5倍以上カバーするショットガン配列データを得た。既知アミノ酸配列との相同性検索の結果、新たに16種類の遺伝子候補を見いだした。そのうち6種類は相同性を示す領域内に終止コドンが存在し、偽遺伝子と考えられる。10種類のうち、2つについては、マルチコピー遺伝子として存在すると考えられた。今後これらの遺伝子の構造、機能解析を行うことにより、ゼニゴケ性決定、また性染色体の進化についての知見が得られると期待される。本研究では特にゼニゴケY染色体のうちの、約半分にあたるYR1について、その領域にコードされる遺伝子の単離を目指した。YR1にはY染色体特異的反復配列が蓄積していることが分かっている。今年度、私はまずYR1に属するPACクローンの一つpMM2D3の一次構造解析を完了し、そこに5個の新規遺伝子を見出した。そのうちの1つ、M2D3.4が雄特異的に存在し、さらに生殖器でより多く発現していることを示し、このM2D3.4が雄の生殖器特異的な機能を持ち、雄生殖器官の分化に関与する可能性を示した。これらの成果を論文としてまとめ、2002年11月Nucleic Acids Research、30巻、21号、4675-4681ページに掲載された。またYR1の遺伝情報を網羅的に解析する基盤を構築するため、YR1をカバーする429個のPACクローンを制限酵素の切断パターンによるグループ化を行い、20グループに分け、その中から24個の代表PACクローンを選んだ。またYR1に作製されたContig1(470kb)から、このコンティグをカバーする5個のPACクローンが選抜した。すなわち、制限酵素の切断プロファイルの異なる24個の代表PACクローンとContig1からの5PACクローンの一次構造解析を行うことにより、YR1(34Mb)の遺伝情報は、ほぼ網羅されると考えられる。現在までに、Contig1からの5PACクローンについてはショットガン配列データを得た。24個の代表クローンについても、15個については配列データを得ている。来年度は、これらの配列解析とそこにコードされる遺伝子の単離を行う。

またYR1に作製されたContig1(470kb)から、このコンティグをカバーする5個のPACクローンを選抜した。またYR1のうち300kbの領域は、Y染色体特異的反復配列(2.2kb BamHIユニット)のみで構成されると見積もられた。すなわち、制限酵素の切断プロファイルの異なる24個の代表PACクローンとContig1からの5PACクローンの一次構造解析を行うことにより、YR1(34Mb)の遺伝情報は、ほぼ網羅されると考えられた。Contig1の5PACクローン、そして24個の代表クローンについて、それぞれのクローン全長を5倍以上カバーするショットガン配列データを得た。既知アミノ酸配列との相同性検索の結果、新たに16種類の遺伝子候補を見いだした。そのうち6種類は相同性を示す領域内に終止コドンが存在し、偽遺伝子と考えられる。10種類のうち、2つについては、マルチコピー遺伝子として存在すると考えられた。今後これらの遺伝子の構造、機能解析を行うことにより、ゼニゴケ性決定、また性染色体の進化についての知見が得られると期待される。
情報教育の現状と課題

高度情報化社会における人間行動の変化において、学習・教授行動に関する変化は重要な位置を占めており、そこには新しい観点からの学習論、教授理論が求められてきている。当班では、構成主義にもとづく学習・教授理論、状況主義からの学習・教授論が、従来の行動主義を乗り越えて、子どもの知的探求を重視し、自然や社会との相互作用の中での学習を育てる環境としてのコンピュータ、マルチメディアの利用のあり方を、理科教育(天文分野)での実践を例にして提言している。また、このような考え方で、へき地の子どもたちに自己内省を支援して道徳性を育てるという、新しい実践が報告されている(以上、菅井グループ)。このようなまた、国際ネットワーク通信を教育に利用するという試みの実証的研究も深めている。とくに、第2言語の獲得、外国文化の理解、外国人とのコミュニケーションスキル、コンピュータならびにメディアリテラシー等の教育に大きな期待がもたれるが、それらについての着実な実証的研究がおこなわれた(野嶋グループ)。さらに、ハイテク時代において、複雑な機器の操作を学習する際の認知過程についての地道な研究として、直接的に機器を操作させるよりも、むしろ、頭の中で「メンタルモデル」を構成することの重要性を実験的に検証している。具体的には、ワードプロセッサのコマンドについて、まだ知らないコマンドの働きや使い方を理解しようとする課題と、コピー機で両面にコピーされたオリジナルから自動的に両面コピーを作成するときのオリジナルの動きを推測しようとする課題を対象に分析された(三宅グループ)。
乱流燃焼構造の光学的計測

本研究は高時空間分解能の光学的計測を応用して,乱流燃焼火炎の微細構造を解明することを目的とした.平成9年度では,最適設計したカセグレン光学系による局所自発光計測手法の提案及び計測システムの開発を行い,乱流中で時空間変動する数百μmの火炎面内のOH^*,CH^*,C2^*ラジカル発光を時系列で捉えられることに成功した.平成10年度上期では,火炎帯の詳細な構造を把握するために,層流火炎の局所自発光スペクトルの計測を行い,当量比依存性と火炎帯厚さに関する考察を行った.下期では,本計測システムを乱流火炎に適用し,乱流中の局所火炎帯厚さを求めた.さらに,空間的な多点のOH^*自発光同時計測光学系を開発し,局所領域における火炎面の空間変動量と移動速度に関する解析を試みた.以下に本研究により得られた主な知見を示す.・火炎面の密度変化によるゆらぎがカセグレン光学系の測定体積に及ぼす影響を検討した結果,測定体積の大きさに対して約2%の範囲で重心点が移動することがわかったが,火炎面構造の議論上ほとんど問題がない.・乱流火炎の多点計測結果を時系列解析することによって,局所的なOH^*発光帯の変動量について把握することが可能であることを示した.今後,OH^*,CH^*,C2^*自発光の同時多点計測を行い,各反応面の空間挙動と移動速度について検討していく.・層流予混合火炎において局所自発光計測を行い,局所的な火炎面の発光スペクトル構造を初めて観測し,OH^*及びCH^*,C2^*自発光強度に明確な当量比依在性があることを明らかにした.・層流火炎における反応帯の厚さを算出することを試み,OH^*,自発光帯がCH^*自発光帯と同程度の厚さになることを示唆した.・点計測用のカセグレン光学系を用いて乱流予混合火炎における局所的なOH^*,CH^*,C2^*自発光及び流速の同時時系列計測を行うことで、火炎微細構造の解析が可能になることを示した。・乱れの弱いしわ状層流火炎ではOH^*自発光帯の厚さがCH^*,C2^*自発光帯の厚さの数倍程度厚くなった。本研究は、乱流予混合火炎における乱れと局所的な反応帯の微細構造の解明を目的として進められた。平成9年度上期では、カセグレン光学系をポイント計測用に最適設計し、高空間分解能で多波長同時測定が可能な局所自発光計測プローブを開発した。また、集光した発光をOH,CH,C2ラジカル発光に分離する分光器を設計・製作した。分光には干渉フィルタを、光検出には光電子増倍を用いた。信号取り込みは250kHzの高速AD変換器で行い、反応を追跡できる高時間分解能を達成した。カセグレン光学系の測定体積は実験的に検証し、数値計算結果と比較した結果、火炎面を捉えるのに十分高い空間分解能(0.2mm×1.6mm)を有していることが示された。

平成9年度下期には、比較的乱れの弱い乱流予混合火炎(内径20mm円管ノズルバーナー、メタン燃料、当量比0.95、平均流速2.0m/s、乱れ強さ0.15m/s、Re数2400)において、局所的な自発光の時系列計測を行った。これにより、局所的な反応帯をC2・CH・OH自発光帯に分解して、各々の挙動と特性を計測・解析することが可能になった。以下に本研究により得られた主な知見を示す。・平均的な火炎面が存在する領域に置いて、OH自発光強度の確率密度関数は、しわ状層流火炎構造を表すといわれている双頭状分布を示した。・局所自発光強度の時系列信号では、OH・CH・C2自発光は同期して立ち上がっており、反応の領域が同期していることが示唆された。・二値化した時系列信号のヒストグラムより、OH・CH・C2反応帯の厚さを実計測する手法を提案した。・自発光強度信号の自己相関より、火炎面の変動スケールを求めることが可能になった。・局所自発光とLDVの同時計測から、局所ダムケラ-数を算出した。・OHとCH、CHとC2自発光信号の相互相関係数、比較的弱い乱れの乱流予混合火炎において、OH・CH・C2の生成に関する反応が薄い反応帯内部で進行・終了していることが示唆された。本研究は高時空間分解能の光学的計測を応用して,乱流燃焼火炎の微細構造を解明することを目的とした.平成9年度では,最適設計したカセグレン光学系による局所自発光計測手法の提案及び計測システムの開発を行い,乱流中で時空間変動する数百μmの火炎面内のOH^*,CH^*,C2^*ラジカル発光を時系列で捉えられることに成功した.平成10年度上期では,火炎帯の詳細な構造を把握するために,層流火炎の局所自発光スペクトルの計測を行い,当量比依存性と火炎帯厚さに関する考察を行った.下期では,本計測システムを乱流火炎に適用し,乱流中の局所火炎帯厚さを求めた.さらに,空間的な多点のOH^*自発光同時計測光学系を開発し,局所領域における火炎面の空間変動量と移動速度に関する解析を試みた.以下に本研究により得られた主な知見を示す.・火炎面の密度変化によるゆらぎがカセグレン光学系の測定体積に及ぼす影響を検討した結果,測定体積の大きさに対して約2%の範囲で重心点が移動することがわかったが,火炎面構造の議論上ほとんど問題がない.・乱流火炎の多点計測結果を時系列解析することによって,局所的なOH^*発光帯の変動量について把握することが可能であることを示した.今後,OH^*,CH^*,C2^*自発光の同時多点計測を行い,各反応面の空間挙動と移動速度について検討していく.・層流予混合火炎において局所自発光計測を行い,局所的な火炎面の発光スぺクトル構造を初めて観測し,OH=*及びCH^*,C2^*自発光強度に明確な当量比依存性があることを明らかにした.・層流火炎における反応帯の厚さを算出することを試み,OH^*自発光帯がCH^*自発光帯と同程度の厚さになることを示唆した.・点計測用のカセグレン光学系を用いて乱流予混合火炎における局所的なOH^*,CH^*,C2^*自発光及び流速の同時時系列計測を行うことで、火炎微細構遣の解析が可能になることを示した。・乱れの弱いしわ状層流火炎ではOH^*自発光帯の厚さがCH^*,C2^*自発光帯の厚さの数倍程度厚くなった。
AEを利用した破砕性地盤における杭の先端支持力発現機構とその評価に関する研究

顕著な破砕性を有する石灰質地盤において,通常の砂地盤に比べ杭基礎の支持力は低いこと,明確な極限支持力が観測されないため評価が困難などの問題が生じている.そこで,支持力の発現過程を把握しその過程を評価するための一手法として,アコースティックエミッション(以下,AE)測定による破砕性地盤の支持力発現に関する地盤の挙動追跡とその評価を目的に本研究は遂行された.なお,AE測定は地盤の破砕性を利用し,杭の載荷試験における先端支持力発現過程とその過程で生ずる粒子破砕の音エネルギーとを結びつけようとする試みであり,支持力評価の重要な手がかりとするものである.昨年度,単粒子破砕試験および三軸試験によって粒子破砕およびAE特性関係を把握し,粒子が破砕する音に着目すれば,要素の降伏特性をAE特性によって把握できることがわかった.本年度は,杭の載荷試験装置にAE測定システムを製作し,精度の良く測定できるよう載荷装置全体の音環境を整備した.半径15nm,高さ40cmの軸対象三軸応力状態を再現できる模型地盤を用いたが,破砕音の伝播を計測することは現段階の技術では困難であることが判断された.これは,半径2.5cmの三軸供試体レベルであれば,砂の微弱な降伏特性を観測できるが,15cmともなれば微弱な音の伝播が供試体の内部で吸収されるためであろうと考えられた.また,鋼管の内部に設定することを試みたものの載荷データの影響を受けるため,破砕音は観測できなかった.そこで,模型地盤の段階毎の掘削によって地盤の破壊モードを観測した.先端支持力で極限支持力を示す場合には粒子破砕に関わらず杭先端が球根状となり,球根の形状,大きさが圧縮性や初期応力状態によって異なることが明かとなった.そこで,球根状の破壊モードについて圧縮特性を組み込んだ球状膨張理論を適用した支持力推定は,実験結果を概ねうまく評価できることがわかった.大型海洋構造物が顕著な破砕性を有する石灰質地盤上に盛んに建設され,杭基礎の支持力に関する幾つかの問題が生じている.その主なものに,支持力が通常の砂地盤に比べ低いこと,明確な極限支持力が観測されないことが挙げられる.従来の研究では,極限支持力に達した後の実験後のすべり線観察,粒子破砕量の定量等によって支持力の評価が試みられているが,破砕性地盤では明確な極限支持力が発現しないため,載荷試験の各段階において連続的に支持力の発現過程を把握する手法の開発が望まれている.その一つのアイディアとして,アコースティックエミッション(以下,AE)測定による破砕性地盤の支持力発現過程の観測が考えられる.これは地盤の破砕性を利用し,杭の載荷試験における先端支持力発現過程とその過程で生ずる粒子破砕の音エネルギーとを結びつけようとする試みであり,本研究はそれを用いて支持力評価の重要な手がかりとするものである.本年度は,まず,砂の粒子破砕という現象を要素レベルでつぶさに捉えるため,単粒子破砕試験と一次元圧縮試験を実施し,それら試験中のAE測定を行いAE特性を把握した.また,三軸試験におけるせん断強度の発現と粒子破砕およびAE特性関係を把握するため,AE測定端子を取り付けた実験システムの開発を行い,基本的なAE特性を把握した.そこでは,堅い砂どおしの転移(ずれ)をAE特性として把握することは技術的に極めて難しいことがわかった.しかし,地盤材料の特徴"破砕性"を活かし,粒子が破砕する音に着目すれば,要素がほぼ破壊に至るときのAE特性が砂の降伏特性として把握できることがわかった.また,次年度に実施する杭先端付近のAE特性の把握のため,杭の載荷試験装置にAE測定システムを製作した.模型杭先端にAE測定素子を取り付け,模型地盤での破砕性音を精度良く関知するように載荷装置全本の音環境を整備した.顕著な破砕性を有する石灰質地盤において,通常の砂地盤に比べ杭基礎の支持力は低いこと,明確な極限支持力が観測されないため評価が困難などの問題が生じている.そこで,支持力の発現過程を把握しその過程を評価するための一手法として,アコースティックエミッション(以下,AE)測定による破砕性地盤の支持力発現に関する地盤の挙動追跡とその評価を目的に本研究は遂行された.なお,AE測定は地盤の破砕性を利用し,杭の載荷試験における先端支持力発現過程とその過程で生ずる粒子破砕の音エネルギーとを結びつけようとする試みであり,支持力評価の重要な手がかりとするものである.昨年度,単粒子破砕試験および三軸試験によって粒子破砕およびAE特性関係を把握し,粒子が破砕する音に着目すれば,要素の降伏特性をAE特性によって把握できることがわかった.本年度は,杭の載荷試験装置にAE測定システムを製作し,精度の良く測定できるよう載荷装置全体の音環境を整備した.半径15nm,高さ40cmの軸対象三軸応力状態を再現できる模型地盤を用いたが,破砕音の伝播を計測することは現段階の技術では困難であることが判断された.これは,半径2.5cmの三軸供試体レベルであれば,砂の微弱な降伏特性を観測できるが,15cmともなれば微弱な音の伝播が供試体の内部で吸収されるためであろうと考えられた.また,鋼管の内部に設定することを試みたものの載荷データの影響を受けるため,破砕音は観測できなかった.そこで,模型地盤の段階毎の掘削によって地盤の破壊モードを観測した.

先端支持力で極限支持力を示す場合には粒子破砕に関わらず杭先端が球根状となり,球根の形状,大きさが圧縮性や初期応力状態によって異なることが明かとなった.そこで,球根状の破壊モードについて圧縮特性を組み込んだ球状膨張理論を適用した支持力推定は,実験結果を概ねうまく評価できることがわかった.
リグニンの化学構造‐利用特性相関解明に関する代謝工学的研究

木質バイオマスの約3割を占めるリグニンの高度利用法の開拓は、環境に調和した循環型社会の構築に必須の課題であり、多方面から検討されているが、その実用化には至っていない。本研究では、優れたバイオマス生産性を示す大型イネ科植物のモデルとしてイネを用い、バイオマスの利用特性向上を目指したリグニンの構造改変を検討した。まず、芳香核水酸化酵素遺伝子の発現制御によりリグニンの芳香核組成を様々に改変した組換えイネの作出を行い、次に、得られる組換えイネにつきバイオマスの各種利用特性を調査し、リグニンの構造と各種利用特性の相関を解明する。以上により、利用目的に応じたイネ科植物の分子育種技術の基盤を構築することを目的としている。H29年度までに、CAld5Hの発現抑制及び過剰発現によりリグニンのG核及びS核が、またC3'Hの発現抑制によりH核が増強されたリグニンからなる組換えイネの作出に成功している。本年度は、これらのリグニン改変イネについて、各種バイオマスの反応特性及び利用特性の比較評価を行った。その結果、リグニンの各芳香核種の反応性の違いを見出すとともに、H核及びS核の増強が各種前処理法を組み合わせたバイオマス酵素糖化反応の効率向上に、また、H核及びG核の増強がバイオマス発熱量の向上に有効となり得ることを明らかにした。また、H29年度にC3'Hの機能欠損イネを作出し、それらが著しい生育阻害を引き起こすことを報告した。そこでH30年度は、本イネ株の更なる性状解析を行い、C3'Hの機能欠損による組織構造や遺伝子発現パターン、低分子二次代謝物プロファイルへの影響を明らかにした。また、H29年度の研究で見出された、イネ科植物に特有の新規なリグニン生合成経路の存在をさらに裏付ける結果も得られた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。木質バイオマスの約3割を占めるリグニンの高度利用法の開拓は、環境に調和した循環型社会の構築に必須の課題であり、多方面から検討されているが、実用化には至っていない。本研究では、優れたバイオマス生産性を示す大型イネ科植物のモデルとしてイネを用い、バイオマスの利用特性向上を目指したリグニンの構造改変を検討している。以上により、利用目的に応じた分子育種技術の基盤を構築することを目的としている。我々は既に、OsF5H1の発現抑制および過剰発現によりリグニンのG核及びS核が、またOsC3H1の発現抑制によりH核が増強された組換えイネの作出に成功している。今回、G核及びH核をさらに増強させた組換えイネの作出を目指し、CRISPR/Cas9ゲノム編集法を用いてOsF5H1およびOsC3H1の機能欠損株の作出を行った。得られた変異株につきリグニン構造を各種化学分析法ならびに多次元NMR法を用いて解析したところ、興味深いことに、γ位がフリーのG核及びH核は野生株に対して増大しているものの、イネ科植物に特有のγ位がp-クマロイル化された芳香核種の割合は野生株と同程度であることが明らかとなった。この結果は、イネ科植物に特有の新規なリグニン生合成経路が存在することを示唆している。続いて、これまでに作出したリグニン改変イネを用いて、液体および固体燃料としてのバイオマス利用に関連して、糖化性および発熱量の評価を行った。その結果、H核およびS核の増強は、特に各種前処理法を組合せた糖化率の向上に有効であることを見出した。当初の平成29年度の計画では、CRISPR/Cas9法によるリグニン改変イネの作出により単一リグニン芳香核からなる組換えイネの作出を達成する予定であった。しかし、予想外にも標的とした2種類の芳香核水酸化酵素以外の芳香核水酸化酵素が関与するイネ科植物に特有の新規なリグニン生合成経路が存在する可能性が示唆された。一方、次年度に計画していたバイオマスの各種利用特性の評価については、平成28年度以前に得られたリグニン改変イネに対象を限定させて前倒しで着手し、リグニンの構造と各種利用特性の相関に関する新知見を得た。以上のように、当初予期していなかったイネ科植物におけるリグニン生合成機構に関する新知見が得られたこと、リグニン改変イネのバイオマス特性評価を前倒しで取り組んだことから、当初の計画以上に進展していると評価した。

H29年度までに、CAld5Hの発現抑制及び過剰発現によりリグニンのG核及びS核が、またC3'Hの発現抑制によりH核が増強されたリグニンからなる組換えイネの作出に成功している。本年度は、これらのリグニン改変イネについて、各種バイオマスの反応特性及び利用特性の比較評価を行った。その結果、リグニンの各芳香核種の反応性の違いを見出すとともに、H核及びS核の増強が各種前処理法を組み合わせたバイオマス酵素糖化反応の効率向上に、また、H核及びG核の増強がバイオマス発熱量の向上に有効となり得ることを明らかにした。また、H29年度にC3'Hの機能欠損イネを作出し、それらが著しい生育阻害を引き起こすことを報告した。そこでH30年度は、本イネ株の更なる性状解析を行い、C3'Hの機能欠損による組織構造や遺伝子発現パターン、低分子二次代謝物プロファイルへの影響を明らかにした。また、H29年度の研究で見出された、イネ科植物に特有の新規なリグニン生合成経路の存在をさらに裏付ける結果も得られた。平成29年度に得られたOsF5H1およびOsC3H1の機能欠損株の作出と、各種リグニン改変イネのバイオマスの利用特性の調査結果を、学術論文に纏める。さらに、これまでの研究成果から示唆されたイネ科植物に特有の新規なリグニン生合成経路の解明に向けて、研究を実施する。具体的には、イネにおいてリグニンの生合成にOsF5H1およびOsC3H1と冗長的に機能している芳香核水酸化酵素を、共発現解析や酵素機能解析等により探索する予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。