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有機溶媒中での酸化還元・水和反応精密制御による金属複酸化物の低温合成法の開発

種々の金属イオン(異種金属)存在下、有機溶媒中で過マンガン酸塩を還元することにより、溶媒の沸点程度の低い温度で結晶性複酸化物ナノ粒子を合成した。異種金属は構造形成におけるテンプレートとして働いた。系中の水分濃度を変化させることで異種金属の水和状態の制御を試みたところ、生成物の結晶構造をトンネル構造(1D)、層状構造(2D)、スピネル構造(3D)と作り分けることができた。以上より、有機溶媒中での金属種の酸化還元、水和反応が、複酸化物の構造制御に有効であることを明らかとした。有機溶媒中で金属種の酸化還元、水和反応を精密に制御することで、金属複酸化物の低温合成法の確立を目指した。平成24年度は有機溶媒中でのリチウムーマンガンスピネル(Li-Mn-O)の合成条件を検討した。適切な有機溶媒を溶媒兼還元剤として用い、Li塩と微量の水の存在下でMn塩を還元すると、50°Cという低温で、極めて粒径の小さなLi-Mn-Oナノ粒子(粒径3-4 nm)が得られた。このLi-Mn-Oナノ粒子の表面積は約260 m2/gであり、既報における最大の表面積を有していた。Mn塩は酸化還元によりアモルファスMnO2を生成することが良く知られている。そこで、アモルファスMnO2を前駆体として用い、同様の反応によるLi-Mn-Oの形成条件を詳細に調べた。この場合もLi-Mn-Oナノ粒子が生成したことから、本反応系はMnO2の結晶化及びLi+の取り込みに有効であることが明らかとなった。さらに、この反応では水の添加量により水和反応を制御することが重要だった。水を全く用いないとMnO2が結晶化せず、水を一定以上加えるとLi-birnessiteを生成した。水によりMn-O結合が加水分解することで結晶化が促進されたと考えられる。以上より、Mn塩の還元によるアモルファスMnO2の生成と、その還元による結晶化及びLi+の取り込みにより、Li-Mn-Oが生成したことが示唆された。有機溶媒中で還元反応と水和反応の両方を制御することが、Li-Mn-Oの生成に重要であることが明らかとなった。有機溶媒中での金属種の酸化還元反応、水和反応の精密制御に基づく、金属複酸化物の低温合成法を開発した。平成24年度は、有機溶媒中でLi+をテンプレートとし、MnO4-を還元することで、Li-Mnスピネル構造(3D構造)の極めて小さなナノ粒子を合成できることを見出した。さらに、系中の水分量を制御することで層状構造(2D構造)との作り分けを実現した。平成25年度はこの成果を受け、多様な金属種を用いた複酸化物構造の合成を行った。Li+に代え、Mg2+、Co2+、Ni2+、Zn2+等をテンプレートとして用いた。水分量の精密制御により、トンネル構造(1D構造)、スピネル構造(3D構造)の作り分けが可能であることを明らかにした。いずれの金属種を用いた場合でも、溶媒の沸点程度の低温で、極めて小さいナノ粒子の合成が達成され、本手法の低温合成法としての有用性が示された。これらの金属複酸化物の一部は、有機物の酸化反応に高い活性を有することも明らかにした。生成物の相の違いは、水分量によりテンプレートの水和状態が変化するという仮説により説明可能であった。水分量が多い条件では、テンプレートは水和イオンとしての状態を保ちつつ、複酸化物の構造形成に利用されると考えられる。このため、トンネル構造や層状構造といった、比較的広い空間を有する構造を形成したと考えられる。一方、空間の狭いスピネル構造を形成するためには、有機溶媒中でテンプレートを十分に脱水する必要があった。本手法は金属複酸化物の結晶構造を制御するための、汎用的な手法として利用できることが示唆された。以上より、有機溶媒中での金属種の酸化反応、水和反応の制御は、(1)複酸化物の低温合成、(2)極めて小さいナノ粒子の合成、(3)結晶構造の制御の点で優れた方法であることが明らかとなった。平成24年度は、アモルファスMnO2を合成し、これとLi塩との反応によりリチウムーマンガンスピネル(Li-Mn-O)を合成する2段階の合成法を計画していた。この合成法の開発は順調に達成した。加えて、この2段階の反応を1段階で行うことで、合成温度を従来法(70°C)よりも低温である50°Cにまで低下させることができた。さらに、生成物は3-4 nmの極めて小さなナノ粒子であり、Li-Mn-Oにおける最も高い比表面積を更新する結果を得た。従って、当該年度の研究は当初の計画以上に進展したと言える。

25年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度に、適切なMn塩をLi塩存在下、有機溶媒中で還元することで、極めて粒径の小さなLi-Mn-Oスピネルを合成できることを明らかにした。平成25年度はこのスピネルの物性評価を行いつつ、本反応系のMn以外の金属への展開を検討する。これらの結果をそれぞれ取りまとめ、論文及び学会にて報告する。Li-Mn-Oスピネルナノ粒子の電気化学的物性を調べ、リチウムイオン電池の正極材料の有用性を評価する。ナノ粒子化により充放電レート特性の著しい向上が期待できるため、これを重点的に調査する。有機溶媒中での酸化還元反応の制御、水和反応の抑制をコンセプトとし、Co, Fe, Ni等の遷移金属を用いた複酸化物の合成を検討する。これらの遷移金属種はスピネル型複酸化物の代表的な構成元素であり、さらには層状岩塩型構造等の異なる結晶構造を形成する可能性もある。期待されるスピネル型複酸化物や層状岩塩型複酸化物は磁性体、導電体、触媒、電極材料等として有用である。さらに、CoやNiといった元素では酸化反応による構造制御の有効性も検討する25年度が最終年度であるため、記入しない。
テストの品質管理に資するテスト問題作成支援システムの開発

本研究の目的は,「1.問題修正の効果を検証したアイテムバンクの構築」「2.問題作成ガイドラインの普及・浸透」「3.テストの品質管理に資するテスト問題作成支援システムの開発」の3点である。研究2年目の2018年度は,2番目の目的である「2.問題作成ガイドラインの普及・浸透」を中心に研究を進めた。問題作成ガイドラインで挙げられている注意点は,汎用性を高めるため,一般的な表現となっている。それゆえ,実際にどのように問題を作成するのが良いかが作題者に伝わりにくい場合がある。そこで,前年度に整備したデータベースに収蔵されている項目等を利用して,各注意点に対応する項目修正の具体例を作成し,修正のポイントを説明するコメントも添えて公開した。その際,より多くのテスト作成者に理解しやすいものとなるように,多様な教科科目の問題例を提示するようにした。また,実際に大規模テストで出題された問題について,問題作成ガイドラインに沿った修正の例も提示した。今年度はまた,教員研修の講師として,学校における評価について解説と演習を行う場を与えて頂いたことにより,実際にテストを作成し評価を行う教員の方々に,テストの目的・種類・方法,テスト文化,問題作成ガイドライン,テスト仕様等について説明することも行った。本年度までに作成した項目データベース及び修正例には,その修正の効果を示すデータまでは載せることができていない。そこで,本年度後半には,問題修正の効果を検証するための調査を計画し,問題の作成,問題冊子の編集作業を行った。「1.問題修正の効果を検証したアイテムバンクの構築」について,項目の修正例を多数作成し公開することはできたものの,効果検証のためのデータ収集作業に遅れが生じている。これは,テスト作成者へのインタビューにおいて,まずはなるべくたくさんの具体例を提示してほしいという要望があり,それに沿って予定より多くの問題を公開したことによる。そのため,データ収集のために必要な問題を新たに作成する作業が必要となり,進行に遅れが生じた。それでも,年度末にはほぼ冊子原稿を完成させているので,2019年度初頭には調査を実施できる見込みである。「3.テストの品質管理に資するテスト問題作成支援システムの開発」について,Webサイトの整備,問題作成ガイドラインに沿った問題修正例の提示などの作業は順調に進行したが,データ収集の遅れと連動して,項目分析の具体例の提示にやや遅れが生じている。しかしこれも,2019年度初頭に調査が見込まれることにより,早期に分析例を提示することができると考えられる。今年度は,多様な教科科目の問題を用いて,問題作成ガイドラインに沿った問題修正の例を提示したが,効果を表すデータを載せるまでには至らなかったため,次年度においては,実際にテストを実施して解答データを収集・分析し,問題修正の効果を示す項目特性値を項目データベースに加えることを目指す。「2.問題作成ガイドラインの普及・浸透」については,日本テスト学会において,学校教員等を主な対象とした,テストの作成や活用に関する公開シンポジウムを開催することを計画している。「3.テストの品質管理に資するテスト問題作成支援システムの開発」については,項目分析の方法や知識だけでなく,実際に項目分析を行うソフトウエアを作成し,学校等におけるテスト作成者,実施者自身が項目分析を行える環境を提供することを目指す。1のアイテムバンクの構築については,約400問の項目について,問題作成ガイドラインを参照する前の設問と,問題作成ガイドラインを参照して修正を行った設問を収集し,教科,科目,単元,設問,選択枝,正答,修正された設問,修正された選択枝,参照ガイドライン内容等からなる設問データベースを整備した。計画当初は算数・数学の問題のデータベースをまず構築することを考えていたが,研究に協力して頂いたアイテムライターの属性が多岐に渡ったため,国語,歴史,物理,化学,生物,英語等の科目の問題についても項目を収集し,データベース化を行った。2の問題作成ガイドラインの普及・浸透については,ガイドラインの概要をホームページ上で紹介するとともに,日本のテスト文化について論じた文献を著すなどして,問題作成ガイドラインの普及・浸透を行った。また,テスト問題作成に関するセミナーの講師として,テスト問題作成ガイドライン,項目分析の方法について解説を行った。3のテスト問題作成支援システムの開発については,まず研究成果を公表するウェブサイトを開設した。そして,テスト理論や項目分析の基礎について解説し,情報を得たい者が,項目分析法について学ぶ環境を整えた。「1.問題修正の効果を検証したアイテムバンクの構築」について,当初計画では,,算数・数学領域における問題の収集,ガイドラインに沿った修正,テストデータの収集を予定していた。このうち,問題の収集と修正については,算数・数学領域に留まらず,他の領域についても実施した。一方,テストデータの収集については,当該年度中には収集には至らなかった。これは,予定以上に多量の項目が収集されたことによるものであり,拙速な調査を回避したためである。問題の修正作業自体は順調に進行している。「2.問題作成ガイドラインの普及・浸透」「3.テストの品質管理に資するテスト問題作成支援システムの開発」については当初,ウェブサイトの開設,問題作成ガイドラインの紹介,項目分析法の紹介などを計画しており,それらは予定通り実施された。以上から,本年度の進捗状況としては,おおむね順調に進呈している。本研究の目的は,「1.問題修正の効果を検証したアイテムバンクの構築」

「2.問題作成ガイドラインの普及・浸透」「3.テストの品質管理に資するテスト問題作成支援システムの開発」の3点である。研究2年目の2018年度は,2番目の目的である「2.問題作成ガイドラインの普及・浸透」を中心に研究を進めた。問題作成ガイドラインで挙げられている注意点は,汎用性を高めるため,一般的な表現となっている。それゆえ,実際にどのように問題を作成するのが良いかが作題者に伝わりにくい場合がある。そこで,前年度に整備したデータベースに収蔵されている項目等を利用して,各注意点に対応する項目修正の具体例を作成し,修正のポイントを説明するコメントも添えて公開した。その際,より多くのテスト作成者に理解しやすいものとなるように,多様な教科科目の問題例を提示するようにした。また,実際に大規模テストで出題された問題について,問題作成ガイドラインに沿った修正の例も提示した。今年度はまた,教員研修の講師として,学校における評価について解説と演習を行う場を与えて頂いたことにより,実際にテストを作成し評価を行う教員の方々に,テストの目的・種類・方法,テスト文化,問題作成ガイドライン,テスト仕様等について説明することも行った。本年度までに作成した項目データベース及び修正例には,その修正の効果を示すデータまでは載せることができていない。そこで,本年度後半には,問題修正の効果を検証するための調査を計画し,問題の作成,問題冊子の編集作業を行った。「1.問題修正の効果を検証したアイテムバンクの構築」について,項目の修正例を多数作成し公開することはできたものの,効果検証のためのデータ収集作業に遅れが生じている。これは,テスト作成者へのインタビューにおいて,まずはなるべくたくさんの具体例を提示してほしいという要望があり,それに沿って予定より多くの問題を公開したことによる。そのため,データ収集のために必要な問題を新たに作成する作業が必要となり,進行に遅れが生じた。それでも,年度末にはほぼ冊子原稿を完成させているので,2019年度初頭には調査を実施できる見込みである。「3.テストの品質管理に資するテスト問題作成支援システムの開発」について,Webサイトの整備,問題作成ガイドラインに沿った問題修正例の提示などの作業は順調に進行したが,データ収集の遅れと連動して,項目分析の具体例の提示にやや遅れが生じている。しかしこれも,2019年度初頭に調査が見込まれることにより,早期に分析例を提示することができると考えられる。初年度において,当初予定よりも多量のテスト項目を,多数の領域に渡った収集することができたため,次年度においては,「1.問題修正の効果を検証したアイテムバンクの構築」については,ガイドラインに沿った問題の修正作業を進めるとともに,テスト冊子の編集,調査の実施に向けた準備を進める。
リザバー計算から捉えるヒト脳振動現象の普遍性と個別性

2018年度では、多チャネル脳波として計測したヒト脳ダイナミクスについて、チャネル間の脳波位相同期行列に対してCichockiや甘利が提案したlog-detダイバージェンスを用いた行列間距離を導入し、その距離に基づく多様体学習(ISOMAPやt-分布確率近傍埋め込みなど)によって、ヒト脳振動集団を低次元空間で可視化する方法を提案した。そして、この提案手法を理化学研究所・北城チームで実験・計測した100名の脳波時系列データ(63チャネル、安静閉眼時脳波)に対して適用し、個人個人の脳波特性の違いを教師なし学習でかつ低次元空間上の配置として同定することができた。また、公開されている統合失調症患者と健常者の脳波時系列データ(14名、19チャネル、安静閉眼時脳波)に対しても提案手法を適用した。その結果、ガンマ波帯域での位相同期を用いた場合に比べて、シータ波帯域の位相同期でのlog-detダイバージェンスに基づく距離を用いた場合、個人の識別性は下がるものの、統合失調症患者と健常者との脳波ダイナミクスの定性的な違いが低次元空間内の配置の隔たりとして可視化することができた。位相同期の他にも、パワースペクトル密度間の板倉ー斎藤ダイバージェンスに基づく多様体学習を適用した研究も進め、国際会議でのプロシーディング論文を含む口頭発表などを行なった。現在、さらなる解析(他の多様体学習の比較など)を進めると共に上記の結果の妥当性について検証を進めている。また、原著論文の執筆作業を行なっている。本課題のテーマである「ヒト脳振動の普遍性と個別性」については、位相同期行列に対するlog-detダイバージェンスと多様体学習を組み合わせた方法を提案し実際の脳波時系列データに適用して有望な結果を導くことが出来た。現在、結果を整理して論文を執筆中であり、順調に進んでいる。しかし、リザバー計算による脳波時系列データのモデリングに関しては進捗が少ない面もあった。2019年度では、2018年度の研究で進捗のあったlog-detダイバージェンスに基づく行列間距離の導入とその位相同期行列への適用による脳波に内在するヒトの個別性の解析について、汎化性やより定量的な解析等を更に進めて本論文としてまとめる。研究協力者の北城圭一氏と共同で進めている200名規模の健常被験者データ、および公開されている統合失調症患者の脳波データ等複数のラボで計測されたデータ間の統一的比較を行うことで、ヒト脳振動現象の背後にある普遍性と個別性を解明する。また、脳波レベルの神経活動を定量的に再現するリザバー計算モデルについての研究については2018年度は進展が少なかったので、研究協力者の赤穂昭太郎氏と加藤秀行氏と連携して遅れを取り戻す。
新規嫌気性プロセスを用いた窒素を含有する有機性排水の処理

本年度では化工産業によく使われた窒素含有の分解し難い有機物の一つ、ジメチルホルムアミドと(通称DMF)というものメタン発酵処理に関わる研究を続いて行った。去年の結果によりDMFの嫌気性分解の可能性を証明し、新規AnMBRとUASBによるDMF排水のメタン発酵を実現した。本研究の原水は特定的な産業から高濃度DMF排水を参照し、栄養塩を投入して人工的に混合した原水である。嫌気性汚泥と好気性活性汚泥を混ぜた混合汚泥を種汚泥として高濃度のDMFや毒性に順応し、メタン発酵能力すぐ得られた。それから馴致した汚泥を用いてAnMBRとUASBの長期連続運転を行った。運転期間で有機負荷を段階的に増加し、最優な水力学的滞留時間を確定した。これから種汚泥をフラスコに接種し、長期回分実験を行い、嫌気性分解のメカニズムを検証した。後に様々な影響要因を考察し、最優な成長条件を決定する。その結果を用いて連続運転の最適な初期条件を決定できる。最適な運転条件を採用し、300日以上の長期連続運転の特性について考察を行った。リアクターを用いて連続運転のパフォーマンスとシステムの安定性を考察し、今までの研究結果によりSCI論文を6篇書いて本分野においた権威的なWater Research(IF=7.051)とBioresource Technology(IF=5.807)およびScience of The Total Environment(IF=4.610)という学会誌に掲載された。リアクターによる長期連続実験の新たな結果により、もう2篇の論文を執筆し、これから投稿しておく。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の原水は特定的な産業からDMF排水を参照し、栄養塩を投入して人工的に混合したものである。嫌気性汚泥と好気性活性汚泥を混ぜた混合汚泥を種汚泥として高濃度のDMFや毒性に順応し、メタン発酵能力すぐが得られた。それからAnMBRの有機負荷を段階的に増加し、最優な水力学的滞留時間を確定した。最適な運転条件を採用し、200日以上の長期連続運転の特性について考察を行った。AnMBRとCARの特性を探究し、その組み合わせたシステムが互いに協力することを試験する。有機汚染物を分解するため前段としてAnMBRの有機物除去効果及びメタン発生量を考察し、またアンモニアを無害化するため後段としてCARの脱窒性能を検討する。長期実験結果を得れば、実際の最適運転条件及びエネルギー再生能力を求め、全システムの実用性と安定性が確認できる。本年度では化工産業によく使われた窒素含有の分解し難い有機物の一つ、ジメチルホルムアミドと(通称DMF)というものメタン発酵処理に関わる研究を行った。我々はDMFの嫌気性分解の可能性を検討し、新規AnMBRによるDMF排水のメタン発酵を実現した。長期回分実験により、DMFの嫌気性分解のメカニズムおよびDMFを分解できる機能的な微生物を解析し、今までの研究結果は本分野にいちばん権威的なWater Research(IF=6.942)という学会誌に掲載された。リアクターによる長期連続実験の結果もう2篇の論文を執筆し、これから投稿しておく。

リアクターを用いて連続運転のパフォーマンスとシステムの安定性を考察し、今までの研究結果によりSCI論文を6篇書いて本分野においた権威的なWater Research(IF=7.051)とBioresource Technology(IF=5.807)およびScience of The Total Environment(IF=4.610)という学会誌に掲載された。リアクターによる長期連続実験の新たな結果により、もう2篇の論文を執筆し、これから投稿しておく。これ以上運転条件が人為的に変化すれば、全システムの応対能力を評価して行う。これから本研究には反応槽内で起こる現象を詳細に把握するため、異なる微生物種類の存在を明らかにすることが重要である。各条件における微生物の群集変化についてQ-PCR・FISH・高スループットなどの分子生物学的手法を用いてメタン生成古細菌と加水分解細菌の群集構造を解析し、具体的な機能を検証する。各運転段階で得られたデータに基づいて、数式化・モデル化による実証を行い、実用化に向けて安定したメタン生産を提案する。ここまでの研究成果により経済性と環境負荷を定量化するために、新規有機性排水処理プロセスについてLCA評価を行う。これより検証された例として環境負荷低減・エネルギー回収を同時に実現できる廃棄物処理施設へは提案できる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
微視機構の操作に立脚した薄膜付着強度の尺度の確立と評価法の構築

1.基板上に発生する核に着目した気相合成ダイヤモンド薄膜の付着強度評価について検討を行うため、電子顕微鏡内において破壊試験を実行し、単独核の基盤への付着力を評価することに成功した。2.ダイヤモンド薄膜に対して斜めに入射させた超音波の透過特性を計測し、付着状態との関連の検討を行った。実験値と理論計算値を比較することにより、界面におけるせん断応力の伝達特性の違いが透過率に影響を与えることが明確となり、斜入射超音波透過特性を計測する本手法が1に示した核に基づく薄膜の付着状態を定量的に評価するものであることを検証した。3.ダイヤモンド薄膜に対し、ビッカーズ圧子を押し込むことによるはく離破壊試験を行い、押し込み時の荷重-変位曲線より得られる散逸エルネギから基板の塑性変形に要したエネルギを除去し、薄膜のはく離進展に伴って解放されたエネルギを実験的に算出した。この結果から、複数の核により基板に付着する薄膜の付着強度をビッカーズ試験により定量評価する手順の検討を行った。4.3に記した破壊試験から得られた薄膜の付着強度を、2で行った斜入射超音波透過特性に基づく付着状態の評価結果と比較し、核の微視付着力に準拠した薄膜の付着強度を非破壊定量評価する手法について検討した。さらに化学結合の電子軌道状態を取り扱う第一原理分子動力学を新たに導入して、先に提案した単独核の基板との結合のモデルを改良し、基板表面の点欠陥においてのみダイヤモンドが基板と共有結合し、これ以外では結合しないことを確認して、界面での超音波透過特性との関連についての検討を行った。本研究は,真の薄膜付着強度の尺度を定義し,同時に超音波を用いた薄膜付着強度の定量的非破壊評価手法を確立することを目的とするものである。本年度は,以下の項目に関する研究を行った。1.微視機構の操作による薄膜付着強度の尺度の検討プラズマ気相合成法による基板上へのダイヤモンド形成を行い,電子顕微鏡を用いて核発生・成長プロセスの解析を行った。これにより基板上に孤独に発生した核が成長し互いに連結して膜になる過程を確認するとともに,新たに電子顕微鏡内において単独核の破壊試験を行うことにより,核の基盤への付着力を評価することに成功した。また同時に,異なる基盤の処理方法による核発生密度の変化を把握し,薄膜の付着強度の尺度を複数核の基盤への付着力に準拠したものとして明確化するための検討を行った。2.斜入射超音波透過特性に関する実験・理論ダイヤモンド薄膜と窒化ケイ素基板からなる試験片を用いて,斜めに入射させた超音波の透過波形の計測を行った。得られた波形を用いて周波数解析を行った結果,探触子の中心周波数付近での透過率の極大値は,付着状態が良くなるに従い増加することがわかった。次にこの結果を踏まえ,薄膜と基板の界面における境界条件として,せん断応力の連続性を仮定した場合とせん断応力を零とした場合の二つの理論モデルにおける透過率の計算を行った。実験値と計算値を比較することにより,界面におけるせん断応力の伝達特性の違いが中心周波数付近の透過率の極大値に影響を与えることが明確となり,斜入射超音波透過特性を計測する本手法が,薄膜の付着状態を定量的に評価するものであることを検証した。本研究は,薄膜付着の微視機構の把握に基づいて真の付着強度の尺度を定義し,同時に薄膜付着強度の定量的評価のための学術的基礎を確立することを目的とするものである。本年度は昨年度の研究成果を踏まえ,以下の項目に関する研究を行った。1.簡易破壊試験と本尺度との関係の検討プラズマ気相合成法により基板上に作製した既知の核発生密度を有するダイヤモンド薄幕に対し,ビッカース圧子を押込むことによるはく離破壊試験を行った。

押込み時の荷重一変位曲線より得られる散逸エネルギから基板の塑性変形に要したエネルギを除去し,薄膜のはく離進展に伴って解放されたエネルギを実験的に算出した。この結果と昨年度に実施した単独核の破壊試験の結果とを比較し,複数の核により基板に付着する薄膜の付着強度を,ビッカース試験により定量的に評価する手順の検討を行った。2.破壊試験との比較による定量的非破壊評価の検証と確立上記破壊試験から得られた薄膜の付着強度を,昨年度に実施した斜入射超音波透過特性に基づく付着状態の評価結果と比較し,核の微視付着力に準拠した薄幕の付着強度を非破壊定量評価する手法の検討を行った。さらに,化学結合の電子軌道状態を取り扱う第一原理分子動力学を新たに導入して,先に提案した単独核の基板と結合のモデルを発展させ,基板表面の点欠陥においてのみダイヤモンドが基板と共有結合し,これ以外では結合しないことを確認して界面での超音波透過特性との関連を調査し,本研究で提案する評価原理の検証を行った。
Neurofibromatosis type 1(NF1)遺伝子の機能解析

NF1(神経線維腫症1型)タンパク質は出芽酵母のRASの負制御遺伝子IRA1,IRA2産物とホモロジ-を示し、その〓度はGAP(ras GTPase Activity Protein)に対するよりも高いことが判っている。酵母のIRA1あるいはIRA2遺伝子の変異株では、増殖制御が異常となり、熱ショック感受性をはじめ、様々な表現型を示す。NF1遺伝子のcDNAを酵母発現ベクタ-に連結し、ira変異株で発現させたところ、ira1,ira2両変異株の熱ショック感受性が抑圧された。従って、NF1遺伝子は酵母においても機能することが示された。神倒線維腫症1型がras経路の攪孔により生じることが明らかになったが、その発症のメカニズムをさらに詳細に知るためには、NF1タンパク質の機能ドメインの解析が重要である。NF1は、酵母のIRAタンパク同様3000近いアミノ酸からなる巨大なタンパク質であるが、GAP活性をコ-ドするドメインはその内の約10%に過ぎず、残りのドメインの機能が注目される。最近の、NF1患者から分離した変異NF1遺伝子の解析によると、このGAPドメイン以外のドメインに変異が生じている場合が見出されており、また、我々の結果から、同様の変異がIRA遺伝子に生じると、IRAの機能が欠損することも判っている。従って、GAP活性ドメイン以外のドメインがNF1タンパク質にとって重要な機能を担っているのは明らかである。ira変異株を用い、酵母において変異NF1遺伝子を発現し、その生物活性を評価することができるようになったので、現在その方向で、GAPドメイン以外のドメインの解析を進めている。
書誌学的見地から見た火野葦平文学基礎研究

科研費を受けた期間の主な研究は次のとおりである。1火野葦平の『聊斎志異』改変作品群研究21955年の「アジア諸国会議」と、その会議での火野の役割、インドの差別の実態に対する火野の見解などの研究3国際シンポジウム「戦争の記録と表象ー日本・アジア・ヨーロッパ」を開催し、韓国の研究者3名を招聘し、火野葦平や戦争の問題について活発に議論し研究した。それらの成果は、『戦争の記録と表象ー日本・アジア・ヨーロッパ』(2013年3月、関西大学出版部)、『一九五五年火野葦平「アジア諸国会議」とその周辺』(2014年5月、関西大学出版部)としてまとめられた。本年は、科学研究費を使用し、平成24年9月には、関西大学東西学術研究所と連携して、国際シンポジウム「戦争の記録と表象ー日本・アジア・ヨーロッパー」を、関西大学で開催した。韓国慶尚大学校から3名、国内から4名のゲストスピーカーを招聘し、若手研究者も含め17名の発表者が、戦争の記録と表象の問題を発表し、国際的な交流を深めた。申請者は、火野葦平の兵隊三部作の代表作「土と兵隊」をとりあげ、記録資料である「江南戦記」「従軍手帳」「創作ノート」と作品との関係を論じた。また、同時に関西大学附属図書館で、「戦争の記録と表象ー日本・アジア・ヨーロッパー火野葦平の軌跡展」を開催し、広く市民や学生に火野葦平の記録資料や自筆資料を公開した。本シンポジウムの成果は、2013年3月に『戦争の記録と表象ー日本・アジア・ヨーロッパー』(関西大学出版部)として刊行された。また、図書館での展示図録『戦争の記録と表象ー日本・アジア・ヨーロッパー火野葦平の軌跡展』(2013年3月、関西大学東西学術研究所)として発刊された。さらに、申請者は、1958年に米国務省の招待で火野葦平が訪れた、アメリカについての研究を進めた。特に、米コロンビア大学所蔵の、未発表のキーン氏宛ての火野葦平書簡を取り寄せて、1958年10月のドナルド・キーン氏と火野葦平との交流研究をし、論文としてまとめた。一方、昨年から続けている火野葦平の怪異小説研究をおこなった。第一に、火野葦平の「恋と牡丹」と『葛布』との比較研究をおこない、日本比較文学会関西支部例会にて口頭発表をした。また、火野の河童作品をとりあげ、関西大学東西学術研究所の例会で発表し、漫画家の水木しげるへの影響関係を論じた。最後に、国際芥川龍之介学会で、火野葦平の「女賊の怨霊」をとりあげ、火野文学と芥川龍之介との関係について研究をすすめた。本年度は、火野葦平の戦争文学の一部と、戦後の平和活動、ならびに、火野文学の芥川龍之介受容という観点で研究を推進した。具体的には、火野葦平の戦争文学『広東進軍抄』と『広東作戦従軍手帳』の比較研究をし、2013年の日本近代文学会秋季大会で、発表をおこなった。また、昨年発表した「火野葦平『女賊の怨霊』論ー芥川龍之介との関連からー」の論考をまとめた。さらに、1955年4月5日から10日に、インドのデリーで開催された「アジア諸国会議」について研究をすすめた。火野は、この会議に、日本代表団30数名のうちの1人として、文化問題代表者として参加し、準備委員会発足時から、意義深い提案をした。会議終了後は、火野はインドの芸術や文化遺跡を視察したり、不可触賤民身分とされる人々と対話することによって、身分差別の認識を深め、その不条理を実感し、多くの紀行文や小説を発表した。研究代表者は、「アジア諸国会議」についての本格的な研究は現在まだないが、火野葦平がその会議の詳細を『アジアの旅』という日記に克明に記録しているため、深く研究できると考えた。そこで、火野の残した記録資料を翻刻、吟味することによって、1955年の火野や「アジア諸国会議」参加者の活動をまとめ、研究をおこなった。さらに、会議後の火野のインド見聞記についても考察した。その研究成果は、『1955年「アジア諸国会議」とその周辺ー火野葦平インド紀行ー』(関西大学出版部)として公開することになった。「アジア諸国会議」は、アジア諸国の団結によって行われた民間の会議であった。会議の結果、世界平和の実現のための連帯意識がアジア諸国に芽生え、その精神は、同年に開催されたバンドン会議にも引き継がれることになったと確認できた。火野の戦後の平和活動の一端が研究できたといえる。

本年は、火野葦平について、(1)戦争作家、(2)中国古典文学の受容と影響という二つの観点から調査し、研究を進めた。(1)戦争作家としての火野を解明するにあたって、広東・海南島のフィールド調査をし、未発表の従軍手帳「広東作戦」を翻刻し、関西大学『文学論集』に発表した。それに基づいて、「火野葦平『広東進軍抄』の成立と「従軍手帳」」と題して、2011年10月に関西大学にて開催した国際シンポジウムで口頭発表をし、東アジア諸国の戦争の悲劇について考察し、研究者だけでなく、広く一般市民に研究の成果を公開した。そして、大谷渡編『青春と戦争の惨禍大阪日赤と救護看護婦研究報告集』に論文をまとめた。(2)中国古典文学の受容と影響という観点では、『聊齋志異』の火野文学への影響と改変問題に焦点をあてて、研究した。まず、2011年8月に中国陳西師範大学で開催された中・日・韓国際シンポジウムで、火野葦平の「取りかへばや物語」を発表し、『聊齋志異』の「陸判」の受容と改変を考察し、2012年2月には『文化交渉研究』第5号に論文をまとめた。さらに、『関西大学東西学術研究所60周年記念論文集』に、「妖亀伝」論を執筆し、『聊齋志異』の「申氏」の影響を論じた。また、『聊齋志異』の「五通」、「五通二」をミックスして改変した「淫神」、「画皮」を加筆・改作した「糞尿譚」の研究をおこない、『あしへい』第14号、関西大学『国文学』第96号に発表した。本研究は、未発表の「創作ノート」や「手帳」資料に基づく研究であり、それを公開し、考察したものであるため、新しい知見が得られるという学術的特色がある。H26年度は、1955年4月に、インドのデリーで開催された「アジア諸国会議」の後に火野が訪れた中国での見聞記をもとに研究を行い、2014年8月20日広東外国語大学にて開催された、中国文学研究会において、「一九五五年火野葦平新中国聞記ー広州・武漢・北京を中心としてー」と題して、基調講演をおこなった。1955年当時の、広東、武漢、北京の様子が全く異なることも、研究の中でわかった。全体主義的な方向に進みつつある緊迫した中国の当時の様子が、火野の見聞記から伝わり、それらを含めて発表をおこなった。講演後はは広東地域のフィールド調査をおこない、日中両国の研究者とディスカッションをした。研究が前進し、大変意義深かった。さらに、昨年発表した、火野の芥川龍之介関係の研究をすすめることができた。芥川文学は火野にとってかけがえのないものである。火野文学にとって河童という謎の妖怪は大変重要なモチーフである。火野は、河童小説や童話作品を四十篇以上描いている。その中で、日本各地に伝わる河童の「手」をもとにした、火野の「手」という作品について詳細に研究した。公職追放中に描かれた作品でもあり、戦争に対して、後悔する作者の心理が河童に託されて濃厚に出ていることを考察した。また、火野の「手」という作品をもとに描いた、水木しげる「河童の手」という作品についても考察し、火野の「手」と水木の「河童の手」を比較対照し、それぞれの作家の独自性や特色を論じた。日本近代文学本年は、科学研究費を使用し、平成24年9月には、関西大学東西学術研究所と連携して、国際シンポジウム「戦争の記録と表象ー日本・アジア・ヨーロッパー」を、関西大学で開催し、『戦争の記録と表象ー日本・アジア・ヨーロッパー』(関西大学出版部)、展示図録『戦争の記録と表象ー日本・アジア・ヨーロッパー火野葦平の軌跡展』(関西大学東西学術研究所)を刊行し、広く国内外に研究の成果を発信するとともに、戦争の問題を共有し、交流を深めることができた。さらに、火野葦平とアメリカの研究、火野の河童小説群の研究にも着手することができた。
生体反応の量子ハイブリッド分子動力学シミュレーション

本研究では,生物機能に不可欠な役割を果たしている重要な生体高分子に対して,ハイブリッドQM/MM分子動力学計算などを適用し,生体反応の機構を理論的に解析することによって,以下の成果を得た。すなわち,リボザイムにタンパク質が直接関与することによって酵素反応が生じる「ハイブリッド触媒」の発見,リパーゼの活性部位における新規のタンパク質・機能構造単位(Na電子の結合によるの発見,タンパク質内・物質輸送のための逆止弁(世界最小サイズのバルブ)の発見,シトクローム酸化酵素(Cuサイト)における電子移動機構の解析と従来の実験結果にみられた矛盾の解決など,重要な成果を得た。本年度は,以下の2点において極めて重要な研究成果を得た。(1)生体内に多量に存在する金属カチオンであるNa+やK+などは,芳香環を有するアミノ酸とカチオン-π相互作用を形成し,タンパク質構造やドラッグ(タミフルや抗アルツハイマ薬など)との相互作用等に重要であることが知られている。本研究では,T1リパーゼの結晶構造(2008年)を用いて,活性部位のPhe残基近傍に見られる球状の電子密度がNa+によるものであることを理論的に示し,Phe側鎖とNa+とがカチオン-π相互作用を形成していることを示した。これは,CCSD(T)による極めて高精度なQM計算を実行した後,カチオン-π結合の古典場におけるエネルギ関数を新たに導出し,これを用いてMD計算を実行することにより導かれた結果である。現在,国際的にみても唯一の計算法であり,さらにカチオン-π結合の生物機能を詳細に解明した最初の例でもある。(2)現在,最先端の解析手法のひとつであるQM/MM-MD計算を駆使して,アミノアシルtRNA合成酵素(aaRS)によるエディティング反応の機構を詳細に解明した。その結果この反応は,aaRSによる反応ではなく,驚いたことにtRNA側が反応を駆動していることがわかった。すなわちこれは「リボザイム」である。しかしtRNAが単独ですべてを行うわけではなく,同時にaaRSが遷移状態のエネルギを低下させることもわかった。よってこれは,リボザイムとタンパク質が共同で作用する「ハイブリッド触媒」であり,これまでのタンパク質酵素やRNA酵素に続く「第3の酵素」の発見を意味するものである(DNA触媒は試験管内のみの反応で生物機能は無く,よって生体触媒=酵素とはいえない)。しかもこの反応はaaRSのみならず,リボソーム(本年度ノーベル化学賞)においても見られ,生体システムにおいて広く用いられていることも明らかになった。本年度のこれらふたつの成果はいずれも,関連領域専門誌の中でトップジャーナル(full paper)である米国化学会誌(JACS)に掲載された。昨年度において,アミノアシルtRNA合成酵素(aaRS)によるエディティング反応が,リボザイム/タンパク質・ハイブリッド触媒によるものであることを初めて明らかにした。これは主として,aaRSファミリのロイシルtRNA合成酵素(LeuRS)を元にした解析結果であったが,Val/Ileなどの他のaaRSやリボソームにおいても成立つことを予測した。本年度は,こうしたLeu以外の系におけるエディティング反応などの機構を解明することを目指して,その精密な立体構造モデルの構築を行った。ValRSにおいては,tRNA_Valとの複合体の結晶構造において,CP1ドメイン部分の精度が低い(フレキシビリティによると考えられる)。そこで,CP1ドメイン単体の結晶構造(精度がはるかに高い)を組み合わせて用いることにより,CP1ドメインを含めたValRS-tRNA_Val複合体全体の精密な立体構造の構築を行った。本年度はこれらの系の立体構造モデルを精密に構築し,特徴的な構造要因(Arg 4個のパッチ構造)の安定化機構などを見出した。さらに,活性部位近傍のプロトン位置を正確に決定し,酵素触媒反応の正しいメカニズムを導くための準備が完了した。これらの解析は,古典場におけるMD計算とQM/MM MD計算とをフィードバックしながら丹念に解析することにより初めて得られた結果であり,精密な反応機構を得るために不可欠である。本年度はさらに,この高精度な立体構造を用いて,ハイブリッドQM/MM MD計算を開始するに至った(ValRS)。Ileの系においても同様な精密化を進めているが,他の系と異なりtRNA_Ile末端(A76)の03'に結合したアミノ酸の加水分解反応を解析する必要があることから,独自のドッキングシミュレーション(FSDD)により,(誤った)アミノ酸を付加した立体構造モデルの構築を進めた。さらに本年度は,リボソームの水和モデルの構築を開始し,タンパク質生合成過程の酵素反応機構の解明を目指した準備を進めている。これらは来年度におけるハイブリッドQM/MM MD計算の対象となる理論モデルの構築である。本年度は,アミノアシルtRNA合成酵素(aaRS)によるエディティング反応について,Leu以外の系でもハイブリッドQM/MM MD計算を完了した。その結果,Leuと類縁のValの系では,従来予想されていた反応機構とは全く異なる結論が導かれた。

従来の生化学実験によれば,活性部位近傍のAsp残基(求核剤として水分子を活性化すると推測された)を変換したValRSの変異体においても,そのエディティング活性が十分に維持されることが明らかになっていた。ところが上述の理論解析によれば,逆にそのAsp残基が水分子の活性化に重要であるとする結果を得た。これは一見,計算結果が実験結果と根本的に矛盾している。そこでさらに,先のAsp残基の変異体に対しても新たにハイブリッドQM/MM MD計算を実行し,その反応機構を解析したところ,同変異体ではAsp残基の代わりに,tRNAが重要な役割を有することが分かった。これは,Leuの系で我々が初めて見出したハイブリッド触媒(21年度)と同等の機構である。これにより,先の生化学実験との矛盾を合理的に説明することが可能となると共に,通常のタンパク質触媒とハイブリッド触媒とが,わずか1残基の変異によって変換し得ることも分かった。この結果はaaRSの分子進化においても非常に重要な意味を有する。またaa蛤と同様に翻訳において重要な機能を有するGatCABについて,反応基質のタンパク質内輸送機構の解析を完了し,一方向性の基質分子の流れを創り出すバルブ機構を初めて見出した。またシトクローム酸化酵素では,その電子移動の機構を解析し,CuAサイトにおけるMet残基の役割を初めて詳細に明らかにした。これにより,従来はCuAサイトに関する実験結果に矛盾が見られたが,本研究によりその合理的な説明が与えられた。このように本研究を通して,生命機能に不可欠な幾つかの生体高分子系で,立体構造と電子構造のダイナミクスのレベルにおいてそれらの機能メカニズムが初めて詳細に明らになってきた。
時空間データのブートストラップ法と経験尤度法の理論的展開

不規則に観測される時系列データや大規模に観測される時系列データに対する統計解析が重要になってきている。これらの時系列データに対する統計解析に関する基礎理論を整備し、時系列データのパラメーター推測問題、欠損値を含む時系列のモデリングとその欠損に関する検定論および高次元時系列の共分散行列の構造分析について研究した。(1)不規則観測時系列データに対し、乖離度という観点に着目した母数的解析を展開した。とくに新たに提案した乖離度はLp空間における予測誤差を最小化するものである。本乖離度に基づく推定関数は、調和可能安定過程を周波数領域で解析するときに自然に導かれることを明らかにした。これらの研究結果を日本数学会統計数学分科会の特別講演で報告した。また調和可能安定過程の頑健性をもつ予測法や補間法について研究し、論文にまとめた。さらに、対称安定過程を含む時系列データに対する統計的解析方法を整理した。とくに周波数領域を中心に近年で考案されている経験尤度法や分位点法の利用や変化点検出問題への適用等を著書にまとめた。(2)欠損値を含む時系列の統計解析においては一般化線形ARMAモデルという定常性を必要としない定式化を行った。欠損の特徴に対する検定論ではラオ検定を提案した。このモデリングにおいても検定統計量がウィルクス現象の枠組みに入ることを確認し、数値解析を行った。数値シミュレーションでは、ケンモア・スクエアの一酸化炭素記録の欠損がその一日前のデータに依存しているという面白い結果を得ている。(3)高次元時系列データの枠組みで球面性検定の統計的理論を展開した。通常の検定統計量を時系列データに適用する際、漸近分散がモデル依存であることが判明し、独立同分布を仮定して検定を行うと大きな問題となる。この問題に対するブートストラップ法を検討している。また関連する研究結果については論文や研究発表を行った。本年度では、安定過程を含めた時系列の統計解析を総合的にまとめることができた。不規則観測時系列で提案した乖離度を調和可能安定過程の予測問題に結びつけたことから、時系列データに対するパラメーター推測問題をより俯瞰的に展開することが出来た。これに加えて高次元時系列データ解析も諸方面から展開し、理論的成果を得ており、充実しつつある。関連研究成果も著書や論文の形でまとめることが出来ていることから、研究計画は順調に進展している。当初の研究実施計画の通りに研究を推進する予定である。欠損値を含む時系列と局所定常時系列の関連性が明らかになりつつあるので総合的に展開していきたい。また局所定常時系列や高次元時系列に対するリサンプリング法の定式化を行ったので、その理論的研究を計画通りに完成していく。また理論面のみならず、経済・金融・遺伝子等の分野へ手法の適用や連携を深めていく予定である。情報管理・処理技術の向上により、時系列データに対する統計解析の重要性がますます増してきている。本年度では、時系列データの統計解析に関する基礎的な部分の枠組みに対し、昨今のデータの示す諸様相に対する総合的な見直しや構築について研究を進めた。主な研究成果は以下である:(1)時系列データの規模が大きくなると、これまでの等間隔観測という統計解析の基本条件を満たさない。このような不規則時系列データに対し、母数的解析の枠組みで頑健性をもつ統計的解析手法を提案し、論文誌で掲載された。(2)一方で、不規則観測の影響を受けると、定常時系列のもつスペクトル密度は真のスペクトル密度から変化することがわかる。そのため、非母数的な手法として、スペクトル密度の分位点に対する統計的解析手法を提案し、これまでの統計手法と異なる様相についても論文で論じた。(3)大規模時系列データの観測に伴い、観測ベクトルの次元が大きくなることは往々にしてある。この枠組みでは、古くから利用される判別分析の手法よりもすぐれた手法が開発されつつある。このような状況の下、高次元に観測される時系列データに対し、最も良い判別分析結果を与える数学的な条件を、分布・次元・修正量などの諸条件を場合分けして、細かく分析・定式化した。この研究成果は論文誌で掲載された。(4)経済・金融の分野では現代ポートフォリオ理論が有名である。この理論では分散投資の有効性を示唆する。一方で、これは統計学の球面性検定に対応する。しかし、時系列データに対する球面性検定の理論は皆無であった。そこで、高次元時系列データの枠組みで球面性検定の統計的理論を展開した。この手法の有効性は数値実験で実証され、30組の高次元ポートフォリオに対する計算結果も論文で示した。上記の結果以外でも、時系列データの変化点問題に対する手法やブートストラップ法・経験尤度法の提案を行った。初年度では時系列データに対するブートストラップ法や経験尤度法の布石としてこれまでの時系列解析手法の総合的研究を目指したが、望外の成果として、昨今のデータの示す諸様相に合わせた統計的データ解析に関する手法提案や理論展開に成功したことである。それに合わせて、ブートストラップ法や経験尤度法の諸結果もまとめつつある。以上のことから、研究計画は順調に進展している。

(1)不規則観測時系列データに対し、乖離度という観点に着目した母数的解析を展開した。とくに新たに提案した乖離度はLp空間における予測誤差を最小化するものである。本乖離度に基づく推定関数は、調和可能安定過程を周波数領域で解析するときに自然に導かれることを明らかにした。これらの研究結果を日本数学会統計数学分科会の特別講演で報告した。また調和可能安定過程の頑健性をもつ予測法や補間法について研究し、論文にまとめた。さらに、対称安定過程を含む時系列データに対する統計的解析方法を整理した。とくに周波数領域を中心に近年で考案されている経験尤度法や分位点法の利用や変化点検出問題への適用等を著書にまとめた。(2)欠損値を含む時系列の統計解析においては一般化線形ARMAモデルという定常性を必要としない定式化を行った。欠損の特徴に対する検定論ではラオ検定を提案した。このモデリングにおいても検定統計量がウィルクス現象の枠組みに入ることを確認し、数値解析を行った。数値シミュレーションでは、ケンモア・スクエアの一酸化炭素記録の欠損がその一日前のデータに依存しているという面白い結果を得ている。(3)高次元時系列データの枠組みで球面性検定の統計的理論を展開した。通常の検定統計量を時系列データに適用する際、漸近分散がモデル依存であることが判明し、独立同分布を仮定して検定を行うと大きな問題となる。この問題に対するブートストラップ法を検討している。また関連する研究結果については論文や研究発表を行った。本年度では、安定過程を含めた時系列の統計解析を総合的にまとめることができた。不規則観測時系列で提案した乖離度を調和可能安定過程の予測問題に結びつけたことから、時系列データに対するパラメーター推測問題をより俯瞰的に展開することが出来た。これに加えて高次元時系列データ解析も諸方面から展開し、理論的成果を得ており、充実しつつある。関連研究成果も著書や論文の形でまとめることが出来ていることから、研究計画は順調に進展している。当初の研究実施計画の通りに研究を推進する予定である。とくに不規則時系列と局所時系列の間の関連性はまだはっきりしないので、この問題を中心に研究を進め、より広い枠組みで頑健性のある時系列解析手法の構築を目指す。また、研究実績に合わせてより広い発展を来たすべく、ブートストラップ法や経験尤度法で得られた新しい結果を論文や著書の形でまとめていく予定である。理論面のみならず、経済・金融・遺伝子などの分野へ手法の適用や連携を深めていく予定である。欠損値を含む時系列と局所定常時系列の関連性が明らかになりつつあるので総合的に展開していきたい。また局所定常時系列や高次元時系列に対するリサンプリング法の定式化を行ったので、その理論的研究を計画通りに完成していく。また理論面のみならず、経済・金融・遺伝子等の分野へ手法の適用や連携を深めていく予定である。
葉面電位変化のフーリエ変換スペクトラムを用いた植物の栄養診断法

昨年度は、トマトの葉面から得られた1ヘルツから20ヘルツの葉面電位変化を測定し、窒素欠乏状態のトマトでは14ヘルツの電位が、マグネシウム欠乏の場合には6ヘルツと19ヘルツの電位が大きくなることを、統計的に確認した。これは、一昨年にメロン栽培で観察された事例と合致した。本年度は、ミニトマトを用いて、測定周波数を0.5から40ヘルツに広げたところ、前年までの観測事実のほか、リンの欠乏状態の把握には30ヘルツの電位が有用であることが新たに見出された。これらの結果から、30ヘルツ、13ヘルツ、20ヘルツの電位をそれぞれX、Y、Z軸とした3D空間を考え、種々の養分欠乏ミニトマトから得られた電位データーを、3次元の分布図として表したところ、窒素欠乏ミニトマトから得られたデーターは左手前に、マグネシウム欠乏では奥に、リン欠乏では下方に特徴的に分布することが伺えた。即ち、昨年までは葉面から得られたデーターを多変量解析法によって処理して、統計的に葉面電位変化と作物の養分欠乏を関係づけていたが、本年度の結果によれば、3つの特定周波数(30,13,20ヘルツ)の葉面電位(ミリボルト)を測定すれば、作物の窒素とマグネシウムとリンの養分欠乏の予想をつけられるのである。この、最新の結果は、植物工場学会誌第12巻2号(2000年6月号)に掲載予定である。この研究の進展は、補助金によるところが大であった。心よりお礼申し上げる。葉面電位変化を用いた植物の栄養診断の研究については、一昨年までに窒素やリンの養分欠乏状態にあるメロンが0.65-0.95Hzで特徴的な低周波信号を発していることを見いだしていた。萌芽的研究計画の申請時には、測定周波数範囲を10-20Hzに拡大し、窒素やリンのほか、マグネシウム欠乏症についても葉面電位変化の測定によって診断が可能と統計的に推測されていた。本年度は、供試作物をトマトにかえて1-20Hzの葉面電位変化を測定したところ、窒素欠乏症とマグネシウム欠乏症について上述のメロンと同様な情報が得られた。これを詳細に解析したところ、窒素欠乏においては14Hzと16Hzの電位が、マグネシウム欠乏においては6Hzと19Hzが大きくなることを見いだした。さらに、ミニトマトを用いた実験でも同様な結果が得られたことから、これらの葉面電位変化は植物が養分欠乏を発症した時の共通の信号であることがうかがえた。本年度に解決すべき具体的な課題は2つあった。まず、昼間に圃場で葉面電位変化を測定可能とすることについては、導電性透明フィルムの適用によって解決したが、ノイズの多い昼間よりも夜間のほうがより良い情報が得られるとの結論に達している。また、作物体の測定部位の選定については、大まかで良いことを確認している。以上の成果は、補助金によって購入した高性能ノートパソコンによって多くのデーターを処理出来たためである。