hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脳死臓器移植における日本のドナー家族の追跡調査～バイオエシックスと医療人類学から

日本におけるドナー家族ケア(脳死からの臓器提供を決断したドナー家族)の現状把握を目的とした文献研究から実態を確認した(学術論文のみならず、日本移植ネットワークの取り組み、行政(各都道府県におけるドナー家族ケアの文献・資料・ネット上での公開情報や啓蒙啓発運動等も含む)。日本の生体移植ドナーの臓器提供前と臓器提供時(臓器摘出手術準備等を含む)及び臓器提供後のケアの実態調査や欧米のドナー家族ケア(脳死からの臓器提供・心停止後の臓器提供・生体ドナーを含む)についても文献研究及び渡米した際、実際にケアを行っている医療機関でドナー家族ケアの実態調査を可能な限り遂行した(ヨーロッパは文献中心・日本と北米(アメリカ・カナダ)はフィールドワーク中心)しかし、調査者が5月に右足剥離骨折をしたため、当初の予定よりも現地調査も国内に力点を置き、海外調査のウェイトは少なめだった。しかし、国内から札幌までインフォーマントが来てくれたり、国内調査は予想以上に深いデータが得られた。(2).日本のドナー家族のインタビュー調査(追跡調査を含む)骨折のため調査範囲を狭め、新しいインフォーマントにアプローチすることよりも、ラポールを築けているインフォーマントの追跡調査に重点をおいて研究を進めた。そのためこれまで協力頂いている(2002年より)ドナー家族の追跡調査から想定外のデータ収集をすることが出きた。また、英文ジャーナル(Wileyのレビューアー)の仕事を通して、自宅での文献調査に重点を置いて調査を進めた。(3).日本におけるドナー家族に関する参与観察第26回全国移植者スポーツ大会で総合司会を務め当事者と接触を図り、ドナー家族ケアの意識調査を行い平成29度の暫定的結論を導き、国際学会ーアメリカ人類学会(2017年11月:ワシントンDC)で研究成果を発表した。1)平成29年度の調査進捗状況進捗状況そのものは、概ね予定通りいっているが、5月に右足剥離骨折のため、8月まで文献調査が中心となったが、調査を進めてゆく上て、想定外の調査結果が予想以上に多かったため、研究目的に沿いながらも、調査の微調整を迫られた。しかしながら、人類学では常に想定外の知見が得られることを想定しながら調査を進めているので、おおむね順調に調査が進んでいる。とわいえ、新しい予期せぬ知見に柔軟に対応する調査計画の微調整にはそれ相当の準備が必要とされる。2)想定外の新たな知見臓器提供に伴うドナー家族ケアの中心はドナー家族に焦点を当てて調査を進める予定であったが、移植医のドナーあるいはドナー家族への関心にはばらつきがあり、触れようとしない肝臓や腎臓の移植医の存在もある一方で、脳死ドナーに依存せざるを得ない心臓移植医のドナーケア(ドナー家族への思い)は非常に高く移植医療そのもの以上にドナー家族へ注がれていた。心臓移植医は非常にドナーへ敬意を払っており、日本の死者への黙祷文化を世界へ広めようという活動は特記すべきことであった。実際、サンフランシスコの某病院では黙祷が臓器摘出の際、行われていた。脳死者の拍動する心臓を自分の手で摘出する心臓移植医のドナーあるいはドナー家族への感謝と敬意に国境はなく、むしろ臓器別の臓器提出への感覚の違いが見受けられた。
細菌に存在するスフィンゴリン脂質の病原因子としての役割

薄層クロマトグラフィーと赤外吸収スペクトルによる分析から、Bacteroides fragilisには2種類のスフィンゴリン脂質が存在することが明らかになった。すなわち、一方は極性基部分がエタノールアミンのセラミドホスホリルエタノールアミン(CPE)であり、他方はグリセロールを極性基として持つセラミドホスホリルグリセロール(CPG)である。Bacteroides属の他の菌種についてもスフィンゴリン脂質の分布を検討してみると、多くの菌種が複数種のスフィンゴリン脂質を持っており、CPEとCPGはB.fragilis、B.ovatus、B.uniformis、B.caccae、B.eggerthii、B.thetaiotaomicron、B.stercorisの7菌種で検出された。また、Bacteroides属と近縁のPrevotellaとPorphyromonasにおいてもCPEとCPGが見いだされた。ラット由来の培養細胞であるPC12細胞にBacteroides fragilisのスフィンゴリン脂質(CPEとCPGの混合物)を10μg/mlの濃度で加えて培養すると、細胞の増殖は著しく抑制され、細胞が死滅していく傾向が認められた。また、PC12細胞はジブチリルサイクリックAMPに反応して顕著な神経突起を形成することが知られているが、本細胞をジブチリルサイクリックAMP存在下で、1μg/mlのBacteroides fragilis由来スフィンゴリン脂質を加えて培養すると、対照のスフィンゴリン脂質無添加の場合に比べ、スフィンゴリン脂質存在下では神経突起の形成が著しく阻害された。これらの実験成績は、Bacteroides fragilisのスフィンゴリン脂質が哺乳類細胞の増殖や分化に影響を及ぼすことが出来ることを強く示しており、本脂質が宿主内で病原因子として機能する可能性を強く示唆するものである。Bacteroides fragilisのスフィンゴリン脂質を分離精製する過程で、本菌種は2種類のスフィンゴリン脂質を有することが明らかになった。すなわち、一方は極性基部分がエタノールアミンのセラミドホスホリルエタノールアミンであり、他方はグリセロールを極性基として持ってるセラミドホスホリルグリセロールである。両者は薄層クロマトグラフィー上で移動度が大きく異なり、分離が可能であった。このような極性基を有するスフィンゴリン脂質は高等生物では知られていないが、細菌では1例だけ報告されている。そこで、Bacteroides属の他の菌種についてもスフィンゴリン脂質の分布を検討してみると、多くの菌種が複数種のスフィンゴリン脂質を持っており、菌種によりその種類は変化した。一方、B.fragilisから分離精製したスフィンゴリン脂質は高等生物のリン脂質と同様に、Montal法によってテフロン隔壁にリン脂質二重層(lipid bilayer)を形成できることが明らかとなった。この脂質二重層の膜物性の重要な指標である電気抵抗や電気容量を電気的測定から求めると、高等生物由来のリン脂質のそれと類似の値が得られた。したがって、B.fragilisのスフィンゴリン脂質も生体膜構成脂質として機能することが強く示唆される。また、マウスの腹腔マクロファージを用いた実験では、B.fragilisのスフィンゴリン脂質がマクロファージの形態変化を誘起することが観察された。マクロファージは感染防御系の細胞として多くの重要な機能を有することが知られているので、この細胞の機能に対するスフィンゴリン脂質の影響をさらに詳細に検討することが必要である。PC12細胞は、通常の培地中での増殖相に加え、神経成長因子やジブチリルサイクリックAMP存在下で培養すると顕著な神経突起を伸張し、神経細胞として分化する。このような特性のため、本細胞は細胞内情報伝達系の研究材料として多くの知見を提供してきた。

そこで本研究では、このような特徴的な細胞活性を有するPC12細胞を用いて、Bacteroides由来スフィンゴリン脂質の影響を検討した。PC12細胞を培養した際のディッシュ上における細胞の増殖像を観察すると、スフィンゴリン脂質を加えない条件下では、基本増殖培地中で活発な増殖がみられ、1mMのジブチリルサイクリックAMP存在下では顕著な神経突起を形成し細胞自体も相互に集合する分化した状態となる。しかしながら、Bacteroides fragilis由来のスフィンゴリン脂質(セラミドホスホリルエタノールアミンとセラミドホスホリルグリセロールの混合物)を10μg/mlの濃度で加えて培養すると、PC12細胞の増殖は著しく抑制され、細胞が死滅していく傾向が認められた。細胞培養液に加えるスフィンゴリン脂質の濃度を1μg/mlまで下げると細胞増殖に対する脂質の影響がほとんど認められなくなるので、次にこの濃度を用いて神経突起形成に対するスフィンゴリン脂質の影響を調べた。PC12細胞をジブチリルサイクリックAMP存在下で、1μg/mlのBacteroides fragilis由来スフィンゴリン脂質を加えて培養すると、対照のスフィンゴリン脂質無添加の場合に比べ、スフィンゴリン脂質存在下では神経突起の形成が著しく阻害された。これらの実験成績は、Bacteroides fragilisのスフィンゴリン脂質が哺乳類細胞の増殖や分化に影響を及ぼすことが出来ることを強く示しており、本脂質が宿主内で病原因子として機能する可能性を強く示唆するものである。
Keap1/Nrf2システムの制御による新たな脳梗塞治療法の開発

Keap1/Nrf2システムと脳梗塞の関係を検討するため、Nrf2システムに影響を与えうる物質であるdimethyl fumarate(DMF)、D-serineのマウス脳梗塞体積への影響を検討した。脳虚血再灌流モデルにおいて、マウスにDMFを再灌流10分後から朝・夕1日2回を4日間胃管から投与したところ、灌流後96時間、168時間共にDMF群において有意な梗塞体積の縮小を認めた。また、D-serine合成酵素であるserine racemase(SRR)ノックアウトマウスでは、脳虚血再灌流モデルにおける再灌流24時間後の梗塞体積が有意に縮小していた。In vitro、in vivoモデルにおいて、脳虚血におけるNrf2の役割を検討した。In vitro実験においては、神経系培養細胞においてNrf2システムを活性化させる刺激を行い、Nrf2の局在の変化、各種グルコース代謝パラメーターの評価等を行った。さらに、in vivoマウス脳虚血モデルにおいて、梗塞体積とNrf2活性の関連を検討している。マウス脳虚血モデルにおいては、外頸動脈より挿入した塞栓糸にて中大脳動脈を閉塞、20ー40分後塞栓糸を取り除き再灌流を行っている。また、近年NMDA toxictyにおいてNrf2システムの関与が報告されているが、今回NMDA受容体のco-agonistであるD-serineのマウス脳梗塞体積への影響を検討した。D-serine合成酵素であるserine racemaseノックアウトマウス(SRR-/-)群とWT群間で、マウス脳虚血モデルにおける再灌流24時間後の梗塞体積を比較したところ、SRR-/-マウスにおいて有意(p<0.05)に縮小していた。また、再灌流後経時的に虚血側大脳半球のD-serine含有量を2次元HPLCにて測定したところ、脳虚血後の組織においてD-serine含有量は20時間程度をピークに上昇を認め、SRR-/-マウスでは、WTに比べ20時間後の虚血巣におけるD-serine量が約10%まで低下していた。この結果より、D-serineはNMDA受容体co-agonistとしてグルタミン酸作動性神経の興奮に不可欠なものの、脳虚血時には神経障害を増悪させると考えられた。本年度はin vivoモデルを用いて脳虚血におけるKeap1/Nrf2システムの役割を検討した。Keap1/Nrf2システムを活性化させるといわれるdimethyl fumarate(DMF)をマウスに投与し、その後suture法による中大脳動脈閉塞再灌流(MCA-O)モデルを作成した。溶媒のみを投与したvehicle群(96時間、168時間)、DMF 30mg/kgを投与したDMF群(96時間:n=7、168時間:n=9)にわけ、梗塞体積を比較した。MCA-Oにおいてはレーザードップラー血流計にて脳血流を測定しながらナイロン糸で作成した塞栓糸を内頸動脈に挿入、ウィリス動脈輪のMCA起始部まで挿入しMCAを閉塞し、20分間留置した後に再灌流した。薬物投与は96時間群、168時間群共に、再灌流10分後から開始として朝・夕1日2回を4日間とし、胃管からの投与とした。DMF投与によりMCA-O+再灌流後96時間、168時間共にDMF群において有意な梗塞体積の縮小を認めた。in vivo脳虚血再灌流モデルにおいてDMF投与により神経保護効果が認められた。DMFの新規脳梗塞治療薬としての可能性がげっ歯類モデルにおいて示された。また、現在DMFの虚血性神経細胞保護のメカニズムの検討を並行して行っている。SDラットから培養したneurons、astroglia、microgliaにおいて虚血負荷、DMF投与によるHO-1上昇効果を検討しており、間もなく結果が得られると思われる。in vivoマウス脳虚血モデルにおいて、dimethyl fumarate(DMF)が神経保護効果をもたらすことを報告したが、その神経保護メカニズムをRT-PCRにより検討した。まずは培養細胞においてDMFがKeap1/Nrf2システムに与える影響を検討した。C57BL/6マウスから培養した細胞(astroglia、microglia、neurons)をDMSOを投与したvehicle群、DMFを投与したDMF群に分け比較した。薬剤投与6時間後にmRNAを抽出し、RT-PCR(ΔΔCT法)でNrf2の下流にあるHO-1の発現の変化を検討した。対照遺伝子としてはglyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase(GAPDH)を使用した。各神経系細胞において、DMF投与によりHO-1の発現が上昇しており、Keap1/Nrf2系の活性化が示された。しかし、実際の脳ではDMFはまずmonomethyl fumarate(MMF)に代謝され、それが血液脳関門を通過し脳に直接作用するといわれている。そのため、MMFでKeap1/Nrf2系の活性化が起こるかどうかも検討する必要がある。現在各神経系細胞の上清にMMFを添加しHO-1の発現を検討している。またMCAOによる脳虚血後の組織を抽出し、in vivoでのHo-1発現の検討を行っている。Nrf2ノックアウトマウスが実験に使用できるようになり、現在MCAOを施行しNrf2マウスでDMFの効果が認められるか検討を行っている。

脳虚血再灌流モデルにおいて、マウスにDMFを再灌流10分後から朝・夕1日2回を4日間胃管から投与したところ、灌流後96時間、168時間共にDMF群において有意な梗塞体積の縮小を認めた。また、D-serine合成酵素であるserine racemase(SRR)ノックアウトマウスでは、脳虚血再灌流モデルにおける再灌流24時間後の梗塞体積が有意に縮小していた。In vitro、in vivoともに実験系を確立し、評価を開始しているものの、Nrf2活性化による梗塞体積の変化、梗塞後の神経症状の検討が終了していない。これらは今後の研究方針を決めるうえで重要な結果となるため、実験のペースをあげて進めていきたい。また、マウスにNrf2を強制発現させる実験系を確立する予定であったがまだ現実化しておらず、来年度以降に検討している。まず培養neurons、astroglia、microgliaにおけるoxygen glucose deprivationでHO-1上昇効果を検討し、in vitroでどの細胞にKeap1/Nrf2システムの活性化がおこるかどうか検討する。その結果を確認後、Keap1/Nrf2システムと虚血性神経細胞障害の関連を直接検討するため、Nrf2ノックアウトマウスを用いる。Nrf2ノックアウトマウスにおいてin vivo, in in vitroでのDMFの効果を検討することにより、DMFの神経保護効果がNrf2を介しているか明らかにする。神経内科引き続きin vitro, in vivoの脳虚血モデルにおいてNrf2の役割を検討していく。In vitroにおいては、低酸素インキュベーターを用いて、培養アストロサイトに低酸素、低グルコース負荷を行い、in vitroでの脳虚血モデルであるOxygen-glucose deprivation (OGD)を作成、脳虚血時のPPP活性、Keap1/Nrf2 system活性を検討する。また、Keap1/Nrf2systemを活性化し抗炎症・細胞保護作用を呈するといわれているdimethyl fumarate(DMF)投与による細胞のviabilityの変化を明らかにしていく。In vivoにおいては、動物モデルとして、小泉モデルとして知られるナイロン糸による一過性中大脳動脈閉塞モデル(MCAO)を用いる。再灌流後経時的に脳を摘出し、Nrf2発現の梗塞部、健常部での差異を免疫染色にて観察し、さらに蛍光二重染色を用い、Nrf2の細胞レベルでの局在と、虚血障害による発現の変化を検討する。MCAO後に虚血脳サンプルを採取し、Keap1/Nrf2 system活性をrealtime RT-PCR、ウエスタンブロットにより検討する。Nrf2過剰発現マウス、Nrf2ノックアウトマウス、DMF投与マウスにおいて、再灌流72時間後に脳を摘出、クライオスタットにて600マイクロメートル毎にスライスを採取、クレシルバイオレット染色により梗塞巣の体積の評価を行う。また、運動機能の評価を再灌流後経時的に行っていく。昨年度定位脳固定手術装置を購入しなかったことにより、若干の経費が来年度にも繰り越されている。
ミクロの揺らぎによって引き起こされるオレイン酸螺旋構造体の自発的マクロ運動

限られたpH条件の緩衝液中で形成された、オレイン酸/オレイン酸ナトリウムが自己集合化により形成する螺旋構造体は、自発的まき直しダイナミクスを示す。このまき直しダイナミクスの起因は、オレイン酸からなる多層の二分子膜構造の間で、親水部体積の異なるオレイン酸とオレートの組成のゆらぎが引き起こす、ひずみの伝播によると推定されてきた。しかしながら、より精密なメカニズムを解明するには、その内部構造の理解が不可欠である。そこで、高エネルギー加速器研究機構において、マイクロビームの放射光を用い、その内部構造を探索した。測定に用いたセルホルダーの影響により、螺旋構造体そのものの測定は行えなかったものの、螺旋に転移するpH前後で出現する油滴状構造体について、広角散乱パターンを得ることに成功した。この結果から、螺旋が出現するpH近傍において、オレイン酸が、二分子膜構造のような周期的な高次構造をもった分子集合体を形成することが明確となった。さらに、形状や性質の観測に容易な、より大きな螺旋構造体の形成を目的に、種々の緩衝溶液中における螺旋形成についての研究を行った。従来用いてきた、カリウムあるいはナトリウムのみを対イオンとする緩衝溶液で調整した場合は、100マイクロメートル前後で螺旋の成長は止まるが、カリウムとナトリウムを併せ持つ緩衝溶液中では、数百マイクロメートルの大きさの螺旋状構造体が、頻度良く出現した。ナノサイズの分子が整列することで形成される螺旋構造体に於いて、ほぼ肉眼サイズとも言える構造体が形成されることは、驚くべきことである。このような螺旋構造体に対し、ピペットにより力学的な刺激を与えたところ、十分な弾性を示し、力学的に強固であることが確認された。イオン半径が若干異なる複数の対イオン存在することが、膜構造内部のひずみの解消に寄与し、このような長大な構造体の形成を可能にしているものと推測している。
ドナリエラ産生天然ベータカロチンの抗酸化作用に関する研究-ヒト好中球の活性酸素種,活性窒素種産生に及ぼす影響

本研究は天然β-カロチンのヒト好中球活性酸素種産生能に及ぼす影響を合成βカロチンのそれとの比較を目的とした。第一段階の実験としてβカロチンの溶剤である乳化剤の中の4成分(グリセリン、レシチン、ココナードMTとSYグリスター)につき同様検討を行った。その結果、SYグリスターはヒト好中球の化学発光(活性酸素種産生)を強く抑制した。次にSYグリスターのヒト好中球活性酸素種産生能における抑制作用の確認、メカニズム解明のために、フローサイトメトリーを用いて、好中球の表面レセプタCR3の発現量、好中球の貧食能、活性酸素種産生能を検討した。その結果、SY-グリスターは好中球の表面レセプタCR3の発現量及び好中球の貧食能に影響を与えなかった。一方、SYグリスターは、1%以上でhydroethidineの蛍光強度を有意に抑制した。以上より、SYグリスターの好中球活性酸素種生成能への抑制作用が確認された。以上の結果に基づいて、我々は自ら乳化剤を調和し本実験を行った。すなわち、化学発光を用いて、天然β-カロチン(9-cis isomer主体)と合成β-カロチン(all-trans主体)のヒト好中球活性酸素種産生に及ぼす影響について比較検討を行った。その結果、ルシゲニン依存性化学発光では、いずれのβ-カロチンを用いた場合にも濃度依存的に低下し、両者の間に差は認められなかった。アジ化ナトリウムあるいはMPOの特異的阻害剤としてalicyLydroxamic acidを添加しても同様な抑制が認められた。ルミノール依存性化学発光でも、両β-カロチンは濃度依存的に低下したが、両者に差は認められなかった。以上から、天然β-カロチンと合成β-カロチンともにスーパーオキサイドを消去する作用が認められたが両者間には差は認められなかった。これまでの研究においては、Dunaliera bardawil由来の天然型ベータカロチンの抗酸化作用を検討してきた。オプソニン化ザイモザンの刺激によるヒト好中球のルミノール依存性・ルシゲニン依存性化学発光に対するベータカロチンの効果についての研究を行ったところ,1.41.6_のベータカロチン存在下で,ルシゲニン依存性化学発光の減弱がみられた。一方,ベータカロチンはスーパーオキサイドの産生を抑制すると言われているが,我々の検討ではルミノール依存性化学発光には影響がみられなかった。これまで検討したベータカロチンの濃度はヒト生体の血中濃度よりも低いレベルであったので,今後さらに高濃度でのベータカロチンのヒト好中球活性酸素種産生能への影響を検討する予定である。昨年度は低濃度のベータカロチンによる化学発光に対する抑制効果について検討を行ったが,今年度はさらに高濃度での検討を行った。しかしながら,通常の血中濃度程度の濃度ではルミノール依存性化学発光に有意な変化はみとめられず,活性酸素種についてはドナリエラ産生ベータカロチンは十分な抗酸化作用をもちえないものと推測された。そこで,さらに窒素酸化物の産生に対するドナリエラ産生ベータカロチンの影響を検討することにした。現行の当教室の化学発光測定器材では窒素酸化物の産生を評価することができないため,間接的にNOの産生を評価するためiNOSmRNAの発現を測定することとし,現在半定量的RT-PCR法の確立のため予備実験を行っている。昨年度までにベータカロチンによる好中球の活性酸素種産生への影響をルミノール依存性化学発光に対する抑制効果を指標として検討を行ってきた。

しかしながら通常の血中濃度の範囲では,ベータカロチンは種々の刺激剤で刺激された好中球のルミノール依存性化学発光に有意な影響を及ぼすことはなく,少なくとも好中球の活性酸素種産生についてはドナリエラ産生ベータカロチンは期待されているような抑制作用を持っていないものと推測された。そこで,昨年度からは好中球ならびにマクロファージの窒素酸化物産生に対するドナリエラ産生ベータカロチンの影響に注目することとした。本研究においては,はじめにiNOS mRNAの発現をその指標とした評価を行うために半定量的RT-PCR法による検討を目指した。これまでのところ,好中球浮遊液から逆転写に十分な濃度のtotal RNAをgDNAのコンタミネーションを最小にして抽出する方法が確立されている。現在は比較的数の少ない末梢血マクロファージからのtotal RNAの抽出法について予備実験を行っており,またRT-PCR方についてはinternal controlとして用いるGAPDHの反応条件については決定されており,現在はiNOSおよびcNOSの反応条件について検討を行っている。これらの方法が確立された後,さらにenzyme immunoassay法によるiNOSタンパク量の測定についても検討していく予定である。
地盤-大規模構造物の動的解析のための並列有限要素解析

重要構造物の構造信頼性を高めるために、周辺地盤と構造物の相互作用から生じる非線形応答を考慮して、長継続時間地震動による過渡応答を精度良く評価することが重要である。本年度は、数値解析の計算時間の多くを占めている線形ソルバに対し、長継続地震動を受ける動的解析を実現するため、強スケーリングにおいて高い並列計算性能を実現できる線形ソルバを提案した。具体的には、並列計算効率が高い線形ソルバとして注目されるSPIKE法に対して、従来、帯行列のみにしか適応できないという制約を緩め、領域分割型有限要素法に基づいて理論を拡張した。さらに、提案手法はオーバーラッピング型領域分割による解析手法の一種であり、反復法前処理として適用可能であることを示した。提案手法は、実問題を模した大規模モデルに対し、提案手法の有効性を検証した。数値例の結果、従来手法のBiCGStab法と比較すると、提案手法は全計算時間を51%短縮できた。従来手法のCG法に対しては、全計算時間を9.9%短縮できた。また、実問題から得られる有限要素解析では、解かれる連立一次方程式の条件数が大きな悪条件問題となり、収束性が悪化する場合がある。この問題に対して、計算時間や並列計算性能の観点から反復法前処理の性能向上を試みた。具体的には、Localized IRIF(p), ISANV(p)前処理に対し、前処理行列に低い精度の浮動小数点数を用いた、混合精度前処理への拡張を実施し、収束性の評価を行った。板状構造モデルに対し、従来手法のLocalized ILU(1)前処理と比較した結果、提案手法の混合精度Localized IRIF(1)前処理は計算時間を最大55%短縮できた。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
19世紀における物理諸科学の成立と物理学的認識および手法の変遷

60年度は,国内所蔵一次文献の調査とその複写依頼および国内未蔵の一次文献の一部を入手し,「研究センター」化を図り始めた.研究成果では,従来の研究状況の概括・検討を通して,各実証研究の視点を確立, (1)物理学実験の性格と変容の特徴, (2)解析力学史における循環座標の位置づけ, (3)熱力学の解析化, (4)「力学批判」の史的検討, (5)電磁気学とベクトル演算,などのテーマで研究を開始し,併せて当該研究関係の研究者を招き,研究の拡張・発展を図った.61年度は,前年度に引き続き,国内所蔵の文献の調査・収集に努め,国外からの書籍の入手とともに分類・整理をおこなった.これにより,「横断的・統一的視点」を遂行する上で資料面からの準備作業が進んだ.研究の面では,入手した文献に基づき,実証的研究をさらに拡げ,(1)熱化学と熱力学の関連,(2)力学と職業教育との関連,(3)スペクトル分析や熱ふく射研究の光学,熱理論および力学への影響,(4)作用量子の次元解析による導出,(5)実験手段の系と生産技術との関連,(6)モデル・アナロジー論と熱・光・電気の理論的解析などの研究成果が挙げられよう.62年度は,二年間に収集した原典資料や図書の整理・整備をおこない, 19世紀物理学史の「研究センター」としての機能が発揮できる条件が整った.実証的研究では,(1)熱ふく射現象の原子論的把握の特徴ならびにふく射実験の変遷の特徴, (2)物理学理論の確立とモデルなど理論的手法との関わり,(3)熱平衡問題の捉え方の変化,などに成果を見ることができる.その上で, 19世紀物理学史の全体像の構築に努め,さらに,工学史や思想史との関連をも考慮し,広く歴史の中に位置づけた.なお,成果は「研究年報」に発表し,広く社会に真を問うている.60年度は,国内所蔵一次文献の調査とその複写依頼および国内未蔵の一次文献の一部を入手し,「研究センター」化を図り始めた.研究成果では,従来の研究状況の概括・検討を通して,各実証研究の視点を確立,(1)物理学実験の性格と変容の特徴,(2)解析力学史における循環座標の位置づけ, (3)熱力学の解析化,(4)「力学批判」の史的検討,(5)電磁気学とベクトル演算,などのテーマで研究を開始し,併せて当該研究関係の研究者を招き,研究の拡張・発展を図った.61年度は,前年度に引き続き,国内所蔵の文献の調査・収集に努め,国外からの書籍の入手とともに分類・整理をおこなった.これにより,「横断的・統一的視点」を遂行する上で資料面からの準備作業が進んだ.研究の面では,入手した文献に基づき,実証的研究をさらに拡げ,(1)熱化学と熱力学の関連,(2)力学と職業教育との関連,(3)スペクトル分析や熱ふく射研究の光学,熱理論および力学への影響,(4)作用量子の次元解析による導出,(5)実験手段の系と生産技術との関連,(6)モデル・アナロジー論と熱・光・電気の理論的解析などの研究成果が挙げられよう.62年度は,二年間に収集した原典資料や図書の整理・整備をおこない, 19世紀物理学史の「研究センター」としての機能が発揮できる条件が整った.実証的研究では,(1)熱ふく射現象の原子論的把握の特徴ならびにふく射実験の変遷の特徴, (2)物理学理論の確立とモデルなど理論的手法との関わり,(3)熱平衡問題の捉え方の変化,などに成果を見ることができる.その上で, 19世紀物理学史の全体像の構築に努め,さらに,工学史や思想史との関連をも考慮し,広く歴史の中に位置づけた.なお,成果は「研究年報」に発表し,広く社会に真を問うている.第二年度の具体的な目標は、初年度の横断的・統一的な視点に基づく、実証研究である。以下、第二年度の経過を振り返り、実績の概活を行う。1.研究資料・文献の調査と入手について:国内文献については東北大学理学部に所蔵されている資料・文献の概要を調査するとともに、前年度に引き続いて関連研究機関より資料を入手した。また、すでに入手した複写資料等は、製本・分類を行った。一方、国外資料・文献については、前年度に調査した資料・文献を逐次入手した。国内外の資料の収集により、数理物理学史,力学史,光学史,電磁気学史,熱学・熱力学史,原子物理学史の学説史ばかりでなく、物理実験と測定技術、物理研究機関・制度、科学思想等の領域に渡り、研究目的の一つである「横断的・統一的視点」を遂行する上で、資料面からの作業準備がかなり進んだ。なお、分類・整理の作業等も進め、「研究センター」化のより一層の充実を図っている。2.各研究テーマとその総合化の達成状況について:数回の小研究会および打合せ会を行った他、総合化をはかるため二回の全体研究会を開いた。前年度の全体研究会での議論を踏まえ、各研究テーマのアプローチや実証の手続きの発展を図った。なお、幾つかの研究テーマでは、実証研究の立論を済ませ、残るテーマでもほぼ実証研究に入ることが出来た。

それらの内容を示せば、熱化学と熱力学の連関,力学と職業教育との連関,スペクトル分析や熱輻射研究の光学・熱理論および力学への影響,作用量子の次元解析による導出,実験手段の系と生産技術との連関,モデル・アナロジー論と熱・光・電気の理論的解析,電磁気学における物理量の分類とベクトル演算、などである。3.研究成果について:各研究者分担者による個別の報告のほか、昨年同様、『研究年報』第二号に取りまとめた。
導電性LB膜の電子物性制御に関する研究

前年度に引き続き、電界効果トランジスター(FET)型基板を用いたLB膜の外部電場による電子物性制御の研究を行った。それまでに我々はEDT-TTFと脂肪酸から成るLB膜の電界効果特性を見いだしていた。しかし、絶縁層として用いている酸化アルミニウム層の良質な薄膜形成が非常に困難である点と、素子に流れるキャリアの移動度が非常に低い点が問題となり、本年の研究ではこれら問題点の解決に主眼を置いた。試行錯誤の末、絶縁層として酸化シリコンを使用し、LB膜の構成分子としてアクセプター系のTCNQ誘導体を用いることで、安定なゲート絶縁性とキャリア移動度の大幅な増大が見られることが分かった。また真空下で計測できるよう測定系を再構築したところ、素子特性の再現性が非常に良く取れることが明らかにされた。以下に、作成されたFET素子の特性および評価結果を示す。長鎖アルキル基を有するTCNQ誘導体LB膜ではnチャンネル型のFET出力特性が得られることが、今回初めて明らかにされた。しかし、そのキャリア移動度は長鎖アルキル基の長さによって大きな差があることも分かった。すなわち、偶数個の炭素原子からなるアルキル基を有するLB膜では、移動度が約1x10^<-5>cm^2V^<-1>s^<-1>とLB膜としては比較的大きな値を示すが、奇数個のそれでは移動度が上記値の約1/5以下に低下してしまう。移動度低下の原因をさぐるため、これら試料に関してX線回折法による膜構造の解析を試みた。その結果、奇数個炭素から成るアルキル基を持つ分子のLB膜では、アルキル鎖部分の偶奇効果によるパッキング構造の乱れを引き起こしており、この乱雑な構造がキャリア移動度を大きく減少させていることが明らかになった。以上の結果は、より整った膜構造を実現すれば、さらに高いFET特性が得られるであろうことを示唆している。これらの研究成果はInternational Conference on Science and Technology of Synthetic Metals 2002および第50回応用物理学関係連合講習会において公表された。本研究は、電気伝導性を有するTTF誘導体電荷移動塩LB膜の電子物性が外部電場によってコントロールを行い、新しい電子デバイスの開発を目指すものである。まず始めに、膜に外部電場を印加するため、FET構造を有する基板の作成を行った。これは、ゲート電極が発生する電場を非常に薄い絶縁膜を通じて膜に印加することで、ソースとドレイン電極間の膜中のキャリア数をコントロールするものである。このような素子動作のためには良質なゲート絶縁膜の作成がカギとなるが、我々はSchonら(ルーセントテクノロジー社、米国)の報告を参考に、酸化アルミニウム絶縁膜をスパッタ成膜する方針で行った。試行錯誤の末に、サファイアを基板として成膜を行うとピンホールの比較的少ない良質な絶縁層が成膜されることを見いだし、この上にパターニングされたソースおよびドレイン金電極を蒸着法で作成した。このパターニングにはメタルマスクを用いたが、さまざまな電極パターン試作の後に、最終的には10x10mm基板上に5組のソース、ドレイン電極を作成することで、1基板あたりの歩留まりを改善する設計とした。このようにして作成された基板上にTTF系分子であるEDT-TTFとステアリン酸の混合LB膜を成膜し、ゲート電極に電圧を印可して、FET特性を調べた。単分子層を成膜した素子では、ゲートに正電圧を加えても膜の電気伝導度に変化はないが、負電圧を加えていくと電気伝導度が徐々に増加していくのが観察された。これは、負に帯電したゲートの電界によってキャリアであるホールがEDT-TTFドナー分子にドープされ、電気伝導度が向上したためと考えられ、このような手法で導電性LB膜の外部電場による電気伝導度のコントロールが可能であることを示している。今後は、他の導電性LB膜についても研究を行い、より特性の優れたデバイスの開発を目指していきたい。

その結果、奇数個炭素から成るアルキル基を持つ分子のLB膜では、アルキル鎖部分の偶奇効果によるパッキング構造の乱れを引き起こしており、この乱雑な構造がキャリア移動度を大きく減少させていることが明らかになった。以上の結果は、より整った膜構造を実現すれば、さらに高いFET特性が得られるであろうことを示唆している。これらの研究成果はInternational Conference on Science and Technology of Synthetic Metals 2002および第50回応用物理学関係連合講習会において公表された。
沖縄地方における遊休農地の植生が持つ微細土砂捕捉機能の評価手法に関する研究

沖縄地方では,豪雨時における陸域から海域への赤土流出が,下流域および沿岸域の水環境や生態系に著しい悪影響を与えている.農地由来の土砂流出は,赤土流出の原因の1つとされており,特に微細土砂の流出軽減対策が急務となっている.沖縄県の耕作放棄地は耕地面積の5%を占めることから,農地下流側に位置する耕作放棄地などの遊休農地を緩衝帯として利用することが合理的である.遊休農地における微細土砂の捕捉には,密生する植生の抵抗による流水の速度減少に伴う土砂の沈降・堆積作用が大きく寄与する.現在,こうした条件における微細土砂の沈降・堆積作用を評価する手法はなく,遊休農地が持つ微細土砂の捕捉効果を最大限発現させるための諸元決定が困難である.本研究では,遊休農地における微細土砂の捕捉効果を最大限発現させる設計手法の構築を念頭に置き,遊休農地の植生が持つ微細土砂の捕捉機能を評価をする手法を構築することを目的とした.遊休農地の植生が持つ微細土砂捕捉過程は,沖縄地方において現在取り組まれている草生帯の土砂捕捉過程と酷似している.このため,本研究は,遊休農地の植生が持つ微細土砂の捕捉機能を評価する目的の他に,草生帯の土砂捕捉機能の評価を念頭に置きながら,相補的に本研究を推進した.具体的には,沖縄本島北部の圃場において草生帯の土砂捕捉実験を行って現地観測データを収集し,現地における植生の土砂捕捉実態を明らかにした.水理模型実験を行って草生帯および遊休農地を模擬した植生条件下における水理特性および微細土砂の輸送・堆積特性を明らかにした.植生条件下における微細土砂の輸送・堆積現象を再現する数理モデルを構築した.構築した数理モデルを用いて,現地スケールの草生帯と遊休農地における微細土砂の捕捉効果を評価した.沖縄地方では,豪雨時における陸域から海域への赤土流出が,下流域および沿岸域の水環境や生態系に著しい悪影響を与えている.農地由来の土砂流出は,赤土流出の原因の1つとされており,特に微細土砂の流出軽減対策が急務となっている.沖縄県の耕作放棄地は耕地面積の5%を占めることから,農地下流側に位置する耕作放棄地などの遊休農地を緩衝帯として利用することが合理的である.遊休農地における微細土砂の捕捉には,密生する植生の抵抗による流水の速度減少に伴う土砂の沈降・堆積作用が大きく寄与する.現在,こうした条件における微細土砂の沈降・堆積作用を評価する手法はなく,遊休農地が持つ微細土砂の捕捉効果を最大限発現させるための諸元決定が困難である.本研究では,遊休農地における微細土砂の捕捉効果を最大限発現させる設計手法の構築を念頭に置き,遊休農地の植生が持つ微細土砂の捕捉機能を評価をする手法を構築することを目的とした.遊休農地の植生が持つ微細土砂捕捉過程は,沖縄地方において現在取り組まれている草生帯の土砂捕捉過程と酷似している.このため,本研究は,遊休農地の植生が持つ微細土砂の捕捉機能を評価する目的の他に,草生帯の土砂捕捉機能の評価を念頭に置きながら,相補的に本研究を推進した.具体的には,沖縄本島北部の圃場において草生帯の土砂捕捉実験を行って現地観測データを収集し,現地における植生の土砂捕捉実態を明らかにした.水理模型実験を行って草生帯および遊休農地を模擬した植生条件下における水理特性および微細土砂の輸送・堆積特性を明らかにした.植生条件下における微細土砂の輸送・堆積現象を再現する数理モデルを構築した.構築した数理モデルを用いて,現地スケールの草生帯と遊休農地における微細土砂の捕捉効果を評価した.本研究は,沖縄地方の赤土流出軽減対策のために遊休農地を緩衝帯として活用することを検討するため,植生が持つ微細土砂捕捉機能を評価する手法を構築することを目的としている.本年度は,植生の流れに対する抵抗特性と堆積土砂の流れによる巻上げ特性を水理模型実験により把握した.また,植生における微細土砂の輸送・堆積過程を再現する数理モデルの適用性を検討した.1.非水没条件における植生の流れに対する抵抗特性を水理模型実験に基づき把握した.実験水路内に植生を設置して,水路勾配や流量条件を変化させて各条件下での水路内の水深を測定した.対象植生として植生形態の異なる2種類の草種を用いた.測定結果から植生のみかけの粗度係数を求めるとともに,粗度係数の特性と植生形態との関連性を示した.2.植生によって捕捉された土砂の再浮上の可能性を評価するために,流れによる堆積土砂の巻上げ特性を水理模型実験に基づき把握した.実験には沖縄本島北部の農地より採取した国頭マージ土壌のほか3種類の試料を用いた.実験時における水理条件や土砂濃度の測定結果から堆積土砂の限界摩擦速度および巻上げ強度式を求めた.3.流水中に設置した模擬植生を通過する細粒土砂の輸送・堆積実験を行うとともに,この過程を再現する数理モデルを構築しモデルの適用性を検討した.本モデルは一部の実験条件の土砂輸送・堆積過程を再現したが,現地で発生する多様な条件での土砂輸送・堆積過程を再現するには不十分な点がみられた.今後,本モデルの改良をおこなう予定である.

本研究は,沖縄地方の赤土流出軽減対策として遊休農地を緩衝帯として活用することを検討するため,植生が持つ微細土砂捕捉機能を評価する手法を構築することを目的としている.本年度は,非水没条件における植生の微細土砂捕捉特性を把握した.また,植生条件下における微細土砂の輸送・堆積現象の再現モデルの改良を行った.非水没条件における植生の微細土砂捕捉特性は,水理模型実験に基づき把握した.実験水路内にセンチピードグラスから成る植生を設置して,国頭マージを用いて作成した濁水を水路に給水し,濁水の流量や土砂濃度,植生の長さの条件を変化させて,各条件における水路縦断方向の水深や植生通過後の濁水の土砂濃度,濁水に含まれる土砂の粒径組成等を測定した.実験結果から,非水没条件における植生の水理学的抵抗や微細土砂流出軽減率と各影響因子との関係などの特性を明らかにした.植生条件下における微細土砂の輸送・堆積現象の再現モデルの改良については,現地で発生する多様な条件への対応を目的として行った.昨年度構築したモデルをべ一スとして,常流と斜流が混在する流れに対応するため流れの計算にMacCormack法を導入した.粒径分布をもつ流出土砂に対応するため,土砂を一様砂から混合砂として取り扱うよう改良した.昨年度実施した模擬植生を通過する細粒土砂の輸送・堆積実験における,土砂濃度,水面形および土砂の堆積状況の実測値とモデルによる計算値を比較したところ,計算値は実測値をおおむね再現した.これにより,模擬植生の土砂捕捉現象の再現に対する本モデルの有効性が示唆された.今後は,実際の植生の微細土砂捕捉現象への適用性を検討する.本研究は、沖縄地方の赤土流出軽減対策として遊休農地を緩衝帯として活用することを検討するため、植生が持つ微細土砂捕捉機能を評価する手法を構築することを目的とした.本年度は、植生の土砂捕捉現象の再現モデルの現地適用性を検証し、植生が持つ微細土砂捕捉機能を評価した.植生条件下における微細土砂の輸送・堆積現象の再現モデルの現地適用性の検討には、草生帯による赤土流出防止実験での野外観測データを用いた.草生帯の野外実験は、2003年と2004年に沖縄県名護市の国頭マージ土壌からなる畑地試験区で行われた.本モデルによる計算結果は、草生帯の植生を通過した表面流出水の土砂濃度と流出土砂量の現地観測結果をおおむね再現した.これにより、本モデルが赤土流出防止として用いる植生の土砂捕捉機能を評価するツールとして有用であることが示唆された.本モデルを用いた感度分析によって、植生がもつ土砂流出軽減効果と各種影響因子の関係を明らかにした.その結果,植生の流れ方向の長さと植生への流入水の流量が、土砂流出軽減効果に大きく影響する因子であることが明らかとなった.一方,地形勾配や流入水の土砂濃度は、土砂流出軽減効果に大きな影響を与える因子ではないことが分かった.次に、本モデルを用いて多様な条件における数値シミュレーションを行い、植生が持つ微細土砂捕捉機能の評価を行った.植生が持つ微細土砂捕捉効果は、植生の流れ方向の長さの増加とともに向上するが、その向上率は長さの増加とともに減少することが明らかとなった.以上のことから、当初の目的はおおむね達成された.今後は、現地で想定される多様な植生条件に適用できるように植生の流れ抵抗に関するパラメータを準備する必要がある.
高純度ダブルスパイクを用いた希土類元素同位体質量分別の測定

本研究で開発された分析法によって、様々な地殻物質中のNd安定同位体が分析された。火成岩は、それぞれ誤差範囲内で一致した同位体比を示し、その平均はε^<146>Nd=-0.2±0.5であった。これらの火成岩はマントルにその起源を持つと考えられる事から、マントルにおけるNd安定同位体存在度は均質であると推測された。海水起源と考えられるマンガンノジュールおよび珊瑚のε^<146>Ndは、いずれも+0.2と誤差範囲内で一致した。同位体存在度の一致から、海水のε^<146>Ndも+0.2と推測できる。一方、海成炭酸塩岩のNd安定同位体比は、明らかに重い同位体組成を示した。REEパターンの類似性より炭酸塩岩中のNdは海水起源であると考えられ、ドロマイトも石灰岩と同等に重いNd同位体存在度を示す事と、同じ岩体のドロマイトと石灰岩の間にREE濃度の変化が観測されない事から、ドロマイト化作用はNd同位体分別を生じさせる主要な反応ではなく、海成炭酸塩岩に見られるNd同位体の分別は、続成作用時のREE濃縮に伴って生じたと考えた。本研究による成果の主体部分は投稿中であるが、関連した論文が印刷公表された。実験^<150>Sm(99.93%)および^<154>Sm(98,6%)スパイクを用いて、^<150>Sm^<-154>Sm DSを作成した。同位体分析における誤差の軽減を考慮してスパイクの同位体組成は、^<150>Sm/^<154>Sm=0.27に調節した。Johnson Matthey Sm oxide(99.99%)の同位体比を、上記のDSを用いて測定した。混合比の異なる3種類のサンブルースパイク混合物とサンプルについて同位体比測定をそれぞれ8回くり返した。7つのファラデイカップで7同位体を同時検出するstaticmulti collection法にて行った。100ngのSmに対して、^<152>Sm=1[V]のイオンビームが3-5時間持続した。結果質量分析計による同位体比測定時には、分析計内で質量分別が生じるため、測定結果は時間とともに系統的に変化する。本研究では、DS法に加え同位体比測定時にも質量分別補正を行うことで、同位体比分析の高精度化を達成した。本研究では、測定時に^<147>Sm/^<154>Sm比の測定中の平均値を使用した内部補正を導入した。この補正によって、測定された同位体比は(真の値から)任意の質量分別(α)を受けた値を示す。次に、DS法によって、機器的な質量分別が補正された同位体比が求められる。3種類のサンプルースパイク混合物よりSm同位体比を求めた。測定の外部精度は、q=1.7、2.0、4.0に対してそれぞれ、0.05%。/a.m.u.、0.03‰/a.m.u.および0.03‰/a.m.u.(1SD)である。混合係数q=1.7の試料では測定の外部精度がやや悪いが、これは誤差伝播モデリングによって得られた誤差拡大率の傾向と調和的である。実際には、事前に試料のSm含有率を定量することで、試料-スパイク混合係数はコントロール可能である。実験:昨年のサマリウムに引き続き,ネオジムの安定同位体比精密測定の検討を行った。ネオジムの同位体分別測定に用いる安定濃縮同位体は、実験室内で年代測定に関わる同位体(^<143>Nd,^<144>Nd,^<146>Nd)への混入をさけ、かつ入手今回は、9種類の試薬試料および8種類の岩石試料(玄武岩、花崗岩、流紋岩、チャート、石灰岩、ドロマイト)より得られた、Nd安定同位体比についての予備的結果を紹介する。本発表におけるNdの同位体比は、144Ndを分母同位体とし、暫定的に試薬試料(JNdi-1)の平均値を基準とした一万分率(εスケール)で表現する。JNdi-1の繰り返し分析の結果、ε^<146>Ndの外部精度は原子質量単位あたり±0.2ε(2SD,n=11)であった。使用可能な濃縮同位体として、^<145>Ndと^<150>Ndを用いた。サマリウムと同様、total evaporation法で測定を行った。^<145>Ndと^<150>Ndは、天然試薬と混合し測定にかけた場合に^<145>Ndと^<150>Ndピークの大きさが被測定試料からの^<144>Ndのほぼ2.5倍になる様に、調整混合した。同位体分別を検出する同位体は、4amu離れた^<144>Ndと^<148>Ndをもちいた。これら二つの同位体には、隣接するサマリウムの同重体が存在するが、ネオジムのビーム強度はサマリウムよりはるかに強く、^<147>Smを用いて十分な補正が可能である。

試薬標準物質には、申請者らにより調製されたJNdi-1を、測定の再現性を繰り返しチェックした。結果:試薬試料は、2試料が高いε^<146>Nd値を、6試料が低いε^<146>Nd値を示した。試薬の純度とε^<146>Ndには相関がなく、ε^<146>Ndの差異が、試薬精製過程などで生じた同位体分別を示すのか、材料物質の違いを反映しているのかは不明である。岩石試料のうち火成岩(6試料)は、それぞれ誤差範囲内で一致した同位体比を示し、その平均はε^<146>Nd=-0.2とJNdi-1よりわずかに低い値となった。高温の反応では同位体分別の効果は無視できると考えられるため、この値はbulk earthのNd同位体比を表しているものと考えられる。岩石標準試料JLs-1(石灰岩)は、火成岩と同様のε^<146>Nd値を示す。一方、岩石標準試料JDo-1(ドロマイト)は、大野・平田(2005)の報告と同様に、ε^<146>Nd=2.1と明らかに重い同位体組成を示すことがわかった。本研究で開発された分析法によって、様々な地殻物質中のNd安定同位体が分析された。火成岩は、それぞれ誤差範囲内で一致した同位体比を示し、その平均はε^<146>Nd=-0.2±0.5であった。これらの火成岩はマントルにその起源を持つと考えられる事から、マントルにおけるNd安定同位体存在度は均質であると推測された。海水起源と考えられるマンガンノジュールおよび珊瑚のε^<146>Ndは、いずれも+0.2と誤差範囲内で一致した。同位体存在度の一致から、海水のε^<146>Ndも+0.2と推測できる。一方、海成炭酸塩岩のNd安定同位体比は、明らかに重い同位体組成を示した。REEパターンの類似性より炭酸塩岩中のNdは海水起源であると考えられ、ドロマイトも石灰岩と同等に重いNd同位体存在度を示す事と、同じ岩体のドロマイトと石灰岩の間にREE濃度の変化が観測されない事から、ドロマイト化作用はNd同位体分別を生じさせる主要な反応ではなく、海成炭酸塩岩に見られるNd同位体の分別は、続成作用時のREE濃縮に伴って生じたと考えた。本研究による成果の主体部分は投稿中であるが、関連した論文が印刷公表された。
C_4葉緑体のC_3植物への導入に関する研究

この研究は,C_3植物の葉緑体のDNAをC_4植物に導入することを目的として始め,科内にC_3植物と_4植物を含むアカザ科あるいはヒユ科の植物を用いてそのための基礎的研究を行った.研究期間が2年間と短かったため最終的な結果は得られなかったが、アカザ科のホウレンソウに絞って研究を行い,無菌的な苗の作出方法(第2章),カルスの育成方法(第3章)および葉緑体DNAの分析方法(第4章)を確立した.プロトプラスト融合等に用いる無菌的な苗の作出は、ホウレンソウでは非常に困難であったが、2%の次亜塩素酸ナトリウムを用い、まず減圧条件下で30分間殺菌し、その後30分間撹拌し水洗する殺菌方法は,無菌的な苗の効率的な育成を可能にするだけでなく奇形率も押さえることを明らかにした.ホウレンソウの3つの品種を用い,第一本葉、子葉、胚軸および根からのカルスの作出を試みたところ,品種間及び用いた部位間に差が見られた.3品種の中では`次郎丸'が、用いた部位では、根あるいは胚軸からのカルス形成率が優れた.ホウレンソウの葉緑体DNAの単離精製は比較的容易で,BamHI,EcoRI,PstIおよびApaIの4つの制限酵素を用いて消化し、アガロースゲル電気泳動に供したところ、葉緑体DNAと思われるバンドが得られ、雑種が得られたときの細胞質の特定に利用できるものと思われた.この研究は,C_3植物の葉緑体のDNAをC_4植物に導入することを目的として始め,科内にC_3植物と_4植物を含むアカザ科あるいはヒユ科の植物を用いてそのための基礎的研究を行った.研究期間が2年間と短かったため最終的な結果は得られなかったが、アカザ科のホウレンソウに絞って研究を行い,無菌的な苗の作出方法(第2章),カルスの育成方法(第3章)および葉緑体DNAの分析方法(第4章)を確立した.プロトプラスト融合等に用いる無菌的な苗の作出は、ホウレンソウでは非常に困難であったが、2%の次亜塩素酸ナトリウムを用い、まず減圧条件下で30分間殺菌し、その後30分間撹拌し水洗する殺菌方法は,無菌的な苗の効率的な育成を可能にするだけでなく奇形率も押さえることを明らかにした.ホウレンソウの3つの品種を用い,第一本葉、子葉、胚軸および根からのカルスの作出を試みたところ,品種間及び用いた部位間に差が見られた.3品種の中では`次郎丸'が、用いた部位では、根あるいは胚軸からのカルス形成率が優れた.ホウレンソウの葉緑体DNAの単離精製は比較的容易で,BamHI,EcoRI,PstIおよびApaIの4つの制限酵素を用いて消化し、アガロースゲル電気泳動に供したところ、葉緑体DNAと思われるバンドが得られ、雑種が得られたときの細胞質の特定に利用できるものと思われた.ホウレンソウのプロトプラスト培養系の確立を試みたが,プロトプラストを作成するための無菌的な材料を十分得ることができていない.これは,種子培養におけるコンタミが非常に多く,十分な数の無菌的な実生を得ることができなかったことによる.ホウレンソウの種子は,通常の次亜塩素酸ナトリウムでは消毒が困難で,濃硫酸処理をする事によって解決できることが分かるまでに時間がかかったが,現在これを用いてプロトプラストを作成し,培養系の確立を行おうとしている.その間,レタスやコンタミしたホウレンソウの実生を材料として用いて核を持たないプロトプラストであるサイトプラストの作成を試みた.その結果,高張液処理で細胞内における原形質分離が見られ,サイトプラストの作成が可能であることが示唆された.また,サイトプラストとは反対で細胞質を持たない核だけのプロトプラストであるカリオプラストを得るために若い未熟の花粉を用いることを計画しているが.このためには必要なときに花を咲かせる技術が必要となる.一般にホウレンソウは長日植物で若干の低温の影響を受けるものとされているのでファイトトロンを用いてこの事を確かめ,主に長日処理を行うことにより必要なときにほぼ1年中開花を誘導する技術を得た.この研究は,C_3植物の葉緑体のDNAをC_4植物に導入することを目的として始め,科内にC_3植物とC_4植物を含むアカザ科あるいはヒユ科の植物を用いてそのための基礎的研究を行った.研究期間が2年間と短かったため最終的な結果は得られなかったが,アカザ科のホウレンソウに絞って研究を行い,無菌的な苗の作出方法(第2章),カルスの育成方法(第3章)および葉緑体DNAの分析方法(第4章)を確立した.

プロトプラスト融合等に用いる無菌的な苗の作出は、ホウレンソウでは非常に困難であったが、2%の次亜塩素酸ナトリウムを用い、まず減圧条件下で30分間殺菌し、その後30分間撹拌し水洗する殺菌方法は,無菌的な苗の効率的な育成を可能にするだけでなく奇形率も押さえることを明らかにした.ホウレンソウの3つの品種を用い,第一本葉,子葉,胚軸および根からのカルスの作出を試みたところ,品種間及び用いた部位間に差が見られた.3品種の中では`次郎丸'が、用いた部位では、根あるいは胚軸からのカルス形成率が優れた.ホウレンソウの葉緑体DNAの単離精製は比較的容易で,BamHI, EcoRI, PstIおよびApaIの4つの制限酵素を用いて消化し、アガロースゲル電気泳動に供したところ、葉緑体DNAと思われるバンドが得られ、雑種が得られたときの細胞質の特定に利用できるものと思われた.