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東アジア縁海における人為的海洋汚染の発生伝播機構に関する研究

本研究では、東アジア縁海における海洋汚染発生伝播機構について明らかにすることを目的とした.具体的には,(1)中国・渤海におけるSSの拡散過程とそれにおける波浪と潮流による巻き上げ効果の評価,(2)水産資源(アサリ)に対する人為的および自然的な環境影響の評価手法の開発,(3)護岸近傍の貧酸素層における生態系改善技術の開発,(4)津波発生時の海洋汚染発生リスクの解明を行った.本研究では、東アジア縁海における海洋汚染発生伝播機構について明らかにすることを目的とした.具体的には,(1)中国・渤海におけるSSの拡散過程とそれにおける波浪と潮流による巻き上げ効果の評価,(2)水産資源(アサリ)に対する人為的および自然的な環境影響の評価手法の開発,(3)護岸近傍の貧酸素層における生態系改善技術の開発,(4)津波発生時の海洋汚染発生リスクの解明を行った.本年度の研究実施計画の目標は,1.東アジア縁海における各種データ収集と整理,2.マルチスケール大気・海洋モデルの構築,3.国産海産物の物流経路の調査や社会モデルに関する情報収集であった。1.については,まず,各種人工衛星データ解析ソフトウエアの比較検討を行い,投資対機能と操作性の観点からENVIを採用し購入した.つぎに,各種衛星データの利用可能性を検討し,とくにLandsatとALOS,MODIS,Asterについては,本研究課題が対象とする領域において,海岸地形や水温分布,土地利用区分,植生分布,河川水動態などの解析に対して利用可能性が高いことを把握した.さらに,これらの衛星データと現地の土地利用状況の間でキャリブレーションを行いモデル化するために必要となるGISデータの収集を行い,Geoinfo.chinaや地質調査総合センターの成果物を購入し,データ品質の確認を行った.これらのデータを使用することで,今後,人工衛星データより東アジアにおける最新の土地利用情況やそれによる環境負荷を定量化できるよう研究を進める予定である.また,海域における現地観測データの収集を行い,MIRC Ocean Dataset 2005や気象庁の海況解析データの収集を行い,その利用環境の整備を行った.データ購入により,高価であるが,高品質なデータを利用しつつ研究を進める基盤を整えることが出来た.2.については,現有の準三次元海洋モデルにドライ・ウェット機構を付加するとともに,SS動態の高精度化について,いくつかの検討を行った.さらに,これに関して「海の公園」をテストケースとし,沿岸域における人間活動による生態系への影響評価に関する研究を行った.3.については,物流経路のモデル化のためにシステムダイナミクスの専用ソフトウエアStellaを購入し,メドウズのWorld Modelを例にその操作方法とモデル化手法について取得した.今後は社会モデルの東アジア域への拡張と物流による広域栄養塩循環の実態解明とその応答モデルの構築を行う.本年度は実施計画のなかでも,数値モデル拡張とその現象への適用,評価に注力した.具体的には現有の流動モデルに,干潟における干出・冠水を表現できる仕組みを導入,多粒径・再懸濁を伴うSS挙動の物理モデルの構築と導入,現有の生態系モデルの精査,波浪モデル(SWAN)の統合,ラグランジェ粒子追跡モデルの精査である.大気モデルとの統合については,公表されている客観解析による気象データの予測精度が,パブリックドメインの大気モデルを使用した計算結果より高精度であることを確認したため,統合はしない方針とした.成果としては,この本年度において拡張した数値モデルを用い,渤海における黄河からの濁水挙動と,東京湾におけるアサリ浮遊幼生漂流の数値シミュレーションを行い,これを国際会議で発表した.とくに前者は国際会議のテーマ合致しており,発表後に地元の中国人のみならず,韓国,スペイン,インドなどの専門家との有意義なディスカッションを行い,考察を深めることができた.後者は,浮遊幼生の着底条件について技術的課題があり,とれについて発表後に数名の研究者と意見交換をした.また,汚濁機構と環境改善技術の数値モデル高度化を目的とした現地実験を尼崎運河で行い,とくに曝気による効果について論文発表を行った.さらに,干潟生態系への人為的な影響のマルチエージェントモデルを用いた予測モデル構築に関する成果を取りまとめ,論文発表した.その他の課題については,人工衛星データ利用については, Landsat, MODISのデータにおいて,フリーのものを収集した.想定以上にコンポジット処理に時間を要しており,解析を継続中である.物流経路のモデル化については,中国の水産データの収集を進め.システムダイナミクスソフトウエアによるモデル化の準備は,ワールドモデルを例として,その利用可能性の検討を進めた.東アジア縁域における汚濁水域を対象とした物理・生態系モデルの構築については,前年度までに拡張した機能について機能拡張を行なうとともに,実海域に適用し精度確認を行なった.観測データが豊富な瀬戸内海を対象とした検討を特に進めた.機能拡張は,干出・冠水モデルにおいて,干出エリアにおいても3次元の水面表現ができるように改善を行なった.これは,将来的に津波による被災時における環境へのインパクト評価を視野に入れたためである.この瀬戸内海を対象とした検討においてモデルの適用性を評価するため,波動特性の検証,とくに周期特性や同調現象の再現性について検討を行なった.この成果は国際会議に投稿しており,2010年5月に発表予定である.汚濁負荷の定量化を対象とした検討については,衛星データの解析結果として,我が国と同様な直立護岸とともに干潟の存在が多く確認された.そこで,国内の臨海越における課題について検討をした.具体的には護岸付着生物と青潮である.その結果,付着生物の個体群動態については河川水の動態と強い関係があり,とくに成層状態との因果関係が示唆された.

青潮については毒性源としての硫化水素のモデル化について検討をすすめ,現地における青潮時の硫化水素動態の現地調査,モデル構築を進めたが現地データとの比較による精度評価において課題が残った.これらの中国沿岸域における適用性については,データの入手が困難であったため,可能性の議論に留まってしまった.社会システムと汚濁負荷の関連については,都市化と汚濁負荷量については高い相関が認められたものの,それらの連関とそれをどのよりに低減させうるかという議論で国内の専門家と議論を深めたが,いまだ結論には到っていない.
グリーンインパルス：緑色光により駆動される魚類脳神経ネットワークの解明

カレイの成長が緑色光照射により促進されるという,極めて興味深い生命現象のメカニズム解明に取り組む。これまでの研究により脳で産生されるメラニン凝集ホルモン(MCH)が重要な役割を担っていることが示唆されてはいるが,全体像はほとんど分かっていない。そこで,ホシガレイの脳においてMCHニューロンとネットワークを形成している他の脳細胞を同定する。その脳細胞で産生されるホルモンが行動に及ぼす作用を明らかにする。すなわち緑色光により駆動される魚類脳細胞の探索を目的とする。得られる成果は光環境と魚類生理の関係解明に寄与する。さらに,魚類増養殖の飼育環境改善にも貢献できる。
DNA複製に伴うリピートインスタビリティーが発癌と神経疾患に与える影響

本来染色体DNA配列は安定に存在しているが、一部疾患においてはゲノム中の繰り返し配列長が増減したり、極端に増幅したりする。一例である遺伝性非ポリポーシス性大腸がん患者においてはミスマッチ修復機構が先天的に欠損しており、加齢とともにゲノム中にDNA複製エラーが蓄積し発癌に至る。一方神経変性疾患のひとつである脊髄小脳失調症(10型)では5塩基からなる繰り返し配列がそれぞれ数十数千コピーにまで過伸長することが報告されている(repeat expansion)。本研究においてはこれらrepeat expansionの発生メカニズムをDNA複製の観点から実験的に明らかにしていくことを目的とした。酵母細胞株の樹立とrepeat instability測定系の確立1) Dr.Tom Petesよりrepeat instabilityを測定するためのレポータープラスミドの供与を受け我々の系に導入したが、genotypeの違いのためか、安定に保持されなかった。この結果をうけ明星大学清水博士より、第2のレポータープラスミドの供与を受け細胞に導入したところこちらは安定に細胞に保持されることが判明した。2)この細胞株をもとに、チェックポイント遺伝子、DNA修復に関わる種々の遺伝子変異を導入したところ、二つの遺伝子がmononucleotide repeat expansionに関わっているとの結果を得た(投稿中)。哺乳動物細胞株の樹立とrepeat instability測定系の確立ヒトミスマッチ修復遺伝子欠損株に脊髄小脳失調症(10型)に見られる5塩基繰り返し配列を挿入したstable clone株を確立し、継代を行いrepeat instabilityの測定を試みたところ、一定の頻度でrepeat instabilityを検出した。関連して、ヒト癌細胞株中より発現異常の見られる遺伝子を抽出した。本来染色体DNA配列は安定に存在しているが、この病態においてはゲノム中の繰り返し配列長が増減したり、極端に増幅したりする。一方神経変性疾患のひとつである脊髄小脳失調症(10型)では5塩基からなる繰り返し配列がそれぞれ数十"数千コピーにまで過伸長することが報告されている(repeat expansion)。本研究においてはこれらrepeat expans ionの発生メカニズムをDNA複製の観点から実験的に明らかにしていくことを目的とした。酵母細胞株の樹立とrepeat instability測定系の確立DNAポリメラーゼα変異体をゲノム中に有するpollL868F株は細胞株を基盤に以下の二つの実験を行った。まず、Dr. Tom Petesよりrepeat instabilityを測定するためのレポーターブラスミドの供与を受け我々の系に導入したが、genotypeの違いのためか、安定に保持されなかった。一方この細胞株をもとに、チェックポイント遺伝子DUN1、DNA修復に関わる。ビキチン経路遺伝子PCNA、RED18等に変異を導入したところ、これら二つの遺伝子がmononucleotide repeat expansionに関わっているとの結果を得た。現在この経路に焦点を絞ってメカニズムを解明中である。哺乳動物細胞株の樹立とrepeat instability測定系の確立ヒトミスマッチ修復遺伝子欠根株に脊髄小脳失調症(10型)に見られる5塩基繰り返し配列を挿入したstable clone株を確立し、継代を行いrepeat instabilityの測定を試みたところ、一定の頻度でrepeat instabilityを検出することに成功した。一方神経変性疾患のひとっである脊髄小脳失調症(10型)では5塩基からなる繰り返し配列がそれぞれ数十数千コピーにまで過伸長することが報告されている(repeat expansion)。酵母細胞株の樹立とrepeat instability測定系の確立

1)Dr. Tom Petesよりrepeat instabilityを測定するためのレポータープラスミドの供与を受け我々の系に導入したが、genotypeの違いのためか、安定に保持されなかった。この結果をうけ明星大学清水博士より、第2のレポータープラスミドの供与を受け細胞に導入したところこちらは安定に細胞に保持されることが判明した。2)この細胞株をもとに、チェックポイント遺伝子、DNA修復に関わる種々の遺伝子変異を導入したところ、二つの遺伝子がmononucleotide repeat expansionに関わっているとの結果を得た(投稿中)。3)哺乳動物細胞株の樹立とrepeat instability測定系の確立ヒトミスマッチ修復遺伝子欠損株に脊髄小脳失調症(10型)に見られる5塩基繰り返し配列を挿入したstable clone株を確立し、継代を行いrepeat instabilityの測定を試みたところ、一定の頻度でrepeat instabilityを検出した。関連して、ヒト癌細胞株中より発現異常の見られる遺伝子を抽出した。
ゲージ理論と3次元多様体

向きづけられた3次元閉多様体のWitten不変量を共形場理論のコンフォーマル・ブロックに属する真空ベクトルの内積により定義することができた。この定義の仕方はハンドル体に分解された3次元多様体のWitten不変量の計算のアルゴリズムを与え、そのガウス和としての表示が得られる。この表示は従来の量子群の3次元多様体のリンク表示から得られるWitten不変量のガウス和表示のフーリエ変換にあたるものであることを見出した。これは上記の方法によるWitten不変量の定義が単なる定義の変更ではなく、本質的に異なる知見をもたらすものであることを意味している。実際Witten不変量の古典極限に関する情報が、この表示によりもたらされる。幾何学的量子化の立場からのSU(2)共形場理論をHitehimの提案したHiggs場によるAbel化の方法を遂行することにより構成した。具体的には、与えられたリーマン面の分岐被覆リーマン面に附随するPrym多様体上の古典的なリーマン・テータ関数によるSU(2)共形場理論の共形ブロックの基底の表示を得た。その系として、射影接続の従来のものとは異なる構成と不変計量の存在と具体的表示を得ることができた。これらの結果の応用として、3次元多様体のWitten不変量の新しい定義を真空ベクトルのエルミート内積による方法で行い、その古典極限に関する情報を得ることができた。向きづけられた3次元閉多様体のWitten不変量を、共形場理論のコンフォーマル・ブロックに属する真空ベクトルの内積により定義することができた。この表示は従来の量子群と3次元多様体のリンク表示から得られるWitten不変量のガウス和表示の、フーリエ変換にあたるものであることを見出した。これは、上記の方法によるWitten不変量の定義が単なる定義の変更ではなく、本質的に異なる知見をもたらすものであることを意味している。実際Witten不変量の古典極限に関する情報がこの表示によりもたらされる。
日本とニュージーランドの海成中・上部更新統にもとずく海面変動研究

本研究の目的は,世界的な海成第四系の模式地とされる房総半島とニュージーランドのワンガヌイ地方について,段丘や海成更新統の層序にもとづく高精度の対比を行い,さらに海底堆積物から得られる酸素同位体比曲線との比較により,グローバルに標準となる第四紀の海面変動曲線を得ることである.明らかにされた点は(1)房総半島の上総層群と下総層群の境界層準については,研究者毎に不統一がみられた.調査の結果,従来市宿層基底の"東京湾不整合"と呼ぱれた不整合は存在せず,千葉市内の地下資料から得た不整合は市宿層を切る長浜層基底の長浜不整合であること,この不整合は上総層群を大きく削剥し,低海面期に形成されたと同時に南関東地域が構造的に隆起を始める新たな時代を画すること,従って下総層群基底を長浜不整合に変更する必要が生じたこと,などが明らかとなった.(2)下総層群と海底堆積物の酸素同位体比ステージとの対比は,かつて本報告者によってもなされたが,他の研究者による最近のテフラ研究による各累層の年代を考慮すると,長浜不整合期がステージ16に相当することが明確である.一方,ワンガヌイ地域の海成更新統に関するB.Pillansらの近年の研究によれば,ステージ17のUpper Kai-Iwi Siltstoneを不整合に覆うステージ15のseafield Sandは基底に礫層を伴い,大きな海退期が推定されていることが明らかになっている.同時に,かつて報告者により現地調査がなされたワンガヌイ地域の資料で,B.Pillansによる海成段丘の対比の一部に誤りがあることを見いだした.これらの事実をもとに,房総半島の層序と対比を完成させ,海面変動曲線を描いた.本研究の目的は,世界的にも第四系の模式地として注目されている日本の房総半島とニュージーランドのワンガヌイ地方の層序について,高精度の時間軸にのせて対比をおこなうことである.本年度の研究としては,特に後期更新世,ワンガヌイ地方の海成段丘としては最も新しい低位の段丘に相当する,アイソトープステージ5以降の海成段丘と層序に関する現地調査とこれから得られる海水準変動の解明,およびいわゆるミランコピッチサイクルに対応する深海底の酸素同位体比曲線との対比を重点的におこなった.特に日本においては後期更新世についてはステージ5eの海成段丘,および5dの低海水準期の谷埋め堆積物の証拠が知られている宮崎平野の海成段丘の調査を,またステージ3の海成段丘の存在が予想される南房総の富浦町および館山市の調査をおこなった.宮崎平野においては,段丘区分に関する新たな資料やステージ5dの谷埋め堆積物があるとされる通山浜層の中から年代決定の鍵となるテフラを新たな地点で発見し,採取するなど成果を得た.また南房総地域では,ステージ3に形成された可能性のある富浦2面,3面4面の海成段丘面のハンドオーガーによる試錐を数カ所においておこない,段丘面をおおう風成テフラ試料を採取,さらに露頭観察により新しくステージ3の海成段丘の堆積物を確認する成果を得た.なお本研究の補助金は追加交付により決定したもので調査期間が限られていたために,野外で得た試料の分析,資料の解析などは次年度におこなう予定である.本研究の目的は,世界的な海成第四系の模式地とされる房総半島とニュージーランドのワンガヌイ地方について,段丘や海成更新統の層序にもとづく高精度の対比を行い,さらに海底堆積物から得られる酸素同位体比曲線との比較により,グローバルに標準となる第四紀の海面変動曲線を得ることである.明らかにされた点は(1)房総半島の上総層群と下総層群の境界層準については,研究者毎に不統一がみられた.調査の結果,従来市宿層基底の"東京湾不整合"と呼ぱれた不整合は存在せず,千葉市内の地下資料から得た不整合は市宿層を切る長浜層基底の長浜不整合であること,この不整合は上総層群を大きく削剥し,低海面期に形成されたと同時に南関東地域が構造的に隆起を始める新たな時代を画すること,従って下総層群基底を長浜不整合に変更する必要が生じたこと,などが明らかとなった.(2)下総層群と海底堆積物の酸素同位体比ステージとの対比は,かつて本報告者によってもなされたが,他の研究者による最近のテフラ研究による各累層の年代を考慮すると,長浜不整合期がステージ16に相当することが明確である.一方,ワンガヌイ地域の海成更新統に関するB.Pillansらの近年の研究によれば,ステージ17のUpper Kai-Iwi Siltstoneを不整合に覆うステージ15のseafield Sandは基底に礫層を伴い,大きな海退期が推定されていることが明らかになっている.同時に,かつて報告者により現地調査がなされたワンガヌイ地域の資料で,B.Pillansによる海成段丘の対比の一部に誤りがあることを見いだした.これらの事実をもとに,房総半島の層序と対比を完成させ,海面変動曲線を描いた.本研究の主な目的は,世界的な海成第四系の模式地とされる房総半島と,同じく世界的な模式地であるニュージーランドのワンガヌイ地方について,段丘や海成更新統の層序にもとづく高精度の対比を行い,さらに海底堆積物から得られる酸素同位体比曲線との比較により,グローバルに標準となる第四紀の海水準変動曲線を作成することである.明らかにされた点は;

(1)房総半島の上総層群と下総層群の境界層準については,研究者毎に諸見解があり統一されていなかった.現地調査によれば,従来本報告者も認めていた市宿層基底の"東京湾不整合"の名で呼ばれる不整合は存在せず,千葉市内のボーリング資料から得た不整合は市宿層を切る長浜層基底の長浜不整合であること,この不整合は上総層群の分布を大きく削剥し,低海水準期に形成されたと同時に南関東地域が構造的に隆起を始める新たな時代を画するものであること,従って下総層群基底を長浜不整合に変更する必要が生じたこと,また下総層群基底ともされる地蔵堂層や金剛地層基底には,非整合境界は存在するものの単に寒冷期の海水準低下を示すもので,長浜不整合ほどの構造的な意味はないこと,などが明らかとなった.(2)下総層群と海底堆積物の酸素同位体比ステージとの対比は,かつて本報告者によってもなされたが,他の研究者による最近のテフラ研究による各累層の年代を考慮すると,長浜不整合期がStage 16に相当することが明確になってきた.一方,ワンガヌイ地域の海成更新統に関するB.Pillansらの近年の研究によれば,Stage17のUpper Kai-Iwi Siltstoneを不整合に覆うStage 15のSeafield Sandは基底に厚い礫層を伴い,大きな海進期が推定されていることが明らかになっている.この事実は房総半島における層序と比較し,本報告者がかつて主張したグローバルな海水準低下とその後の海水準上昇を表し,興味深い.
昆虫の植物2次物質解毒機構に関する研究

昆虫の解毒酵素として重要なグルタチオンSートランスフェラ-ゼ(GST)をタマネギバエ、Delia(Hylemya)antiquaより単離・精製し、その生化学的性状を調べた。また、体内で発生する有害な活性酸素を除去する抗酸化酵素群については、植物2次物質およびケルセチンがタマネギバエとその類縁種タネバエ、__D.platuraの本酵素活性に及ぼす影響について調査した。結果の槻要は以下のとおりである。1.タマネギバエ幼虫のGSTを、硫安分画、DEAEーセルロ-ス、GSHーアフィニティークロマトグラフィ-により精製した。このGSTは分子量約23.5kDのサブユニットからなる分子量約50.0kDのホモニ量体であった。このGSTの触媒する2基質反応は、sequential mechanismに従っていた。GSTはグルタチオン抱合反応以外にも多くの機能を持つことが知られ、アイソザイム間に機能分化が認められている。タマネギバエのGSTは一分子種で、ビリルビン結合機能、ヘマチン結合機能、有機過酸化物のペルオキシダ-ゼ活性など多彩な機能を有していた。2.タマネギバエ・タネバエの抗酸化酵素群、ス-パ-オキシドディスムタ-ゼ(SOD)、カタラ-ゼ(CAT)およびグルタチオンペルオキシダ-ゼ(GPOX)の活性に及ぼす植物2次物質の影響を調べた。寄主植物、タマネギ鱗茎、ダイズ種子で飼育した幼虫のSOD活性は、植物2次物質を含まない合成飼料で飼育した幼虫の2.03.3倍高かった。タマネギ鱗茎中のプロオキシダント、ケルセチンは、合成飼料中の含量1%で両種のSOD活性を2.32.5倍に上昇させた。CAT活性は両種ともに高レベルで、食餌の種類によらすほぼ一定であったが、どの処理区でもタネバエはタマネギバエの約1.5倍の活性を示した。GPOX活性はタマネギを食餌としたタマネギバエ幼虫において著しく阻害されていた.この阻害は0.1%ケルセチン投与区でも認められた。植物2次物質の解毒酵素として重要であると考えられるグルタチオンS-トランスフェラーゼ(GST)をタマネギバエHylemya antigue Meigenより精製し、その生化学的な性状を調べた。また、GSTは解毒作用以外にも多くの機能を持つことが知られ、ラットなど複数のアイソザイムを持つものではアイソザイム間に機能の分化が認められている。しかし、後述のようにタマネギバエではGSTは単一の分子種からなる事が明らかとなったもので、この一種のタンパクが他の動物で知られているGSTの持つ多様な機能をすべて持っているのか調査した。結果の概要は次の通りである。1.硫安分画、DEAEセルロースクロマトグラフィー、GSH-Sepharoseカラムを用いたアフィニティークロマトグラフィーでGSTを精製した。等電点で電気泳動、disc-POGE、SDS-PAGEにより、タマネギバエGSTを単一にまで精製したことを確認した。このGSTは分子量約23,500のサブユニットから成る分子量約50,000ホモダイマーであり、等電点は5.0であった。GSH、CDNBに対するKm価は、それぞれ0.92±0.60mM、0.027±0.006mMである。

また、GSTの触媒機構はseguential mechanismであり、ping-pong mechanismではないことが酵素反応速度論的解析により分かった。2.GSTの解毒作用以外の機能として、ビリルビン結合機能、ヘマチン結合機能、有機過酸化物を基質とするグルタチオンペルオキシターゼ活性について調べた。ビリルビンはCDNBに対しては競合阻害、GSHに対しては非競合阻害を示し、ヘマチンはCDNBに対しては非競合阻害を示した。また、有機過酸化物を基質とするグルタチオンペルオキシターゼ活性も認められた。したがって、タマネギバエGSTは、一つの分子種でGSTの持つ多様な機能をすべて持っている可能性が示唆された。1.植物2次物質の解毒酵素の1つ、グルタチオンS-トランスフェラ-ゼ(GST)をタマネギバエHylemya antiqua Meigenより抽出精製したところ、1分子種のみを認めることができた(1988年度)。アインザイムの存在を検知する目的で、このGSTに対するポリクロ-ナル抗体を作製し免疫染色を試みた。即ち、タマネギバエ幼虫のホモジェネ-トを、SDS-PAGE、ウェスタンブロッティングにより分離・固定し、免疫染色により精製GSTと血清学的に類縁なタンパクを検出した。この結果、精製GSTと同位置に1本だけバンドが認められたので、GSTのアイソザイムは、もし仮に存在するとしても血清学的に類縁性のないものであるとの結論を得た。2.ス-パ-オキシドディスムタ-ゼ(SOD)は、体内中で生成する有害なス-パ-オキシドラジカルを除去する酵素として注目されている。最近、植物2次物質の中には、それを摂取した昆虫体内で多量のス-パ-オキシドを生成させるものがあることが分かった(プロオキシダント)。そこで、植物2次物質を全く含まない化学合成飼料で無菌的に飼育タマネギバエ幼虫と、寄主であるタマネギで飼育した幼虫のSOD活性を比較したところ、後者は前者の2.5倍の活性を持っていた。また、タマネギのメタノ-ル抽出物を合成飼料に添加すると、SOD活性は1.6倍に上昇した。タマネギ中に存在することが知られているプロオキシダントの1つ、ケルセチンを合成飼料に添加したところ、タマネギ中の含有量である0.01%ではわずかなSOD活性の上昇が認められるだけであった。したがって、タマネギ中にはケルセチン以外にSOD活性の上昇を誘起する物質が存在すると考えられた。1.ス-パ-オキシドディスムタ-ゼ(SOD)は、体内中で生成する有害なス-パ-オキシドラジカルを除去する酵素として注目されている。最近、植物2次物質の中には、それを摂取した動物体内で多量のス-パ-オキシドを生成させるプロオキシダントとして働く事が哺乳類を中心に明らかにされている。植物2次物質を完全合成飼料に添加することにより、プロオキシダントとして作用してタマネギバエ幼虫Delia antiqua MeigenのSOD活性を上昇させるものをスグリ-ニングした。この結果、昨年度プロオキシダントであることを明らかにしたケルセチンの他に、メナジオン、ジュグロン、キサントトキシン、フラボンなどをプロオキシダントとして確認した。これらの物質の毒性とプロオキシダントとして活性の強弱との関連を調査中である。2.タマネギバエおよびタネバエ幼虫のSODの単離・精製を試みた。幼虫虫体のホモジェネ-トを遠心分画したところ、可溶性画分に活性が認められ、硫安分画では5080%
マイクロトンネルマシンの確率的同定と制御問題

この3年間の研究において、マイクロトンネルマシンを構成している導管の途中に生じる撓みu(t, x)が支配される偏微分方程式の同定と制御方策の研究を行なった。初年度構築した双曲型偏微分方程式モデルは非常に複雑で、その物理パラメータ等の推定に難点が生じ、シミュレーションにも時間がかかり実用的ではないことが解明された。そこで2年度においては、数学モデルの構築に際して、慣性項を無視し、ダンピング項のみの、放物型モデルを提案しシミュレーション実験を行なった。その結果には実データとの類似性が見受けられ、さらに多関節の導管に実際に生じる座靴現象もこの数学モデルで表現できることが判明した。座靴現象の数学的解析を行い、偏微分方程式の解に関する確率的安定性の十分条件の導出を行なった。このマイクロトンネルマシンの特徴である、導管が障害物を回避するように曲進する場合に対応した数学モデルへの拡張を行い、その制御方策を検討した。最終年度は構築された数学モデルに含まれる物理係数の同定を行なうことであり、最尤推定を用いて位置変数の関数である2種類の係数の同定を行なった。前年度に開発された同定アルゴリズムを実データに適用したが、このマイクロトンネルマシンを試作している企業より提供されたデータは、観測データ取得の環境条件に不明な部分があり、最尤法を用いて同定した係数の物理的妥当性が検証できない場合が多く見受けられた。最終的には初年度に考察した物理的制約や物性より決定した係数をもとに、最尤法で少し微調整を加える同定法が有用であるとの結論に達した。本研究で導出した数学モデルは、数理ファイナンスにおける確率的ボラテリティーの推定問題に現れる基礎方程式に類似しており、応用できる可能性の検討を行なった。一般の電力、通信ケーブルの地中化工事は、道路、歩道などを開削し、ケーブル管路を埋設している。一方、最近の交通事情、地域住民の要望などにより道路を掘らない管路の埋設工法(非開削工法)のニーズが高くなってきている。この工法では油圧ポンプを使用して導管を地中に圧入する埋設機が使用される。導管は長さ30cmの中空管(外径6.5cm)をヒンジ結合した多関節の鋼管であり、先端にテーパ部分を設けこれを回転させることで、曲進することができる。最終推進長は約30mを想定するのが一般的であり、特にこの導管が多関節であるのは、障害物を回避するように曲線推進性を持たせるためである。この装置で問題となるのは、油圧ポンプで発生させた挿入力と、パイプ先端における逆圧力とのバランスにより、導管の途中に撓みu(t,x)が生じる場合である。地盤の堅さにより、この撓みu(t,x)が増大し導管の先端l(t)が推進せず、最終的に導管が破壊することがある。すなわちパイプの撓みu(t,x)と先端の位置l(t)には、ある力学的な関係条件があり、撓みu(t,x)を支配する通常の偏微分方程式に加えて、この新たな関係条件である自由境界条件を導出する必要が生じる。高価な埋設機を何度も破壊実験に使用することなく、埋設機の導管に生じる撓みu(t,x)を発生するメカニズムである数学モデルを作成し、先端位置l(t)の制御方策を構築するのが主目的である。本年度は多関節の導管が直進する場合に的を絞って、導管の途中に生じる撓みu(t,x)が支配される双曲型偏微分方程式を構成し、解の安定性を検証した。

前年度では多関節の導管が直進する場合に的を絞って、マイクロトンネルマシンを構成している導管の途中に生じる橈みu(t,x)が支配される双曲型偏微分方程式の構成を行った。特にこの問題はマイクロトンネルマシンの導管の先端が推進するので、従来の偏微分方程式ではなく、移動境界を持った新しいモデルを導出する必要があった。本年度は、昨年度得られた数学モデルを改良し、導管が地中に埋没している障害物を回避するために、多関節の導管が曲進する場合の数学モデルを再構築し、さらにその制御方法を検討した。導管が曲進する場合には、軸方向の地中よりの逆圧力により、座靴現象が多発することが、実験的に報告されており、本年度は特に導管が曲進する場合の、数学モデルにおける、解の安定性の十分条件を新たに導出し、座靴現象との関連を明確にした。さらにその構築された数学モデルにより実用性をもたせるには、モデルの数多くの物理パラメータを、同定する必要がある。その前段階として、位置変数の関数である2種類の係数を同定する方法の開発にとりかかった。まず最尤推定法を導入することにより、2種類の係数を、個別に同定するアルゴリズムを開発し、コンピュータによる数値実験を行い、良好な実験結果を得ることができた。一方2種類の係数を同時に推定する場合にはあまり良好な結果が得られず、同定アルゴリズムの改善や、観測データ取得方法の改良が必要であることが判明し、次年度の課題とした。この3年間の研究において、マイクロトンネルマシンを構成している導管の途中に生じる撓みu(t, x)が支配される偏微分方程式の同定と制御方策の研究を行なった。初年度構築した双曲型偏微分方程式モデルは非常に複雑で、その物理パラメータ等の推定に難点が生じ、シミュレーションにも時間がかかり実用的ではないことが解明された。そこで2年度においては、数学モデルの構築に際して、慣性項を無視し、ダンピング項のみの、放物型モデルを提案しシミュレーション実験を行なった。その結果には実データとの類似性が見受けられ、さらに多関節の導管に実際に生じる座靴現象もこの数学モデルで表現できることが判明した。座靴現象の数学的解析を行い、偏微分方程式の解に関する確率的安定性の十分条件の導出を行なった。このマイクロトンネルマシンの特徴である、導管が障害物を回避するように曲進する場合に対応した数学モデルへの拡張を行い、その制御方策を検討した。最終年度は構築された数学モデルに含まれる物理係数の同定を行なうことであり、最尤推定を用いて位置変数の関数である2種類の係数の同定を行なった。前年度に開発された同定アルゴリズムを実データに適用したが、このマイクロトンネルマシンを試作している企業より提供されたデータは、観測データ取得の環境条件に不明な部分があり、最尤法を用いて同定した係数の物理的妥当性が検証できない場合が多く見受けられた。最終的には初年度に考察した物理的制約や物性より決定した係数をもとに、最尤法で少し微調整を加える同定法が有用であるとの結論に達した。本研究で導出した数学モデルは、数理ファイナンスにおける確率的ボラテリティーの推定問題に現れる基礎方程式に類似しており、応用できる可能性の検討を行なった。
シ-ボルト収集の日本産植物標本と関連資料類の調査研究

1.オランダにおける植物標本調査:ライデン市の国立植物標本館で調査を行った。タイプ標本、日本の本草学者がシ-ボルトに贈呈した標本類、シダ植物に重点を置いて標本を探索した。合計1,540葉の植物標本を見つけ出すことができた。それらの保存状態を調べ、シ-ボルトがラベルに書き入れているメモを記録し、カラーの他に白黒で写真撮影を行った。調べたタイプ標本は合計342葉であった。タイプの選定、指定が行われていない種がかなり見られた。それらについては後日にタイプを定める必要がある。日本の本草学者たちはシ-ボルトの植物標本の収集にいろいろと協力しているが、伊藤圭介、水谷助六、大河内存真らの協力の状態をより具体的に把握できた。シダ植物の収集においても日本の本草学者の貢献が大きいことが判った。シ-ボルトはミカンの果実のようなものを液浸標本にしていることが判明したので、調査を行った。合計168本の標本を探し出すことができた。ソテツ、ツバキ、オモトの果実もあった。シ-ボルトの徹底した収集ぶりを知ることができた。2.都立大の牧野植物標本館における調査研究:シ-ボルトが晩年まで保持していた未整理標本がロシアのコマロフ植物研究所を経由して現在は牧野植物標本館に保存されている。日本の本草学者たちが収集し、シ-ボルトに贈ったものが各種含まれている。それらに関連した標本がライデンの国立植物標本館にもある。双方における調査結果を突き合わせることで、シ-ボルトの標本整理、標本の活用状態についての知見を深めることができた。1.オランダにおける標本調査。主にシ-ボルトの「フローラ・ヤポニカ(日本植物誌)」で紹介された種類を調べた。800葉の標本を見つけ出し、撮影した。標本は概して質が高い。同一の種についても、時期を違えて、花、果実、葉などの状態が判るように何枚も標本が作成されている。興味あるのは、「フローラ・ヤポニカ」の図版と一致する標本の存在である。かなりの図版が、生きた植物ではなく、押し葉の標本から生きた状態を復原して作成されていたことが判明した。その他にシ-ボルト収集の材木、生薬、あるいは種子のコレクションなどの存在が判明したので予備的調査を行った。水谷助六、伊藤圭介、桂川甫賢らの日本の本草学者がシ-ボルトに贈呈した標本も見出すことができ、シ-ボルトの植物研究に活用されたことを確認した。2.オランダにおける資料調査。シ-ボルトの手紙、メモ、彼が日本で入手した写生画などを調べた。シ-ボルトの「フローラ。ヤポニカ(日本植物誌)」の準備状態を知る手がかりが得られた。3.日本国内における標本調査。シ-ボルトが日本で本草学者達から貰った標本の一部は里帰りして都立大学の牧野標本館にある。整理をすると共に、内容を調べた。水谷助六、伊藤圭介、桂川甫賢らの標本の存在が判明した。オランダにあるものと密接に関連しており、双方を調べて、全体像を復原する必要がある。その作業を進めた。4.日本国内における関連資料調査。国会図書館の分室の東洋文庫において行った。シ-ボルト自筆の植物関係の草稿のコピーが各種保存されている。内容を調べ、出島における収集活動や、研究の状態をある程度知ることができた。こうした諸調査により、シ-ボルトの収集・研究活動の内容、彼を助けた日本の本草学者との関連、集められた標本の質や保存状態、「フローラ。ヤポニカ」の準備状況などに関した新知見がいろいろと得られた。

合計1,540葉の植物標本を見つけ出すことができた。それらの保存状態を調べ、シ-ボルトがラベルに書き入れているメモを記録し、カラーの他に白黒で写真撮影を行った。調べたタイプ標本は合計342葉であった。タイプの選定、指定が行われていない種がかなり見られた。それらについては後日にタイプを定める必要がある。日本の本草学者たちはシ-ボルトの植物標本の収集にいろいろと協力しているが、伊藤圭介、水谷助六、大河内存真らの協力の状態をより具体的に把握できた。シダ植物の収集においても日本の本草学者の貢献が大きいことが判った。シ-ボルトはミカンの果実のようなものを液浸標本にしていることが判明したので、調査を行った。合計168本の標本を探し出すことができた。ソテツ、ツバキ、オモトの果実もあった。シ-ボルトの徹底した収集ぶりを知ることができた。2.都立大の牧野植物標本館における調査研究:シ-ボルトが晩年まで保持していた未整理標本がロシアのコマロフ植物研究所を経由して現在は牧野植物標本館に保存されている。日本の本草学者たちが収集し、シ-ボルトに贈ったものが各種含まれている。それらに関連した標本がライデンの国立植物標本館にもある。双方における調査結果を突き合わせることで、シ-ボルトの標本整理、標本の活用状態についての知見を深めることができた。
高次脳機能局在に基づく右前頭葉腫瘍に対する摘出限界策定の試み

【目的】右前頭葉は社会脳として高次脳機能をつかさどり、人が社会活動を行う上で重要な役割を果たしている。我々は右前頭葉グリオーマに対する脳腫瘍摘出術において、皮質および白質神経線維の覚醒下マッピングにより、高次脳機能の温存を図っている。今回,右前頭葉の種々の機能について、関連する脳領域と術後機能回復について調べ、右前頭葉の安全な摘出限界について検討した。【方法】対象は2013年8月から2018年2月の間に当院で覚醒下脳腫瘍摘出術を施行した右大脳半球グリオーマ42例のうち、術前・術後急性期・慢性期の経時的な機能評価が叶った右前頭葉グリオーマ31例を対象とした。右前頭葉の種々の機能について、画像統計解析と覚醒下マッピング所見との照合を行った。【結果】急性期に障害を来しても回復する可能性が高い機能は、補足運動野(SMA)症候群に関連する運動機能、社会的認知機能、流暢性であった。これらにはそれぞれ、SMA proper後方と帯状束、下前頭回眼窩部と前頭線条体路・上縦束III、そして上前頭回深部白質と前頭斜走路が関与していた。一方、障害が後遺する可能性が高い機能は、運動、視空間認知、感情識別機能、作業記憶であった。関与する領域はそれぞれ、一次運動野と錐体路、中前頭回後方深部と上縦束II、中前頭回後方皮質から深部白質、そして上・中前頭回後方深部と上縦束I/IIであった。また、これらの機能局在は覚醒下マッピングにより同定が可能であった。【考察】SMA、前頭前野や前頭線条体路・前頭斜走路は術後症状を来たしても一過性であるが、錐体路及び前頭葉後方深部での上縦束の障害は後遺する機能障害を来たすと考えられた。【結論】右前頭葉の安全な摘出可能領域は、後方の運動領域とその前方深部に存在する高次脳機能局在領域以外であると考えられた。また、覚醒下マッピングにより障害を回避できることが示唆された。解析が順調に進み、学会・論文発表が叶った。予定通り研究を推進する。旅費での使用が少なくなったため
溶射を用いた医療インプラント用多孔貭および傾料機能材料の開発

最近医療の分野では、各種の新しい素材を用いたインプラントが研究開発されている。金属の場合、生体安全性が高いTiとその合金がよく用いられるが、骨との接合性にやや難点がある。我々は減圧下プラズマ溶射法によりTiにTiを溶射することで表面の多孔質を試みたが、皮膜表面からのTiイオン溶出を抑え、母材との接合性を高めることも必要である。そこで、母材と接する皮膜下層部は細かいTi粉末を溶射し、その上に表面をあらわすために粗いTi粉末を溶射する二層溶射法を開発し、さらにそれを真空中で熱処理した。これによって、疑似体液である1%NaCl中でのアノ-ド分極の結果溶出が少なくかつ、疲労強度の低下の少ない多孔質化Ti皮膜が得られた。一方、生体親和性の高いセラミックスであるアパタイト(HAp)や、TCPをTi金属上に溶射することも試みた。TCPは、乾式法で合成および造粒した溶射し、αーTCPの皮膜を形成することができた。さらに、TCPやこれまでに報告したHAp溶射皮膜は、最終的にはTi溶射皮膜の上に薄く被覆したいと考えているが、この場合Tiの多孔質孔がふさがれたり、セラミック皮膜がTi皮膜から剥離してしまう危険性がある。そこで、複合化の全く新しい試みとして、Ti粉末にHApをハイブリダイザ-を用いて被覆した複合粉末を用いてTi基材へ溶射を行い、Ti+HApの複合皮膜を形成することができた。
新規疎水性シランカップリング剤の合成、開発、ならびにコンポジットレジンへの応用

研究実施計画に基づき,新規疎水性シランカップリング剤を種々合成,開発した.また,合成したシランカップリング剤の処理効果をガラス面に対するコンポジットレジンの接着強さから検討した.その結果,1.合成した新規疎水性シランカップリング剤は,^1H-NMR, FT-IR, Massにより目的物である1分子内に重合性基と疎水性基であるベンゼン環をもつシランカップリング剤であることを確認した.また,ベンゼン環を挟み加水分解性基と有機官能基の位置が異なる3種(M-p-MBS, p-MBS, o-MBS)のシランカップリング剤の合成に成功した.2.上記に合成した新規疎水性シランカップリング剤を用いて,市販並板ガラスに処理を施し,コンポジットレジンの初期接着強さを水中保管およびサーマルストレス後に計測した結果,p-MBS>M-p-MBS>o-MBSの順で高く,3-MPSと比較してp-MBS, M-p-MBSは有意に高い値であった(p<0.05).また,ガラス面処理後に加熱してからコンポジットレジンを接着した試料も同様な結果であったことから,ベンゼン環の挟み加水分解性基と有機官能基が対称性に位置するシランカップリング剤がカップリング層とレジンマトリックスとの相溶性が増し,フィラーとベースレジンの親和性が高められ,さらにカップリング層の疎水性が向上したことが示唆された.以上より,ベンゼン環の挟み加水分解性基と有機官能基が対称性に位置するシランカップリング剤は,特に加熱処理を施すと3-MPSと比較して有意に高い接着強さが得られ,しかもカップリング層の耐加水分解が向上し,耐水耐久性が良好であったと考えられた.この結果から研究実施計画に基づき,試作コンポジットレジンを製作中である.研究実施計画に基づき,新規疎水性シランカップリング剤を種々合成,開発した.また,合成したシランカップリング剤の処理効果をガラス面に対するコンポジットレジンの接着強さから検討した.その結果,1.合成した新規疎水性シランカップリング剤は,^1H-NMR, FT-IR, Massにより目的物である1分子内に重合性基と疎水性基であるベンゼン環をもつシランカップリング剤であることを確認した.また,ベンゼン環を挟み加水分解性基と有機官能基の位置が異なる3種(M-p-MBS, p-MBS, o-MBS)のシランカップリング剤の合成に成功した.2.上記に合成した新規疎水性シランカップリング剤を用いて,市販並板ガラスに処理を施し,コンポジットレジンの初期接着強さを水中保管およびサーマルストレス後に計測した結果,p-MBS>M-p-MBS>o-MBSの順で高く,3-MPSと比較してp-MBS, M-p-MBSは有意に高い値であった(p<0.05).また,ガラス面処理後に加熱してからコンポジットレジンを接着した試料も同様な結果であったことから,ベンゼン環の挟み加水分解性基と有機官能基が対称性に位置するシランカップリング剤がカップリング層とレジンマトリックスとの相溶性が増し,フィラーとベースレジンの親和性が高められ,さらにカップリング層の疎水性が向上したことが示唆された.以上より,ベンゼン環の挟み加水分解性基と有機官能基が対称性に位置するシランカップリング剤は,特に加熱処理を施すと3-MPSと比較して有意に高い接着強さが得られ,しかもカップリング層の耐加水分解が向上し,耐水耐久性が良好であったと考えられた.この結果から研究実施計画に基づき,試作コンポジットレジンを製作中である.
視覚情報管理に関する研究−セマンティックスに基づいた画像検索

今年度の研究は次の2点に絞って行ってきた。一つはキーワードと画像データからの情報を如何に融合すべきかとの問題である。もう一つは視覚情報管理システムの仮想空間構築への応用である。コンテンツに基づいた視覚情報管理は画像データに依存する特徴を用いて客観的な索引を作成することを目的としていた。しかし、情報検索者はできればキーワードに近い、つまり、セマンテックスが富んだ特徴で検索したいのは実情である。そこで、画像データによる客観的な索引と検索者に必要となるキーワードに近い特徴との間のギャップを如何に埋めるかが大きな問題となる。我々は二つのアプローチを提案した。一つはfeed-forwardのニューラルネットワークを用いて、検索者との対話的な学習を行うことによって、客観的な索引を生成することを試みた。ここで採用したニューラルネットワークは隠れ層が一層だけで、この層にあるノードの数が学習に応じて動的に変化する。もう一つは画像の構造化表現によるアプローチである[1],[2],[3],[4]。どちらのアプローチからも良い実験結果が得られた。ニューラルネットワークによる方法は学習が基本であるため、例題に依存する欠点があると予測されるが、ロバスト性の高い検索が行うことが可能である。構造化表現による方法は構造的パターン認識手法を利用しているため、セマンテックスが明確に分かるメリットがあるが、高い検索精度を要求する場合にはリコールが低くなることがある。また、仮想現実感への応用については出土文物の復元や意匠設計などについで検討し始めた[5],[6]。
ウイルス性扁桃炎の同定と病態の把握

平成2年4月から9年1月の間、診療現場にてその臨床経過や局所所見よりウイルス性急性扁桃炎または急性咽喉頭炎を疑った患者のうち、扁桃組織生検を施行し得た40症例を対象にウイルス学的検索を行った。各々の症例から炎症急性期に扁桃ないし口腔咽頭粘膜および末梢血単核球を採取し、同時に口腔咽頭や扁桃局所さらにその他の全身の病的所見を観察し写真などで記録した。凍結保存およびホルマリン固定した生検組織各々と末梢血単核球からDNAを抽出し、PCR法にてウイルス核酸の検索を行った。ホルマリン固定標本からは病理組織学的変化を観察し、免疫組織化学にて単純ヘルペスウイルスおよび水痘帯状疱疹ウイルス抗原の検出を試みた。またEBウイルス感染症の疑われた症例にはin situ hybridizationを行い炎症局所からのEBウイルス検出を試みた。対象40症例中単純ヘルペスウイルスを4例に、EBウイルスは21例に検出された。単純ヘルペスウイルス感染例は初診時扁桃炎と同様に口唇疱疹、歯肉炎または口腔粘膜のアフタ形成を全例に認めており、うち2例は病歴およびよ身体所見より性感染症の一病態としての急性扁桃炎が示唆された。EBウイルスが検出された症例の扁桃の所見は、一見細菌感染による急性扁桃炎を疑うような白苔を認め、頸部リンパ節腫脹が高度な例、全身に発疹を伴う例など臨床所見は様々であった。また実験結果より複数のウイルスが病態に関与していることが示唆される症例も認められ、さらに検討中である。
種子の温度応答による冬季一年草の生活環制御機構の解明

植物は季節という気温の著しい年較差に適応して短命な一年草型生活環を進化させた。一年草の生活環は基本的に発芽と開花の季節的タイミングを制御することで成立している。本研究では、冬季一年草の生活環進化の遺伝的プログラムの解明を目指し、以下の研究成果を得た。1.秋発芽タイミング決定の生態生理機構冬季一年草ミドリハコベの秋発芽のタイミングは、夏期間、埋土種子の発芽の上限温度を土壌温度範囲の下限値よりも数°C低く保つことで決定されている。モデル植物のレタスでは、発芽に不適な高温に置かれた種子はアブシジン酸の生合成と感受性を高めた。ジベレリンは代謝を促進することで種子内アブシジン酸レベルの低下に働くが、温度は内生ジベレリンレベルに影響を与えなかった。したがって、冬季一年草種子はアブシジン酸の生合成、代謝、感受性を介して温度応答することにより、最適な発芽の季節タイミングを決定していると結論される。さらに、アブシジン酸生合成の鍵酵素9-cis-epoxycarotenoid-dioxygenase遺伝子をレタスmRNAからクローニングした。冬季一年草の生活環進化に本遺伝子発現の温度応答性獲得が関与しているかどうかの解析が待たれる。2.一年草型生活環成立の生態機構冬季一年草ナズナの生活環制御におけるバーナリゼーションの役割を調べた結果、登熟期種子バーナリゼーション、発芽後種子バーナリゼーションおよび緑植物バーナリゼーションに比べて未発芽種子バーナリゼーションの花成誘導効果が大きかった。未発芽種子バーナリゼーションが誘導された埋土種子から春に発芽した個体は速やかに開花して一年生型となるが、当年度生産の種子から春発芽した個体は開花にいたらず夏季に枯死するか越年生型となった。以上から、ナズナの一年生型生活環の成立にとって未発芽種子バーナリゼーションが決定的な生態要因であると結論される。冬季一年草の生活環を制御する第一義的要因である発芽と開花のタイミングの調節機構を解明するために以下の2項目について研究を実施した。(1)冬季一年草の開花タイミング調節における未発芽種子バーナリゼーションの生態的意義ナズナの生活環制御におけるバーナリゼーションの役割を調べた結果、(1)ナズナは登熟期種子バーナリゼーション、未発芽種子バーナリゼーション、発芽後種子バーナリゼーションおよび緑植物バーナリゼーションの性質を有しているが、未発芽種子バーナリゼーションの花成誘導効果が最も大きいこと、(2)未発芽種子バーナリゼーションが誘導された埋土種子から春に発芽した個体は速やかに開花して一年生型となるが、当年度に生産された種子から春発芽した個体は開花にいたらず夏季に枯死するか越年生型となること、が明らかとなった。以上から、ナズナの一年生型生活環の成立にとって未発芽種子バーナリゼーションが重要な生態要因であると推察される。(2)冬季一年草の種子発芽タイミング調節における高温発芽阻害の生態的意義ミドリハコペ埋土種子の上限温度は、夏期間、土壌温度範囲の下限値よりも常に数°C低く推移した。秋口になると、発芽の温度範囲と土壌温度の範囲とがオーバーラップし、野外での発芽フラッシュが起こった。アブシジン酸生合成阻害剤を種子に処理したところ、発芽の上限温度は約5°C高くなり、夏期間のいずれの時期でも野外での発芽が可能となった。

次に、発芽生理の実験材料とされているレタスを用いて種子内のアブシジン酸量に対する発芽温度の影響を検討したところ、発芽適温においてレタス種子のアブシジン酸含量は速やかに低下したが、発芽が阻害される温度では高いレベルに保たれた。これらの結果から、冬季一年草の埋土種子は、アブシジン酸レベルの調節を介して数°Cの精度で温度をセンシングすることで、発芽タイミングを決定していると推察される。冬季一年草の生活環を制御する主要因である発芽タイミング゙の調節機構を解明するために以下の研究を実施した。1アブシジン酸の生合成、代謝、感受性を介した種子発芽の温度応答機構冬季一年草ミドリハコベの秋発芽のタイミングは、夏期間、埋土種子の発芽の上限温度を土壌温度範囲の下限値よりも数°C低く保つことで決定されている。レタスをモデル植物に用いた研究の結果、発芽に不適な高温に置かれた種子は、植物ホルモンのアブシジン酸の生合成と感受性を高めることが明らかになった。また、ジベレリンは代謝を促進することで種子内アブシジン酸レベルの低下に働くが、温度は内生ジベレリンレベルに影響を与えないことが示された。冬季一年草の種子は、アブシジン酸の生合成、代謝、感受性を介して温度応答することにより、最適な発芽の季節タイミングを決定していると考えられる。2レタスのアブシジン酸生合成系遺伝子のクローニング冬季一年草の種子発芽の季節性がアブシジン酸を介した発芽の温度応答によって決定されていることが明らかになったので、アブシジン酸生合成の鍵酵素の一つである9-cisーepoxycarotenoid-dioxygenase(NCED)をコードする遺伝子をクローニングした。レタスmRNAからトマトとトウモロコシのNECD遺伝子の保存領域を参考にしてRT-PCRを行い、602bpのcDNA断片を得た。さらに3'RACEによってDNA下流域567bpをクローニングした。このcDNAの推定アミノ酸配列は既知のNECD遺伝子と約7080%の相同性があり、ジオキシゲナーゼ活性に必要な保存領域も含まれていた。この結果から、得られたDNAはレタスのNECD遺伝子部分鎖長であると考えられる。冬季一年草の生活環進化に本遺伝子発現の温度応答性獲得が関与しているかどうかの解析が待たれる。