hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
腫瘍における新規血管新生抑制物質PEDFの分解調節とその役割

昨年度までに、PEDFの作用調節機序には1)過酸化脂質によるPEDF遺伝子の転写抑制、2)VEGF受容体であるFlt-1を介したVEGFによるPEDF遺伝子の転写促進、など転写レベルでの調節を明らかにしたので、本年度はPEDFタンパクの分解による作用調節機序に関し検討を行った。PEDFにGFPを融合させたタンパク質を用いて、ガン細胞、血管内皮細胞およびPEDF産生細胞である網膜色素上皮細胞を用いて、その分解タンパクをWestern blot法で調べた。その結果、PEDFのN末認識抗体、C末認識抗体、GFP抗体を用いて検討しても、外因的に添加したPEDFはどの細胞においても全く分解されないこと、および虚血等の条件に細胞をさらしても、PEDF分解は全く亢進されないことが明らかとなった。一方、Western blot法により細胞内のPEDFタンパクの挙動を調べたところ、産生されたPEDFタンパクは細胞内で分解されること、及び虚血時にその分解の亢進が認められた。また、免疫染色法により、細胞内のPEDFはアクチンと同じ局在をしていた。そこで、PEDFのN末deletion変異体を用いて、PEDFの細胞外遊離に対する影響を調べた。その結果、PEDFタンパクとは異なり、変異タンパクは細胞外へ放出されなかった。このことは細胞内でのN末分解の結果、細胞外へのPEDFタンパクの放出が抑制された可能性を示唆している。以上の結果は従来報告されていたようなPEDFタンパクの細胞外での分解がPEDFの活性調節機序である可能性は少なく、むしろPEDFの産生過程におけるPEDFタンパクの部分的分解がPEDFの作用を調節している可能性が高いことを意味している。昨年度および本年度得られた結果を考えると、当初想定したPEDFタンパクの分解をターゲットにした抗腫瘍療法の限界性が示され、PEDFを用いた抗腫瘍療法にはPEDFの遺伝子治療が有効であることが示唆された。本申請の目的は、強力な血管新生抑制因子であるPEDFの遺伝子導入による抗腫瘍治療および抗腫瘍薬としてPEDF分解酵素の抑制剤の開発であるが、本年度においては、PEDFの産生調節機序の解明を行った。PEDF産生は主にpost-transcriptionalに調節を受けていると考えられ、得に虚血におけるタンパク分解が主な調節機序であると考えられていた。しかし、口腔ガンを用いた研究において虚血でむしろPEDFタンパク量の上昇が認められた。その機序の解明を行ったところ、口腔ガンで虚血で上昇したVEGFがPEDF産生をtranscriptionalに調節していることが明らかとなった。すなわち、PEDF産生は血管新生促進因子であるVEGFにより、その発現上昇が認められ、その機序としては、VEGF-Flt-1-PEDFであることが明らかとなった。しかも、この機序は口腔扁平上皮ガンだけでなく、網膜色素上皮細胞でも共通であった。このことは、ガンそのものがVEGFという血管新生促進因子とPEDFという血管新生抑制因子をともに産生し、さらにその両者間で調節機序が存在することは、in vivoにおけるガンの増殖、転移を考える上で重要な知見であると思われる。また、本研究ではPEDFの定量化を目指しており、PEDFタンパクのN末に近い部分とC末に近い部分を抗原とする2つの抗体を用いて、sandwich法によるPEDFのELISA法の確立を試みた。その結果、ng程度までの感度の測定法が出来上がったが、さらなる感度の上昇を目指し、現在新たな抗体の作成を試みている。
トレイルランニングにおけるリスクマネジメントと参加者のリスク認知に関する実証研究

本年度はトレイルランニングイベントを開催する主催者に焦点を当て、主催者が実践するリスクマネジメントについて明らかにすることであった。調査対象イベントは、1)いながわ里山猪道トレイルラン、2)伊豆トレイルジャーニー、3)ハセツネCUP・日本山岳耐久レース、4)美ヶ原トレイルラン、5)スリーピークス八ヶ岳トレイルであった。調査対象者は、イベント業務に精通している実行委員長、事務局長、事務局員、及びイベントディレクターであった。質問項目は、(1)大会開催の目的、(2)大会計画・運営方針、(3)リスクマネジメント、(4)大会開催に伴う自然環境への配慮、(5)リスクマネジメントの課題である。また、トレイルランニングイベントと市民マラソン大会のリスクマネジメントの差異を明らかにするために、市民マラソン主催者に対してもインタビュー調査を実施した。調査対象イベントは、1)いぶすき菜の花マラソン、2)NAHAマラソン、3)神戸マラソン、4)世界遺産姫路城マラソン、5)赤穂シティマラソン大会であり、質問項目は上記と同様のインタビュー内容を設定した。インタビューの結果を質的に分析した結果、トレイルランニングの主催者はリスクマネジメントを実践する上で、医療体制の充実を図るとともに、ステークホルダーや地域住民との関係性強化に努めるため、リレーションシップマネジメントを実践していることが示された。また山を使用するといった観点から、自然環境への配慮を意識しながら持続可能性について検討し、自然との共存共栄について意識していることも明らかとなった。一方、市民マラソンにおけるリスクマネジメントは、医療体制に多くの予算が使用されており、トレイルランニングイベントと比べ、参加者のリスクへの意識が薄く、またロードを使用するため、自然環境への配慮といった側面には注力していないことが明らかとなった。トレイルランニングイベントを開催している主催者へのインタビュー調査が終わった後、トレイルランニングイベントに参加する参加者へのインタビューを進める予定であったが、市民マラソン大会を開催する主催者に追加でインタビューを行ったことから、参加者インタビューは当初の予定人数より少ない数となった。研究3年目となる令和元年は、参加者調査に焦点を当て、インタビュー調査を継続しつつ、量的調査に向けた質問紙を作成し、予備調査、本調査を実施予定である。本研究は、これまで等閑視されてきた主催者の「リスクマネジメント」及び参加者の「リスク認知(risk perceptions)」と「イベント参加における防衛行動(protective behavior)」に着目し、トレイルイベントでの実証研究を試みる。本研究の目的は、(1)トレイルイベントにおける主催者のリスクマネジメントの要因を明らかにすること、(2)トレイルイベントにおける参加者の「リスク認知」の尺度開発を行うこと、(3)トレイルイベントにおける参加者の「リスク認知」がイベント参加における防衛行動(e.g.,山岳保険)に影響を及ぼすかを明らかにすることである。今年度は、スポーツイベントとツーリズムにおける「リスクマネジメント」と「リスク認知」に関する先行研究のレビューを実施した。合わせて、主催者に対するインタビュー調査を実施した。インタビュー内容は、主催者が実際に行っているトレイルランニングイベントにおけるリスクマネジメントと自然保護対策についてである。調査対象者は、KOBE・Mt.六甲SEA to MOUNTAINトレイルランニングレースの主催者である。これらの結果は、和歌山大学観光学会第7回大会においてポスター発表を行い、研究結果の社会還元に努めた。研究1年目となった平成29年度は、当初の予定よりやや遅れており、主催者へのインタビュー調査は研究2年目に引き続き行う予定である。また参加者へのインタビュー調査も研究2年目に実施予定である。研究2年目となる平成30年度は、主催者と参加者へのインタビュー調査を行いながら、尺度開発に向けた質問項目の作成を行う予定である。

尺度化された項目を基に、予備調査も実施予定である。研究3年目となる令和元年は、参加者調査に焦点を当て、インタビュー調査を継続しつつ、量的調査に向けた質問紙を作成し、予備調査、本調査を実施予定である。平成29年度は、主催者と参加者インタビューのために計上していた謝金が平成30年度に回るため、その部分の差額が生じている。また当初購入予定であったパーソナルコンピューターを平成29年度は購入しなかったことから、物品費が少なくなっている。平成30年度調査を行実施予定であった質問紙調査が次年度へ持ち越しとなったため、その部分の差額が生じている。
非平衡系における量子シミュレーション法の開発

量子揺らぎを入れた時間発展は、現実の物理現象を記述するために、不可欠な問題設定である。にもかかわらず、特に相対論的な場の量子論では、非摂動的に使える一般的なアルゴリズムは知られていない。我々はこの問題に対して、符号問題、ボルツマン方程式の固定点、粒子生成の計算、輸送係数の(再和法を取り入れた)計算など、多角的な視点からアプローチして、それぞれに具体的な答えを与えることができた。問題設定を明らかにし、具体的に取り組むべき課題と、採用する理論手法を決定することが、最優先課題であった。そのため我々は科研費ポスドクの採用に先立ってミーティングを開き、実時間量子発展および数値シミュレーションについて、さまざまなアイデアを持ち寄って検討した。その結果、まずは2つの課題に注力して研究を推進してゆくことになった。まずひとつめは、特異値分解を利用した画像処理法を応用して、格子QCDシミュレーションで生成されるゲージ配位を解析することである。これは直接は実時間量子発展とは関係ないように見えるが、実時間シミュレーション法のひとつである古典統計シミュレーション(半古典近似)のゲージ配位の解析に即、応用することのできるアイデアである。特にスファレロン転移率の計算が重要で、従来はトポロジー的な自由度の抽出法が曖昧だったが、新しい方法で改善が見込まれる。ふたつめは、ボルツマン方程式の詳しい解析である。ボルツマン方程式自体は古くから知られているが、数値的に解いて結果を解析するのは容易ではない。特に、衝突項のスケーリングの性質に応じて、熱平衡状態の他にも、さまざまな「固定点」の存在が知られている。またボルツマン方程式の衝突項を変形させることで、古典統計シミュレーションで要求される近似を擬似的に再現することもできるため、古典統計シミュレーションの本質的な問題、特に運動量紫外領域の特異な性質を調べることもできる。このようにして、ボルツマン方程式から半古典近似の限界や改善点を探る研究が、世界的にゆっくりだが着実になされている。我々は、この問題に対して、固定点の完全な分類と、繰り込み群の解析法を模倣した新しい手法の確立を目指すことにした。研究を推進する具体的なプランの策定までは順調であった。その後、研究を具体的に推進するポスドクの雇用プロセスで遅延が生じた。研究の成否はポスドクの数値計算能力、解析計算能力に大きく依存するため、我々は慎重を期してベストな人材の確保に努めたが、人材の雇用市場は常に流動的である。時間は要したものの、結果的には理想的なポスドクの確保に成功した。ポスドク雇用の後は、本人の適性も考え合わせながら、当初の予定通り、ボルツマン方程式の数値解法と、2次元モンテカルロ・シミュレーションとの2本立てで、研究に取り組んでもらっている。特にボルツマン方程式については、初めは技術的な問題を全て解決しようと意気込みすぎてしまったため、問題点が広がりすぎてしまったのだが、その後、正しく軌道修正して、繰り込み群フローの形で結果をまとめることに成功した。本年度はスナップショット・エントロピーを通した計量の創発に注目した研究を主に行った。スナップショット・エントロピー自体は画像情報に基いて定義されるものであり、熱化プロセスや熱的エントロピーに読み替えられるような量ではないが、ホログラフィックな定式化に対するヒントを与えてくれるものと期待される。スナップショット・エントロピーは特異値分解によって定義されるため、2次元の画像データの解析に威力を発揮する一方、3次元への拡張は極めて難しい。そこで我々は空間2次元でQCDに近い性質を持つCP(N-1)模型をとりあげ、スナップショット・エントロピーのアイデアを試してみることにした。CP(N-1)模型はトポロジー的に非自明な励起(インスタントン)を持ち、しかも格子上であるにもかかわらずトポロジカル電荷が厳密に整数値を取ることが示されている。このことを利用して、トポロジカル電荷密度の空間分布に対して、スナップショット・エントロピーを計算してみることにした。CP(N-1)模型は温度の逆数に対応する結合定数を含んでおり、我々はスナップショットエントロピーを結合定数の関数として求めてみた。その結果、スナップショット・エントロピーは、トポロジカル感受率が大きくなり始める結合定数の近傍で、極小値を取ることを見出した。この非単調な結合定数依存性が偶然ではないことを確かめるために、フーリエ変換を利用した独立なエントロピー(フーリエ・エントロピー)も計算したところ、やはり同じ結合定数の近傍でフーリエ・エントロピーが定性的に振る舞いを変え、ほぼ一定から減少に転ずることを発見した。このような振る舞いの変化の起源を探るためにトポロジカル電荷密度分布の有限フーリエ波数成分に対して解析を続けている。当初の計画では実時間発展の問題に量子効果を取り入れることを目指し、古典統計シミュレーションや運動論を用いるための準備をしていた。実際、1年目には運動論の固定点分類で成果をあげることができた。しかし運動論の応用には限界があるため、我々はより強力な手法であるゲージ重力対応の研究も並行して進めることにした。具体的にCP(N-1)模型の格子シミュレーションを用いた研究計画を策定し、格子シミュレーションのコードを開発した。我々のコードが先行研究の結果を正しく再現しているかどうか、注意深い検証が必要となるため、コードの開発に想定外の時間がかかってしまった。本年度は、昨年度に引き続きCP(N-1)模型のトポロジー的な性質を調べることに注力した。

先行研究との整合性を確認した後、トポロジカル感受率や有限フーリエ波数におけるトポロジカル電荷の相関関数の結合定数依存性を、1ループ近似による解析計算の結果を比較して、数値計算結果の正当性を入念にチェックした。トポロジカル感受率だけを見ると、結合定数が大きい場合には(温度が低い場合には)感受率が小さくなる。これは一見、QCDと逆の振る舞いのようだが、CP(N-1)模型の結合定数はQCDの結合定数の逆数に対応していることを考えると、自然な結果である。トポロジカル感受率は、トポロジカル電荷の相関関数のフーリエ波数がゼロの成分に相当する。有限フーリエ波数の成分まで調べてみると、摂動的な揺らぎが乗っており、ほぼ当たり前に見えたトポロジカル感受率の結果は、非自明な全体構造のごく一部を切り出して見ていたことが分かった。これはCP(N-1)模型という特殊な模型だけでなく、より一般的に例えばQCD等にもすぐに応用できる新しい知見である。また、本年度は実時間の物理現象を調べるために、輸送係数の新しい計算にも挑戦した。カイラル量子異常に由来した特殊な電気伝導度の計算を遂行し、従来の最低次の近似計算では発散していた答えについて、初めて物理的に意味のある結果を得ることに成功した。これは計算手法として新しい実時間現象へのアプローチを与えると同時に、カイラル量子異常をプローブする実験データに対する初めての理論的に系統的な説明という意味で、極めて重要な成果であると言える。主要な結果はPhysical ReviewLetters誌に掲載され、現在、計算テクニックの詳細をまとめた続編論文を執筆中である。量子揺らぎを入れた時間発展は、現実の物理現象を記述するために、不可欠な問題設定である。にもかかわらず、特に相対論的な場の量子論では、非摂動的に使える一般的なアルゴリズムは知られていない。我々はこの問題に対して、符号問題、ボルツマン方程式の固定点、粒子生成の計算、輸送係数の(再和法を取り入れた)計算など、多角的な視点からアプローチして、それぞれに具体的な答えを与えることができた。研究の具体的な内容や、論文執筆に至るまでのプロセスについては、すでにポスドク雇用前からある程度、青写真ができていた。従って今後は、そこで決めた大筋に従って、研究を進めていくことになる。ボルツマン方程式については、繰り込み群フローの形で結果を解析する方針が明らかなのだが、分布関数をどのようなパラメターでどのように特徴づけるか、が非常に難しい問題である。様々な試行関数でフィットしてみて、固定点が正しく記述されるようなパラメターを発見したものの、より一般性のある手法として定着させていくためには、分布関数の解析法のより系統的な整理が必要となるだろう。2次元モンテカルロ・シミューレーションについても、すでに結果は出ているのだが、トポロジー的な自由度の内部構造の変化が見えないでいる。揺らぎ自体は大きな変化を示しているので、トポロジー的な励起の典型的なサイズ等に大きな変化があると期待されるのだが、そのような結果が得られていないのは不思議である。
光触媒無機化反応における酸化銅クラスターによる酸素の多電子還元機構の解明

平成28年度に選定したモデル光触媒(部分プロトン交換チタン酸カリウムナノワイヤー[酸化チタン粉末の濃水酸化水溶液中での水熱反応による調製]を原料とする水熱反応によって得られる八面体形状アナタース型酸化チタンおよび塩化チタンを原料とする気相合成反応による十面体形状アナタース酸化チタン)について酸素還元の多電子移動プロセスについて,光触媒反応の速度の光強度依存性の解析を既存の高強度UV-LEDランプ(最大約330 mW/cm jを用いて行った.これまでに,酸素の還元が1電子移動の場合には,ペルオキシラジカルを連鎖担体とする連鎖反応機構にもとづいて反応速度が光強度の1/2(0.5)次となることが知られている.酸素の還元が多電子移動の場合には,1つの粒子が複数の光子を吸収する必要があるため,速度の光強度依存性が1/2次からはずれることが予測されていた.実際には,無担持の酸化チタンの場合,低強度では光触媒反応速度は光強度の一次に比例した.これは,1つの粒子あたりに2個の正孔が蓄積する確率が光強度の二次に比例して増大するため,連鎖反応機構による0.5次との乗算により一次になったと思われる.さらに強度を上げると,光触媒反応速度は光強度の0.5次に比例した.これは,ある程度の光強度となると,1つの粒子あたりにつねに2個(以上)の正孔が存在するようになるためと考えられる.一方,酸化銅クラスターを担持させると,低強度でも一次となり,中強度領域では強度を上げても速度が一定となる飽和現象が認められた.これは酸化銅クラスター表面への酸素の拡散が支配的となるためである.さらに高強度では,速度が光強度の二次に比例した.これは,酸化チタン表面で酸素の4電子還元が起こるためと考えた.翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。光触媒反応は幅広い応用が期待されており,そのひとつは空気中あるいは水中の有害有毒化合物の酸化分解反応,すなわち無機化反応への展開が図られているが,この場合光触媒中に生じる電子ー正孔のうち正孔が化合物の酸化に利用され,電子は空気中あるいは水中に存在する電子を還元すると考えられている.酸素は最終的には水にまで還元されるとされているものの,その初期過程が何電子移動過程であるかについては議論されることはなかったといってよい.一方,酸化チタンなどの光触媒に白金や酸化銅などのクラスターあるいはナノ粒子を助触媒として担持させると有機化合物の酸化分解に対する活性が大きく向上することが知られている.これは,これらの触媒上で酸素の2電子還元が起こることが原因と推定されているが根拠はない.本研究では,酸化銅をはじめとする助触媒上での酸素の還元反応における多電子移動過程についての詳細を明らかにすることを目的として,酸化チタンや酸化タングステンなどの安定金属酸化物粉末光触媒を調製し,これに酸化銅をはじめとする助触媒を担持し,それらの光触媒活性を検討した.その結果,担持と非担持での活性比が高く(助触媒の効果がより高い)かつ担持時の光触媒活性が高いモデル光触媒として,部分プロトン交換チタン酸カリウムナノワイヤー(酸化チタン粉末の濃水酸化水溶液中での水熱反応による調製)を原料とする水熱反応によって得られる八面体形状アナタース型酸化チタンおよび塩化チタンを原料とする気相合成反応による十面体形状アナタース酸化チタンが有効であることを見出した.当初の目標としていたモデル光触媒粒子の選定を行った.平成28年度に選定したモデル光触媒(部分プロトン交換チタン酸カリウムナノワイヤー[酸化チタン粉末の濃水酸化水溶液中での水熱反応による調製]を原料とする水熱反応によって得られる八面体形状アナタース型酸化チタンおよび塩化チタンを原料とする気相合成反応による十面体形状アナタース酸化チタン)について酸素還元の多電子移動プロセスについて,光触媒反応の速度の光強度依存性の解析を既存の高強度UV-LEDランプ(最大約330 mW/cm jを用いて行った.これまでに,酸素の還元が1電子移動の場合には,ペルオキシラジカルを連鎖担体とする連鎖反応機構にもとづいて反応速度が光強度の1/2(0.5)次となることが知られている.酸素の還元が多電子移動の場合には,1つの粒子が複数の光子を吸収する必要があるため,速度の光強度依存性が1/2次からはずれることが予測されていた.実際には,無担持の酸化チタンの場合,低強度では光触媒反応速度は光強度の一次に比例した.これは,1つの粒子あたりに2個の正孔が蓄積する確率が光強度の二次に比例して増大するため,連鎖反応機構による0.5次との乗算により一次になったと思われる.さらに強度を上げると,光触媒反応速度は光強度の0.5次に比例した.これは,ある程度の光強度となると,1つの粒子あたりにつねに2個(以上)の正孔が存在するようになるためと考えられる.一方,酸化銅クラスターを担持させると,低強度でも一次となり,中強度領域では強度を上げても速度が一定となる飽和現象が認められた.これは酸化銅クラスター表面への酸素の拡散が支配的となるためである.さらに高強度では,速度が光強度の二次に比例した.これは,酸化チタン表面で酸素の4電子還元が起こるためと考えた.

平成28年度に選定したモデル光触媒(部分プロトン交換チタン酸カリウムナノワイヤー[酸化チタン粉末の濃水酸化水溶液中での水熱反応による調製]を原料とする水熱反応によって得られる八面体形状アナタース型酸化チタンおよび塩化チタンを原料とする気相合成反応による十面体形状アナタース酸化チタン)について酸素還元の多電子移動プロセスについて,光触媒反応の速度の光強度依存性の解析によって検討する.このためには,既存の高強度UV-LEDランプ(最大約330 mW/cm2)を用いる予定である.これまでに,酸素の還元が1電子移動の場合には,ペルオキシラジカルを連鎖担体とする連鎖反応機構にもとづいて反応速度が光強度の1/2(0.5)次となることが知られている.酸素の還元が多電子移動の場合には,1つの粒子が複数の光子を吸収する必要があるため,速度の光強度依存性が1/2次からはずれることが予測される.翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
自然エネルギー発電の大量導入に伴う将来系統の崩壊回避に関する基礎的検討

太陽光発電など不確定性を持つ電源に対して,電力系統の信頼性を維持するために必要となる解析技術・制御技術には限界がある。本研究では,「系統崩壊」と呼ばれる大規模停電の回避を目的とし,従来の系統崩壊に関する研究代表者の研究成果を駆使し,解析法や制御法など具体的な回避手法について「ロバスト信頼度」という新しい指標を提案し,数値シミュレーションによって将来系統の運用困難さを明示することができた。本年度は,「(1)現行方式に基づく効率的手法の開発」を行い,現状の信頼度維持手法の考え方に基づく効率化手法を策定した。次に,(1)を用いて「(2)静的実行可能領域の厳密解析」を実施し手法の限界を評価した。それぞれの成果について以下に説明する。(1)現行方式に基づく効率的手法の開発将来系統において系統運用計画を策定する場合に,自然変動電源による不確定性の影響を勘案した運用計画を策定した。しかし,現状の計画手法では,時々刻々の計画運用点において,過渡安定性判別がボトルネックとなった。過渡安定性判別とは,想定故障の地点と故障除去時間CT(故障を検出して該当箇所を自動的に切り離す保護リレーの動作時間)を指定して,シミュレーションにより安定判別(安定または不安定の判別)を行う作業であり,不確定性が存在すると様々なシナリオ設定が必要となるため,シミュレーションの回数が爆発的に増加する。ここではまず,現状の方法論および既存手法の限界を評価するために,現行の系統解析を自動化するアルゴリズムを作成し,これを最大限に効率化する作業を実施した。(2)静的実行可能領域の厳密解析小規模電力系統において,上記(1)の手法を用いて信頼性計算を実施した。このとき必要となる計算量とともに信頼性維持の限界ポイントを調べ,(1)の手法を繰り返し用いて,厳密な静的実行可能領域を実際に算出し,自然変動電源の導入量をパラメータとした実行可能領域の遷移状態を調べ,領域確保の観点から許容可能な不確定性について整理を行った。本年度は,初年度に行った「(1)現行方式に基づく効率的手法の開発」および「(2)静的実行可能領域の厳密解析」に基づき,将来系統の動的性能を考慮した「(3)動的実行可能領域の計算法の開発」および,臨界トラジェクトリー法を用いた「(4)不確定性許容値の感度解析アルゴリズムの開発」に関する検討を実施した。それぞれの成果について以下に報告する。【動的実行可能領域の計算法の開発】将来系統においては自然エネルギーの大量導入がCO_2排出削減の重要な要素となっているため,需給調整能力に関しては,発電機の出力変化率などダイナミックな発電機特性が非常に重要になってくる。本研究では,現在議論されている周波数維持の観点に加えて,供給信頼度の確保の観点から動的実行可能領域を算出するアルゴリズムの開発を行った。研究成果として,自然エネルギー出力が急峻となる2時間帯10分間隔での信頼領域を算出することができたとともに,蓄電池の導入による信頼領域拡大の効果もシミュレーション結果より得られた。【不確定性許容値の感度解析アルゴリズムの開発】申請者が開発した臨界トラジェクトリー法は,一回の計算で臨界故障除去時間CCTおよびそのときの臨界状態を算出できるものである。ここで,故障除去時間をCTとすれば,M=CCT-CTとして,想定故障に対する安定性余裕Mとして取り扱うことができる。すなわち,理論的には,このMは当該運転点が信頼性を維持する上での自然エネルギー型発電の出力変動許容値Uに変換することができる。オペレーティングマトリックスをSとすると,U=f(M)=S・Mと表すことができる。本年度においては本理論の基礎構築を行うとともに,計算機シミュレーションによる評価を実施した。平成24年度は以下の項目について実施し,研究成果をとりまとめた。(5)実行可能領域の近似算出法の開発小規模の電力系統において想定故障を指定し,臨界トラジェクトリー法を適用して想定故障に対する安定性余裕Mを求める。さらに上記の感度解析を実施して行列Sを求め,オペーレーティングマトリックスSを使用したU = f (M) = S・Mなる関係式を用いてこのUを評価する。このとき計算されるUは,許容可能な不確定性の領域を表している。このような領域を全ての想定故障に対して算出し,それらの積集合を考えると,これが当該運用点における静的実行可能領域の近似値を与える。ここでは,このような感度解析により実行可能領域を算出し,これを前年度の(2)に基づく厳密値と比較し,手法の精度を評価する。(6)将来系統における信頼度維持方式の新たな枠組みを構築上記(5)の終了時点で,提案法は従来法とは異なり,予想運転点のまわりで不確定性を想定できる手法となる。すなわち許容できる不確定性の大きさが,個々に算出されるため従来法と比較して画期的な手法となることが予想される。そこで,ここでは提案法の解析結果に対して上述の(3)の手法を適用し,計算時間および計算精度面での限界を評価する。そして,この結果に基づいて将来系統における信頼度維持方式の新たな枠組みを構築する。

(7)研究のとりまとめ上記3年間の研究結果を報告書にとりまとめ,新手法の有効性・効率性を示した。以上より,本研究の目的を達成した。本研究課題は、現在までにロバスト信頼度のリアルタイム運用への適用について、当初予定していた計画の通り順調に進んでいる。このため,次年度への研究計画にスムーズにつなげられる。24年度が最終年度であるため、記入しない。自然エネルギーは導入地域が散在し,その不確定な出力パターンですべての組合せについて,リアルタイムに信頼領域を算出することは現在の計算機速度では達成できない。そのため,今後は計算コストを低減するための手法を確立することを目的として取り組んでいく必要がある。
超音速イオンビーム装置の開発と低エネルギーイオン分子反応への応用

超音速イオンビーム装置を試作し、次世代の半導体プロセス技術の開発に不可欠な放電プラズマ中での半導体プロセスガスのイオン-分子反応の研究に適用した。質量スペクトル法でイオン種の生成速度並びに生成分布を決定し、発光スペクトル法で励起種の生成速度と生成ダイナミックスを明らかにした。Ar^+とハロゲン化メタンや低級炭化水素との反応を系統的に研究した。その結果、これまで熱エネルギー領域のイオン-分子反応の研究に広く使用されてきたSelected Ion Flow Tube法の生成分岐比は、動作圧が高いために初期生成岐比を与えない場合が多いことがわかった。Ar^+反応では、Franck-Condon的に有利な基底イオン状態への遷移確率が大きい光イオン化法や電子衝撃法とは異なり、近共鳴的な励起イオン状態への遷移確率が大きいことを見いだした。発光スペクトル法による研究から、希ガスイオンとプラズマプロセスガスとの反応で生成する励起種の生成速度定数は、全反応速度の5%以下であり、ほとんどの生成物は、基底状態のような非発光状態であることがわかった。原子イオンと多原子分子イオンの反応性の違いを調べるためにAr^+の質量数に近いCO_2^+を反応イオンとして用い、クロロメタンとの電荷移動反応について検討した。CO_2^+反応では近共鳴反応のみならず、非共鳴反応も同時に生じ、Ar^+反応では検出されない親分子イオンも確認された。これは多原子分子イオンでは内部自由度が多いために、余剰エネルギーの一部が多原子分子自体の振動や回転エネルギーに移行してしまい、非共鳴反応の確率が増大するためと結論した。さらに本研究装置をAr/N_2混合クラスターイオンと炭化水素との反応にも適用し、全反応速度を決定した。各反応の生成物イオン分布を比較し、ArN_<2+>の反応性はN_<4+>とは異なり、Ar_2^+に近いことを明らかにした。当初の研究計画に従い、超音速ノズル、質量分析計を装備した反応セルを中心に、マイクロ波イオン源、三つの高速排気系、発光スペクトル観測装置から成る超音速イオンビ-ム反応装置を試作した。予備実験として希ガスのマイクロ波放電で生成したHe^+,Ar^+の一部を超音速ノズルから高真空反応セルに超音速ビ-ムとして噴出させ、N_2分子との衝突で生成するN_2^+イオンの質量スペクトル並びに発光スペクトルを、ノズルの直径、動作圧力等の実験諸条件を変化させて測定した。その結果、試作したビ-ム装置が所期の性能を有していることを確認するとともに、実験の最適条件を決定した。次にプラズマプロセスガスとして重要なCH_4,GeH_4分子を標的試料として生成物の質量スペクトル並びに発光スペクトルを紫外、可視領域で分光測定し、各生成物の生成速度定数を高精度で決定した。さらにエッチングであるCF_4,CF_3Cl_3,CF_2Cl_2,CFCl_3,CCl_4の発光スペクトルを測定し、各発光種の生成速度定数を決定した。発光の生成速度定数は、当初予測していたよりも小さく、基底状態のような非発光種が主な生成物であることがわかった。超音速ビ-ムを用いたエッチングの予備実験としてCF_4,CFCl_3,CCl_4を分解させ、イオン活性種を生成させ、放電下流に設置した加熱シリコン基板のエッチングを試みた。またHe^+の超音速ビ-ムを基板に照射すると同時に、基板上にCF_4,Cl_2,O_2等のエッチングガスを吹き付け、基板の異方性エッチングを試みた。イオンビ-ム強度、基板温度、エッチングガスの種類、圧力を変化させてエッチングを行い、基板の電子顕微鏡写真の測定からアスペストの大きい最適エッチング条件の決定を目指している。

昨年度は、半導体プロセスのエッチングガスとして重要なハロメタン(CFnCl_<4-n>)と希ガス活性種との素反応過程を発光法を用いて研究した。本年度は昨年度試作した超音速イオンビ-ム装置を用いて、下記のイオン-分子反応の研究を行った。反応(1)における生成物イオンとしてCF_4ではCF_3 ^+(分岐比100%)、CF_3ClではCF_3 ^+(37%),CF_2Cl^+(63%)、CF_2Cl_2ではCF_2Cl^+(31%)、CFCl_2 ^+(69%),CFCl_3ではCFCl_2 ^+(75%),CCl_3 ^+(25%)、CCl_4ではCCl_3 ^+(61%),CCl_2 ^+(39%)が得られた。生成イオンの分岐比は、光イオン化ではイオン化のフランクコンドン因子が大きい親分子イオンの基底状態が95%以上の分岐比を有するのとは異なり、Ar^+(15.76eV)のエネルギ-に近い出現電圧を持つフラグメントイオンの分岐比が大きいことが見い出された。このことは反応(1)が近共鳴的に進行することを強く示唆している。反応(1)の全反応速度を反応速度が既知であるAr^+/CO_2の反応におけるAr^+の減衰を同一実験で測定することにより決定し、CF_4では6.7×10^<-10>cm^3s^<-1>、CF_3Clでは7.3×10^<-10>cm^3s^<-1>、CF_2Cl_2では1.4×10^<-9>cm^3s^<-1>、CFCl_3では3.0×10^<-9>cm^3s^<-1>、CCl_4では5.4×10^<-10>cm^3s^<-1>という値が得られた。この値はLangevin理論からの計算値とほぼ一致することがわかった。本研究よりエッチングガスとしてCF_4,CF_3Cl,CF_2Cl_2を使用した方がCF_2Cl_2,CFCl_3,CCl_4よりもエッチングに活性な化学種の生成速度が速いことが示された。当初の計画に従い、本試験研究初年度に試作した超音速イオンビーム装置を、フロンに代わるエッチングガスとして期待されるCHnCl_<4->n,CHnF_<4->nとAr^+とのイオン-分子反応の研究に適用した。生成物イオンとしてCH_3ClではCH_3 ^+(91±5%),CH_2Cl^+(9±5%)、CH_2Cl_2ではCH_2Cl^+(95±2%),CH_2Cl_2 ^+(5±2%)、CHCl_3ではCCl^+(69±3%),CHCl_2 ^+(31±3%)、CH_3FではCH_2F^+(67±3%),CHF^+(14±2%),CH_3 ^+(16±2%),CH_2 ^+(3±1%)、CH_2F_2ではCH_2F^+(91±2%),CHF_2 ^+(9±2%)、CHF_3ではCHF_2 ^+(54±3%),CF_3 ^+(46±3%)が得られた。Ar^+反応では、フランク-コンドン的に有利なイオン状態への遷移確率が大きい光イオン化法や電子衝撃法の結果とは異なり、近共鳴的な励起イオン状態への遷移確率が大きいことがわかった。本研究によりAr^+反応によるハロメタン類のイオン化が、従来の光や電子によるイオン化とは大きく異なることが初めて示された。
介助者の生体負担軽減のためのトイレ、浴室の環境・設備に関する研究

高齢者や身障者が使用するトイレ設備に要求される項目等を、3つの実験研究により検討した。1.便座の高さの検討:若年者42名を被験者とし、左足にサポーターを着用させ、脚の不自由を模擬させた。便座の高さをJIS規格である40cmと43cmおよび46cmの3段階に設定した。各被験者に便器に座る、立つ動作を行わせ、筋電図、動作解析、使い勝手についてのアンケート調査により、最も適した便座の高さを求めた。平均的には43cmの高さの便座が最も使いやすかったが、被験者の身長と使いやすさとの間に相関が認められた。JISで規定されている40cmの便座は、身長の低い一部の者に適しているのみであった。2.手すりの位置の検討:若年者48名を被験者とし、左足にサポーターを着用させ、脚の不自由を模擬させた。手すりの高さを住宅設計指針に記載されている70cmと65cmおよび75cmの3段階に設定した。また、手すりを使用しない場合の実験も行った。各被験者に便器に座る、立つ動作を行わせ、筋電図、動作解析、使い勝手についてのアンケート調査により、最も適した手すりの高さを求めた。起座時は着座時に比較して、手すりにより身体のぶれが軽減される傾向にあった。最も適した手すりの高さは個人差が大きく、指針に示されている70cmという高さは再検討の余地があることが示された。3.介護に必要なトイレスペースの検討:トイレ介助時に必要なスペースを実験検討した。自由空間に置いた便座に、歩行困難な者と車椅子使用者が着座、起座する場合に必要なスペースを動作解析により検討し、最小のスペースは各々1800mm×800mm、2000mm×1200mmであることが示された。高齢者が居住する住宅において、トイレ、浴室の環境と設備を調査した。特に、運動能の低下した高齢者が安全に入浴できる設備等(浴室内の段差、手すり、滑り防止策、浴槽の種類など)や居住者に対してトイレ、浴室に対する不満、要望等の調査を行った。調査対象者は6597歳の男女86名であった。浴室での転倒経験は全体の10.5%であり、転倒した者はすべて7597歳の後期高齢者であった。転倒の原因の多くは「滑った」てあり外因性のものであり、以前かかった病気で目の病気をもっていた者が、転倒した9名のうち5名であり、転倒経験の有無との間に有意な差が認められた。トイレて気分か悪くなった原因は「めまい」「貧血」であり内因性のものであった。トイレて気分が悪くなった者のうち、以前かかったことのある病気が糖尿病や高血圧であった者とそれ以外の者との間に有意な差が認められ、これらの者で多かった。浴室・脱衣室・トイレにおいて、対象者が不自由・不満と感じる点の多かった点を挙げる。浴室・脱衣室では「脱衣室が狭い」という不満が最も多く、浴室・脱衣室に不満がある者の約40%に上った。これは、洗濯機や洗面台等、物を過剰に置いていることで、幅の狭い脱衣室をさらに狭くさせていることが原因であった。不自由を感じる点では「浴槽に入る時、出る時」と答えた者が多く、この要因として浴槽と洗い場の段差が考えられるが、今回の調査では2534cmの場合が最も多く、25cm以下、45cm以上の場合も少なくなかった。次いで多かったのは「浴室に入る時」であり、浴室と脱衣室の段差の推奨値(2cm以下)の例は4.6%にすぎず、多くの例が1015cmと大きかったことが一因であろう。トイレに関しては「冬、寒い」という不満が35%と最も多く、便座暖房(本調査での設置率49%)や床暖房(同、1%)等の暖房器具の必要性が示唆された。

3.介護に必要なトイレスペースの検討:トイレ介助時に必要なスペースを実験検討した。自由空間に置いた便座に、歩行困難な者と車椅子使用者が着座、起座する場合に必要なスペースを動作解析により検討し、最小のスペースは各々1800mm×800mm、2000mm×1200mmであることが示された。
中性子捕足療法のためのハイパー熱中性子照射場に関する基礎研究

ハイパー熱中性子の生体に対する照射特性及びハイパー熱中性子照射場の実現の可能性を実験と計算の両面から確認することを研究目的にしている。平成8年度は、ハイパー熱中性子を発生させるために、散乱体の温度を上昇させる装置の一部である、高温散乱体、高温ヒーター(発熱体)、温度測定計(熱電対)を製作し、これらについて熱的な安定性及び安全性の確認を実施した。なお、装置の主要部の材質には、実験上の安全性の確保を優先する必要があることから、ステンレスに加えて、高温時の除熱性能と、強固でかつ温度制御性能を持つモリブデン等を要所に使用した。また最大温度も1200度(1600K)程度を出せるものとし、散乱体には安定性のある黒鉛を選んだ。平成9年度は、対放射線性のケーブル、温度制御用流量計、組立架台を製作し、前年度分と合わせて装置を完成させ、熱的な安定性及び安全性の検討を実施した。その後、京大原子炉実験所にあるLINAC中性子発生装置を用いて、1200度までの高温散乱体からの中性子エネルギースペクトルを測定し、ほぼ予想通りの結果を得た。また、実験と平行して、製作した装置の具体的な体系に合わせた中性子照射場のハイパー熱中性子発生特性をシュミレーション計算により評価した。平成10年度に申請中の重水熱中性子設備での高温の散乱体を置いた特性実験に備えて、各種温度での実験と計算の比較の為の基礎データを収集した。今年度は、ハイパー熱中性子を発生させるために、平成8年3月に改修になった重水熱中性子設備に高温の散乱体を置いて特性を評価することを念頭に置いて、散乱体の温度を上昇させる装置を作成した。装置は、高温散乱体、発熱体、温度測定計等から組み立てた。措置は、実験上の安全性の確保を優先する必要があることから、高温時の除熱性能を確保しつつ、強固でかつ温度制御性能を持たせるという工夫が必要であった。このため、当初考えてたした材質のステンレスに加えて要所にはモリブデン等を使用した。また最大温度も1200度(1600)程度を出せるものとした。散乱体には安定性のある黒鉛を選んだ。これを用いて装置の熱的な安定性及び安全性の検討を実施していく段階にある。これと平行して、製作した装置の具体的な体系に合わせた中性子照射場のハイパー熱中性子発生特性をシミュレーション計算により評価した。平成9年度に行う実験に合わせて、各種温度での実験と計算の比較の為の基礎データとして収集中である。
ローマ帝政後期における都市と文化環境の研究

本研究は、キリスト教化が進行したローマ帝政後期の東地中海世界において発生した都市空間の変容やギリシア文化の変容の一側面を明らかにすることを目的として、以下の三点に関わる調査をした。第一に、伝統的な多神教の神殿が破壊される社会現象や、新興の天使崇拝のための聖域が帝国内に広まる過程を分析した。第二に、ギリシア弁論家リバニオスの残した著作を基に、当時の有力者層の人的・文化的ネットワークを再構成した。最後に、教会史の歴史叙述の目的や、歴史人物像の時代を超えた受容経緯についての考察を加えた。本年度は主に、(1)リバニオス『書簡集』史料中に現れる人物情報の整理の徹底、(2)ローマ帝政後期都市に関連する資料のリストアップと収集に従事した。前者に関しては以前の研究で進められていたものをさらに進展させ、『後期ローマ帝国のプロソポグラフィ』をはじめとした関連する研究書や注釈書を利用しながら、人物同定についての様々な可能性を深めて総括することができた。具体的には、1,550通弱の書簡の名宛人や書簡中で言及される人物について、官職就任者であるかないか、あるいは、地方有力者であればどのような立場の人物で、どのような土地で活躍しているかといった基本的情報をまとめた。加えて、書簡中にはありふれていて峻別不可能な名前で呼ばれる人物や具体名を挙げられずに言及される人物が多いことから、それらについて時に先行研究の人物同定の問題を考えながら、分析を行った。なかには、それまで同時代の軍人として理解されていないものなど先行研究では十分把捉されていなかった人物同定まで踏み込んで分析することができた。他方、文献収集に関しては、国内大学図書館に不足している文献資料や事典類の収集に努めたほか、夏期にはバイエルン州立図書館での文献調査も実施した。本研究の主たる対象であるリバニオスに関連する文献の他、彼の活躍したシリアのアンティオキア市に近いキリキア地方やパレスティナ地方の政治経済に関する文献を調査した。これに付随して、ウィーン美術史美術館やパピルス博物館、ミュンヘン貨幣博物館などの公共施設を訪ね、帝政後期の都市に関連する考古学資料に関する情報を収集した。年度末には京都大学で開催されたワーキングショップに参加し、古代末期研究の最新動向をつかむこともできた。本年度は主として、(1)教会史の著作家テオドレトスの残した『教会史』の内容分析と執筆時の歴史的背景の解明、(2)ローマ帝政後期都市における聖域空間、とりわけ神殿の利用法変化とその社会的背景の分析、の二点に従事した。まずテオドレトスの『教会史』は、本研究課題の主たる分析対象である都市アンティオキアについての重要な情報を数多く提供する史料であることから分析に取り組んだ。関連して、帝政後期における教会間での人的・知的交流、教会政治と帝国政治の連動などをカルケドン公会議議事録史料、同時代の複数の教会史史料を用いて研究した。その研究の一部成果はギリシアや日本での研究会で発表され、そこで受けた指摘をもとにして、内容を精緻化することが今年度の主たる実績の一つとなった。この分析により、紀元45世紀の東地中海世界におけるキリスト教会が都市間競争を背景に行っていた政治活動の一側面を明らかにすると共に、それを背景とした歴史叙述と記憶の操作についても考察を加えた。また、第二点目に関しては、本研究の主たる分析対象であるリバニオスの伝える情報に加え、先述のテオドレトスをはじめとする教会史料、法史料など関連古代史料を博捜し、4世紀における神殿施設の利用状況と都市景観の変化の軌跡を追った。同時に、神殿施設の機能転用がもたらされることとなった帝国政治のメカニズムを、中央政府、地方住民、地方統治にあたる官僚たちの三者関係をもとにして分析し、その成果の一部は西洋史学会シンポジウムで発表された。どちらの報告についても、研究成果は活字原稿が作られ、他の執筆者との論文集という形で出版される予定となっているが、まだ初校を提出した段階にすぎず、具体的な出版日時などは未定の点が多いため、具体的な情報については次年度の成果報告で伝える予定である。最後に、研究計画で述べた必要文献の収集もほぼ予定通りに進められている。本年度は主として以下の三点を行った。(1)2014年度の学会報告を加筆・修正したものの公表。(2)ローマ帝政後期の諸都市における天使崇拝の普及とその社会的背景の分析。(3)ギリシア弁論家リバニオスの残した書簡史料・弁論史料のテキスト分析。第一点目に関しては、`Orthodox Emperors and Propaganda'の論考で、テオドレトス『教会史』の歴史叙述を分析した。「史実」を抽出するための歴史史料としての価値が低いと見なされてきた同史料に対し、本研究では著者の置かれていた教会政治の文脈の中で『教会史』が書かれたという仮説を史筆の分析を通して提示した。それは同時に、ローマ帝政後期における歴史叙述活動がいかなる社会的文脈、目的で行われていたかを問い直すものとなった。また、`Some `Asian' Aspects'では、貴族制の捉え方について、中国史とローマ史において類似して見られる中央と地方の関係性を素描した。第二点目に関しては、天使の名を冠する建築物に着目して、後4ー6世紀にかけての古典文献、教父著作、碑文などから確認される事例を収集した。

小アジアでのユダヤ教徒と「多神教」との接触が天使崇拝の交流をもたらしたという通説を批判し、むしろ、コンスタンティノポリスなど地中海の大都市で5世紀以降広範に確認される現象であること、そして、6世紀のユスティニアヌス帝の治世に象徴されるようにローマ皇帝の支援が大きな影響をもたらした可能性を示唆した。研究成果は`St. Nicholas and Religious Landscape of Lycia'という報告で発表された。また、第三については、`Libanius' Pro Templis (Or. XXX)'を発表し、限定的に公開されたにすぎないとされてきた弁論史料が帝国政府に対する積極的な発言であった可能性を問うた。昨年度研究計画で述べたように、計画を若干変更して、第二年度と第三年度の分析対象を入れ替えていたが、それが功を奏し、今年度までに都市景観に関わる神殿・教会施設の建設や変容過程、また、それを叙述する歴史家の政治目的や意図にも目配りした形でのケーススタディを行うことができた。また、今年度は成果報告という形にまでは至らなかったものの、いわゆるローマ帝国の「キリスト教化」言説に関して一次史料群をまとめて分析した研究成果も準備することができ、2016年度以降の出版に向けて準備中である。研究分析の主史料にあたる弁論家リバニオスの弁論史料や書簡史料についても関連文献の収集が順調に進むとともに、解析も大きな支障なく進められている。本年度は研究年度の総決算として、これまで学会報告を通じて練り上げてきた見解を活字として公表した。まず、『古代地中海の聖域と社会』所収の「後期ローマ帝国における聖域の変容」では、2014年度に発表された古代聖域に関する学会報告をもとに、後4世紀ローマ帝国でキリスト教が広まる中、聖域空間がどのように変容し、また改変されていったのかについて論じた。具体的には、当時の人々の心性、帝国政府側の宗教施策の変動、被支配民の動向、当地にあたる行政官僚など多角的な視野を取り入れ、キリスト教化という漠たる言葉で説明されがちな古代末期の社会変化の実相を描き出すことに成功した。続いて、「「背教者」ユリアヌスー皇帝書簡と伝承」では、4世紀のローマ皇帝ユリアヌスの名のもとに残された書簡史料の分析成果をもとに、掲載雑誌の特集テーマ「史料の歴史ー権威・権力・アクセシビリティ」に焦点をあてた議論を行った。これまでの研究ではユリアヌスの歴史的実像に主として関心が注がれてきたのに対し、改めて写本の伝承過程に着目し、ユリアヌスの人物像が古代末期にどのような変容を遂げていったのか、そしてユリアヌスのものとされる書簡の真贋をどのようにして評価できるかを再検討した。とくに個々の写本に収録されている書簡の配列に着目したことで、中世以降どのような観点から史料の収集・編纂がなされていたかを提示することができた。さらに、「伝承される書簡と人物イメージーユリアヌスとリバニオスの書簡集を例に」と題した報告では、2013年度2015年度に進めたギリシア弁論家リバニオスの残した書簡史料・弁論史料のテキストにも、ユリアヌス書簡と同様の分析方法を適用し、比較することを試みた。以上の年度内に活字になった原稿以外に、プロソポグラフィ研究をもとにした成果も、初校提出済となっており、これらは2017年度以降に刊行が予定されている。
光計測に基づく植物病害抵抗性誘導の非破壊検出手法の開発

本研究では、光照射などの物理刺激により植物体で誘導された病害抵抗性の状態・程度を非破壊的に評価する手法の開発のための基礎的知見を得ることを目的に、シロイヌナズナへのMgOナノ粒子処理をモデル実験系に、葉における病害抵抗性誘導と分光反射との関係を調査した。その結果、MgO処理により、PR1遺伝子の発現量が増加することに伴い、葉における分光反射パターンが変化する可能性を示唆するデータが得られた。本研究では、光照射などの物理・化学的刺激により植物体で誘導された病害抵抗性の状態・程度を非破壊的に評価する手法の開発のための基礎的知見を得ることを目的としている。本年度は、1モデル植物の決定とその栽培系の確立、2モデル植物での病害抵抗性遺伝子の発現解析法の確立、3in situ活性酸素モニタリング法の確立、4光計測による生理パラメータの取得法の検討を行った。1については、遺伝子解析が容易で、病害抵抗性誘導に関する知見の蓄積があるシロイヌナズナを選定し、環境制御室での栽培系を確立した。また、安定的に病害抵抗性を誘導する実験系としては、MgO処理を利用することとした。シロイヌナズナの幼苗に対し、MgO溶液を地下部に与え、病害抵抗性を誘導した。2に関しては、MgO処理により発現が促進される病害抵抗性に関する遺伝子のうち、紫色光照射でもその発現上昇が確認されているPR1遺伝子をターゲットとして、リアルタイムPCR法で定量することとした。3に関しては、数種の活性酸素用の蛍光プローブを用いて試行しているが、attached leafに対して、非破壊で(数日間にわたり連続的に)計測できる測定系は確立できてきない。このうち、一重項酸素については、当研究室において知見の蓄積のある蛍光プローブSOSGを利用し、その定量性についての検討を行っている。4に関しては、クロロフィル蛍光によるPS2の状態解析(PS2量子収率、熱放散に係る指数等)、分光反射測定、葉色測定、葉温測定に関し、それぞれの測定法を検討し、継時的なデータを取得できる実験系を確立した。これまでに行った予備的な実験においては、MgO処理を行うとこで、一時的に、PS2の状態が変化する可能性を示すデータが得られた。28年度には、モデル植物を選定し病害抵抗性を誘導する実験系を確立し、クロロフィル蛍光や分光反射を利用して、病害抵抗性と生理パラメータの関係を調査する実験を開始することができたが、まだ、活性酸素発生を非破壊的かつ連続的にモニタリングする方法が確立できていない。特に、蛍光プローブの非破壊導入法の確立と定量性の確認ができていない。本研究は、光照射などの非生物ストレスにより植物体で誘導された病害抵抗性の状態・程度を非破壊的に評価する手法を開発するための基礎的知見を得ることを目的としている。本年度は、前年度確立したモデル実験系(シロイヌナズナ苗に対するMgOナノ粒子溶液灌水処理)において、処理後の葉における1病害抵抗性に関する遺伝子発現、2分光反射の変化、3クロロフィル蛍光パラメータの変化、4活性酸素の発生を調査するとともに、光照射による病害抵抗性誘導に関する文献調査を行った。1に関しては、苗の栽培環境や処理時の環境を変えながら、処理後12時間後のPR1遺伝子の発現をリアルタイムPCR法で定量する実験を繰り返し行った。その結果、MgO処理により、その発現量が上昇する傾向は認められたものの、その程度には実験間でバラツキがあった。2に関しては、MgO処理後、分光反射率スペクトルの変化を、数時間間隔で数日程度測定し、光化学分光反射指数やスペクトルの1次微分値などを算出し、PR1遺伝子の発現量との対応を調べた。結果、対照区(蒸留水処理)に対する処理区の遺伝子発現量の増加比と一次微分値のピーク波長における時間変化量に相関が認められるなど、病害抵抗性誘導に伴い葉の分光反射が変化する可能性を示すデータが得られた。活性酸素の発生に関しては、蛍光プローブを利用した実験から、MgO処理により、葉において、数時間程度で過酸化水素の濃度が上昇する可能性が示された。さらに、クロロフィル蛍光測定から求めたPS2量子収率および熱放散指標NPQに関しても、葉位によっては、MgO処理の影響がみられた。以上、MgO処理による病害抵抗誘導をモデル実験系にした解析から、MgOナノ粒子溶液の灌水処理によって、葉において光計測により検出可能な生理状態の変化が起こり、それらは、病害抵抗性誘導の状態に対応している可能性を示すデータが得られた。28年度に確立した実験系で、PS2の量子収率の状態、分光反射、葉色などの光計測生理パラメータと、病害抵抗性遺伝子発現との関係に関するデータの蓄積を図り、相関分析、重回帰分析など統計学的手法を用いて、その関係を解析する。さらに、文献調査からも関連する知見の収集を図り、光計測生理パラメータと病害抵抗性遺伝子の発現の関連について考察を試みる。

また、ディープラーニングを用いて、光計測した生理パラメータの時系列もしくは空間データから、病害抵抗性誘導を推定する可能性も検討する。そして、それらの結果をもとに、モデル植物において、誘導病害抵抗性と関連する非破壊評価指標の提案を試みる。なお、活性酸素発生の非破壊計測に関しては、検討を続けるが、非破壊計測が困難な場合は、サンプル数を増やし破壊測定を行うことで、データの蓄積を試みる予定である。生物環境工学まだ、活性酸素の蛍光による非破壊測定の系が確立できておらず、繰り返し実験を行うまでに至っておらず、そこで使用予定の経費である試薬(蛍光プローブ)購入費、謝金の支出が少なくなっている。今年度も、活性酸素の非破壊測定系の確立を試みるが、同時並行で、病害抵抗性遺伝子発現と生理パラメータの測定の関係を調べる実験を繰り返し行い、試薬消耗品、人件費等の支出を行う。