hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
電力システムの平衡点解析による発電機制御とその実用化

1.電気学会標準1機モデルの動揺方程式として12次元連立非線形微分方程式を導出し、提案する平衡点解析を行うことにより、発電機に非線形補助制御入力を加えると、モデルの不安定平衡点を安定平衡点から遠ざける、または不安定平衡点を消去できることが分かった。その結果、標準1機モデルの臨界故障除去時問および送電可能容量を、従来のPSSの場合に比較して大きく向上させることができた。2.標準1機モデルに動的負荷を考慮して、P-V曲線およびQ-V曲線を電圧、有効電力、無効電力の実測データに基づいて導出し、負荷の感度解析に基づいて定電力負荷の影響を調べ、電圧安定度を解析して電圧不安定現象の発生メカニズムを検討した。特に日本、スウェーデン、中国の各実測データを用いて負荷構成を比較することにより、動的負荷を考慮した電圧不安定現象を解析できることが分かった。3.負荷に混在する分散型電源が系統の過渡安定度および電圧安定度に与える影響について、負荷の急増、分散型電源の投入を想定し、負荷母線電圧が低下または上昇する場合の系統の過渡安定度を調べた結果、PSSに比較して提案する非線形制御器によれば電圧安定度および送電可能容量がかなり向上した。4.多機電力システムの各発電機母線からシステム全体を眺めると、潮流計算により、近似なしに1機1負荷餅システムに縮約することができ、多機電力システムを非線形分散システム制御できることが分かった。本年度の研究で得られた成果を要約すると、1.電気学会の標準1機無限大系統モデルを対象に、故障回線除去後の動揺方程式の平衡点解析を行った。そしてAVR・GOVに加える補助制御入力のゲインを決定して、特に入力の位相角偏差をフィードバックして不安定平衡点を消去することができ、角速度偏差をフィードバックして電機子電流を急増させ、PSSと提案法による臨界故障除去時間を比較した結果、かなり改善できることが分かった。2.角速度偏差のフィードバックでは、界磁電圧をできる限り急速に高めてAVRのリミッタにあたるようにゲインを高く設定するが、それ以上の効果を出すために角速度偏差のフィードバックを非線形とする非線形発電機制御を行った結果、さらに大きく改善できた。3.新エネルギーを含む分散型電源が急進展しており、標準1機モデルに動的負荷を考慮した場合、平衡点解析に基づく過渡安定度の解析をすすめた結果、提案する非線形発電機制御により不安定平衡点を消去することができ、臨界故障除去時間および送電可能容量をPSSの場合に比較してかなり向上できることが分かった。ただし、動的負荷特性については学会などで発表されている実測値に基づいて、動揺方程式に時間関数として組み込んで解析した。4.発電機母線および負荷母線での実データに基づいて、標準1機無限大系統モデルの負荷のモデル化を行い、多機モデルへの応用を検討している。以上により、研究課題の基礎を固めることができ、次年度以降への準備を開始している。本年度の研究で得られた結果を要約すると、1.電気学会の標準1機モデルを対象として、発電機・システムのパラメータおよび負荷が不確定であることに注目して、パラメータの過渡安定度に対する標準1機モデルのロバスト性を調べ、PSSの場合と比較した。そして実システムの不確定なパラメータを考慮し、提案制御法による標準1機モデルのロバスト性の向上をシミュレーションにより検証した。ただし、線形システムのロバスト性については理論解析がすすめられているが、本課題ではモデル(非線形システム)に平衡点解析を適用し、PSSの場合に得られる結果と比較した結果、ロバスト性はかなり向上することが分かった。2.新エネルギーを含む分散型電源が急進展しており、標準1機モデルに分散型電源を考慮した負荷を動的に考慮した場合の平衡点解析をすすめ、提案する非線形補助制御入力を加えることによる不安定平衡点の移動を調べ、PSSの場合に比較して臨界故障除去時間は20%、送電可能容量は90%それぞれ向上することが分かった。ただし動的負荷特性については学会などで発表されている実測値に基づいて、動揺方程式に考慮して解析を行った。3.変電所における電圧・有効電力・無効電力の実測データに基づいて、動的負荷を考慮した負荷のモデル化を行い、動的負荷を含む負荷P-V曲線を求めた。

さらに標準1機モデルから系統P-V曲線を導出し、二つのP-V曲線の交点(運転点)を求めて電圧安定度の解析手法を提案した。提案法により、日本、スウェーデン、中国の実測データから各負荷構成を求めて比較し、解析結果から、電圧不安定現象が発生する負荷構成を提案することができた。次年度は、動的負荷を含む多機システムへ提案手法を発展させる。1.電気学会の標準1機モデルを対象として、動的負荷を考慮したP-V曲線およびQ-V曲線を電圧、有効電力、無効電力の実測データに基づいて導出し、各負荷に対する感度解析により、例えば定電力負荷の影響を調べ、電圧安定度を解析して電圧不安定現象の発生について検討を行った。特に日本、中国、スウェーデンの各実測データを用いて負荷構成を比較することにより、電圧不安定現象発生のメカニズムを解析することができた。2.分散型電源が急増しているため、標準1機モデルの動的負荷に分散型電源を考慮して電圧安定度の解析を行い、負荷に混在する分散型電源が系統の過渡安定度および電圧安定度にどのように影響するかを検討した。特に、負荷の急増、分散型電源の投入を考慮して、負荷母線電圧が低下または上昇する場合、上位系統の過渡安定度についてPSSおよび提案する非線形制御器による制御応答を比較した結果、提案する非線形制御器によれば過渡安定度、電圧安定度および送電可能容量(ATC)がかなり向上することが分かった。3.多機システムを取り扱い、各発電機母線でシステム全体を眺め、動的負荷を考慮した1機1負荷モデルによる非線形分散システムに近似なしに縮約して、多機システムの問題が分散システムの問題に帰着することを示し、同じステップを繰り返すことにより多機システムの非線形分散制御を行えることが分かった。
廃プラスチックを利用したCVD法による巨大粒径グラフェンの合成と透明導電膜の開発

本研究では、廃プラスチックやポリスチレン等を原料にし、大気圧・減圧CVD法による大粒径グラフェンの合成について研究をした。アニール処理により銅箔の酸化物層を作製し、大粒径グラフェンの成長について実験をした。アルゴンと水素のアニーリングにより核形成を制御でき、ポリスチレンを原料としたCVD法により大粒径グラフェンの合成に成功した。また、廃プラスチックを原料とし、1.6mm大粒径グラフェンが形成された。さらに、本CVD法により、合成されたグラフェン膜で透明電極を作製し、透過率90%でシート抵抗120Ω/Sqが達成された。本研究では、廃プラスチックやポリスチレン・ポリエチレンを原料にし、化学気相合成(CVD)法による大粒径グラフェンの合成について研究を行った。大気圧でのアニール処理により銅や合金触媒の酸化物層を作製し、大粒径グラフェンの成長について実験をした。大気圧アニール処理による銅箔の表面への影響について、電子後方散乱回折(EBSD)やX線回折(XPS)分析により評価をした。アルゴン(Ar)と水素(H2)のアニーリングにより核形成を制御でき、ポリスチレンを原料としたCVD法により大粒径グラフェンの合成に成功した。光学顕微鏡や電子顕微鏡により評価し、800μm以上の大粒径グラフェンが合成されたことを確認した。同じ方法により、廃ポリスチレンを原料とし、600800μm大粒径グラフェンが形成された。また、本CVD法により、廃プラスチック以外の廃棄物(waste chicken fat)も原料とし、高品質なグラフェンが合成できることが分かってきた。このようなプロセスにより合成されたグラフェン膜で透明電極を作製し、透過率90%でシート抵抗120Ω/Sqが達成された。最新の実験結果では、ポリスチレンを原料としたCVD法により、銅基板上に1.6mm以上の大粒径グラフェンの合成も確認されている。また、ポリスチレンやポリエチレンを固体原料に用いたCVD法により大粒径グラフェンの等方性や異方性の成長について明らかにした。本CVD法により、300400μmの丸い形の粒径グラフェンを合成し、欠陥の少ない高品質グラフェン膜の合成に成功した。これらの研究結果により、廃プラスチックや固体炭素源を用いたCVD法によるmm級の巨大粒径グラフェンの合成とそれを用いた連続グラフェン膜の作製について明らかになった。応用物理一般
経済的思考を育成する教育方法論の開発―素朴理論から科学的理論へ―

本研究は、「教育方法論の欠如」「心理的知見の不足」といった経済教育の課題を踏まえた上で、経済に関する児童・生徒の素朴理論に注目し、素朴理論の特質と形成原理を調査によって明らかにした上で、素朴理論を科学的理論へと発展させるための教育方法論を開発し、その方法論の妥当性と有効性を実証授業によって検証することで、最終的に心理的知見を取り入れた新しい教育方法論を用いて、児童・生徒にとって切実性と有効性のある経済教育を実現していく。
従来不可能だった凝固後期での流動誘起

見かけ粘性係数の大きな凝固後期の合金に電磁気力を印加して小さなスケールの流れを励起し、それを用いて合金の濃度分布を制御するための基礎研究として、電磁気力印加が流動、及び合金の溶質分布に与える影響を調査した。可視化実験からは、電磁気力の有無により液相の流動形態が異なるので、濃度分布に差が生じる可能性が示唆された。また、固体と液体の境界が対象形状であっても電磁気力は非対称となるので、電磁気力印加時の流動は対称とならずに複雑であった。凝固実験では、見かけ粘性の高い凝固後期に電磁気力を印加することで合金成分の濃度分布が変化した。合金の凝固時に電磁振動を印加することで、ミクロスケール流動を誘起し溶質濃度の分布制御をすることが目的である。そのために、今年度は以下のことを行った。流動に関する理論解析:一次元モデルを用いて電磁場解析、流動解析を行い、電磁振動を与えたときの速度境界層厚みを求めた。その結果、振動の速度境界層程度の厚み程度壁から離れた位置では流体が振動することが分かった。また、濃度勾配、温度勾配、電気伝導度の不均一分布により生じる対流の大きさを評価した。可視化実験:硫酸銅水溶液とビデオカメラ、光源を組み合わせた可視化実験系を構築した。本実験系は水溶液系にもかかわらず水素、酸素などのガスがほとんど発生しないこと、マーカーを水溶液内に浮遊させることで電極近傍での流動観察が可能であること、電極近傍での濃度境界層が観察可能であること、が特長である。本実験系で超音波を印加したところ、濃度境界層が一時的に消滅する様子が観察された。また、本実験系で濃度境界層厚みを計測したところ、一方向流れのみのときの濃度境界層厚みに較べて電磁振動印加時の濃度境界層厚みは薄くなった。ただし、精度が良くないので、精度向上が必要である。凝固実験:Al-Cu系合金を対象として、電磁振動印加実験を行った。その結果、凝固組織は振動の有無にかかわらずいずれもデンドライトであったが、振動電磁場を印加することで、Cuの低濃度域、高濃度域の割合が増加した。すなわち、デンドライト樹芯付近ではCu濃度が低下、樹間ではCu濃度が増加した。このことは、振動電磁場が流動を誘起したことを示唆している。また、電磁振動の有無により平均組成に変化はなかった。合金の凝固時に電磁振動を印加することで、マイクロスケール流動を誘起し溶質濃度の分布制御の指針を得ることが目的である。可視化実験:昨年度構築した硫酸銅水溶液系の可視化実験装置の改良を行い、計測精度を向上させた。すなわち、新たな高速度カメラ導入による空間分解能と時間分解能の向上、電極配置の適正化による密度差対流抑制に加えて、画像解析ソフトの導入による画像データからの濃度分布計算の時間短縮を図った。得られた成果として、デンドライトを模擬した凹凸固液界面近傍に電流と磁場を重畳印加させることで、デンドライト樹間に相当する箇所で流動が誘起されること、磁場と電流との重畳印加により形成された一方向流れに振動成分を重畳することで、デンドライトを模擬した凹凸固液界面近傍の境界層境界層が薄くなること、その境界層厚み低減効果はデンドライト根本部よりもデンドライト先端部の方が大きいこと、等が挙げられる。この結果は、電磁振動が凝固組織の形態を変化させうることを物語っている。凝固実験:錫-鉛系共晶合金の凝固中における電磁振動印加の有無が、凝固組織形態の変化(微細化)を通じて溶質分布を変化させる可能性を見いだした。また、鉄系合金の凝固中に電磁振動を印加することで、溶質濃度の分布が変化した。これらの二つの凝固実験結果は、電磁振動が流動を誘起したことを示唆している。この結果を踏まえて、高固相率固液混相に対する振動を用いた液相流動誘起の可否について、超音波を用いて水モデル実験で調査したところ、流動誘起が可能であることが確認できた。合金の凝固時に電磁振動を印加することで、ミクロスケール流動を誘起して溶質濃度の分布を制御することが目的である。そこで、可視化実験、および凝固実験を行った。可視化実験であるが、硫酸と硫酸銅の混合水溶液に対して,0.2 Tの静磁場を印加しながら,デンドライトを模擬した凹凸形状を有する銅電極をアノードとして直流通電または直流と交流との重畳通電を行った。これらの2条件の下でアノード近傍の濃度境界層および流動をカメラにより直接観察した。得られた知見は以下の通りである。直流通電するとアノード近傍では密度差による下降流が生じるものの,凹部の左側と右側では電磁気力の向きが異なるので,濃度境界層厚みおよび濃度境界層内部濃度に差ができた。すなわち,固液界面形状は対称であっても電磁気力は非対称となる場合があり,濃度境界層の形成過程に差が生じる可能性が示唆された。また、アノード凹部の左側斜面部における濃度境界層内明度低下は,直流と交流との重畳通電のときより直流通電のときの方が大きかった。これは,直流と交流との重畳通電により,その近傍の液相が撹拌されたためである。凝固実験に関しては、Sn-Pb合金を一方向凝固させ、電磁振動印加が溶質分布へ与える影響について検討した。その結果、以下の知見を得た。

凝固前期における電磁振動の印加により,凝固前期における初晶Pb濃度は低減した。一方,凝固後期における電磁振動の印加により、凝固後期領域の初晶Pb濃度は増大した。これらの結果は,電磁振動が対流を誘起して重力偏析を低減したためと考えられる。また,電磁振動を印加開始した固相率から推察すると,今回の実験条件における溶質移動誘起可能な限界固相率はおよそ0.7であると推定された。見かけ粘性係数の大きな凝固後期の合金に電磁気力を印加して小さなスケールの流れを励起し、それを用いて合金の濃度分布を制御するための基礎研究として、電磁気力印加が流動、及び合金の溶質分布に与える影響を調査した。可視化実験からは、電磁気力の有無により液相の流動形態が異なるので、濃度分布に差が生じる可能性が示唆された。また、固体と液体の境界が対象形状であっても電磁気力は非対称となるので、電磁気力印加時の流動は対称とならずに複雑であった。凝固実験では、見かけ粘性の高い凝固後期に電磁気力を印加することで合金成分の濃度分布が変化した。可視化実験:電磁振動を印加された強電解水溶液内で形成される濃度境界層の経時変化が定量的に計測可能となったこと凝固実験:電磁振動印加によるマイクロスケール流動誘起の傍証をみいだしたことこれらの点は次年度の研究推進に繋がる研究項目であり、それらを達成したことから上記の評価とした。材料工学下記に述べる事項を重点的に推進する。可視化実験:電流や磁場の向きなどの操作変数、固液界面形状がミクロスケール流動、濃度境界層に与える効果の解明を行う。凝固実験:電磁振動の印加時期をパラメータとして低融点合金の凝固実験を行い、凝固後試料の濃度分布を調査する。そして、見かけ粘性が液相の千倍以上となるので従来方法では流動が誘起な凝固後期に流動が励起されることを、溶質の濃度分布から改めて確認する。そして、電磁振動の印加時期が濃度分布に与える影響を解明する。電磁場印加下で濃度境界層と速度境界層の両方が可視化可能な実験の実験系が構築できたことは今後の研究進展のうえで大きな意義がある。凝固実験に関しても、振動印加の有無によりミクロスケールの溶質分布状態が異なることを確認した。理論解析においては、磁振動を与えたときの速度境界層厚みを求めるとともに、濃度勾配、温度勾配、電気伝導度の不均一分布により生じる対流の大きさを評価した。以上の点から、上記の達成度と判断した。可視化実験では、濃度境界層における濃度の計測精度向上、流速制御の向上、凝固実験では、偏析評価精度の向上を優先的に取り組む。可視化実験では界面形状や振動パラメータが濃度境界層に与える影響について調査する。凝固実験については、低融点合金を用いることで実験を容易にして、偏析、組織に与える電磁振動以外の要因を低減させることも視野に入れる。これらの事項を重点的に推進する。差額の1万円強は、消耗品の購入経費の節約により生じた。凝固実験の面分析費用、あるいは消耗品(るつぼ、電極など)などに使用予定である。
量子座標環を用いた量子包絡環の構造、表現の研究

本年度は捻り写像(twist map)と呼ばれる冪単部分群,冪単胞体の座標環の同型写像の量子類似,およびそれらと双対標準基底との関連を研究した.冪単部分群,冪単胞体とは半単純代数群のある部分代数多様体であり,これらの座標環は量子類似を持つことが知られている.双対標準基底とはこれらの量子座標環における特別な基底であり,圏化を通じて量子座標環以外の数学的対象の〝構造′′も反映する対象として研究されてきた.本年度は,量子でない場合に非自明な代数写像として知られていた捻り写像を双対標準基底の積構造をより詳しく調べる道具とすることを目標とし,量子類似の視点から考察した.以下が主な成果である:(1)冪単部分群の捻り写像のLenagan-Yakimovが導入した量子類似が,双対標準基底の全単射を導くことを証明.(2)一般の冪単胞体における捻り写像の量子類似を構成.また,それが双対標準基底,量子団代数構造における量子団単項式を保つことを証明. (3)(2)で構成した量子捻り写像を用いて量子Chamber Ansatz公式を導出.なお(1), (2)は木村嘉之氏との共同研究である.(2)の量子捻り写像はBerenstein-Rupelによって特別な場合には既に構成されていたが,それを一般の場合に別の方法で構成することができた.さらに藤田直樹氏と共同でSchubert多様体のNewton-Okounkov凸体について研究を行った.Schubert多様体のNewton-Okounkov凸体はその非常に豊富な直線束と,関数体の付値を与えることにより定まる凸体で,代数的,幾何的情報を持っている.本研究ではある2種類の異なる付値から定められるNewton-Okounkov凸体が本質的に同じものであり,具体的なアフィン変換で移りあうことを証明した.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は量子座標環の既約表現と量子包絡環の冪零部分代数との関係について標準基底を用いて考察を深めた.量子座標環とは連結単連結複素半単純代数群の関数環にパラメータを加えて変形した環である.これは通常の関数環とは異なり非可換な環となるが,そのためその表現論は通常の関数環とは大きく異なる.ここで,量子座標環の既約表現のうち重要なクラスが小さな既約表現のテンソル積によって得られることがSoibelmanの研究でよく知られていた.さらにKuniba-Okado-Yamadaらによる研究によりこれらの既約表現の表現空間は量子包絡環の量子冪零部分代数と呼ばれる空間と自然に同定されることが指摘されていた.私は本年度の研究において上記の量子座標環の表現の表現空間と量子冪零部分代数が自然に同定されるという事実を,量子包絡環の標準基底を用いる方法で再証明した.この方法によりKuniba-Okado-Yamadaらにより調べられていた有限型より広く,対称化可能Kac-Moody Lie環に対してこの同定は同様に行えるものであることも証明された.また量子冪零部分代数は代数なので掛け算構造が入っているが上記の同定の下でその代数の元の掛け算作用素に対する量子座標環の元がどのようなものになるかを完全に理解することができた.さらにその証明過程で用いた考え方を用いて可約な量子座標環のテンソル積表現に対しても,その表現空間が同様に量子包絡環を用いて記述されるものがあることを見出した.そのとき量子座標環の作用は先と同様量子包絡環の積構造を用いて表され,さらにこの実現を用いることで,ある可約な量子座標環のテンソル積表現は量子座標環と量子包絡環のDrinfeld doubleの表現に持ち上がるということを証明した.以上の内容は現在論文にまとめ投稿中である.Kuniba-Okado-Yamadaで観察された量子座標環の既約表現と量子包絡環の量子冪零部分代数との関係については,十分な理解ができたと思われる.また,その理解において自身の取った標準基底を用いた計算による方法は,対応するLie環が有限型に限らず対称化可能Kac-Moody Lie環であっても適用できる方法であったことは成功した部分と言える.さらに,従来の量子座標環のテンソル積表現においては既約表現を研究することが主であったが,既約でないものの中にもDrinfeld doubleとのつながりで面白い性質を持つものを見いだせたのは当初予想していなかった結果であった.またこの課題に取り組む過程においては標準基底の元をPBW基底で表示した際に現れる係数について考察する必要があったが,ここで得られた方法は対応するLie環が対称型の場合にその係数が正値性を持つことの容易な別証明を与えていたことが分かった.一方で,この同定を用いて量子座標環や量子包絡環の表現論,構造論の従来の問題に応用するという点においてはまだ満足のゆく結果は得られていない.さらに可約な表現のうちDribfeld doubleの表現に延長するものがあるという結果に関しては現時点では計算による証明のみしか与えられていないのでこの結果のよりよい意味付けを与えることは次年度以降の課題である.

本年度は捻り写像(twist map)と呼ばれる冪単部分群,冪単胞体の座標環の同型写像の量子類似,およびそれらと双対標準基底との関連を研究した.冪単部分群,冪単胞体とは半単純代数群のある部分代数多様体であり,これらの座標環は量子類似を持つことが知られている.双対標準基底とはこれらの量子座標環における特別な基底であり,圏化を通じて量子座標環以外の数学的対象の〝構造′′も反映する対象として研究されてきた.本年度は,量子でない場合に非自明な代数写像として知られていた捻り写像を双対標準基底の積構造をより詳しく調べる道具とすることを目標とし,量子類似の視点から考察した.以下が主な成果である:(1)冪単部分群の捻り写像のLenagan-Yakimovが導入した量子類似が,双対標準基底の全単射を導くことを証明.(2)一般の冪単胞体における捻り写像の量子類似を構成.また,それが双対標準基底,量子団代数構造における量子団単項式を保つことを証明. (3)(2)で構成した量子捻り写像を用いて量子Chamber Ansatz公式を導出.なお(1), (2)は木村嘉之氏との共同研究である.(2)の量子捻り写像はBerenstein-Rupelによって特別な場合には既に構成されていたが,それを一般の場合に別の方法で構成することができた.さらに藤田直樹氏と共同でSchubert多様体のNewton-Okounkov凸体について研究を行った.Schubert多様体のNewton-Okounkov凸体はその非常に豊富な直線束と,関数体の付値を与えることにより定まる凸体で,代数的,幾何的情報を持っている.本研究ではある2種類の異なる付値から定められるNewton-Okounkov凸体が本質的に同じものであり,具体的なアフィン変換で移りあうことを証明した.本年度得られた量子座標環の表現と量子包絡環の関係を量子包絡環の構造論の問題に応用することを考える.さらに,可約な表現のうちいくつかがDrinfeld doubleの表現に延長するという結果に意味付けを与えることを考える.この問題に関しては量子旗多様体の座標環を用いることが良い可能性が示唆されている.量子座標環の積構造について量子座標環を量子包絡環らに埋め込む操作を介して調べるという方向も当初考える予定であったが,表現を調べる過程でこの埋め込みを用いるうちにこの方向は難しいことがわかってきた.このため大きな進展のない限りこの方向は一度見合わせる予定である.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。
基礎的及び応用的数値アルゴリズムの総合的研究

3年計画の本総合研究の最終年度として,着実な研究成果を挙げるとともに,計画全体の仕上げを行った.3年間の成果については別途印刷公表する研究成果報告書に譲ることとし,本年度に限った成果についていえば,その主要なものは以下のようである.1.発展方程式に対する大規模かつ高速なアルゴリズムの構築.流体問題,浅水波などのスペクトル問題に対する有限差分法・有限要素法の解析が進められ,その構造が明らかにされた.(分担:牛島照夫,岡本久,名取亮,三井斌友)2.代用電荷法における電荷配置の最適化アルゴリズムが開発され,これが前項の発展方程式アルゴリズムと結び付いて,空間2次元問題に有力な解析手段を提供するに至った.(分担:岡本久,室田一雄)3.連立方程式系の組合せ論的構造解析と,その応用のためのアルゴリズムの研究が進展し,これがたとえば微分代数方程式系(differential-algebraic equations)にも適用できることが明らかになった.(分担:室田一雄,田辺國士,三井斌友)4.非線型あるいは半線方程式の反復解法と,その精度保証付き計算アルゴリズムへの応用がはかられ,成果を収めた.(分担:中尾充宏,山本哲朗)5.物理現象に対する数理モデリングと,それによってえられるSignorini型条件やspinoidal分解を取り扱う近似数値アルゴリズムと,その安定性解析に大きな成果を収めた.(分担:河原田秀夫,森正武)6.常微分方程式や,その発展としての確率微分方程式の初期値問題を解く離散変数法アルゴリズムの構成と安定性解析で成果を挙げた.(分担:篠原能材,中島正治,三井斌友)以上の研究主題は,それぞれに今後のさらなる発展が期待されるので,適切な研究計画のもとで継続されることが強く望まれる.3年計画の本総合研究の最終年度として,着実な研究成果を挙げるとともに,計画全体の仕上げを行った.3年間の成果については別途印刷公表する研究成果報告書に譲ることとし,本年度に限った成果についていえば,その主要なものは以下のようである.1.発展方程式に対する大規模かつ高速なアルゴリズムの構築.流体問題,浅水波などのスペクトル問題に対する有限差分法・有限要素法の解析が進められ,その構造が明らかにされた.(分担:牛島照夫,岡本久,名取亮,三井斌友)2.代用電荷法における電荷配置の最適化アルゴリズムが開発され,これが前項の発展方程式アルゴリズムと結び付いて,空間2次元問題に有力な解析手段を提供するに至った.(分担:岡本久,室田一雄)3.連立方程式系の組合せ論的構造解析と,その応用のためのアルゴリズムの研究が進展し,これがたとえば微分代数方程式系(differential-algebraic equations)にも適用できることが明らかになった.(分担:室田一雄,田辺國士,三井斌友)4.非線型あるいは半線方程式の反復解法と,その精度保証付き計算アルゴリズムへの応用がはかられ,成果を収めた.(分担:中尾充宏,山本哲朗)5.物理現象に対する数理モデリングと,それによってえられるSignorini型条件やspinoidal分解を取り扱う近似数値アルゴリズムと,その安定性解析に大きな成果を収めた.(分担:河原田秀夫,森正武)6.常微分方程式や,その発展としての確率微分方程式の初期値問題を解く離散変数法アルゴリズムの構成と安定性解析で成果を挙げた.(分担:篠原能材,中島正治,三井斌友)以上の研究主題は,それぞれに今後のさらなる発展が期待されるので,適切な研究計画のもとで継続されることが強く望まれる.3年計画である本総合研究の第一年度として,順調な研究実績をあげることができた。そのうち主要なものは,次のようにまとめられる。1.定常及び発展問題に対して,しばしばその中核となるポアソン方程式あるいは楕円型方程式に,chargesimulationに基づく高速解法が有力であることが明らかとなった。これによって,Navier-Stokes方程式で記述される流体現象の大規模シミュレーションにおける数値的因難さが,相当程度軽減できる見通しがえられた。(分担:牛島照夫,岡本久,名取亮,三井斌友)2.自由境界問題,特に二相の不均一拡散を表現するspinoidal分解の方程式に対して,安定性の著しい数値解法が構成できた。これは,新材料の合成過程を解析する有力な手段を提供するものである。(河原田秀夫,名取亮,森正武)3.半線型楕円型方程式に対して,函数解析における包含定理を応用し,区間演算による精度保証を行なうことが可能となった。また線型・非線型を問わず広く区間演算のアルゴリズムの研究が進展した。(中尾充宏,田辺国士,三井斌友,山本哲朗)4.stiff方程式の典型であるHamilton系の,symplectic構造を保存するRunge-Kutta法の性質が明らかとなった。また,stiff系に対して離散変数法アルゴリズムとその並列構成が進展した。(篠原能材,中島正治,三井斌友,室田一雄)3年計画である本総合研究の第二年度として,着実な研究実績をあげることができた.

そのうち主要なものは,次のようにまとめられる.1.ポアソン方程式あるいは楕円形方程式に,charge simulationに基づく高速解法を適用することによって,Navier-Stokes方程式で記述される流体現象の大規模シミュレーションが展開され,また浅水波方程式を線型化して固有値解析することにより,有限要素法の安定性解析が容易となる成果がえられた.(分担:牛島照夫,岡本久,名取亮,三井斌友)2.自由境界問題,特に二相の不均一拡散を表現するspinoidal分解の方程式を応用して、新材料の合成過程を解析することができた.また,fuzzy理論をこの分野に応用するアルゴリズムの試みに着手した.(河原田秀夫,名取亮,森正武)3.半線型楕円型方程式に対して,区間演算による精度保証を行ない,数理科学の興味ある問題に対して広く区間演算のアルゴリズムの研究が進展した.(中尾充宏,田辺国士,三井斌友,山本哲朗)4.確率微分方程式の数値アルゴリズムを開発し、またその安定性を解析して、工学問題への応用を図っている.また,stiff系に対して離散変数法アルゴリズムとその並列構成が進展した.(篠原能材,中島正治,三井斌友,室田一雄)5.数理計画法や制御理論における線型方程式の構造を意識したアルゴリズムや,robustな解法が展開できた.(田辺国士,室田一雄)3年計画の本総合研究の最終年度として,着実な研究成果を挙げるとともに,計画全体の仕上げを行った.3年間の成果については別途印刷公表する研究成果報告書に譲ることとし,本年度に限った成果についていえば,その主要なものは以下のようである.1.発展方程式に対する大規模かつ高速なアルゴリズムの構築.流体問題,浅水波などのスペクトル問題に対する有限差分法・有限要素法の解析が進められ,その構造が明らかにされた.(分担:牛島照夫,岡本久,名取亮,三井斌友)2.代用電荷法における電荷配置の最適化アルゴリズムが開発され,これが前項の発展方程式アルゴリズムと結び付いて,空間2次元問題に有力な解析手段を提供するに至った.(分担:岡本久,室田一雄)3.連立方程式系の組合せ論的構造解析と,その応用のためのアルゴリズムの研究が進展し,これがたとえば微分代数方程式系(differential-algebraic equations)にも適用できることが明らかになった.(分担:室田一雄,田辺國士,三井斌友)4.非線型あるいは半線型方程式の反復解法と,その制度保証付き計算アルゴリズムへの応用がはかられ,成果を収めた.(分担:中尾充宏,山本哲朗)5.物理現象に対する数理モデリングと,それによってえられるSignorini型条件やspinoidal分解を取り扱う近似数値アルゴリズムと,その安定性解析に大きな成果を収めた.(分担:河原田秀夫,森正武)6.常微分方程式や,その発展としての確立微分方程式の初期値問題を解く離散変数法アルゴリズムの構成と安定性解析で成果を挙げた.(分担:篠原能材,中島正治,三井斌友)以上の研究主題は,それぞれに今後のさらなる発展が期待されるので,適切な研究計画のもとで継続されることが強く望まれる.
HLA-DNAタイピングの自動化機械の開発

簡便かつ精度の高いHLA-DNAタイピング法であるPCR-RFLP法の全自動化機械の開発を目的として、電気泳動のバンドパターンのスキャンニングによる検出とHLAタイプの判定の行程を中心に自動化の問題点となる過程(プライマーの蛍光標識やPCR産物の濃度、バンドパターンの解析によるタイピングなど)について解析、検討した。プライマーの蛍光標識は、アミノリンク2と蛍光アミダイドを用いて検討を行ったところ、アミノリンク2と比較してプライマーの標識試薬として安定性の高い蛍光アミダイドによる蛍光標識は、強度が一定で良好な結果が得られることが明らかになった。この蛍光アミダイドによるDQA1遺伝子の5′側を標識したプライマーを用いたPCRと自動シーケンサーによるバンドパターンの解析の組み合わせによって、HLAホモ接合体細胞DNA4例及び、一般健常人DNA14例すべてのDQA1遺伝子のタイピングが可能であり、これらの結果は、従来のPCR-RFLP法によるタイピング結果と一致した。今回の方法は、1ng前後の微量な増幅DNAでタイピングが可能な感度の高い方法であり、従来の方法では、検出不能な微量DNAサンプルや、不純物の混入などによる増幅効率の不良なDNAサンプルなどにも有効な方法であると考えられる。さらに特異的なバンドと非特異的なバンドとの区別は、バンドパターンのフラグメントサイズや、バンド面積の表示によって容易であった。また、多種類の蛍光アミダイドによる標識プライマーは、多数検体のタイピングに有効であると考えられる。今後は、さらに泳動時間や解析ソフトウェアの作成による解析時間の短縮と操作性の向上によって多検体処理可能で、迅速かつ信頼度の高いHLA-DNAタイピングの自動化機械の実現性を追求していく予定である。本研究では、まずHLAホモ接合体細胞DNAを用いて蛍光標識プライマーにてPCRを行い、DQA1遺伝子の第2エキソン242bpを増幅した。増幅後はDQA1遺伝子の切断に用いる5種の制限酵素を加えて反応させ、自動シーケンサーにて電気泳動を行い、GENESCAN 672にて解析したところ、切断されたか否かをバンドの位置で明確に知ることができた。次に同一レーンに同時に3色の蛍光プライマーでのサンプルを注入して泳動を行ったところ、識別は可能であったが、蛍光強度の違いで両面上に濃淡差が現れ、バンドが重なった部分や50bp程度の短いフラグメント部分が確認しにくかった。これはGENESCANの定量性によるもので、各サンプルのPCR産物の濃度ををあらかじめ揃えておく必要性があることを示している。PCRでの増幅には、当初アミノリンク2を結合させた蛍光標識プライマーを用いていたが、結合の過程に差が生じた結果、強度にばらつきが起こることが判明したため、標識試薬に安定性の高い蛍光アミダイドを用いて同様の検討を行ったところ、強度が一定で良好な結果が得られた。サンプルやソフトの取り扱い操作等は簡便であることから、研究計画は順調に進行しているが、今後の課題としては、泳動から解析に要する時間を能率よくこなす配慮であろう。本システムは、一度に108検体の処理が可能な効率的方法であるが、詳細な検討を要する点も残されている。例えば、泳動に使用するゲルを小型に改良することにより、泳動時間が従来の半分の3時間に短縮することが可能となった。さらに解析ソフトとして、新たにジェノタイパ-を加えることで、解析時間の短縮が期待できると考えている。また、これまでの解析から明らかにされた日本人のHLAタイプの頻度は、かなりの偏りが認められることから、研究計画より制限酵素の選択は比較的少数でそのほとんどをカバーできると考えられた。HLA-DNAタイピング法であるPCR-RFLP法の全自動化機械の開発を目的として、前年度に引き続き、PCR産物の濃度、バンドパターンの解析によるHLAタイプの判定を中心に自動化の問題点となる過程を解析、検討した。

前年度、自動シーケンサーによる電気泳動の際、各サンプルのPCR産物の濃度ををあらかじめ揃えておく必要性が明らかになったことから、この方法によるPCR産物の最適濃度と検出限界量を検討した。HEX蛍光アミダイドによって5′側を標識したDQA1遺伝子プライマーを用いてホモ接合体細胞DNAのDQA1遺伝子を増幅し、制限酵素処理後、自動シーケンサーで電気泳動を行う際のPCR産物の最適濃度は、1レーンあたり、1.4ngであり、サイズスタンダードのシグナル強度から、0.51ngの微量なDNA量までバンドピークとして検出可能な感度の高い方法であることが明らかになった。また、蛍光アミダイドによって5′側を標識したDQA1プライマーを用いたPCRと自動シーケンサーによるバンドパターンの解析の組合わせによって、HLAホモ接合体細胞DNA4例及び、一般健常人DNA14例すべてのDQA1遺伝子のタイピングが可能であり、これらの結果は、従来のPCR-RFLP法によるタイピング結果と一致した。さらにバンドパターンの表示から、特異的なバンドと非特異的なバンドとの区別も、容易であった。また、多種類の蛍光アミダイドによる標識プライマーは、多数検体のタイピングに有効であると考えられる。今後は、さらに泳動時間や解析ソフトウェアの作成による解析時間の短縮と操作性の向上によって多検体処理可能で、迅速かつ信頼度の高いHLA-DNAタイピングの自動化機械の実現性を追求していく予定である。
エイズの病態と制御に関する基礎研究 エイズの動物モデル

HIVの感染・発症機序の解明さらに治療薬・ワクチン開発の為に以下の動物モデルを用いた研究を実施した。1.サル(1)サル免疫不全ウイルス(SIV):SIVの経膣感染の際にウイルス集団が制限されるが、必ずしもマクロファージ指向性SIVが感染しなかった(速水)。6-C1-ddGを感染初期と中期に投与したところ、ウイルス量の低下や症状の軽減が認められた(向井)。(2)HIV-1/SIVキメラウイルス(SHIV):IIIb型のHIV-1envをもつSHIVの免疫ザルでは、MN型に対する中和抗体も誘導され、その攻撃接種に抵抗性を示した。また種々の性状をもつHIV-1envを組込んだSHIVは、サル細胞でも同様な性状を示した(速水)2.ネコネコ免疫不全ウイルス(FIV)の経粘膜感染系を確立し、さらにAP-1結合部位欠損変位株が経粘膜感染防御ワクチンとなりうる可能性を示した。また粘膜免疫を誘導できるネコヘルペスウイルスI型をベクターとしたFIVのGag,Envを発現するウイルスを作出した(見上)。3.マウス(1)スキッドマウス:hu-PBL-スキッドマウスにおいて、nefのacidic domain, serin kinase association domainがHIV-1の増殖と病原性に関与することを示した(田中)。(2)トランスジェニックマウス:ヒトCD4とCXCR4,CCR3,CCR5を共発現するマウスを作成した。感染初期は再現できたが、プロウイルス化の効率が低下し、子孫ウイルスの産生は認められなかった。またvpr遺伝子導入マウスで、胸腺細胞のアポトーシスの亢進とその萎縮及び末梢T細胞の減少が認められた(岩倉)。(3)マウス・エイズ:ブルトン型チロシンキナーゼ(Btk)に1アミノ酸置換をもつ変異Btkをもつマウスでは、発症の遅延が認められた(木梨)。エイズの予防・治療法を確立するには、ヒトに代わってHIV-1の病原性発現の過程を実験的に解析することができ、また試作ワクチンの効果や安全性の評価に使用できる動物モデル系の開発は必須である。本研究(柱4)では、サル類からネコ・マウス等の小動物までを用いて、エイズの動物モデル作成とその応用に向けて多面的に研究を推し進めた。本年度の主な成果としては、次の通り。1)サルの系SIV_<mac239>を接種したカニクイザルが3年半余りを経て脳炎を発症し、輸血によりサル継代したところ、20週目に脳炎症状を呈し63週目に死亡した。アカゲザルを用いた場合に比べ発症までの期間が短縮され、エイズ脳症の発病機構はもとより、新しい宿主への適応やMφ指向性(あるいは向神経性)獲得機構の解析に好適の材料が得られた(向井)。SHIV(HIV-1/SIVキメラウイルス)のサル感染では、長期持続感染が成立した個体の中で見られたHIV-1のenvの変異を解析した結果、中和抗体からのエスケープであることが分かった。また感染効率の良いSHIV(NM-3rN)接種サルよりin vivo継代した3頭の内、1頭が14週でエイズ様症状を示し死亡した。詳細な検討を持たねばならないが、SHIVによる発症として初めての症例である。さらにSIVmac32H株の経膣感染では、初期に限定されたpopulationの選択が起こることが判明した(以上速水)。2)マウスの系ヒトPBLの生着が良いSCIDマウスの系統を検索し、生着率の高いものではHIV-1感染の成立およびCD4^+T細胞の減少を観察した(田中)。HIVトランスジェニックマウスでは、LPS(菌由来多糖類)投与によりHIV遺伝子の活性化が見られ、サイトカイン類との関連が注目された(岩倉)。またXIDマウスの骨髄細胞移植により、MAIDS発症が抑制された(木梨)。3)ネコの系FIVのvif、ORF-A、LTRのAP-1site各々の欠失変異株のネコ感染実験から前2者のウイルス増殖への重要性と、in vitroにおける細胞核内蛋白のLTRへの特異的結合が明らかとなった(見上)。以上、種々の動物モデルの研究がそれぞれ作成の段階から、さらにそれらを用いて病態の解析が可能であるという段階に入っていることが実証された。1)サルの系:エイズ脳炎の制御を目的として、血液脳関門を通過する6-cl-ddGを、SIVmac239接種により神経系の異常が見られるサルに投与したところ、症状の回復とウイルス量の低下がみられた(向井)。SIVmac239の経膣感染を行ったところ、感染初期にPBMCで検出されるウイルスは一部のポピュレーションに限局されており、また多様性のあるウイルスに感染しているサルの膣内で検出されるウイルスも限局されていた。このことは膣においてバリアーがあることが明らかになった(速水)。invivo継続SHIVはサルPBMCでの増殖能が強くなり、その接種ザルでエイズ様死がみられ、リンパ節病変にウイルスゲノムが検出された(速水)。2)マウスの系:hu-PBL-scidにおけるHIVの感染性は、ウイルスの細胞親和性により異なり、マクロファージ親和性HIV-1株がT細胞株親和性HIV-1よりも強い増殖性と病原性をもつことが判った(田中)。TNF-α欠損

HIV遺伝子導入マウスにLPSを投与したところ、HIV遺伝子活性化の抑制が見られ、TNF-αがLPSによるHIV遺伝子活性化の主要なメディエターであることが解った(岩倉)。CD4とコレセプターCXCR4を共発現するトランスジェニックマウスを作製し、HIV感受性を調べたところ、プロウイルス化の段階までは感染を支持することが明らかになった(岩倉)。ブルトン型チロシンキナーゼ(Bt1)遺伝子のMAIDS発症における役割を明らかにする目的で、変異Btkトランスジェニックマウス(Tg)を作製したところ、XIDマウスに類似したB細胞異常を示し、MAIDSウイルス感染による脾腫、高ガンマグロブリン血症等のMAIDA徴候の発現の遅延が認められた。3)ネコの系:FIVのAP-1結合部位およびvif,orf-A遺伝子の変異体をネコに接種し、AP-1結合部位と各遺伝子の役割を解析したところ、各変異体は、AP-1、orf-A、vif変異体の順に生体内でのウイルス増殖の遅延が見られた。FIV接種ネコにおいて末梢血中では通常少ないCD8α陽性細胞が増加していた(見上)。HIVの感染・発症機序の解明さらに治療薬・ワクチン開発の為に以下の動物モデルを用いた研究を実施した。1.サル(1)サル免疫不全ウイルス(SIV):SIVの経膣感染の際にウイルス集団が制限されるが、必ずしもマクロファージ指向性SIVが感染しなかった(速水)。6-C1-ddGを感染初期と中期に投与したところ、ウイルス量の低下や症状の軽減が認められた(向井)。(2)HIV-1/SIVキメラウイルス(SHIV):IIIb型のHIV-1envをもつSHIVの免疫ザルでは、MN型に対する中和抗体も誘導され、その攻撃接種に抵抗性を示した。また種々の性状をもつHIV-1envを組込んだSHIVは、サル細胞でも同様な性状を示した(速水)2.ネコネコ免疫不全ウイルス(FIV)の経粘膜感染系を確立し、さらにAP-1結合部位欠損変位株が経粘膜感染防御ワクチンとなりうる可能性を示した。また粘膜免疫を誘導できるネコヘルペスウイルスI型をベクターとしたFIVのGag,Envを発現するウイルスを作出した(見上)。3.マウス(1)スキッドマウス:hu-PBL-スキッドマウスにおいて、nefのacidic domain, serin kinase association domainがHIV-1の増殖と病原性に関与することを示した(田中)。(2)トランスジェニックマウス:ヒトCD4とCXCR4,CCR3,CCR5を共発現するマウスを作成した。感染初期は再現できたが、プロウイルス化の効率が低下し、子孫ウイルスの産生は認められなかった。またvpr遺伝子導入マウスで、胸腺細胞のアポトーシスの亢進とその萎縮及び末梢T細胞の減少が認められた(岩倉)。(3)マウス・エイズ:ブルトン型チロシンキナーゼ(Btk)に1アミノ酸置換をもつ変異Btkをもつマウスでは、発症の遅延が認められた(木梨)。
風媒花植物の性配分における適応進化メカニズムの解明

本年度は昨年度の成果を受けて、主に国際学会発表と追加解析・論文執筆に専念した。昨年度までに、ブタクサの実験集団の栽培とマイクロサテライトマーカーを用いた父性解析により、(1)草丈は花粉散布距離を増加させること、(2)草丈と花粉生産量の両方が同程度に稔実種子数(オス適応度指標)を増加させる傾向にあること、(3)草丈は種子生産数(メス適応度指標)に有意な影響を与えないことを明らかにしていた。私は、これら(1)(3)の結果について英語でまとめた内容を、6月にアメリカで開催されたEvolution Meetings 2016にて発表した(ポスター発表)。しかしこの解析では、実験集団内で自殖が起きていないことを前提にしていた。これは近年のブタクサの先行研究において高い他殖率が認められていたためであるが、古い文献では部分的な自殖も起こしているという記述もあり、自殖が生じている可能性を否定できなかった。そこで本年度は、他殖だけでなく部分的な自殖も考慮に入れた解析により、草丈と花粉生産量の効果の重要性について再評価した。新たな解析結果は他殖のみを考慮した時と同じ傾向を示した。上記のように風媒花では草丈がオス繁殖成功の増加に貢献するため、草丈が高いほどオス投資量が多いことが報告されている。しかし、主茎が損傷して伸長できなくなった場合にオス投資量がどうなるのかについては議論されてこなかった。この疑問を解決するために行った昨年度までの茎頂切除実験と野外調査では、主茎を損傷したブタクサが側枝の伸長を促進させて草丈を増加させ、損傷がない株と同等のオス投資を行うことをを明らかにしていた。本年度は、これらの結果を投稿可能な形に整理し、ほぼ論文用の原稿を完成させた。また、これらの整理した内容を第64回日本生態学会において発表した(ポスター)。28年度が最終年度であるため、記入しない。雌雄同体の植物における繁殖資源配分(性配分)は、個体の繁殖成功に大きく影響する重要な形質である。風媒花では、草丈が高いほど花粉を分散させやすく、また植物体のサイズが大きいほど花粉生産量が多いため、大型の個体ほど繁殖資源をオス機能に偏って投資すると考えられてきた。1年目は、風媒草本ブタクサにおいてこのサイズ依存的な性配分変化が実際に見られるかどうかについて、日本産3集団、アメリカ産4集団の株(N=120)を用いて検証した。その結果、草丈や栄養器官の乾重量の増加とともに繁殖投資がオス機能に偏るというサイズ依存的な性配分変化を検出することができた。また、外来種であるブタクサは日本への侵入に伴って天敵のブタクサハムシから解放されている。そのため日本産のブタクサでは防御への投資が減少し、成長への投資が増加して遺伝的に大型化したと考えられてきた。実際に大型化が起きていれば、日本産のブタクサではサイズ依存的に性配分がオス機能に偏っていると考えられる。そこで日本産・アメリカ産のブタクサのサイズと性配分を比較し、この仮説を検証した。しかし、侵入に伴う日本産ブタクサの大型化を検出することはできず、サイズの小さい日本産のブタクサではアメリカ産のブタクサよりもサイズ増加に伴う性配分のオス機能への偏りが小さいという結果になった。これは先行研究を支持しない結果であったが、使用した集団の違いなどが影響している可能性があるため、2年目も引き続き日米間のサイズの違いと性配分の違いを確認する予定である。平成26年度、草丈と花粉生産量の増加が風媒花のオス適応度を増加させることを明らかにしたが、平成27年度は追加解析により、草丈の増加とともに最大花粉散布距離が増加していること、そして花粉生産量は花粉散布距離に影響しないことを明らかにした。これらの結果は、草丈の増加が花粉散布距離の増加を通してオス適応度を増加させていることを示唆するものであり、サイズ増加とともに性配分がオス機能に偏るという風媒花のサイズ依存的な性配分の根拠となるものである。これらの研究結果は、日本進化学会第17回大会(2015年8月)で発表し、優秀学生ポスター発表賞を受賞した。この研究から、風媒花における草丈の重要性が伺える。しかし自然界では食害や草刈りなどによって主茎の伸長が阻害される機会が多く、草丈増加に伴うオス適応度の増加が見込めないことが考えられる。平成27年度は、そのような場合に植物が見せる反応について詳しく調べた。具体的には、(1)主茎を損傷した株は性配分をメス機能に偏らせることで適応度を獲得する、(2)主茎を損傷した株は側枝の伸長を促進させて草丈を増加させ、性配分を変化させることなく適応度を獲得する、という2つの仮説を立て、ブタクサ分布地域における野外調査と圃場における茎頂切除実験にてこれらを検証した。検証の結果、主茎が損傷すると側枝の伸長が促進されることが分かった。側枝は垂直方向に伸び続け、損傷のなかった株と同程度の草丈になっていた。また、損傷株と普通株の間で雄花数・雌花数を比較したが、ともに有意な差はなかった。これらの結果から、主茎の伸長が阻害された場合は側枝の伸長によって草丈を補い、性配分を変えずとも適応度を獲得する、という仮説(2)が支持された。本研究の結果は第47回種生物シンポジウム(2015年12月ポスター)

ならびに日本生態学会第63回全国大会(2016年3月英語口頭)で発表した。平成26年度は計画変更を余儀なくされたが、平成27年度は立て直した計画に沿って研究を遂行することができた。また、日本進化学会ではポスター賞を受賞することができ、研究に対して他の研究者からも一定の評価を得ることができたと考えている。一方で論文執筆と一部のデータ整理がまだ終わっていないため、今後の努力が必要である。本年度は昨年度の成果を受けて、主に国際学会発表と追加解析・論文執筆に専念した。昨年度までに、ブタクサの実験集団の栽培とマイクロサテライトマーカーを用いた父性解析により、(1)草丈は花粉散布距離を増加させること、(2)草丈と花粉生産量の両方が同程度に稔実種子数(オス適応度指標)を増加させる傾向にあること、(3)草丈は種子生産数(メス適応度指標)に有意な影響を与えないことを明らかにしていた。私は、これら(1)(3)の結果について英語でまとめた内容を、6月にアメリカで開催されたEvolution Meetings 2016にて発表した(ポスター発表)。しかしこの解析では、実験集団内で自殖が起きていないことを前提にしていた。これは近年のブタクサの先行研究において高い他殖率が認められていたためであるが、古い文献では部分的な自殖も起こしているという記述もあり、自殖が生じている可能性を否定できなかった。そこで本年度は、他殖だけでなく部分的な自殖も考慮に入れた解析により、草丈と花粉生産量の効果の重要性について再評価した。新たな解析結果は他殖のみを考慮した時と同じ傾向を示した。上記のように風媒花では草丈がオス繁殖成功の増加に貢献するため、草丈が高いほどオス投資量が多いことが報告されている。しかし、主茎が損傷して伸長できなくなった場合にオス投資量がどうなるのかについては議論されてこなかった。この疑問を解決するために行った昨年度までの茎頂切除実験と野外調査では、主茎を損傷したブタクサが側枝の伸長を促進させて草丈を増加させ、損傷がない株と同等のオス投資を行うことをを明らかにしていた。本年度は、これらの結果を投稿可能な形に整理し、ほぼ論文用の原稿を完成させた。また、これらの整理した内容を第64回日本生態学会において発表した(ポスター)。当初の研究計画に従って圃場実験を行い、日米のブタクサの性配分を定量化することができたが、その一方で論文の執筆がやや遅れている。最終年度である平成28年度は、論文執筆を中心に研究を進める。また、6月にアメリカ・テキサス州で行われるEvolution Meetings 2016での学会発表を予定しており、海外の研究者に研究を紹介し、コメントをもらいたいと考えている。また、平成26年度に引き続いて行ってきた草丈・性配分の日米間比較についての追加実験のデータを整理し、解析していきたいと考えている。28年度が最終年度であるため、記入しない。性配分の定量化はできたものの、日米間で植物体サイズに依存した性配分の偏りが当初の予測と逆の結果になった。今後は昨年度の結果が妥当なものなのかを確認するため、昨年と同様の実験を引き続き行う予定である。また、研究の方向性を修正し、性配分の可塑性にも注目しながら研究を行っていく予定である。