hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
熱帯樹種の時空間動態

本研究は、パナマのスミソニアン熱帯研究所、バロ・コロラド島(BCI)の約30年間に渡る長期データを活用し、樹種の時空間動態の解析を行うことを目的としている。本年度は、主に4つの研究課題に取り組んだ。1つ目は、「熱帯樹種の長期的な時空間動態を、短期間のデータから正確に予測出来るか」を明らかにするものである。短期データから長期的な森林の動態を予測できれば、更新サイクルの長い樹木では特に有用である。そのため、森林生態系の動態予測には行列モデルが長年用いられてきたが、その予測が正しいのかを実際に検証した事例は非常に少ない。そこで、本研究では、樹木で初めて、実際の長期データを用いて、短期データに基づく行列モデルの予測が正しいのかどうかの検証を行った。2つ目は、採用課題の主軸となる研究で、「個体密度の低い希少種は、なぜ希少なのか」と、「熱帯林には多種が共存するが、なぜ個体密度の高い普通種と希少種が長期に渡って共存し得るか」を明らかにするものである。本研究では、さまざまな普通種と希少種の違いを明らかにし、空間分布の時間的変化から、そのメカニズムに迫った。3つ目は、熱帯の種子散布者の中でも重要であるコウモリ散布による樹木の空間分布の形成機構を明らかにするものである。コウモリの種子散布者としての役割を調べるために、BCIの50 haの永久プロットの全域で、全生活史のデータを収集し、1年分の成長・生存データを収集した。この結果は、第63回日本生態学会で発表し、第100回アメリカ生態学会でも発表予定である。最後に、今年度は熱帯樹種の時空間動態の解明に将来的に有効である方法の模索のために、受け入れ機関である森林総合研究所の研究者の協力を仰ぎ、野外調査を行った。27年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、主に2つの研究テーマについて、研究を進めてきた。1つ目の研究テーマは、「熱帯樹種の長期的な時空間動態を、短期間のデータから正確に予測出来るか」というものである。短期データから長期的な森林の動態を予測することができれば、更新サイクルの長い樹木では有用である。そのため、森林生態系の動態予測に行列モデルが長年用いられてきたが、その予測が正しいのかを実際に検証した事例は非常に少ない。そこで、樹木で初めて、実際の長期データを用いて、短期データに基づく行列モデルの予測が正しいのかどうかの検証を行った。この結果は、今年度、第61回日本生態学会(第一回English Presentation Award優秀賞を受賞)で発表を行い、また、来年度の第99回アメリカ生態学会で発表予定である。また、2つ目の研究テーマは、採用課題の主軸となる研究で、「個体密度の低い希少種は、なぜ希少なのか」と、「熱帯林には多種が共存するが、なぜ個体密度の高い普通種と希少種が長期に渡って共存し得るか」を明らかにすることを目的として、研究を進めてきた。具体的には、長期的に個体密度の異なる種に着目し、それらの種で、長期的に新規加入率や死亡率に違いがあるか、稚樹と成木の比率に違いがあるか、また、同種の最近接の成木までの距離を調べた時に、時間的変化と個体密度の増減との間に相関が見られるかどうかの解析を行った。本年度は、主に3つの研究課題に取り組んだ。1つ目は、「熱帯樹種の長期的な時空間動態を、短期間のデータから正確に予測出来るか」を明らかにするもので、昨年度より継続しているものである。この結果は、2014年の第99回アメリカ生態学会でも発表を行った。本研究は、初年度より継続して行っているものであるが、昨年度までの結果に加え、新たな解析を加え、普通種と希少種の違いをまとめた。これらの結果は、第62回日本生態学会で発表、また、第100回アメリカ生態学会でも発表予定である。3つ目は、今年度新たに開始したものであり、熱帯樹種で高い割合を占めるコウモリ散布の樹種の時空間動態を調べるものである。種子の散布様式は、散布者の種類によって異なり、コウモリは他の動物散布者と異なる散布行動を示すが、これまで、ほとんどの場合、コウモリ散布樹種も区別されることなく、同等に扱われてきた。

今年度は、BCIの毎木調査の対象となる胸高直径1 cm未満の個体サイズも対象とし、50 haプロット全域で野外調査を行い、全生活史の空間分布図の作成を実現した。本研究は、パナマのスミソニアン熱帯研究所、バロ・コロラド島(BCI)の約30年間に渡る長期データを活用し、樹種の時空間動態の解析を行うことを目的としている。本年度は、主に4つの研究課題に取り組んだ。1つ目は、「熱帯樹種の長期的な時空間動態を、短期間のデータから正確に予測出来るか」を明らかにするものである。短期データから長期的な森林の動態を予測できれば、更新サイクルの長い樹木では特に有用である。そのため、森林生態系の動態予測には行列モデルが長年用いられてきたが、その予測が正しいのかを実際に検証した事例は非常に少ない。そこで、本研究では、樹木で初めて、実際の長期データを用いて、短期データに基づく行列モデルの予測が正しいのかどうかの検証を行った。2つ目は、採用課題の主軸となる研究で、「個体密度の低い希少種は、なぜ希少なのか」と、「熱帯林には多種が共存するが、なぜ個体密度の高い普通種と希少種が長期に渡って共存し得るか」を明らかにするものである。本研究では、さまざまな普通種と希少種の違いを明らかにし、空間分布の時間的変化から、そのメカニズムに迫った。3つ目は、熱帯の種子散布者の中でも重要であるコウモリ散布による樹木の空間分布の形成機構を明らかにするものである。コウモリの種子散布者としての役割を調べるために、BCIの50 haの永久プロットの全域で、全生活史のデータを収集し、1年分の成長・生存データを収集した。この結果は、第63回日本生態学会で発表し、第100回アメリカ生態学会でも発表予定である。最後に、今年度は熱帯樹種の時空間動態の解明に将来的に有効である方法の模索のために、受け入れ機関である森林総合研究所の研究者の協力を仰ぎ、野外調査を行った。今年度は、空間解析を主眼とする2つ目の研究テーマについて、大量の解析を進め、結果をまとめて来た。1つ目の研究テーマについては、2014年の第61回日本生態学会(第一回English Presentation Award優秀賞を受賞)で発表を行った。本研究については、第99回アメリカ生態学会でも発表予定である。また、論文化については、両テーマについて、日米の共同研究者と打ち合わせを行い、進めて行く予定である。本研究課題は、初年度に大きな研究計画の変更を迫られたため、野外調査の予定を繰り越すこととなったが、現在進行中の3つの研究課題については、いずれも定期的に研究成果を学会などの形で発表している。1つめの研究課題については、第99回アメリカ生態学会で発表を行った。2つめの研究課題については、2015年の第62回日本生態学会(第二回English Presentation Award優秀賞を受賞)で発表し、第100回アメリカ生態学会でも発表予定である。また、論文化については、それぞれの進行状況が異なるものの、最初に取り組み始めた課題については、昨年度までの解析に加え、新たな解析結果を追加したため、当初の予定よりも遅れたが、論文の最終改訂中で、近々投稿予定である。また、2つ目の研究課題については、網羅する内容が広く、また、空間解析自体にも時間が掛かっていたが、共同研究者達と話し合いの結果、もう一つ解析を加えることになったため、その解析が終わり次第、他の結果と併せて、論文としてまとめ、投稿する予定である。これらの研究については、セミナーなどでの講演も行っている。3つ目の研究課題については、野外調査や解析は順調に進んでいる。
植物体内における無機元素の輸送は道管と篩管のどちらが速いのか？

本研究は、植物の道管、篩管における元素輸送の解析を目的とした、RIライブイメージング技術の高度化である。本研究では篩管流の働きを止め、道管流のみ働いている状態で元素輸送の解析を行った。その結果、シロイヌナズナの花茎におけるMg輸送は道管流が大きな割合を占めることを示せた。Pにおいては、輸送速度が半減した。さらには、道管輸送の解析を目的として、光が植物の輸送にどのような影響を与えるかを解析した。解析には28Mg, 32P, 42K, 45Ca, 137Csを用いた。その結果、Pは水の流れに伴って輸送されること、Mg, K, CaおよびCsは水の流れに依存しないことを示せれた。H27年度は、リアルタイムRIイメージングシステム(RRIS)を用いて、道管、篩管それぞれにおける元素の輸送速度解析を目的とした可視化技術を確立した。道管は死細胞、篩管は生細胞により構成されているため、加熱処理により篩管のみ機能を失わせて可視化を行った。はじめに、加熱処理により篩管流が止まるかどうかを検証した。検証には、篩管輸送として代表的な光合成産物を用いて行った。シロイヌナズナのロゼット葉にのみC-14標識のCO2を吸収させ、花茎に輸送されたC-14標識の光合成産物をRRISおよび、イメージングプレート(IP)により可視化した。その結果、加熱処理を行った領域より上部全域においては、C-14が検出されなかった。このことから、本研究条件により篩管流が止まることが示された。次に、加熱処理を行った植物、および無処理の植物にMg-28およびP-32をそれぞれ根に添加し、添加後24hにおいて、各RIが根から花茎に輸送される様子を可視化、さらには速度解析を行った。その結果、Mg-28においては、加熱処理による速度の変化はほとんど見られなかった。この結果より、Mg吸収24h以内においては、花茎内のMg輸送は道管流が大きな割合を占めることが示唆された。P-32においては、輸送速度が半減した。ただし、今回行った速度の解析方法では、輸送されたRIのみならず、解析した領域に蓄積したRIも含まれるため、正確な輸送速度が算出できていない。この問題点を解決する方法として、H28年度実施予定としている数理モデル解析を行う。申請において、加熱処理により篩管が完全に止まらない可能性を考慮していたが、幾度の検証において、再現よく篩管流を止めることが確認された。そのため、篩管流を止められなかった場合に行う予定であった実験は割愛した。本研究の一部を纏めた論文が国際誌であるPlant & Cell Physiologyにて受理されたところである(印刷中)。私たちが独自に開発を行っているライブイメージングシステム(RRIS)では、道管、篩管を分別する解像度がない。そこで、生細胞である篩管を熱処理を行い、篩管流を止めた上で元素動態の解析を行った。解析にはMg-28、およびP-32を用いた。その結果、Mg-28においては、加熱処理による速度変化はほとんど見られなかった。この結果より、Mg吸収24h以内においては、花茎のMg輸送は道管流が大きな割合を占めることが示唆された。つぎに、道管流の解析を目的として、光が植物の輸送にどのような影響を与えるかを解析した。具体的には、イネに各RIを投与した後0-5時間は光を与え、5-10時間の5時間は一切光を与えず、光の有無による元素輸送を解析した。解析には、Mg-32、P-32、K-42、Ca-45、およびCs-137を用いた。その結果、P-32に関しては、光照射がなくなると、元素輸送は大きく低下した。一方でCa-45に関しては、光の有無による輸送の影響はなかった。つまり、Pは水の流れに伴って輸送されている一方で、Mg, Ca,の輸送は水の流れに影響を受けないと考えられる。さらには、K-42およびCs-137を比較すると、Cs-137は光の消失により、根から地上部への輸送が減少した一方で、K-42は光の影響を受けなかった。この結果は、セシウムとカリウムでは輸送経路が異なることが考えられる。なお、上記の研究成果をそれぞれ国際学会誌にて公表している。

解析には28Mg, 32P, 42K, 45Ca, 137Csを用いた。その結果、Pは水の流れに伴って輸送されること、Mg, K, CaおよびCsは水の流れに依存しないことを示せれた。H27年度において確立した、道管、篩管それぞれにおける元素の輸送速度解析に資する可視化技術により取得した画像は、輸送と蓄積の両者が含まれるため、道管流、篩管流の正確な速度を算出することが難しい。そこでH28年度においては、当初の計画通り、数理モデル解析を行うことで、さらに輸送量と蓄積量を分離して解析する。申請においては、プログラミングにて解析を行う予定であったが、近年、数理モデル解析を行う解析ソフトが多数出ており、プログラミングを行わずして直感的にモデルを組めるようになっている。そこで、これらの解析ソフトを利用した上で、必要に応じてプログラミングを組む予定である。数理モデルに用いるパラメータは単純化するため、手法開発の初期においては下方向への輸送を考慮する必要がない条件で行い、解析が確立するに伴いパラメータを増やす予定である。なお、数理モデルの解析を行うにあたり、この分野を得意とする研究者ともディスカッションを始めつつある状況である。農芸化学論文投稿費や国際学会参加費の支払いが4月以降となったため、H28年度に予算繰越を行った。繰り越した予算は論文投稿費および国際学会費にて使用予定である。
人工材料感染に対するCRPの応用:新しい予防法・治療法の開発を目指して

(1)CRP付加人工血管のラットへの移植実験ゼラチンコート人工血管片に1000μg/mlのCRP溶液を塗布し、ラット皮下に移植した。移植後2週間まで経時的に観察した。生理食塩液を塗布した対照群と比較し、移植局所へのマクロファージの著明な集簇と、それに引き続く線維芽細胞の増生を認めた。感染局所における細菌の貪食を担う、マクロファージの集簇を促進することで、局所感染を制御できる可能性が示唆された。至適なCRP付加量の検討、CRPの徐放性の評価継続中である。(2)CRP付加人工血管の感染局所への移植実験上記人工血管片をビーグル犬皮下に移植し、閉創直前に局所にS. aureusを接種した。摘出した人工血管片の洗浄液を培養し、菌数をカウントして感染の程度を評価した。CRP溶液塗布群と生理食塩液を塗布した対照群いずれも局所の膿瘍形成、炎症所見が著明であり、培養にて多数のS. aureusを検出した。局所感染の抑制の傾向は認められなかった。CRP単独付加による感染の制御は困難と考えられた。(3)バンコマイシン徐放性人工血管の開発に向けて人工血管の抗感染性を高めるため、CRPとバンコマイシンを併用するべく、バンコマイシンを保持し徐放する性質を持ったゲルを試作し徐放効果について評価中である。入工血管やペースメーカの感染をはじめとして、感染はすべての人工材料治療を無駄にする合併症であり、またその感染治療自体が死亡率の高い治療困難な病態である。CRPはマクロファージを活性化し、生体の感染防御機構を増強することが古くから知られているが、本研究は人工材料の感染を含め、すぺての局所感染症を治療する有効な方法として生体の感染防御機構の増強に着目した治療法の開発を目指している.平成18年度は、臨床的に問題となるMRSAをE.Coli,を主な対照として、Staphylococcus aureus, S.epidermisを加えたP2レベルの細菌を対象に実験施設の整備を行った。まず人工血管の皮下埋込みによる至適な感染モデルを確立するため、ラット以外にウサギ、イヌを用いてモデル作成を試みた。その結果、ラットの使用により皮肉にも生体の感染防御機構の増強が感染を抑止しうることが証明される結果となった。即ち、ラットなど齧歯類は10^8個/mlの高濃度でも感染を成立させることができず、生体の感染防御機構の賜と推察されたが、最終的にイヌが選択しうる唯一の動物モデルであるとの結論に達した。イヌの使用が必須となったことから、実験施設の整備(国立大学動物実験施設協議安全対策の安全度2)を追加し、人工血管6mm径に上記細菌を埋植し、皮下感染実験を開始した。CRP添加群と非添加群では感染成立に明らかな相違を示したことから、さらに皮下埋込み実験により添加条件や併用抗生物質の使用法などについて明らかにし、最終的にイヌ腹部大動脈人工血管埋込み実験を行い、感染予防効果や治療効果を明らかにし、新しい治療法の開発につなげる計画である。
光重合型義歯床用軟性裏装材の粘弾性的性質と耐久性

1.市販軟性裏装材について(平成9年度)本研究の遂行に当たり、まず、光重合型軟性裏装材試作の前段階として、4種類の市販アクリル系軟性裏装材(CS、LN、SL、TS)を、37°Cの各浸漬液(蒸留水、市販生理食塩水、人工唾液)中に2週間保存し、その保存期間中に、義歯洗浄剤を用いメーカー指示に従い洗浄したものについて、粘弾性的性質、およびその耐久性の評価を行った。そして、次の結果を得た。1)浸漬前の市販材料の硬さ(Hex)は21.144.7であった。この値は2週間浸漬後に約4.632.7%程度増加した。2)浸漬前の市販材料の反射率は20(無光沢面)70(高光沢面)の値を示した。これらの値は浸漬期間の増加に伴い1種類の市販材料(CS)では低下する傾向を示したが、他の3種類のものでは有意な変化を示さなかった。3)浸漬前の市販材料の接触角は約3540゚程度の値を示した。蒸留水中、生理食塩水中に浸漬したものでは、浸漬1日後に2種類の市販材料(CS、SL)の接触角がやや小さくなるものの、浸漬3日後には僅かに増加した。その後8週間までの浸漬期間中では、全ての材料で接触角の値は殆ど有意な変化を示さなかった。4)浸漬前の各市販材料の粗さは28μm程度であった。これらの値は浸漬期間が増すと増加した(7.515μm)。5) 3種類の市販材料(CS、LN、TS)では浸漬後37日間の浸漬期間内に、その表面に大きな窪みが認められた。2.試作光重合型軟性裏装材について(平成10年度)平成10年度の成果をもとに、主成分として粉末部分にポリエチルメタクリレート(PEMA)を、液部分には可塑剤にジブチルフタレート(DBP)を用い、光重合型にするためにこれにエチルメタクリレート(EMA)、光増感剤、還元剤などを加え、さらにエタノール(Et)を添加した9種類の光重合型軟性裏装材(粉/液比=1.38)を試作した。これらの試作材料の中から、比較的市販品に近い硬さを示す材料(液組成;EMA:DBP=l:8)を選択し、さらに、Et濃度が劣化に影響を及ぼすことが考えられたので、この組成比でEt濃度(014.3wt%)を変化させた4種類の試作材料(M1D8E0、M1D8E0.5、M1D8El、M1D8E1.5)を本実験に用いた。実験は市販材料と全く同様の条件で行った。しかしながら、現在、粘弾性的性質の変化については測定を継続中であり、結果を全てまとめることはできないが、現在までに得られた結果に基づいた結論は次のようなものである。4種類の試作材料について、8週間浸漬し、洗浄を加えたものの重量変化、デュロメータ硬さ、緩和弾性率,反射率、接触角、粗さ、表面観察などの経時的な測定結果より、これらの材料の中で比較的低Et濃度のものが高濃度のものに比べて臨床的に優れた性質を示すことが示唆された。

これらの試作材料の中から、比較的市販品に近い硬さを示す材料(液組成;EMA:DBP=l:8)を選択し、さらに、Et濃度が劣化に影響を及ぼすことが考えられたので、この組成比でEt濃度(014.3wt%)を変化させた4種類の試作材料(M1D8E0、M1D8E0.5、M1D8El、M1D8E1.5)を本実験に用いた。実験は市販材料と全く同様の条件で行った。しかしながら、現在、粘弾性的性質の変化については測定を継続中であり、結果を全てまとめることはできないが、現在までに得られた結果に基づいた結論は次のようなものである。4種類の試作材料について、8週間浸漬し、洗浄を加えたものの重量変化、デュロメータ硬さ、緩和弾性率,反射率、接触角、粗さ、表面観察などの経時的な測定結果より、これらの材料の中で比較的低Et濃度のものが高濃度のものに比べて臨床的に優れた性質を示すことが示唆された。アクリル系義歯床用軟性軟性裏装材の粘弾性的性質と耐久性に関する研究を行うため、平成9年度は、まず光重合型軟性裏装材の試作の前段階として現在市販されているアクリル系軟性裏装材の粘弾性的性質および耐久性について調べることとし、市販軟性裏装材、義歯洗浄剤、市販人工唾液および人工唾液作製用試薬、試料作製用モ-ルドなどを購入した。一方、補助金の交付決定後、主要設備のあらさ測定システムの発注を行い平成9年10月初旬の納入を待ったが、主要装置が特殊仕様であったため約2ヵ月近くその納入が遅れた。しかしながら、現在はこの主要装置の設置、微調製、較正などを済ませ、市販材料について各種水溶液中に浸せきし、かつ、メーカーの支持に従い義歯洗浄剤を用いて洗浄した場合の粘弾性的性質および表面性状の変化を測定し耐久性の検討を進めているところである。現段階では浸せき液による試料表面の劣化が一部観察されるものの、結果については未だ測定の途中でありまとめる段階には至っていない。また、この間に試料の浸せき条件およびデータ解析上での試料収集のために九大に出向いた。平成10年度は、現在進行中の市販材料の測定を平成10年5月までに終了し、それらの結果をもとに試作した光重合型の材料について市販材料と同様の測定を行い、本研究の目的を達成させる予定である。なお、本研究で得られた成果については、平成10年度秋期歯科理工学会学術講演会に発表する予定である。比較的長期にわたって使用可能なアクリル系軟性裏装材として、粉末部分にポリエチルメタクリレート(PEMA)を主成分とし、液部分には可塑剤としてジブチルフタレート(DBP)を用い、光重合型にするためにこれにエチルメタクリレート(EMA)、光増感剤(カンファキノン)、還元剤(ジメチルアミノ安息香酸エチル)を加え、さらにエタノール(Et)を添加した9種類の光重合型軟性裏装材(粉/液比=1.38)を試作した。これらの材料について予備実験を行い、比較的市販品に近い硬さを示す材料(液組成;EMA:DBP=l:8)を選択し、さらに、Et濃度が気泡の発生に影響を及ぼすことが考えられたので、この組成比でEt濃度(014.3wt%)を変化させた4種類の試作材料(MID8E0、M1D8E0.5、M1D8E1.M1D8E1.5)を本実験に用いた。実験は37°Cの3種類の浸漬液(蒸留水、市販生理食塩水、人工唾液)中に8週間保存し、その期間中に義歯洗浄剤でメーカー指示に従い洗浄したものについて、粘弾性的性質、および耐久性の評価を行うこととした。しかしながら、現在、粘弾性的性質の変化については測定を継続中であり、その結果を全てまとめることはできないが、現在までに得られた結果を以下に示す。1) 3種類の浸漬液に保存したのみの各試作材料の重量変化(wt%)は、浸漬期間の増加に伴い1014日後までは全ての浸漬条件のもので大きくなり、Et濃度の低いものほど大きな値を示す。2) 3種類の浸漬液に保存したのみの各試作材料のデュロメータ硬さ(HDA)は、浸漬期間の増加に伴い浸漬57日後までは全ての浸漬条件のもので大きくなり、Et濃度の高いものほど大きな値を示す。
パターン形成過程とその相乗確率過程の研究

電気流体力学的不安定性(EHD)では、そのパターン形成の際、閾値近傍での過渡的挙動が三つの段階に分けられた。すなわち(1)線形不安定性で決まる波数k_cが成長する領域(初期;振幅力学)、(2)諸境界条件の効果を含んだ非線形安定性で決まる波数k_mが急速に成長する領域(中・後期;位相力学)、(3)k_cとk_mの双方の競合成長に伴なう欠陥の運動する領域(終期;欠陥力学)と時間とともに変化し、成長の動力学的推移が見られる。この欠陥の運動の特徴は次のパターンの性質に重要である。閾値より高い電圧領域では発生した欠陥が緩和することなしに常時存在する。この領域では欠陥の数が時間とともに非周期的に変動し、そのパワースペクトルは1/f型となっていることが観測された。これは欠陥が粒子的相互作用を行ない、その結果低次元のカオスとしてその力学的性質が発現したものと推測される。また、これらの不安定性に雑音電圧を印加すると、最初の対流不安定性の閾値は雑音の相関時間が系の特性時間よりも短い場合には上昇し、長い場合には下降した。これは前者では雑音がまさつ力として、また後者では慣性力として働いていることを示している。さらに雑音は構造転移を誘起し、その閾値の雑音振幅依存性はパターンに大きく依存して変化した。これらは非線形の相乗確率過程として理解される。またEHDに磁界を印加すると多彩なパターン形成を示し、通常のロールからジグザクロール不安定や傾斜ロール不安定へと遷移した。さらに遷移過程には欠陥の運動が介在する場合(通常のパターン選択)と、古いパターンを解消した後に新しいパターンが出現するいわゆるパターン再形成の二種のダイナミックスが観測された。これらのまとめとして磁界、電界、周波数の三次元パターン相図を示した。相乗雑音過程や磁界印加時の静的な挙動については詳細に研究されたが、その動的挙動については今後の問題として残った。本年度は液晶の電気流体力学的不安定性(EHD)に伴なう構造の形成過程とその外部雑音効果(相乗雑音過程)の研究および沈殿構造形成過程に関する研究を行なった.沈殿構造形成過程ではオユトクルドライプニングが非常に重要な役割を演じていることが明らかとなった.またEHDの構造形成では次のような諸点が明らかとなった.(1)対流パターン形成ではアスペクト比P(容器の横方向の長と厚さの比)が比較的小さい場合には,電界を印加するとセルの両端より対流ロールが発生し,中心部に向って成長し,ある特性時間tmにて衝突する.これ以後はパターン選択が主役となる非線形領域となり,欠陥等の挙動が重要となる.(2)パターン選択領域では初期安定波数kcのパワースペクトル値がtmまで急速に増大し,それ以後減少する.それに替って非線形定常安定波数kmが急速に成長する.この時間はtmの約2倍で終了し,以後欠陥の運動が主役となる.(3)印加電圧の上昇とともにkcとkmの値が次々と変化し,孤立欠陥からペアの欠陥へと個数が変化し,最終的には欠陥の消失しない領域に入っていく.この領域では欠陥の数は非周期的に変動し,そのスペクトルは1/f型となり,弱い乱流とみなされる.このとき欠陥の総数が偶数となる確率の方が大きく優勢で各々ペアとなりやすい. HEDでの相乗雑音過程については次のような結果が得られた.

(1)相関時間Tnの短かい外部雑音を印加すると対流不安定性の閾値が上昇する.しかし系の特性時間Tcに近い,あるいはTcより長いTnの雑音を印加すると雑音は周期電圧と協同的に働き対流不安定性の閾値は減少する.(2)雑音電圧が上昇すると最初に生じる不安定性が異なり,対流構造が大きく変化する.同時に雑音依存性が大きく変化した.これらは外部誘起型の構造転移の特徴と考えられる.これらに対する動的挙動の研究,すなわち雑音印加時のパターン形成過程の研究は今後の問題として残った.本年度は液晶の電気流体力学的不安定性(EHD)に伴う対流パターンの磁界や雑音等の外力の効果を研究した。EHDによって生じる最初のロール構造は磁界を印加することによってその形態を大きく変化させた。磁界を電極面内でロール軸に垂直に印加するとロールの方向は変化せずに、閾値は磁界強度に比例して上昇しロールの幅は反比例して狭くなった。また磁界の印加によって垂直ロールよりも、むしろ傾斜ロールやジグザグロールを呈するようになり、磁界誘起のリフシッツ転移が観測された。これはフレクソエレクトリック効果によるものと考えられる。一方強い磁界を電界と同一方向に印加するとEHDは観測されなかった。これらの現象は液晶の帯磁率異方性を考慮にいれたEHDの理論で理解される。垂直ロール、傾斜ロール、ジグザグロールの間の遷移の動的な挙動については、ポテンシャルの形の変化として定性的に議論された。磁界印加による過渡的動力学では極めて特異な現象が観測され、磁界を印加するとパターンの形成過程で一旦初期パターンが消失し、新しくパターンが形成され直す現象(パターン再形成)が観測された。これはパラメータ空間上で磁界の印加によって、状態が全く異なった安定領域に跳ぶものとして理解される。またこの再形成磁界で磁界エネルギーが電界エネルギーとほぼ等しくなっていることが分かった。このような磁界印加に伴う対流パターンの相図を電界周波数、電界振幅、磁界の三元相図として求めた。またロール軸は安定状態では磁界と垂直方向を向くがその垂直とのなす角度が磁界の強度とともにtan^<-1>(H/Hc-1)に比例して変化した(Hcは角度が変わり始める臨界磁界)。これはいわゆる平衡系で観測されるフレデリック転移に相当する現象として理解され、ガラス基板の界面アンカーリングと磁界との競合によって起こるものと考えられた。定量的議論は今後の問題として残された。
RNA依存性RNA合成酵素を用いた自己複製系の構築

本研究は、生物の特徴の一つである自己複製という点に注目して、試験管内で自己複製系を構築することを目的としている。具体的には、試験管内でQβRNA複製酵素の遺伝子から、wheat germの蛋白質合成系を用いてQβRNA複製酵素を合成し、その酵素が自分の遺伝子を複製する系を構築する。この系を構築することによって、生物の進化をより深く理解することができると思われる。Qβレプリカーゼは、Qβファージ由来のRNA依存性RNA複製酵素である。Qβレプリカーゼは、ファージ由来のβサブユニットおよび、宿主である大腸菌由来のリボソーム因子S1タンパク質とタンパク質伸長因子EF-Tu、EF-Tsの4つのサブユニットから構成される。本酵素が活性を持つ為には、これらのサブユニットが正しく会合する必要があると思われる。実際、大腸菌内や大腸菌無細胞タンパク質翻訳系を用いβサブユニットを発現させると不溶化する。そこで、本研究では、S1、EF-Tu、EF-Tsのタンパク質の量を人為的にコントロールし、Qβレプリカーゼが活性を持つ為に必要なサブユニットの条件を、小麦胚芽無細胞タンパク質翻訳系を用い調べた。本翻訳系は、Qβレプリカーゼのサブユニットが含まれない。具体的には、Qβレプリカーゼのβサブユニットを無細胞翻訳系を用い合成した。その際、系に加えるS1、EF-Tu、EF-Tsのタンパク質の量を変え、βサブユニットの合成量とQβレプリカーゼの複製活性について調べた。その結果、小麦胚芽無細胞タンパク質翻訳系においては、βサブユニットは他のサブユニットが存在しなくても大部分が可溶性となった。また、系にタンパク質伸長因子EF-Tu、EF-Tsが6×10-7 M存在すれば、活性を持つQβレプリカーゼが合成できることがわかった。更に、翻訳中にS1タンパク質が存在するとβサブユニットの合成量が減るが、βサブユニットの翻訳後にS1タンパク質を加えると活性が上がることがわかった。試験管内無細胞合成系でRNA依存性RNA複製酵素を活性ある形で作り出すことが出来ているので、これを使って、RNA複製酵素とその遺伝子を用いた自己複製系の立ち上げを行える。このシステムは常温で自己複製が行えるシステムで、リポゾームなどを用いた人工細胞を構築する上で基盤技術でもある。
極低温交流帯磁率測定で探るランダム性が誘起する量子スピン液体のダイナミクス

本年度は主に量子スピン系物質の測定に堪える感度を目標に、極低温交流帯磁率測定装置の構築を行った。また、それに並行して、本研究の目的であるランダムシングレット状態の候補物質[Zn(hfac)2](o-Py-V-p-Cl)と同系統の物質において、極低温での熱力学測定を行い、その性質を明らかにした。(1)極低温交流帯磁率測定装置の構築最終目標である希釈冷凍機での構築の前段階として、ヘリウム3冷凍機上での交流帯磁率測定装置の構築を行った。完成した装置の評価のため、量子スピン系物質である3-Cl-4-F-Vを用いてゼロ磁場での相転移の観測を行った。その結果、先行研究の転移温度に対応する異常を観測することに成功し、量子スピン系物質に用いることのできる測定感度を有することを実証した。今後はより信号の小さな上記候補物質[Zn(hfac)2](o-Py-V-p-Cl)の測定が可能となるよう、補償回路の見直しや希釈冷凍機での構築を行う予定である。[Zn(hfac)2](4-Cl-o-Py-V)は上記ランダムシングレット状態の候補物質から派生した物質である。第一原理分子軌道計算からは主要な磁気的相互作用は類似したものになっているが、その符号や大きさが異なることが予想され、比較対照物質としての意義がある。今回は本物質の極低温磁化、比熱測定を行い、2 K以下の磁気相図を明らかにした。ここから予想される基底状態の候補としてはストライプ強磁性状態が挙げられ、本物質がハニカム格子系として新たな相互作用パラメータ領域を開拓したことを示唆する重要な結果である。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
ウイルス誘導細胞融合とそれに対する宿主制御機構の解析-細胞融合の生物学的意義-

ウイルスよる細胞融合誘導はウイルス側因子と宿主細胞側因子との相互作用によって制御されている。ウイルス侵入機構、膜融合及び多核巨細胞形成に関与するウイルス側因子と宿主細胞側因子を解析する。細胞融合に関与する因子としては、ウイルス誘導細胞融合の制御因子、Fusion Regulatory Factor-1 (FRP-1)が重要である事を証明した。FRP-1分子は細胞融合をpositiveにもnegativeにも制御できる多機能分子であり、ウイルスとFRP-1分子との細胞相互作用を解明することにより、ウイルスの発症病理の重要な局面が明らかになった。ウイルス誘導細胞融合と生理的細胞融合の共通する分子機構を解明することにより、生物現象における細胞融合の意義を解明した。FRP-1 transgenic miceやknockout miceを作製し、FRP-1分子の生理的重要性を明確にした。FRP-1 knockout miceは致死的であることを考える、FRP-1は生命活動に必須の因子と考えられる。とウイルスによる細胞融合は多様な因子の関与と多段階のステップを含む複合的な機構から成り立っている。本研究で、FRP-1はADAM-9やCD147分子と共同して細胞融合制御を行っていることを明らかにした。FRP-1は多様な因子と共同してFRP-1複合体を形成し、生理的膜融合にも深く関わっているので、FRP-1媒介細胞融合制御の分子機構を解明することは基礎生物学的にも新たな水準を切り開くものである。FRP-1のlight chainの機能を解析するともに、FRP-1のlight chainのN末端側と高いホモロジーを有する蛋白を3つ同定した。FRP-1のlight chain及びN-light chainのウイルス誘導細胞融合への作用は残された重要課題である。本研究によってウイルス細胞傷害を人為的に制御する方向が確立した。近年の我々を中心とする研究により、ウイルスの病原性発現に宿主由来因子の役割が明確になってきた。その中でも、Fusion Regulatory Proteins(FRPs)は注目されている。FRP-1分子は4F2/CD98分子であることを我々は明かにした。FRP-1分子はパラミクソウイルスやHIVの細胞傷害性を完全に抑制できる。FRPsは細胞接着因子としての活性を有しており、細胞接着因子とウイルス病原性発現とは密接な関係にある事が明らかになった。1昨年、世界で初めて、FRP-1light chainのクローニングに成功し、細胞膜を12回貫通するアミノ酸トランスポーターであることを明らかにしたが、本年はlight chainに対するモノクローナル抗体を作製した。細胞融合に関与するウイルス側因子の研究も進展して来た。パラミクソウイルスにおいては、F糖蛋白とHN糖蛋白の両蛋白が細胞融合誘導に必要とされて来たが、我々は一つのアミノ酸の違いで、単独細胞融合能を有するF蛋白と有しないF蛋白を見い出し、その分子構造の違いを、立体構造を認識する抗体を作製し、それを用いて解析した。また、単独細胞融合能を有するF蛋白の機能を阻害するモノクローナル抗体を得ることに成功し、その標的がF2とcystein-rich domainであることが明らかになった。FRP-1媒介性破骨細胞形成とRANKL媒介性破骨細胞形成との間のCross-talkを証明した。FRP-1媒介性c-src発現誘導の細胞内伝達機構を解明し、転写因子、Sp1、依存性を明確にした。ウイルス侵入機構、膜融合及び多核巨細胞形成に関与するウイルス側因子と宿主細胞側団子を解析する。細胞融合に関与する因子としては、ウイルス誘導細胞融合の制御因子、Fusion Regulatory Factor-1(FRP-1)が重要である事を証明した。

FRP-1分子は細胞融合をpositiveにもnegativeにも制御できる多機能分子であり、ウイルスとFRP-1分子との細胞相互作用を解明することにより、ウイルスの発症病理の重要な局面が明らかになると考えられる。ウイルス誘導細胞融合と生理的細胞融合の共通する分子機構を解明することにより、生物現象における細胞融合の意義を解明した。FRP-1 transgenic miceやknockout miceを作製し、FRP-1分子の生理的重要性を明確にした。ウイルスによる細胞融合は多様な因子の関与と多段階のステップを含む複合的な機構から成り立っている、FRP-1は多様な因子と共同してFRP-1複合体を形成し、生理的膜融合にも深く関わっているので、FRP-1媒介細胞融合制御の分子機構を解明することは基礎生物学的にも新たな水準を切り開いた。FRP-1のlight chainの機能を解析するともに、FRP-1のlight chainのN末端側と高いホモロジーを有する蛋白を3つ同定した。FRP-1のlight chain及びN-light chainのウイルス誘導細胞融合への作用は残された重要課題である。ウイルスよる細胞融合誘導はウイルス側因子と宿主細胞側因子との相互作用によって制御されている。ウイルス侵入機構、膜融合及び多核巨細胞形成に関与するウイルス側因子と宿主細胞側因子を解析する。細胞融合に関与する因子としては、ウイルス誘導細胞融合の制御因子、Fusion Regulatory Factor-1(FRP-1)が重要である事を証明した。FRP-1のlight chainのN末端半分と高いホモロジーを有する蛋白(N-light chain): FRP-1のlight chainのN末端側と高いホモロジーを有する蛋白を3つ同定し、その発現様式を解析した。その3つの転写産物は染色体16P12と一致した。それは180及び190のアミノ酸をコードし、hLAT1のN末端側と92-94%のホモロジーを示した。しかしながら、3'non-coding領域はhLAT1と有為なホモロジーを示さなかった。それらの遺伝子は染色体16p11.2-p13.1に複数コピーとしてマッピングされた。それらの遺伝子の末梢単核球における転写はレクチン刺激によって亢進した。FRP-1媒介性細胞融合制御におけるCD147分子の関与:ウイルス感染細胞における細胞融合はFRP-1/CD98系によって制御を受けている。この反応には種々の分子が関与している。本年の研究により、新たにCD147分子がFRP-1媒介性細胞融合の調節因子の一つであることが明らかになった。a.血液単球,U937細胞やJurkat細胞にCD147分子は発現していた。
その場観察・コビナトリアル手法による化合物半導体/シリコン界面制御法の構築

(1)シリコン上のIII-V結晶層核発生温度の観察Si上のInAsとGaAsの核発生温度を測定するため,それぞれの原料を供給しながら基板を昇温し,表面反射率を測定した.Si上にIII-V層の核が発生すると表面反射率が変化するので,核発生が開始する温度を判定できる.InAsは400°Cで核発生が開始するのに対し,GaAsは450°C以上にならないと核発生しない.このようにInAsの方がGaAsよりも核発生しやすい傾向は610°CでIn,Ga,Asの原料を同時供給したときにも共通すると考えられる.(2)微小領域選択成長で得たIn_<1-x>Ga_xAsの構造解析原料分圧の違いによりIn_<1-x>Ga_xAsは横方向成長あるいは縦方向成長を示す.しかし,いずれの場合にも,成長初期核のXRDからは,ほぼInAsが核発生していることがわかる.これは,前節で述べたようにInAsの核発生がGaAsに比べて容易であることによる.十分成長を行った後のXRDからは,縦方向成長の場合に結晶組成はほぼInAsのままであるのに対し,横方向成長の場合はGa組成が増える方向に組成が不均一化していくことがわかる.マイクロXRDによる分析の結果,In_<1-x>Ga_xAsアイランドの中央付近はよりInリッチな組成になっていることが示唆された.以上のことから,In_<1-x>Ga_xAsの横方向成長においては,Si上にInAsが核発生し,Ga取り込み量を増やしながらの横方向成長すると考えられる.一方,縦方向成長の場合,Gaは原料を供給しているにも関わらず(Ga原料の分圧が低いため)結晶には取り込まれないと考えられる.このように,横方向成長には結晶へのGaの取り込みが本質的な役割を果たしていると考えられる.(1)シリコン上のIII-V結晶層核発生温度の観察Si上のInAsとGaAsの核発生温度を測定するため,それぞれの原料を供給しながら基板を昇温し,表面反射率を測定した.Si上にIII-V層の核が発生すると表面反射率が変化するので,核発生が開始する温度を判定できる.InAsは400°Cで核発生が開始するのに対し,GaAsは450°C以上にならないと核発生しない.このようにInAsの方がGaAsよりも核発生しやすい傾向は610°CでIn,Ga,Asの原料を同時供給したときにも共通すると考えられる.(2)微小領域選択成長で得たIn_<1-x>Ga_xAsの構造解析原料分圧の違いによりIn_<1-x>Ga_xAsは横方向成長あるいは縦方向成長を示す.しかし,いずれの場合にも,成長初期核のXRDからは,ほぼInAsが核発生していることがわかる.これは,前節で述べたようにInAsの核発生がGaAsに比べて容易であることによる.十分成長を行った後のXRDからは,縦方向成長の場合に結晶組成はほぼInAsのままであるのに対し,横方向成長の場合はGa組成が増える方向に組成が不均一化していくことがわかる.マイクロXRDによる分析の結果,In_<1-x>Ga_xAsアイランドの中央付近はよりInリッチな組成になっていることが示唆された.以上のことから,In_<1-x>Ga_xAsの横方向成長においては,Si上にInAsが核発生し,Ga取り込み量を増やしながらの横方向成長すると考えられる.一方,縦方向成長の場合,Gaは原料を供給しているにも関わらず(Ga原料の分圧が低いため)結晶には取り込まれないと考えられる.このように,横方向成長には結晶へのGaの取り込みが本質的な役割を果たしていると考えられる.
児島湖及びその流域における水環境管理に関する研究

今年度は5つの課題について研究を行い、次のような成果を得た。1)児島湖流域における汚濁物質の発性特性児島湖流域を11のブロックに分割し、生活排水、工場、水田、山林・その他及び畜産排水の原単位を基に、汚濁物質発生負荷量を算出した。COD9500Kg/day、T-N4750Kg/day、T-P530Kg/dayで、この内生活排水の占める割合は、それぞれ68%、60%、80%であった。2)流入河川水及び湖水の汚濁ポテンシャル児島湖における汚濁ポテンシャルの指標として、富栄養化の観点から、7、9、11月の3回AGP及び【AGP^M】試験を行った。試水に単独にNを添加した時、Pだけを添加した時よりもAGP祇は増加した。しかし、N,Pを同時に添加するとAGPの増加量はどの場合よりも著しかった。3)農村地域における水質管理児島湖に流入する笹ヶ瀬川の一支流足守川流域を対象として、簡易水質浄化法を導入することにより、汚濁負荷削減を計るセミクローズドシステムを考慮した水質管理システムを構想し、約50通りのシステムについて試算した。組合せによっては、2080%の負荷が削減された。4)対話型モデルによる湖沼水質の予測児島湖を3つのブロックに分割し、河川からの流入負荷量、流量、沈殿量、底泥からの溶出量を考慮したボックスモデルにより、パソコンとの対話形式で、パラメータを変化させながら、湖水水質を予測するモデルを作った。簡単なモデルで季節平均的な水質の予測ができた。5)水生植物を用いた、湖水からのN,P除去能児島湖の一部を水質緩衝池として利用し、ここに水生植物ホテイアオイを栽培することによって、N,Pの除去を計ろうとする考えである。児島湖水面の1%を利用することによって、4月から10月末までの間に、Nを年間2100Kg、Pを3700Kg除去できることがわかった。
編隊衛星を用いたオーロラ電流系の解明

地球の極域電離圏(高度100km)では、数時間に一度、真夜中付近でオーロラが爆発的に増光する。このオーロラ爆発は、より遠方(高度5-20万km)の磁気圏尾部に流れる電流が、磁力線再結合により、電離圏にショートする現象であると想像される。このショート電流(オーロラ電流系)と、磁力線再結合との関係を、衛星および地上観測を用いて解明することが、本研究の目的である。本年度はオーロラ爆発に関する論文を出版した。地上1点からの光学観測は狭視野であるため、サブストームの開始が視野内か視野外か断定できない。この観点から、サブストーム開始時刻の同定には広視野の衛星画像が最も信頼されてきた。その際、衛星画像が低感度であることによる遅れは無視できると考えられてきた。その根拠は、衛星画像でのサブストーム開始はPi2地磁気脈動と同時あるいはむしろ数分前に観測されることである。本研究では、衛星画像と地上画像を初めて直接比較した。その結果、衛星画像でのサブストーム開始およびPi2地磁気脈動は、地上画像でのサブストーム開始ではなく、第2段階(極方向拡大)に対応することを明らかにした。また、MMS衛星のデータセレクションを担当し、複数衛星を用いたオーロラ爆発の研究成果について学会発表を行った。AL指数で-700nTのサブストームが開始したとき、MMS衛星群とGeotail衛星は磁気圏尾部プラズマシート境界領域付近に滞在していた。サブストーム開始の8分前(1744 UT)に、MMS衛星は、磁気双極子化を観測したが、地球向きのイオン流は観測しなかった。一方、Geotail衛星は、磁気双極子化の30秒前から、地球向きイオン流(150km/s)を観測した。以上の結果により、サブストーム開始に関係したプラズマ流は、プラズマシート中央部よりも、プラズマシート境界領域で先に観測されることが示唆される。2017年及び2018年夏季の、MMS衛星・Geotail衛星・あらせ衛星の磁気圏尾部同時観測について、解析を進めている。初期研究成果を学会発表し、論文を執筆中である。2017年及び2018年夏季の、MMS衛星・Geotail衛星・あらせ衛星の磁気圏尾部同時観測について、論文を執筆する。執筆の過程において、電離圏電気伝導度の改良が必要であることが明らかになってきたために、電離圏電気伝導度に関する論文を先に執筆する。本年度は、オーロラ爆発の階段状発達を明らかにし、研究成果をJournal of Geophysical Research誌において発表した。オーロラの極方向への拡大が階段状に起こる現象について事例解析を行った。その結果、磁気リコネクションの位置が、尾部側に階段状にジャンプしていることを見いだした。本研究では、THEMIS編隊衛星の磁気圏尾部観測と、北米・グリーンランドの地上オーロラ全天観測を用いた。全天カメラでのサブストーム開始時に、尾部側24地球半径(Re)のTHEMIS-1衛星は、プラズマ流が尾部向きから太陽向きへ10分程度のタイムスケールで反転することを観測した。この反転シークエンスは、しばしば、一つの磁気リコネクション領域が、尾部側に後退していることを、衛星が観測したと解釈される。しかし、この反転よりも1分後に、THEMIS-1よりも5 Re地球側に滞在していたTHEMIS-2衛星は、地球向き高速流を観測した。従って、この反転シークエンスは、一つのリコネクション領域の後退ではなく、新たなリコネクション領域が遠方で生じたことを意味すると考えられる。本研究計画において重要な、オーロラデータ解析ソフトウェアを開発した。特にオーロラデータを地理座標から地磁気座標に変換することができたことにより、オーロラ爆発に関する研究成果を、論文として出版した。一方、スワム衛星のデータ解析ソフトウェア作成は、電場データの補正に問題があるため、対応中である。本年度は、オーロラ爆発の衛星画像と全天画像による同時観測を解析し、研究成果はEarth, Planets and Space誌に受理された。全天画像でのオーロラサブストームの開始(オンセット)は、経度方向に長い「initial brightening」と、その数分後に始まる、極側に拡大する「オーロラ爆発」との二つのステージを持つと考えられている。一方、衛星オーロラ全球画像では、オーロラサブストームの開始におけるこの二つのステージは観測されていない。これまで、衛星観測の時間分解能が悪いために、この相違は特に議論されてこなかった。本研究では、Polar衛星がフィルタを固定した高時間分解観測(37秒毎)を行っていた期間を調べた。

その結果、オーロラ爆発は衛星画像と全天画像で同時に観測されていたが、その3分前に開始したinitial brighteningは全天画像でのみ観測されていた。本研究では高時間分解の衛星画像を用いたため、衛星画像でinitial brighteningが観測されなかった原因は空間分解能にあると考えられる。本研究の結果、衛星画像と地上画像で観測したオーロラ爆発を統一的に理解できるようになった。オーロラ爆発は、地上観測と衛星観測では取得されたデータが一見矛盾している様に見える。地上観測と衛星観測の違いを考察しオーロラ爆発の定義を議論した研究成果が、論文として受理された。一方、2017年夏期の北米オーロラデータがまだ本格的に公開されていないこともあり、MMS衛星のデータ解析は、本格的には開始しなかった。地球の極域電離圏(高度100km)では、数時間に一度、真夜中付近でオーロラが爆発的に増光する。このオーロラ爆発は、より遠方(高度5-20万km)の磁気圏尾部に流れる電流が、磁力線再結合により、電離圏にショートする現象であると想像される。このショート電流(オーロラ電流系)と、磁力線再結合との関係を、衛星および地上観測を用いて解明することが、本研究の目的である。本年度はオーロラ爆発に関する論文を出版した。地上1点からの光学観測は狭視野であるため、サブストームの開始が視野内か視野外か断定できない。この観点から、サブストーム開始時刻の同定には広視野の衛星画像が最も信頼されてきた。その際、衛星画像が低感度であることによる遅れは無視できると考えられてきた。その根拠は、衛星画像でのサブストーム開始はPi2地磁気脈動と同時あるいはむしろ数分前に観測されることである。本研究では、衛星画像と地上画像を初めて直接比較した。その結果、衛星画像でのサブストーム開始およびPi2地磁気脈動は、地上画像でのサブストーム開始ではなく、第2段階(極方向拡大)に対応することを明らかにした。また、MMS衛星のデータセレクションを担当し、複数衛星を用いたオーロラ爆発の研究成果について学会発表を行った。AL指数で-700nTのサブストームが開始したとき、MMS衛星群とGeotail衛星は磁気圏尾部プラズマシート境界領域付近に滞在していた。サブストーム開始の8分前(1744 UT)に、MMS衛星は、磁気双極子化を観測したが、地球向きのイオン流は観測しなかった。一方、Geotail衛星は、磁気双極子化の30秒前から、地球向きイオン流(150km/s)を観測した。以上の結果により、サブストーム開始に関係したプラズマ流は、プラズマシート中央部よりも、プラズマシート境界領域で先に観測されることが示唆される。2017年及び2018年夏季の、MMS衛星・Geotail衛星・あらせ衛星の磁気圏尾部同時観測について、解析を進めている。初期研究成果を学会発表し、論文を執筆中である。今後も、概ね当初予定通りに研究を推進する。ただし、2017年6月から9月に、米国のMMS衛星、日本の「あらせ」衛星が、地球夜側磁気圏を観測することが、ほぼ確実となったために、これらの衛星観測結果によって、研究対象とするオーロラ爆発イベントを再構成する。
植物生育に影響する要因を考慮した土壌中の重金属吸収性評価法の確立とその応用

被験土壌で生育させたヘチマ幼植物下胚軸から得られる導管液の濃度を可給性の指標とする「導管液法」は、植物生育に影響する要因を考慮した養分可給性評価法として提案された。本研究では、当法を用いることにより、根圏の重金属吸収性(可給性)の評価も可能であること、土壌pH変化に基づく重金属可給性の変化を評価し得ること、ケミズキンバイによる導管液法を用いればドミウム汚染米産出リスク予測にも応用し得ることが認められた。ただし低pH時や高土壌水分条件ではヘチマによる導管液法の利用には限界が示された。当課題では、土壌中の重金属の吸収性(=可給性)を評価する方法について、そこで生育する植物の活性をも合せて評価し得る方法を確立させ、それを用いて土壌中の重金属吸収性を評価することを目的とする。そのため被験土壌で生育するヘチマ(比較的多量の導管液を採取し得るため当法の標準植物に選定)幼植物下胚軸を切断して得られる導管液の組成と濃度を、土壌中の重金属可給性の指標として利用すること(導管液法)の可否を検討する。はじめに、根圏の複雑性を除去して検討するために水耕法を採用し、水耕液へのカドミウム、銅、ニッケル、コバルト、亜鉛、マンガンの添加濃度をそれぞれ変えてヘチマを栽培すると、導管液中の各重金属濃度と地上部のそれらの含有率とは正比例した。また当該元素濃度を変えることによってそれ以外の元素の地上部含有率が変化するとき、その含有率も導管液中濃度と正比例した。このことから、ヘチマ幼植物の導管液を利用して根圏の重金属吸収性の変化を評価し得ると予測された。さらに、重金属添加濃度の増大による導管液溢泌量の低下や生育低下を把握できるので、培地条件に基づく植物の栄養・生理状態を把握しつつ被験成分の吸収性の変化を検定可能であると考えられた。ついで、水耕液pHを7から2まで変化させたとき、また土壌pHを6から3まで変化させたとき、栄養塩としての銅、亜鉛、マンガンの含有率は導管液中のそれらの濃度と正比例したことから、当該金属濃度の絶対量が変化するのではなく、培地の理化学性の差異に基づく金属吸収性の変化の評価にも、当法を応用させ得る可能性が示された。一定濃度のカドミウム、銅、ニッケル、亜鉛、コバルト、マンガンのいずれかを含むHoagland水耕液でヘチマ幼植物を栽培し、導管液を得た。この導管液中の重金属濃度と地上部重金属含有率との関係から、根圏重金属濃度ならびに共存重金属濃度の変化に伴う重金属可給性の評価に対する導管液法利用の妥当性を検討した。その結果供試したいずれの元素とも、過剰害を及ぼす濃度以下では、ヘチマ地上部含有率と導管液濃度は共に処理濃度と正比例し、なおかつ導管液濃度は地上部含有率と正比例した。さらに、銅、亜鉛、マンガンについては、当該元素処理以外にも栄養元素として水耕液中に含まれるので、その時の導管液濃度と地上部含有率との関係も調べたところ、銅とマンガンでは上記と同様に正比例関係にあった。したがって導管液濃度は吸収量を反映しており、根圏に存在する重金属濃度の変化や共存元素濃度の変化に基づく可給性の変化の評価に利用できることが示された。土壌中重金属の可給性評価法である溶媒抽出法は物理化学的な手法であり、土壌条件に起因する植物生育・活性の違いによって生ずる重金属吸収性の差異を表現することは困難である。本研究では、「導管液法(植物根を養分抽出の道具として用い、被検定土壌で生育させた標準植物の木部導管液中の養分濃度を可給性の指標とする)」が植物活性の差異を包含した土壌中重金属の吸収性評価法として利用可能で、複数成分の吸収性を同時に評価できることを前年度までに見出したため、当該年度は以下の試験を行った。