hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生物ストレスに応答したプリン分解の活性化：生理シグナル生成系としての役割検証

病害や傷害などの生物ストレスに対する初期応答として観察されるプリン分解の活性化について,その植物生理学的意義をこの代謝系と密接に関わる2種類の本質的に異なる生理活性分子,活性酸素及びジャスモン酸(JA)の作用を足掛かりに調査した。シロイヌナズナの逆遺伝学的解析から,活性酸素を生成するプリン分解の初発酵素・キサンチン脱水素酵素が,幅広い病原性微生物に対する抵抗性に関わる可能性が示された。また,プリン分解の主要な代謝中間体であるアラントインが,アブシシン酸を介してJA生成を亢進し,その信号伝達系を活性化することで,この植物ホルモンが制御する病害及び傷害応答に関与することが示唆された。本研究計画の骨子は,病原菌感染の初期応答として観察されるプリン分解の活性化が,生物ストレスに対する適応応答にどのような意味を持つのかを,この分解系が直接或いは間接的にその生成に関与する2つの本質的に異なる生理活性分子,活性酸素(ROS)およびジャスモン酸(JA)の作用を足掛かりに解明するものである。本年度は以下に掲げる2つの研究項目を実施した。1.ROS生成系としての機能解明プリン分解の初発酵素であり,ROS生成酵素としても知られるXDHの機能喪失がシロイヌナズナの病害抵抗性にどのような影響を与えるのかを調査する目的で,その遺伝子破壊株(xdh1)に対して活物寄生菌および殺生菌をロゼット葉に感染させ,病徴発現の程度を比較評価した。その結果,XDHの機能破壊は殺生菌に対する抵抗性を弱める傾向があることが判明し,XDHが病害抵抗性発現に関与している可能性が示された。2.JAシグナル活性化系としての機能解明JAシグナルの制御下にある典型的な遺伝子群の発現解析から,プリン分解中間体アラントインは,おそらくJAシグナルのマスター制御因子であるMYC2に正に作用することでJA生合成やJA応答を惹起することを明らかにした。他方,アラントインの直下の代謝産物であるアラントイン酸は非常に類似した構造を持つにもかかわらず,そのような生理作用を持たないことが示され,JA応答惹起におけるアラントインの作用の特異性が強く示唆された。本研究は,生物ストレスに対する初期応答として観察されるプリン分解の活性化の生理学的意義を,この分解系が直接或いは間接的にその生成に関与する2つの本質的に異なる生理活性分子,活性酸素(ROS)およびジャスモン酸(JA)の作用を足掛かりに解明することを目的としている。ROSを生成するプリン分解の初発酵素XDHの遺伝子破壊株(xdh1)が殺生菌に対して野生株よりも感受性が高いことを示唆する結果が昨年度に引き続き得られたが,xdh1の生育表現型は野生株と比較してやや脆弱なことから,その病原菌に対する感受性の亢進がXDHの機能喪失による直接的な影響か,或いは二次的なものかはなお検証が必要である。他方,プリン代謝中間体アラントインがJAシグナリングのマスター転写因子MYC2の発現を惹起することに注目し,主にホルモンシグナリング活性化の観点からその生物ストレス耐性への関与を検証した。アラントインの蓄積は,MYC2が正に制御する生理現象(アントシアニン蓄積,傷害応答)を促進する一方で,負に制御する現象(主根伸長,耐病性)を抑制した。MYC2欠損変異株やJA欠損変異株では,アラントインによるJA応答の活性化が遺伝子発現レベルで消失したことから,このプリン代謝物がMYC2依存的なJA応答を誘導することが示された。MYC2はもともと乾燥に応答したアブシジン酸(ABA)シグナリングに関わる因子として同定されたため,アラントインによるJA応答の活性化にABAが関与するか否かを検証し,この現象がABAに依存することを分子遺伝学的に明らかにした。近年の研究で,ABAは非生物ストレスのみならず生物ストレスへの応答の制御にも関わることが示されているが,以上の結果はこの知見と矛盾せず,プリン分解系がABA-JA間のクロストークを介して生物応答に関与することを示唆している。プリン分解中間体が,生物ストレスへの応答に重要な役割を担うJAシグナリングを惹起する分子機構を明らかにし,これらの研究成果を原著論文にまとめて公表した。したがって,研究計画は概ね順調に進行しているものと考える。本研究は,病原菌の感染などの生物学的ストレスに対する初期応答として観察されるプリン分解の活性化の生理学的意義について,特にプリン分解が直接的あるいは間接的にその生成に関与する2種類の本質的に異なる生理活性分子,活性酸素(ROS)およびジャスモン酸(JA)の作用を足掛かりに解明することを目的とする。植物の病害抵抗性においてROSの生成は,病原菌の侵入に対し,その伸展を抑える重要な働きを担っている。シロイヌナズナにおいて,微生物の侵入に応答してROSを生成する酵素としては,RBOHDに代表されるNADPHオキシダーゼがよく知られるが,本研究ではROSを生成するプリン分解の初発酵素キサンチン脱水素酵素(XDH)の病害抵抗性への関与を調査してきた。これまで明確な結果は得られなかったため,本年度は複数の微生物を用いた病原抵抗性の特異性を中心に調査した。その結果,シロイヌナズナにおける主要なアイソフォームであるAtXDH1の遺伝子欠損や,ゲノムにコードされたもう1つのXDH (AtXDH2)を標的に含めたRNA干渉は,シュードモナスやボトリチス,ペクトバクテリウムに対する病害抵抗性を低下させた。また,シュードモナスの接種に応答して,AtXDH1の転写産物レベルが有意に亢進した。

最近,メリーランド大学のXianoの研究グループにより,AtXDH1が生成するROSがうどんこ病に対する抵抗性発現に貢献していることが示されたが,この報告を含めると,XDHは活物寄生菌と殺生菌の両方を含む少なくとも4種の異なる病原菌に対する基礎的抵抗性に関与していると考えられる。以上の結果から,XDH,特にAtXDH1は幅広い病原性微生物に対する抵抗性に関わる新奇な病害抵抗性因子であることが示唆された。病害や傷害などの生物ストレスに対する初期応答として観察されるプリン分解の活性化について,その植物生理学的意義をこの代謝系と密接に関わる2種類の本質的に異なる生理活性分子,活性酸素及びジャスモン酸(JA)の作用を足掛かりに調査した。シロイヌナズナの逆遺伝学的解析から,活性酸素を生成するプリン分解の初発酵素・キサンチン脱水素酵素が,幅広い病原性微生物に対する抵抗性に関わる可能性が示された。また,プリン分解の主要な代謝中間体であるアラントインが,アブシシン酸を介してJA生成を亢進し,その信号伝達系を活性化することで,この植物ホルモンが制御する病害及び傷害応答に関与することが示唆された。本年度の研究において,代謝酵素の遺伝子破壊からプリン分解系の病害抵抗性への関与を示唆する結果が得られ,また,プリン分解中間体によるJA応答惹起の分子機構における作用点が明らかになりつつある。これらの研究成果は今後の研究の展開に重要な情報を与えるものであることから,研究計画は概ね順調に進行しているものと考える。プリン分解系における活性酸素生成の生理的意義を,逆遺伝学的手法を用いて検証する。特に,XDH1の遺伝子破壊がもたらす耐病性の低下がROS生成活性の喪失によるものか,或いは(脆弱な成長表現型による)副次的なものかを引き続き検証する。一方,突然変異株を利用した分子遺伝学的アプローチにより,プリン代謝中間体アラントインがJA-ABA間の相互作用に関わることが示されたので,ABAシグナリングも視野に入れて生物ストレス応答におけるその役割と作用機序の解明を進める。植物分子・生理科学1.ROS生成系としての機能解明プリン分解のROS生成系としての潜在的な生理機能に着眼し,逆遺伝学的手法を用いて生物ストレス耐性の観点からその役割検証を行う。特に,XDHの機能破壊による病原抵抗性の低下の原因がXDH由来のROS生成機構の喪失によるものかどうかを検証する。2.JAシグナル活性化系としての機能解明プリン代謝中間体アラントインのJA応答惹起作用に注目し,主にホルモンシグナリング活性化の観点からその生物ストレス耐性への関与の検証と具体的役割の解明を行う。また,JA生合成やJA信号伝達の突然変異株を利用した分子遺伝学的アプローチにより,アラントインによるJA応答惹起の分子機構の解明を行う。年度内に受理された投稿論文の出版に係る費用(カラー印刷代等)や年度末に使用した消耗品等の請求が,次年度に回ったため。年度末に予定していた確認実験の一部が実験生物の生育不良のため実施不可能となり,その実験分の試薬購入費に相当する若干の未使用額が生じた。繰り越した額は上記請求に充て,次年度分として請求した助成金は,当初の予定通り使用する。未使用額は,実施できなかった確認実験を行うために必要な試薬の購入経費に充てることにしたい。
「日本的なるもの」の受容と創造

19世紀末の美術史の動きのなかで「日本的なるもの」が日本でどのようにつくりあげられ、諸外国に受容されたのかを解明するということが本研究の目的である。本研究では、明治期に官僚から日本画家となった高島北海(1850-1931)に注目し、その足跡と活動について国内およびフランスとアメリカで調査を行った。高島北海が国外で水彩の即興画を残していたことが明らかとなり、またフランスで結んだ交友関係の証拠となる、200枚以上の名刺についてデータ化することができた。これらの調査により、近代日本画における高島北海の活動意義を明確にすることができた。19世紀末の美術史の動きのなかで「日本的なるもの」日本でどのようにつくりあげられ諸外国に受容されたのかを解明するということが本研究の目的である。各調査の項目に関して、調査から公表までの一連のタームをできるかぎり短くすることで、2ヵ年で効果的に資料収集、調査、考察をし、公表するという研究計画を立てた。初年度の調査では、とりわけ明治期の日本画家、高島北海のフランスにおける足跡について大きな成果をあげることができた。9月にフランスのナンシー美術館とロレーヌ歴史博物館で調査をおこない、北海の作品を確認した。さらに、当時のナンシー派芸術家のアトリエ写真などから、北海がナンシーで芸術家として受け入れられ、同時に多くの即興画を残していたことを明らかにすることができた。このうち、新たに発見した作品については、新聞で報道がなされた。ロレーヌ歴史博物館での調査結果については、12月におこなわれた日仏美術学会で日本の和紙や意匠がどのように装幀芸術にとりこまれたのかを発表した。また、ナンシー美術館における日本美術のコレクション調査については、高島北海がフランスに残した作品について2月に下関市立美術館で講演し、その内容が地元のメディアで紹介された。これらの口頭発表の後、北海と異文化交渉史について、日本における北海の評価についてそれぞれ論文をまとめ発行された。また、北海作品の調査については、英文での要旨が美術展カタログに掲載されたことから、研究の成果を活動報告として一般に広く公開することができたといえる。昨年度の調査では、とりわけ明治期の日本画家、高島北海の足跡・活動について新しい事実が分かった。4月にアメリカ、ワシントンのフーリア美術館内において、「北海山水百種」70幅の高島の作品を確認した。またワシントンの議会図書館において、セントルイス万国博覧会前後の新聞や芸術雑誌の論評を調査し、高島北海に関する文字媒体資料の収集をおこなうことができた。このことから、フランス以外の土地でも、高島が作品制作の実演を行っていたことが明らかとなった。この調査結果は、「セントルイス万国博覧会(1904)の日本人」と題して国際日本文化研究センターが主催する国際シンポジウム「万国博覧会とアジア」で発表をおこなった。さらに美術館が発行している機関誌『潮流』に「高島北海とアメリカ」として調査報告が掲載された。この他の調査としては、1月に下関市立美術館において高島が欧州で集めた名刺236枚の調査をおこなった。その結果、国立森林学校の関係者や学校の留学生のみならず、様々な国籍の園芸関係者、芸術評論家や美術雑誌の編集者、美術館関係者、博覧会の審査員と高島が交友の輪を持っていたことが明らかとなった。この調査結果は下関市立美術館研究紀要に論文と翻刻が掲載された。なお、10月にはフランスのナンシー国立美術学校から招待を受け、Takashima et les artistes del' Ecole de Nancyというテーマで講義を行った。高島北海の日本画家としての海外における活動は、「日本的なるもの」がどのように受容されたかを知るひとつの指標となろう。本科研で明らかとなった史資料は、国同士で取り交わされた公式な文書などの記録からは分らない、一般レベルの文化交流が存在していたことの証拠となるものであり、本研究の大きな成果であるといえる。
血液・血管の発生分化機構と生体内動態の解明

赤血球、リンパ球系細胞、ミエロイド系細胞など異なる機能を有する血液細胞は、共通の造血幹細胞から発生してくると考えられているが、その分子メカニズムは十分に理解されていない。私はミエロイド系細胞がどのような転写因子により制御され発生分化してくるのかをミエロイド特異的遺伝子であるlysozyme Cのプロモーターを用いて、さまざまな転写因子の強制発現と機能阻害をすることにより明らかにした。赤血球、リンパ球細胞、ミエロイド系細胞など異なる機能を有する血液細胞は、共通の造血幹細胞から発生してくると考えられているが、その分子メカニズムは十分に理解されていない。ゼブラフィッシュの一次造血において、赤血球は、脊索の腹側に位置するICM(Intermediate Cell Mass)で発生するのに対し、ミエロイド系細胞は、頭部に隣接する前方側板中胚葉といった解剖学的に異なる場所において発生・分化してくることが示されており、ゼブラフィッシュは、脊椎動物の造血発生における細胞系譜の決定機構を解析するのに非常に適したモデル生物であると考えられている。我々は、ミエロイド系細胞特異的転写因子であるpu.1、c/ebp1や血液細胞に広く発現している転写因子runx1の機能的相互関係をモルフォリノ・アンチセンスオリゴによる機能阻害実験および強制発現実験により検討した。ミエロイド系細胞のマーカー遺伝子である1ysozyme CとL-plastinの遺伝子発現が、これらの転写因子により異なる発現調節を受けうること、さらに、これらの転写因子の間でミエロイド系細胞の発生制御における機能的階層性が存在しうることを示す知見が得られた。また1ysozyme Cプロモータの欠失変異体を用いて、ミエロイド系細胞特異的転写因子の結合領域を決定し、その上、1ysozyme Cのプロモーターの制御下にEGFPを発現するトランスジェニックゼブラフィッシュを作製し、これらのミエロド系細胞の時間空間的な動態を解析した。ゼブラフィッシュの一次造血において、赤血球は、脊索の腹側に位置するICM (Intermediate Cell Mass)で発生するのに対し、ミエロイド系細胞は、頭部に隣接する前方側板中胚葉といった解剖学的に異なる場所において発生・分化してくることが示されておりゼブラフィッシュは、脊椎動物の造血発生における細胞系譜の決定機構を解析するのに非常に適したモデル生物であると考えられている。ミエロイド系細胞のマーカー遺伝子であるlysozymeとL-plastinの遺伝子発現が、これらの転写因子により異なる発現調節を受けうるごと、さらに、さらに、これらの転写因子の間でミエロイド系細胞の発生制御における機能的階層性が存在しうることを示す知見が得られた。またlysozyme Cプロモータの欠失変異体を用いて、ミエロイド系細胞特異的転写因子の結合領域を推定した。またこのlysozyme Cプロモータにpu,1、c/ebd1、runx1が結合することをDNA-pull downにより証明した。
イメージインテンシファイア残光を利用した全く新しい非定常流速測定法の確立

本研究では,流れにトレーサ粒子を添加し,その粒子の軌跡から流速を計測する計測法に,微弱光を検出・増強するイメージインテンシファイアの残光を組合せ,トレーサ粒子の軌跡とその輝度値の変化から,流れの特性時間が短い流れ場でも非定常に流速を算出するという今までにない計測手法の開発を目指している.昨年度,気流速7 m/sの低速風洞において,アイデアを立証する実験を行い,アイデアの立証を行い,本年度はそれを超音速境界層の計測に適用した.また同じ流れ場において,既に計測手法が確立されているPIVと呼ばれる方法を用いて,速度変動強度等の乱流統計量の算出を行い,本新手法により得られた計測データとの比較を行った.超音速流れにおいては,流速が早いため,流跡線の始点と終点における輝度値の広がりが顕著となり,全体の流跡線の長さにおける始点と終点の不確かさが大きく,本年度一年ではこれを改善することができず流速を上手く算出することができなかった.その結果,乱流統計量にも既存の方法と比較して大きなずれが生じた.その一方で,本研究を通じて昨年度偶然に発見したナノ粒子による超高精細な流れ可視化は,さらに進展し,得られた画像から流速を算出し,乱流統計量も既存のPIV手法と合致するデータが得られるようになった.またナノ粒子の流れへの追従性に関して,斜め衝撃波を導入した流れにナノ粒子を生成し,この前後の流速を計測することで,算出に成功した.これらの成果に関しては現在論文を執筆中である.本研究では,流れにトレーサ粒子を添加し,その粒子の軌跡から流速を計測する計測法に,微弱光を検出・増強するイメージインテンシファイアの残光を組合せ,トレーサ粒子の軌跡とその輝度値の変化から,流れの特性時間が短い流れ場でも非定常に流速を算出するという今までにない計測手法の開発を目指している.本年度は,計測システムの構築として,当初は超音速境界層を計測する実験を行う予定であった.しかしながら,年度途中からの課題採択となったため予定していた人員配置が行えず,超音速風洞での実験実施は行えなかった.その代替案として,気流速7 m/sの低速風洞において,円柱の後流域を計測する実験を行った.その結果,本アイデアでいくつか仮定が必要なものの,流速ベクトルが算出できることを示せた.またカメラの露光タイミングとイメージインテンシファイアのゲートタイミングを色々変更し,それぞれの開始タイミングによりどのように画像が変化するかを明らかにでき,本計測において最適なそれぞれの開始タイミングを明らかにできた.イメージインテンシファイアの残光特性に関しては,取得に必要なアバランシェフォトダイオードやフォトマルチプラーヤの購入は行い,これを計測する装置を組んでいる段階で,残光特性自体は取得できなかった.他方で,実験を実施する際の失敗から,ナノオーダーの粒子を均一に生成し,風洞に添加する手法が開発できた.この手法の場合,粒子数が多すぎ,このままでは本研究手法では使用できないけれど,これを改善し,用いていきたいと考えている.またこの粒子生成・添加法により,乱流境界層のような,乱流域と非乱流域が混在する流れをかなり高精細に可視化できることが分かった.先にも書いたけれど,年度途中からの採択となったため,実験の実施と解析プログラムの作成に必要な大学院生2名を配置することができなかった.そのため,実験準備や実施の遂行に手間取り,当初の計画より研究が遅れている.本研究では,流れにトレーサ粒子を添加し,その粒子の軌跡から流速を計測する計測法に,微弱光を検出・増強するイメージインテンシファイアの残光を組合せ,トレーサ粒子の軌跡とその輝度値の変化から,流れの特性時間が短い流れ場でも非定常に流速を算出するという今までにない計測手法の開発を目指している.昨年度,気流速7 m/sの低速風洞において,アイデアを立証する実験を行い,アイデアの立証を行い,本年度はそれを超音速境界層の計測に適用した.また同じ流れ場において,既に計測手法が確立されているPIVと呼ばれる方法を用いて,速度変動強度等の乱流統計量の算出を行い,本新手法により得られた計測データとの比較を行った.超音速流れにおいては,流速が早いため,流跡線の始点と終点における輝度値の広がりが顕著となり,全体の流跡線の長さにおける始点と終点の不確かさが大きく,本年度一年ではこれを改善することができず流速を上手く算出することができなかった.その結果,乱流統計量にも既存の方法と比較して大きなずれが生じた.その一方で,本研究を通じて昨年度偶然に発見したナノ粒子による超高精細な流れ可視化は,さらに進展し,得られた画像から流速を算出し,乱流統計量も既存のPIV手法と合致するデータが得られるようになった.またナノ粒子の流れへの追従性に関して,斜め衝撃波を導入した流れにナノ粒子を生成し,この前後の流速を計測することで,算出に成功した.これらの成果に関しては現在論文を執筆中である.平成29年度は低速風洞においてアイデアを実証することに成功した.実験の実施と解析プログラムの作成に必要な人員の配置はすでに平成30年度に入り行うことができた.

平成30年度は当初予定していた,超音速風洞での実験を実施し,既存の手法で得られた結果と新手法で得られた結果を比較し,新手法の妥当性を検証する.またイメージインテンシファイアの残光特性を計測する装置は平成29年度にあらかた組み上がっているのでこれを引き続き行い,残光特性の計測を行えるようにする.そしてこの特性を考慮した速度ベクトル算出プログラムを開発する.またこれは当初の予定にはなかったことであるが,ナノオーダーの粒子を生成することができるようになったので,この生成法を改良し,粒子数を自在にコントロールできるように,本研究に組み込めるようにする.またこのナノ粒子を用いた超音速乱流境界層の可視化も進める予定である.当初の計画では行うはずだった超音速風洞を用いた実験が行えなかったため,これに必要な光学部品の購入を行わなかったため,使用額が少なくなった.これは翌年度行うため,翌年度分として請求した助成金はz軸やx軸トラバーサ等の光学部品の購入に使用する予定である.
コケ原糸体培養のミクロとマクロにおける環境保全への適用

コケ原糸体は菌糸状に一列に細胞が並び、先端細胞の分裂によって伸長し、先端細胞以外の細胞分裂によって新しい先端細胞を生じ分岐する。そのため、全ての細胞が外界に接した状態で、非常に生育が速いため、その成長解析をバイオアッセイに(ミクロの応用)、生育した培養物を建築物緑化に(マクロの応用)適用することを目的に本研究を行なった。ミクロの応用の課題については、ケヘチマゴケ、オオサナダゴケモドキ、ハリヒノキゴケの3種のコケの無菌原糸体培養を確立し、日本において植物毒性が問題となる重金属、銅とカドミウムの原糸体成長に対する影饗を調査することにより、以下のことが明らかにできた。i)Cu2+は0.5ppm程度から、Cd2+では2ppm程度から生育抑制が見られる。ii)頂端分裂と分岐分裂では、生育抑制の程度が異なり、成長パターンの変化が見られる。iii)原糸体成長速度と重金属による成長阻害の両方に、種問差が確認できた。マクロの応用に関しては、液体培養においてスピナーフラスコのように大きな攪拌球を用いて、培地中に強い乱流を作り、剪断応力を働かせることで、比較的短い断片の形で原糸体のサスペンジョン培養ができること、また、こうして得られた原糸体サスペンジョンを、不織布のシートとともにローテーターで回転培養することで、1週間程度の短期間で全面に原糸体が展開した原糸体シートを養成できることを明らかにできた。しかし、茎葉体分化の均質な誘導ができず、また発生する茎葉体の芽の数も少ないため、コケ茎葉体の揃ったコケシートの作成には至らなかった。原糸体をサスペンジョン培養の形でストック培養し、ローテーターを用いて建物への設置形態に成型するという方法論までは確立できた。一方、成型後の茎葉体分化誘導が十分に確立できておらず、当初想定していた、ex vitroへの移行方法については十分に検討することができなかった。本研究は、原糸体培養を応用してコケ植物を環境保全に役立てることを目的に行っている。原糸体はこの2種類の細胞分裂によって樹形状に生育し、全ての細胞が外界と接しているため、外部環境の影響がその成長パターンに直接反映される。培養したコケ原糸体に、環境汚染源となる重金属イオンを与え、このミクロの樹形パターンの変化を観察することで、高感度のバイオアッセイ系を構築することができると考えている。これまでに、銅イオンでは水道水の水質基準である1ppm以下の、0.4ppm程度まで検出可能であり、カドミウムイオンでは分岐分裂よりも伸長分裂がより強く阻害されるため、その成長パターンが銅イオン添加時と区別できることを明らかにすることができた。一方、原糸体は組織・器官の分化がなく、全ての細胞が水・養分を吸収し光合成を行う独立栄養体であり、そのため非常に成長が早い。これを大量培養して面として利用できる形に加工すれば、建造物緑化資材として有用であり、マクロに展開することができればヒートアイランド現象の緩和に役立ち、また、省エネを通して炭酸ガス排出量の削減にも有効な方策を提供できる。原糸体の液体培養により、少ない培地量で多くの細胞を培養できること、不織紙をベースとして回転培養を行うことでシート状に展開できることが明らかにできた。しかし、液体培養では原糸体が絡まりあい凝集するため、増殖率がそれほど上がらないため、液体培地中での分散方法が課題として残されている。

ミクロの応用の課題については、ケヘチマゴケ、オオサナダゴケモドキ、ハリヒノキゴケの3種のコケの無菌原糸体培養を確立し、日本において植物毒性が問題となる重金属、銅とカドミウムの原糸体成長に対する影響を調査することにより、以下のことが明らかにできた。i)Cu^<2+>は0.5ppm程度から、Cd^<2+>では2ppm程度から生育抑制が見られる。ii)頂端分裂と分岐分裂では、生育抑制の程度が異なり、成長パターンの変化が見られる。iii)原糸体成長速度と重金属による成長阻害の両方に、種間差が確認できた。マクロの応用に関しては、液体培養においてスピナーフラスコのように大きな撹絆球を用いて、培地中に強い乱流を作り、剪断応力を働かせることで、比較的短い断片の形で原糸体のサスペンジョン培養ができること、また、こうして得られた原糸体サスペンジョンを、不織布のシートとともにローテーターで回転培養することで、1週間程度の短期間で全面に原糸体が展開した原糸体シートを養成できることを明らかにできた。しかし、植物ホルモンであるBAPの添加で原糸体シートから茎葉体を誘導できるのだが、均質な誘導ができず、また発生する茎葉体の芽の数も少ないため、コケ茎葉体の揃ったコケシートの作成には至っていない。また、原糸体での培養の難易度に種間差が見られ、オオズギゴケでは、わずかな原糸体成長の後すぐにBAP処理無しで茎葉体分化を生じ、原糸体状態での増殖が困難であった。現時点で、原糸体をサスペンジョン培養の形でストック培養し、ローテーターを用いて建物への設置形態に成型するという方法論までは確立できたと言える。一方、成型後の茎葉体分化誘導が十分に確立できておらず、当初想定していた、ex vitroへの移行方法については十分に検討することができなかった。
マイクロ造影法による生体組織解析

コンピュータ断層法(CT法)は三次元構造を非侵襲的に可視化する方法である。測定対象を様々な方向から撮像し、これを再構成計算することにより、スライス毎の断層像が得られる。近年、このCT解析をX線顕微法と組み合わせることにより、微細な三次元構造の解析が実現されており、マイクロトモグラフィ法と呼ばれている。研究代表者らは、この方法を生体組織の構造研究へ適用し、重元素標識したヒト大脳皮質の三次元構造を明らかにした。得られた構造では、細胞あるいは細胞内小器官が可視化されており、神経細胞のネットワークや毛細血管の管腔構造などが三次元的なX線吸収係数の密度分布として解析された。この毛細血管の密度分布をテンプレート構造として利用することにより、血管の樹脂モデルを作成することができた。これらの結果は、X線マイクロトモグラフィ法が様々なヒト組織構造の解析に適用可能であることを示している。マイクロトモグラフィ法は、CTスキャンの原理により物質の三次元微細構造を明らかにする手法である。生体組織の三次元解析法としては、共焦点顕微鏡などの光学的手法も報告されてきているが、蛍光色素の特異的発現や結合を前提としており、ヒト組織への応用は難しい。また、可視光等を使用する限り、不透明な生体組織の三次元構造は解析できない。一方、X線は生体を容易に透過するため、組織内部の観察が可能である。このことは、レントゲン写真により人体内部が観察できることからもわかる。従って、生体組織にマイクロトモグラフィ法を適用すれば、組織の微細な三次元構造を明らかにすることができる。本研究では、マイクロトモグラフィ法により、生体組織の三次元構造をミクロンサブミクロンスケールで明らかにすることを目的として構造解析を行った。平成21年度は、マイクロトモグラフィ法による生体組織の三次元構造解析法を確立することを主要な課題とした。病理解剖により摘出されたヒト組織をホルムアルデヒド固定した。大脳組織から切片を切り出したのち、染色を施した。スライス標本等で用いられる方法を改変し、金・白金・オスミウムなどの金属化合物による染色を行った。精細な染色像を得るため、金属化合物等の処理条件について検討した。放射光施設でのマイクロトモグラフィ解析では、測定光学系として投影型を用いて、染色状態の検討を行った。空間分解能の検定のための標準試料も作成し、測定に用いた。得られたX線透過像を用いてトモグラフィ再構成計算を行い、三次元構造を求めた。電子密度の分布をトレースすることにより、ヒト大脳の神経ネットワークの構造が明らかにできた。結果の詳細については、学術誌等でも発表している。平成22年度は、マイクロトモグラフィ法による生体組織の三次元構造解析法を確立するため、組織固定・染色・標本調製を行い、構造解析に適した標本を作成することを主要な課題とした。昨年度に検討した条件に基づいて、精細な解析像が得られる染色を行い、細切して適切な大きさの試料とした。放射光X線は迅速な測定を可能にする反面、試料へのエネルギー照射量が大きい。これに耐えられるよう、エポキシ樹脂に浸漬した後に樹脂包埋し、測定試料とする方法を検討した。樹脂の充分な硬度を確保するために、溶媒から樹脂液への置換時に充分な浸透が得られる条件を確立し、高分解能解析が可能な標本を得た。また、昨年度までに測定したデータの再構成計算や各種の画像処理を行い、大容量データの取り扱い方法を確立した。空間分解能の検定のための標準試料を用いて、分解能評価もあわせて行った。結果の詳細については、学術誌等で発表しているとおりである。

生体組織の三次元解析法としては、共焦点顕微鏡などの光学的手法も報告されてきているが、蛍光色素の特異的発現や結合を前提としており、ヒト組織への応用は難しい。また、可視光等を使用する限り、不透明な生体組織の三次元構造は解析できない。一方、X線は生体を容易に透過するため、組織内部の観察が可能である。このことは、レントゲン写真により人体内部が観察できることからもわかる。従って、生体組織にマイクロトモグラフィ法を適用すれば、組織の微細な三次元構造を明らかにすることができる。本研究では、マイクロトモグラフィ法により、生体組織の三次元構造をミクロンサブミクロンスケールで明らかにすることを目的として構造解析を行った。今年度は、マイクロトモグラフィ法による生体組織の三次元構造解析法をヒト試料に応用するため、これまでに確立してきた重元素標識法を脳組織の解析に応用することを主要な課題とした。昨年度に検討した条件に基づいて、精細な解析像が得られる染色を行い、細切して適切な大きさの試料とした。既に有効性を確認しているプロトコルに従って、標識試料をエポキシ樹脂に浸漬した後に樹脂包埋し、測定試料とした。樹脂の充分な硬度を確保するために、溶媒から樹脂液への置換時には充分な浸透を行い、また硬化を進める時間も従来の2倍にすることで、測定中のドリフトのない試料像が得られた。本課題に関連して、大型放射光施設SPring-8においては測定のための長期課題が採択されており、今年度も引き続いて同課題によって各種測定を行った。三次元構造の解析では、超並列計算環境を用いた再構成計算プログラムを開発し、迅速な画像処理が可能となった。結果の詳細については、学術誌等で発表しているとおりである。マイクロトモグラフィ法は、CTスキャンの原理により物質の三次元微細構造を明らかにする手法である。本年度は、症例・部位を変えて試料を調製し、実際の測定を行った。また、得られる構造の解析にも重点をおいて、研究を進めた。三次元像の再構成では、超並列計算環境を用いた計算プログラムを開発し、迅速な画像処理を可能とした。また、組織構造の解析では、神経ネットワークなどの複雑多様な構造要素を自動的に認識するアルゴリズムを開発した。
流域からの汚濁負荷流出両の管理を目的としたエキスパートシステムの開発

陸水域の富栄養化は、水産業やレクリェーションのみならず、農業、工業、水道など数多くの社会経済活動に大きな影響を与えている。本研究では流域からの汚濁負荷流出機構の解析と流域対策を合理的に実施するための意志決定支援のエキスパートシステムの開発を目的とした。このため、まず現在の汚濁負荷流出解析の問題点を検討し、自浄作用の概念の欠如、積算の方法論の不統一、基礎データの利用方ならびにデータベースの不備などを明らかにした。さらに、結果の公表や関係者との利害調整のため適切な手段を欠いていることが流域管理を困難にしていると推定された。このため、本システムでは利用の容易なパーソナルコンピュータを用いたシステムとし、流域と行政区画で基礎とした負荷推定を可能とした。主な機能は、流域/行政区画の入力機能、原単位/排出率の入力、データベースの参照ならびに学習機能、流達負荷量の推定機能・検証/修正支援機能、発生負荷、排出負荷の自動計算機能、全負荷量の自動積算機能、水質予測機能、負荷削減対策の評価機能、ならびに汚濁負荷発生/流達構造の表示機能である。プログラムはBASICを基礎として作成し、一部はアセンブラ語で作成するとともにコンパイルして速やかな応答性を確保した。このシステムを検証するこめ、奥多摩湖ならびにその流域において流域の社会経済活動と水質の調査を行った。主な汚濁負荷は自然負荷であったが、人為負荷としては水産養殖、観光人口などが大きいと推定された。さらに東京都などの行政資料を整理し、奥多摩湖の情報を本システムに入力した。その結果、まだ開発途上にあるものの、本システムはとりあえずの完成をみたと判断された。今後、他の流域に本システムの利用が進むにつれ、システムの改善にフィードバックされ、より完成すると期待される。本研究では,水域管理者が収集した汚濁負荷積算基礎データとともに,過去の事例に基づいて未知データを補完することにより,面的汚染源となる農業,林業等の生産活動をも含めた全汚濁負荷流出量を合理的に推定する方法を開発し,かつその管理方法を効率的に探索するための水域管理エキスパートシステムをパーソナルコンピュータレベルで開発することを目的とする.初年度は,データの蓄積が多く,比較的容易に推定できる点的汚染源とともに,山林,農地,雑排水など,データの蓄積が極めて少ない面的汚染源による負荷発生量の推定に重点をおいた.このため,まず推定のための方法論の検討を行なった.最初に,流域の分割,分割した各区域内での汚濁負荷原単位,流出率,流達率等の積算により,全流域からの汚濁負荷流出量を求める全体的な計算の流れについて検討を加え,基本的なフローチャートを作成した.次に,原単位,流出,流達率等で実測値が得られない場合,また欠落している場合(実際上,実測値はごくわずかであり,かつ予算上実測は極めて困難である),システム利用者がこれらの値を推定するための基礎データとするため,林地,畑,工場排水などの汚濁源ごとに既往の発生原単位,排出率,流出率などのデータを収集し,統一的に整理し,システムで必要に応じて参照することが可能なデータベースを作成した.また,流達率のような自浄作用が働く現象については,移流,拡散,沈降,生物反応などを含む簡単な河川系の数理モデルを作成し,流速,滞留時間,川幅などの河川構造から合理的に流達率を推定するサブモデルを完成した.これらから,論理的かつ整合性のある未知データを推定する方式を完成した.さらに,推定法開発ならびに検証のための基礎試料とするため,奥多摩湖流域を対象に流域調査を行なった.陸水域の富栄養化は、水産業やレクリェーションのみならず、農業、工業、水道など数多くの社会経済活動に大きな影響を与えている。

本研究では流域からの汚濁負荷流出機構の解析と流域対策を合理的に実施するための意志決定支援のエキスパートシステムの開発を目的とした。このため、まず現在の汚濁負荷流出解析の問題点を検討し、自浄作用の概念の欠如、積算の方法論の不統一、基礎データの利用法ならびにデータベースの不備などを明らかにした。さらに、結果の公表や関係者との利害調整のため適切な手段を欠いていることが流域管理を困難にしていると推定された。このため、本システムでは利用の容易なパーソナルコンピュータを用いたシステムとし、流域と行政区画を基礎とした負荷推定を可能とした。主な機能は、流域/行政区画の入力機能、原単位/排出率の入力、データベースの参照ならびに学習機能、流達負荷量の推定機能、検証/修正支援機能、発生負荷、排出負荷の自動計算機能、全負荷量の自動積算機能、水質予測機能、負荷削減対策の評価機能、ならびに汚濁負荷発生/到達構造の表示機能である。プログラムはBASICを基礎として作成し、一部はアセンブラ語で作成するとともにコンパイルして速やかな応答性を確保した。このシステムを検証するため、奥多摩湖ならびにその流域において流域の社会経済活動と水質の調査を行なった。主な汚濁負荷は自然負荷であったが、人為負荷としては水産養殖、観光人口などが大きいと推定された。さらに東京都などの行政資料を整理し、奥多摩湖の情報を本システムに入力した。その結果、まだ開発途上にあるものの、本システムはとりあえず完成をみたと判断された。今後、他の流域に本システムの利用が進むにつれ、システムの改善にフィードバックされ、より完成すると期待される。
5日間連続夜勤を開始する新規採用職員の疲労・ストレス・眠気に関する縦断研究

夜勤・交代制勤務は、人間の生理的なリズムに逆行する労働形態であり、様々な健康障害の発症に関連すると報告されている。先行研究では、新規採用者が初めて夜勤に組み込まれた時点から疲労・ストレス・眠気を休日も含めて継続して調査した研究は見られない。そのため、夜勤開始後これらがいつの時点でどのような変動を示すのか明らかになっていない。そこで本研究では、木材加工業に従事する男性職員のうち、5日間連続夜勤を開始する新規採用職員の疲労・ストレス・眠気の発現と変動を休日も含めて縦断的に測定し、夜勤・交代制勤務に既に従事している職員と比較することで、疲労蓄積に至る状況を明らかにすることを目的とする。
植物由来抗腫瘍性リグナン生合成系の微生物における新規構築

ポドフィロトキシンは、抗腫瘍性リグナンであり、抗がん薬の生産原料として用いられている重要化合物である。抗がん薬生産用のポドフィロトキシンは、天然産ヒマラヤハッカクレン(メギ科)から抽出されているが、その生物工学的生産が希求されている。近年研究代表者らは、ポドフィロトキシンの生合成経路が植物種により異なり、それぞれ独自に進化してきたことを明らかにした。そこで本研究では、各種植物における独立したポドフィロトキシン生合成系の酵素遺伝子を網羅的に取得し、強力なポドフィロトキシン高生産系の構築を目指して研究を進めている。本年度は、ポドフィロトキシン生合成経路におけるリグナンのO-メトキシ化の反応段階を触媒するO-メチル基転移酵素(リグナンOMT)と水酸化を触媒する酵素の遺伝子取得を進めた。そして、ポドフィロトキシン産生の合成生物学系を構築する基盤として、リグナンOMTに特徴的なアミノ酸残基を絞り込み、それらのうちリグナンOMT活性発現に寄与するか否かについて検証した。すなわち、Revolutionary trace法によって、リグナンOMTに特異的な4種のアミノ酸残基を絞り込んだのち、ポドフィロトキシン産生系のリグナンOMTの1種である5MTJOMTのアミノ酸配列をベースに、これら4種のアミノ酸残基を他のアミノ酸残基にそれぞれ置換した組換え変異タンパク質を調製し、5MTJOMT比活性をそれぞれ測定した。その結果、2種の組換え変異タンパク質につき、比活性が5.623.0%にまで低下することが示され、これら2種のアミノ酸残基はリグナンOMT活性の発現に寄与している可能性が強く示唆された。また、リグナン水酸化酵素については、候補遺伝子を絞り込みその機能検証を進めた。計画に従い、研究を進め、ほぼ計画通りの成果が得られている。前年度に引き続き以下の研究を推進する計画である。1)各種植物からのポドフィロトキシン(PD)生合成系の酵素遺伝子取得:シャク等を用い、異なる生育時期及び異なる組織・器官の合計10種程度の試料につき、標的酵素の活性の変動パターンを測定する。次いで、同じ試料について、全発現遺伝子の網羅解析データを取得する。発現遺伝子の中から、酵素活性変動パターンと同じ発現変動パターンを示す遺伝子を絞り込む。各酵素の機能に対応する特有の共通DNA配列の有無を指標に、絞り込まれた候補遺伝子について、候補遺伝子を数個まで絞り込む。絞り込まれた候補遺伝子につき、大腸菌もしくは酵母で発現させ、組換え酵素を得る。得られた組換え酵素につき、標的酵素活性の有無を生化学的に検証する。ここで、標的酵素活性を示した組換え酵素に対応する遺伝子が、目的の酵素遺伝子である。2)各種植物のポドフィロトキシン生合成系酵素の生化学的機能解析・評価:得られたポドフィロトキシン生合成系酵素遺伝子につき、大腸菌もしくは酵母で大量に発現させ、組換え酵素を得る。次に、得られた組換え酵素につき触媒する反応の評価(基質特異性及び速度論解析)を行う。3)取得酵素遺伝子を用いたポドフィロトキシン生合成系の微生物における構築:上記2)で得た各酵素の機能情報に基づき、化学合成が容易なマタイレジノールを初発として、連続する24反応段階毎の反応系(モジュール)を設定する。次いで、設定した各反応モジュールにつき、そこに含まれる酵素遺伝子を酵母または細菌に多重導入する。

発現遺伝子の中から、酵素活性変動パターンと同じ発現変動パターンを示す遺伝子を絞り込む。各酵素の機能に対応する特有の共通DNA配列の有無を指標に、絞り込まれた候補遺伝子について、候補遺伝子を数個まで絞り込む。絞り込まれた候補遺伝子につき、大腸菌もしくは酵母で発現させ、組換え酵素を得る。得られた組換え酵素につき、標的酵素活性の有無を生化学的に検証する。ここで、標的酵素活性を示した組換え酵素に対応する遺伝子が、目的の酵素遺伝子である。2)各種植物のポドフィロトキシン生合成系酵素の生化学的機能解析・評価:得られたポドフィロトキシン生合成系酵素遺伝子につき、大腸菌もしくは酵母で大量に発現させ、組換え酵素を得る。次に、得られた組換え酵素につき触媒する反応の評価(基質特異性及び速度論解析)を行う。3)取得酵素遺伝子を用いたポドフィロトキシン生合成系の微生物における構築:上記2)で得た各酵素の機能情報に基づき、化学合成が容易なマタイレジノールを初発として、連続する24反応段階毎の反応系(モジュール)を設定する。次いで、設定した各反応モジュールにつき、そこに含まれる酵素遺伝子を酵母または細菌に多重導入する。
腸管出血性大腸菌O157:H7の経口生菌ワクチンの開発

志賀毒素2型(Stx2)無毒化O157:H7ワクチン候補株(以下Stx-im)の安全性を清水ら(Microb.Pathogen.35:1-9,2003)のマウス感染実験系にて検討した。6週齢雄BALB/cにストレプトマイシン(SM)飲水下でStx-imまたはO157:H7強毒株(共にSM耐性)を10^3 CFU経口投与し、18時間後にマイトマイシンC(MMC)を腹腔内投与した。強毒株投与群では感染6から14日目にかけて5匹中4匹が死亡した。Stx-im投与群は全個体生残し、毒性の消失が確認できた。次に免疫に要する期間を検討した。3週齢雄BALB/cにSM飲水下で1週おきに3回、10^<10> CFUのStx-imを経口投与した。ワクチン投与期間を通じて便中のStx-imの排菌数は10^<7-10> CFU/gを維持していた。その後経時的に腸管と血清を採取しELISAを行った。投与後10日目で回腸に、17日目からは結腸にも抗O157 LPS IgA抗体が検出された。便の抗体価は17日目以降、血清の抗体価は24日目以降上昇が見られ、60日以上持続していた。この結果から免疫期間は3週間以上が望ましいと判断した。次にStx-imの有効性を検討した。3週齢雄BALB/cにSM飲水下、Stx-imを5日おき3回、10^<10> CFU経口投与した。陰性対称群にはK12株(SM耐性)あるいはビークルのみを投与した。3週間の免疫期間をとり、6週齢で各群にO157:H7強毒株を10^3CFU経口投与し、18時間後にMMCを腹腔内投与した。通常この実験系では、感染後6から14目でほとんどのマウスが死亡するが、この評価実験では実験群も対称群も死亡しなかった。この失敗の原因を詳細に検討した結果、二つの可能性が考えられた。1)SM飲水は有意に体重を増加させるため、長期SM飲水がマウスのEHEC感受性を低下させた。2)SM飲水期間が長くなるとワクチン株以外のSM耐性大腸菌の出現が認められるため、このSM耐性大腸菌が強毒株の定着を妨げる。以上の結果より、本マウス感染実験系では生死を判定基準としたワクチン有効性評価は困難であると判断した。今後はStx-im投与による抗体の誘導およびその中和活性等に焦点を絞り、その有効性を検討したい。Stx無毒化O157:H7

ワクチン候補株(以下Stx-im)の安全性をShimizuら(Microb.Pathogen.35:1-9,2003)のマウス感染実験系にて検討した。6週齢雄BALB/cマウスにストレプトマイシン(SM)飲水下でStx-imまたはO157:H7強毒株(いずれもSM耐性)を10^3CFU経口投与し、18時間後にマイトマイシンC(MMC)を腹腔内投与した。強毒株投与群では感染6から14日目にかけて5匹中4匹が死亡した。Stx-im投与群は全個体30日以上生存し、致死性の消失が確認できた。Stx-imの有効性評価に先立ち、まず免疫に要する期間を検討した。3週齢雄BALB/cマウスにSM飲水下で1週間ごと3回にわたり10^<10>CFUのStx-im(SM耐性)を経口投与した。Stx-imの投与翌日以降ワクチン投与期間を通じて便中のStx-imの排菌量は10^<7-10>CFU/gを維持していた。Stx-im投与開始後10、17、24、40日目に腸管および血清を採取しELISAを行った。10日目では回腸のみで、17から40日目で回腸、結腸共に抗O157 LPS IgA抗体価が上昇していた。血清では24日目以降で抗体価の上昇が観察された。便中では17から40日目まで抗体価の上昇が見られ、60日以上持続していた。これらの結果から、免疫には少なくとも10日は必要であることが示唆された。現在、Stx-imの有効性を検討するため、3週齢マウスにSM飲水下5日おき3回にわたりStx-imを10^<10>CFU経口投与(対照群にはPBSあるいは大腸菌K12(SM耐性)株を投与)し、初回投与後20日目にO157:H7強毒株を経口投与し、その18時間後MMCを腹腔内投与し、体重の変化および生死を含む健康状態の観察を行っている。Stx無毒化O157:H7ワクチン侯補株(以下Stx-im)の有効性をShimizuら(Microb.Pathogen. 35:1-9,2003)のマウス感染実験系にて検討した。3週齢雄BALB/cマウスにストレプトマイシン(SM)飲水下、Stx-im(SM耐性)を5日おき3回にわたり10^<10>CFU経口投与した。陰性コントロール群にはK12株(SM耐性)あるいはビークルのみを投与した。前年度の結果からStx-im投与開始後17から24日目で消化管内の抗O157 LPS IgA抗体価が上昇すると仮定し、三週間の免疫期間をとり、その後チャレンジを行った。6週齢に達した各被験マウス群にO157:H7強毒株(SM耐性)を10^3CFU経口投与し、18時間後にマイトマイシンCを腹腔内投与した。通常、6週齢雄BALB/cマウスを用いた本感染実験系では、感染後6から14目でほとんどのマウスが死亡するが、今回のワクチン評価実験では、ワクチン群はもとより、K12およびビークル群でも死亡例が見られなかった。種々の条件を詳細に検討した結果、原因として二つの可能性が考えられた。ひとつはワクチン期間を設けた場合と設けない場合ではマウスの生長に差があり、SM投与期間を設けたマウスでは、そうでないマウスに比べ有意に体重増加が認められるため、この差がマウスのEHECに対する感受性を低下させたという可能性である。もう一つは、ワクチン期間を設けない感染実験では、糞便をSM入り培地で培養すると経口投与された大腸菌のみが検出されるが、ワクチン期間を設けた場合、SM飲水期間が長くなるとワクチン株以外のSM耐性大腸菌が出現しはじめるため、このSM耐性大腸菌が強毒株の定着を妨げている可能性である。以上の結果より、本感染実験系による直接的なワクチン評価は困難であると結論付けた。
発展する都市つくばのヒートアイランドの実態と要因解明

つくば市のヒートアイランドの実態と要因を解明するために、2008年2010年の夏季と冬季に道路沿いと公園内で気温の定点観測を実施した。その結果、2010年8月平均と2010年1月平均としてのヒートアイランド強度はそれぞれ1.6°C、0.8°Cであることがわかった。また、規模の大きな公園ほど気温が低いこと、小規模な公園はその周囲の街区の気温とほとんど差がないこともわかった。つくば市の気温分布は都市規模のヒートアイランド効果と局所的な土地被覆効果の重ね合わせによって形成されていることがわかった。茨城県つくば市における夏季と冬季のヒートアイランド現象の実態を明らかにするために,以下のことに取り組んだ.(1)気温の多地点定点観測のためにサーミスター温度計を格納するための自然通風式シェルターを45個自作した.測器の一部を自作することにより,研究予算のコストダウンを図ることができた.(2)つくば市を研究対象として, 2008年8月と2009年2月に気温の定点観測を実施した.ヒートアイランドが明瞭に認められる冬季の早朝において,つくば市全体のヒートアイランドが南北に長い形をしていること,南北で見ると南側の方が気温が高く東西で見ると市街地の西側の方が気温が高いなどの特徴をとらえることができた.また,都市内の気温の空間的な非一様性の実態も把握するために温度計をつくば市内の公園・学校・道路など様々な土地被覆上に展開したことにより,公園のような開けた緑地であってもつくば市全体規模のヒートアイランドの影響を受けていることがわかった.(3)つくば市の気温の鉛直分布を把握するため, 2009年2月末に係留気球を用いた観測を実施した.(4)ヒートアイランドが明瞭に見られる日の風系を調査した.その結果,冬型気圧配置のもと日中につくばおろし(空っ風)が吹く日でも,夜間は風が弱まりヒートアイランドが出現することがわかった.(5)土浦市のヒートアイランドの観測を実施した.その結果,土浦市のヒートアイランド強度はつくば市のそれに比ベるとやや小さなことがわかった.(6)領域気象モデルIWRFを用いて,ヒートアイランドのテストシミュレーションを実施した.つくば市は現在、首都圏のベッドタウンとして、第二の発展期を迎えている。そのため、本研究の結果と過去の観測データと比較することにより、つくば市の発展によるヒートアイランド現象の進行をリアルタイムに捉えることができる。このような観点から、今年度は、2009年8月および2010年2月のそれぞれ1ヶ月間に、つくば市の道路および公園、住宅街、あわせて40地点において気温の定点観測を実施した。測器については、これまでは自作の自然通風式放射よけシェルターに、T&D社の温度計(おんど取りJr.)を利用していたが、今年度の観測では、ガイア技研製のサーミス他温度計を利用した。これにより、1秒間隔の観測およびその2分平均値を取得できるようになり、より精密な観測が可能となった。観測の測定場所は、過去(1970年代および1980年代)につくば市で実施した観測結果と間接的に比較ができるように、つくば内の道路とした。さらには、道路と公園の気温比較をするために、つくば市内の公園でも観測した。2009年8月の観測の結果、晴天日には、つくば駅の周辺および研究学園駅周辺の気温が郊外の気温よりも高くなるヒートアイランド現象が確認できた。つくぼ駅や研究学園駅周辺の気温と郊外の気温との差で定義されるヒートアイラシド強度は、日中より早朝がより顕著であった。これは、一般的なヒートアイランド現象の特徴と一致していた。2010年2月の観測の結果も同様な結果が得られた。ただし、2月の結果のほうがより明瞭なヒートアイランドが確認できた。つくば市は現在、首都圏のベッドタウンとして、第二の発展期を迎えている。今年度は、2010年8月および2011年2月のそれぞれ1ヶ月間、気温の定点観測を実施した。その結果、8月平均と2月平均としてのヒートアイランド強度はそれぞれ1.6°C、0.8°Cであることがわかった。この結果はヒートアイランド研究のみならず、地球温暖化研究に対しても有益な知見となると期待される。8月の晴天日数日間、0.5hPa程度の小規模な児童公園、2hPaの中規模公園、20hPaの大規模な公園の内外において気温観測を詳細に実施した。その結果、規模の大きな公園ほど気温が低いこと、小規模な公園はその周囲の街区の気温とほとんど差がないことがわかった。また、大規模公園と小規模公園には気温差が認められたが、熱中症指数として広く利用されているWBGTに明瞭な差が見られないことがわかった。

さらには、8月の晴天日数日間、小規模公園にて、周囲の熱環境に対する公園の影響距離を把握するための観測を実施した。その結果、影響距離はおおよそ30m程度であることがわかった。