hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
白波砕波による大気―海洋間のガス交換促進機構の解明

比較的高風速条件の風波砕波界面における二酸化炭素交換係数を評価するための風洞水槽実験を行った.気流側の二酸化炭素濃度は非分散赤外線ガス分析(NDIR)を用いて測定し,水側の二酸化炭素濃度は疎水性多孔質膜を用いた気液平衡器とNDIRを組み合わせた計測器により測定した.風洞内に設定された検査体積を出入りする二酸化炭素の収支から界面での二酸化炭素フラックスを算定し,水側の二酸化炭素交換係数を評価した.本研究における正確な見積もりから,風波砕波界面での二酸化炭素交換係数が従来の値より3倍程度大きくなることが示された.これは,従来の研究では全炭酸値を用いて交換係数を評価しているため,その値を過小評価していることに起因すると思われる.さらに本年度は,福岡県津屋崎沖観測ステーションにおいて,海面の白波被覆率を定量化するための現地観測を行った.白波被覆率は,海域の単位面積当たりに存在する白波領域の面積と定義し,ビデオ撮影で得られたデジタル海面画像において特定のしきい値を超える輝度画素の占有率から算定された.このような画像処理を1sec程度のサンプリング間隔で行い,白波被覆率の時系列データを取得した.その結果,風速変動とともに白波被覆率が変動し,両者の間に高い相関があることが確認された.また,平均風速が6m/sより小さくなると白波被覆率が急激に減少することが明らかになった.観測結果から,白波被覆率は風速に依存する海面状況を精度良く定量化できることがわかった.従って,白波被覆率は砕波を伴う風波界面のガス交換係数を評価する上で有効な特性量であると考えられる.本年度は,砕波を伴う風波気液界面でのガス交換係数k_Lを定量化するための風洞水槽実験を行った.表面更新モデルと風波の局所平衡仮説に基づく次元解析により,k_Lを支配する風波パラメータを導出した.その結果,気流の摩擦速度で規格化されたk_Lは,砕波係数と波風係数の積ならびに摩擦速度と表面張力重力波の波速の比により表示できることが明らかとなった.本実験ではO_2をトレーサーガスとする水槽実験によりk_Lを算定した.そして,気相・液相の流速および風波の計測を行い,風波砕波面近傍の乱流特性を明らかにした.得られた実験値に基づいて,表面更新率を算出し,それが理論的に予測される風波パラメータ依存性を支持することを確認した.そして,理論的考察と実験値に基づいて,無次元表示されたk_Lの実験式を構築した.なお,パラメタリゼーションにおいては他の研究者の実験値も考慮されている.局所平衡状態の風波気液界面では,規格化されたガス交換係数は砕波係数と波風係数の積(乱流レイノルズ数に等価)の-1/4乗に比例して減衰し,この場合の物質移動現象がマイクロスケールの表面更新渦に支配されることが明らかとなった.また,白波砕波が発生するような高風速領域ではk_Lの挙動が-1/4乗則から離脱し,ガス交換が促進されることがわかった.さらに,本研究で得られた砕波係数と波風係数の積という風波パラメータは,白波被覆率の定量化にも有効であることが確認された.来年度は,CO_2をトレーサーガスとするk_Lの計測実験を行う予定である.さらに,海洋観測塔において白波被覆率と海面フラックスの観測を行い,白波砕波がガス交換過程に果たす役割を明らかにする予定である.比較的高風速条件の風波砕波界面における二酸化炭素交換係数を評価するための風洞水槽実験を行った.気流側の二酸化炭素濃度は非分散赤外線ガス分析(NDIR)を用いて測定し,水側の二酸化炭素濃度は疎水性多孔質膜を用いた気液平衡器とNDIRを組み合わせた計測器により測定した.風洞内に設定された検査体積を出入りする二酸化炭素の収支から界面での二酸化炭素フラックスを算定し,水側の二酸化炭素交換係数を評価した.本研究における正確な見積もりから,風波砕波界面での二酸化炭素交換係数が従来の値より3倍程度大きくなることが示された.これは,従来の研究では全炭酸値を用いて交換係数を評価しているため,その値を過小評価していることに起因すると思われる.さらに本年度は,福岡県津屋崎沖観測ステーションにおいて,海面の白波被覆率を定量化するための現地観測を行った.白波被覆率は,海域の単位面積当たりに存在する白波領域の面積と定義し,ビデオ撮影で得られたデジタル海面画像において特定のしきい値を超える輝度画素の占有率から算定された.このような画像処理を1sec程度のサンプリング間隔で行い,白波被覆率の時系列データを取得した.その結果,風速変動とともに白波被覆率が変動し,両者の間に高い相関があることが確認された.また,平均風速が6m/sより小さくなると白波被覆率が急激に減少することが明らかになった.観測結果から,白波被覆率は風速に依存する海面状況を精度良く定量化できることがわかった.従って,白波被覆率は砕波を伴う風波界面のガス交換係数を評価する上で有効な特性量であると考えられる.
英語プロソディの音声知覚と脳内処理に関する研究

音声コミュニケーションにおいてはそのイントネーション、アクセントなどの音調の理解が発話の意味を理解するのに必須である。本研究は、日本語を母語とした英語学習者が意味のフォーカス(焦点)をいかに産出、知覚しているかを産出実験ならびに知覚実験によって検証し、さらにいかに脳内で処理しているのか、母語と非母語で果たして違いがあるのか否かを、fMRIによる実験により明らかにすることを目的とする。研究成果は研究代表者のホームページで逐次公開しているが、国際会議でも口頭発表を行い、論文としても発表している。Research Gateにおいても公開しているが、平成30年4月現在160回ダウンロードされている。本年度は、来年度のfMRI実験に向けて、実験素材の行動実験と、デザインの作成を行った。実験素材としては、英語の音調核の知覚実験を行う予定である。音調核には広い焦点と狭い焦点があるが、広い焦点の音調核知覚に関してはこれまでの実験でかなりの知見を蓄積している。本年度は狭い焦点の知覚実験を実施し、日本語を母語とする被験者を使って、母語である日本語と、学習言語である英語の狭い焦点の知覚実験を行った。実験前の予測としては、母語の方が学習言語よりも狭い焦点の知覚が容易であると考えていたが、実験結果はこの予測と反し、母語である日本語よりも学習言語である英語の音調核をより正確に知覚できる、というものであった。さらにオランダ語が母語である日本語上級学習者に同一の知覚実験を行ったところ、日本語母語話者と同じ傾向であることが判明した。この結果は、母語、学習言語を問わず、狭い焦点を音声的に顕現する言語としない言語があるということを示唆するものである。実験前には、予測していたが、るものであった。研究成果は、'Natural language perception byL1and L2 speakers of English'として国際会議で発表した。英語の自然発話における広い焦点の知覚が、母語話者と学習者では精度は異なるが、知覚プロセスは同一であるという主張である。この研究は広い焦点の音調核知覚についてのものであり、本年度行った狭い焦点の音調核知覚とは一見相反するものである。来年度は自然発話における音調核知覚の本質をfMRI実験によってとらえることが主眼となる。今年度の目標は、来年度のfMRI実験のためのデザインと実験素材を考察することであった。デザインは何度も研究者間で話し合い、方向性が固まってきた段階といえる。実験素材については、行動データを蓄積するために、すでに実施した自然発話の音調核知覚実験に加えて、新たに対照的焦点の知覚実験を行った。言語は母語、学習言語、被験者は母語話者と学習者であり、すでに蓄積していたデータからは予測できない興味深い結果がでた。今後はさらに異なるデザインに基づいて知覚実験を繰り返すことによって、今までは分からなかった人間の知覚能力の解明に近づくと確信している。本研究は人間の自然発話の音調がいかに脳内で処理されるかをfMIRによる実験により探求するものである。音調処理には、音声処理と文法処理が必要がことはすでに分かっているが、母語と第二言語では脳内処理が異なるという先行研究があるが、それを日本語と英語の対照的焦点の音調が脳内でいかに処理されるのかを検証し、果たして言語によって音調の脳内処理の方法が異なるのか否かを明確にすることが本研究の目的である。平成27年度はfMIRの実験のデザイン、素材の選択、プレ実験を行った。平成28年度はfMIR実験を行った。本年度の研究実績は以下のとおりである。1fMIRを使って英語と日本語の対照的焦点の知覚実験を行った。被験者は男女あわせて14名であり、現在結果を解析中である。2国際会議で音調知覚に関する発表を2件行った。一件は「対照的焦点の知覚」に関するもので、Tone and Intonation in Europe 2016(於イギリスケント大学)における口頭発表であり、もう一件は「英語の自然発話の音調知覚」に関するもので、Pacific Second Language Research Forum (PacSLRF)2016(於東京中央大学)における口頭発表である。いずれの発表においても建設的なコメントをもらうことができた。3上記IIのPaSLRF2016での口頭発表をもとに論文を執筆した。2017年1月に出版されたが、Research Gateにアップロードしたところ、3か月の間に40を超えるアクセスがあり、すでに引用も2件されている。平成29年度はさらに被検者を増やしてfMIRの実験を継続し、結果を解析し、学会発表と論文執筆をする予定である。今年度はfMIRでの実験を予定していたが、予定通り実験が行えたので順調に研究は進展していると言える。また、国際会議での発表も2件でき、論文も1本出版できたので、業績的にもおおむね順調である。音調は発話の意味を決定づける重要なものであるが、本格的な体系的研究はまだ始まったばかりといってよい。本研究は、人間の音声発話の音調がいかに産出され知覚されるかをまず音声実験によって検証し、脳内処理の観点からさらに考察を深めるものである。具体的には、フォーカスの産出実験→知覚実験→fMRIによる脳内処理実験という三段階の考察過程を実施する。先行研究では、日本語のフォーカスの産出実験は散見するものの、知覚実験とフォーカスを伴う音声発話の脳内処理はあまり見当たらない。

本研究は、日本語を母語とし、英語を学習言語とする学習者を実験協力者とし、言語によってフォーカスの産出の仕方、知覚の仕方と脳内処理が母語と学習言語で異なるか否かを探るものである。本研究は平成27年度から平成29年度の三か年の研究であり、平成27年度には産出実験、分析、知覚実験を行い、その結果を国際会議において発表とさらに論文として執筆している。平成28年度にはfMRI実験を実施し、学会発表と論文によって研究成果を世に問うている。最終年度の本年度の研究実績は以下の通りである。1行動データを新たに収集した。具体的には日本語の焦点を伴う産出ならびに知覚実験を新たな実験素材を用いて行った。2fMRIを用いた脳内処理の追加実験を行った。31の結果を、第92回アメリカ言語学会(於ソルトレークシティー)に於いてポスター発表を行い、研究者と意見交換を行った。42の発表成果を論文として発表した。フォーカスという意味解釈を伴う音声の脳内処理研究は、日本ではあまり先行研究がなく、本研究は情報処理の観点から意味と音声の関係を明らかにする先駆的な研究であるといえる。音声コミュニケーションにおいてはそのイントネーション、アクセントなどの音調の理解が発話の意味を理解するのに必須である。本研究は、日本語を母語とした英語学習者が意味のフォーカス(焦点)をいかに産出、知覚しているかを産出実験ならびに知覚実験によって検証し、さらにいかに脳内で処理しているのか、母語と非母語で果たして違いがあるのか否かを、fMRIによる実験により明らかにすることを目的とする。研究成果は研究代表者のホームページで逐次公開しているが、国際会議でも口頭発表を行い、論文としても発表している。Research Gateにおいても公開しているが、平成30年4月現在160回ダウンロードされている。(1)さまざまな英語(自然発話、読み上げ文、対照的文脈など)における音調核の知覚実験を行い、fMRI実験のための行動データを蓄積する。(2)fMRI実験のデザインを完成する。(3)fMRI実験を実施する。(4)データを解析する。(5)研究成果を学会で発表する。本来は今年度でfMIR実験が完了する予定であったが、来年度も引き続き実験を行うことができる見通しがついたので、被験者数を増やし、今年度の実験結果とあわせて分析する予定にしている。なお研究成果は国際会議で発表し、論文にもまとめる予定である。言語学国際会議に出席するための旅費に端数がでたため。今年度のfMRI実験の実施において、実験協力者に払う謝金が予測していたよりも低額になったため余剰が生じた。来年度の実験費用に組み込む予定である。平成29年度には当初fMRI実験は予定していなかったが、今年生じた余剰金を来年度の実験協力者の謝金に充てることができるようになったため、実験を行う予定にしている。
ヒト由来細胞小胞体におけるタンパク質のジスルフィド結合形成機構

私たちの細胞がつくるタンパク質の中にはインスリンのように細胞の外で働くものがある。このようなタンパク質が正しい構造に折り畳まれるためには、分子内の正しい位置にジスルフィド結合が導入される必要がある。本研究では、細胞外で働くタンパク質にジスルフィド結合が形成される仕組みを解明する。その解析から、関連する病気の原因の解明やヒト由来の有用タンパク質を微生物で効率よく生産するための重要な知見を得る。
新奇なトポロジを有する共有結合性有機骨格構造の分子設計と機能開拓

本年度では、カゴメ型共有結合性有機骨格構造体を設計し、特異な蛍光発光能を見出した。構造の構築に会合して蛍光が強くなるテトラフェニルエテーンユニットを頂点として導入することで、大きな六角形孔と小さな三角形孔からなるカゴメ型構造を設計した。結晶構造解析から、この有機骨格構造体はテトラフェニルエテーンが積層することによりカラム構造を作り出していることが明らかになった。さらに、窒素吸着実験からこの有機骨格構造体は2種類の細孔を有することが分かった。積層することによって生成されたテトラフェニルエテーンカラムは高密度で集積しているため、強い蛍光を出す。有機溶媒に分散した場合でも、この有機骨格構造体は優れた蛍光発光能を示した。興味深いことに、モノマーに比べて、蛍光発光量子収率が2倍以上に増大したことが分かった。すなわち、有機骨格構造体では、テトラフェニレンエテーンユニットが層内において共有結合で固定され、さらに、面間ではπーπスタックにより強く積層しているため、フェニル基の回転運動が著しく抑えられて、熱による励起エネルギーの失活が大きく抑制された。有機骨格構造体の連結部位にはホウ素が入っているため、電子不足のLewis酸ユニットになる。この骨格構造体は、Lewis塩基であるアンモニアガスに対して、極めて敏感であることを明らかにした。すなわち、ホウ素とアンモニアの窒素の間ではLewis酸ー塩基対が形成され、有機骨格構造体の蛍光が著しく消光された。詳しい検討から、有機骨格構造体とLewis酸ー塩基対との間では高速電子移動が起きていることを突き止めた。この有機骨格構造体は、ppmレベルの低濃度のアンモニアも検出できる高感度センサーであることを明らかにした。28年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、三角トポロジーを有する初の2次元高分子を合成し、そのガス吸着能および電子機能について検討した。具体的に、2種類のC6対称性を有するモノマーを開発し、イミン結合で2種類の三角トポロジーを有する2次元高分子を高収率で合成した。いずれも高い結晶性を有し、大きな表面積を有することを見出した。これらの三角形2次元高分子はマイクロサイズの細孔を有することを見出した。ホール伝導機能を検討した結果、これらの2次元高分子は、いずれも高いホール伝導機能を有することが分かった。これらの結果、三角形2次元高分子はポアサイズ、πユニット密度、および伝導機能について、優れていることが分かった。現在、この新しいトポロジーを有する2次元高分子を用いて、当初予想しなかった高い分子分離機能を見出している。これからも続けて研究を発展させていく予定である。今後、様々な三角形2次元高分子を設計・合成し、それらの多孔性について検討する。また、得られた2次元高分子の光・電子機能を開拓する。
有限体上での多次元フーリエ変換に基づく誤り訂正符号に関する研究

通信システムにおいて広く用いられているリ-ド・ソロモン符号の一般化として,研究代表者は,有限体の上でn次元フーリエ変換に基づく誤り訂正符号を提案した.これにより,有限体の位数を一定にして符号長の長い符号を作ることができる.このn次元フーリエ変換に基づく誤り訂正符号の訂正能力,符号化率等,符号の特性を調べ,同じ有限体の上で構成されるBCH符号との比較を行った.有限体GF(q)の上で構成されるn次元フーリエ変換に基づく誤り訂正符号と,同じ有限体GF(q)の上で構成される符号長のほぼ等しいBCH符号とについて,符号化率(情報記号数/符号長)と符号長に対する最小距離の割合(最小距離/符号長)の関係を調べた.その結果,符号化率が大きい場合にはBCH符号の方が最小距離が大きく,符号化率が小さい場合には有限体GF(q)の上で構成されるn次元フーリエ変換に基づく誤り訂正符号の方が最小距離が大きくなることがわかった.有限体GF(q)の上で構成されるn次元フーリエ変換に基づく誤り訂正符号の方が最小距離が大きくなる符号化率は,次元数2の場合0.3,次元数3の場合0.2,次元数4の場合0.1であった.BCH符号では,符号長の長い符号は最小距離を符号長の半分も取れなくなるのに対して,有限体GF(q)の上で構成されるn次元フーリエ変換に基づく誤り訂正符号では符号化率を小さくすれば最小距離を符号長の半分以上に取ることができる.このことにより,有限体GF(q)の上で構成されるn次元フーリエ変換に基づく誤り訂正符号は,符号化率が小さくても最小距離を大きく取りたい場合に適した符号であるといえる.研究成果については,現在まとめている段階でまだ発表するには至っていない.通信システムにおいて広く用いられているリ-ド・ソロモン符号の一般化として,研究代表者は,有限体の上でn次元フーリエ変換に基づく誤り訂正符号を提案した.これにより,有限体の位数を一定にして符号長の長い符号を作ることができる.このn次元フーリエ変換に基づく誤り訂正符号の訂正能力,符号化率等,符号の特性を調べ,同じ有限体の上で構成されるBCH符号との比較を行った.有限体GF(q)の上で構成されるn次元フーリエ変換に基づく誤り訂正符号と,同じ有限体GF(q)の上で構成される符号長のほぼ等しいBCH符号とについて,符号化率(情報記号数/符号長)と符号長に対する最小距離の割合(最小距離/符号長)の関係を調べた.その結果,符号化率が大きい場合にはBCH符号の方が最小距離が大きく,符号化率が小さい場合には有限体GF(q)の上で構成されるn次元フーリエ変換に基づく誤り訂正符号の方が最小距離が大きくなることがわかった.有限体GF(q)の上で構成されるn次元フーリエ変換に基づく誤り訂正符号の方が最小距離が大きくなる符号化率は,次元数2の場合0.3,次元数3の場合0.2,次元数4の場合0.1であった.BCH符号では,符号長の長い符号は最小距離を符号長の半分も取れなくなるのに対して,有限体GF(q)の上で構成されるn次元フーリエ変換に基づく誤り訂正符号では符号化率を小さくすれば最小距離を符号長の半分以上に取ることができる.このことにより,有限体GF(q)の上で構成されるn次元フーリエ変換に基づく誤り訂正符号は,符号化率が小さくても最小距離を大きく取りたい場合に適した符号であるといえる.研究成果については,現在まとめている段階でまだ発表するには至っていない.
膀胱腫瘍におけるサイトケラチン19発現に関する基礎的検討

浸潤性膀胱腫瘍患者(T3以上)において、化学療法前後における腫瘍の大きさ、異型度、浸潤度、モノクロナール抗サイトケラチン19抗体(PC11417コスモバイオ社)による免疫組織化学的染色の程度について比較検討を行った。まず、経尿道的膀胱腫瘍切除術により採取された検体のHE染色から、腫瘍の異型度、浸潤度を判定し、浸潤性膀胱腫瘍(T3以上)と判定された患者20例に対して。モノクロナール抗サイトケラチン19抗体による免疫組織化学的染色を行い、その染色程度と染色細胞陽性率を判定した。これらの患者に化学療法(CMV療法:CDDP100mg/mm^2、MTX30mg/mm^2×2回、VBL4mg/mm^2×2回を1ク-ルとして2ク-ル施行)を行い、その後再手術により採取された検体を用いて同様にHE染色と免疫組織化学的染色を行い、検討した。腫瘍が化学療法により縮小した症例では、HE染色にて異型度、浸潤度の改善をみた症例もあり、化学療法が無効であった症例では、HE染色にて異型度、浸潤度の憎悪をみた症例もあったが、モノクロナール抗サイトケラチン19抗体による免疫組織化学的染色では、化学療法前後で特に染色程度と染色細胞陽性率に有意の差は認められなかった。また、同時に経尿道的膀胱腫瘍切除術前より化学療法を経て再手術までの尿中可溶性サイトケラチン19フラグメント(以下シフラ21-1)を経時的に測定した。浸潤性膀胱腫瘍患者において、経尿道的膀胱腫瘍切除術後に尿中シフラ21-1は低下し、術後7日目で術前に比べ有意の低下をみた(p<0.01)。その後化学療法により腫瘍の縮小した症例では尿中シフラ21-1の再上昇は認められなかった。化学療法が無効にて、腫瘍が増大した症例では尿中シフラ21-1の再上昇を認めた。
非拘束連続測定装置による抗酸化物質の計測とその冬眠マーカーとしての可能性

無麻酔動の細胞外液中の物質を体温に影響されず連続計測するための微量透析・測定システムを構築した。これを用いて冬眠に伴う脳機能の変化と、冬眠行動の開始を予測するための指標を検索すべく、人工的に冬眠させたシリアンハムスター脳内の水溶性抗酸化物質を冬眠各相において計測した。また、冬眠中のハムスター脳(体温約6°C)に放射性、非放射性の同位元素で標識した代謝基質(ブドウ糖、乳酸)を微量透析法により投与し、高速液体クロマトフラフィー法、核磁気共鳴法を用いて代謝産物の消長を追跡した。さらに大腿静脈に慢性留置したチューブを通じて標識されたブドウ糖液を注入し、同様の計測を行なった。1.血液中のブドウ糖濃度は、冬眠中ほぼ一定であったが、投与された標識ブドウ糖は時間経過に伴い減少した。2.脳組織中の抗酸化物質(グルタチオン、アスコルビン酸)は冬眠中も不変であったが、尿酸は1/2から1/3に減少していた。3.脳細胞外液中では、冬眠中アスコルビン酸レベルは高く、覚醒するに連れて低下した。尿酸レベルはほぼ変化無く、冬眠からの覚醒中にのみ一過性に上昇した。グルタチオンのレベルは体温と同様な変化であった。4.この時、プリン体から尿酸への代謝阻害薬を投与すると、尿酸のレベルの一過性の上昇は抑制され、アスコルビン酸の減少も抑制された。これらの結果から、冬眠中も糖代謝は行なわれ、その血中レベルもよく維持されていることがわかった。冬眠からの覚醒時に推測される酸化ストレスに対しアスコルビン酸が抗酸化物質として機能していた。5.脳内の糖代謝関連物質の測定の結果、脳組織中のグルタミン、グルタミン酸、GABAは冬眠中増加しているが、細胞外液中には検出されなかった。神経細胞-アストログリア細胞間のグルタミンーグルタミン酸回路は冬眠中、機能的でないと思われる。脳機能維持に重要なこれらの変化が冬眠マーカーとして示唆される。この計測システムと冬眠行動観察記録システムを用い、冬眠行動に応じた脳のエネルギー代謝変化に伴う抗酸化機構解明に向け、人工的に冬眠させたシリアンハムスター(Mesocricetus auratus)脳内の水溶性抗酸化物質を冬眠各相において計測した。冬眠相、冬眠からの覚醒相、冬眠中途覚醒相について、線条体に留置した微量透析プローブにより脳細胞外液を採取し、その後、同じ冬眠相で採取した脳組織の水溶性抗酸化物質(アスコルビン酸、グルタチオン、尿酸)をHPLC一電気化学計測法で測定した。その結果、以下の明らかと成った点をまとめ公表した(BehavBrainRes 2006,BehavBrainRes 2007)1.脳組織(主に脳細胞)中のアスコルビン酸、還元型グルタチオンは冬眠相により変化しないが、尿酸は中途覚醒相と比べ冬眠相ではおよそ半分のレベルにまで減少する。2.細胞外液のアスコルビン酸は中途覚醒相と比べ冬眠相では5倍以上のレベルにまで増加し、覚醒に向かうに連れ減少する。3.外液中の還元型グルタチオンレベルの変化はアスコルビン酸の変化と鏡像関係にある。4.外液中の尿酸は冬眠からの覚醒

途中、一過性に増加するが、それ以外の相では不変である。5.微量透析プローブから周辺にキサンチン酸化酵素阻害剤を投与し、同様にして前述の抗酸化物質の消長を見た。6.その結果、酵素阻害剤により、覚醒途中の尿酸の一過性増加は減弱され、アスコルビン酸の減少量も減弱された。7.尿酸量増加は酸化ストレスの本体、活性酸素種の産生増加を示唆し、それが減少したことから、抗酸化物質としてのアスコルビン酸消費が減少したものと考えられる。冬眠に伴う脳機能の変化と、冬眠行動の開始を予測するための指標を検索すべく、冬眠中のシリアンハムスター(体温約6°C)脳に放射性、非放射性の同位元素で標識した代謝基質(ブドウ糖、乳酸)を微量透析法により投与し、高速液体クロマトフラフィー法、核磁気共鳴法を用いて代謝産物の消長を追跡した。大腿静脈に慢性留置したチューブを通じて標識されたブドウ糖液を注入し、同様の計測を行なった。1.血液中のブドウ糖濃度は、冬眠中もほぼ一定値に保たれていたが、投与された標識ブドウ糖の量は冬眠の時間経過に伴い減少した。2.脳組織中の抗酸化物質の中で、グルタチオンやアスコルビン酸のレベルは冬眠中も不変であったが、尿酸は1/2から1/3に減少していた。3.脳細胞外液中では、冬眠中アスコルビン酸レベルは高く、覚醒するに連れて低下した。尿酸レベルは冬眠中、覚醒時で変化無く、冬眠からの覚醒中、一過性に上昇した。グルタチオンのレベルは体温と同様な変化であった。4.この時、プリン体から尿酸への代謝阻害薬を投与すると、尿酸のレベルの一過性の上昇は抑制され、アスコルビン酸の減少も抑制された。これらの結果から、冬眠中も糖代謝は行なわれ、その血中レベルもよく維持されていることがわかった。冬眠経過につれて血中レベルが減少するジリスの仲間とは血糖利用の機構が異なると考えられる。また、冬眠からの覚醒時に推測される酸化ストレスに対して抗酸化物質してのアスコルビン酸機能が推定された。5.脳内の糖代謝関連物質のNMR法とHPLC法による測定の結果、脳組織中のグルタミン、グルタミン酸、GABAは冬眠中増加しているが、細胞外液中には検出されなかった。神経細胞-アストログリア細胞間のグルタミン-グルタミン酸シャトルが冬眠中は機能していないと考えられる。
無代かき・育苗箱全量施肥による水田流出負荷の削減対策

1.代かきによって慣行区ではT-N,T-P,T-COD,SSの濃度が上昇し、透視度が低下した。無肥区では代かきによってT-CODとSSの濃度が高くなった。2.苗箱区では無代かきで被覆肥料を用いたことから,田面水濃度が低く推移し移植前の強制落水量も少なくなリ,移植期の表面流出負荷量は慣行区に対してT-NとT-Pで19%,T-CODが20%,BODで93%,SSが21%に減少した。3.成長期においても,苗箱区では追肥・穂肥を施用しないため田面水中のT-N,T-P濃度は慣行区より低く,表面流出負荷量はT-Nで59%,T-Pで49%に留まった。4.苗箱区の稲作期間中の前表面流出負荷量は,慣行区に対してT-N31%,T-P25%,T-COD55%,BOD94%,SS27%に低下した。5.苗箱区の浸透負荷は慣行区に対してD-N52%,D-P87%,D-COD78%,BOD89%に減少した。6.慣行区では窒素,リン,COD,BOD,SSの全てで汚濁負荷を発生した。苗箱区においては窒素が1.4,SSが25Kg/ha浄化され,リンの汚濁負荷量は0.84kg/ha慣行区の35%に留まった。7.苗箱区の草丈はほぼ全生育期間に亘って慣行区よりやや短く,株当たり茎数は初期の増加速度が慣行区よりかなり劣ったが、有効茎歩合が高く穂数はほとんど変わらなくなった。一穂籾数,玄米千粒重および桿長も慣行区とほぼ同等であった。8.苗箱区の籾重,玄米重は慣行区の95%と96%に留まったが施肥窒素量あたりでは苗箱区の方が多く,苗箱区の肥料利用効率の高さが明らかとなった。9.食味計による食味値については苗箱区,慣行区,無肥区ともに大差なかった。官能テストについては苗箱区の評価が最も良好となり,無肥区の評価は慣行区よりも若干低かった。10.苗箱区では窒素の収支が等しくバランスが取れていたが,リンの収支では収入が大きく上回っていたことからリン施肥量削減の必要性が示唆された。慣行区は施肥量過多に伴う収入過多であった。1.大学内の実験圃場3筆を用い、無代かき・育苗箱全量施肥区、代かき・慣行施肥区、代かき・無肥料区とした。窒素とリンの物質収支に関しては、灌漑用水及び降雨による収入分と、表面流出水及び浸透水による支出分は大差なかった。したがって、収支の差は施肥量と収穫物の差として表れた。

窒素は、慣行施肥区で20kgN/haの超過となったが、育苗箱全量施肥区では収支がほぼ等しくなり、無肥料区では土壌からの持ち出し(10kgN/ha)となった。リンについては、慣行施肥区、育苗箱全量施肥区ともに13kgP/ha以上の超過であり、節肥が可能である。無肥料区では2.5kgP/haの持ち出しであった。2. ORP電極を土中に挿入して酸化還元電位の日変化を測定した。各区とも湛水後徐々にEhの値が低下し、還元化が進行した。しかし、各区の差異は小さく、無代かきの影響は見られなかった。3.水稲の生育状況を2週間に1度の割合で定期的に観測するとともに、収量調査・食味調査を行った。食味計による食味値は全刈り・部分刈り調査ともに育苗箱全量施肥区がやや高い値を示し、他は差がなかった。官能テスト(68名)の評価は育苗箱全量施肥区>慣行施肥区>無肥料区の順であった。4.ポット試験を行い、窒素・リンの溶出割合及び土壌由来と肥料由来の割合を検討した。窒素の場合は、代かき施肥区が高濃度で推移したのに対し代かき無肥料区、無代かき施肥区、無代かき無肥料区の濃度は低いままであった。したがって、代かきに伴って施肥した肥料が溶出していることが伺われた。一方、リンでは代かき施肥区よりは低いものの、代かき無肥料区の濃度も高くなった。したがって、代かきに伴って施肥リンが溶出するとともに、土壌吸着リンも田面水中に供給されることが判明した。1.代かきによって慣行区ではT-N,T-P,T-COD,SSの濃度が上昇し,透視度が低下した。無肥区では代かきによってT-CODとSSの濃度が高くなった。2.苗箱区では無代かきで被覆肥料を用いたことから,田面水濃度が低く推移し移植前の強制落水量も少なくなり,移植期の表面流出負荷量は慣行区に対してT-NとT-Pで19%,T-CODが20%,BODで93%,SSが21%に減少した。3.成育期においても,苗箱区では追肥,穂肥を施用しないため田面水中のT-N,T-P濃度は慣行区より低く,表面流出負荷量はT-Nで59%,T-Pで49%に留まった。4.苗箱区の稲作期間中の全表面流出負荷量は,慣行区に対してT-N31%,T-P25%,T-COD55%,BOD94%,SS27%に低下した。5.苗箱区の浸透負荷量は慣行区に対してD-N52%,D-P87%,D-COD78%,BOD89%に減少した。6.慣行区では窒素,リン,COD,BOD,SSの全てで汚濁負荷を発生した。苗箱区においては窒素が1.4,SSが25kg/ha浄化され,リンの汚濁負荷量は0.84kg/haで慣行区の35%に留まった。7.苗箱区の草丈はほぼ全生育期間に亘って慣行区よりやや短く,株当たり茎数は初期の増加速度が慣行区よりかなり劣ったが,有効茎歩合が高く穂数はほとんど変わらなくなった。一穂籾数,玄米千粒重および桿長も慣行区とほぼ同等であった。8.苗箱区の籾重,玄米重は慣行区の95%と96%に留まったが施肥窒素量あたりでは苗箱区の方が多く,苗箱区の肥料利用効率の高さが明らかとなった。9.食味計による食味値については苗箱区,慣行区,無肥区ともに大差なかった。官能テストについては苗箱区の評価が最も良好となり,無肥区の評価は慣行区よりも若干低かった。10.苗箱区では窒素の収支が等しくバランスが取れていたが,リンの収支では収入が大きく上回っていたことからリン施肥量削減の必要性が示唆された。慣行区は施肥量過多に伴う収入過多であった。
ラテラル電界制御電荷変調素子による超高時間分解撮像デバイスと応用開発

ラテラル電界制御電荷変調素子(LEFM)に基づき、サブピコ秒に至る極めて高い時間分解能による光信号計測を超並列的に行う超高時間分解撮像デバイスとその応用に関して研究を行った。微小空間での光飛行時間距離計測の実現に道を開く140μm(単一フレーム), 40μm(100フレーム平均)等の他に例を見ない極めて高い距離分解能を達成した。また極微弱光に対する蛍光寿命計測等において、応答時定数180ピコ秒、時間分解能14ピコ秒の高分解能を達成するとともに単一細胞に対する蛍光寿命像を得ることに成功し、微小半導体チップを活用した癌検出内視鏡等次世代バイオメディカルイメージング機器実現への道を開く成果を得た。本研究課題では、極めて高い時間分解能と高い空間分解能を両立する超高時間分解撮像デバイスと生命科学、産業計測等への応用に関して研究を行うものである。本年度は、超高時間分解撮像を可能にするピクセル内蔵素子であるラテラル電界制御電荷変調素子(LEFM)に関して、試作などによりその基本性能を明らかにすることを目的として研究を実施した。1タップLEFMについては、光飛行時間による時間分解型距離画像計測への応用を目的とした132×120画素の時間分解撮像デバイスにより、面計測(2次元アレイ)化型半導体素子としては初めてサブミリ秒(標準偏差で300um)の距離分解能を得た。時間分解能では、最終目標であるサブピコ秒にも迫る約2ピコ秒を達成した。また、このような面計測の高時間分解計測デバイスで問題となる駆動パルスのスキューをオンチップで補正する技術を開発し、標準偏差で8ピコ秒まで低減できることを示した。4タップLEFMによる413×240画素の距離画像センサを試作し、本マルチタップLEFM素子による高速変調によって、動きのある対象物の3次元計測における背景光依存の動き歪の問題を解決できることを示した。また、極微弱な蛍光が発するサブナノ秒の寿命を計測できる高時間分解撮像デバイスとして、2段転送によるノイズキャンセル動作を可能とする1タップ及び2タップ出力の方式を試作し、その基本動作を確認した。さらに、蛍光寿命と蛍光相関分光のマルチモーダル計測が可能な時間分解撮像素子についても、その基本動作を確認した。これらの応用デバイス試作と並行して、電荷変調素子構造の最適化を目的としたTEG(Test Element Group)素子の試作も行い、試作素子の特性と、シミュレーションモデルの比較検討を行った。これにより、より高精度のシミュレーションモデル構築に向けた基礎データを得た。本研究課題では、極めて高い時間分解能と空間分解能を両立する超高時間分解撮像デバイスとその応用について研究を行っている。本年度は、昨年度の実績を踏まえて、時間分解能の更なる向上、極微弱光に対する高時間分解計測、さらに試作した素子の応用計測を実施し、以下の成果を得た。まず、提案する1次元のLEFM素子(ラテラル電界制御変調素子)を用いて極めて高い距離分解能を実現する光飛行時間型距離画像センサでは、1/fノイズを低減する改良により、距離分解能が0.2mmまで向上し、時間分解能としては、1.3psを得た。これは、半導体による距離画像センサとしては他に類をみない高い分解能である。また、本研究の1つの重要な研究課題であるバイオイメージング応用を目的とし、極微弱光に対する超高時間分解計測を可能にする撮像素子の開発に成功した。高時間分解と高感度(低ノイズ)性能を両立した2出力2段電荷転送方式のLEFM素子を実現し、10.8psの時間分解能と1.7電子の読出しノイズを達成した。このLEFM素子を用いた512×256画素の蛍光寿命イメージセンサにより、染色した細胞に対する蛍光寿命イメージの取得にも成功した。さらに、本素子が近赤外でも高い感度を有することに着目し、時間分解NIRS(近赤外分光)による脳活動イメージングへの応用を検討し、血液を含む生体の模擬的試料に対して、高い分解能でサブナノ秒領域での時間応答波形を得ることができ、時間分解NIRSイメージングが行えることを示した。本年度は、時間分解能のさらなる向上、極微弱光に対する高時間分解計測、及び試作素子の応用計測を実施し、以下の成果を得た。1タップ型ラテラル電界制御電荷変調素子(LEFM)を用いた光飛行時間型距離画像センサでは,1/fノイズ低減により距離分解能が200μmまで向上し、時間分解能として1.3psを得た。さらに、低周波ノイズ除去性能の高い3出力LEFMを用いたTOF距離画像センサでは、1フレームで距離分解能150μm(時間分解能1ps)、100フレーム平均で距離分解能42μm(時間分解能280fs)を達成し、サブピコ秒の時間分解能を実証することができた。バイオイメージング応用では、高時間分解と低ノイズ性能を両立した2出力2段電荷転送方式のLEFM素子を実現し、512×256画素、180psのデバイス応答時間、14psの時間分解能(1フレーム)等を実現し,染色した細胞からの極微弱蛍光によるナノ秒オーダの蛍光寿命画像を得た。さらに、生体細胞内の自家蛍光物質(FAD, NADH)に対する蛍光寿命イメージングを試み、癌化したラットの大腸の組織片の正常部と癌部において、NADHに起因するものと考えられる約200psの蛍光寿命の変化を観測した。本素子の時間分解NIRS(近赤外分光)による脳活動イメージングへの応用を目指し、血液を含む生体の模擬的試料に対して、サブナノ秒領域での時間応答波形を得ることができた。

極微弱蛍光イメージングに求められる超高感度光電子検出器としてRGL(Reset-gate-less)検出器を提案・試作し、画素平均の実効値で0.27電子という極めて低ノイズの性能を得た。その他、LEFMの高速シャッタを活用したマルチアパーチャ方式による超高速CMOSイメージセンサを試作し、200Mfpsの超高速撮像を実証した。光飛行時間(TOF)距離画像センサでは、最高で280フェムト秒(100フレーム蓄積)という極めて高い時間分解能を達成しており、サプピコ秒を目標とした当初計画を越える成果を得ている。微弱光に対する蛍光寿命イメージセンサでは、デバイス応答時間180ps、時間分解能14ps(1フレーム)を達成し、最終目標である「10psオーダの蛍光寿命を高精度に計測する」という目標をほぼ達成できる見通しを得た。内視鏡による癌検出への応用に向けた基礎的な検討として、ラットの癌化した大腸組織に対する蛍光寿命イメージングを実施し、医療応用計測においても成果が出始めている。超高感度電荷検出器において、0.27電子(実効値)という極めて低ノイズの検出器の試作と、イメージセンサとしての性能実証(光電子増倍を用いずに0.3電子未満の極低ノイズイメージを得た世界初の結果)に成功した。これは当初計画には明示しておらず、「当初目標を越える進展」の1つである。研究期間の後半で実現を目標とした、8タップ、16タップといった超多点出力のLEFMについても、H27年度に新規構造を考案し、8タップ方式について設計・試作を行っている。他の光計測への応用展開については、時間分解NIRS、誘導ラマン散乱イメージング、バイオイメージング用微小蛍光体(Q-dot)開発にむけた寿命計測、LEFMの高速シャッタ動作を活用した超高速撮像等、活発に推進している。微弱光時間分解バイオイメージングにおける感度改善、LEFMのデバイス設計の理論構築等、今後研究を加速しなければいけない課題もあるが、当初計画以上の優れた時間分解能、極低ノイズ電荷検出等の発明と実証等当初目標以上の成果を得ている研究内容もあり、総合的な評価としては、「概ね順調に推移している」と判断する。極微弱蛍光に対して高時間分解計測を可能とする2タップラテラル電界制御電荷変調素子(LEFM)に関して、これまでの課題であった飽和電子数を7000電子と大きく改善した撮像デバイスを開発した。また、ピクセル内において多数の高速時間窓による電荷変調を行うことで時間分解能の向上を図ることを目的とした8タップLEFMピクセルの試作に成功し、最短で3.3ナノ秒の窓幅で8つの連続した時間窓を用いて蛍光寿命計測が行えることを示した。さらに、4タップLEFMピクセルにおいて、近赤外領域での時間応答を大きく改善することができる基板バイアス印加を可能とする新しい構造を考案し、30万画素以上の有効画素数を有する時間分解撮像デバイスの設計と試作を行った。8タップ方式についても近赤外応答を改善する構造的改良を加えた8タップLEFMピクセルを用いた80×128画素からなる時間分解撮像デバイスの設計と試作を行った。LEFM時間分解撮像
敗血症での一酸化炭素誘導によるオートファジー活性化と心筋保護効果に関する研究

敗血症では心筋ミトコンドリアの障害、酸化ストレスが心機能障害に関与している事が知られている。今回、一酸化炭素を誘導したLPS投与敗血症ラット心において、障害ミトコンドリアのオートファジーによる分解・処理の促進と、この過程が転写制御因子EB(TFEB)によってコントロールされ協調的に発現する事が明らかになった。また、オートファジー阻害剤投与により他の臨床症状に先行して左室駆出率の低下が顕在化するが、CO誘導はこの低下の改善を示す事が分かった。以上より、LPS誘導敗血症心においてはCO誘導が細胞保護的に働き、さらに心機能障害の改善に働く事が明らかになった。敗血症は、一旦発症すると多臓器不全などを経て約半数が死に至る、極めて重篤な病態である。また、敗血症ではミトコンドリアの障害や酸化ストレスが諸臓器の構造や機能に障害を与える事が知られている。臓器特異的Atg5やAtg7欠損マウスを用いると、機能を消失した異常ミトコンドリアが蓄積し、酸化ストレスやゲノム傷害などが誘導され腫瘍形成などの一因になる事が報告され、障害ミトコンドリアのオートファジーによる除去は極めて重要であり、多方面での臨床応用が期待されている。私はこれまでにリポポリサッカリドをラット腹腔内に投与して作成した敗血症モデルの肝臓で、ヘムオキシゲナーゼ1による一酸化炭素誘導により、オートファジーによる障害ミトコンドリアの処理能力が高まり、肝細胞保護的に働く事を見い出し報告している(Unuma K et al, Hepatol Res. 2013)。さらに、昨年度は肝臓以外の諸臓器についても、敗血症モデルにおけるオートファジー、ヘムオキシゲナーゼ1誘導の効果について検討を行い、角膜および肺でも、オートファジー、リソソーム・ミトコンドリア再生機構の活性化や、酸化ストレス軽減による筋線維芽細胞細胞誘導促進の緩和などが起こることを見いだし、2報の国際誌に報告した(J Toxicol Pathol. 2014, J Toxicol Pathol. in press)。心臓に関しては、予備実験でリソソームとオートファジーの融合を阻害するクロロキン投与によって、他の臨床症状に先行して心不全症状が顕在化することを確認しており、来年度は心エコーや心電図など生理学的な評価を行える機器を購入し、心機能変化に対する寄与についても検討していく予定である。敗血症は一旦発症すると多臓器不全などを経て約半数が死に至るきわめて重篤な病態である。敗血症においてはミトコンドリアの障害、NOやROSといった酸化ストレスが諸臓器の構造や機能に障害を与える事が明らかになっている。一方、一酸化炭素は、血管弛緩などの循環調節にも関与し、様々な病態から細胞を保護するという報告が多く見られている。敗血症においては、一酸化炭素を誘導した動物にエンドトキシンを投与すると死亡率が低下することや、一酸化炭素の誘導酵素であるヘムオキシゲナーゼ1が生体内における障害ミトコンドリアのオートファジーを促進することが報告されるなど、多くの論文が敗血症に対する一酸化炭素の保護作用を報告しているが、そのメカニズムの詳細は明らかになっていない。本研究では、生体内一酸化炭素に着目し、リポポリサッカリド誘導敗血症モデル動物の心臓における障害ミトコンドリアの処理能や心機能への影響などについて検討した。その結果、一酸化炭素を誘導した敗血症モデル動物の心臓では、オートファジーによる障害ミトコンドリアの処理能力が高まること、リソソーム・ミトコンドリア再生機構が活性化されること、酸化ストレスが軽減されることなどが示された。さらに、一酸化炭素誘導が敗血症における心機能障害にどのように寄与するかについても併せて検討した。その結果、敗血症モデル動物へのリソソームとオートファジーの融合を阻害するクロロキン投与によって、他の臨床症状に先行して左室駆出率の低下が顕在化することが示されたが、早期の一酸化炭素誘導によってこの低下が改善傾向を示す事が示された。したがって、心臓においては一酸化炭素誘導が細胞保護的に働き、さらに機能面での改善(心機能障害の改善)に働くことが明らかになった。本研究から得られた結果は、法医剖検診断に有用であるのみならず重症敗血症患者の救命に寄与し得る事が期待される。当初敗血症モデルラットの心臓に絞って研究を遂行する予定であったが、角膜、肺でも、オートファジー、リソソーム・ミトコンドリア再生機構の活性化や、酸化ストレス軽減による筋線維芽細胞細胞誘導促進の緩和などを見い出し英文の学術誌に報告等する事が出来た(J Toxicol Pathol. 2014, J Toxicol Pathol. in press)。また心臓に関しても細胞レベルの実験は順調に遂行されており、本年度に生理学的な変化への検討を加えデータをまとめていく予定である。27年度が最終年度であるため、記入しない。

法医学生理学的なデータをとるために本年度心エコーを購入し心機能評価をする予定である。また、siRNAを用いた遺伝子ノックダウンによるオートファジー変動、リソソーム・ミトコンドリア再生機構への直接作用機構の解析を、昨年度購入した共焦点顕微鏡システム等を用いてリアルタイムな細胞内における変化を観察していく予定である。27年度が最終年度であるため、記入しない。
担癌生体における外科侵襲の制御について

平成12年度はラットに開腹術のみ、あるいは開腹術に腹膜剥離術を加えて、リンパ節廓清に伴う腹腔内操作が生体反応にいかなる影響を及ぼすか検討した。後腹膜を3cm剥離する操作は3cmの腹壁切開術に比べて脳内サイトカインの産生に及ぼす影響が少ないことが判明した。さらに、腹壁切開の長さが、悪性細胞の肝臓への付着の程度に影響を及ぼすか否かを検討した。ラットAH109A肝癌細胞を^<125>I-uracilと共に3時間培養し、癌細胞を放射線同位元素にてラベルした。ラベルした癌細胞を小切開あるいは大切開にて開腹したラットの腸間膜静脈から注入した。術後5時間および24時間でラットを犠死せしめ、肝臓、肺、皮膚、甲状腺を採取し、ガンマーカウンターにて放射線量をカウントした。結果は大切開にて開腹した群において肝臓への放射線量が小切開群に比べて約3倍に増加しており、大切開によって大きな侵襲を与えると癌細胞の付着が促進されることが確認された。一方、転移が実際にはおこらない肺臓では両群間の放射線量には差異を認めないことから、肝臓での接着分子の発現の差異によって癌細胞の付着が異なることが推察された。また、甲状腺と皮膚の放射線量でも両群間に差異を認めなかった。甲状腺に差異を認めなかったことから、甲状腺の放射線量はすでにmaximumであると考えられた。単位長さ当たりの皮膚の放射線量には差異を認めなかったが、皮膚切開が長ければ長いほど癌細胞の付着が多いと考えられた。我々はこれまでにラットの脳室内にTNF-αを微量投与した際、カテコーラミン等のストレスホルモンが増加し糖新生や蛋白異化亢進を起こすことを報告し、侵襲時における脳内サイトカイン発現の重要性を示した。そこで、本研究では、外科侵襲時および腫瘍増殖に伴う脳内サイトカインの発現について検討したうえで、担癌生体における術後の免疫抑制機構を明らかにし、それに伴う腫瘍増殖を抑止することを最終目標としている。平成11年度にマウスに開腹創の異なる外科侵襲を加え、術後3、24時間の脳、肝臓、小腸粘膜、腹膜におけるTNF-αmRNA発現量を測定した。その結果、脳と肝のTNF-αmRNA発現量は開腹創の大きい群が小さい群に比べ有意に高値を示した。これらの結果については現在Journal of Surgical Resarchに投稿し発表予定である。一方で、皮下移植した担癌マウスを作製し、脳内TNF-αmRNAの発現について検討したところ、腫瘍重量が僅か0.1gの時点で脳内TNF-αmRNAの発現が他臓器(肝臓、小腸粘膜、筋肉)に比べ有意に増加した。さらに、腫症重量が1.5gに増加し食欲不振が起こった時点では脳ならず他臓器のTNF-αmRNAの発現量が非担癌マウスに比べて有意に増加した。これらの結果は外科侵襲時および担癌生体にとって脳内TNF-αmRNAの発現が重要な役割をしめている。平成12年度はこれら基礎実験のもと担癌マウスに外科侵襲を加え、脳を含めた各臓器のTNF-αmRNAの発現に及ぼす影響について検討したい。
受水域の水質影響を考慮したポイント・ノンポイント負荷の解析・評価

閉鎖性水域では、夏季のアオコや赤潮の発生にみられるように水質改善は必ずしも進んではいない。これは流域からの栄養塩類の発生・流出・流達過程・とりわけ降雨によって流出する非点源負荷源からの流出負荷(ノンポイント負荷)の発生機構の解明とその定量的な把握および予測評価手法の開発が不十分である点に大きな問題がある。本研究では、晴天時・雨天時のポイント・ノンポイント負荷流入を総合的に評価し、受水域の水質汚濁機構を解明し、その管理を総合的におこなうために必要となるモデルの開発とその運用・評価を目的として実施した。まず、過去に6年間にわたり実施してきた晴天時・雨天時の湖山池流入河川および湖山池湖水水質の観測調査に基づき、陸域での負荷発生から受水域での水質変動の時空間的な関係性を多変量解析手法を援用して基礎的な解析をおこない、アオコの発生に対して影響の大きい河川および水質項目の評価をおこなった。次に、晴雨天時の陸域からのポイントおよびノンポイント発生源からの汚濁負荷の発生・流出モデルを用いて3年間の受水域への流入負荷量を算定し、それを入力とした受水域の水質汚濁現象を表現する富栄養化物質循環モデルをを構築し、3年間の湖水CODの水質再現をおこなった。以上の構築モデルに基づき、流域での下水道等施設の設備によるポイント負荷の削減代替案および雨水貯留施設を活用した雨天時ノンポイント負荷の削減代替案を組み合わせた場合の水質改善効果を評価した。その結果、標準的な負荷除去率に基づく下水道等ポイント負荷削減施策よりも雨水貯留施設を活用した雨天時ノンポイント負荷の削減施策を実施した方が水質改善効果が大きいことを明らかにした。これは流域からの栄養塩類の発生・流出・流達過程、とりわけ降雨によって流出する非点源負荷源からの流出負荷量(ノンポイント負荷)の発生機構の解明とその定量的な把握および予測評価手法の開発が不十分である点に大きな問題がある。本研究では、晴天時・雨天時のポイント・ノンポイント負荷流入を総合的に評価し、受水域の水質汚濁機構を解明し、その管理を総合的におこなうために必要となるモデルの開発とその運用・評価を目的とする。まず、これまでの調査研究のデータ蓄積を統合し汚濁負荷発生構造と閉鎖性水域の水質汚濁機構の連携をはかるための晴天時・雨天時連続の観測調査を実施し、既存の観測データおよび本年度以降の連続観測に基づくデータベースの構築をおこない、陸上での負荷発生から水域での水質変動の時空間的な関係性を多変量解析等の手法により基礎的な解析をおこなった。次に、受水域の水質汚濁現象を表現する生態系モデル、晴雨天時の観測調査から陸域の社会・生産活動に起因する汚濁負荷の発生・伝播のメカニズムを表現する陸域からのポイント・ノンポイント負荷算定モデルの構築と統合システムの設計を進めている。また、アオコ発生に関わる生態系の物質循環および水生植物の一種であるヨシによる自然浄化作用についての既存研究事例の収集と独自の実験・観測に基づき、閉鎖性水域の生態系物質循環に各種の自然浄化機能を盛り込むためのモデル化を進めている。