hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超平滑化におけるメカノケミカル反応の第1原理電子状態解析と加工技術開発への適応

第一原理計算を用いた砥粒-加工物接触点近部の電子状態解析を行った.一般的に表面に付着した水酸基が加工の進展に寄与しているとされるシリカ粒子の場合,シリカ粒子を単結晶シリコン表面に接近させていっても単結晶シリコン内部の電子状態に大きな変化は見られなかった.一方,固相反応を生じるを考えられている酸化バリウムの場合,単結晶シリコンの最表面と2層目のSi原子間で電子密度の減少がみられた.第一原理計算を用いた砥粒-加工物接触点近部の電子状態解析を行った.一般的に表面に付着した水酸基が加工の進展に寄与しているとされるシリカ粒子の場合,シリカ粒子を単結晶シリコン表面に接近させていっても単結晶シリコン内部の電子状態に大きな変化は見られなかった.一方,固相反応を生じるを考えられている酸化バリウムの場合,単結晶シリコンの最表面と2層目のSi原子間で電子密度の減少がみられた.近年,SiCなどデバイス特性に優れる反面,非常に加工が困難である材料に注目が集まっている.その実用化には難加工材料の超平滑加工技術の確立が必要不可欠である.このような材料の超精密平滑化には砥粒と加工物が反応するメカノケミカルポリシングが有効である.しかしながら,これらは経験的・実験的に見いだされたものが大部分であり,未知の材料に対して理論的・定量的に取り扱う手法を確立することが必要不可欠である.そこで本研究では,メカノケミカル反応を理論的・定量的に取り扱いことを目的として,第1原理擬ポテンシャルバンド計算を用いた砥粒-加工物接触点近部の電子状態解析を行う.まず初めに,メカノケミカル反応に関する実験的・理論的研究が多くなされているバルクSiについて計算を行い,計算の正当性について検討を行った.その結果,これまでに報告がなされているものとほぼ同じバンド構造が求まり,正しく計算が行われていることが確認できた.これまでに,硫酸バリウムを砥粒とする砥石でシリコンウエハを研削すると,鏡面が創成される際にのみ臭気が発生すること,その臭気はSO_3であることを実験的に確認している.ここで,硫酸バリウムがシリコン表面の酸化物と反応しているとすると,BaSO4+SiO2→BaSiO3+SO3の固相反応が生じていると考えられる.今後,バルクSiに数層の酸化物層を形成したモデルを作成し,硫酸バリウムとの反応をシミュレーションする予定である.本研究では,研磨メカニズムに関してこれまでに多くの報告がなされている単結晶シリコンウエハに対して,その表面に砥粒として作用するシリカ,炭酸バリウムおよび硫酸バリウムが接触するモデルを構築し,計算を行った.計算モデルを以下に示す.単結晶シリコンは(100)面とし,表面から5層シリコンを配置した.また,5層目のシリコンの内部側は水素終端とした.次にシリカ砥粒はO-Si-03原子分子として,Si原子が単結晶シリコン側になるよう配置した.そして,Si原子と単結晶シリコン間の距離を,0:接触位置,-r:接触位置から共有結合半径だけ単結品シリコン側に近づけた位置,+r:接触位置から共有結合半径だけ単結品シリコン側に近づけた位置の3種類で計算を行った.一方,炭酸バリウムと硫酸バリウムは化学量論組成で対称性のある分子モデルを作製するのは困難である.そこで,本研究はBa-O2腺子分子を砥粒と想定して,Ba原子が単結晶シリコン側になるよう配置した.そして,そして,Ba原子と単結品シリコン間の距離を,0:接触位置,-r:接触位置から共有結合半径だけ単結品シリコン側に近づけた位置,+r:接触位置から共有結合半径だけ単結品シリコン側に近づけた位置の3種類で計算を行った。計算結果を以下に示す.砥粒を配置していないSi(100)の電子密度分布(等値面)をみるとSi原子間に電子密度の高い領域がみられる.O-Si-Oを配置した場合の電子密度分布(等値面)をみると,O-Si-0を-r位置に配置することによりSi原子と単結晶シリコン表面のSi原子との間に電子密度の高い領域が出貌する.しかしながら単結晶シリコン内部のSi原子間電子密度に大きな変化はみられない,一方Ba-Oを配置した場合の電子密度分布(等値面)をみると,Ba-Oを-r位置に配置することによりSi原子と単結晶シリコン表面のSi原子との間に電子密度の高い領域が出現するとともに単結晶シリコンの最表面と2層目のSi原子間で電子密度の減少がみられた近年,SiCなどデバイス特性に優れる反面,非常に加工が困難である材料に注目が集まっている.その実用化には難加工材料の超平滑加工技術の確立が必要不可欠である.このような材料の超精密平滑化には砥粒と加工物が反応するメカノケミカルポリシングが有効である.しかしながら,これらは経験的・実験的に見いだされたものが大部分であり,未知の材料に対して理論的・定量的に取り扱う手法を確立することが必要不可欠である.そこで本研究では,メカノケミカル反応の理論的・定量的に取り扱うことを目的として,第1原理擬ポテンシャルバンド計算を用いた砥粒-加工物接触点近部の電子状態解析を行う.ここでは,Si001表面に水素,酸素,酸化シリコン,酸化セリウム,酸化バリウムが付着したモデルの電子状態を計算した.その結果,水素が付着したモデルでは水素-Si,最表面Si同士,最表面Si-第一近接Siに均等に電子が分布しており,安定な表面が有していると考えられる.酸素が付着したモデルでは最表面Si同士間のみ電子が見られない.これは最表面Si間の結合が切れて緩和し,安定な酸化物状態へ変化することを示していると考えられる.

一方,表面に酸化シリコンが付着した場合,酸化シリコンと最表面Si間に電子が多く存在するとともに,最表面Si-第一近接Si間の電子が減少している.これは酸化シリコンにより最表面Siのバックボンドが弱くなっていることを意味していると考えられる.さらに酸化セリウムや酸化バリウムを付着させたモデルでも同様の結果が得られ,酸化シリコンを付着させたモデルよりもその効果が強く出ているように見られる.これらはより化学的な除去作用が強く作用するものと考えられる.最近の電力事情により,節電対策として計算サーバが停止する場合があり,長時間の大規模計算を行うまでには至っていない.24年度が最終年度であるため、記入しない。緬翫通り研究を遂行していくが,上記(3)やや遅れていると思われる大規模計算については今年度の電力事情を確認しながら,場合によっては学内計算機で行うことも視野に入れ,実施する.24年度が最終年度であるため、記入しない。
複合的解析に基づくタンパク質の放射線損傷メカニズムの解明

タンパク質X線結晶構造解析において深刻な問題となるX線によるタンパク質の放射線損傷現象を解析する為に、結晶試料を測定可能な紫外可視分光光度計を開発し、その制御系の改変によって測定の高速化を実現した。この分光光度計を利用してX線損傷による紫外波長領域での吸収スペクトル変化を世界で初めて観測し、タンパク質分子の損傷による変化を同定した。さらに、放射線損傷の効果が結晶を100Kの低温で測定する為に必要な抗凍結溶剤の種類によって異なることを明らかにした。本研究ではタンパク質結晶の放射線損傷メカニズムを明らかにするために、SPring-8の高輝度放射光を利用したX線回折測定と紫外・可視光の吸収スペクトル測定を交互に繰り返して実行する必要がある。しかし、分光光度計の測定スピードが遅いため、実験効率に大きな問題があった。そこで、この分光光度計の測定制御系の高度化を実施した。その結果、これまでは500から250nmまでの波長スキャン測定に約7分を要していたが、それを35秒で実施可能となった。そこで、グルコースイソメラーゼの結晶を使用して、「吸収スペクトル測定→X線回折測定→吸収スペクトル測定」という繰り返しの測定を実施した。X線の照射条件は1測定当り7MGyの吸収線量で3回繰り返すとヘンダーソン限界(20MGy)を超えるように設定した。1回目のX線回折測定前後の吸収スペクトルを比較した所、300nmと250nm付近の吸光度が増大し、2回目、3回目と繰り返すと303nmと251nmにそれぞれピークを持つようになった。303nmの変化量を比較するとこ1回目の時点で0..50Dの変化を観測し、それ以降では約0.20Dずつの一定量の変化となっていた。これは、放射線損傷に伴う初期の変化が主に7MGyまでの間で発生する事を示唆していた。一方、この時点での電子密度図では、タンパク質分子表面に位置する11個の酸性残基(グルタミン酸、アスパラギン酸)のカルボキシル基において、差の電子密度が負の値となっていた。これは、放射線損傷によってカルボキシル基が消失しつつある事を示唆していた。現在、電子密度図の変化をさらに詳細に検討中であり、吸光度変化に対応する電子密度変化を解析中である。また、250nm付近で観測された吸光度の増大は本研究で初めて捕らえた変化であり、この変化に対応する反応に関しても現在検討中である。タンパク質結晶の放射線損傷メカニズムを明らかにする為に、SPring-8の高輝度放射光を利用した精密X線結晶構造解析と紫外可視分光法を組み合わせて、多面的に解析する事を目指している。Mn含有タンパク質グルコースイソメラーゼ結晶に1.0×10^<-4>MGyから徐々に線量を増加させて吸収スペクトル変化を観測した所、3.4×10^<-3>MGyの吸収線量となった段階で250nmと310nm付近の吸光度が増加する変化が観測された。最終的に60MGyまで与えた所、252nmと305nmの吸光度が増加し、279nmの吸光度が減少した。290nmに等吸収点が見られる為、279nm付近に吸収を持つ電子状態が252nmもしくは305nmにシフトしたと推測される。279nmの吸収はトリプトファンもしくはチロシン残基に起因するため、タンパク質中の両残基の電子状態が変化したことを示差していた。一方、X線結晶構造解析によって求められた電子密度を比較した所、吸収線量が増加すると放射線損傷により得られるデータの分解能や統計精度が明確に劣化していたものの、全てのトリプトファンとチロシン残基において吸収スペクトル変化に直結するような変化は観測されなかった。しかしながら、Mn結合サイトでは吸収線量増加に伴いプラスやマイナスの電荷が激しく生成している様子が観測されている。現在この変化と吸収スペクトル変化の関係性を検証している。次に、結晶を100Kで測定する為に必要な抗凍結剤を2-メチル-2, 4-ペンタンジオールからグリセロールに変更した所、吸収スペクトル変化量が約3.0倍増加し、放射線損傷が激しくなった。これまで放射線損傷に対する抗凍結条件依存性を示差する報告は少ないが、本研究ではその効果を吸収スペクトル変化として補足することに成功した。
ヒトAIKファミリータンパク質の細胞分裂における機能の解析

1)ヒト蛋白質キナーゼAurora-A、-B、-Cは、染色体分配に関与すると考えられているショウジョウバエのAuroraおよび酵母のIpl1と高い相同性を示す。ヒトAurorasはG2/M期に発現し、Aurora-Aは中心体、Aurora-Bは染色体およびミッドボディーに局在する。今回、Aurora-AとAurora-Bが、染色体凝縮において重要であると考えられているヒストンH3のセリン10を、リン酸化することを明らかにした。また、Aurora-AとAurora-BがヒストンH3のN-末端テイル部分と結合することも明らかにした。これらのことから、Aurora-AとAurora-Bの細胞分裂における機能の一つが、ヒストンH3のリン酸化による染色体凝縮であると考えられる。細胞内局在等などから、その他の蛋白質野リン酸化や結合が推察され、さらに解析を行う予定である。2)NIMAはAspergillusにおいて同定された、細胞分裂を制御する連遺伝子である。NIMAに相同性のあるヒトNEKsはいくつか同定されているが、今回NEK3およびNEK7遺伝子のクローニングを行なった。NEK3遺伝子は489アミノ酸のタンパク質をコードし、ヒト染色体13q14.2に存在する。精巣や卵巣などで高い発現が見られるが、細胞周期に依存した発現は見られない。また、癌細胞株でしばしば発現が減少している。NEK7遺伝子は302アミノ酸のタンパク質をコードし、ヒト染色体1q31.3に存在する。筋肉、精巣、脳など様々な組織でで高い発現が見られ、HeLa細胞では細胞周期に依存せず常に発現している。ヒトNEK2は細胞分裂に関与することが報告されているが、NEK3およびNEK7は今のところ細胞分裂との関連を示す結果は得られていない。NEK3およびNEK7の機能について、さらに解析を行う予定である。Auroraファミリーキナーゼは、染色体分配および細胞質分裂に関与すると考えられており、ヒトには少なくとも3種類の関連遺伝子(AIK1、2、3)が存在する。これらのうちヒトAIK2(AIM-1)については、ドミナントネガティブ遺伝子の発現によって細胞質分裂が正常に行われなくなるという報告がなされているが、AIK1およびAIK3については細胞分裂時における機能の解析は行われていない。今回、ヒトAuroraファミリーについて以下の諸点を明らかにした。1)AIK1の細胞分裂における機能をGFP融合タンパク質を用いて解析した。ドミナントネガティブAIK1のHeLa細胞での過剰発現によって、多核細胞が生じ、中心体数に異常が見られた。細胞分裂時には中心体の位置および紡錘体の異常、染色体が赤道面に並ばないなどの異常が見られた。また、AIK1の中心体への局在に必要なドメインに関して、GFP融合タンパク質を用いて解析した。その結果、中央部分(キナーゼ領域のN-末端部分)が中心体への局在に必要であると考えられた(投稿準備中)。2)抗AIK1および抗AIK3抗体を用いて大腸ガン組織の免疫組織染色を行った。その結果、AIK1の過剰発現が78例中53例で(68%)、AIK3の過剰発現が78例中40例(51%)で観察された(Jpn.J.Cancer Res,2000)。3)抗AIK1抗体を用いて膀胱癌組織の免疫組織染色を行った結果、AIK1の過剰発現が観察された(投稿準備中)。これら3種のヒトAuroraファミリーキナーゼが、それぞれどのような蛋白質をリン酸化し、細胞分裂を制御しているのか、また癌化に関与するかについてさらに解析を行っていく予定である。ヒト

NEK2は細胞分裂に関与することが報告されているが、NEK3およびNEK7は今のところ細胞分裂との関連を示す結果は得られていない。NEK3およびNEK7の機能について、さらに解析を行う予定である。
Bertholide型金属間化合物の表面特性を応用した新規な触媒の開発

Bertholide型金属間化合物の存在が知られているCo-Ge、Co-Al、Ni-Sn系のそれぞれについて、以下の手順で単一相の金属間化合物を調製した。市販の高純度粒状金属を目的金属間化合物の量論比で混合した後、シリコニット高温炉あるいはアーク溶融炉を用い、溶融、徐冷した。得られたインゴットを乳鉢で粉砕し粉末とし、XRDで結晶構造を調べた。目的金属間化合物の単一相が得られるように、混合比等を調製した結果、Bertholide型のCoGe、CoAlおよびNi_3Sn_2の単一相が得られた。EDXにより粉末粒子それぞれの組成を調べたところ、粒子間で同様な組成をもつことが分かった。調製した金属間化合物粉末を高温で水素処理し、空気により酸化された表面を還元した。処理温度を変え、生成した水の量から最適還元条件を求めた。還元前処理を施した金属間化合物のXPSスペクトルから次のことが明かとなった。還元処理により表面においてもAl以外は金属に還元されていること、CoAl以外は表面組成がバルク組成とほぼ一致すること、CoGeおよびNi_3Sn_2において構成元素間で強い電子的相互作用がないことである。上記金属間化合物を触媒として、ガラス製閉鎖循環系反応装置を用いて、H_2-D_2交換反応を行った。Co金属と比較して、各金属間化合物ははるかに低い活性を示した。すなわち、水素の解離能力が金属単体と比べて著しく低いことが明かとなった。次に、アセチレンおよびエチレンの水素化反応に対する触媒活性を調べた。その結果、金属間化合物はアセチレンの水素化に対して金属単体よりも低い活性を示すこと、およびエチレン水素化には全く活性を示さないことが分かった。この特異な触媒特性によって、金属間化合物上ではアセチレンがエチレンへと水素化されてもさらにエタンへとは水素化されないという高度な選択性をもつことが明かとなった。
EGFR-TKI によるEMTを介した肺癌の薬剤耐性獲得と肺線維化機序の解明

FACSを用いてEFR-TKI誘導性薬剤耐性クローンをCD133の高低で分類したところ、CD133 highの細胞集団はがん幹細胞の特徴を、CD133 lowの細胞集団は老化細胞の特性を持つことが明らかとなった。がん幹細胞の治療薬であるWithaferin AはCD133 highの細胞集団を、糖代謝阻害剤はCD133 lowの細胞集団をそれぞれ効果的に治療することが出来た。本研究はEGFR-TKIによるEMTを介した肺癌の薬剤耐性獲得と肺線維化機序を解明するために行っている。2013年度の研究実績は以下の通りである。まず肺癌細胞およびヒトの正常な肺胞上皮細胞の細胞株を用いて、EGFR-TKIであるGefitinibに対する耐性株を作成した。これらの耐性株を用いてRT-PCRの手法を用いて解析を行ったところ、一部の細胞株においてはEMTを誘導する転写因子であるZEB2の上昇が見られた。また同時にTGFβの産生も上昇していることが示された。TGFβは間質性肺炎を惹起することが広く知られており、今回の結果はGefitinibとEMTおよび間質性肺炎との関連を示唆する重要な所見と考えている。申請者らがこれまでに行ってきた研究からDTPsには癌幹細胞と老化細胞が含まれている可能性が強く示唆されている。現在のところ耐性株を標的とした薬剤開発が進んでいるが未だ十分な成果は得られておらず耐性株の出現を防止する治療法の開発も進んでいないのが現状である。その原因として再発の途中段階であるDTPsから生成してきた肺癌再発組織ではEGFR-TKIに耐性になっているだけではなく癌組織の多様性も再度獲得されていることがあらゆる抗癌剤への耐性につながっている可能性がある。本研究では遷移状態であるDTPsの排除を行うことで、再発の阻止を目指している。これまでDTPsを標的とした治療戦略は存在せずDTPsの解析についてもほとんどなされていない点で我々の研究は意義深い。さらに、この研究は肺癌診療の改善と肺癌死の克服に寄与する可能性があり、非常に重要な研究であると考えられる。分子標的治療薬の登場は非小細胞肺がんに劇的な効果をもたらしたが、根治は未だに難しく、その原因の一つとして、比較的急速に出現する薬剤耐性クローン(DTPs)の存在が考えられる。本研究の目的は上皮成長因子受容体(EGFR)遺伝子変異陽性非小細胞肺がんに対してEGFR-チロシンキナーゼ阻害剤(TKI)を投与してDTPsを誘導し、DTPsの構成要素を明らかとし、その治療法を確立することである。FACSを用いてDTPsを幹細胞の表面マーカーであるCD133の高低で分類したところ、CD133 highの細胞集団はがん幹細胞に関連したタンパク、マーカーの発現がみられ、腫瘍形成能も確認された。一方で、CD133 lowの細胞集団は細胞老化に関連したタンパク(pRb、γH2AX、p27、p21)を発現していることが明らかとなった。また、従来の抗がん剤(cisplatin、pemetrexed、docetaxel)等と比較してがん幹細胞の治療薬であるWithaferin Aや糖代謝阻害剤(2-DG、phloretin)はDTPsに対して抗腫瘍効果が高かった。そこで、EGFR-TKI誘導性のDTPsにおける糖代謝について解析を行ったところ、CD133 highの群に比較して、CD133 lowの群で、糖代謝関連酵素(AMPK)のリン酸化や、糖トランスポーター(Glut1、Glut3)、糖代謝酵素(Hk2)の発現が亢進していることが明らかとなった。さらに、PC9を皮下移植した担がんマウスモデルにEGFR-TKIを投与し、腫瘍が再増殖をしてきた段階で、Withaferin Aや糖代謝阻phloretinあるいはWithaferin Aとphloretinの両者をEGFR-TKIに追加して、治療効果を解析した。その結果、EGFR-TKI単剤と比較して、これらの薬剤の追加で高い抗腫瘍効果を認めたFACSを用いてEFR-TKI誘導性薬剤耐性クローンをCD133の高低で分類したところ、CD133 highの細胞集団はがん幹細胞の特徴を、CD133 lowの細胞集団は老化細胞の特性を持つことが明らかとなった。研究計画書に予定していたEGFR-TKIの(1)薬剤耐性と(2)薬剤性肺線維化におけるEMTの関与について明らかにすることを目的とした実験は、上記研究実績の概要に示した通り、関連性が見られなかったため、DTPsに着目して実験を進めた。呼吸器内科当該年度の研究から、EGFR-TKI投与後に残存するDTPsが癌幹細胞と細胞老化を起こした細胞の少なくとも2種の異なる細胞群で形成されることを発見した。本研究では、(1)EGFR-TKI投与過程で生じる癌幹細胞と老化細胞からなるDTPsの形成機序の解明、(2)DTPsを排除することによる耐性克服という新たな治療戦略の構築を目的に下記実験を行っていく。すなわち、EGFR遺伝子陽性肺癌細胞株に対してEGFR-TKIを投与し、DTPsを作成する。

癌幹細胞の表面マーカーのひとつであるCD133を用いて、DTPsよりCD133 high/lowの細胞群に分離し、1CD133 high群の細胞集団が癌幹細胞の特性を有すること、2CD133 low群の細胞集団が細胞老化を起こした細胞の特性を有することを検討し、DTPsを構成する細胞集団の特性を評価する。次にマウス移植モデルにて、糖代謝の変化を利用した新規の治療法によりCD133 low群の細胞を排除できるかを評価する。またCD133 high群に対しては幹細胞を標的とした薬剤として報告されているwithaferin Aを用いた実験によりCD133 high群を排除できるかを評価する。これらの実験により、DTPsの形成を阻止する治療法の確立を目指す。当初の予定通り実験計画は遂行されており、また結果も我々の仮説に矛盾しないものが得られているため。端数として処理困難であったから。今後は上記の結果を他の細胞株でも普遍的に起こっていることかどうかを確認する実験を行い、その後はin vivoにても同様の結果が確認されるかを検討する予定である。次年度の研究費に組み込む。ほぼ予定通りの支出となり繰り越し額は必要最低限になったと考えています。次年度に合算して使用させていただく予定です。
慢性呼吸器疾患に対する鍼灸治療の効果に関する研究―地域医療における統合医療の実践

本研究では、地域医療において、高齢者に多い呼吸器疾患を対象に、現代医学の標準的治療に鍼灸治療を併用した統合医療の場として、附属病院と附属鍼灸センターを中心とした地域医療と臨床研究の体制を確立する。これにより、地域医療に寄与し、補完医療として鍼灸治療の研究を深めることを目的とする。具体的には、現代医学の標準的治療に鍼灸治療を併用した統合医療により、慢性呼吸器疾患(気管支喘息、慢性閉塞性肺疾患(COPD)、特発性間質性肺炎)に対する臨床効果を検討した。1.気管支喘息では、運動誘発性喘息と診断された患者23名を対象に鍼治療を行い、運動負荷後の閉塞性換気障害の増強を示す1秒量の低下、喘息の病態である気道過敏性の亢進、病因である気道炎症の抑制効果が有意に認められた。2. COPDでは、患者8名を対象に鍼治療を併用し、修正MRCの呼吸困難重症度やGOLD重症度分類で示される病期が改善する傾向、SGRQで示されるCOPD患者の予後因子であるQOLが改善する傾向も認められた。また、6分間歩行試験による歩行距離が増加し、運動耐容能の有意の改善が認められた。呼吸機能検査では、肺活量VCと最大吸気量ICは増加傾向を示し、努力性肺活量FVCと1秒量FEV1が有意に増加し、拘束性換気機能の改善が認められた。鍼治療により、予後予測因子であるBODE indexが有意に改善し、COPDに合併する肺高血圧症や右心不全の改善傾向も認められ、予後の改善効果が示唆された。予後予測因子のBODE indexの改善と予後不良因子の肺高血圧や右心負荷の改善傾向は、過去に報告なく、本研究の特色である。3.特発性間質性肺炎の患者3名を対象に鍼治療を併用し、呼吸困難重症度、6分間歩行試験による呼吸困難重症度、運動耐容能や歩行中の動脈血酸素飽和度の改善と、間質性肺炎の活動性を示すバイオマーカKL-6の低下が認められた。1.通院の気管支喘息患者の中で、1週間に1度の頻度で、鍼灸治療併用した治療を受けることのできる患者が少なかったため、運動誘発性喘息患者と診断された、主に青年期の患者を対象に、実施することとなった。2. COPD患者は高齢者が多く、呼吸困難の症状もあることから、1週間に1度の頻度で通院や継続的な鍼灸治療を受けることのできる患者が少なかった。目標症例の達成が困難な状況であっても、条件反転法下に研究を実施する。3.特発性間質性肺炎の患者で、鍼灸治療を希望する患者が少なかった。COPD患者と同様に、高齢者が多く、呼吸困難の症状もあることから、1週間に1度の頻度で通院や継続的な鍼灸治療を受けることのできる患者が少なかった。1.運動誘発性喘息について、平成31年度も10ー15名の被験者数を治療し、条件反転法下に対照研究を実施する。2. COPDについては、少数事例であっても、条件反転法下の対照研究として行う方針である。目標症例の達成に時間を要する場合は、症状、呼吸困難重症度や運動耐容能、歩行時の経皮的動脈血酸素飽和度、呼吸機能や呼吸筋力などと、心負荷との関係について、平成31年度9月までの治療症例数で解析し、中間報告を行う方針である。鍼治療期間前後で、治療効果を比較し、症例集積研究として評価することも検討する。3.特発性間質性肺炎の患者5-6名の症例で、可能な限り条件反転法下に研究を行い、治療効果を検討する方針である。1.気管支喘息では、運動誘発性喘息と診断された患者15名を対象に鍼治療を行い、運動負荷後の閉塞性換気障害の増強を示す1秒量の低下、喘息の病態である気道過敏性の亢進、病因である気道炎症の抑制効果が有意に認められた。2. COPDでは、患者5名を対象に鍼治療を併用し、修正MRCの呼吸困難重症度やGOLD重症度分類で示される病期が改善する傾向、SGRQで示されるCOPD患者の予後因子であるQOLが改善する傾向も認められた。3.特発性間質性

肺炎の患者1名を対象に鍼治療を併用し、呼吸困難重症度、6分間歩行試験による呼吸困難重症度、運動耐容能や歩行中の動脈血酸素飽和度の改善と、間質性肺炎の活動性を示すバイオマーカKL-6の低下が認められた。理由:上の区分を選択した理由を簡潔に入力すること(最大800字改行5回まで)1.通院の気管支喘息患者の中で、1週間に1度の頻度で、鍼灸治療併用した治療を受けることのできる患者が少なかったため、運動誘発性喘息患者と診断された、主に青年期の患者を対象に、実施することとなった。2. COPD患者は高齢者が多く、呼吸困難の症状もあることから、1週間に1度の頻度で通院や継続的な鍼灸治療を受けることのできる患者が少なかった。目標症例の達成が困難な状況であっても、条件反転法下に研究を実施する。3.特発性間質性肺炎の患者で、鍼灸治療を希望する患者が少なかった。COPD患者と同様に、高齢者が多く、呼吸困難の症状もあることから、1週間に1度の頻度で通院や継続的な鍼灸治療を受けることのできる患者が少なかった。本研究では、地域医療において、高齢者に多い呼吸器疾患を対象に、現代医学の標準的治療に鍼灸治療を併用した統合医療の場として、附属病院と附属鍼灸センターを中心とした地域医療と臨床研究の体制を確立する。これにより、地域医療に寄与し、補完医療として鍼灸治療の研究を深めることを目的とする。具体的には、現代医学の標準的治療に鍼灸治療を併用した統合医療により、慢性呼吸器疾患(気管支喘息、慢性閉塞性肺疾患(COPD)、特発性間質性肺炎)に対する臨床効果を検討した。1.気管支喘息では、運動誘発性喘息と診断された患者23名を対象に鍼治療を行い、運動負荷後の閉塞性換気障害の増強を示す1秒量の低下、喘息の病態である気道過敏性の亢進、病因である気道炎症の抑制効果が有意に認められた。2. COPDでは、患者8名を対象に鍼治療を併用し、修正MRCの呼吸困難重症度やGOLD重症度分類で示される病期が改善する傾向、SGRQで示されるCOPD患者の予後因子であるQOLが改善する傾向も認められた。また、6分間歩行試験による歩行距離が増加し、運動耐容能の有意の改善が認められた。呼吸機能検査では、肺活量VCと最大吸気量ICは増加傾向を示し、努力性肺活量FVCと1秒量FEV1が有意に増加し、拘束性換気機能の改善が認められた。鍼治療により、予後予測因子であるBODE indexが有意に改善し、COPDに合併する肺高血圧症や右心不全の改善傾向も認められ、予後の改善効果が示唆された。予後予測因子のBODE indexの改善と予後不良因子の肺高血圧や右心負荷の改善傾向は、過去に報告なく、本研究の特色である。3.特発性間質性肺炎の患者3名を対象に鍼治療を併用し、呼吸困難重症度、6分間歩行試験による呼吸困難重症度、運動耐容能や歩行中の動脈血酸素飽和度の改善と、間質性肺炎の活動性を示すバイオマーカKL-6の低下が認められた。1.通院の気管支喘息患者の中で、1週間に1度の頻度で、鍼灸治療併用した治療を受けることのできる患者が少なかったため、運動誘発性喘息患者と診断された、主に青年期の患者を対象に、実施することとなった。
高透過・高選択性二酸化炭素分離膜の精密構造制御

本研究では、種々のポリイミド膜のCO2/CH4およびCO2/N2混合ガス透過において、ブロッキング効果とそれを生じさせる要因となるナノ構造、特に未緩和体積の大きさとの関係を明らかにすることを目的としている。これらの結果をもとに、高いCO2選択性を示す膜選定のための指針を与えることが、この研究の主目的である。今年度は膜素材となる合成したポリイミド(合計9種類)の一部について、ガス透過性能測定および、17年度導入した高圧ガス収着測定装置を用いてCO2収着性能測定を行った。ヘキサフルオロイソプロピリデンテトラカルボン酸二無水物(6FDA)を酸成分に、テトラメチル-p-フェニレンジアミン(TeMPDA)、トリメチル-m-フェニレンジアミン(TrMPDA)あるいはp-フェニレンジアミン(PDA)をジアミン成分に用いたそれぞれのホモポリマー膜の気体透過性を異なる温度で測定した。その結果、6FDA-TeMPDA、6FDA-TrMPDA膜についてはCO2の透過の活性化エネルギーが負となったことから、ブロッキング効果を示す膜であることが示唆された。一方で、6FDA-PDA膜は通常の高分子に見られる正の活性化エネルギーを示し、ブロッキング効果を示さないことが示唆された。また、CO2収着量測定結果から求めたガラス状態にある未緩和体積(C'H)は、6FDA-TeMPDA、6FDA-TrMPDAで約55cc(STP)/cc(polymer)と、有機蒸気などによるブロッキング効果を示すとされている一部の置換アセチレン系高分子膜に近い値を示した。一方で6FDA-PDA膜では、通常のブロッキング効果を示さないガラス状高分子と同程度であった。これら6FDA-TeMPDA、6FDA-TrMPDAとPDA系の共重合体、ブレンド膜において、CO2に対してブロッキング効果を示す構造の遷移領域が存在するものと考えられる。この遷移領域での膜の状態、CO2に対する収着・透過性能を解析することで、最も適した分子設計指針が得られるものと期待される。本研究では、CO_2に対して負の、CH_4とN_2に対して正のΔH_sを示すポリイミドをベースに共重合体を調製し、それらの膜のCO_2/CH_4およびCO_2/N_2混合ガス透過において、ブロッキング効果とそれを生じさせる要因となるナノ構造、特に未緩和体積の大きさとの関係を明らかにすることを目的としている。これらの結果をもとに、高いCO_2選択性を示す膜選定のための指針を与えることが、この研究の主目的である。今年度は膜素材となるポリイミド合成(合計9種類)およびその構造解析・キャラクタリゼーション(密度、固有粘度、ガラス転移温度)を行った。また、設備備品として高圧ガス収着測定装置を試作し、装置の検定を開始した。ヘキサフルオロイソプロピリデンテトラカルボン酸二無水物(6FDA)を酸成分に、テトラメチル-p-フェニレンジアミン、トリメチル-m-フェニレンジアミンあるいはp-フェニレンジアミンをジアミン成分に用い、それぞれのホモポリマーを得た。また、ジアミン成分を二成分とした共重合体も合成した。共重合体組成比は核磁気共鳴(NMR)測定により求めた。合成した各ポリイミドは赤外吸収スペクトル、NMR測定結果からイミド化率95%以上であることが確認され、密度とガラス転移温度は報告されている既知の値とほぼ同程度であったことから、目的のポリイミドが得られたものと判断した。固有粘度の値もポリイミドの自立膜を得るのに十分高いことが確認できたので、合成したポリイミドを用いてホモポリマー膜、ブレンド膜、共重合体膜の製膜を行い、それぞれの自立膜を得た。これら6FDA-TeMPDA、6FDA-TrMPDAとPDA系の共

重合体、ブレンド膜において、CO2に対してブロッキング効果を示す構造の遷移領域が存在するものと考えられる。この遷移領域での膜の状態、CO2に対する収着・透過性能を解析することで、最も適した分子設計指針が得られるものと期待される。
害虫の網膜電位特性に連動した黄色LED光源による物理的害虫防除装置の試作

本研究は、超高輝度黄色LEDを利用した物理的な害虫防除光源装置の開発である。害虫のERG(網膜電位)信号を計測し、そのデータに基づき夜間での行動観察を関連付け効果的な防除方法を目指す。夜間に連続照射すると防除効果はあるが、照明に伴い植物体の種類により生育障害を起こす。障害なしで有効な黄色LEDのパルス点灯の時間構造は明期20ms、暗期80ms、光強度は210 lxが光刺激の持続性を確認でき、キクの開花遅延や生長阻害を与えない。また、ERG信号のデーターベース化を構築し、特定害虫種に有効な光源選択を可能とした。本研究では化学農薬に替わる害虫防除方法を模索しており、超高輝度黄色LEDの諸特性を積極的に利用した物理的な新しいタイプの害虫防除光源装置の開発を行っている。開発にあたり、近年、特に農作物に被害を多くもたらす特定害虫種(チャバネアオカメムシ,オオタバコガ,ハスモンヨトウ)の光に対するERG(網膜電位)信号を計測し、そのデータと行動観察とを関連付けることにより、より効果的な防除方法の確立を急務としている。初年度では、S/N比向上を目指したERG信号計測の実験系の再構築とLED光源制御装置の再設計を行う。(1)実験系の再構築現在までに構築してきたERG信号計測システムに関して、本年度では自作の生体電位アンプ(計測用アンプ)の再設計及び試作を行う。高性能なリニアICやフィルタICなどの調査後、新型ICを採用をして基本設計・試作を行った。(2)慣れ防止および低消費電力化を目指したLED光源制御装置の再設計ゆらぎ光やパルス光のLED光源パネルの試作運用は予備的に実施済みであるが、その光源パネルに対する防除効果は判然としなかった。本年度は、より多くの害虫種および個体サンプル数を対象として、得られた各種のERG信号の諸特性をLED光源パネルの制御装置に反映させる。この制御技術は申請者の電子回路設計・製作技術を活かして基本設計を実施した。また、次年度実施予定の農地での加害調査用のLED光源装置試作および設置に向けて、全体システムの再度基本設計を実施した。これまで多くのLED光源パネルを試作した廃物品があるので、それを積極的に再利用した。開発にあたり、特に農作物に被害を多くもたらす特定害虫種(オオタバコガ,ハスモンヨトウ)の光に対するERG(網膜電位)信号を計測し、そのデータに基づき、屋外の夜間での行動観察とを関連付けることにより、より効果的な防除方法の確立を目指している。夜間に連続照射することで、害虫の防除効果は見込まれるものの、夜間照明に伴い植物体の種類によっては生育障害を引き起こす場合もある。この年度では、短日性植物であるキクの開花遅延を与えず、害虫には昼間と勘違いさせて加害をなくす光照射方法の確立を実施した。前年度までに得られたERG信号の光応答特性を反映して、光源パネルの光制御回路にパルス点灯を採用した。当初の研究計画に準じてこれまで試作してきた廃物品のLED光源パネルや制御装置の再生利用を行った。パルス点灯の時間構造については明期20ms、暗期80ms、光強度は2lx(ルックス)から10lxが、ヤガ類であるオオタバコガとハスモンヨトウには光刺激の持続性が確認でき、さらに切り花のキクには開花遅延や生長阻害が無いことが判明した。光源は、シャープ社製の超高輝度型のレモンイエローLEDを採用して低消費電力で、しかも広い照射範囲を可能とした。そして、前年度に引き続きERG信号の継続計測を実施した。この年度では、特にハスモンヨトウを中心に可能な限り多くのデータ(約100頭)を収集し、更なる信頼性の高い基礎資料収集を実施できた。生育障害を起こさず害虫防除に有効な黄色LEDのパルス点灯の時間構造については明期20ms、暗期80ms、光強度は2lx(ルックス)から10lxが、ヤガ類であるオオタバコガとハスモンヨトウには光刺激の持続性が確認でき、さらに切り花のキクには開花遅延や生長阻害が無いことがほぼ判明している。

本年度も前年度に引き続き、ERG信号の継続計測を実施し、可能な限り多くのデータを収集し、更なる信頼性の高い基礎資料収集を実施した。今回は、ERG信号の諸特性の大量データーベースを構築し、特定害虫種に対する防除に有効な光源選択が瞬時に可能とした。将来的に大量発生しそうな害虫が予察可能な場合、これまでの蓄積データと照合することで、防除に有効なLED光源の設計提案を緊急情報発信する体制をほぼ構築することができた。そして、日本を始め世界中での共有財産として提供することも可能となった。また、新たな取り組みとして、予備的であるが、ゴキブリの複眼の光受容特性である網膜電位(ERG信号)応答特性の計測にも成功した。今後の光線利用による物理的防除方法の見通しを得ることもできた。
多極磁場を有するプラズマ反応器の最適化に関する研究

多極磁場のプラズマ閉じ込め効果についてPIC/MC法を用いた解析を行った.多極磁場の効果がはじめて示された装置に注目し,中心軸上の加熱されたフィラメントからの電子放出により維持される熱陰極放電を2次元でモデリングした.背景ガス圧力,磁場の強さ,磁極数を変化させた系統的解析を行い多極磁場のプラズマに対する影響を明らかにした.プラズマ密度は5mTorr以下の圧力域において約一桁,増加し,電子密度が磁極付近にピークを持つこと,プラズマ電位が負の値を持つことが明らかにされた.中心から放出された高エネルギー電子の平均自由行程が放電長さよりも長いような低圧力な条件の場合に,プラズマ閉じ込めの効果が大きいことが分かった.また閉じ込めのために最適な磁極数が存在することが明らかにされた.2次元の解析を発展させ,軸方向に有限の装置形状を考え,多極磁場を有するVHFプラズマ反応器の3次元解析を行った.装置形状としては円筒状であり,軸方向に平行平板型電極が存在する.プラズマ構造に対するガス圧力と多極磁場の影響を解析した.プラズマ密度は40mTorr以下の圧力域において約一桁,増加する.また磁場無しでは放電を維持することの出来なかった10mTorrにおいても放電を維持することが出来た.プラズマ密度は壁面付近でピークを持ち,このピークの存在により,電極へのイオンフラックスの一様性が悪化する.一方,電極に入射するイオンのエネルギー分布関数(IED)の形状には磁場は大きな影響を与えない.2次元の場合と比較すると,高エネルギー電子の生成場所が装置全体に広がるためにさらに高い圧力域においても磁場が有効であることが示された.以上,本研究ではPIC/MC法による多極磁場を有するプラズマ反応器の解析を行い,閉じ込め条件とプロセスの一様性に対する影響の観点から最適装置設計の指針となるための指針を得た.多極磁場のプラズマ閉じ込め効果についてPIC/MC法を用いた解析を行った.多極磁場の効果がはじめて示された装置に注目し,中心軸上の加熱されたフィラメントからの電子放出により維持される熱陰極放電を2次元でモデリングした.背景ガス圧力,磁場の強さ,磁極数を変化させた系統的解析を行い多極磁場のプラズマに対する影響を明らかにした.プラズマ密度は5mTorr以下の圧力域において約一桁,増加し,電子密度が磁極付近にピークを持つこと,プラズマ電位が負の値を持つことが明らかにされた.中心から放出された高エネルギー電子の平均自由行程が放電長さよりも長いような低圧力な条件の場合に,プラズマ閉じ込めの効果が大きいことが分かった.また閉じ込めのために最適な磁極数が存在することが明らかにされた.2次元の解析を発展させ,軸方向に有限の装置形状を考え,多極磁場を有するVHFプラズマ反応器の3次元解析を行った.装置形状としては円筒状であり,軸方向に平行平板型電極が存在する.プラズマ構造に対するガス圧力と多極磁場の影響を解析した.プラズマ密度は40mTorr以下の圧力域において約一桁,増加する.また磁場無しでは放電を維持することの出来なかった10mTorrにおいても放電を維持することが出来た.プラズマ密度は壁面付近でピークを持ち,このピークの存在により,電極へのイオンフラックスの一様性が悪化する.一方,電極に入射するイオンのエネルギー分布関数(IED)の形状には磁場は大きな影響を与えない.2次元の場合と比較すると,高エネルギー電子の生成場所が装置全体に広がるためにさらに高い圧力域においても磁場が有効であることが示された.以上,本研究ではPIC/MC法による多極磁場を有するプラズマ反応器の解析を行い,閉じ込め条件とプロセスの一様性に対する影響の観点から最適装置設計の指針となるための指針を得た.
裁判外行政紛争解決制度の総合研究・東アジアの制度・運用との比較

裁判外の行政紛争解決制度について、我が国では、平成20年に行政不服審査法の全部改正法案がまとめられた。同法には、なお、様々な問題がある。特に、行政不服審査と苦情処理が別々に運用される点は最大の問題である。一方、例えば、韓国の行政審判制度では、苦情処理や公益通報制度との統合化が図られている。そのほか、東アジアにおける裁判外行政紛争解決制度には、日本が参照すべき事項がある。研究代表者・田中孝男と研究分担者・木佐茂男は、本補助事業である裁判外行政紛争解決に関して、引き続き制度の実体、運用の調査と比較研究を進めてきた。研究代表者・田中は、2009年6月に開催された日本公共政策学会の分科会において、自治体における債権管理の現状と課題に関するセッションの司会を行った。そして、自治体と私人の間の債権債務(公法上と私法上のものを、とくに区別しない)に係る紛争処理に関する法制度の現状と運用の課題、解決策について研究と交流を行うことで、本研究に関する各論に位置する債権に関する行政紛争における解決のあり方についての研究・交流を深めた。また、研究分担者・木佐は、その所属する九州大学法科大学院付属の法律事務所(弁護士法人九州リーガル・クリニック法律事務所)が受任する事件にあって、最高裁判決(産業廃棄物最終処分場使用差止請求事件。平成21年7月10日第二小法廷判決・集民231号273頁)を得た。同判決が示す理論的な内容は、木佐が研究し、当該裁判の実践過程で展開した成果と一致するものではないが、木佐の活動が、このテーマの法解釈に関する最高裁の同判決を引き出し、判例理論の構築に資する貢献をなしたところである。さらに、木佐の研究論文(日本国内未公表)である「法の支配と自治体公務員法教育」について、その中国語版が台湾行政院の発行する『人事月刊』に公表され、国際的な評価を得た。また、木佐は、裁判外行政紛争解決なども含めた日本司法全般について定評のある書籍である『テキストブック現代司法』の改訂(第5版)に関して、共著者として、全体の3分の1以上(全361頁のうち130頁余り)にわたる部分について単独又は共同での改訂を担当し、この間の研究成果を、広く一般にも普及させることができた。研究代表者・田中孝男は、東アジアにおける裁判外行政紛争解決制度の研究として、韓国・行政審判法の全部改正案の調査を進めてきた。なお、韓国行政審判法は、国会で修正された上、平成22年1月末に公布され、現在施行に向け準備中であることから、ある程度、韓国側の準備が整ってから、再度詳細な調査研究を進めるべく、準備を進めている。また、田中は、日本の行政不服審査法改正案の検討を含めた、日本における裁判外行政紛争解決制度の研究を進め、その成果を、日本都市センター報告書やジュリスト誌に論文として、逐次まとめて発表してきた。その成果を踏まえて、田中は、平成21年12月26日、中国・済南で開催された第5回日中公法学シンポジウムにおいて、「日本における自治体争訟法務の現状と課題」と題した報告を行った。日中両国の比較研究及び共通の法理論研究の糸口となる本報告の内容は、中国国内において、翻訳されて出版される予定であり、また、その日本語原稿も、日本の公法論文が載る場合に権威のある『自治研究』誌、平成22年4月号・5月号(校了済み)に掲載されている。また、研究成果を踏まえた論文を引き続き査読つき論文として投稿し終えたところである。研究分担者・木佐は、全国各地の裁判外行政紛争解決についてさまざまな事例等を収集し、問題把握に努めるとともに、関連の論文を逐次発表し、あわせて、国内においては、木佐が所属する九州大学法科大学院付属の法律事務所(弁護士法人九州リーガル・クリニック法律事務所)が受任する事件の解決を踏まえて、本研究テーマに関する論文等をまとめる準備を進めている。本研究課題の研究期間の最終年度における平成22年度は、前年度までの研究を踏まえた総括的な成果をまとめた。研究代表者・田中は、日本の自治体争訟法務の現状と課題に関する論文を発表した。この論文では、まず、行政上の苦情申立てに関する法的考察の不備を指摘した。そして、その上で、自治体では、行政不服審査事務と訴訟事務を担当する組織が同一であるために、行政不服審査による審理の公正さが担保されないこと、抜本的な組織改編が必要であることを明らかにした。さらに、別の論文で、政府・地方行財政検討会議が構想する地方自治法制の抜本見直しにあって、監査委員を廃止するという検討案について、住民監査請求制度がどのような影響を被るのかの検討が不十分であることを明らかにした。また、研究分担者・木佐は、行政契約の一形態である公害防止協定に関する紛争解決について、裁判外紛争解決手続の機能不全と裁判実務をめぐる問題をまとめ、東アジアとの比較という点から、中国人民大学において「行政と私人が締結する契約の諸問題-公害防止協定を中心として」として講演・討論を行った。これにより、研究成果を広く内外に発表した。

さらに、中国・司法部の王公義・司法研究所長と意見交換を行い、本研究期間満了後も本テーマにつき定期的な共同研究を推進すべきことを確認し、本研究に続く将来展望を得ることができた。我が国では、政権交代に伴い、平成22年8月から政府・行政刷新会議において、行政不服審査法の抜本見直しの検討が始まっている。見直しの検討は、平成23年3月の東日本大震災の発生に伴い、中断しているようであるが、これらの研究成果が、政府における各種の裁判外行政紛争解決制度改革に対する一つのあり方を提供し、有意義な成果を挙げたと考えられる。
温暖化によるイネ科多年生雑草チガヤの分布拡大と雑種形成に関する雑草学的研究

温暖化によって、東北南部以南に分布するイネ科多年生雑草チガヤの普通型が、早生型がおもに分布する東北北部に分布拡大している可能性を検証するために、GOTアロザイムおよび葉緑体DNAのtrnL (UAA) 3' exon - trnF (GAA)領域に見られる21塩基対の挿入・欠失変異を用い、1980年代初めに採集した個体と本研究において採集した個体を類別した。東北北部では両型の雑種が広く分布を拡大していることが明らかになった温暖化によって、東北南部以南に分布するイネ科多年生雑草チガヤの普通型が、早生型がおもに分布する東北北部に分布拡大している可能性を検証するために、GOTアロザイムおよび葉緑体DNAのtrnL (UAA) 3' exon - trnF (GAA)領域に見られる21塩基対の挿入・欠失変異を用い、1980年代初めに採集した個体と本研究において採集した個体を類別した。東北北部では両型の雑種が広く分布を拡大していることが明らかになった日本では、チガヤの普通型と早生型が分布している。普通型は東北南部から沖縄県の水田畦畔や路傍、芝地、果樹園などに広く生育し、早生型は北海道から九州の河川敷などやや湿った生育地に局所的に分布している。普通型が侵略的な特性をもつのに対し、早生型の生育地は限られている。温暖化にともない普通型の分布域が北上し、新たな雑.草害が生じ、さらに、従来から分布している早生型との雑種形成による新たな雑草害が懸念される。本年度は、まず、大阪府由来の普通型個体の出穂期を加温により促進し、大阪府由来の早生型個体の出穂期と同調させ、両型を人為的に交雑し、正逆雑種個体を約800個体作出し、増殖した。雑種個体の1年目の生育量は、個体により大きく異なり、草丈および乾物生産量において幅広い変異を示した。また、集団のクローン構造や遺伝的変異の解析、普通型、早生型および雑種の識別に用いる遺伝マーカーとして、1980年代初めに採集し、現在も系統維持しているチガヤの普通型および早生型のうち約50系統を用いてマイクロサテライト(SSR)マーカーを新たに開発した(MaedaetaL,2009)。新たに開発したSSRマーカーによって、集団のクローン構造を明らかにすることが可能となった。また、既に報告されているGOTアイソザイム分析を併用することによって普通型、早生型および雑種を迅速に識別することが可能となった。普通型の分布域北上の実態を明らかにするために、1980年代初めに行った現地調査で明らかにした普通型の分布域北限であった秋田県および岩手県北部を中心にチガヤを新たに採集し、開発したSSRマーカーを用いて同定した。その結果、1980年代の分布北限よりも北方で普通型の生育を確認した。チガヤの普通型は東北南部から沖縄県の水田畦畔や路傍、芝地、果樹園などに広く生育し、早生型は北海道から九州の河川敷などやや湿った生育地に局所的に分布している。温暖化にともない普通型の分布域が北上し、新たな雑草害が生じ、さらに、従来から分布している早生型との雑種形成による新たな雑草害が懸念される。本年度は、チガヤの普通型と早生型の雑種の適応度を評価するために、平成21年に育成した普通型と早生型の正逆人為雑種の根茎から萌芽したシュートを用いて雑種の適応度を両親と比較した。早生型がやや湿った生育地に分布していることから、7号素焼き鉢を圃場で栽培する区と素焼き鉢を堪水した大型容器に沈め、土壌含水率を常に高く保った区とを設けた。両親、その正逆雑種個体54系統について乾物生産量を比較したところ、普通型は圃場設置区で高い乾物生産量を示し、早生型は堪水区で高い乾物生産量を示した。雑種は、正逆にかかわらず、両親よりも高い乾物生産量を示す系統あるいは低い乾物生産量を示す系統もあったが、大部分は両親の中間に位置した。GOTおよび平成21年に開発したマイクロサテライトマーカー(Maeda et a1., 2009)を用い、1980年代初めに採集し、現在まで系統維持している個体を普通型、早生型および雑種に類別した。東北で採集した系統の中に雑種が見いだされたが、その他の地域由来の系統の中に雑種は存在しなかった。本年度、新たに東北北部でチガヤを採集し、普通型、早生型および雑種に類別した結果、これらの個体の大部分が雑種であることが明らかになり、約30年の間に雑種の分布域が北上、拡大していることが推定された。普通型がやや侵略的な特性をもつのに対し、早生型の生育地は限られている。温暖化にともない普通型の分布域が北上し、さらに、従来から分布している早生型との雑種形成による新たな雑草害が懸念される。

本年度は、GOTアロザイムおよび葉緑体DNAのtrnL (UAA) 3' exon-trnF (GAA)領域に見られる21塩基対の挿入・欠失変異を用い、1980年代初めに採集し、現在まで系統維持している個体と昨年度東北で採集した個体を普通型、早生型および両者の雑種に類別し、さらに、雑種について、普通型あるいは早生型のいずれが母親であるか判別した。普通型の分布の北限は1980年代初めと比較すると北上していると予想していたが、昨年度東北で採集した個体の遺伝子型を解析した結果、山形県中部以北では普通型ではなく雑種が広く分布していることが明らかとなった。山形県には葉緑体DNAが普通型の雑種が多く、東北北部(青森県、秋田県および岩手県)には葉緑体DNAが早生型の雑種が多く見い出された。しかし、普通型の生育が認められないかあるいは生育密度が極めて低いと推定される東北北部で葉緑体DNAが普通型である雑種も見つかった。チガヤは自家不和合で、風媒であるため花粉が長距離散布することが予想されるが、種子はこれほど長距離散布されることは考えにくく、この雑種の起源について更なる解析が必要である。また、核遺伝子が早生型で葉緑体DNAが普通型である個体も認められ、これらは浸透交雑の結果生じた可能性が高いことが推定された。チガヤは北海道から沖縄県にいたる日本各地に分布している。日本国内に分布するチガヤには、外部形態や生育特性において区別される2型が存在する。このうち、稈の節に毛がある普通型は東北南部から沖縄県の水田畦畔や路傍、芝地、果樹園などに広く生育し、やや侵略的な特性をもっている。稈の節に毛がない早生型は北海道から九州の河川敷などやや湿った生育地に局所的に分布している。チガヤの普通型が日本各地に広く分布するのに対し、早生型の生育地は限られている。温暖化にともないより侵略性の高い普通型の分布域が北上し、さらに、従来から分布している早生型との雑種形成による新たな雑草害が懸念される。昨年度の実験結果から、普通型の生育が認められないかあるいは生育密度が極めて低いと推定される東北北部で葉緑体DNAが普通型である雑種が見つかった。この雑種の起源を明らかにすることは、温暖化にともなうチガヤの分布域の変化を明らかにするために重要である。本年度は、東北南部で採集した普通型個体を中心に、日本の他の地域由来の普通型個体も含めて葉緑体DNAの地域的な変異を検出し、普通型の葉緑体DNAをもつ雑種の起源を明らかにしようとした。供試した各地の普通型個体の葉緑体DNAにおいては明瞭な地域変異を見出すことができず、普通型の葉緑体DNAをもつ雑種の起源を解明するに至らなかった。この雑種の起源については更なる解析が必要である。また、長野県で採集した個体について、生育地の標高の違いによる普通型、早生型および両者の雑種の分布を調査した。長野県においては、従来早生型が分布していたより標高の高い地域に雑種が生育していることを明らかにした。一昨年度における雑種の適応度の評価結果と本年度の結果から、普通型と早生型の雑種のうち、温暖化により両親よりも適応度の高い雑種が分布を拡大している様相を明らかにした。温暖化、特に冬季の最低気温の上昇によってチガヤの普通型が北上するとともに、東北北部で優占している早生型との雑種が形成されることによって新たな雑草問題が生じることが懸念され、分布状況の変化の実態を明らかにしようとした。当初の予想とは異なり、普通型の分布は30年前と比較して北上せず、雑種が青森県内で分布を拡大していることを明らかにした。当初の予想とは異なる結果を得たが、分布状況の変化を明らかにすることができ、おおむね順調に進展している。24年度が最終年度であるため、記入しない。これまでの研究から、チガヤの普通型および早生型の雑種を人工的に育成し、雑種の一部が両親よりも高い適応度をもつことを明らかにした。