hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
温熱的環境適応能の老化過程の解明と老化遅延策の構築

(5)運動時における大腿筋の脱酸素化量の空間不均一性を時間分解・近赤外分光装置で若年者を対象に計測した結果,負荷強度の増加に伴って脱酸素化量の空間不均一性は減少し,最大強度では筋肉間の酸素利用が均一になることが明らかにされた.本研究では,温熱的環境適応能の老化を全身協関的視点から検討した.(1)20,40,50,60歳代男性を対象とした検討において,20歳代に比し,出力系の指標とした軸索反射性発汗(AXR)には60歳まで低下がみられなかったが,入力系としての皮膚の温覚・冷覚閾値では50歳代から,効果器系としての直接刺激性発汗(DIR)では60歳代から,それぞれ低下が観察された.これらの結果は,体温調節機序が,昨年度報告した女性と同様に入力系→効果器系→出力系の順序で老化することを示唆する.(2)女性の高齢者と若年成人で5月から1月まで年5回検討したDIR・AXRの結果に基づき,高齢者は若年成人より,いずれの季節も汗腺機能が低く,その季節変化も小さく,夏季に向けた汗腺機能亢進の遅れが観察された.この遅れは前腕より大腿で顕著だった.(3)上記(1)および昨年度の女性のデータと日常歩行量・最大酸素摂取量・身体的特性を重回帰分析した結果,汗腺機能は日常歩行量・最大酸素摂取量と関連したが,皮膚の温覚・冷覚閾値にはその関連性はみられなかった.そのため,汗腺機能の老化は運動習慣の確立で遅延できることが裏付けられたが,皮膚温覚・冷覚閾値の老化防止策は今回の指標からは見出せなかった.(4)指背部の表皮単一汗腺の導管を光コヒーレンストモグラフィーで視覚化し,その大きさと長さを高齢者と若年者で比較した結果導管の大きさについては,年齢による違いが,いくらかではあるが判別でき,高齢者のそれは若年者より小さい傾向だった.しかし,大きさや長さを判定する方法には表皮の構造などの違いも影響するため,今後これらを考慮した評価法の改善が必要である.(5)運動時における大腿筋脱酸素化量(動静脈酸素量の差を反映)の空間不均一性を時間分解・近赤外分光装置で計測した結果,年齢に関わらず負荷強度の増加に伴って脱酸素化量の空間不均一性は減少した.その減少の程度には年齢の影響は小さい傾向だった
ホスト・ゲスト反応を活用した新タングステン酸系化合物の創製と構造化学的研究

ホスト・ゲスト反応の活用は、溶融、固相反応、水熱法等の通常合成法では合成可能な準安定な新化合物をもたらす。そのため新化合物に種々の特異的機能の発現が期待される。本研究では、層状構造のNa_2W_4O_<13>およびトンネル構造のK_2W_4O_<13>を出発物質とし、ホスト・ゲスト反応の活用により新タングステン酸化合物の合成を行ない、それらの諸機能を評価した。また層状構造のK_2Mn_2O_8を出発物質とし、新マンガン酸化合物の合成をも試みた。1.層状構造のNa_2W_4O_<13>中のNa^+イオンは溶融塩中の1価ゲストイオンと容易に交換することを見いだし、Na_2W_4O_<13>と同型構造で通常法では合成不可能なLi_2W_4O_<13>、K_2W_4O_<13>、Rb_2W_4O_<13>の合成に成功した。新Li_2W_4O_<13>は出発試料の電気抵抗の約1/1000の値を示した。2.トンネル構造のK_2W_4O_<13>中のK^+イオンは溶融塩中の1価ゲストイオンと容易に交換することを見いだし、K_2W_4O_<13>と同型構造で通常法では合成不可能なLiKW_4O_<13>、Na_<1.4>K_<0.6>W_4O_<13>、Rb_<0.8>K_<1.2>W_4O_B、Ag_<1.5>K_<0.5>W_4O_<13>の合成に成功した。またK_2W_4O_<13>の酸処理により得られたトンネル構造のH_<0.25>K_<1.75>W_4O_<13>は、水溶液中のK^+イオンに対してイオン記憶機能を有する可能性があることも見いだした。ホスト・ゲスト反応の活用は、通常の方法では合成不可能な準安定化合物をもたらす。そのためそれらの化合物に種々の特異的機能の発現が期待される。本年度の研究では、層状構造のNa_2W_4O_<13>およびトンネル構造のK_2W_4O_<13>を出発物質とし、ホスト・ゲスト反応の活用により新タングステン酸化合物の合成を試みた。Na_2W_4O_<13>中のゲストであるNa^+イオンと水溶液及び溶融塩浴中のLi^+、K^+、Ag^+、NH^4^+イオンとの交換を行った。その結果、水溶液中では交換反応はおこらなかったが、溶融塩浴中では容易にNa^+イオンが外部ゲストと交換することを見いだした。24時間反応で試料中のNa^+イオンは、最大それぞれLi^+イオンと97%、K^+イオンと98%、Rb^+イオンと79%、Ag^+イオンと11%、NH^4^+イオンと7%イオン交換し、層状構造の化合物が得られた。K_2W_4O_<13>においても同様にK^+イオンとLi^+、Na^+、Rb^+、Ag^+イオンとの交換を行った。その結果、K^+イオンは溶融塩浴中で外部ゲストと容易に交換することを見いだした。

24時間反応で試料中のK^+イオンは、最大それぞれLi^+と49%、Na^+イオン68%、Rb^+イオンと37%、Ag^+イオンと75%交換し、トンネル構造の化合物が得られた。以上の結果、溶融塩浴中でのホスト・ゲスト反応の活用により新たに層状およびトンネル構造のタングステン酸化合物の合成に成功した。またK_2W_4O_<13>中のK^+イオンは水溶液中のH^+イオンと交換可能であり、硝酸処理により得られたトンネル構造のH_<0.25>K_<1.75>W_4O_<13>は、水溶液中のK^+イオンに対してイオン記憶機能を有する可能性があることを新たに見いだした。現在、溶融塩浴より得られた化合物の電気伝導度および結晶構造を解析中であり、今後ホスト・ゲスト相互作用と構造との関連性を検討する予定である。ホスト・ゲスト反応の活用は、溶融、固相反応、水熱法等の通常合成法では合成不可能な準安定な新化合物をもたらす。そのため新化合物に種々の特異的機能の発現が期待される。本年度の研究では、昨年度ホスト・ゲスト反応の活用により創製に成功した新タングステン酸化合物のイオン伝導度測定を行うと共に、層状構造のK_2Mn_2O_8を出発物質とし、ホスト・ゲスト反応の活用により新マンガン酸化合物の合成を試みた。1.Na_2W_4O_<13>と同型で層状構造のLi_2W_4O_<13>、K_2W_4O_<13>およびK_2W_4O_<13>と同型でトンネル構造のLiKW_4O_<13>、Na_<1.4>K_<0.6>W_4O_<13>、Ag_<1.5>K_<0.5>W_4O_<13>の電気抵抗を室温から400°Cまで測定した。その結果、層状構造のLi_2W_4O_<13>の電気抵抗値は、出発物質であるNa_2W_4O_<13>のそれと比較して、約1/1000となった。しかし他の化合物の電気抵抗値は出発物質のそれに類似し、有為な差が認められなかった。これはイオン半径の大きなK^+イオンが層間およびトンネル内に存在するためであると考えられる。2.K_2Mn_4O_8中のゲストであるK^+イオンと水溶液および溶融塩浴中のLi^+、Na^+、Ag^+、NH_4^+イオンとの交換を行なった。その結果、層間のK^+イオンは外部ゲストと陽イオン交換し、水容液中での反応により層状構造で水和物のR_2Mn_4O_8・nH_2O(R=Li,Na,Ag,NH_4;n=12)、溶融塩浴中での反応により層状構造で無水和物のR_2Mn_4O_8の合成が可能であることを見いだした。また、K_2Mn_4O_8の酸処理により層状構造の(H_3O)_2Mn_4O_8の合成が可能であることも見いだした。現在、本研究で新たに得られた化合物の結晶構造を解析中である。
哺乳類における輸卵管分子の卵に与える役割

両生類において卵が輸卵管を通過する際、輸卵管のムチン様糖タンパク質を付着し、精子の認識を助けることがよく知られている。このようなことは哺乳類でも起こっており、ハムスターで明らかとなった。この輸卵管由来糖タンパク質のどのような構造を精子が認識してるかを知る目的でハムスター輸卵管糖タンパク質に対する単クローン抗体を作成した。マウスに免疫して作成した1つの単クローン抗体(AZPO-8)はIgGlで、輸卵管通過卵とのみ反応し、卵巣卵と反応しない抗体を得た。この抗体は卵管膨大部及び峡部の粘膜上皮細胞と強く反応し、子宮内膜と頚部内膜表面にも反応する物質が認められた。輸卵管糖タンパク質、輸卵管通過卵透明体糖タンパク質で共に反応するタンパク質は200Kの分子量を示すものが主成分で、その他に4395Kにかけて多数のバンドが認められた。ZPO-8抗体はA型ヒト赤血球を特異的に認識し、これを1600倍希釈まで凝集した。この凝集は赤血球をパパイン消化することにより10倍力価が上昇したので赤血球より糖脂質成分を精製した。その結果以下の糖脂質が抗原として同定された。いずれも血液型A型抗原活性をもつものと同一であった。しかし現在までの検討の結果ハムスター精子がこの糖鎖構造を認識して卵に付着する知見は得られていない。現在精子の認識する化学構造に対する単クローン抗体を作成検討中である。
位置検出型比例計数管を用いた原子炉固有値間隔監視装置の開発

固有値間隔は原子炉の安定性を定量化する指標として重要である。本研究は、位置検出型比例計数管で迅速に測定した中性子束分布に積分演算を施す手法で、固有値間隔監視装置の開発を目指した。本研究によって以下の研究成果が得られた。(1)1本の計数管で測定した中性子束分布から、固有値間隔が評価できることを京都大学原子炉実験所・臨界集合体装置を使った実験で明らかにした。但し、測定されていない方向の高次モードの影響を、計算で補正する必要がある。(2)複数本の計数管による中性子束分布の測定値を連立して解く手法により、補正計算に頼らずに固有値間隔が推定できることを実験で確かめた。但し、中性子束分布の初期歪みの影響を除去して固有値間隔を評価するには、未臨界度をパラメータとする多数回測定が必要である。(3)計数管の位置検出信号とその到達時刻とを同時に記録できるシステムを整備し、時間-空間相関測定法の可能性を検討した。(4)従来の高次モード計算コードにノード法計算スキームを加え、縮退固有値の精度良い計算を可能とした。(5)長尺・細径の計数管で問題となる検出感度の空間的ばらつきの原因が、陽極線支持枠の制作上のばらつきに起因することを確かめ対策を試みた。位置検出型比例計数管を用いた固有値間隔監視装置の開発が原理的に可能であることを実験的に示した。しかし実機への適応性については、さらに検討が必要である。なお時間-空間相関測定法は新しい測定法として今後の展開が期待される。本研究の目的は、原子炉の安定性の指標である固有値間隔の監視装置を開発することである。位置検出型比例計数管で迅速に測定した中性子束分布に、簡単な演算操作を加えるだけで固有値間隔を推定できる手法を、京都大学原子炉実験所・臨界集合体装置(KUCA)を用いた実験に基づいて確立する。平成7年度は、当初計画した複数本の位置検出型比例計数管を用いる測定法の開発に先立ち、本科研費で購入した測定系の整備をかねて、直径0.8cm長さ120cmの^3He封入計数管1本を用いた測定を行った。KUCAの個体減速架台にB3/8′′P36EU(均一)炉心を構成し、その中央に計数管を、これより約10cm離れた炉心-反射体境界の軸方向上方に^<253>Cf中性子線源を設置して、意図的に作り出した軸方向の中性子束歪を測定した。この歪んだ中性子束分布に、基本及び第一次高次モード随伴関数を乗じて炉心領域で積分した空間積分量より、基本と第一次モードの固有値間隔を決定した。制御棒の挿入深さをパラメータとして未臨界度を変えたが、これには依存せず(13.7±1.8)%δk/k(17.7±2.2)%δk/kの測定値を得た。これに対して、本科研費で購入したワークステーションを用いて、空間高次モード解析法に基づいて開発・整備した計算コードによる理論値は29.3%δk/kであり、測定値との間に大幅な食い違いが認められた。測定値には、1本の計数管では測定できない径方向分布の影響を計算で考慮したが、この補正計算法の妥当性を再検討することが今後の課題である。また今回使用したアナログ・ディジタル変換器の処理時間がやや遅く、計数率が500cpsを越えると、測定した計数管のパルス波高分布に著しい歪みの生ずることが解った。次年度は上記の点を踏まえ、径方向分布の影響を測定に取り込むために、複数本の計数管を用いる手法の開発を進める。本研究は、位置検出型比例計算管によって迅速に測定した中性子束分布に基づいて、原子炉の安定性の指標である固有値間隔を推定する手法を確立し、原子炉安定性監視装置を開発することを目的としている。

平成7年度の研究により、(1)アナログ・ディジタル変換器の処理速度を上げること、(2)1本の計数管では測定できない径方向の影響を実験的に補正する方法の検討が課題として挙げられていた。そこで平成8年度は、(1)本科研費で購入した電子計算機、増幅器、光電磁気温装置を用いて、従来より高速にデータ処理が可能なようにし、これを用いて(2)複数本の検出機を用いた測定を、京都大学原子炉実験所・臨界集合体装置の固体減速架台B1/8"P60EUEU炉心で行った。具体的には、計数管を炉心中心、炉心-反射体境界、反射体内の3個所に順次設置して、^<252>Cf中性子源によって意図的に作り出した軸方向の中性子束の歪みを、未臨界度をパラメータとして測定した。これに、基本及び空間高次モードの随伴関数を乗じて炉心領域で積分して歪み量を算出する。本来、未臨界度を零に外挿した場合の初期歪み量は、零になるはずである。しかし本測定では有意の初期歪み量の存在が観測された。そこでこの初期歪み量を補正した後に、歪み量の未臨界度依存性から固有値間隔を推定する方法を考案し、測定値として39.7%Δk/kを得た。一方、ワークシテーション(昨年度科研費で購入)に整備した固有値間隔解析コードによる理論値は42.0%Δk/kとなり、C/Eは1.06であった。複数本検出器による固有値間隔推定法の理論と手順を明確にした。得られた測定値は理論値と数%の差異で一致することが確かめられた。但し、初期歪みの原因を特定し、その除去法の確立が今後の課題である。本研究の目的は、位置検出型比例計数管で迅速に測定した中性子束分布から、原子炉安定性の指標である固有値間隔を推定する手法を確立し、原子炉安定性監視装置を開発することである。今年度は3年計画の最終年度で、これまでの研究結果をまとめると共に、新しい展開を試みた。平成7年度に位置検出型比例計数管と測定系を整備し、固有値間隔を1本の検出器で推定する方法を、京都大学原子炉実験所・臨界集合体装置を用いて実験的に検討した。さらに平成8年度には複数の検出器を用いた実験を行い、径方向の影響を実験的に補正する方法を検討した。測定値を本研究で開発した計算コードによる理論値と比較し、提案した手法の妥当性を確認した。ところが中性子束分布の測定値に存在する初期歪みの影響を除去して固有値間隔を評価するには、未臨界度をパラメータとした多数回測定の必要な事が明らかとなった。これは提案した手法を、実機へただちに応用するのは困難な事を意味し、当初目的とした本手法を固有値間隔監視装置として完成させる迄には至らなかった。そこで平成9年度はこれまでに整備した測定系を基に、位置検出型比例計数管の陽極及び陰極からの波高信号に加えて、この信号の到来時刻を同時に記録する測定法式の開発を試みた。そして空間情報と時間情報を同時に収集できる装置を試作し、京都大学原子炉実験所・臨界集合体装置で原子炉雑音測定を行なった。その結果、時間-空間の同時測定の可能性が示された。しかし得られた測定量を解釈する理論式の整備がまだ充分に進んでいない。しかし本手法は、本研究で目指した固有値間隔監視装置として開発できる可能性を持っており、今後の発展が期待される。
性同一性障害の分子遺伝学的研究

性同一性障害の生物学的機序の解明として、先ず、候補遺伝子のゲノム解析として、5つの性ホルモン関連遺伝子、すなわち、アンドロゲン受容体(AR)、アロマターゼ(CYP19)、エストロゲン受容体(ERαおよびERβ)、プロゲステロン受容体遺伝子の多型についてゲノム解析した。性同一性障害患者(ICD-10 F64.0)242名でFTM患者が168名(平均年齢28.3ア7.6才)、MTF患者が74名(平均年39.4ア10.0才)である。健常対照者は276名で女性が169人(28.1ア6.9歳)、男性が106人(35.7ア10.7歳)である。その結果、CYP19遺伝子の(TTTA)nリピート多型、ERα遺伝子の(TA)nリピート多型、ERβ遺伝子の(CA)nリピート多型、AR遺伝子の(CAG)nリピート多型、プロゲステロン受容体遺伝子の5つの一塩基多型(rs2008112(+311G/A)、V660L、H770H、rs572698、PROGINS(Alu insertion))を解析した。その結果、調べたすべての性ホルモン関連遺伝子はいづれもFTM, MTF疾患との相関は見られなかった。性ホルモン以外の分子が心の性の決定に影響を与えている可能性が考えられ、性ホルモン以外の候補遺伝子も解析した。候補分子としては、動物実験で胎生期の雌雄の脳内で発現が大きく異なる一連の分子が報告されており、その代表的なものとして、Xist, Uspqy, Rps4y, DDx3yなどがある。そこで、これらの遺伝子のヒトオルトローグをNCBIデータベースより検索し、遺伝子構造や多型情報を調べて性同一性障害患者のゲノムで調べた。Uspqy, Rps4y, DDx3y遺伝子ではNCBI SNP databaseに登録されている多型で、遺伝子頻度が記載されているものを解析した。Xist遺伝子は5つの多型を解析した。Uspqy, Rps4y, DDx3y遺伝子では今回解祈した多型はすべて多型が確認されなかった。また、Xist遺伝子でも解析した5つの多型の内3SNP(C43G、rs1009948、rs1794213、rs11554116)は日本人において多型が確認されなかった。残りのrs1894271とrs1620574の2SNPにおいて、性同一性障害患者FTMと女性健常者、MTFと男性健常者の間においてケースコントロール関連解析を行ったが、有意差はみられなかった。本研究では仮説や動物実験などからの候補遺伝子解析したが、有意な相関はみられなかった。このことは、未知の分子が性同一性障害に関わっていることを暗示するものであり、ゲノムワイド関連研究または全遺伝子発現解析が必要であると考えられる。

残りのrs1894271とrs1620574の2SNPにおいて、性同一性障害患者FTMと女性健常者、MTFと男性健常者の間においてケースコントロール関連解析を行ったが、有意差はみられなかった。本研究では仮説や動物実験などからの候補遺伝子解析したが、有意な相関はみられなかった。このことは、未知の分子が性同一性障害に関わっていることを暗示するものであり、ゲノムワイド関連研究または全遺伝子発現解析が必要であると考えられる。初年度である平成17年度では、まず、性同一性患者および対照コントロールのゲノムサンプル収集および臨床症状の集積から始めた。そして、現時点において、身体学的性が男性である例MTF(male to female)を74名、身体学的性が女性であるFTM(female to male)を168名のゲノムサンプルの収集に成功した。また、対照コントロールとして年齢と居住地を一致させた男性106名、女性169名のゲノムも収集できた。尚、サンプル収集に当たっては、三省合同の「ヒトゲノム・遺伝子解析研究に関する倫理指針」に則り、岡山大学大学院医歯薬学総合研究科倫理委員会で承認を得た方法を忠実に従って行い、患者及び健常対照者全員に医師が口頭と書面で説明し、書面で同意を得た。性同一性障害は、生物学的性と自己認識の性の不一致に悩み、割り当てられた性に対する嫌悪感と反対の性に対する強い憧れをもつことが定義とされる。性同一性障害の原因は解明されていないが、生物学的要因が強いとされ、また、遺伝的背景の影響も示唆されている。性ホルモンによる胎生期の初期発生の異常による脳の性分化との関連が指摘されている。テストステロンはアンドロゲン受容体(AR)に結合し,脳の男性化に働くとされるが、同時に、脳内でアロマターゼ(CYP19)により芳香化されエストロゲンに変換されて、エストロゲン受容体(ER)にも作用する。このため、AR、CYP19、ERは脳の性決定を修飾する可能性がある。そこで、これら4つの性ステロイド関連遺伝子(CYP19遺伝子、ERα遺伝子、ERβ遺伝子、AR遺伝子)から解析をスタートした。各遺伝子のリピート遺伝子多型を用いてケースコントロール遺伝子相関解析を行った。具体的には、CYP19遺伝子では(TTTA)nリピート多型、ERα遺伝子では(TA)nリピート多型、ERβ遺伝子では(CA)nリピート多型、AR遺伝子では(CAG)nリピート多型をABIシークエンサーにてアレル長を決定し、それからリピート数を算出し、CLUMP法によるカイ二乗検定を行った。その結果、CYP19遺伝子、ERα遺伝子、ERβ遺伝子、AR遺伝子のリピート多型のアレル分布は、FTM、MTFいずれにおいても、その対照群と有意な差はみられなかった。今回の結果は、性ホルモン関連遺伝子多型が性同一性障害の発症脆弱性と関与する可能性は低いことが明らかとなり、従来から唱えられているホルモンシャワー仮説が誤っている可能性を示したと考えられる。2年目である平成18年度も引き続いて、性同一性患者のゲノムサンプル収集および臨床症状の収集を続け、現時点において、身体学的性が男性である例MTF(male to female)が昨年度より27名増えて101名に、身体学的性が女性であるFrM(female to male)が104例増えて、272名のゲノムサンプルの収集に成功した。この疾患でのゲノムバンクとしては知る限り世界最大である。尚、サンプル収集に当たっては、三省合同の「ヒトゲノム・遺伝子解析研究に関する倫理指針」に則り、岡山大学大学院医歯薬学総合研究科倫理委員会で承認を得他方法を忠実に従って行い、患者及び健常対照者全員に医師が口頭と書面で説明し、書面で同意を得ている。
微量生体分子のマイクロ化学分析システムの開発

低分子代謝産物分析には、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)による分離が広く用いられている。しかしながら、HPLCには分離能の限界があることが理論的に知られており、さらなる高性能化のためには、従来技術を超越する分離媒体の開発が必要とされていた。そこで、ピラー構造を有するオンチップ液体クロマトグラフィー(ピラーアレイカラム)に着目した。ピラーアレイカラムは、チップ上に規則正しいピラー構造を有する分離媒体であり、試料の拡散が最小限に抑えられる。このため、従来HPLCの分離能を超越することが理論的に示されており、従来技術以上の高性能化を可能にすると考えられたからである。これまでに、ピラーアレイカラムの生体分子分離に向けた基盤技術を確立してきた。しかし、多成分生体分子の分離には、ピラーアレイカラムのさらなる高性能化が必須であった。本年度は、生体分子の定量分析に必須の再現性の向上を目的とし、ピラーアレイカラムへの全自動試料注入システムの構築を行った。オートサンプラー、試料送液ポンプ、移動相ポンプ、六方バルブを用いて、自動試料注入システムを構築した。試料送液ポンプの流量制御とバルブの開閉時間を制御することで再現性の向上を試みた。最適化条件下、クマリン色素2種の保持時間とピーク高さの相対標準偏差が共に約0.3%と良好な再現性を得ることに成功した。今後は、本自動試料注入システムを用いた定量分析への応用が期待される。ピラーアレイカラムの周辺技術に関する進展があったことから。ピラーアレイカラムの更なる高性能化を試みる。本年度においては、その保持能力を向上させるために、親水性相互作用クロマトグラフィー(HILIC)モードの分離媒体の開発を行った。修飾官能基としてアミド基を選択した。アミド修飾を行った平板について、X線光電子分光測定と水の接触角測定を行なった結果、N元素の存在と表面親水化が確認された。続いて、ピラーアレイカラムをアミド修飾し、高極性蛍光色素の分離を行ったところ、無修飾のものと比べて3倍程度の保持の向上が認められた。さらに、生体チオール6種の蛍光誘導体分離を50秒にて達成した。以上のように、アミド修飾により、ピラーアレイカラムにおける高極性化合物の保持を向上させることが可能になった。ピラーアレイカラムの課題である生体分子の保持の弱さの一つの解決策として、アミド修飾カラムの開発に成功したことから。具体的には、ジオール基やスルホベタイン基を官能基としたピラーアレイカラムの開発を行い、高極性化合物の更なる保持向上を試みる。また、分離部以外のオンチップ誘導体化等の要素技術についても検討する。端数分が次年度へと繰越となった。次年度分とあわせて、チップLC基板、LC部品、成果発表の旅費等に使用する。使用するチップの購入を次年度に行うため。
数学と物理とを関連づけた総合カリキュラムに関する実証的研究

本研究の目的は,学生個々に応じて数学的モデリング能力を徐々に向上させるように「数物ハンズオン」授業の教材内容,実施方法等の改善を行い,さらに,授業において本研究の有効性を明らかにすることであった。この授業は,身近な物理現象データを簡易テクノロジー(データ収集機[CBL:Calculator-Based Laboratory],各種センサー)で収集し,得られたデータをグラフ電卓で数学的に解析し,最終的には,解析した方程式の物理的意味の解釈を行う。これにより,身近に生じる実現象が授業で学習する数学や物理学に深く関係していることの実感と興味を増大させ,勉学への動機づけと基礎学力の定着を目的としている。2年間の研究結果,(1)既習の数式を使ってモデル化できる学生が増えた結果から数学的モデリング能力が向上した,(2)実現象に関する誤った知識が正しい知識へと変容し長期間にわたり保持された,(3)探究の仕方,問題解決能力,発表の仕方などの科学リテラシーが向上した,(4)主体的な探究活動により学生は既習事項を関連づけることができた,(5)中学校時代と比べ数学の必要性を感じた学生が増えた,といったことが明らかになった。また,教材開発・改良,授業の実施を行った教員(研究グループ)の効果も明らかになった。(1)これまでの紙の上での知識として理解していた自然現象をと数学の関連性を,教材開発の階段における具体的な実験を通して改めて体で実感・理解できた。(2)普段の授業で自然現象の話題を取り上げるなど指導に幅ができた。(3)「数物ハンズオン」授業では,普段の授業では見られない学生の発言,行動,考え方に接したり,学生の意外な考え方に教えられるなど,学生とのコミュニケーションが増えた。本研究の目的は、数学と身近な物理現象とを関連させた総合カリキュラム「数物ハンズオン」の有効性を実証的に明らかにすることである。このカリキュラムでは、身近な物理現象データを簡易センサー(距離、音など)とデータ収集機で取り込み、グラフ電卓を用いて数学的にモデル化し、最終的には、モデル化した方程式の物理的意味を考察することを目的に構成されている。1.テクノロジー環境の構築生徒が実験した結果をまとめ、かつ、プレゼンテーション用資料を作成できるようにグラフ電卓、データ収集機、簡易センサー、コンピュータを活用するテクノロジー環境を構築した。2.実験・探究型授業の内容平成10年度に実施した授業内容を列記する。(1)距離センサーを活用して、等速運動と一次関数、落下運動と二次関数との関係を探究する(6時間)。(2)距離センサーを活用して、ボールの自由落下と二次関数との関係を探求する(6時間)。(3)音センサーを活用して、音の音階と三角関数との関係を探究する(6時間)。(4)距離センサーを活用して、単振り子と三角関数、無理関数の関係を探求する(6時間)。(5)電流・電圧プローブを活用して、コンデンサーの放電・充電と指数関数との関係を探究する(6時間)。(6)グラフ電卓とコンピュータを接続して、実験データの送受信及びプレゼン資料を作成する(4時間)。(7)温度センサーを活用して、お湯の温度の冷め方と指数関数との関係を探究する(6時間)。2.今後の課題上記7つの実験・探究型授業の有効性は、授業中に撮影したビデオ映像と授業後のアンケート結果をもとに現在解析中である。さらに、授業内容・方法、教材、ワークブック、カリキュラム内容等を一般公開するホームページを構築中である。本研究の目的は,学生個々に応じて数学的モデリング能力を徐々に向上させるように「数物ハンズオン」授業の教材内容,実施方法等の改善を行い,さらに,授業において本研究の有効性を明らかにすることであった.

この授業は,身近な物理現象データを簡易テクノロジー(データ収集機[CBL : Calculator-Based Laboratory],各種センサー)で収集し,得られたデータをグラフ電卓で数学的に解析し,最終的には,解析した方程式の物理的意味の解釈を行う.これにより,身近に生じる実現象が授業で学習する数学や物理学に深く関係していることの実感と興味を増大させ,勉学への動機づけと基礎学力の定着を目的としている.2年間の研究結果,(1)既習の数式を使ってモデル化できる学生が増えた結果から数学的モデリング能力が向上した,(2)実現象に関する誤った知識が正しい知識へと変容し長期間にわたり保持された,(3)探究の仕方,問題解決能力,発表の仕方などの科学リテラシーが向上した,(4)主体的な探究活動により学生は既習事項を関連づけることができた,(5)中学校時代と比べ数学の必要性を感じた学生が増えた,といったことが明らかになった.また,教材の開発・改良,授業の実施を行った教員(研究グループ)の効果も明らかになった.(1)これまで紙の上での知識として理解していた自然現象をと数学の関連性を,教材開発の段階における具体的な実験を通して改めて体で実感・理解できた.(2)普段の授業で自然現象の話題を取り上げるなど指導に幅ができた.(3)「数物ハンズオン」授業では,普段の授業では見られない学生の発言,行動,考え方に接したり,学生の意外な考え方に教えられるなど,学生とのコミュニケーションが増えた.
VR Systemと3D-Printing技術を応用した新規外科教育の開発

本研究では医学生から若手外科医までを対象とした外科教育の修練プログラムを検討し構築した。豚臓器を用いたWetラボトレーニングとともに、3Dプリンティングによるモデルの造型を検討した。腹部大動脈瘤モデルの造型を行い学生実習で使用し理解を深めた。また、甲状腺吸引針生検細胞診(FNAC)を安全に施行するためのファントムモデルを作成し、その教育効果を確認した。内視鏡外科の修練としてはVRシステムやBoxトレーニングを利用した。本研究ではその効率的な修練順序を確立した。術中トラブルシューティングの修練についてはアニマルラボでのみ可能であり、今後のアニマルラボトレーニングの存在意義として有用である。平成26年度の研究実施計画に沿って、外科手技トレーニングコース以下の4項目を構築して実施した。1)ブタ臓器を用いたWet laboトレーニング・セミナーを開催した。医学生、研修医を対象に、外科手技トレーニング(ベーシックコース)を企画した。一般外科手技としてブタ臓器を用いたWet laboトレーニングを、平成26年8月9日および平成27年2月7日に実施した。参加人数は30ー40名であった。修練に用いたブタの臓器は、皮膚、腸管、肝臓、胆嚢、胃、肺を準備して修練を行った。さまざまな皮膚縫合から、腸管吻合、胃の郭清、切除再建は縫合器で実践した。肺の気管支形成術を行った。2)内視鏡外科の基本手技の修得を目的として、Dry boxトレーニングを行った。Wet laboトレーニングコースの中に併設して修練を行った。鏡視下練習器iSim-systemを用いたて鏡視下縫合の練習を行った。3)Virtual Realityシミュレータを用いた腹腔鏡下手術トレーニングを実施。医学生3ー4年生を対象にした少人数ゼミでLapVRシステムを用いてトレーニングを実施した。カメラワーク、鉗子操作、クリップ操作、及び腹腔鏡下胆嚢摘出術の修練を行った。4)ブタ生体を用いたAnimal Laboトレーニング・セミナーを開催した。平成27年1月31日にTSC東京サイエンスセンター.(ジョンソン・エンド・ジョンソン株式会社)の施設を用いた。7名の修練医・研修医を対象にした。3テーブルを使用し、腹腔鏡下手術では胃切除・再建を、胸腔鏡下肺切除の修練を行った。本研究で実施した外科トレーニング内容は、普段の医学教育だけでは修練が難しい外科手技実習の内容であり、医学生、研修医、修練医と各々のレベルでのスキルアップの意義がある。受講生のアンケート回答からも満足度は高い成果が得られている。平成27年度以降の研究計画に沿って、外科教育トレーニング・プログラムを行った。1)ブタ臓器を用いたWet laboを平成27年8月22日と平成28年1月23日に実施した。医学生、研修医が参加している。修練に用いた豚の臓器は皮膚、腸管、肝臓、胆嚢、胃、肺を準備した。2)内視鏡外科手技のトレーニングとして、Dry boxトレーニングを行った。3)Virtual Realityトレーニングとして、LapVRを用いた内視鏡外科手技のトレーニングを実施した。対象は医学生3-4年生とした少人数のゼミを開催した。その修練のあとで、基本タスクを用いたTime Trialを実施し、修練前と修練後の成績を記録した。4)ブタ臓器を用いたAnimal Laboトレーニングを開催した。平成27年9月27日にTSC東京サイエンスセンター(ジョンソン・エンド・ジョンソン)の施設で実施した。3テーブル使用して、呼吸器外科(肺切除)、消化器外科(腹腔鏡下胃切除、再建術)の基本的手技のトレーニングを行った。3人の後期研修医、3人の初期研修医が参加し、3名のインストラクターが指導した。5)実践的な外科修練を目的としたAnimal Laboトレーニング:平成27年度はあらたに、後期研修後(外科専門医取得前)のDr5,6年目の若手外科医を対象に、より実践的な修練を行った。特徴として、リンパ節の郭清手技、腔内吻合再建、術中出血のトラブルシューティングを課題とした。3テーブルを使用した。8名の若手外科医が参加し修練した。6)3Dプリンタによる実態トレーニングモデルは現在も開発中である。外科修練トレーニング・プログラムとして構築されつつある。外科修練トレーニング・プログラムについては順調にすすんでいる。3Dプリンタによるトレーニングモデルは開発中である。マテリアル素材に制限があり、その柔軟性や弾力性などの問題で、縫合や切離などのトレーニングに適していない点があげられる。具体的にはCTなどの実態画像からの造型構築のみでは、直接にトレーニング可能なモデルにはならないため、さらなる工夫が必要と思われる。平成28年度以降の計画に沿って、外科教育トレーニングプログラムを行った。1)豚臓器を用いたWet laboを平成28年7月2日、平成29年1月14日に実施した。医学生3年生以上、研修医が参加した。トレーニングに用いた豚臓器は皮膚、腸管、肝臓、胆嚢、胃、肺を準備して行った。電気メス、超音波凝固切開装置、バイポーラ・シーリング装置、自動吻合器、自動縫合器を用いる実習をおこなった。2)内視鏡トレーニングとしてDry Boxトレーニングを行った。3)Virtual Reaality Systemによるトレーニングを行った。そして修練前後のタスク手技の成績を記録した。

4)豚臓器をもちいたアニマルラボトレーニングを平成28年9月21-22日に東京サイエンスセンターにて実施した。インストラクター3名に対して修練医・研修医合計9名の参加者を対象とした。呼吸器外科2テーブルで肺葉切除術など、消化器外科2テーブルで腹腔鏡下胃切除術、開腹して吻合など再建手技を習得させた。5)実践的なアニマルラボコースを平成27年度から実施しているが参加者に好評であるため、平成28年度も実施した。対象は外科専門医を目指す5,6年目の若手外科医を対象とした。平成28年度8月19ー20日に神奈川県川崎市のAdvanced Training Center KAWASAKI(Medtronic社)にて実施。平成29年1月7日に八王子のM-TEC(オリンパス社)にて実施した。癌のリンパ節郭清手技、体腔内吻合、術中出血トラブルシューティングの実践を行った。また4K画像システムの内視鏡と3D画像システムの内視鏡のそれぞれでの外科手技を施行して、その特徴を体感しトレーニングを実践した。6)3Dプリンタによる実態モデルを試作している。腹部大動脈瘤のモデルを作成した。研修医・若手外科医の練習モデルとして検討している。総合的外科修練プログラムは順調にすすんでいる。Virtual Reaality Systemによる内視鏡外科トレーニングも機器の不調が時々みられるものの計画どうりである。3Dプリンティングによるモデル造型が遅れている。その理由として、縫合や吻合などの外科手技としては、3Dプリンタで使用されるマテリアル素材の堅さなどのために、修練に適していないものが多く、実用までにまだ至っていない。マテリアルの種類には限界があるため、形状の変更、例えば薄さなどの工夫などが必要と考えている。平成29年度以降の計画に沿って、外科教育トレーニングプログラムを行った。1)豚臓器を用いたWet laboを年に2回に実施した。医学生3年生以上、研修医が参加した。電気メス、超音波凝固切開装置、バイポーラ・シーリング装置、自動吻合器、自動縫合器を用いる実習をおこなった。2)内視鏡トレーニングとしてDry Boxトレーニング3)Virtual Reaal ity Systemによるトレーニングを行った。そして修練前後のタスク手技の成績を記録した。4)豚臓器をもちいたアニマルラボトレーニングを平成29年6月に東京サイエンスセンターにて実施した。修練医・研修医を対象とした。5)実践的なアニマルラボコースを平成27年度から実施しているが参加者に好評であるため、平成29年度も実施した。平成30年1月6日に八王子のM-TEC(オリンパス社)にて実施した。平成30年1月3日にAdvanced Training Center KAWASAKI (Medtronic社、神奈川県川崎市)にて実施。
Adiposity rebound に着目した小児肥満症の早期介入に関する研究

出生コホートにおいて、乳児期に増加したBMI (body mass index)が、幼児期にいったん減少してから再び増加し始めるadiposity rebound (AR)の時期と、12歳時のBMIと、血清脂質値や血圧などの動脈硬化危険因子との関係を検討した結果、1) ARが早いほど、とくに4歳以下でARが開始した場合、12歳時のBMI高値、血清脂質異常、血圧高値などの異常を伴いやすいこと、2)乳児期の体重増加とARの時期には相関が認められなかったことから、乳児肥満は将来の肥満にはつながりにくいと考えられること、3)母乳栄養は人工栄養に比べて12歳での肥満の出現が少ないこと、4)早期に起こるARに影響する生活環境や生活習慣には、特徴のあることが明らかになった。ARの時期に着目した生活習慣への幼児期からの早期介入により、将来の肥満や代謝異常の予防が可能であると考えられた。平成22年度は,出生コホート内の小児290名の,出生時から12歳まで毎年測定されたbody mass index(BMI)の記録を元に,各小児のadiposity reboundの時期を求め,それを2歳以下,3歳以下,4歳以下,5歳以下,6歳以下および7歳以上の6群に分け,12歳時のBMI,血清総コレステロール(TC),IDL-C,HDL-C,中性脂肪(TG),アポ蛋白B,動脈硬化指数,収縮期血圧,拡張期血圧との関係を検討した。その結果,adiposity reboundが早く始まるほど,12歳時のBMI, TC, LDL-C, TG,動脈硬化指数,収縮期・拡張期血圧が高く,HDL-Cが低いという傾向が認められた(trend p value<0.05)。すなわち,adiposity reboundに反映される幼児期の体組成の変化が,12歳時のインスリン抵抗性を基盤とする動脈硬化形成性の指標と関連していることが明らかとなった。Adiposity reboundが早く始まるということは,体組成構成のうちインスリン感受性の少ない脂肪組織が,インスリン感受性のある筋肉に比べてより早期に増加するために,この時期にインスリン抵抗性のプログラミングを起こり,メタボリックシンドロームの基盤が形成されることが推察された。すなわち,幼児期にadiposity reboundが早く起こらないようにすることが,将来の肥満やメタポリックシンドロームを予防するうえで重要であることが示された。これちの研究成果は,国内外の学会で発表した。次年度は,adiposity reboundを早める食事や運動などの生活習慣が何であるについて,母乳と人工乳の初期栄養のことも含め,生活習慣調査を実施することを計画している。出生コホート調査により、初年(平成22年)度は,幼児期に始まるBMIの増加であるadiposity rebound(AR)の時期が早い程、将来、肥満、脂質異常,血圧高値を伴いやすいことを報告した。ARは体組成のリモデリングを反映し、早期のARはインスリン抵抗性形成と関連していると考えられる。今年(平成23)度は、さらに解析を進めて、出生体重・初期栄養法・家族・食事・運動などの因子が、1.5歳から3歳にかけてのBMIの増減(ARが早い・ARが遅い)に関係しているかを。3歳健診時に調査(433名)した。その結果、生後5か月まで100%母乳、100%人工栄養、それ以外(混合)とARとの間には関連を認めず、また、初期栄養法は2歳時の肥満の頻度に影響しなかった。生活習慣に関しては、第1子である、通園している、朝食を必ず食べる、菓子をあまり食べない、父親が肥満でない、などはARが遅いことに影響していた。一方、ジュースや清涼飲料水の摂取量および外遊びの時間などは、予想に反して早期ARには影響していなかった。さらに、12歳の肥満を予測するのが生後4、8、12、18か月および2、3、4、5、6歳のいずれのBMIであるかをROC解析した結果、乳児期BMIではなく2歳以降のBMIであることが判明した。乳児期の体重増加度とARの時期との相関および出生体重とARの相関については、最終年度に向けて解析を開始している。出生コホート調査により、初年(平成22年)度は、adiposity rebound (AR)の時期が早い程、将来、肥満、脂質異常,血圧高値を伴いやすいことを報告し、2年次(平成23年)度は、出生体重・初期栄養法・家族・食事・運動などの因子が、1.5歳から3歳にかけてのBMIの増減に関係するが、初期栄養法の違いは2歳時の肥満の頻度に影響しないが、母乳栄養児には学童期の高度肥満が発生しないことが明らかとなった。

3年次(平成24年)度は、乳児期の体重増加度とARの時期との相関、および出生体重とARの相関について解析した。その結果、乳児期を出生4か月、48か月、812か月の3期に区分し、各区分での体重増加度(Δg)とARの年齢との相関を検討したところ、各区分ともARとは相関のないことが判明した。すなわち、乳児期のいずれの時期の体重増加もARを早めることにはつながらず、乳児期の体重増加とARが早まることは、異なる機序によるものであると考えられた。乳児肥満が将来の肥満につながりにくいことの、科学的根拠を示すものと考えられた。出生体重とARの時期との関係では、出生体重を2,500g未満、2,5004,000g、4.000g以上の3群に分けて各群のARの年齢を算出した結果、4,000g以上の過体重で出生した群でのAR年齢は3歳台であり早期であったが、その他の2群には差が認められず、低出生体重児のARが早くなるという当初予想していた結果は得られなかった。対象数を増やして検討する必要があると考えられた。研究計画にあるように、研究成果を国際学会で発表することができた。2年目の研究計画内容がほぼ遂行された。24年度が最終年度であるため、記入しない。当初の研究計画どおりに研究を進めたい。3年間の研究期間の終了後も、本課題で研究を継続して、内容を発展させていきたい。問題点をあえていえば、大震災後の放射能汚染のために、対象コホート内小児の戸外での外遊び時間や食事内容などの生活習慣に変化が起こっている可能性を否定できないことである。
α-(In1-xAlx)2O3系格子整合ヘテロ接合デバイスの開拓

大きなバンドギャップを有するα-Ga2O3は次世代パワー半導体として注目を浴びている。このα-Ga2O3はAl2O3とIn2O3と広範に固溶するため、その固溶体を利用したヘテロ接合デバイスに向けた研究が進められている。現状ではヘテロ接合デバイスを作製する環境が揃っていながら、いまだにそのデバイス報告はなされていない。そこで本研究では、これらの停滞を打ち破るため、新しい材料系であるα-(InxAl1-x)2O3半導体の開拓を行い、格子整合系ヘテロ接合デバイスに向けた二次元電子ガス形成を目的とする。そのα-(InxAl1-x)2O3はミストCVD法を用いて形成し、二次元電子ガスの評価を行う。
アミノ・カルボニル反応生成物による生体内過酸化脂質生成の抑制に関する研究

生体内での過酸化脂質の生成を抑制することが、各種疾病または老化現象の予防に重要であることはよく知られている。従来から脂溶性のビタミンEなどには生体内で抗酸化性や過酸化脂質生成の抑制効果があることが報告されている。しかし、生体に対して安全、かつ有効な水溶性抗酸化剤は未だに見当たらない。そこで、申請者は抗酸化性を有し、かつ水溶性のアミノ・カルボニル反応生成物〔アルギニン(1M),グルコース(1M)との混合液を100°C,2時間加熱したもの(AG生成物)〕を用いて、生体内で過酸化脂質抑制の有無について調べた結果、次のことが明らかになった:(1)In vitroにおける溶血試験:ビタミンE欠乏ラットの5%赤血球溶液にAG生成物を加えて、ジアルル酸溶血テストを行ない、AG生成物が赤血球膜に対して保護効果があるかどうかを調べたが、in vitroで、おそらく、AG生成物と浸透圧との関系でデータのバラつきが大きく、結果がはっきりしなかった。(2)In Vivoにおける過酸化脂質生成の抑制:wistar系雄ラット20匹をAC生成物(粉末,6%)を添加した群(C群),ビタミンE20ppm添加群(E群),AC生成物・E添加群(EC群)およびAC生成物・Eを添加しない群(N群)の4群に分け、約2ヶ月間、自由摂取方式で飼育後(ラットの体重増加量、飼料摂取量には各群間に有意差はなかった)、解剖し赤血球を分離し、ジアルル酸溶血量および肝臓中の過酸化脂質(TBA法)量を測定した。その結果、溶血率はN群が約65%、C群35%、E群1.7%、EC群0.3%であった。また、TBA値ではN群>C群>E群>EC群>の順であった。つぎに、Eの添加量を2ppmとした以外は同条件でラットを2ヶ月飼育後の結果では、溶血率はN群が約60%、C群40%、E群85%、EC群40%であった。また、TBA値の順序も上記の実験と同様、N群>C群>E群>EC群>であった。以上の結果から、アミノ・カルボニル反応生成物は生体内でも抗酸化作用があることが明らかになった。
大学の研究生産性の国際比較（経済学の場合）

日本の主要大学の経済系部局とアジアの有力大学の経済学学術誌への論文数と引用数を次のように調査する。1)研究生産性の指標として、論文総数、引用数合計値に加えて、それらの一人当たりの数値と中位値も調査する。2)上位学術誌だけのリストから、中位誌も含むリストまで、多様な学術誌リストを作成し、それぞれで論文数を調査する。3)隣接分野を経済系学術誌に加えた場合についても調査する。
光合成過程における化学エネルギーの生産・消費からみたCO_2固定反応調節機構

本研究の目的は,作物個葉光合成を化学エネルギーの生産(光化学系)と消費(炭酸固定系)の相互関係から炭酸固定作用の調節機構を解明することである.(1)マングビーン個葉を実験材料に用いて,異なる光強度,CO_2濃度およびO_2濃度条件下における間欠照射(間欠照射,明暗20秒間隔)下のCER(ガス交換速度)の経時的変化を測定した.明期において余剰するエネルギー量および暗期の炭酸固定量を算出し,間欠照射下におけるRuBisco(RuBPカルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ)活性特性を検討した.強光下では間欠照射によるCERの上昇が明らかであり,これは明期中の余剰エネルギーによって光遮断下でも炭酸固定反応が進むためと考えられた.RuBiscoの光活性化現象やオキシゲナーゼとカルボキシラーゼの相対活性は,CO_2濃度およびO_2濃度条件で変化し,これが間欠照射下のCERや光利用効率に影響することが確認された.(2)次に,光化学系と炭酸固定系間の作用バランスを明確にするため,個葉のガス代謝速度とクロロフィル蛍光消光反応について解析した.既成の機器を改良して組み合わせ,ガス交換速度と蛍光消光の同時測定を行った.光強度,炭酸ガス濃度,酸素濃度,温度を種々に変えた条件下でマングビーン個葉のガス交換速度とクロロフィル蛍光消光を測定し,両者の環境条件に対する反応特性から,光化学系と炭酸固定系の作用バランスについて解析した.各環境下における光合成や最適光合成効率には,光呼吸によるエネルギー消費が密接に関係することが確認された.本研究は、平成7年度が初年度であるが、既に同じ課題で2年間研究を行ってきており、今回の科学研究費補助金支給は研究の経過上3年目となる.前2年間の研究業績は既に報告済みであり、今年度は過去の業績を踏まえ、研究内容を深めた計画、実験実施を行った.まず、はじめに光合成の明反応系と暗反応系における化学エネルギー生産・消費の収支状況を個葉クロロフィルの蛍光発光と炭酸ガス交換速度の両者から解析するため、装置を改良した.蛍光発光は環境変化に対してきわめて鋭敏な反応を示すが、特に重要な点はこれと同時点で炭酸ガス固定速度を把握し、両者を対照して解析に用いることである.ここでは、サンプル空気中の炭酸ガス濃度を2.2秒間以内で測定できるようにし、蛍光反応とほとんど同時に炭酸ガス交換速度を測定することに成功した.本装置を使用し、マングビーン個葉を対象に、温度差および気孔抵抗の有無による蛍光反応(光化学系IIにおける電子伝達状況)と炭酸ガス交換速度の相互制御関係を解析した.その結果、気孔抵抗がない場合は、炭酸ガス交換速度と蛍光の光化学的消光とはきわめて高い相関関係(直線式)にあることが明かとなり、明暗両反応系のエネルギーの収支関係を明確にとらえることができた.一方、気孔制御下では両者は曲線的な関係となったが、これは葉肉細胞間隙の炭酸ガス濃度低下にともなう光呼吸用エネルギーの消費量増加がおもな原因であると考えられた.実験結果を検討する中で、ここで改良、使用した装置は、今後研究を進めるにあたって有力な手段となることが確認された.なお、この結果は、日本作物学会に論文として投稿済みである.本研究の目的は,作物個葉光合成を化学エネルギーの生産(光化学系)と消費(炭酸固定系)の相互関係から炭酸固定作用の調節機構を解明することである.(1)マングビーン個葉を実験材料に用いて,異なる光強度,CO_2濃度およびO_2濃度条件下における間欠照射(間欠照射,明暗20秒間隔)下のCER(ガス交換速度)の経時的変化を測定した.明期において余剰するエネルギー量および暗期の炭酸固定量を算出し,間欠照射下におけるRuBisco(RuBPカルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ)活性特性を検討した.強光下では間欠照射によるCERの上昇が明らかであり,これは明期中の余剰エネルギーによって光遮断下でも炭酸固定反応が進むためと考えられた.RuBiscoの光活性化現象やオキシゲナーゼとカルボキシラーゼの相対活性は,CO_2濃度およびO_2濃度条件で変化し,これが間欠照射下のCERや光利用効率に影響することが確認された.(2)次に,光化学系と炭酸固定系間の作用バランスを明確にするため,個葉のガス代謝速度とクロロフィル蛍光消光反応について解析した.既成の機器を改良して組み合わせ,ガス交換速度と蛍光消光の同時測定を行った.光強度,炭酸ガス濃度,酸素濃度,温度を種々に変えた条件下でマングビーン個葉のガス交換速度とクロロフィル蛍光消光を測定し,両者の環境条件に対する反応特性から,光化学系と炭酸固定系の作用バランスについて解析した.各環境下における光合成や最適光合成効率には,光呼吸によるエネルギー消費が密接に関係することが確認された.光合成を構成する二つの反応のうち、光化学系は光エネルギーから化学エネルギーを生産し、供給する作用系、また炭酸固定系は生産された化学エネルギーを消費し炭水化物を生産する作用系であり、エネルギーの面から見れば両者はソースとシンクの関係にある.

これまで、作物学の分野における光合成研究はガス代謝と炭酸固定系に重点がおかれており、光化学系に関する研究はきわめて少ない.しかし、作物が置かれている環境あるいは作物の種類によって二つの反応系のソース・シンクバランスは多様に変化し、炭酸固定速度やエネルギー利用効率に影響するものと考えられる.前年度までは主に回転セクタ法による間欠照射で光化学系と炭酸固定系を制御して両者の相互関係を解析する手段を採ってきたが,本年度は新しい実験方法による研究を展開させるため,クロロフィル蛍光測定装置を改良し,温度,炭酸ガス,酸素濃度などを制御した環境条件下で個葉の光化学系における化学エネルギーの生産、消費の状況を蛍光測定から把握すると同時にガス代謝速度を測定できる装置として完成させた.本装置を使用すれば作物の種類、生育環境、測定条件等による光化学系と炭酸固定系の変化や反応特性を同時に把握できる.マングビーンを材料に解析した実験結果を論文にまとめ日作紀に発表した.本研究の目的は、作物個葉光合成における化学エネルギーの生産、消費状況をクロロフィルの蛍光反応と個葉の炭酸固定速度との相互関係から解析し,エネルギー面から炭酸固定作用の調節機構を解明することである。本年度は,表皮剥離し気孔制御を取り除いた状態でのマングビーン個葉を実験対象にし,傾葉のガス代謝速度とクロロフィル蛍光消光反応について解析した.ガス交換速度と蛍光消光を時間的なラグがない状態で測定することが,精確な解析を行うための前提となる.そこで,まずはじめに,両者を同時測定するシステムを試作した.既成の機器を改良して組み合わせ,特に,測定チャンバーから炭酸ガスセンサー部への空気の送風速度を高めることによって,同時測定性を実現した.本システムを用いてマングビーン等数種植物を対象に測定したところ高精度の測定値を得ることができた.そこで,光強度,炭酸ガス濃度,酸素濃度,温度を種々に変えた条件下でマングビーン個葉のガス交換速度とクロロフィル蛍光消光を測定し,両者の環境条件に対する反応特性から,光化学系と炭酸固定系の作用バランスについて解析した.環境要因を複雑に組み合わせてあるため,個々の反応について詳述はできないが,光合成に及ぼす環境要因の影響や各環境下における最適光合成効率には,光呼吸作用が大きく影響することが確認された.マングビーン等のC3型植物の光合成効率を理解する上で有意な結果が得られたと考え,実験結果の一部を日本作物学会に発表した.本システムを種々の植物を対象に応用すれば光化学系と炭酸固定系の両者から見た光合成効率の解明と光合成効率向上の基礎が得られるものと考えられる.