hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
針葉樹の雑種苗の分子識別と起源推定

カラマツの育種には雑種個体であるF1個体の普及が望まれている。北海道では成長も早く、野鼠抵抗性のあるグイマツとカラマツの雑種品種が開発されている。しかし、形態での識別は完全でなく、DNAマーカーを用いた形質での識別の精度向上が求められている。そのためにカラマツ及びグイマツの種識別マーカーを葉緑体DNAとミトコンドリアDNAを用いて開発を行った。このマーカーはこれら2樹種を正確に識別することができた。また雑種採種園と新しく造成された単一クローン採種園で、雑種個体の生産性が異なり、単一クローン採種園で極めて高い雑種苗が生産されていることが明らかになった。また苗木の形態での識別方法の改良も行い、2年生の同時枝数、1.2年生の文枝高、1.2年生の頂芽形成日、2年生の根元径が安定して使える形質であることが明らかになった。またカラマツ天然林の遺伝的構造を調査した結果、北限の馬ノ神岳の集団でユニークな変異を持っており、東部の一部の集団が同様の変異を共有していた。しかし、母性遺伝のミトコンドリアDNAは大きな違いがみられたが、核SSR(Simple Sequence Repeat)では馬ノ神岳の集団を除くと遺伝的分化程度はかなり低いものであった。また北海道の精英樹の起源は長野県の川上村の近傍の天然林と遺伝的組成が近く、この周辺が起源であることが示唆された。カラマツとグイマツの雑種識別のために、ヨーロッパカラマツで報告されている葉緑体DNA及びミトコンドリアDNAのマーカーの応用を試みた(Achere, et. al.2004)。また種識別の正確さを確認するために北海道選抜のグイマツ精英樹97クローン、カラマツ精英樹40クローンを材料として用いた。また種内の遺伝的な多型性を調査するために全国の天然分布をカバーしているカラマツ天然林由来の70個体のDNAサンプルも同時に使用した。その結果、既報のマーカーがカラマツとグイマツの識別に有効であることが明らかとなった。葉緑体、ミトコンドリアDNAのPCR-RFLP法を用いて解析した結果、カラマツ精英樹及び天然性由来の全個体がカラマツ型のDNAパターンを示し、グイマツ精英樹は2クローンを除いてグイマツ型のパターンを示した。グイマツ2クローンはDNAパターンが雑種型を示したが、これらは選抜の際の人為的な植栽ミスで生じた可能性が高いと判断された。その結果、今回使用したカラマツとグイマツ雑種識別マーカーは、雑種識別に有効で確実に雑種が識別できることが明らかとなった。またこの葉緑体DNAの識別マーカーを用いて、カラマツ及びグイマツ雑種採種園で収集した種子の雑種率を調査した。その結果、一般雑種採種園では個体によって雑種率が異なり、グイマツ母樹では7.5%58.3%で平均が15.9%でカラマツ母樹では22.9%95.8%で平均が56.5%であった。DNAマーカーで評価した従来型雑種採種園における平均雑種率は,2004年は15.9(±13.4)%,2005年は30.0(±25.5)%であった。一方,単一クローン母樹雑種採種園におけるグイマツの平均雑種率は,2004年は84.2(±9.4)%,2005年は94.1(±3.9)%であった。単一クローン母樹雑種採種園の平均雑種率は,両年ともに,従来型雑種採種園より有意に高く(両年ともにP<0.001,ANOVA)。本研究における単一クローン母樹雑種採種園の高い雑種率は,カラマツのグイマツに対する樹高やラメット数の違いの影響も考えられるが,いずれにしても,単一クローン母樹雑種採種園の従来型雑種採種園からの著しい改良効果が実証された。両採種園において,2005年の雑種率は2004年よりも高かった。

これは,2005年のカラマツのグイマツに対する相対的な花粉量が2004年より多かったことが原因と考えられる。この結果は,両種の相対的な花粉量が各年次の雑種率に影響を及ぼすことを示唆する。従来型雑種採種園における母樹間の雑種率の変異は,単一クローン母樹雑種採種園よりも高かった。この結果は,単一クローン母樹雑種採種園における採種母樹が2クローン(中標津3と中標津5)に限られていることに起因すると考えられる。また,従来型雑種採種園における各グイマツクローンの雑種率の順位には,年間で正の相関があった(Spearman ρ=0.77,P<0.05)。このことから,雑種率は,クローンがもつ比較的安定した特性と考えられる。カラマツの育種には雑種個体であるF1個体の普及が望まれている。北海道では成長も早く、野鼠抵抗性のあるグイマツとカラマツの雑種品種が開発されている。しかし、形態での識別は完全でなく、DNAマーカーを用いた形質での識別の精度向上が求められている。そのためにカラマツ及びグイマツの種識別マーカーを葉緑体DNAとミトコンドリアDNAを用いて開発を行った。このマーカーはこれら2樹種を正確に識別することができた。また雑種採種園と新しく造成された単一クローン採種園で、雑種個体の生産性が異なり、単一クローン採種園で極めて高い雑種苗が生産されていることが明らかになった。また苗木の形態での識別方法の改良も行い、2年生の同時枝数、1.2年生の文枝高、1.2年生の頂芽形成日、2年生の根元径が安定して使える形質であることが明らかになった。またカラマツ天然林の遺伝的構造を調査した結果、北限の馬ノ神岳の集団でユニークな変異を持っており、東部の一部の集団が同様の変異を共有していた。しかし、母性遺伝のミトコンドリアDNAは大きな違いがみられたが、核SSR(Simple Sequence Repeat)では馬ノ神岳の集団を除くと遺伝的分化程度はかなり低いものであった。
ジカウイルスアジア型株間の比較に基づくジカウイルスの病態発現機序の解明

近年、ジカウイルス感染症が太平洋諸国やアメリカ大陸において大流行し、ジカウイルスの先天奇形との関連や、性行為による伝播が明らかとなった。この大流行や新たな症状が明らかとなった背景にウイルスゲノムの変化があると仮説を立て、性状の異なるジカウイルス株間のゲノムと表現型の関連を明らかにして、仮説の検証とジカウイルスの病態発現機序の解明を試みる。マウスに対する病原性が異なるジカウイルス株の分子クローンを構築し、株間でキメラを作製する。キメラウイルスをマウスに接種し、ウイルスの病原性を規定する遺伝子領域を探索する。同領域の宿主因子との相互作用を解析して、ジカウイルスの病態発現機序を解明する。
マラリア感染における脳内免疫反応の4次元イメージング

血液脳関門(Blood-Brain Barrier, BBB)の機能障害は脳マラリアの主症状であるが、それがどのように起きているかほとんどわかっていない。私たちは超高磁場MRIおよび多光子顕微鏡を用いて嗅球が器質的および機能的にマラリア原虫によって損傷を受けていることを示した。嗅球を形成する索状微小毛管において、高熱とサイトカインストームに関連した、微小出血による寄生原虫の集積と細胞閉塞等が見られる。嗅覚喪失の早期検知と病原細胞の集積阻害による脳マラリアの初期段階での治療への応用が考えられる。27年度が最終年度であるため、記入しない。寄生虫学(含衛生動物学)27年度が最終年度であるため、記入しない。
熱帯資源植物コーヒー属の体細胞胚を用いた大量増殖と凍結保存

熱帯の重要な永年生作物であるコーヒー属の主要栽培種を材料として,体細胞胚形成による大量苗生産法を確立することを目的とした.雑種性樹木類では優良樹の大量苗生産には,成木を材料とする必要があるが,従来のほとんどの例は幼植物を用いられている.本研究では,熱帯樹木コーヒーの主要な栽培種アラビカ(Coffea arabica),カネフォラ(C.canephora)成木の葉切片を材料とし,体細胞胚形成について調べた.サイトカイニンのみを含む寒天培地中でembryogenicなカルスが形成され,さらに体細胞胚へと分化し,同培地で幼植物へと生育した.両種の再分化幼植物を鉢上げしたのち温室で栽培し種子を収穫した.これらの体細胞胚形成の効率化をはかり,大量胚形成のための培養法を確立することができた.他のCoffea属についても検討したところC.libericaは体細胞胚形成能のないカルスの形成がみられ,そのカルスを培養することにより非常に希に胚形成がみられ,アラビカ,カネフォラと異なっていた.他のCoffea属の種もそれぞれ3様の反応に分類された.また,アラビカとカネフォラ種のembryogenicカルスからのプロトプラストの培養系を確立し,その培養から体細胞胚が得られた.2種のプロトプラストをそれぞれ別の蛍光試薬を処理し電気融合させる諸条件を検討し,その融合細胞をマニュピュレーターを用いて分離,培養を試みた.融合細胞からの体細胞再生には至っていないが,その基礎的な諸条件を確立することができた.コーヒー種子は長期に保存できないため,体細胞胚をアルギン酸ビーズに埋め込み人工種子として超低温貯蔵を試みた.体細胞胚を蔗糖溶液で処理し,一定水分含量条件にして液体窒素で保存することにより長期保存が可能であることが認められた.これらは,熱帯資源植物の保存と育成に多大の貢献となると考えられた.熱帯の重要な永年生作物であるコーヒー属の主要栽培種を材料として,体細胞胚形成による大量苗生産法を確立することを目的とした.雑種性樹木類では優良樹の大量苗生産には,成木を材料とする必要があるが,従来のほとんどの例は幼植物を用いられている.本研究では,熱帯樹木コーヒーの主要な栽培種アラビカ(Coffea arabica),カネフォラ(C.canephora)成木の葉切片を材料とし,体細胞胚形成について調べた.サイトカイニンのみを含む寒天培地中でembryogenicなカルスが形成され,さらに体細胞胚へと分化し,同培地で幼植物へと生育した.両種の再分化幼植物を鉢上げしたのち温室で栽培し種子を収穫した.これらの体細胞胚形成の効率化をはかり,大量胚形成のための培養法を確立することができた.他のCoffea属についても検討したところC.libericaは体細胞胚形成能のないカルスの形成がみられ,そのカルスを培養することにより非常に希に胚形成がみられ,アラビカ,カネフォラと異なっていた.他のCoffea属の種もそれぞれ3様の反応に分類された.また,アラビカとカネフォラ種のembryogenicカルスからのプロトプラストの培養系を確立し,その培養から体細胞胚が得られた.2種のプロトプラストをそれぞれ別の蛍光試薬を処理し電気融合させる諸条件を検討し,その融合細胞をマニュピュレーターを用いて分離,培養を試みた.融合細胞からの体細胞再生には至っていないが,その基礎的な諸条件を確立することができた.コーヒー種子は長期に保存できないため,体細胞胚をアルギン酸ビーズに埋め込み人工種子として超低温貯蔵を試みた.体細胞胚を蔗糖溶液で処理し,一定水分含量条件にして液体窒素で保存することにより長期保存が可能であることが認められた.これらは,熱帯資源植物の保存と育成に多大の貢献となると考えられた.熱帯樹木コーヒーの主要な種であるアラビカ(Coffea arabica),カネフォラ(C.canephora)をおもに用いて、体細胞胚形成を経由した大量苗増殖系を検討した。まず、葉からの体細胞胚形成のための植物ホルモンを中心とした培養条件の検討を行った。アラビカ種とカネフォラ種ともサイトカイニンにより体細胞胚形成されることが認められたが、それら2種の培養後の対応は異なった。カネフォラ種は葉切片の切断面の培地との接触部全面から短期間に大量の胚形成がみられのに対し、アラビカ種は長期の培養が必要であり切断面の一部よりカルスが形成したのちそのカルスから連続的に体細胞の形成がみられた。また他のコーヒー種においてもサイトカイニンの培地で体細胞胚形成が認められたが、種により胚形成のしかたに差がみられた。また、アラビカ種のカルスからプロトプラストを調製し、その培養法を検討し、分裂さらにカルスを経て体細胞胚の形成させることができた。アラビカコーヒーの胚形成へのアミノ酸の影響を調べたところ、一般に有効であるとされているグルタミンは低濃度でコーヒーの体細胞胚形成を完全に阻害し、一方、アスパラギンは阻害せずむしろ有効であったまた、二次元電気泳動によるタンパク質などの体内成分の変動を調べている。凍結保存のための種々条件,材料,凍結防御剤,乾燥法,凍結脱水法等について検討した。

体細胞胚の体内水分濃度を変え凍結しその回復を調べ、人工種子の形態で予め組織を脱水、高濃度の蔗糖処理することが超低温保存に有効であり凍結した体細胞胚の解凍後の生長が高い頻度で認められた。熱帯植物の多くは種子保存ができないので、非常に有効な手段になるものと考えている。難貯蔵性種子などの長期保存が難しい作物での体細胞胚の利用の有効性が認められた。熱帯樹木コーヒーの主要な栽培種であるアラビカ(Coffea arabica),カネフォラ(C.canephora)と数種のCoffea属の野生種を用いて,体細胞胚を経由した体細胞胚形成について調べた.アラビカ種カネフォラ種の体細胞胚はサイトカイニンのみを含む寒天培地中で即ち胚形成と同じ培地で幼植物へと生育した.両種の再分化幼植物を鉢上げし温室で栽培した種子を収穫した.他のCoffea属についても検討したところC.libericaは体細胞胚形成能のないカルスの形成がみられそのカルスを培養することにより非常に希に胚形成がみられ,アラビカ,カネフォラと異なっていた.他のCoffea属の種もそれぞれ3種の反応に分類された.一方,アラビカ,カネフォラ種のEmbryogenicカルスからプロトプラストを調製し,その培養から体細胞胚が得られた.これらの2種のプロトプラストをそれぞれ別の蛍光試薬を処理した後,電気融合させる諸条件を検討した.また,その融合細胞をマニュピュレーターを用いて分離,培養を試みた.融合細胞からの体細胞再生には至っていないが,その基礎的な諸条件を確立することができた.コーヒー種子は長期に保存できないため,体細胞胚をアルギン酸ビーズに埋め込み人工種子状にして超低温貯蔵を試みた.体細胞胚を蔗糖溶液で処理し,シリカゲルで乾燥し一定水分含量条件にしてのち液体窒素で保存することにより長期保存が可能であることが認められ,多くの保存不可能な熱帯資源植物に応用できるものと思われる.
経済指標間の長期関係と一方向因果関係に関する研究

研究期間中には主に以下の研究成果が得た。1.スーパーコンピューターにて開発した多次元時系列の共和分及び一方向因果測度を計算するFortranプログラムをパソコンに移行することに成功した。さまざま因果測度を簡単に計算できるように、パソコン用の計量分析プログラムを開発した。2.多変量共和分時系列モデルに基づき、時系列間の周波数領域における一方向因果測度をより簡単に計算できるアルゴリズムを開発した。新しい計算方法は、シミュレションを行う際に計算コスト減に大いに貢献できる。3.一方向長期と短期(局所)因果測度、一方向因果測度の相対貢献度などの計算アルゴリズムを明らかにしたうえ、PRO FORTRANを用いて相応する計量分析ソフトを開発した。これにより、複雑な因果関係をより詳しく解明する実証分析が可能となった。4.多変量時系列間の時間領域と周波数領域における一方向因果測度をファイナンスなどの領域に観測される時系列の因果関係分析に応用するため、パソコンで簡単に計算できるアルゴリズムを究明できた。5.インターネートの適時性などの利点を生かし、簡単に取れる中国の金融証券市場の統計データをテキスト化の方法を究明した。今まで構築した日米中三カ国の経済時系列データベースを更新・充実し、今後の日米中マクロ経済に関する実証分析の基盤が固まった。6.日米中マクロ経済発展の関係分析を行うため、海外学術調査・研究発表を行った。国際及び日本国内で開かれた本研究課題に緊密に関連する主な学会及びシンポジウムを積極的に参加し、研究交流と研究資料の収集及び分析ができた。7.研究期間中に国内外の学術雑誌に研究論文5本、国内外の学会で研究発表4回の研究実績を得た。また、各種の因果測度を用いて、日本のマクロ経済指標間の一方向因果関係を詳しく分析した研究結果がFEMES2006に発表する予定である。本年度には複雑な経済関係の解明を可能とするアプローチの開発を目的に、主に以下の研究実績が得た。1.東北大学情報シナジーセンターのスーパーコンピューターにて開発したプログラムをシステム更新に伴い書き換えた。さらに、更新したスーパーコンピューター用プログラムをパソコンに移行することに成功した。必要な経済時系列データの収集について、これまで蓄積したデータベースを格段に充実した。今後の実証分析の展開に必要な条件として大いに備えた。2.日米中経済発展について海外調査研究を行い、国際学会出席・研究発表のため2回海外出張した。日本国内で開かれた主な学会と本研究課題に緊密に関連するシンポジウムを積極的に参加した。これらの学会参加および研究調査に得た情報は本研究課題の遂行に大いに役に立っている。3.日本経済成長の構造変化がある場合について、日本マクロ経済指標間の一方向因果関係を詳しく分析した。貨幣供給に関する実証分析においては、M2+CDより、貸出残高の経済成長への一方向長期及び短期影響をより詳しく示した。さらに、財政金融と国際貿易分野に着目し、一方向因果関係分析手法を用いて、日中経済発展の主な相互依存関係を解明した。地域経済分析については新しい時系列分析手法を用いて、香川県経済景気観測指標間の因果関係を解明した。これらの研究結果は下記の雑誌論文にまとめた。4.一方向長期と短期(局所)因果測度、一方向因果測度の相対貢献度などを実証分析に適応するアルゴリズムを明らかにし、各因果測度を推定及び検定するプログラムの開発段階に進んできた。日米経済関係を解明するために最適な共和分時系列モデルを構築し、一方向因果測度の統計検定により、日米主な経済指標間の因果関係を解明する研究が進んでいる。今は本年度中に国際雑誌に投稿する予定の研究論文をまとめている。

平成16年度には主に以下の研究実績が得た。1.多変数共和分時系列モデルに基づき、多変数時系列間の周波数領域における一方向因果測度をより簡単に計算できるアルゴリズムを開発した。新しい計算方法はシミュレションを行う際に計算コスト減に大いに貢献できる。2.一方向長期と短期(局所)因果測度、一方向因果測度の相対貢献度などの計算アルゴリズムを明らかにした。これらの因果測度は実証分析に時系列間における様々の複雑な因果関係をより詳しく解明することに期待できる。3.スーパーコンピューターにて開発した多次元時系列の共和分及び一方向因果測度を計算するFortranプログラムをパソコンに移行することに成功した。さまざまケースに対応できる因果測度を簡単に計算できるように、パソコン用の新しい計量分析プログラムを開発した。4.来年度に実証分析を展開するため、今まで構築した日米中三カ国の経済時系列データベースを更新した。特に、アメリカと中国のマクロ経済および金融時系列データを格段に充実した。5.日米中経済発展について海外調査研究・研究発表を行い、日本国内で開かれた本研究課題に緊密に関連する主な学会及びシンポジウムを積極的に参加した。これらの学会参加および研究調査に得た情報は本研究課題の遂行に大いに役に立っている。6.本年度中に国際雑誌掲載論文1本、国際学会発表1回の研究実績を得た。それに、各種の因果測度を用いて、日本マクロ経済指標間の一方向因果関係を詳しく分析した。論文としてまとめた研究結果が今年開催される予定の国際計量経済学会に投稿した。日米主な金融時系列における因果関係に関する研究は取り込んでいる最中である。平成17年度には主に以下の研究実績が得た。1.多変数時系列間の時間領域と周波数領域における一方向因果測度をファイナンスなどの領域に観測される高頻データの因果関係問題の解明に応用するため、パソ,コンで簡単に計算できるアルゴリズムを究明できた。2.多変数時系列間の一方向長期と短期(局所)因果測度、一方向因果測度の相対貢献度などの計算アルゴリズムを明らかにしたうえ、PRO FORTRANを用いて相応する計量分析ソフトを開発した。これらの因果測度を用いて、複雑な因果関係をより詳しく解明する実証分析が可能となった。3.インターネートの適時性などの利点を生かし、インターネートで取れる中国の金融証券市場の統計データをテキスト化の方法を究明した。今まで構築した日米中三カ国のマクロ経済と金融ファイナンス時系列データベースを更新・充実し、今後の日米中に関する実証分析の基盤が固まった。4.日米中マクロ経済発展の関係分析を行うため、海外学術調査・研究発表を行った。国際及び日本国内で開かれた本研究課題に緊密に関連する主な学会及びシンポジウムを積極的に参加し、研究交流と研究資料の収集及び分析ができた。5.本年度中に学術雑誌に掲載論文1本、国際学会研究発表
研究開発促進のための総合的な政策の在り方

本研究では、研究開発資金調達を考慮し研究開発を促進するための総合政策を考察することを目的としている。特に、研究開発者と資金提供者の間の、研究開発費に関する情報に着目し、本当に資金が必要な研究開発者に対して適切に公的な資金を供給するための仕組みとして、研究者に資金の一部を拠出させるマッチングファンドの効果について考察した。マッチングファンドを適切にデザインすることで、研究開発費用が低い研究者は公的研究費に応募せずに自己資金で研究をするように仕向けることが可能である。本研究ではマッチングファンドの効果を示し、それが有効に機能するための条件を整理した。今年度は公的研究費制度の在り方について研究を行った。公的研究補助金を投入することを考えると、社会的に最も重要なのは「研究開発者が自己資金では実現できないが、補助金を受け取ることで実現できる社会的に重要なプロジェクト」に対して補助金を与えることである。しかし、政府と研究開発者の間にはプロジェクトに関する情報(実際の費用や、実現確率、プロジェクトの収益性等)の非対称性が存在している。政府は詳細なプロジェクト情報を完全に把握することができないため、「補助金がなかったとしても研究開発者の自己資金で実現できたプロジェクト」に対して資金が投入されてしまい、社会的に必要なプロジェクトに補助金が行き渡らない逆選択の問題が発生する可能性がある。こうした問題を回避するために社会的に望ましいマッチングファンドシステムについて理論モデルを構築した。既存研究としてScotchmer (2006)が挙げられる。Scotchmer(2006)では、マッチングファンド(政府と研究開発者が相互に研究開発資金を拠出する方法)を適切に利用し、研究開発者に費用負担をさせることにより逆選択問題を軽減できるのではないかと議論している。しかし、彼女の研究では厳密なモデル分析は行われておらず、企業の拠出割合等に関しても議論がなされていない。また、「補助金がなかったとしても研究開発者の自己資金で実現できたプロジェクト」に対して行われる公的投資の非効率さに関しても考慮されていない。今年度はエディンバラ大学の河村耕平氏と議論を行いながら経済理論モデルを作成し、マッチングファンドが社会的に好ましくなるための条件と産業の特色(プロジェクトの社会的インパクトや企業利潤の大きさ等)を表すパラメタの関係性について研究を行った。基本モデルは既に完成しており、3月末には関西学院大学における産業組織論カンファレンスで報告を行っている。本研究の軸の一つである「公的研究費の在り方」については基本モデルが概ね完成し、2016年中には専門誌に投稿する予定である。今年度後半よりもう一つの軸である研究に対する法的規制の在り方に関する研究を開始する予定であり、概ね当初の予定通り研究は進んでいる。政府と研究開発者の間にはプロジェクトに関する情報の非対称性が存在するため、「補助金がなかったとしても研究開発者の自己資金で実現できたプロジェクト」に対して資金が投入されてしまい、社会的に必要なプロジェクトに補助金が行き渡らない逆選択の問題が発生する可能性がある。今年度も昨年度と同様に、こうした逆選択の問題を緩和するためにScotchmer (2006) Chap. 8に挙げられているモデルやScotchmer (2013)を参考に、マッチングファンドに関する理論研究を行った。昨年度の基本モデルでは、マッチングファンドの持つ性質の一つとして、自分で研究開発費を賄うことができる研究開発者をスクリーニングする効果について主に研究を行ったが、今年度は更に、マッチングファンドが公的研究費の存在が私的な研究費を減らしてしまうというクラウディングアウト効果を緩和する性質に着目し、基礎モデルの精緻化を図った。また、マッチングファンドと通常の政府補助金を比較し、どういった場合に研究者に対して費用負担を求めるべきかの区分に関する研究も行った。昨年度に作成したマッチングファンドの基本モデルに関し、上述したようなクラウディングアウトの抑制効果や通常の補助金との社会厚生上の比較を付け加えたため、分析量が当初の予定よりも多くなり、法的規制の在り方に関する研究までは至らなかった。しかしながら、公的研究費の在り方に関する研究としてはよりリッチな政策的インプリケーションが得られたと思われる。今年度も昨年度と同様に、こうした逆選択の問題を緩和するためにScotchmer (2006,2013)を参考に、マッチングファンドに関する理論研究を行った。今年度新たに取り組んだ研究は以下に示す2点に関するものである。1.昨年度に設計したモデルでは、Scotchmer (2006)と同様にマッチングファンドに募集する研究開発者に対して、固定の支払金額を課すことでスクリーニングする状況を考察していた。今年度では、固定の支払金額と支払負担比率の二つを組み合わせるシステムを構築することで、研究開発者の真の研究開発費用に関する情報を引き出すようなモデル構築を行い、さらに効率的なマッチングファンドシステムについて考察を行った。2.昨年度と同様に公的研究開発補助金が私的な研究開発補助金の支払額をクラウドアウトする効果についても分析を行った。一般的に、私的企業はイノベーションの外部性を読み込まないため、私的研究開発支出額は社会的に過小になると考えられている。この観点からは私的研究費のクラウドアウトは社会的に望ましいとは言えず、多くの補助金に関する実証研究でも暗にこれを仮定している。

本稿では、仮にファーストベストを考えたとしてもクラウドアウトが発生することを示し、これまでの既存研究とは異なる政策的知見を得ることができた。また、法と経済学会全国大会(東洋大学)等において研究報告を行い、参加者と議論を行うことでフィードバックを得た。本研究では、研究開発資金調達を考慮し研究開発を促進するための総合政策を考察することを目的としている。特に、研究開発者と資金提供者の間の、研究開発費に関する情報に着目し、本当に資金が必要な研究開発者に対して適切に公的な資金を供給するための仕組みとして、研究者に資金の一部を拠出させるマッチングファンドの効果について考察した。マッチングファンドを適切にデザインすることで、研究開発費用が低い研究者は公的研究費に応募せずに自己資金で研究をするように仕向けることが可能である。本研究ではマッチングファンドの効果を示し、それが有効に機能するための条件を整理した。公的研究費制度に関する基本モデルは既に完成しており、今後は基本モデルを拡張し、一般的な形でマッチングファンドの社会的なインパクトを議論する予定である。本年度中に専門誌に投稿を行い、本研究のもう一つの軸である研究に対する規制の在り方について、研究を進める。今後は基本モデルを拡張し、一般的な形でマッチングファンドの社会的なインパクトを議論する予定である。産業組織論学内入試業務のため、本来参加するはずであった国際学会に出席することができなかった。そのため見積もっていた出張費を次年度に繰り越している。学内行事のため、参加予定だった学会に参加することができなかったことで旅費の余剰分が生まれた。繰り越された余剰金額は、海外における学会報告や論文投稿のためのネイティブチェックに利用予定である。
伝搬特性を制御する右手系人工媒質の開発と放射素子への応用に関する研究

新たな右手系人工媒質を得るため,開口結合パッチを基にした透過素子を提案し,素子形状ならびに多層構造の最適化によって良好な周波数特性が得られることを実証している.また,複数凸型共振素子を用いた直交偏波共用反射素子についても新たな提案を行い,複数の共振現象を最適化することによって人工媒質の広帯域化が行えることを明らかにしている.このような検討は直線偏波だけでなく円偏波アンテナについても行い,人工媒質の多機能化を図っている.さらに,人工表面媒質の一次放射計系への応用についても検討を加え,これら開発した人工媒質ならびにアンテナの性能は,数値的・実験的検証により確認している.高利得・低サイドローブ特性をもつ反射鏡アンテナの小型化を達成するため,副反射鏡として,通常の2次曲面の鏡面系のかわりに,反射鏡表面を人工表面媒質で構成した一次放射系を考え,軽量化も考慮して誘電体基板とその表面に同心円状の導体膜をつけた構造について検討した.提案する一次放射器は,中央には給電導波管から誘電体基板内への直接波を遮へいする導体膜を設けた構造となっており,表面波の抑圧ならびに給電系との整合が可能なものとなっている.そして,反射鏡表面を電気的にTE波に対しては完全磁気導体(PMC),TM波に対しては完全電気導体(PEC)にすることによって,効率よく主反射鏡に吹き付けて高能率化し,さらに副反射鏡表面に沿って伝搬する表面波を抑圧して後方散乱を抑えることでアンテナ2次放射パターンのサイドローブレベルの低減を図っている.設計した一次放射器について電磁界数値シミュレーションにより特性計算を行ったところ,従来のものに比べて放射特性の改善が見られた.また,主反射鏡表面に用いる人工表面媒質として,異なる共振現象と偏波特性を巧みに利用した直交偏波共用リフレクトアレーについて検討を加えた.アレー素子(単位セル)は4つの共振素子から構成され,2段凸型ストリップ導体を変形したもの,ならびに凸型S状ストリップ導体から構成した素子形状について各々提案し,特性評価を行った.その結果,前者は交差偏波特性の低減に有効であり,一方後者は,さらに広帯域化を達成するために有用であることを数値的・実験的評価によって明らかにした.所望のアンテナ開口面分布が得られる伝搬特性の制御を平板構造の開口面によって行うため,周波数選択膜(FSS)の単位セル形状を応用して,少しずつ異なる形状にしたものを2次元配列させた人工媒質を検討した.このような構造に対する伝送特性の合成法として,周期配列したときに規格化した帯域通過特性を実現するように単位セル形状を決定し,これらを一つずつ配列して2次元アレーを構成することによって伝送波の開口面振幅および位相分布の制御を行う方法を提案している.さらに,多層構造の人工媒質に適した構造として,クロススロットを多層化して隣接層間の結合共振を利用した人工媒質を考案している.設計例として5層構造の人工媒質について示し,電磁界解析による伝送特性ならびにアンテナの放射特性の評価を行い,提案構造の妥当性を検証している.また,アンテナへの応用例として,広帯域モノポールアンテナ背面に人工表面媒質を設けた構造の特性について検討した.給電線路として用いているコプレナー線路と,その背面のマイクロストリップ導体素子の2次元アレー面とを一体とみなした多層化した構造を提案し,給電線路に対してはインピーダンス境界面として動作させ,アンテナに対しては入力インピーダンスの広帯域な制御を試み,電磁波論的な取り扱いを基にした設計解析を行っている.このような検討結果を基にして提案する人工表面媒質を備えたモノポールアンテナを設計し,試作実験ならびに数値計算の両面から提案するアンテナの有効性を検証している.新たな右手系人工媒質を得るため,開口結合パッチを基にした透過素子を提案し,素子形状ならびに多層構造の最適化によって良好な周波数特性が得られることを実証している.また,複数凸型共振素子を用いた直交偏波共用反射素子についても新たな提案を行い,複数の共振現象を最適化することによって人工媒質の広帯域化が行えることを明らかにしている.このような検討は直線偏波だけでなく円偏波アンテナについても行い,人工媒質の多機能化を図っている.さらに,人工表面媒質の一次放射計系への応用についても検討を加え,これら開発した人工媒質ならびにアンテナの性能は,数値的・実験的検証により確認している.地導体にエルサレムクロス型スロット素子を設け,その両面の誘電体基板にパッチ素子を2次元配列した新しい薄型構造の右手系人工媒質を検討した.従来のアレーアンテナや周波数選択膜の考え方を応用した平面レンズの設計では,誘電体基板の厚みを一定としたときの移相量の制御が難しいという問題があったが,本研究では,エルサレムクロス型スロットならびにパッチ素子を透過媒質の単位構造素子として用い,これらの共振特性に加えて,リアクタンス成分も制御することによって所定の結合共振特性を実現している.まず,簡単のため,エルサレムクロス型スロットは,単一偏波に対して動作するように設計するものとし,共振スロットとリアクタンス・スロットを一つにまとめた新しい機能を有するスロット素子を考案している.このような構造で得られる結合共振特性より広帯域な通過域特性を実現することによって,広範囲な透過位相の制御を可能にしている.得られた単位素子は,従来のものに比べて小さくできることも一つの特徴である.このような素子を2次元周期配列した構造に対して電磁界解析を行い,透過特性を評価することによって提案する右手系人工媒質の妥当性を検証している.

そして,単位素子の形状を拡大,縮小すれば透過位相を任意に制御するとともに反射電力を抑えた人工媒質の設計が行える.また,伝搬方向の媒質の厚みを非常に薄くすることができるので,マイクロ波帯の薄型平面レンズへの応用が可能である.さらに,このような検討結果を基に一次ホーンと平面レンズからなるアンテナを設計し,放射特性を数値的に評価した結果,良好な特性が得られており,放射素子への応用についても一つの成果が得られている.人工表面媒質の高性能化を達成するため,広帯域に動作する直交直線偏波共用素子ならびに偏波変換特性をもたせた円偏波発生素子を各々開発している.まずマイクロストリップ素子による主偏波および交差偏波成分の周波数特性について,周期境界条件を用いたスペクトル領域モーメント法による厳密な解析を行い,ストリップ導体素子に誘起される電流分布の振舞いを詳細に検討している.そして,単位セル内に配列する4つの異なる共振素子を各々対称構造とすれば,交差偏波成分の低減に有効であることを見出している.さらに,素子の対称性だけでなく単位セル構造全体に対称性をもたせれば,交差偏波成分を消去することができ,これを実現する4軸対称性を有する単位セル構造について検討し,2つの対称なスプリット方形リング素子からなるサブセルを直交する2軸に対して対称に4つ配置した単位セル構造を提案している.これによれば,複数共振特性によって広帯域化が行えるとともに,サブセルの主偏波成分を全て同相,交差偏波成分を互いに逆相とするこができ良好な偏波特性が実現できる.このような研究成果は,人工媒質の設計ならびに高性能な平面アンテナの開発を行う上で非常に有用なものとなる.また,導波路を構成する新たな人工媒質を開発するため,多層周波数選択膜を単位セルとして積層した構造について検討を加え,伝送特性について数値シミュレーションならびに試作実験の両面から詳細に評価している.その結果,提案する人工媒質は所定の周波数範囲にわたって所望の位相特性が得られるとともに,阻止域特性の制御も容易に行えることを確認している.アンテナ工学,電磁界理論,マイクロ波工学計画した通り,アンテナ開口面ならびに一次放射系に用いる人工表面媒質の構成法を明らかにし,高精度で効率的な設計・解析を行った.人工表面媒質を用いたアンテナ開口面としては,主ビーム方向を反射の法則とは異なる方向に向けることができることを明らかにしている.特に新規性のある素子形状として,周波数特性の広帯域化に重点をおいたものと,低交差偏波特性が得られるものについて各々開発しており,数値計算による検討に加え,試作による実験によって妥当性の検証ならびに有用性の確認を行った.また,一次放射系としては,人工表面媒質を用いた後方放射方式の構成法について数値的検討を行い,設計指針を明らかにした.このような一次放射系を軸対称パラボラアンテナに用いれば,高能率・低サイドローブ特性を有する小型アンテナが得られるほかに,広範囲な領域を照射するレーダ用アンテナにも応用が可能であり,アンテナの小型化に非常に有用なものとなる.計画した通り,人工媒質ならびにそのアンテナへの応用について検討を行った.
分子シミュレーションによる膜透過機構の解明と膜の分子設計

本研究は、分子シミュレーションを用いた無機膜の透過機構の解明と、第一原理量子化学計算を用いた表面原子の修飾法の研究をおこなったものである。(1)分子シミュレーションではμVT-NEMD法を用いて炭素膜中の純粋および混合気体の透過現象を再現し、膜の表面がランダム不均一表面である場合に比べて、周期的なエネルギーバリアを持つ表面では、透過ガスの吸着力が強いほど拡散抵抗が大きく、吸着平衡が支配的な分離機構から拡散抵抗支配の分離機構に変化することを明らかにした。(2)炭素膜入口のスリット幅を変えたメタン+エタン混合気体の透過では、強吸着成分のエタンが細孔入口をブロックして、単独ならば透過できる小さなメタン分子が透過できなくなる現象を観察した。(3)純シリカZSM-5中のヘリウム、窒素、二酸化炭素、メタン、エタンの透過現象をシミュレーションし、求めた細孔内の密度分布から、膜の入口・内部・出口の透過抵抗が推定できることを示した。(4)膜出口の透過現象の解析に新しく導入した核波束法を用いて面に垂直方向の運動エネルギーの大きさが透過抵抗に及ぼす影響を調べた。Gaussianを用いた第一原理量子化学計算をおこなった後で、Gamessを用いた計算から分子間ポテンシャルの分解をおこなったところ、二酸化炭素とMg-Oクラスター間の分子間ポテンシャルを支配する因子はMg-Oから二酸化炭素への電荷移動項であることが明らかになった。そこで、Mgよりも電気陰性度の小さなCa原子を選び、Mgの一部と交換したところ、電荷移動項がさらに促進されて吸着エネルギーが大きくなった。この計算例は、表面修飾原子を系統的に探索する新しい方法を示唆するものである。これまでに_μVT-NEMD法を適用して、スリット状炭素膜に対するメタン+エタン系の透過シミュレーションを行った。この研究成果はすでに学術論文として発表されている(1996,1997年)。続いて、膜表面の炭素をランダムに取り除くことによって作られる、荒れた表面を持つ膜の透過シミュレーションを行い、表面不均一性が透過抵抗を減少させること、および、混合ガスの透過では、速い分子の透過速度が遅い分子と同じように遅くなることを明らかにした。この研究論文はまもなく化学工学英文誌に掲載される。今年の秋の学会では、エネルギーバリアが直列的に配置された炭素膜表面の透過シミュレーション、入口・出口における透過シミュレーションの結果を報告し、透過分子の持つ運動エネルギー分布がガウス型であることに着目した透過モデルを提案して比較検討した。また、高橋は波動関数の時間発展方程式を解くための手法である核波束法を膜出口の透過現象に適用して解析し、膜透過現象の新しい解析手法を提案した。Gaussianを用いた量子化学計算では、取り扱いの簡単な酸化マグネシウム膜と二酸化炭素系を選び、この系に密度汎関数法を適用して吸着エネルギーを計算している。すなわち、サイズを変えて計算したMg-Oの平均結合エネルギーが実験値と一致するようなクラスターサイズを選び、MgOクラスター+CO_2系に対して、吸着エネルギーを計算するとともに、差電子密度を計算した。この結果について、解析を進めている。(1)分子シミュレーションでは、μVT-NEMD法を用いて炭素膜中の純粋および混合気体の透過現象を再現し、膜の表面がランダム不均一表面である場合に比べて、周期的なエネルギーバリアを持つ表面では、透過ガスの吸着力が強いほど拡散抵抗が大きく、吸着平衡が支配的な分離機構から拡散抵抗支配の分離機構に変化することを明らかにした。

(4)膜出口の透過現象の解析に新しく導入した核波束法を用いて面に垂直方向の運動エネルギーの大きさが透過抵抗に及ぼす影響を調べた。Gaussianを用いた第一原理量子化学計算をおこなった後で、Gamessを用いた計算から分子間ポテンシャルの分解をおこなったところ、二酸化炭素とMg-Oクラスター間の分子間ポテンシャルを支配する因子は二酸化炭素からMg-Oへの電荷移動項であることが明らかになった。そこで、Mgよりも電気陰性度の小さなCa原子を選び、Mgの一部と交換したところ、電荷移動項がさらに促進されて吸着エネルギーが大きくなった。この計算例は、表面修飾原子を系統的に探索する新しい方法を示唆するものである。
骨細胞を介したオステオネットワークによる顎関節力学的負荷応答性メカニズムの解明

顎関節における力学的負荷の影響については、下顎頭の成長を促進する場合と下顎頭・関節窩の吸収や変形を呈する場合があり、時間空間的に異なる条件下では、相反した変化を示す事が示唆されている。顎関節の力学的負荷応答性メカニズムに関する報告が散見されるが、細胞の動態およびシグナル伝達については不明な点が多く、未だ顎関節において力学的負荷がどのような影響を与えるか予測する事は困難である。よって顎関節への力学的負荷を感知すると考えられる軟骨細胞もしくは骨細胞が顎関節、特に下顎頭においてどのような機能を持つか明らかにし、治療に反映されうる知見を見出す事が必要と考えられる。本研究では、力学的負荷が顎関節おける骨細胞および周囲のオステオネットワークに与える影響について分子生物学的観点から解明する事を目的とする。今年度は顎関節に力学的負荷を与え、顎関節の成長および変形を引き起こす動物モデルを用い、細胞間コミュニケーションの解析を行った。我々は、咬合挙上ならびに卵巣摘出を同時に行い、新たな下顎頭変形モデルマウスを作成した。モデルマウスは、下顎頭軟骨層が菲薄化し、変形性関節炎(OA)スコアは高い値を示した。マイクロCT解析では、軟骨下骨組織における骨量の減少を示し、下顎頭における退行性の変化が認められた。TRAP染色では破骨細胞分化の増加を認めた。また、下顎頭変形の表現型に関わる遺伝子群の検索のため、マイクロアレイを行い、パスウェイ解析(KEGG pathway)を行ったところ、炎症性反応ならびに破骨細胞形成の亢進が認められた。さらに、ERKシグナルの亢進を示唆する所見も得られ、本研究結果を海外学術雑誌ならびに各種学会に発表した。本年度は、昨年度作成した下顎頭変形モデルの表現型解析の継続と、細胞間シグナル伝達の検討を行った。リアルタイムPCRから炎症性サイトカイン(Il-1α, Il-1β, Tnf-αならびにIl-6)の遺伝子発現レベルは高値であり、モデルマウスは炎症性のOAを呈する事が明らかとなった。さらに、蛍光免疫染色にて、エストロゲン受容体αおよびERKの発現が増加していた。以上の結果から、力学的負荷とエストロゲン欠乏状態はエストロゲン受容体αの発現を増加させ、その下流であるERKシグナルを亢進することで破骨細胞形成が促進され、下顎頭軟骨下骨梁の減少および軟骨層の菲薄化に寄与するのではないかと推察された。下顎頭変形モデルの実験系成立の確認がなされたため、下顎頭から抽出したRNAを用いて骨代謝関連遺伝子の発現レベルについてリアルタイムPCRを行ったところ、SOST, Wnt5a, Ctnnb1の発現に変動が見られた。この事から、モデルマウスの下顎頭において骨細胞を介した骨代謝関連因子が力学的負荷ならびにホルモン量の変化によって変動し、表現型に関与した事が示唆される。本年度は、昨年度までに作成したモデルマウスの解析を行い、研究結果を国際学術誌であるArchives of Oral Biologyに発表する事ができた。下顎頭変形モデルにおける表現型解析および関連するオステオネットワークの解析は順調に進んでいるため、本研究のもう一つのターゲットである成長期モデルの確立ならびにin vitroの実験系確立が必要であり、36週齢のマウスを使用し予備実験を行っている。マイクロCT、組織化学的解析(トルイジンブルー染色、TRAP染色)や免疫組織学的解析を行い、表現型解析を進める予定である。また、in vitroの実験系においては、下顎頭変形マウス・成長期マウス下顎頭から初代培養細胞骨細胞の採取を試みるが、組織体積が非常に小さいため採取が困難な場合は、骨細胞様株であるMLO-Y4を使用することも検討する。初代経代培養細胞ならびにMLO-Y4を細胞ストレッチシステムに播種し、力学的負荷の影響を検討する。シリコンエラストマー製の特殊シリコン膜を使用したチャンバーに骨細胞を播種し、細胞に伸展力(伸展率最大20%)を与えて培養する方法を採用する。さらには、網羅的に力学的負荷の影響を検討するため、骨細胞だけでなく軟骨細胞に着目し、前述の細胞ストレッチシステムで軟骨細胞を培養し、軟骨細胞の機能の探索も進める。下顎頭の退行性変化ならびに成長の過程において骨細胞および周囲の細胞がどのようにコミュニケーションを図り、機能しているかを分子生物学的な観点で検討する。また、可能な限り矯正歯科における成長期症例ならびに成人下顎頭変形症例の臨床情報ならびにマテリアルも採得し、実験基礎的データに結びつく知見を得る事も考えている。力学的負荷と顎関節の関連性については、機能的矯正装置使用時に見られるように、力学的負荷に対して下顎頭は成長促進を示すとされる一方、成長終了後は過剰な力学的負荷による下顎頭・関節窩の吸収や変形を呈する場合もあり、条件によっては相反する変化を示す事が報告されている。現在、顎関節の力学的負荷応答性メカニズムに関する解析が進んでいるものの、細胞の動態およびシグナル伝達については不明な点が多く、未だ歯科臨床では力学的負荷が時間・空間的に顎関節へ与える影響を予測し制御する事は困難である。顎関節への力学的負荷を感知するのは、メカノセンサーを持つ軟骨細胞もしくは骨細胞と考えられるが、それらの細胞が顎関節、特に下顎頭においてどのような機能を持つ不明な点が多い。本研究では、力学的負荷が顎関節に存在する骨細胞、および骨細胞を取り巻くオステオネットワークに与える影響について分子生物学的観点から明らかにし、顎成長・顎関節変形制御に関する知見を獲得し、臨床応用への礎を築く事を目的とする。

具体的には、顎関節に力学的負荷を与え、顎関節の成長および変形を引き起こす動物モデルを用い、骨細胞の表現型および細胞間コミュニケーションの解析を軸として、年齢依存性および応力依存性の検討を行う。骨細胞から分泌されるシグナル因子の同定および生体内での機能解析を目指す。本年度は、成獣マウス咬合挙上モデル(下顎頭変形モデル)を作成し、主として顎関節骨細胞および周囲に存在する骨代謝関連細胞の組織化学的・免疫組織学的解析を施行した。下顎頭における骨細胞の存在が認められたため、現在骨細胞マーカーを用いて機能的解析を進めている。研究成果の一部を国際学会で発表した。現段階では、成獣マウス咬合挙上モデル(下顎頭変形モデル)の作成を行い、体重測定ならびにマイクロCTを用いて実験系が確立しているかどうかを確認した。マイクロCT解析では、軟骨下骨組織においてBonevolume pertissue volume(BV/TV)の減少を示し、下顎頭における退行性の変化が認められた。これにより力学的負荷による顎関節の応答性を確認する事ができたため、さらに顎関節骨細胞および周囲に存在する骨代謝関連細胞の組織化学的・免疫組織学的解析を施行した。トルイジンブルー染色より、軟骨層の菲薄化およびOAスコアの高値を認め、TRAP染色では破骨細胞分化の増加を認めた。以上の結果から下顎頭変形モデルの実験系成立の確認がなされたため、HE染色を用いた骨細胞数の計測ならびに骨細胞のマーカーであるSOST, DMP1を用いて免疫染色ならびにRT-PCRを行い、骨細胞分化の検討を行っている。今後成長期モデルにおける一連の表現型解析ならびに骨細胞の関与について実験系の確立を行いたいと考えている。また、力学的負荷と他の刺激因子が強調して顎関節に与える影響について検討したところ、下顎頭吸収の悪化を認めた。さらに、下顎頭から採取したRNAを用い、マイクロアレイ解析を行ったところ、炎症性反応の亢進を示唆するデータが得られた。この研究成果の一部を本年度の国際学会で発表した。初年度に計画していた内容にほぼ順じた研究の進捗状況となっている。顎関節における力学的負荷の影響については、下顎頭の成長を促進する場合と下顎頭・関節窩の吸収や変形を呈する場合があり、時間空間的に異なる条件下では、相反した変化を示す事が示唆されている。顎関節の力学的負荷応答性メカニズムに関する報告が散見されるが、細胞の動態およびシグナル伝達については不明な点が多く、未だ顎関節において力学的負荷がどのような影響を与えるか予測する事は困難である。よって顎関節への力学的負荷を感知すると考えられる軟骨細胞もしくは骨細胞が顎関節、特に下顎頭においてどのような機能を持つか明らかにし、治療に反映されうる知見を見出す事が必要と考えられる。本研究では、力学的負荷が顎関節おける骨細胞および周囲のオステオネットワークに与える影響について分子生物学的観点から解明する事を目的とする。今年度は顎関節に力学的負荷を与え、顎関節の成長および変形を引き起こす動物モデルを用い、細胞間コミュニケーションの解析を行った。我々は、咬合挙上ならびに卵巣摘出を同時に行い、新たな下顎頭変形モデルマウスを作成した。
切り花リンドウ花弁の紫外線反射率上昇現象の機構解明とその収穫期・鮮度判定への応用

リンドウ花弁の紫外線画像の画素値は開花期に有意に明るくなるが、その機構や現象の詳細は未解明である。そこで本研究では、まず花弁各部の紫外線画素値の変動を詳細に検討し、花弁内面の画素値がより強く変動することを認め、花弁内面にその中心的変動機構が存在する可能性を発見した。さらに、同変動が花弁内の含水率とpHの変動を伴う事実を発見し、同変動を引き起こす実体が花色素内の有機酸等のUV蛍光性色素であり、特にpHの変動がその蛍光収率に影響する可能性を指摘した。・紫外線画像輝度値の上昇と花粉の成熟期との時間的関連性に関する解析本年度(平成20年度)は、これまで子房柱頭部の目視レベルの形状変化を基に設定していた現状の5段階の成熟レベルを見直し、再設定した。具体的には、多数のサンプルを対象に、花粉の成熟に伴う葯の形状変化を微細に観察した。その結果、新たな4段階の成熟レベルを設定した。結果として時間分解能が低下したが、実際の成熟の進行速度とより同速度に連動することが期待できる。さらに本年度は、「八幡平市花卉研究開発センター」との連携で、収穫直後のサンプルを多数確保し、主力2品種(特に'安代の秋')のサンプルを必要十分な数量用いて、花粉の成熟状況の確認と、紫外線画像の撮影実験を実行し、多数の画像データを集積した。今後の画像データ解析により、紫外線画像輝度値の上昇時期と花粉の成熟の時期との関連性がより明確に解明されると期待できる。また本年度は、新たに偏光フィルターを用いて測定した画像と紫外線画像の比較検討を行った。その結果、両者とも成熟レベルとの連動性が認められたが、偏光画像から得られる画像指標が線形的であるのに対し、紫外線画像からのものは従来の結果と同じく非線形性が強い結果となった。両画像の関連性に糊する検討は今後の課題である。尚、本年度における研究上重要な進展としては、デジタル撮影可能な高倍率・高解像度の顕微鏡関連装置を整備した点である。今後、紫外線画像や偏光画像などと成熟レベルとの関連性を確認する上で、花弁表面部の形態学的な変化の観察が十分可能な態勢が整備されたと期待できる。これまでの研究において、リンドウの成熱、老化状態と花冠の紫外線画像の輝度値の関係性を検討した結果、葯の成熟する時期、即ち開花期に紫外線輝度値が有意に高くなり、その後老化とともに暗くなることが分かっている。しかし、なぜ成熟・老化の進行とともに紫外線輝度値すなわち花冠の紫外線反射率が変動するのか、その機構は依然として解明できていない。このため、本現象が特定の園芸品種固有の人為的・偶発的現象なのか、あるいは他の品種でも普遍的な生態学的に意味ある現象なのかが不明なままである。そこで今年度は、花・ポリネーター間の関係性などの現象の生態学的な意味を検討する前に、その機構解明を優先して研究を遂行した。ここで一般に、花は花冠の内側の細胞に多くの水が移動することで細胞が肥大し開花する。したがって、リンドウ花冠の紫外線輝度値の変動には開花期の水の移動による細胞の肥大が関係している可能性がある。そこで今度は、紫外線輝度値の変動と体内水分関係(含水率、含水比、乾物比、相対含水率、水欠差など)との関連性に関して詳細な検討を行った。その結果、紫外線輝度値の変動傾向は、含水率とほぼ同一であることが判明し、紫外線輝度値上昇には、花冠内細胞に相当量の水が流入する必要があることが伺われた。さらに、走査型(SEM)電子顕微鏡を用いて花冠表面(内面、外面)の微細構造を観察したところ、特に内面において、表皮を覆う襞間の間隔が、紫外線輝度値上昇の前後で、縮小・拡大・縮小と変動することを確認した。これまでの研究において、リンドウの成熟・老化状態と花冠の紫外線画像の輝度値の関係性を検討した結果、葯の成熟する時期、即ち開花期に紫外線輝度値が有意に高くなり、その後老化とともに暗くなることが分かっている。そこで本研究では同現象の発生機構の解明を目指した。まずこれまでに、同変動が花冠内の含水率とほぼ同期することを発見したが、今年度特筆すべき現象として、含水率の上下と同期して花冠のpHも変動することを発見した。すなわち、紫外線反射率が最も高くなる時期に含水率は最も高く、pHはアルカリ側に移行した。その他のステージではいずれも含水率は低下し、pHは酸性側に移行した。さらにこの際、同時に花冠の紫外域から可視光域までの分光反射特性を測定しその特徴を検討した結果、同現象を引き起こす実体が、花色素内の有機酸の一種である蛍光物質、"カフェ酸"や"フェルラ酸"であり、これまで観察した紫外線反射光の一部がこれらの蛍光である可能性を発見した。

すなわち、開花に伴う花冠内の水移動が、花色素の存在する液胞内のH^+の濃度変化、すなわちpH変動を誘導し、最終的に、このpH変動が上記有機酸の紫外域における蛍光収率に影響する可能性が認められる。言い換えれば、この蛍光強度変動により、結果として(見かけの)紫外線反射率変動が引き起こされると考えられる。今後はHPLCなどの定量分析により上記物質の影響を実際に確認する必要がある。