hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
準安定励起子衝撃により生成した禁制励起状態の分光学的研究

長寿命の励起状態にある原子を放電あるいは電子衝撃により気相で生成し分子との衝突エネルギー移動過程を起こさせることによって通常の光励起過程では生成しにくい禁制励起電子状態を効率よく生成させ、特徴的な構造化学的あるいは動力学的性質を発見することが本研究の目的である。昭和60-61年度の研究により、下記に要約する成果を得た。それらの詳細は、別紙資料のように、論文22報、口頭発表38件(ほかに本研究と密接に関連する論文40報、口頭発表20件)として公表し、あるいは近日中に公表する予定で準備中である。1.希ガス準安定励起原子と分子の衝突による解離励起過程。(1)シアン化合物の解離励起により生成するCNラジカルの電子励起状態を高分解能発光スペクトルにより解析し、【^4Π】状態の振動回転状態の帰属を確定できた。(2)A【^2Π】状態の高い励動回転励起状態についても帰属を確定し、これらの電子状態に関する分子定数およびポテンシャルエネルギー曲線を正確に求めた。(3)【B^2】【Σ^+】状態との摂動相互作用定数を求め、電子遷移確率の振動量子数依存性を解析した。(4)CNラジカル生成断面積や発光の偏光度の衝突エネルギー依存性、衝突回転緩和過程の速度定数と放射寿命についても知見を得た。(5)CN(【X^2】【Σ^+】)状態の高い振動励起状態の回転定数をマイクロ波分光によって測定した。(6)【H_2】0,N【H_3】,HCl等の分子とHe(【2^3】)原子との衝突による二電子励起状態の生成と解離過程につき、発光スペクトルの解析と動力学的計算により研究した。(7)He(【2^3】S),Ne(【^3P_(0.2)】)とグラファイト表面およびベンゼン吸着表面との衝突による電子放出機構について電子分光法により研究し、固体表面における電子散乱と二次電子放出過程について多くの知見を得た。2.希ガス高励起リュードベリ原子と分子クラスターの衝突によるクラスター負イオン生成過程質量分析法を用いて、【CO_2】,【NH_3】,【N_2】O,【CCl_4】,ピリジンおよび水和クラスターへの電子付着過程について詳しく研究した。
ＭＬＬ白血病におけるＡＥＰ複合体の作用機序

癌が多くの人の健康を脅かす中、白血病は乳児を含む若年層にも起こりうる病気である。MLLという遺伝子に異常が起こることで引き起こされる白血病は乳児白血病の大きな原因の一つであり、現在の治療法では未だ予後が悪い。我々は、MLL関連白血病の発症メカニズムを明らかにし、最終的には新しい治療法の開発を目指す。本研究において、MLL変異体が異常な遺伝子発現を引き起こす仕組みを明らかにした。MLL変異体はまずAEPという遺伝子制御因子と結合し、さらに細胞内の別の遺伝子発現制御因子と協調して癌を引き起こしていることが明らかになった。染色体転座によって形成されるMLLキメラ遺伝子は予後不良の白血病を引き起こす。MLLの融合パートナーであるAF4やENLはP-TEFb転写伸長因子と複合体(略称AEP:AF4/ENL/P-TEFb)を形成する。MLLの融合パートナーは60種類以上あるが、主要なMLLキメラはすべてAEPを標的クロマチンに恒常的にリクルートする事で転写を恒常的に活性化し、白血病を引き起こす。本研究はMLL白血病の成立に最も重要な働きをしているAEP複合体の作用機序の解明を目指す。我々はMLLとAEP構成因子であるAF4やAF5q31からなるキメラ遺伝子(MLL-AF4及びMLL-AF5q31)を用いてマウス骨髄細胞を不死化するトランスフォーメーションアッセイを行い、AEPにおける不死化に必須な機能ドメインを同定した。具体的には、MLL側の不要なドメインを取り除いたものとAEPの機能ドメインの一つを融合したMLL(mininum)キメラ遺伝子を多数作製し、それらの変異体でトランスフォーメーションアッセイ用いた解析を行った。我々は様々なキメラ変異体を解析する事で、AF4及びAF5q31に含まれる200残基程の領域が重要である事を見いだした。この領域はこれまでに行われていたMLLL部分全長を含むキメラ遺伝子の解析では見つからなかった領域であった。この事は、通常のMLLキメラではなく、我々が作製したMLL(minimum)キメラで解析する事によって、これまでに見る事の出来なかった機能ドメインの機能を見る事ができるという事を示しており、我々のとったユニークなアプローチが独自の知見を生み出したといえる。今後、このMLL(minimum)キメラを用いる事によって他のMLLキメラにおける白血病化に必要な様々な機能ドメインを発見する事ができると期待される。本研究は白血病を引き起こすがん遺伝子MLL-AEP fusionの分子メカニズムを明らかにしようとする。白血病において、MLL遺伝子は染色体転座によってMLLと融合パートナーからなるキメラ遺伝子が形成される。その遺伝子産物MLL fusionが標的遺伝子を異常に活性化する事が発症の根本的なメカニズムであると考えられる。MLL関連白血病のうち約7割の症例が、我々が以前に分離同定したAEP複合体の構成因子とのfusionによるものである事が分かっている。平成25年度は「すべてのMLLキメラはAEP依存的に転写を活性化するか?」「AEPはどのようなメカニズムで標的クロマチンにリクルートされるのか?」の二つの疑問に取り組んだ。第一の質問については前年度から継続して取り組んだものであり、我々は合計7種の異なるMLL fusionによって不死化した細胞がAEP依存的に増殖するかどうかをshRNA技術などの遺伝学的な手法で調べた。その結果、AEPと直接結合しないMLL fusionも程度の差はあるがAEP依存的である事が分かった。AEPの構成因子であるENLが結合するクロマチン修飾を調べた結果、特定のクロマチン修飾がENLに結合するヌクレオソームに濃縮している事がわかった。これらの結果から、AEPが様々なMLL fusion発現細胞において、自律的に標的クロマチンを認識して転写を活性化し、白血病化に寄与している事が分かって来た。我々は平成23年度までにMLLとAEP構成因子であるAF4やAF5q31からなるキメラ遺伝子(MLL-AF4及びMLL-AF5q31)を用いてマウス骨髄細胞を不死化するトランスフォーメーションアッセイを行い、AEPにおける不死化に必須な機能ドメインを同定した。平成24年度にはこの不死化に必要なドメインに結合する蛋白質の同定に取り組んだ。具体的には、目的の機能ドメインを細胞株に発現させてFLAGタグを用いたイミュノアフィニティー精製により精製し、質量分析にてその内容物を同定する。この手法により我々はこれまでに幾つかの結合蛋白質を同定している。

それらはこれまでに機能のわかっていないタンパク質であったり、HOX遺伝子などのMLL標的遺伝子の発現に関与するとは考えられて来なかったものが含まれていた。それらの相互作用蛋白質に対するsh-RNAを用いて蛋白質の機能を減弱させてやったところ、MLLキメラ依存性の転写活性化や造血細胞の不死化能が阻害された。従って、これらの新規同定された結合蛋白質がAEP依存性の転写活性化に寄与している可能性が示唆された。本研究は白血病を引き起こすがん遺伝子MLL-AEP fusionの分子メカニズムを明らかにしようとする。白血病において、MLL遺伝子は染色体転座によってMLLと融合パートナーからなるキメラ遺伝子が形成される。その遺伝子産物MLL fusionが標的遺伝子を異常に活性化する事が発症の根本的なメカニズムであると考えられる。MLL関連白血病のうち約7割の症例が、AEP複合体の構成因子とのfusionによるものである事が分かっている。平成26年度は初年度から取り組んできた「AEPが転写を活性化するメカニズム」の解析を中心に行った。具体的には、MLLキメラが骨髄前駆細胞を不死化する実験系を用いてAEP構成因子中のどの機能ドメインが不死化に必要であるかを明らかにした。さらにそのドメインに結合する因子を分離精製し同定したところ、様々な転写関連因子がAEP依存性の転写活性化に関与することがわかった。これらの因子についてshRNAを用いてノックダウンしたところ、幾つかの因子がMLLキメラ依存性の転写活性化能や造血細胞の不死化能に必須であることがわかった。これらの成果を学術誌に投稿した。26年度が最終年度であるため、記入しない。分子腫瘍学26年度が最終年度であるため、記入しない。MLLとAEP構成因子のキメラによる造血細胞の不死化のメカニズムについて、これまでの方法では見いだせなかった機能ドメインを見いだしており、研究は順調に進展している。さらに、我々はこの不死化に必要なドメイン構造を200残基程度の小さな領域にまで狭めた。このドメインは我々のユニークなアプローチでのみ発見するこの出来た独自の知見であり、この点で世界をリードしていると言える平成25年度に掲げた研究提案は二つとも順調に進展しており、概ね予定通り達成できたといえる。当初の計画では平成23年度以降にAEPと結合して転写活性化に寄与する新規結合蛋白質を同定する事を目標としており、現在その候補因子が同定され、確かにMLLキメラ依存性の転写活性化に重要な働きをしている事を見いだしている。また、sh-RNAを用いた多様なMLLキメラのAEP依存性の解析も行い、MLLとAEPの構成因子からなるMLLキメラ以外のMLLキメラにおいてもAEPが必要である場合が多い事がわかってきた。これらの事から、研究は順調に進展しているといえる。我々は、AEP構成因子に含まれる白血病化に必須の機能ドメインを見いだした。
ペーストタイプ次亜塩素酸ナトリウム剤の組織刺激性に関する研究

平成10年度研究では、病理組織学的ならびに生化学的手法を用いて、ペーストタイプ次亜塩素酸ナトリウム剤の口腔粘膜に対する組織刺激性についての評価を行った。その結果、ペースト剤と液剤の粘膜組織に対する組織刺激性は、ほぼ同程度であることがわかった。平成11年度研究では、ペーストタイプ次亜塩素酸ナトリウム剤の歯髄に対する組織刺激法について評価を行った。注水形成後のラット下顎切歯窩洞に10%NaOCIペースト、あるいは10%NaOCI液を30分間作用した後、アマルガムで封鎖を行い、経時的に以下の項目についての検索を行った。1)ペースト剤の作用による歯髄の病理学的検索:HE染色による観察の結果、作用直後より薬剤と接触した歯髄表層部に、組織溶解層が認められた。また、その直下の組織では出血、ならびに炎症性細胞浸潤が顕著に認められ、その傾向は12時間以降も継続していた。しかし、組織の溶解については、薬剤との接触面に限局したものであり、深部にまでは浸透していないことが明らかとなった。2)ペースト剤の作用による歯髄内ヒスタミン含量の測定:作用終了直後から48時間まで経時的に試料を摘出、抽出し、蛍光法でヒスタミン含量の測定を行った。ペースト剤の作用により、処置直後から増加したヒスタミン量は、処置後30分で最大値(17.60±2.16ng/mg pulp)となり、3時間以降は急速に低下し、6時間で平衡となった。一方、液剤の作用では、処置後15分で最大値(19.40±0.90ng/mg pulp)を示し、その後はペースト剤とほぼ同様の傾向を示し、平衡となった。以上の結果から、本試作ペースト剤は液剤とほぼ同等の組織刺激性と有機質溶解能を有し、操作性、停留性に優れていることから、窩洞及び根管の化学的清掃剤として臨床に有用であることが示唆された。平成10年度研究では、病理組織学ならびに生化学的手法を用いて、ペーストタイプ次亜塩素酸ナトリウム剤の口腔粘膜に対する組織刺激性を評価した。Wister系ラット(7週齢)の下顎口腔前庭粘膜に、ペーストタイプ10%次亜塩素酸ナトリウム剤あるいは10%次亜塩素酸ナトリウム溶液を4mm×4mmの範囲で30分間作用させ、経時的に作用部位粘膜部を摘出した。この試料に対し、1)作用部位粘膜の病理組織学的検索、2)作用部位粘膜におけるヒスタミン量の測定を行った。1)作用部位粘膜の病理組織学的検索:作用終了から1,24,48時間後に作用部位粘膜を摘出した。ホルマリン固定後、通法によりヘマトキシリン・エオジン染色を施し、実体顕微鏡下で観察を行った。ペースト作用群と液作用群を比較したところ、両群とも作用後1時間で、粘膜固有層の露出、空胞化、肥厚化が認められ、この所見は48時間にも同様に観察された。また好中球を中心とした炎症性細胞浸潤、血管の拡張が経時的に進展していく傾向が認められたが、両群間の組織変化に明らかな差異は認められなかった。2)作用部位粘膜におけるヒスタミン量の測定:作用終了から1,24,48時間後に試料を摘出した。4°C下で試料をホモジナイズ後、Shoreらの方法によりヒスタミンを抽出し、蛍光法で定量を行った。ペースト群の作用後1時間で、粘膜部のヒスタミン量は29.01

ng/mgを示したが、24時間では18.62ng/mg、48時間では5.76ng/mgと、時間の経過とともに減少していく傾向が認められた。また液剤についても同様の傾向がみられた。30分の作用時間にも関わらず、両剤の組織侵襲は当初の推測よりも低い状態にとどまった。またペースト剤の組織浸透性ならびに、組織刺激性は、液剤とほぼ同程度であった。平成11年度は、歯髄組織に対する組織刺激性について、比較検討していく予定である。平成11年度研究では、ペーストタイプ次亜塩素酸ナトリウム剤の歯髄に対する組織刺激性を病理組織学ならびに生化学的手法を用いて評価した。はじめに、窩洞形成が歯髄に及ぼす影響を比較したところ、歯髄内ヒスタミン含量は注水冷却により、非注水切削の値に対し84%とその量は減少していた。このことから、窩洞形成時には歯髄内ヒスタミン含量を低減するために、注水下での形成を行い、歯髄刺激性の評価を行った。注水形成後の窩洞部に10%NaOC1ペーストあるいは10%NaOC1液を30分間作用した後アマルガムで封鎖を行い、経時的に以下の項目について検索した。1)10%NaOC1ペースト作用による歯髄の病理学的検索:HE染色による観察の結果、作用直後より、薬剤と接触した歯髄表層部には、組織溶解層が認められた。また、その直下の組織では、出血、ならびに炎症性細胞浸潤が顕著に認められ、その傾向は12時間以降も継続していた。しかし、組織の溶解は、薬剤との接触面に局限し、深部にまでは浸透していなかった。2)10%NaOC1ペースト作用による歯髄内ヒスタミン含量の測定:作用終了直後から48時間まで経時的に試料を摘出、抽出し、蛍光法でヒスタミン含量の測定を行った。10%NaOC1ペーストの作用により、処置直後から増加したヒスタミン含量は、処置後30分で最大値(17.60±2.16ng/mg pulp)となり、3時間以降は急速に低下し、6時間で平衡となった。一方、液剤の作用では、処置後15分で最大値(19.40±0.90ng/mg pulp)を示し、以降はペースト剤とほぼ同様の傾向を示し、平衡となった。以上の結果から、本試作ペースト剤の組織刺激性は液剤とほぼ同様であり、組織溶解性も作用部位周辺に限局することが明らかとなった。
メダカを用いた総合的環境影響評価システムの構築

野中:メダカの獲得免疫、自然免疫に関わる遺伝子のcDNAの単離、ゲノム構造の解析を行った。獲得免疫関係では、哺乳類の主要組織適合抗原複合体(MHC)に存在する遺伝子に着目して、そのメダカホモローグの単離を行い、遺伝子座を決定した結果、哺乳類MHC領域に存在する遺伝子がメダカゲノムでは多くの染色体に分散して存在することが判明した。にもかかわらず、クラスIA遺伝子とクラスI抗原提示に関与するいくつかの遺伝子は緊密に連鎖しており、これらの遺伝子が脊椎動物MHCの中枢部分であることが示唆された。この領域、約200kbをカバーするBACクローンを単離し、その全塩基配列を決定し、16ヶの遺伝子を同定した。自然免疫関係では、補体系のC3,C4,B因子の遺伝子を単離した。そのうち補体系の中心成分C3の遺伝子はコピー数が10程度に増幅しており、獲得免疫が未発達な硬骨魚類では、自然免疫がより重要な役割を果たしている事が示唆された。木村:DNA損傷の修復に関与するDNAリガーゼ、環境要因を検出する神経系の情報伝達に関与するDRP遺伝子の解析を行った。後者は哺乳類とほぼ同じ遺伝子のセットが検出され、この情報伝達系は脊椎動物の進化過程を通じて保存されてきたことが示された。また、遺伝子機能抑制の試みではGFP遺伝子を用いてRNAi法の有効性を検討した。茂岡:環境中の化学物質による毒性を効率よく検出するためのアッセイ系を確立した。飼育容器の小型化により、多種の化学物質を同時に評価できるようにすると共に、メダカ細胞の培養系を確立し、細胞レベルでの毒性試験も可能にした。1.メダカ免疫関連遺伝子、特に哺乳類MHCにコードされる遺伝子のクローン化、解析を行った。先ず、MHCクラスI抗原の提示過程に関与するTAP2のクローン化を行い、LMP2,LMP7と連鎖することを明らかにした。クラスIA遺伝子もこれらと連鎖していることを示す予備的な結果を得ており、MHCの中核をなすのはクラスIAとその抗原の提示過程に関与する遺伝子群であることが強く示唆された。また補体C4と2種類のC3クローンを単離、解析した。2種類のC3はその一次構造からチオエステル結合の反応性に差があることが示唆され、獲得免疫系が未発達な硬骨魚においては、補体系が生体防御に、より積極的な役割を果たしている可能性が示された(野中)。2.哺乳類3種のリガーゼの中から、本年は特にIVに注目して研究を進めてきた。IVはXRCC4遺伝子産物と相互作用し、DNA2本鎖切断の修復に関与している。われわれはまず、哺乳類培養細胞を用いてこのDNA2本鎖切断修復系が、X線やX線類似物質(ブレオマイシン、BUdR+紫外線など)による2本鎖切断には関与するが、他のDNA損傷には関与しないことを突き止めた。IVが主として放射線タイプの傷に関与することが判明したので、現在メダカを用いてこの遺伝子のクローニングを行っているところである(木村)。3. 10年度は正常メダカを用いて,水に溶解した化学物質の毒性影響を評価する系の確立すなわち,魚の飼育系の確立,難水溶性化学物質の溶解法等を検討した。また,より簡便に評価する系の一つとして魚類細胞を用いて毒性影響を調べる系の開発も検討した。細胞の培養法の確立,評価法の検討を行った(茂岡)。1.本年度はメダカ免疫関連遺伝子,特にMHC構成遺伝子のゲノム構造を解析した。硬骨魚のMHCは多くの染色体上に散在することが明らかになってきているが、にもかかわらずクラスIA遺伝子とクラスI抗原の提示に関わる遺伝子群は連鎖群を形成しており、これら遺伝子が脊椎動物MHCの中枢部分をなすことが示唆されている。

そこでメダカMHCの遺伝学的解析を行い、2つのクラスIA遺伝子、UAAとUBA、LMP2、LMP7、TAP2が連鎖群を形成することを確認するとともに、3つのクラスIIB、補体C3、C4、Bの遺伝子は各々別の染色体に存在することを明らかにした(野中)。2.本年度は、哺乳類などで現在5種類知られているリガーゼのうち、特にDNA2本鎖切断修復に関与するリガーゼIVに注目して研究を行ってきた。まず、哺乳類培養細胞や固体を用いて、DNA2本鎖修復欠損がアポトーシスをはじめとする細胞死や発がんの原因となる突然変異に強く関与することを示した。一方で、メダカcDNAライブラリーよりリガーゼIVのクローニングを試みてきている。現在、いくつかの可能性のあるバンドの配列決定を行っている段階である。来年度は、メダカリガーゼIVのクローニングを完結させる一方で、ノックアウト動物の作成にとりかかる予定である。(木村)。3.本年度は化学物質の毒性影響をより簡便に評価する系の確立に努めた。すなわち,魚の飼育系の改良,魚類細胞の培養法の確立,評価法の検討を行った(盛岡)。1.本年度は免疫反応の制御に重要な役割を果たす、メダカの主要組織適合性抗原複合体(MHC)の構造解析を進展させた。これまでにメダカのMHCクラスI領域、約400kbをカバーする4ヶのBACクローンを単離しているので、今年度はそのうち約半分をカバーしているクローン187N22の解析を行った。ショットガン法により全長209kbの全塩基配列を決定した。本領域からはLMP2,LMP2-like,MECL-1,LMP7 x 3,ClassIA x 3,TAPASIN,DAXX,BINGl,KNSL2,CIZ,FLOTILLIN,TUBULINの各遺伝子が同定され、その遺伝子構成は哺乳類MHCクラスII領域に酷似していた。しかしながら、哺乳類クラスII領域に存在するクラスIIA,B遺伝子の代わりに、重複したクラスIA遺伝子が存在し、MHCの原型は、機能的に密接な関係を有するクラスIA遺伝子とその抗原提示に関わる遺伝子からなっていたことが強く示唆され、これらの遺伝子が獲得免疫欠損メダカ作成の際の有力な標的になることが示された。一方、自然免疫に中心的な役割を果たす補体C3遺伝子の解析では、縦列遺伝子重複によりコピー数が810に増えていることが判明した。この結果は、硬骨魚における自然免疫の相対的重要性を示唆するものではあったが、C3は遺伝子破壊の標的としては適さない事が判明した(野中)。2.昨年度、メダカのリガーゼをノックアウトするため、RNAi法を検討中であることを報告した。本年度は、その前段階として、RNAi法を用いたGFP遺伝子のノックアウトを試みている。pEGFP-Nlベクターに組み込んだGFPが孵化後の幼魚に安定に発現していることをつきとめたので、現在二重鎖RNAがこれをノックアウトするかどうか実験中である(木村)。3.本年度も、化学物質の簡便な毒性試験法の開発に努め、小容量の容器を用いたメダカ飼育系を確立した〔茂岡〕。
養液栽培技術の教材開発に関する研究

本研究では、学校現場において気軽に行うことを可能とする簡便な養液栽培技術の確立のため、養液栽培装置の試作と植物の栽培実験を行った。水耕栽培とロックウ-ル栽培を行って得られた知見を以下に述べる。1.水耕栽培の容器には、数種の容器を比較した結果、ポリバケツ及びポリバットを用いることと、耐水ベニア板で植物の苗を支持して、水耕肥料液を入れたこれらの容器にエアポンプから空気を送り込む簡易な水耕栽培装置を制作した。2.この装置で、コマツナ、ホウレンソウなどの葉菜類の他、パンジ-、キンギョソウの草花を栽培して、栽培方法を検討するとともに、生育状況を調査した。3.いずれの植物の栽培についても、慣行の土耕栽培を行い、水耕栽培区との比較調査を行った。4.葉菜類はこの水耕栽培法で土耕栽培区よりも十分な育成が認められたが、パンジ-などの草花では、この水耕栽培法では生育が進まない株がかなりみられ、生長も土耕栽培区よりも低下した。5.ロックウ-ルに園芸植物を植え付けて栽培した結果、供試した16種類について、いずれも容易に栽培できることがわかった。しかも、いずれの肥料でもよく生育し、施用濃度はハイポネックスの場合には、500倍または1000倍で栽培した株の生長量が大であった。6.屋外でロックウ-ル栽培を行った結果、植物の種類によって生育に違いがみられた。7.栽培した植物の成分分析の結果、水耕栽培区の窒素含有率は土耕栽培区よりも著しく高く、また、炭素及びカリ含有量も土耕栽培区よりもかなり高いことを認めた。本研究では、学校現場において気軽に行うことを可能とする簡便な養液裁培技術の確立のため、養液裁培装置の試作と植物の裁培実験を行った。今年度の研究では、主として水耕裁培法の確立を中心に検討した。得られた知見を以下に述べる。1.学校での裁培学習のための簡易な水耕裁培装置の製作を行った。2.水耕裁培の容器には、数種の容器を比較した結果、ポリバケツ及びポリバットを用いることとし、耐水ベニア板で植物の苗を支持して、水耕肥料液を入れたこれらの容器にエアポンプから空気を送り込む簡易な水耕裁培装置を製作した。3.この装置で、コマツナ、ホウレンソウの葉菜類の他、パンジー、キンギョソウの草花を裁培して、裁培管理方法を検討するとともに、生育状況を調査した。4.いずれの植物の裁培についても、慣行の土耕裁培を行い、水耕裁培区との比較調査を行った。5.葉菜類はこの水耕裁培法で土耕裁培区よりも十分な生育が認められ、空気を多量に供給した区及びポリバケツ利用区において、さらに生長が促進された。6.一方、パンジーなどの草花では、この水耕裁培法では生育が進まない株がかなりみられ、生長も土耕裁培区よりも低下した。7.葉菜類の栄養分析の結果、水耕裁培区における窒素含有率は土耕裁培区よりも著しく高く、また、炭素及びカリ含有量も土耕裁培区よりもかなり高いことを認めた。
水素化脱硫・脱窒素反応を主体とする分子反応工学

本報告は水素化脱硫、脱窒素反応に対するアルミナ担持モリブデン窒化物の触媒活性と昇温脱離法により表面モリブデン種を検討した。また分子占有面積の異なる吸着分子の吸着実験から、触媒表面の不規則性を検討し反応活性との関連性も考察した。また、CO吸着量から触媒表面上のモリブデン種は担持量の増加とともに増大し、担持量6.6wt%のMoO_3担持量で最大になり、脱窒素反応の反応活性に相関関係を持つことが分かった。この結果から、アルミナ担持モリブデン窒化物触媒は担持量6wt%付近において触媒表面上にモリブデン種が高分散し、水素化脱窒素反応について最大活性を示した。3種類の窒化温度で窒化しNH_3冷却した12.5%Mo/Al_2O_3触媒のTPO実験を行った。脱離ガスはNH_3、N_2、H_2であり、773K窒化処理触媒ではH_2Oも脱離した。窒化触媒のTPDから、815-845K、960-1000Kおよび1110K付近にN_2脱離ガスが観察された。TPR法と担持量変化から、12.5%Mo/Al_2O_3触媒の773K窒化触媒上ではAl_2O_3と相互作用したMoO_2、973K窒化触媒上ではMoO_2とMo_2N、1173K窒化触媒上ではMo_2Nが表面上に形成されていると考えられた。また、担持モリブデン窒化物の窒化処理温度の上昇に伴い水素化脱窒素反応活性も増加することから、窒化処理温度による触媒表面の変化と触媒反応活性に関連性があると考えられる。さらに、分子占有面積の異なる分子を触媒に吸着させ、触媒の表面の複雑さも定量した。これより窒化処理温度を773Kから1173Kに上昇させることにより、触媒表面の不規則性が増大し、反応活性も窒化処理温度1173Kで最大になった。
高分子MEMSトランスデューサを用いたフレキシブル超音波アレイ

本研究では、高分子MEMS超音波トランスデューサ、自己形状推定ビームフォーミング、デバイスおよび超音波伝搬のシミュレーション、システム評価を検討した。このうち特に2番目の自己形状推定法の開発では、実際にジャパンプローブ製のフレキシブルトランスデューサである「曲探」を用いて、これをプログラマブルビームフォーマー(Verasonics社)に接続、実験検討を行った。In situに送信ビームを評価する手法を開発し、これを評価関数として、自己形状を推定する手法を開発し、特許出願を行った。また3次多項式で形状を推定する方法を用いて、ファントム計測によりその有効性を確認した。本研究は主に以下の4つの要素から構成される。1.高分子MEMS超音波トランスデューサの試作、2.自己形状推定を組込んだ超音波ビームフォーミング、3.デバイス及び超音波伝搬の数値シミュレーション、4.システム評価。本年度は主に1、2、3と、4の一部先行的な検討を行った。1に関してはポリイミドフィルムと銅箔を積層した高分子MEMSの動作の原理確認、ジャパンプローブ製のフレキシブルトランスデューサ(曲探)を用いた先行的な検討、新素材の圧電薄膜の性能調査を行った。2に関しては、ジャパンプローブ製の曲探を、プログラミングな超音波ビームフォーマーであるVerasonics社の超音波送受信・データ取得システムに接続した実験系を構築した。この系を用いた実験的な検討を通して、新たに超音波ビームの強度分布をin situに取得する手法を考案し、取得された超音波ビーム強度分布と、数値計算で求めた超音波ビーム強度分布の相関値を評価関数として、自己形状をルジャンドル多項式で展開して、低次成分から逐次形状推定を行う手法を確立した。3に関しては、matlabを用いて波超音波ビームを計算する数値シミュレーションを構築し、前記の2に活用した。4に関しては、グラファイト粉末をアクリルアミドゲルに混合した生体模擬ファントムを作製し、その中に設置した直径0.1mmのワイヤ列を撮像対象として、円弧や波型の型にフレキシブルアレイを固定する方法で、与えた形状が提案手法で推定できるかを確認した。結果、形状の推定精度は相対誤差1%と、その有効性を実証することに成功した。1.高分子MEMS超音波トランスデューサの試作:ポリイミドフィルムと銅箔を用いた高分子MEMSの原理的な動作確認を行った。また新たに、薄膜の作成技術が近年大きく向上したことにより、従来主に圧電体であるPZTと同等な特性を持つに至った(K,Na)NO3圧電薄膜の性能調査を行った。平成28年度には、ジャパンプローブ製の曲探より厚みが薄く、よりフレキシブルに変形が可能なアレイの試作技術を確立する。2.自己形状推定を組込んだ超音波ビームフォーミング:ジャパンプローブ製の曲探をプログラミング超音波ビームフォーマーを接続した実験系を構築、新たに超音波ビームの強度分布をin situに取得する手法を考案し、数値計算と実験的に取得された超音波ビーム強度分布それぞれの相関値を評価関数として、自己形状をルジャンドル多項式で展開して、低次成分から逐次推定する手法を確立した。また推定された形状を用いて、生体模擬ファントムの撮像が可能であることを確認した。3.デバイス及び超音波伝搬の数値シミュレーション:matlabを用いて音源から放射された波を回折と位相回転を考慮して観測点で重ね合わせる手法を用いた超音波ビーム計算を行う数値シミュレーションを構築し、この技術を確立した。4.システム評価:粒径数十から数百ミクロンのグラファイト粉末をアクリルアミドゲルに混合した生体模擬ファントムを作製し、内部に設置した直径0.1mmのワイヤ列を撮像対象とした。フレキシブルアレイを形状が既知の円弧や波型アルミ枠に固定する方法で、形状推定精度を評価する手法を構築した。評価の結果、形状の推定精度は相対誤差1%と、自己形状の推定手法の有効性を実証した。1.高分子MEMS超音波トランスデューサの検討、2.自己形状推定を組込んだ超音波ビームフォーミング、3.デバイスおよび超音波伝搬のシミュレーション、4.システム評価。本年度は主に2と4を行った。2に関しては、ジャパンプローブ社製のフレキシブルトランスデューサである「曲探」を用いて、これをプログラマブルな超音波ビームフォーマーであるVerasonics社の超音波送受信・RFデータ取得システムに接続し、実験検討を行った。この系を用いた実験的な検討を通して、新たに超音波ビーム強度の空間分布をin situに評価する手法を考案し、特許出願を行った。この計測領域におけるビーム形状に関わるパラメータをコスト関数として自己形状をルジャンドル多項式から導いた多項式展開により、素子数の自由度に比べて、未知数を大幅に低減する方法を確立した。検討した形状においては、3次項までで良く近似できることを示すことが出来た。4に関しては、水中のワイヤファントム、及びグラファイト粉末をアクリルアミドゲルに混合した生体模擬ファントムを構成し、この組み合わせから、自己形状推定を用いた撮像を行う場合と、従来法の比較検討を行った。この結果により、提案手法の有効性を確認した。また昨年までの高分子MEMSトランスデューサに関する検討である1と3と合わせて、既存のフレキシブルトランスデューサ以外に、次世代のフレキシブルトランスデューサに必要な仕様の検討を行い、性能の改善に関しても検討を行った。

また提案手法の限界に関する検討も行い、対象物の散乱体密度に不均質が有る場合、ビーム計測領域を多数設定することが困難となり、under determineの問題となることが分かったため、同一の場所においても口径に位相分布を与える方法を新たに考案し、散乱体密度分布の不均質の影響を低減する手法に関しても検討を行った。本研究では、高分子MEMS超音波トランスデューサ、自己形状推定ビームフォーミング、デバイスおよび超音波伝搬のシミュレーション、システム評価を検討した。このうち特に2番目の自己形状推定法の開発では、実際にジャパンプローブ製のフレキシブルトランスデューサである「曲探」を用いて、これをプログラマブルビームフォーマー(Verasonics社)に接続、実験検討を行った。In situに送信ビームを評価する手法を開発し、これを評価関数として、自己形状を推定する手法を開発し、特許出願を行った。また3次多項式で形状を推定する方法を用いて、ファントム計測によりその有効性を確認した。平成27年度の検討により、項目3に関しては概ね目標を達成した。平成28年度は項目1,2,4に関して主に検討を続ける。1.高分子MEMS超音波トランスデューサの試作:ジャパンプローブの曲探ではミリオーダーの厚みのバッキング材があり、変形は可能であるが、これを被検体表面に貼り付けた場合には、必ずしもの皮膚へのストレスが十分に小さいとは言い難かった。より薄く、よりフレキシブルに変形が可能なアレイとして、厚み30ミクロン程度のポリイミドと銅箔の積層構造を用いた高分子MEMS及び、撓み変形を用いたKNN薄膜を試作し、その最大送波音圧や受信感度、周波数帯域幅、耐久性の評価を行う。また、指向性の評価も行い、ビームフォーミングの基本的特性の向上を目指す。2.自己形状推定を組込んだ超音波ビームフォーミング:前年度に引き続き自己推定精度の向上を行う。またin situのビーム計測結果に対して、数値計算との比較が不要で、高速に評価出来る手法を確立して、自己形状推定手法の実用性向上を目指す。また直交関数を用いた展開手法に関して、解の唯一性と安定性に関する評価を行い、推定精度、安定性の向上や、推定演算の高速化を目指す。これによりアレイ形状の変化に対して、リアルタイムに自己形状推定が可能であるかを検証する。4.システム評価:前年度の生体模擬ファントムを用いた検討に続けて、ex vivoや生体を用いた検討を行い、その精度評価や有効性の確認を行う。また前年度の空間解像度の評価に加えて、コントラスト分解能の評価をも行う。また手袋型アレイのコンセプトに関して、特許化などを目指す予定である。医用超音波
カンナビノイドによる炎症抑制作用の解明と関節リウマチの新規治療開発

カンナビノイド受容体2(CB2)特異的アゴニストによる関節炎抑制効果を解析した。関節リウマチ(RA)滑膜組織のマクロファージ、線維芽細胞様滑膜細胞(FLS)、T細胞、B細胞にCB2の発現がみられた。CB2特異的アゴニスト(JWH133)は、TNF刺激によるFLSからのIL-6、MMP-3、CCL2の産生亢進を抑制し、また、RANKL+M-CSF刺激による末梢血単球からの破骨細胞分化を抑制した。また、JWH133をマウスコラーゲン関節炎に投与したところ、関節炎の程度、関節の滑膜組織への炎症細胞浸潤、骨破壊が抑制された。CB2アゴニストはRAの新規治療となる可能性が示唆された。カンナビノイド(CB: cannabinoid)は大麻の主成分であるが、その受容体であるCB1は中枢神経系に、CB2は免疫系細胞に主に発現しているため、CB2特異的リガンドは中枢神経への作用がなく、免疫系に作用することが推測される。初年度の研究により、関節リウマチ(RA)滑膜組織のマクロファージ、線維芽細胞様滑膜細胞(FLS: fibroblast-like synoviocyte)、T細胞、B細胞にCB2の発現を見出し、またCB2特異的リガンドの投与によりモデルマウスの関節炎(コラーゲン誘導関節炎)が抑制されることを見出した。当該年度(2年目)は、CB2特異的リガンドによる関節炎抑制の機序を検討するため、CB2特異的リガンドによるFLS、単球の活性化抑制、および破骨細胞分化抑制効果を解析した。In vitroで培養したRA由来のFLSもCB2を発現していることをwestern blotにて確認し、CB2特異的リガンド(JWH133)で刺激し、各種炎症メディエータの産生を解析した。TNF-α刺激により、FLSからのIL-6、MMP-3、CCL2の産生が亢進したが、JWH133の投与によりその産生亢進が抑制された。また、IL-1β刺激により末梢血単球からのIL-6産生が上昇亢進したが、JWH133の投与により抑制された。また、末梢血単球をRANKL、M-CSFで培養することにより破骨細胞に分化したが、JWH133は破骨細胞分化も抑制した。以上の結果より、CB2特異的リガンドによる関節炎抑制は、FLS、単球の活性化抑制、破骨細胞分化抑制によることが示唆された。カンナビノイド(CB: cannabinoid)は大麻の主成分であるが、その受容体であるCB1は中枢神経系に、CB2は免疫系細胞に主に発現しているため、CB2特異的リガンドは中枢神経への作用がなく、免疫系に作用すると考えられている。モデルマウスの関節炎(コラーゲン誘導関節炎)にJWH133を投与したところ、関節炎が抑制された。滑膜組織への炎症細胞浸潤、関節の骨破壊の抑制効果も認めた。また、抗コラーゲン抗体価の低下もみられた。以上の結果より、CB2特異的リガンドは、炎症性メディエータの産生や破骨細胞分化を抑制し、また自己抗体産生抑制作用により、関節炎に対する治療効果があると考えられ、RAに対する新規治療薬として期待される。カンナビノイド(CB: cannabinoid)は大麻の主成分であるが、その受容体であるCB1は主に中枢神経系に、CB2は免疫系細胞に発現しているため、CB2特異的リガンドは中枢神経への作用がなく、免疫系へ作用することが推測される。内在性のCBは近年免疫系への関与が注目されている脂質メディエーターである。本研究では、関節リウマチ(RA)におけるCBの治療への有用性とその機序を検討した。RA滑膜組織でのCB2発現を免疫染色にて解析した。CB2はRA滑膜組織において、変形性関節症と比較し発現の亢進がみられた。蛍光二重染色ではCD68陽性マクロファージ、CD4陽性Tリンパ球、CD21陽性Bリンパ球、vimentin陽性線維芽細胞様滑膜細胞にCB2との共染性を認めた。RA滑膜組織において、CB2はこれらの細胞に発現していることが見出された。CB2選択的アゴニストであるJWH133をコラーゲン関節炎(CIA)マウスに投与し、関節炎抑制効果を解析した。CIAマウスにJWH133を関節炎発症前より投与したところ、関節炎スコア、滑膜組織への炎症細胞浸潤、骨破壊の程度が有意に抑制された。さらに、関節炎発症後からのJWH133の投与においても関節炎スコアの抑制効果を認めた。

これらの結果より、CB2選択的アゴニストは、RA滑膜のマクロファージ、T細胞、B細胞、線維芽細胞様滑膜細胞に働き、関節炎抑制効果がある可能性が示唆された。申請書に記載した、当該年度の研究予定に関して、概ね予定通りに研究を進めることができ、研究実績に記載したように良好な結果が得られている。申請書に記載した、当該年度の研究予定に関して、概ね予定通りに研究を進めることができ、研究実績の概要に記載したように良好な結果が得られている。CB2特異的リガンドによる免疫抑制効果をさらに検討するため、関節炎発症に重要と考えられている、T細胞活性化、T helper (Th)細胞分化に対するCB2特異的リガンドによる作用を解析する。(1)末梢血T細胞を、抗CD3抗体で刺激し、IL-2、IL-4、IFN-γなどの産生を解析し、CB2特異的リガンドによる抑制効果の有無を検討する。(2)末梢血ナイーブCD4 T細胞を、Th1、Th2、Th17分化状況下に培養し、CB2特異的リガンドによる各Th分化への影響を解析する。CB2選択的アゴニストにより、マウス関節炎の抑制効果を認めた。その効果の機序を検討するため、in vitroにおいて、関節炎の病態に深く関与する、マクロファージ、T細胞、B細胞、線維芽細胞様滑膜細胞に対するCB2選択的アゴニストの炎症抑制効果を解析する。(1)マクロファージ:CB2アゴニストの破骨細胞分化・活性化への影響を解析する。末梢血単球を単離し、M-CSFおよびRANKL刺激により破骨細胞への分化が誘導できるが、その際にCB2アゴニストを投与する。分化した破骨細胞数を計測し破骨細胞分化への影響を観察する。また一旦破骨細胞に分化した細胞に、CB2リガンドを投与し、破骨細胞活性化への影響を破骨能の解析により評価する。(2)T細胞:RA患者末梢血よりT細胞を単離し、抗CD3, CD28抗体で刺激し、同時にCB2アゴニストを投与する。T細胞の細胞増殖、IFN-γ, IL-17などの炎症性サイトカイン産生、CD40Lなどの活性化分子の発現に対する抑制効果を観察する。(3)B細胞:RA末梢血よりB細胞を単離。抗イムノグロブリン抗体で刺激し、B細胞増殖、IL-6, TNF産生、ICOSL, BAFF-Rなどの発現に対するCB2アゴニストによる抑制効果を検討する。(4)RA線維芽細胞様滑膜細胞:RA滑膜より樹立した線維芽細胞様滑膜細胞を、TNFなどの炎症性サイトカインによる刺激時に、CB2特異的アゴニストを投与し、細胞増殖、炎症に関与するサイトカイン/ケモカイン、組織破壊に関与する分子(IL-6, MCP-1, SDF-1, fractalkine、MMP-3など)の産生抑制効果を解析する。研究試薬(細胞培養試薬、抗体、ガラス器具)、およびマウス購入費などの動物実験費に用いる。研究試薬(細胞培養試薬、抗体、ガラス器具)、およびマウス購入費用など動物実験費に用いる。
地域のスケールに応じた地誌学習の課題発見内容とカリキュラム開発

本研究の目的は,中学校社会科地理的分野・高校地歴科地理における地域のスケールに応じた学習内容を,学習課題の発見,把握という視点から整理した上で,地理学習のカリキュラムの提案を行うことである。本研究では,中学校社会科地理的分野が,世界の州レベル,日本の地方レベルの地域をカリキュラムで取り上げていること,また,高校地歴科地理が,生活圏の課題と地球規模の課題をとりあげていることを批判的に検討した。そして地誌単元は,マルチ・スケールのアプローチで実施されるものが重要であることを述べた。本年度は研究の初年度であるため,文献の収集を行った上で,以下の内容に取り組んだ。(1)地理学における地域スケールに関する文献研究地理学研究のうち,スケール概念を方法論として用いている研究として浮田典良や高橋伸夫の研究をレビューした。また一方で,スケール概念を方法概念ではない「地理的スケール」ととらえる立場の代表として,山崎孝史の研究をレビューした。これらの研究から,地理学におけるスケール研究では,地図学的スケールや方法論的スケールに関する研究から,より地理的現実を反映した人文・自然景観を形成する特定の具体的プロセスに即した意味内容を持つ地理的スケールへと発展しているという知見を収集できた。また,これらは,ルフェーブルの「空間の生産」という概念が基盤になっているという知見が収集できた。(2)スケール概念を視点とした地理学習内容分析のためのフレームワーク構築前述の浮田,山崎の他,スケール概念について言及している,柑本,スミス,ルフェーブル等の研究を参考に,地域のスケールに応じた地理学習の課題発見内容の適切化を図るための分析フレームワークを構築した。(3)系統地理学習プランの試験的開発これまでの研究成果を踏まえ,農業を主題にした系統地理学習の学習プランを試験的に作成した。最終的には,これらを地誌学習に応用していくつもりである。この結果は,2010年6月に行われる人文地理学会特別例会に於いて口頭発表予定である。昨年度は,地理学の研究成果をもとにスケールの概念について,地図学的スケール,方法論的スケール,地理的スケールの三種に分類されるという知見と獲得した。今年度はそれらをもとに教科書が採用している地域スケールと問いの質との関係について分析作業を行うこととした。そこで今年度は「地理的スケールの概念を用いて,異なったスケール間の関係性やスケール自体を重層的に,つまりマルチ・スケールで取り扱うことができるのか」および「マルチ・スケールのアプローチを用いた地誌学習の具体的な例を,身近な地域のスケールで開発することは可能か」に答えることを中核的なリサーチクエスチョンとして研究を行った。その結果,地理的スケールの概念を用い,かつフードシステムの地理学的研究を援用することによって,異なったスケール関係を捉えることができる中学校社会科地理的分野「身近な地域」の単元開発を行うことができた。そして,その概要を人文地理学会特別例会で口頭発表した。また口頭発表した成果を核として,日本地理教育学会に論文を投稿し,掲載が決定された(2011年4月掲載)。さらに,2010年11月には,地域のスケールに応じた地誌学習について全国地理教育学会研究大会のシンポジウムにおいて口頭発表し,その内容を中核として古今書院発行の雑誌「地理」56-3号(2011年3月発行)によって報告した。また,並行して,日本地誌学習の地方レベルの地域スケールについて,どのような質の知識を組み込もうとしているのかについて,分析を行ってきた。比較対象として,イギリスの中等地理教科書の知識を抽出する作業を行った。昨年度は,フードシステム論と地理的スケールの概念を用い,異なったスケール間の関係性を捉えることができる中学校地理的分野「身近な地域」の単元開発を行った。あるスケールで起こっている事象が,異なったスケールからどのような影響を受けながら生成・変化し,空間をつくり出しているのかについて捉えることが肝要であるということを理論的に整理した。そこで今年度は,以下の3つの課題に取り組んだ。1)地域コミュニティというスケールでの様々な活動を空間的に捉える際に,国家や都道府県などの自治体との関係,そしてコミュニティを構成する個人やボランティア団体,NPOなどのそれぞれの主体を,マクロミクロなスケールと捉え,それぞれの関係性の中からコミュニティ空間がつくり出されていくことを,地域のガバナンスの問題として捉えた単元開発を行うこと。2)人口問題を題材に,中学校社会科地理的分野の学習内容をスケール別に整理すること。3)新学習指導要領に準拠した地誌学習の実践例を収集すること。今年度の研究成果は以下のように整理される。1)防災をテーマにガバナンスのアクターを育成するコミュニティ問題に関する単元開発を行い,社会系教科教育学会(平成24年2月)で口頭発表した。2)人口問題のうち特に少子高齢化問題について,税と社会保障の一体改革という観点から捉え直し,単元開発を行った。これについては平成24年度に学会発表する予定である。3)実践例収集のため,「マルチ・スケール地誌学習研究会」を創設し,社会科実践に関する研究報告会を3回実施した。

これによって実践例を収集している。この研究会は今後も継続し,実践例収集と,研究交流を図る予定である。本研究は,中学校社会科地理的分野における地誌学習を中心に,地域のスケールに応じた学習内容を学習課題の発見,把握という視点から整理し,カリキュラム上の提案を行おうとするものである。地誌授業において,生徒が発見・把握すべき学習課題の内容構成を,特に「地域のスケール」を鍵概念として明らかにすることである。ここで言う生徒が発見・把握すべき学習課題とは,小単元や一時間の授業を貫いて中核的に追究する問いという意味である。この学習課題は,生徒が自ら追究しようという意欲を持続させるものであると共に,内容教科である社会科・地歴科の性格ゆえ,教員によって計画的に配置されるべきものでもある。世界地誌学習の場合は大陸規模の学習となり,日本地誌学習の場合は近畿や関東といった地方レベルのスケールで学習課題となる事象や概念を確定しようとするものであった。平成20年版中学校学習指導要領社会科地理的分野は,世界の地域構成,世界の諸地域,日本の地域構成,日本の諸地域,身近な地域とスケールを徐々にダウンさせながら学習するようにカリキュラムが構成されている。本研究では,特にスケール間の関係性を重視しながら,身近な地域を題材とした単元プランを開発した。現代社会が確実性からリスク社会へと移行したと言われる中で,1つのスケールの地域が,他のスケールの地域の影響をどのように受けているのかということを地誌学習に組み込み,地域が形成されていく過程を,他の地域との関係性を捉える中で学習していくことの重要性を論じた。中学校社会科地理的分野が,世界地誌学習で州レベルの地域,日本地誌学習では地方レベルの地域を取り上げており,学習課題としてスケール間の関連性を意識させるものになっていない点を批判的に検討し,地誌学習における単元の学習課題はスケールの重層性を意識できるものを設定することの重要性を述べた。研究計画に沿って,研究が遂行され,またその成果も定期的に学会発表や論文発表によって公開しているため。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度は,本研究の最終年度となるため,これまでの研究の成果を整理して発表する予定である。今年度は学会における口頭発表の他,冊子体の報告書を作成し,研究成果を公開する予定である。
人類の繁栄に資する温室効果ガス除去と地力増進の特性強化持続メカニズムの実学的解明

主要な温室効果ガス(メタンと亜酸化窒素)発生の低減機能を強化することを目的とした汎用化水田による浸透試験を行った.その結果,積雪寒冷地での従来型の還元田の実測値と比べて,1/5から1/3程度の低い値が観測された.さらに地球温暖化係数(GWP)から算出した二酸化炭素相当量(当価量)を検討した結果,透水性の高い火山灰土壌(グライ黒ボク土)では,適度な浸透強度を常に有する水田構造ではなく,浸透水がほとんどない基盤構造を有し,中干しや間断灌漑時に迅速な灌水と落水が容易に常に可能な水田構造が,主要な温室効果ガス発生量(メタンと亜酸化窒素)の大きな低減と良好な水稲生育に必要であることがわかった.本研究の目的は、排水改良型汎用農地の還元田における『活性窒素種と温室効果ガス』の『分解除去機能の強化とその持続性』に関する特性メカニズムの実学的解明を試みることである。具体的には、『排水改良型汎用農地』と『従来型汎用農地』の還元田に焦点を当て、『高品質水稲の安定供給と高収量』と『良質な土壌づくり』を主目的とした中で達成された『活性窒素種と温室効果ガスの大幅な分解除去』の主因機能を解明するとともに、当機能を強化させるだけでなく、強化させた当機能を持続させるための具体的な水土管理方法の提案を行うことである。当目的を達成させるため、平成28年度は野外ライシメータによる長期間の還元田試験を行い、脱窒およびメタン排出特性を以下の3点に着目し解明した。(1)微生物特性と化学特性を複合させた脱窒強度特性の解明:硫化水素と浸透強度に着目した『脱窒強度特性の解析』による脱窒強度予測式の導出した。(2)『土層の分化創出強度』の検討とメタンガス排出強度予測式を導出:『土層の分化創出強度』と水稲生育の関係性を明確にし、『中干し・間断灌漑・節水』といった水管理の違いと浸透強度の関係性から、生育に着目したメタンガス排出強度予測式を導出した。(3)『現況の汎用農地』と『排水改良型汎用農地』とのデータを比較・精査することによって、現況を維持する場合の問題点の抽出と改善点の提案を行うとともに、『排水改良型汎用農地』の優位性を明確に示した。当初は『土層の分化創出強度』に着目した解析を行う予定であったが、その創出強度と水稲の生育ステージに大きな関係性を発見し、各生育ステージにおける浸透強度とメタン排出に強い相関関係を発見することができたから。最終年度に実施した研究の成果は次の2点である。(1)『浸透強度』に対する『メタンガス分解強度』および『亜酸化窒素ガス分解強度』との明確な関係性が認められた。(2)『活性窒素種と温室効果ガス』の分解除去機能が強化され、その機能強化が持続されるための具体的な施肥と灌漑排水に対する管理方法が明らかにされたことである。研究期間全体を通じて実施した研究の成果は次の通りである。主要な温室効果ガス(メタンと亜酸化窒素)発生の低減機能を強化することを目的とした汎用化水田による浸透試験を行った。その結果、積雪寒冷地での従来型の還元田の実測値と比べて、1/5から1/3程度の低い値が観測された。さらに地球温暖化係数から算出した二酸化炭素相当量(当価量)を検討した結果、透水性の高い火山灰土壌では適度な浸透強度を常に有する水田構造ではなく、浸透水がほとんどない基盤構造を有し、中干しや間断灌漑時に迅速な灌水と落水が容易に常に可能な水田構造が主要な温室効果ガス発生量の低減と水稲生育に必要であることがわかった。今後、本研究が想定する基盤構造において、主要な温室効果ガス低減のさらなる強化方法の究明を目的とした各種試験が行われることによって、わが国の圃場整備技術は新たな価値が付加された農業基盤創成技術として確立されることが期待できる。確立後には土地利用の高度化が展開され、現在失われつつある地域に対する活性化への応用と寄与が期待される.一方、本研究は脱窒菌等の未解明な微生物による温室効果ガス低減機能や共存機能に関する成果でもある.本研究の成果の一部は、土壌微生物学分野への波及だけでなく、先端微生物の発現特性機能等の薬学分野による基礎研究の展開や、再生可能な資材等の開発といった工学分野や他の農学分野への応用も期待される。主要な温室効果ガス(メタンと亜酸化窒素)発生の低減機能を強化することを目的とした汎用化水田による浸透試験を行った.その結果,積雪寒冷地での従来型の還元田の実測値と比べて,1/5から1/3程度の低い値が観測された.さらに地球温暖化係数(GWP)から算出した二酸化炭素相当量(当価量)を検討した結果,透水性の高い火山灰土壌(グライ黒ボク土)では,適度な浸透強度を常に有する水田構造ではなく,浸透水がほとんどない基盤構造を有し,中干しや間断灌漑時に迅速な灌水と落水が容易に常に可能な水田構造が,主要な温室効果ガス発生量(メタンと亜酸化窒素)の大きな低減と良好な水稲生育に必要であることがわかった.『健全かつ安定した』作物生育状態の持続と多収だけでなく、『活性窒素種と温室効果ガス』の分解除去機能の強化と同時に『良質な土壌づくり』が持続可能となる『補助資材』に着目し、野外ライシメータによる試験を行い、下記の2点の解析手法から、環境対応型整備の展開に資する『地力増進・安全・環境改善』型水土管理の強化持続についての究明を試みる。

(1)『浸透強度』に対する『脱窒強度』と『メタンガス分解強度』との各関係性と各持続性の検討:排水改良型汎用農地は一般的な乾田と比較して、灌漑排水量をより正確に、かつより迅速に制御可能な圃場でもある。その利点と『昨年度導出した各予測式』を活かし、『持続的地力増進の観点』から『灌漑排水量(暗渠流出水量)』と『メタンガス分解強度と脱窒強度の各極大値および各極小値』との関係性と持続性を追究し、『灌漑排水量と極大値』の組合せパターンから、諸機能を最大限に強化した灌漑排水管理方法とその持続策を明示する。(2)『活性窒素種と温室効果ガス』の分解除去機能が強化され、その機能強化が持続するための具体的な土壌管理方法の考察:『肥料の補助資材投与による解析結果』を踏まえ、『高品質水稲の安定供給と多収』かつ『良質な土壌づくりの施行』と同時に『活性窒素種と温室効果ガス』の分解除去機能の強化とその持続のためには、どのような土壌管理方法を行えば良いかを考察する。農学