hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
食嗜好形成に重要な幼児期のフレーバー学習の特性とその脳機序に関する研究

うま味に富む食物はおいしさと共に特有の匂いを持つ。幼児期の食経験によりその特有の匂いが克服可能かを調べるため、離乳直後のラットにつき、フレーバー嗜好学習(CFP)獲得の有無を調べた。うま味溶液にはグルタミン酸ナトリウム(MSG),イノシン酸ナトリウム(IMP)そしてMSGとIMPの混合液を用い、グレープあるいはチェリーの香りをつけ、同じ香りづけをした水を対照群として比較したところ、MSGやIMPの単独溶液と連合した香りには嗜好性を示さなかったが、混合液と連合した香りを好み、その嗜好性は大人(20週齢)になるまで持続した。本研究結果から、幼児期の学習が成長後の食行動に影響することが示された。幼児は種々の食物を、離乳食やその後の幼児食として与えられ、その食経験を通じて食物の属性としての味、香り、テクスチャーなどを記憶して成長していく。幼児期の食経験は成長後の食嗜好の形成に重要であるとされるが、それを証明する科学的な研究は乏しい。本研究は、離乳直後のラットを対象とし、食物の感覚情報(主として味覚と嗅覚であり総称してフレーバーという)と摂取に伴う快感・不快感との連合学習が可能か否か、可能なら成長後もその学習結果を記憶しているのかどうか、どのような脳のしくみが背後に存在するのか等を明らかにすることを目的とする。1)離乳直後(3週齢)のWistar系雄ラットを用い、閾値付近から高濃度に至る5段階の濃度の、甘味溶液(ショ糖、果糖、ブドウ糖、乳糖、サッカリンなどの水溶液)、うま味溶液(グルタミン酸、イノシン酸、その混合物の水溶液)、油脂(コーンオイルなどの中性脂肪、リノレイン酸などの脂肪酸、これらはキサンタンガム溶液にて調整する)のそれぞれと水(蒸留水)との間で、2ビン選択実験を行い、その摂取量から嗜好度を求めた。同様のことを成熟ラットについても行い、結果を比較し、幼若ラットの特性を検討したところ、本質的には同様であったが、高濃度になるにつれ、幼若ラットは嫌悪を示す傾向にあった。2)香りの嗜好性についても、本研究で使用するチェリー、グレープのエッセンス(香料会社から提供を受けた)につき、それを微量(10μl/100ml)水に加えて、香り付きの水として2ビン法で与え、どちらの香りを好むかを調べた。なお、次年度行うフレーバー嗜好学習では、これら両方の香りに嗜好性がないことが条件となるのであるが、差がないことが確認できたので、嗜好学習に使用可能であることが分かった。幼児は種々の食物を離乳食や幼児食として与えられ、その食経験を通じて食物の有する味覚、嗅覚、触覚(テクスチャー)などを記憶して成長していく。幼児期の食経験は成長後の食嗜好の形成に重要であるとされるが、その科学的根拠に関する研究は乏しい。したがって、本研究は、離乳直後の動物(ラット)を用いて、食物の主要な感覚要素である味覚・嗅覚(あわせてフレーバーと呼ぶ)と摂食に伴う快感・不快感との連合学習が可能か否か、可能ならその記憶を成長後も保持しているかどうか、どのような脳のしくみが背後に存在するのかなどを明らかにすることを目的とする。平成25年度と同様、離乳直後(3週齢)のWistar系雄性ラットを用い、フレーバー嗜好学習のパラダイムを実施した。すなわち、ラットは快感を呈する味と連合された香りを好み、不快感と連合した香りを嫌うという本能行動を利用し、水(無味)と連合した香り(チェリーもしくはグレープ)、サラダ油と連合した香り(チェリーもしくはグレープ)をそれぞれ3日間経験させ、その直後にいずれの香りを嗜好するようになるかを調べた。幼弱ラットはサラダ油の2%濃度と連合した香りを嗜好し、成長後もその嗜好性は保たれたが、10%、30%の濃度になると連合された香りを好まず、むしろ嫌悪する傾向にあった。成長後のラットを用いた先行研究では、高濃度の油を嗜好し、嗜好学習を獲得すると報告されているが、今回の結果から、幼弱ラットは成熟ラットとことなり、低濃度の油のみを嗜好することが示され、離乳期の幼児には油の使用を控えめにする必要があることが示された。本研究は、離乳直後のラットを対象とし、食物の感覚情報(主として味覚と嗅覚であり総称してフレーバーという)と摂取に伴う快感・不快感との連合学習が可能か否か、可能なら成長後もその学習結果を記憶しているのかどうか等を明らかにすることを目的とする。離乳直後(3週齢)のWistar系雄性ラットを用い、フレーバー嗜好学習のパラダイムを実施した。すなわち、ラットは快感を呈する味と連合された香りを好み、不快感と連合した香りを嫌うという本能行動を利用し、水(無味)と連合した香り(グレープまたはチェリー)、各種うま味物質と連合した香り(チェリーまたはグレープ)をそれぞれ3日間経験させ、その直後にいずれの香りを嗜好するようになるかを調べた。幼弱ラットはMSG(グルタミン酸ナトリウム)とIMP(イノシン酸ナトリウム)の混合溶液と連合した香りを嗜好し、成長後もその嗜好性は保たれたが、MSG単独、IMP単独溶液と連合した場合は嗜好学習を獲得しなかった。

成長後のラットでは単独溶液で嗜好学習が獲得し、しかもその要因は味覚というよりは内臓の刺激によると報告されていることから、幼弱ラットの消化管はうま味刺激に十分反応しないものと思われる。MSGとIMPの混合は相乗効果を引き起こすことが知られているが、内臓では相乗効果が発揮されないことが示されていることから、幼弱ラットは相乗的に強まったうま味の味覚効果に強い快感を覚え、そのためフレーバー嗜好学習を獲得したものと考えられる。離乳期の幼児にはうま味の相乗効果を利用して、おいしい味付けの食事を与えることが大切であることが示された。うま味に富む食物はおいしさと共に特有の匂いを持つ。幼児期の食経験によりその特有の匂いが克服可能かを調べるため、離乳直後のラットにつき、フレーバー嗜好学習(CFP)獲得の有無を調べた。うま味溶液にはグルタミン酸ナトリウム(MSG),イノシン酸ナトリウム(IMP)そしてMSGとIMPの混合液を用い、グレープあるいはチェリーの香りをつけ、同じ香りづけをした水を対照群として比較したところ、MSGやIMPの単独溶液と連合した香りには嗜好性を示さなかったが、混合液と連合した香りを好み、その嗜好性は大人(20週齢)になるまで持続した。本研究結果から、幼児期の学習が成長後の食行動に影響することが示された。種々の食物成分につき、フレーバー嗜好学習に関する研究は予定通り進展している。脳内機序に関してはまだ解析が十分とは言えない。食行動これまで、各種の甘味物質、油脂についてフレーバー嗜好学習の実験を行ってきたが、次にやるべき研究は、うま味を用いたフレーバー嗜好学習である。25年度、26年度に行ってきた研究において、離乳期ラットの特質が明らかになり、従来報告されてきた成熟ラットとは異なる点が多々あることが示されたので、今年度はうま味物質に対する特性を明らかにする予定である。また、脳のいかなる部位が幼弱期に嗜好学習に関与するのか、どの部位に記憶が保持されているのかを探索する予定である。研究は予定通り進んでいるが、当初の試験項目が多く設定していたので、時間の関係でその80%位しか完了することができなかった。今年度の研究に必要な物品費等の購入が終了したため。1) 3週齢ラットについて、フレーバー学習課題による実験を行う。この方法は、すでに成熟ラットを用いて確立されているものである(Gilbert et al. 2003; Renteria et al. 2008)。先ず1日15分間、6日連続の学習獲得操作を行う。半数のラットに、奇数日にはグレープの香りづけをした水(CS-)を与え、残り半分のラットにはグレープの香りづけをした甘味溶液(CS+)を与える。偶数日には、最初の半分のラットにはチェリーの香りづけをした甘味溶液(CS+)を、残りのラットにはチェリーの香りづけをした水(CS-)を与える。このように、学習獲得時には6日間交互にCS+とCS-を提示する。その後の4日間をテスト期間とし、グレープの香りの水とチェリーの香りの水を2ビン法で与え、摂取量を測定する。甘味溶液以外に、前年度に行った嗜好テストの結果から味溶液の種類と濃度を選ぶ。(CSはconditioned stimulus,条件刺激)2)味刺激の種類、濃度も変えて連合させる。幼若ラットが、好ましい香りと連動した味を好きになるのか、といった上記とは逆の嗜好行動も行い、味と香りの両方向性の学習が可能か否かを明確にする。これらの作業はかなり時間を要するため、2年間かけてじっくり行う予定である。
イギリスCASEプログラムにおける科学教材配列と常識知の発達

我が国の場合,学習者の認知発達の観点からの理科教材配列に対する議論が大きく立ち後れている。そこで昨年よりイギリスCASEプログラムの特徴とその実績を紹介し、従来の認知発達と理科教材配列の関係に問題提起を行ってきた。本年度本研究では,主に,咋年度の硫究成果として得られた,新しい認知発達論からの科学概念獲得研究フレームワークに基づき,「溶液の均一性」を題材に,小学生から大学生を対象に,学習者のメタレベルでの科学概念の獲得軌道を検討した。得られた貴重なデータの分析結果は,日本科学教育学会年会にて,「理科学習による概念変化における存在論的推論の役割」というタイトルで発表され,新しい認知発達観に基づく理科学習の在り方が提案された。ここで提起された枠組みから,授業分析等様々な発展可能性が示唆された。そうした成果は,愛媛大学教育学部紀要に,「溶液の均一性概念の獲得における常識知の役割」としてまとめて発表された。さらに,フィリピンより,科学カリキュラム・常識知研究者であるフィリピン大学教育学部助教授のアメリア・ファハリド博士を日本へ招聘し,日本の小学校教師,中学校教師,教員養成系大学生を交えて,愛媛大学にて「子どもの常識知と理科カリキュラム」と題してワークショップを開催した。そこでは,文化交差的に学習者の常識知の実態について検討がなされ,新しい認知発達観に基づく理科教材配列の在り方について率直な意見交流が行われた。本研究では,今年度,日本科学教育学会年会にて,「イギリスCASEプログラムに見られる理科教授の教科横断効果-理科を学ぶと数学や国語の成績も良くなる?-」というタイトルで発表を行い,イギリスCASEプログラムの特徴とその実績を紹介し,従来の認知発達と理科教材配列の関係に問題提起を行った。そこでは,学習者の認知レベルから理科教材配列が検討されており,新しい学習理論の一つとして注目を浴びた。また,関連する調査データの分析結果は,日本理科教育学会全国大会にて,「理科学習による概念変化における存在論的推論の役割」というタイトルで発表し,新しい学習論を提起した。そうした成果は,「理科の教育」誌に,「学習論研究の成果に基づいた理科教材配列の視点」としてまとめて発表された。さらに,イギリスへ渡航し,CASEプログラム本部であるキングスカレッジロンドンのフィリップエイディ教授と研究協議,資料収集を行った。CASE本部には,そこでなければ入手不可能な貴重な資料が多く存在し,多くの有用な資料や情報が得られた。こうした現場密着型のカリキュラム開発・実践は,常にその普及に関わる問題が存在する。そこで,CASEに関連するワークショップに参加し,その現場での利用可能性や実践の効果について教師達と率直な意見交流を行った。
脳塞栓症急性期および慢性期ワーファリン療法例の電子ビームCTによる心内血栓の検討

電子ビームCTを用いて、脳塞栓症急性期および慢性期の患者の左心耳所見を評価し、経食道超音波検査所見と対比した。対象は発症3日以内の脳塞栓症急性期23例、ワーファリン療法中の慢性期44例、lone Af 7例および正常対照13例である。造影前、造影剤を静注しながらの造影早期相、造影終了後35分後の造影後期相Iおよび10分後の後期相IIに、電子ビームCTを用いて、拡張期gapless連続スキャンを行い、同日に施行した経食道超音波検査所見と対比した。脳塞栓症急性期では患者の65%に早期相での造影欠損を、26%に後期相Iでの造影欠損を、13%に後期相IIでの造影欠損を認めた。ワーファリン療法中の脳塞栓症慢性期では患者の55%に早期相での造影欠損を、14%に後期相Iでの造影欠損を、5%に後期相IIでの造影欠損を認めた。Lone Afでは患者の50%に早期相での造影欠損を認め、正常対照例13例では、造影欠損は認められなかった。心内血栓を示唆する後期相での造影欠損は、急性期例の13%、慢性期例の5%に認められた。同日に行った、経食道超音波検査所見との対比では、早期相に造影欠損を認めた例では、全例でモヤモヤエコーを認め、著明な左心耳の流速低下を認めた。電子ビームCTは、意識障害や体動のある患者にも検査が可能であり、脳塞栓症の半数以上に左心耳内の血流うっ滞を認め、経食道超音波による評価と一致した。電子ビームCTは、脳梗塞急性期の塞栓症の診断に有用であると考えられた。
細胞融合制御蛋白の血液単球における選択的発現とその機能-特に破骨細胞の起源について-

次に、fusion regulatory protein(FRP)/CD98に対するモノクローナル抗体の解析を行ったところ、細胞融合を阻害する抗体(HBJ127)が存在することが明らかとなった。抗FRP-1抗体とHBJ127はepitopeの違うことがわかり、抗FRP-1抗体を末梢血単球に作用させたあと、HBJ127を作用させるとc-srcの発現が抑えられることが明らかとなった。ヒトの単球に抗FRP-1抗体を加え培養すると、30分で細胞凝集が起こり、23時間でmaximumlevelに達した。培養後約15時間で多核巨細胞が出現、24時間後頃よりTRAP陽性細胞が出現し、2週間後には90%以上の細胞がTRAP陽性となった。また、[^<125>I]-human CTを用いたCT receptorの検索では、TRAP陽性細胞にその存在が認められた。このCT receptorは、過剰のunlabeled CTを加えることによりblockされた。抗FRP-1抗体を加え、ヒトの単球を2週間培養した後の走査電顕で観察された皮質骨表面には、resorption pitを認めた。ヒトの単球だけで培養した場合には認められなかった。培養液中のpyridinolineの濃度は抗FRP-1抗体を加えた場合は19±4.0pMOL/ml、加えなかった場合は5pMOL/ml以下で、抗FRP-1抗体を加えた場合は明らかに上昇していた。ヒトの単球からの破骨細胞への分化にはstromal cell(M-CSF)と活性型ビタミンDやPTH、IL-1、IL-6などが必要とされてきた。我々の実験で抗FRP-1抗体によって形成された多核巨細胞はTRAP活性を示し、またcalcitonin receptorも存在していた。さらに破骨細胞特有の機能である破骨能も有していた。現在のところFRP-1のligandは不明であるが、この破骨細胞生成系は生理的にも重要なものと考えられる。細胞融合制御因子として見出されたFusion Regulatory Protein(FRP)-1分子は、血液細胞のなかでは単球に選択的に発現しており、また単球に抗FRP-1抗体を作用させると、何らかのFusogenなしに多核巨細胞が出現することが明らかになった.我々はこの多核巨細胞が破骨細胞としての性質を持つことをを証明した.【方法】ヒトの単球に抗FRP-1抗体を加えて2週間培養し、TRAP染色を行った.TRAP染色を行った一部はautoradiographyにてCalcitonin(CT)receptorの検索を行った.また、免疫染色法にてactin ringも検索した.さらに、ヒトの皮質骨上でヒトの単球を抗FRP-1抗体とともに2週間培養し、走査電顕で皮質骨表面の観察を行い、培養液中のpyridinolineの濃度を測定した.1-α(OH)_2D_3、CT、Bisphosphonate、Menatetrenoneを加え、巨細胞形成に対する影響を調べた.【結果】ヒトの単球に抗FPR-1抗体を加えて培養すると24時間後頃よりTRAP陽性細胞が出現し、2週間後には90%以上の細胞がTRAP陽性となった.CT receptorの検索では、TRAP陽性細胞にその存在が認められた.actin ringも確認された.抗FRP-1抗体を加え、ヒトの単球を2週間培養した後の皮脂骨表面にはresorption pitを認めた.培養液中のpyridinolineの濃度は抗FRP-1抗体を加えた場合は45±4.0pMOL/ml、加えなかった場合は5pMOL/ml以下で、抗FRP-1抗体を加えた場合は明らかに上昇していた.また、1-α(OH)_2D_3、CTは単球からの巨細胞形成にほとんど影響を与えなかったが、Bisphosphonate、Menatetrenoneを加えた場合、巨細胞形成を阻害した.次に、fusion regulatory protein(FRP)/CD98に対するモノクローナル抗体の解析を行ったところ、細胞融合を阻害する抗体(HBJ127)が存在することが明らかとなった。
麻酔薬の作用機序の国際集会における物性研究分野の維持について

麻酔薬の作用機序の研究の世界的な動向は麻酔薬の作用はひとえに神経伝達物質の受容体蛋白などに特異的に作用することによるとの研究に集中している。これまでの麻酔のendpointとdosisの関係から分析されている研究結果からは麻酔薬が麻酔状態を発揮するには20乃至30個の対象となる結合部位が関係するとされているので麻酔薬の作用の仕方は起こってくる現象が特異であっても古典的なリガンド・レセプタ結合ではないことは自明であろう。さらに世界の動向は過去1世紀にわたって活用されてきた麻酔のリピッド説を否定するに至り、多くの研究結果が百花斉放の状態でもたらされ、物性論から麻酔作用の概念を総括することが不可能な状態になっている。研究代表者は上記の「分化」の状態から「統合」することを模索して1999年12月8-10日に高松市でThe 2ndInternational Workshop in Anesthetic Mechanismsを1994年に引き続いて開催し、物性研究分野の研究を活性化することを計画した。その準備状況は以下のごとくである。すなわち、また公用出張をかねてカルガリ大学S.Roth教授と協議を行った。11月22-23日には佐賀医科大学で第2回準備委員会を開いた。1999年1月現在、米国から9名、英国から1名、カナダから1名、ドイツから1名、ルーマニアから1名の招待者が確定している。最終的には約45名の海外からの参加者を見込んでいる。
大気中の過酸化物の分析に関する研究

平成2年度に、まず有機過酸化物の分析のため高速液体クロマトグラフに化学発光検出器をセットし、分析条件を種々検討して分析法を確立し、平成3年度にはこれを用いてチャンバー実験を行った。メチルヒドロペロキシド(MHP)やヒドロキシメチルヒドロペロキシド(HMHP)生成を定性的に確認したが、感度も低く、また感度の安定性も悪かった。そこで平成4年度には新たに蛍光法を導入した。p-ヒドロキシフェニル酢酸を用い、高速液体クロマトグラフの移動相溶媒に希リン酸を用いたところ、感度は最高3ppb(メチルヒドロペロキシドで)に達した。安定性もよく、また従来の条件では分離できなかったメチルヒドロペロキシド(MHP)とヒドロキシメチルヒドロペロキシド(HMHP)が分離可能となった。蛍光法の導入の結果、過酸化物の分離、分析には満足の行く結果が得られた。また過酸化物の捕集にミストチャンバーを導入した。従来のバブリング法では、流量をあげることができず、またオゾンがあると捕集溶液中に過酸化水素が生成してしまうなど、効率が悪かった。ミストチャンバーを用いることにより、流量を3倍にあげることが可能となった。捕集効率はバブリング法と差がない。またオゾンの存在下での過酸化水素の生成も、バブリング法に比較すると低いことが分かった。これらの方法を用いて、エアロゾルチャンバー内で行ったオゾン-オレフィン反応で生成する過酸化物の収率を求めたところ、イソプレンでは過酸化水素約0.8%、HMHP2.28%、MHP1.8%であった。1-メチルシクロヘキセンでは過酸化水素約1.2%、MHP0.8%、メチレンシクロヘキサンでは過酸化水素約0.6%、HMHP0.7%であった。〔1〕分析システム:当初の計画ではPーヒドロキシフェニル酢酸による蛍光法で過酸化物の分析システムを構築する予定であったが,予算の都合から,送液ポンプシステム1台で分析の行える化学発光法によって分析を行うことに変更し,当研究所で保育する液体クロマトグラフ・システムに送液ポンプをつけ加え,別途購入した化学発光検出器と組み合わせて,分析システムを構築した。〔2〕メチルヒドロペロキシドの合成:本研究の中心的な分析対象である有機過酸化物のうちメチルヒドロペロキシドの合成を行った。本化合物は爆発性のあることが知られており,合成には細心の注意を必要とする。本研究ではRavishan Karaらの方法を用い,50gのジメチルスルホキシドと75mlの30%過酸水素水の混合物を0°Cに冷却し,これに40%の水酸カリウム水溶液63mlを1時間かけて徐々に滴下した。滴下終了後50%の硫酸を加えpH2位の酸性とする。エ-テル約100mlずつのエ-テルで4回抽出(フラスコ内で10分以上攪拌した後分液ロ-トで抽出)し、1晩乾燥後、エ-テルを留去し,減圧蒸留で純品を得た。〔3〕分析系の検討:まず,分析カラムとして最も一般的な逆相分配系のカラムを用い,溶媒,化学発光計までの配管長,化学発光試剤としてルミノ-ルを用いた場合の濃度,反応試剤のチトクロ-ムCとの混合化などについて最適条件をチェックした。溶媒としては水ーメタノ-ル=1:1系がすぐれているが,有機過酸化物と過酸化水素の分離は十分ではない。これを改善すべく,別途低温恒温槽を入手し,4°C付近まで冷却して分離を試みた。冷却は過酸化物の分解をおさえるためにも有効である。ただ4°Cでもまだ分離は不十分で,過酸化物の分析には過酸化水素のみを分解するカタラ-

ゼによる前処理等が必要と思われる。また、低濃度領域での感度も不十分なため,この検討も必要である。本年度は、オゾンーテルペン系炭化水素の反応による過酸化物の生成過程の解明に重点をおいて研究を行った。用いた実験系は国立環境研究所に設置されている内容量4m^3の光化学反応チャンバ-である。研究の対象とした炭化水素はイソプレンとαーおよびβーピネンの植物起源天然炭化水素である。ただし、両ピネンは蒸気圧が低いため、現有のシステムではチャンバ-に十分な濃度まで導入することが困難であったので、その代りに1ーメチルシクロヘキセン(A)およびメチレンシクロヘキサン(B)を用いた。両者はαーおよびβーピネンと構造がよく似ており、またオゾンとの反応もネピンときわめて類似していて、そのモデル化合物として研究に用い得ることは既に我々が報告している。オゾン(2ー0.5ppm)と炭化水素(4または2ppm)を各一定量(常に炭化水素過剰とした)チャンバ-に導入した後、オゾンが完全に消費されるまで放置し、チャンバ-の内の生成物をインピンジャ-に捕集した。炭化水素を過剰にし、オゾンが消費されるまで待つのは、オゾンを含んだ空気をインピンジャ-で捕集するとこれによって過酸化水素が生成してしまうのでこれを避けるためである。蒸留水に捕集した過酸化物は昨年度作成した高速液体クロマトグラフー化学発光検出器のシステムによって分析した。いずれの反応系においても過酸化水素の生成ははほとんど認められず、従来の報告とは異なっていた。イソプレンーオゾン系ではクロマトグラム上に4種類のピ-クが認められ、保持時間6.70分のピ-クはメチルヒドロペロキシドとよく一致したが、分解が速く、初期収率が大きくなりすぎること、およびイレンと同様に未端メチレン基を持つ(B)でも同様の結果が得られること等から、両者に共通の中間体CH_2OOとH_2Oの反応、またはCH_2O+HO_2反応に由来するHOCH_2OOHではないかと推察された。(A)からは主にメチルヒドロペロキシドのみが生成した。一昨年度構築し、以来昨年度も分析に用いた化学発光検出器は感度も低く、また感度の安定性も悪いので、新たに蛍光法を導入した。p-ヒドロキシフェニル酢酸を用い、高速液体クロマトグラフの移動相溶媒に希リン酸を用いたところ、感度は最高3ppb(メチルヒドロペロキシドで)に達した。安定性もよく、また従来の条件では分離できなかったメチルヒドロペロキシド(MHP)とヒドロキシメチルヒドロペロキシド(HMHP)が分離可能となった。蛍光法の導入の結果、過酸化物の分離、分析には満足の行く結果が得られた。過酸化物の捕集にミストチャンバーを導入した。従来のバブリング法では、流量をあげることができず、またオゾンがあると捕集溶液中に過酸化水素が生成してしまうなど、効率が悪かった。ミストチャンバーを用いることにより、流量を3倍にあげることが可能となった。捕集効率はバブリング法と差がない。またオゾン存在下での過酸化水素の生成も、バブリング法に比較すると低いことが分かった。これらの方法を用いて、エアロゾルチャンバー内で行ったオゾンーオレフィン反応で生成する過酸化物の収率を求めたところ、イソプレンでは過酸化水素約0.8%、HMHP2.28%、,MHP1.8%であった。1-メチルシクロヘキセンでは過酸化水素約1.2%、MHP0.8%、メチレンシクロヘキサンでは過酸化水素約0.6%、HMHP0.7%であった。
モバイル機器を利用した反転授業とその効果に関する研究

インターネットの急速な発展は英語教育システム作りに大きなインパクトを与えてきた.ユビキタス環境下でモバイル機器を用いたデジタル教材がいかに学習効果や学習動機の向上に役立つかを授業実験において検証した.反転授業を取り入れた経済学部3年生27名の演習においては、プレゼンテーションと討論中心の授業を行い,モバイルを利用した語彙学習も教材に併用していたために,OPIcの試験で20%向上し, 4月のPre-TOEICの平均623点(N=27)から翌年1月のPost-TOEICで784点(N=27)まで伸びた.Active learningと反転授業が学習者の動機づけに影響を及ぼし英語力も向上した.実験群は、デジタル教科書と反転授業を実施、統制群は紙の教科書で通常の授業を実施した。前年度の同じ1年生を対象にした比較授業実験では、反転授業群が139点の上昇、統制群が86点の上昇と、反転授業群のTOEICの伸びが高かった。しかし、平成27年度の比較授業実験では、反転授業群はTOEICの得点が4月と7月を比較して5点下がり、統制群の方は、約40点の向上が見られた。反転授業群はデジタル教科書を使用しため、使用に慣れていなかったこと、教材の内容が難しく、予習の段階でビデオを見ても授業が理解できずに、学習に対する動機付けが下がった。第二は、3年生の演習クラス(24名)の通年の授業では、全員がiPadを使用して、デジタル教材(Lecture Ready III)を学び、プレゼンテーションと討論中心の授業を行い、モバイルを利用した語彙学習を教材に併用していたために、OPIcの試験で20%の向上、TOEIC (639-727)で88点の向上、CASEC (626-721)で95点の得点が向上した。自律学習におけるアンケートを反転授業群と統制群の間で行ったが、両群に優位差はなかったことが判明した。学習方策に関しては、現在分析中である。演習クラスのように、ある程度の英語力があり、デジタル教材でも学習者にあったものを提供し、適切な使用方法を指導すれば、反転授業を行えば、それなりの効果があることが判明した。アンケート調査によれば、3年生の演習クラスでは、ほとんどの学生が反転授業の方が英語力が向上し、授業も活性化すると回答している。1年生の比較授業実験に関しては、学習者のレベルに合わせた教材使用、かなり負担のかかる過度な課題を出さない等、学習者の自律性を考慮し指導する必要がある。平成27年度の授業実験においては、反転授業群はデジタル教科書を使用したために、教材の難易度も高かったせいか、デジタル教材の指導不足もあり、十分に授業が機能しなかった。前期は何とか授業には参加をして、反転授業に必死についてくる生徒もいたが、後期の授業では脱落していくものもいた。また、かなり予習に授業時間をさかなければ教材の内容が理解できず、学習者への過度の心理的な負担が大きな要因でもあった。統制群の方は、授業で丁寧な説明と解説を紙のテキストを使用しながら授業を行ったので、多少はTOEICの得点が伸びたようである。しかし、前年ほどには、両群とも伸びなかった。これは、教材の選択が大きな原因になっている。また、反転授業群は、デジタル教科書を使用するのは、初めてのこともあり、全員がiPadを持っている訳でもないので、全員がiPadを持参しているゼミのクラスとは違う結果が出た。従来の教育では、体系化された知識を伝授することを目指す知識伝授型の教育が多く見られた。しかしインターネットや携帯端末などによるコミュニケーションやコラボレーションを採り入れた教育手法の確立を目指す目的で、認知モデルや学習モデルの研究成果を採り入れた、授業実験を平成28年度は行った。また、演習の授業では、人間の世界観は体系的に伝授されるものではなく、自分の外部からの様々な刺激や経験を通じて、世界観や理解を体系化し、再構築したりしていると言う、社会構成主義の概念を取り入れ、オンライン教材も利用しながら世界観教育を行った。平成28年度、1年生の2クラスにおいては、教材と連携した語彙学習用用のQuizletや、ATR CALL Brixの英語教育用ソフトを利用した反転授業と通常授業の教育効果を比較した。4月にPre-TOEIC testならびに1月にPost-TOEICテストを実施し、伸びを測定した。非反転授業群(n=26)が523点から584点と61点の伸びに対して、反転授業群(n=26)の得点が537点から717点と約3倍の180点の伸びを示した。反転授業群はInteractionやpresentationを中心に授業を行った。3年生の演習(n=27)の授業に関しては、623点から784点と161点の伸びがあった。これは、ATR CALL Brixのモバイル学習用ソフトを最低50時間以上学習する事を義務付けて、クラスではiPadを積極的に活用した英語によるActive learningを行った。オンライン用世界観教育教材を学習した後、Campus Crusadeの学生達8名をクラスに招聘して、世界観の違いを徹底的に討論させた。その結果、アンケート調査から、80%以上の学生の世界観に変化が生じた事が判明した。21世紀型の英語教育・世界観教育のモデルの構築をした。平成28年度は、Pilot学習として、自律学習アンケートを数回実施した。しかし、前期のアンケートでは、紙によるアンケートを実施したために、整理がしにくく、結果をうまく出すことができなかった。それで、後期にはオンラインでアンケート調査を実施した。

特に前期の最初に行ったアンケート調査と後期の最後のアンケートの比較が人数の関係上うまく行かなかった。それで、平成29年度にオンラインアンケートを同じように3クラスの授業実験群ですでに4月に実施した。平成28年度のアンケートに関しては、学習方策ならびに自律学習に関して現在分析を行っている。また、携帯端末で人気のあるソフトを多少は学習させたが、ATR CALL BrixとQuizletを学生が主に利用したために、他の英語学習用ソフトに関する調査が不可能であった。世界観に関するオンライン教材は、ほとんど完成して使用しているが、携帯端末で学習できる語彙学習教材の開発が遅れている。語彙学習ソフトとしては、Quizletが多種多様な機能を持っているために、現在利用している教科書の教材と連携をしながら、効率的な語彙学習方策を調査している。また、ATR CALL Brixは、語彙学習用の機能がかなり充実しており、これらの二つを融合させながら、学習をしていった方が効果が上がると判断したためである。ATR CALL BrixのソフトはTOEIC学習に特化しいるが、総合的な英語力、特に発音や語彙学習に優れたソフトである。過去数年間利用をしてきたが、80%以上の学生が効果があがるとアンケート調査の中で回答している。2017年度はICTと携帯電話等を利用して3クラスで授業実験を行った。MOOCs(Asuka Academy)、Facebook、Line等を利用したオンライン学習を反転授業で行った結果、TOEICの平均点が4月Pre-test 573点(N=69, SD:135 )から翌年1月Post-testが752点(N=69, SD:95)と伸びた。MOOCs(Asuka Academy)の利用に関しては、86名の学生にアンケートを実施した結果、(1)面白く英語力を向上させるのに役立った(76%)、(2)自分の知を拡張するのに役立った(87%)、(3)英文要約を行った事が英語力の向上に役立った(85%)と回答した。演習ゼミではFacebookに世界観動画教材に関する英語の講義をアップして反転授業をした結果、学習を促進し、内容を理解する手助けとなった。自律学習者アンケートを授業前(4月)と授業後(翌年1月)に実施した。Aクラス23人、Bクラス25人、Cクラス22人、70名を分析対象とした。主として動機づけ要因に焦点をあて、6種類の動機づけ(関係志向動機、自尊志向動機、報酬志向動機、充実志向動機、訓練志向動機、実用志向動機)ごとにどのような変化があったかを、クラス毎と全体で分析した。動機づけは「何を志向して学ぶか」によって、関係志向動機、自尊志向動機、報酬志向動機、充実志向動機、訓練志向動機、実用志向動機に分けられる。それらを5件法質問紙で測定し分析した。その結果、動機の伸びはB(+.23 ),A(+.20 ),C(+.06 )の順で、最も伸びた動機は訓練志向動機(B:0.41、A:0.32、C:0.19)であった。分析から考察されることは、短期での上昇が極めて稀と思われる動機において、5件法での数値が上昇したことからも、「協働中心のアクティブ・ラーニングや反転授業」が学習者の動機づけに及ぼした影響が大きかったことが判明した。
Ge-On-Insulator CMOSのキャリア輸送特性解明と性能向上手法確立

GOI層の貼り合せ界面特性を改善するためGOI層を再貼り合せする方法を提案・実証し、ディジタルエッチング法により、2nmのGOI膜厚のGOI MOSFETの動作に成功した。移動度のGOI厚依存性の実験結果から、薄膜GOIでの移動度劣化は、膜厚揺らぎ散乱に起因することを明確化した。酸化濃縮法にアニール工程を挿入し、かつGOI形成まで室温に戻さない連続加熱工程とGOI形成後の降温時間を十分長くとることにより、高い圧縮ひずみを有するGOI層の形成に成功した。更にディジタルエッチング法により4.5 nmの膜厚のひずみGOI MOSFETの動作と高移動度特性を成功した。(1)高品質・極薄GOI層形成技術(1-1)酸化濃縮法・・・酸化濃縮時に酸素を導入しないアニール工程を挿入することにより、ホール濃度の低減と欠陥密度の改善を実現した。(1-2) III-V族半導体上のエピGe層の直接貼り合わせ法・・・GaAs基板上にAlAs/InGaPからなるバッファ層を形成後、Geをエピ成長してSi基板上に貼り合わせる方法を実証し、60nm-20nmの膜厚のGOI構造を実現した。(1-3)貼り合わせ・スマートカットによるGOI層・・・スマートカットGOI基板をSi基板にあり合わせて、GOI層の表裏を反転させ、薄膜化GOI構造の品質を向上させる方法を提案し、GOI構造の形成を実証した。(2)極薄GOI MOSFETの作製技術・・・Ge MOSFETの特性向上と信頼性向上のための新しいゲートスタック構造として、ALD Y2O3膜を用いたGe MOS界面形成技術を進め、界面特性と界面欠陥量の評価を行った。また、極薄GOI層にnMOSFETを実現するために必須な高濃度n型層を実現するために、SbドープしたSOGからGeにSbを高濃度で拡散する方法を実証し、酸化濃縮GOI層にnMOSFETを実証した。(3)極薄GOI MOSFETの実証とキャリア輸送特性の明確・・・酸化濃縮法によりGOI層を形成した後、更に酸化を行うことでGOI層を薄膜化する方法を提案し、6 nm厚のGOI層を実現した。更に、9.7 nm厚のGOI pMOSFETの動作を実証した。(4)極薄GOI MOSFETの性能向上技術・・・(110)面SOI基板上にSiGe層をエピタキシャル成長に、この基板に対して酸化濃縮法による(110)GOI構造を実現するために濃縮プロセスを確立した。(1)高品質・極薄GOI層形成技術(1-1)酸化濃縮法・・・酸化濃縮GOI形成後の追加酸化によりGOIの薄膜化を行い、10nm以下のGOI層の薄膜化に成功した(1-2)貼り合わせ・スマートカットによるGOI層・・・スマートカットGOI基板をSi基板に貼り合わせ、GOI層の表裏を反転させるGOI構造において、RIEと熱酸化やプラズマ酸化の併用により、表面荒れを引き起こさずに極薄膜のGOI構造の形成する方法を提案した。特にプラズマ酸化を活用したディジタルエッチング技術による薄膜化によって、GOI膜厚をnmオーダーの精密制御できることを示し、10nm以下の膜厚のGOIを系統的に実現することに成功した。更に、貼り合せ界面としてAl2O3/GeOx構造を用いることでGOI裏面界面特性の品質向上が実現できることを示した。(3)極薄GOI MOSFETの実証とキャリア輸送特性の明確化・・・スマートカットGOI基板をSi基板に貼り合わせ、表裏を反転させて薄膜化するGOI MOSFETにおいて、貼り合せ界面にGeOxを挿入し界面特性を改善することで、チャネル移動度が向上すること明らかにした。またこの貼り合せ基板により、10 nm以下の膜厚のGOI MOSFETを実現し、最も薄いもので2 nmの薄膜のGOI MOSFETの動作に成功した。(1)高品質・極薄GOI層形成技術・・・酸化濃縮法やスマートカット基板の再貼り合せ技術により10nm以下のGOI層形成が実現できるようになった。特にGOI薄膜化に関しては、プラズマ酸化を用いたディジタルエッチング技術を開発し、10 nm以下の膜厚で、平坦な膜厚を維持しながら、精密にGOI膜厚を制御する技術の開発に成功し、極薄領域でも、順調にGOI層の形成が実現できており、研究は順調に推移している。(2)極薄GOI MOSFETの作製技術・・・極薄GOIにおけるMOSFETの輸送特性に関するintrinsicな性質を引き出すためには、良好なMOS界面が必要である。今年度、スマートカット基板の再貼り合せ技術において裏面MOS界面特性改善技術を導入し、移動度の向上が観測されており、より本質的な輸送特性評価が可能となった。更に、寄生抵抗を十分抑えて、極薄GOI MOSFETの移動度を直接測定できるリセス構造の素子を実証しており、研究は順調に推移している。(3)極薄GOI MOSFETの実証とキャリア輸送特性の明確化・・・プラズマ酸化により系統的にGOI膜厚を変化させた貼り合せ基板を用いて、最も薄い膜厚のものでGOI厚さ2 nmのバックゲート動作pMOSFET、およびGOI厚さ4 nmのフロントゲートpMOSFETの動作を実証しており、研究は順調に推移している。今後、これらの素子を用いて、移動度のGOI膜厚依存性の挙動やその物理機構を明確にしていく予定である。

(1)高品質・極薄GOI層形成技術・・・酸化濃縮法において、GOI形成まで途中中断や室温への降温なく酸化を行うと共に、GOI形成後の温度低下に十分に時間使うことで、薄膜GOIにおいても、最大で1.2%の圧縮ひずみが導入できることを明らかにした。また、GOI形成後の温度低下に要する時間を変えることで、GOI面内のひずみ空間分布が変化し、冷却時間を長くすることで、より急峻なひずみ空間分布が実現できることを見出した。(3)極薄GOI MOSFETの実証とキャリア輸送特性の明確化・・・上記の温度冷却プロセスを極力減らし冷却時間を十分長くすることで高い圧縮ひずみを導入したGOI基板に対して、プラズマ酸化と酸化膜のウェットエッチングを繰り返すディジタルエッチングを適用することで、圧縮ひずみを維持しながら10 nm以下の膜厚の極薄GOI MOSFETを実現することに成功した。最も薄いもので4.5 nmのGOI薄膜のひずみGOI MOSFETの素子動作に成功し、高い正孔移動度を実証した。GOI層の貼り合せ界面特性を改善するためGOI層を再貼り合せする方法を提案・実証し、ディジタルエッチング法により、2nmのGOI膜厚のGOI MOSFETの動作に成功した。移動度のGOI厚依存性の実験結果から、薄膜GOIでの移動度劣化は、膜厚揺らぎ散乱に起因することを明確化した。酸化濃縮法にアニール工程を挿入し、かつGOI形成まで室温に戻さない連続加熱工程とGOI形成後の降温時間を十分長くとることにより、高い圧縮ひずみを有するGOI層の形成に成功した。更にディジタルエッチング法により4.5 nmの膜厚のひずみGOI MOSFETの動作と高移動度特性を成功した。(1)高品質・極薄GOI層形成技術・・・酸化濃縮法、III-V族半導体上のエピGe層の直接貼り合わせ法、貼り合わせ・スマートカットによるGOI層形成のいずれに方法によっても、順調にGOI層の形成ができており、研究は順調に推移している。(2)極薄GOI MOSFETの作製技術・・・Ge MOSFETの特性向上を決める上での最も重要なゲートスタック構造に関し、新しい材料系として、ALD Y2O3膜を用いたGeゲートスタック構造の検討を進め、その基本特性が明らかになった。また、極薄GOIにおけるnMOSFETを実現するために最大の課題である高濃度n型ソース・ドレイン形成に関しても、イオン注入を用いず、SOGからSbをGeに高濃度で拡散する方法が適用できることが実証され、目途を立てることができており、研究は順調に推移している。(3)極薄GOI MOSFETの実証とキャリア輸送特性の明確・・・10 nm以下のGOI層を形成する方法として、薄膜GOI層を追酸化する方法を実証し、10 nm以下のGOI pMOSFETの動作が実証できており、研究は順調に推移している。(4)極薄GOI MOSFETの性能向上技術・・・(110)GOI構造形成にも、同様の酸化濃縮法が適用できることを確認し、面方位エンジニアリングに関しても研究を進めることができることが確認された。(1)高品質・極薄GOI層形成技術・・・今後、酸化濃縮法の酸化プロセス、特に温度サイクルや降温時間などを最適化して、GOI構造の品質を向上させると共に、移動度向上に有効な圧縮ひずみ量の最大化を目指す。更に、プラズマ酸化によるGOI層薄膜化プロセスを最適化して、平坦度の高い極薄のGOI層の形成を進める。更に、この最適化プロセスを(110)基板に適用する。(2)極薄GOI MOSFETの作製技術・・・
プロテアーゼインヒビターBBI遺伝子によるカドミウム非吸収型作物の創出

我が国で大きな問題として取り沙汰さているものにコメのカドミウム汚染がある。申請者は、植物を用いた環境浄化研究において、カドミウムの浄化技術を模索する過程で、プロテアーゼインヒビターの一種Bowman-Birk protease inhibitor (BBI)に、これまで全く知られていなかった高い重金属耐性を付与する能力があることを見いだした。Coptis japonicaのBBIは重金属以外にも、アルカロイドなど有機系有害物質に対しても耐性を付与する。またこれまでの検討から、BBIタンパク質は分泌されてアポプラストに局在するが、重金属の耐性は輸送機構を中心としていおり、アポプラストにおける金属蓄積機構の解明はほとんど注目されていない。本研究では、BBI遺伝子を「細胞外蛋白質バリア」として用いて、カドミウムの植物内への侵入を防ぐための新しい育種技術の基盤固めを目的とした。今回、カドミウムのアポプラストにおける蓄積を観察・測定する目的で、放射光施設SPring-8で高輝度蛍光X線分析を用いる手法を検討した。材料としては、野生型タバコを用いた。まずタバコの水耕溶液に塩化カドミウム溶液を添加し、一か月間処理した。茎をクライオミクロトームを用いて50_m厚の凍結切片とし、マイラー膜にはさんでサンプルホルダにセットし、凍結状態を維持しながら測定した。蛍光分析用ビームラインBL37XUにおいて、30keVに単色化したX線をK-Bミラーにより1ミクロンのビームをプローブとして、マイクロX線蛍光分析でイメージングを行った。その結果、茎の中心部でのカドミウム濃度は低く、形成層から表皮にかけてカドミウムが蓄積していることが確認された。さらに皮層でのカドミウム分布を1マイクロメータのステップで測定し解析したところ、アポプラストにおけるカドミウムの蓄積を確認した。この手法により、アポプラストにおける微細な金属分布の分析が可能であることが示された。カドミウムの浄化技術を模索する過程で筆者らは、プロテアーゼインヒビターの一種Bowman-Birk protease inhibitor (BBI)に、これまで全く知られていなかった高い重金属耐性を付与する能力があることを最近見いだした。この蛋白質は細胞から分泌され、細胞を取り囲む形でアポプラストに局在することが示唆されている。そこで、BBI遺伝子を「細胞外蛋白質バリア」として用いてカドミウムの植物内への侵入を防ぎ、汚染土壌にあっても安全に地上部の可食部位を収穫できる作物を作出することを試みた。多年生植物オウレン(キンポウゲ科)由来のBBIのcDNAを、ゲイトウエイベクター系を用いてバイナリーベクターに組み込み、構成的発現プロモータであるCaMV35Sプロモータと連結した。これと平行して細胞内局在を確認するため、C-末端に緑色蛍光蛋白質(GFP)を連結したベクターも同時に作製した。これらを、アグロバクテリウムを介してシロイヌナズナとタバコに導入した。それぞれのT1世代、T0世代で遺伝子の発現をRT-PCRで確認したが、GFPを指標にしたときに蛋白質としての発現が確認できないという障害に突き当たった。現在その原因を解明するとともに、形質転換からやり直しているところである。これ以外に、カドミウムの浸入口は根であるため根の最外層である表皮で特異的にBBIを発現させることを計画していた。そのため、根の表皮細胞で特異的に発現するAtPGP4プロモータを用い、その下流にBBIを連結したバイナリーコンストラクトを作製したところである。これから植物に導入する予定である。
果樹等の越冬組織の凍結挙動の新規可視化法の開発とその支配因子の同定

冬、氷点下では植物体の温度もマイナスになる。寒さに強い果樹等は組織の凍結をどう制御しているのかよく判っていない。凍結生存戦略の動態・仕組の解明のため、赤外線サーモビュアとMRIを用いて凍結過程を非破壊的に観察できる凍結可視化法を開発し観察を行った。植物は種や組織により、凍る順番や凍結・未凍結部位が詳細に決まっており(ブルーベリー枝は皮層部から凍結開始)、その決定因子として組織の氷核活性(凍らせる能力)が重要で、その組織分布と凍結順位には高い相関があること、氷核活性は季節変動し、センサーのように凍結温度を検知して凍結を必要部位に誘発する機能を持つ事などが判った。氷核活性の物質的特徴等を解析した。水分の豊富な植物組織にとって凍結は最も危険なストレスである。果樹等の高耐寒性植物がどのようにうまく制御しながら凍るか、重要な機構にもかかわらず、詳細は良く判っていない。本機構解析のため、本年度は主に、植物の素早い凍結過程を非破壊可視化できる高感度のデジタル赤外線サーモビュアを利用した越年生組織の凍結挙動の可視化法の開発を行った。組織の凍結の際の温度上昇を赤外線カメラで動画として捉えるのが、赤外線サーモビュアによる解析法で、近年デジタル化され、感度も改善したため、冬季の材料等含水率の低い材料でも素早い凍結過程の可視化解析が可能になった。23年度はまず、赤外線カメラを設置して試料を精度良く冷却できる冷却槽を自作した。本装置を用いてサーモビュアにより凍結過程を録画後、画像解析を行うのであるが、以下の点について検討した画像上の試料温度の適正化するため、対象物の温度を熱電対で測定、比較し、最適な反射率を選択した。生画像、特定の対照画像との差画像(Referential)、隣合う画像同士を引き算する方法(Differential)の3つを比較した。自動Normalization像と絶対温度表示法などについて、検討した。前者では0.1°C程度の微弱な凍結を捕えることができた。枝の凍結過程においても、強度の異なる凍結が連続して起こるため、解析時に、発熱強度に応じた画像の取得間隔を選択することが最も重要であった。最も感度良く解析できたのは、Differential画像による解析で、微細で緩慢な凍結から、急速な木部の凍結伝搬まで詳細に捕えることが可能であった。画像表現法としては、一定間隔取得画像を連続して並べる方法が有効であった。試料の各ピクセルの温度履歴を表示させ、従来型熱分析も画像から行うことができた。同様の画像解析処理は通常の冷凍顕微鏡で取得したデジタル画像においても有効であった。果樹等の耐寒性植物組織がどのように制御しながら凍るか、その詳細は殆ど不明である。その動態や機構を探るため、昨年度開発した赤外線サーモビュアによる凍結過程の可視化法を用いて、ブルーベリー枝の凍結をDifferential Imaging法で詳細に解析した。凍結開始は微弱だが鮮明な発熱で、枝の複数部位から同時に生じ、当初緩慢に伝搬した。枝の皮層部だけを部分的に除く環状除皮した枝を用いると、この凍結開始と伝搬は、環状除皮部位で停止することから、皮層部において凍結開始されると考えられた。この凍結はある時点で木部に伝搬されると、非常に強い発熱で急速に枝全体に広がった。この2回目の凍結は急速に伝播し、環状除皮部位を障害なく通過することから木部の凍結であることが推察された。木部では、導管中の大量の水が一気に凍結するが、自発的に凍るのではなく皮層部から伝搬して凍結するものと考えられた。さらに観察を続けると、凍結していなかった皮層部がパッチ状に木部とは別個にランダムに凍結した。これは非常に微弱な発熱で、皮層部の緩慢な細胞外凍結による発熱と考えられた。これらの結果は従前の枝の凍結開始の定説(木部から凍結開始)とは異なっていた。ブルーベリー枝の凍結を北大低温研の冷凍顕微鏡装置を佐崎氏の協力で解析した。枝の皮層部から氷結晶が析出することが判った。同様の冷却ステージをいくつか試作し、枝切片の凍結開始を観察できるような装置を作成した。また、森総研・黒田氏の協力のもと、CryoーSEMをもちいた枝の凍結像の解析法も確立した。なぜブルーベリー枝が皮層部から凍結するかその機構を調べるため、試験管法を用いた氷核活性測定を行った。氷核活性は1ー2年生枝全般にあり、皮層部に局在した。木部や髄の氷核活性は低かった。これらの結果は、サーモビュア解析から得られた凍結過程と非常によく呼応した。本機構解明のため、本年度は、植物の素早い凍結過程を非破壊可視化できる赤外線サーモビュアを用いてレンギョウ枝の凍結挙動を解析した。レンギョウ枝では、ブルーベリー枝と異なり、枝全体がボーと昇温する凍結過程が観察された。枝を縦切り、横切りにして観察したところ、髄がまず凍結し、それが木部へ、そして皮層部へと伝搬することが判った。ブルーベリーと逆の凍結順位である。

各組織の氷核活性を測定すると、髄の氷核活性が高く、木部、皮層部は活性が低く、赤外線サーモの観察結果とよく一致した。昨年の結果と総合すると、耐寒性植物の凍結には凍結順位があり、各組織の氷核活性が凍結順位を支配している主要因と考えられる。ブルーベリー枝の氷核活性の季節変動を詳細に調べた。新枝では、氷核活性が低いが、7月から9月にかけて徐々に活性が高くなり、初霜直前に最も高い活性をもち、その後の降霜とともに少しずつ低下していくことが判った。枝の氷核活性はあたかも凍結センサーのように、機能し、凍結をいち早く検知し、枝皮層部の凍結を開始し、細胞外凍結を成立させると考えられた。枝における氷核活性分布を詳細に解析したところ、表皮は活性が低く、その下の柔細胞群の氷核活性(ここは細胞外凍結するところ)が著しく高く、その下の空隙組織も同様に氷核活性が高かった。ファイバーや師部から木部にかけては、氷核活性が低かった。皮層部柔細胞群を縦切、横切した小片(厚0.2mm)にして、氷核活性検定及び冷凍顕微鏡による凍結過程の観察を行った。横切にすると、直後は活性が高いが一日後に活性が低下したが、縦切小片では活性は維持されていた。縦切切片では、柔細胞付近からー2°Cで凍結開始することが観察された。その部位を特定することに成功した。高分解能MRIを用いてアメリカハナミズキ花芽の凍結挙動を可視化解析した。MRI画像にもDifferential画像処理を導入すると、各温度間で凍結した組織や部位を画像化することが可能になった(これまでは未凍結組織だけが可視化可能だった)。Sakai(1979)のDTAによる解析報告と異なり、小花が過冷却しているのではなく、葯と胚珠が一個単位で安定して過冷却して耐寒し、過冷却が破れて凍結するとその組織単位丸ごと凍害を受けることがわかった。それ以外の苞、花弁、萼、胚珠以外の雌蕊組織はいずれも細胞外凍結しており、苞と萼はIce sinkとして機能していた(顕微鏡観察の結果)。このように、配偶体世代とその周囲の組織だけ(葯と胚珠)が過冷却する新しい花芽の凍結様式が発見された。過冷却状態で未凍結の葯と細胞外凍結する花弁との間を結ぶ花糸のいずれかの部分に、葯への凍結の侵入を阻止するIce blocking barrierが存在すると考えられた。ウメ花芽及び枝の凍結挙動について赤外線サーモビュアを用いて解析したところ、まず花芽の芽鱗片先端から凍結が開始され、やがて枝に凍結が伝播することが判明した。一方、花芽の雌蕊が凍結して選択的に被害を受ける様子も観察された。これは冬季に咲くウメ花の野外での雌蕊の選択的凍結障害とよく一致した。雌蕊の凍結潜熱放出量は大きく、含水率が高いと予想された。ブルーベリーの皮層部から氷核活性を可溶化する手法開発を行った。50種類の条件の中で2種類の界面活性剤を利用すると効率よく可溶化されること(-8°C程度)、透析による除去がそれ以降の活性の保存に重要であることが判明した。可溶化された氷核活性に対する様々な処理(温度、凍結保存処理、薬剤、酵素処理等)の効果を調べ、詳細な物質的特徴を解明した。現在、当該物質の単離精製やIntact組織での存在状態解析等を行っている。冬、氷点下では植物体の温度もマイナスになる。寒さに強い果樹等は組織の凍結をどう制御しているのかよく判っていない。凍結生存戦略の動態・仕組の解明のため、赤外線サーモビュアとMRIを用いて凍結過程を非破壊的に観察できる凍結可視化法を開発し観察を行った。