hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ロケット誘雷技法を用いたインドネシアの雷特性と雷防護の研究

1.研究の目的本研究は1989年以来インドネシアで行われている国際学術研究の継続発展を目指すもので,わが国ですでに1977年以来130回の誘雷成功の実績があり,インドネシアでも1992年までに14回の成功を収めているロケット誘雷技術を駆使して,雷の多発地帯として知られるジャワ島・ボゴール地区にて,熱帯地域の雷放電特性を調査研究することを目的とする。更に,インドネシアとの共同研究を通じて,観測技術・データ解析手法等の交流・移転を行うことにより,インドネシアにおける電力設備・通信設備への雷害防止技術研究の発展に寄与することも本研究の目的である。2.研究方法ロケット誘雷の実験地は,ジャカルタの南50kmのプンチャ峠近くにある国営のグヌンマス茶園で,こゝにロケット発射台と制御観測小屋を設置した。ロケット発射台は,制御観測小屋から61m離れた丘の頂上に6基があり、小屋の内からひもを引っ張ってロケットに点火し、ほゞ真上に発射される。ロケットは接地された0.2mmの太さのスチールワイヤを高度500mほどに引き上げる。雷雲が接近し,地上電界が5KV/mほどになったときロケットを発射すると,上昇途中のロケットから上向きに先駆放電が進展して,その直後に放電電流がワイヤに沿って地上に流れる。この電流をロゴスキーコイルで検出し,メモリに記録すると共にオシロスコープで測定し,磁鋼片により電流波高値を記録する。また,静止カメラ,流しカメラ,VTRなどで放電の状況を撮影する。更に,発射台まわりに配置した静電アンテナにより,落雷時に周囲に誘起される電界を測定すると共に,発射台の横の試験用配電線の誘導電圧も観測する。3.本年度の研究成果本年度は,1994年3月21日から4月16日までと,1994年12月23日から1995年1月31日までの2回に分けて実験を実施した。誘雷の成功は,1994年4月15日の1回と,1995年1月9日の3回の計4回である。いずれも負極性雷雲に対し、負極性放電電流が流れた。次に個々の実験結果をみると,1994年4月15日は,134mの高さにロケットが上昇した瞬間に放電が誘発された後,発射台から約6m離れて12mの高さの避雷針にも3回放電している。この放電電流の記録によると,波頭長/半波尾長は10/50μsで,波頭長はややゆるやかであるが,典型的な雷電流波形である。その電流波高値(第1波)は4KAであるが,磁鋼片による後続放電の最大値は13.5KAを示した。1995年1月9日のNo.1とNo.3は,いずれも電界の弱い時に発射されて,No.1は誘雷に失敗し,No.3の放電も微弱である。No.4と5は電界が強まっており,特にNo.5の電界は10KV/mを超えており,電流も強大であった。雷雲はすべて負極性で,約1時間半ほどで実験地を通過し,その間に数分間隔で落雷による電界の急変があり,典型的な日本の夏の熱雷と同様である。4.これまでの研究成果のまとめ1990年以来の15回の実験結果をまとめると,実験はすべて14時以降から夜半にかけてであり,雷雲の極性は1回を除きすべて負極性で,わが国の夏季雷と同様である。電流は1.5KA以下が半数に達し、これは強制的な人工誘雷に特徴的な放電である。残りの平均は9.8KA,最大は15KAである。これらの値は,わが国の夏季雷よりやや微弱であるが,電流波形は立ち上がり110μs,半波尾長約50μsの標準的雷電流波形であることからみても,本質的にわが国の夏季雷と類似しているものとみられる。15回の内3回は,第1放電がロケットの引っ張るワイヤに沿って大地へ流れた後,0.5秒ほどおいた第2放電以後は,近くに立つ避雷針の先へと飛び移る現象がみられた。最初の放電は明らかに,12mの高さの避雷針の先端から下に向けて90°の傘形の保護範囲の内にあり、第2放電以後はこの避雷針に保護されたものと考えられる。避雷針の保護効果が再確認されたといえる貴重な記録である。

ロケットは接地された0.2mmの太さのスチールワイヤを高度500mほどに引き上げる。雷雲が接近し,地上電界が5KV/mほどになったときロケットを発射すると,上昇途中のロケットから上向きに先駆放電が進展して,その直後に放電電流がワイヤに沿って地上に流れる。この電流をロゴスキーコイルで検出し,メモリに記録すると共にオシロスコープで測定し,磁鋼片により電流波高値を記録する。また,静止カメラ,流しカメラ,VTRなどで放電の状況を撮影する。更に,発射台まわりに配置した静電アンテナにより,落雷時に周囲に誘起される電界を測定すると共に,発射台の横の試験用配電線の誘導電圧も観測する。3.本年度の研究成果本年度は,1994年3月21日から4月16日までと,1994年12月23日から1995年1月31日までの2回に分けて実験を実施した。誘雷の成功は,1994年4月15日の1回と,1995年1月9日の3回の計4回である。いずれも負極性雷雲に対し、負極性放電電流が流れた。次に個々の実験結果をみると,1994年4月15日は,134mの高さにロケットが上昇した瞬間に放電が誘発された後,発射台から約6m離れて12mの高さの避雷針にも3回放電している。この放電電流の記録によると,波頭長/半波尾長は10/50μsで,波頭長はややゆるやかであるが,典型的な雷電流波形である。その電流波高値(第1波)は4KAであるが,磁鋼片による後続放電の最大値は13.5KAを示した。1995年1月9日のNo.1とNo.3は,いずれも電界の弱い時に発射されて,No.1は誘雷に失敗し,No.3の放電も微弱である。No.4と5は電界が強まっており,特にNo.5の電界は10KV/mを超えており,電流も強大であった。雷雲はすべて負極性で,約1時間半ほどで実験地を通過し,その間に数分間隔で落雷による電界の急変があり,典型的な日本の夏の熱雷と同様である。4.これまでの研究成果のまとめ1990年以来の15回の実験結果をまとめると,実験はすべて14時以降から夜半にかけてであり,雷雲の極性は1回を除きすべて負極性で,わが国の夏季雷と同様である。電流は1.5KA以下が半数に達し、これは強制的な人工誘雷に特徴的な放電である。残りの平均は9.8KA,最大は15KAである。これらの値は,わが国の夏季雷よりやや微弱であるが,電流波形は立ち上がり110μs,半波尾長約50μsの標準的雷電流波形であることからみても,本質的にわが国の夏季雷と類似しているものとみられる。15回の内3回は,第1放電がロケットの引っ張るワイヤに沿って大地へ流れた後,0.5秒ほどおいた第2放電以後は,近くに立つ避雷針の先へと飛び移る現象がみられた。最初の放電は明らかに,12mの高さの避雷針の先端から下に向けて90°の傘形の保護範囲の内にあり、第2放電以後はこの避雷針に保護されたものと考えられる。避雷針の保護効果が再確認されたといえる貴重な記録である。
履歴記憶素子に向けた酸化物クラスタースピングラスのスピン波研究

Lu3Fe5-xCoxSixO12(LFCS)薄膜について、これまでにスピングラス挙動(直流磁化率温度依存性における磁場中冷却-零磁場冷却の分岐、交流磁化率温度依存性におけるカスプの周波数依存性、熱緩和を記憶するメモリ効果)を報告してきた。当該年度では補足実験として交流磁化率の温度依存性について、直流磁場成分をゼロとした条件で再測定を実施した。その結果、x=0.10.5にCo, Siを置換した試料ではフェリ磁性ー常磁性の相転移温度において周波数分散が見られ、室温以上の温度域(290 K360 K)でもスピングラス挙動を示すことが示唆された。スピン波の伝搬長を決めるダンピング定数の温度依存性については、これまで低温で顕著な増加を見出していたが、不純物モデルの指数関数で表現できることを確認した。これは、「熱」という外場によってスピン波と逆スピンホール電圧を制御できることを示している。ダンピング定数から算出されるスピン波伝搬長は置換量x=0, 0.1, 0.5の増加に従い、2 μm, 700 nm, 200 nmと減少する。スピン波発生・検出を可能とするコプレーナ線路の一般的なデバイスサイズは数μmであるため、このままではスピン波デバイスへの応用は難しい。しかしながら、薄膜成長の際の単結晶基板を適切に選択(基板と薄膜のミスマッチを小さくする)ことで伝搬長は約一桁増大することが明らかとなり、スピングラス特性とスピン波伝搬を両立することは可能であることが見積もられた。ガーネット薄膜のクラスターグラス特性およびスピン波特性について論文投稿を進めてきたが、低温でのダンピング定数の増加について考察に時間を要した。また、スピングラス特性の測定には多角的な検証が必要であり、追加実験に時間を要した。これまでは履歴記憶素子の実現を目的として、強磁性共鳴装置をスピン波励起に使用し、基礎物性の理解を進めた。一方、応用上、素子を小型にするため、コプレーナ線路を用いた計測を進めている。本研究の目的の一つであるLu3Fe5-xCoxSixO12薄膜のクラスターグラス特性およびスピン波特性については理解が進んでおり、研究成果として論文投稿する(改訂中)。デバイス化にあたってはコプレーナ線路を用いたスピン波発生と検出を可能とする高周波プローブシステムを立ち上げており、これまでの導波管を用いた強磁性共鳴装置による計測結果をふまえて外場応答(熱、光など)を検証する。スピン波検出に適したクラスタースピングラスの作製を目的として、低スピンダンピングを示すLu3Fe5O12(LuIG:Lu鉄ガーネット)に対して非磁性Siおよび磁気異方性Coを添加することでランダムネスとフラストレーションを導入したLu3Fe5-xCoxSixO12(LFCS)を作製した。試料作製はパルスレーザー堆積法により実施した。超伝導量子干渉計による磁気測定の結果、LFCSは190-200 Kにスピン凍結温度を有することがわかっている。さらにスピングラスの特徴であるメモリ効果について調査を行い、120 K、150 K、180 Kのエージング温度を記憶する熱来歴記憶・多値記憶を実証した。強磁性共鳴(FMR)による評価の結果、SiおよびCoの添加量xの増加(x=0、0.1、0.5)に従い、ダンピング定数は0.009、0.027、0.088と増加した。そこでx=0、0.1の試料に対してスピンポンピングと逆スピンホール電圧の計測を実施した。Pt/LFCSヘテロ構造を作製し、FMR装置によってスピンポンピングを行い、試料両端に発生した逆スピンホール電圧の計測に成功した。さらに温度依存性を計測した結果、いずれの試料に対しても逆スピンホール電圧はスピンダンピングを反映した温度依存性を示し、ネール温度付近でピークを示した。このピークはスピングラス材料においてブロードな挙動を示し、スピングラスのスローダイナミクスを反映していると考えられるが更なる考察が必要である。一方、逆スピンホール電圧への変換効率の改善を目的として、Pt薄膜の結晶化による影響を評価した。原子フラットなYIG薄膜上に堆積したPt薄膜はアニール処理により結晶化することを確認し、ミキシングコンダクタンスの低下傾向を示したが、連続性の喪失により逆スピンホール電圧の効率化には至っていない。引き続き効率改善にも取り組む。希土類鉄ガーネット系においてクラスタースピングラス相を実現し、特徴的な磁気記憶現象を実証した。さらに逆スピンホール効果の計測に成功し、温度依存からスピングラス特有のスローダイナミクスを示唆するなど、おおむね順調に進展している。スピン波検出を目的としたクラスタースピングラスとして作製したLu3Fe5-xCoxSixO12(LFCS)薄膜について、これまでにスピングラス挙動(直流磁化率温度依存性における磁場中冷却-零磁場冷却の分岐、交流磁化率温度依存性におけるカスプの周波数依存性、熱緩和を記憶するメモリ効果)を確認している。さらにスピン波特性についてはダンピング定数のCo,Si置換量依存性、温度依存性、そして逆スピンホール効果の計測を実施している。LFCSのスピングラス挙動及びスピン波特性の温度依存性という基本的な知見を得たことで、「熱」という外場に対する磁気状態制御と逆スピンホール電圧による信号検出により、シナプス結合強度の持続的増加現象である長期増強を模倣することに成功している。一方、Co,Si置換量の増加に伴い、スピングラス特性は発現するが、スピンダンピング定数の増加は避けられず、化学組成の制御だけではスピングラス特性とスピン波伝搬の両立に課題が残る。そこで、結晶学的構造制御による改善を進めている。

これまでは化学種のランダム分布によってスピングラスにおける重要な無秩序性を実現していたが、超格子構造の作製によって秩序度を制御する試みを実施している。パルスレーザー堆積法を用いたガーネット構造における人工超格子の作製に成功しており、堆積順による対称性に応じて一軸性磁気異方性(Ku)及びスピンダンピング定数の方位依存性が変化することがわかっている。超格子による秩序度制御によってスピングラス特性とスピン波伝搬を両立することが期待される。パルスレーザー堆積法によってLu3Fe5-xCoxSixO12薄膜を作製し、そのクラスターグラス特性およびスピン波特性については、超伝導量子干渉計および強磁性共鳴による磁気測定の結果、十分な理解が進んでいる。Lu3Fe5-xCoxSixO12(LFCS)薄膜について、これまでにスピングラス挙動(直流磁化率温度依存性における磁場中冷却-零磁場冷却の分岐、交流磁化率温度依存性におけるカスプの周波数依存性、熱緩和を記憶するメモリ効果)を報告してきた。当該年度では補足実験として交流磁化率の温度依存性について、直流磁場成分をゼロとした条件で再測定を実施した。その結果、x=0.10.5にCo, Siを置換した試料ではフェリ磁性ー常磁性の相転移温度において周波数分散が見られ、室温以上の温度域(290 K360 K)でもスピングラス挙動を示すことが示唆された。スピン波の伝搬長を決めるダンピング定数の温度依存性については、これまで低温で顕著な増加を見出していたが、不純物モデルの指数関数で表現できることを確認した。これは、「熱」という外場によってスピン波と逆スピンホール電圧を制御できることを示している。ダンピング定数から算出されるスピン波伝搬長は置換量x=0, 0.1, 0.5の増加に従い、2 μm, 700 nm, 200 nmと減少する。スピン波発生・検出を可能とするコプレーナ線路の一般的なデバイスサイズは数μmであるため、このままではスピン波デバイスへの応用は難しい。しかしながら、薄膜成長の際の単結晶基板を適切に選択(基板と薄膜のミスマッチを小さくする)ことで伝搬長は約一桁増大することが明らかとなり、スピングラス特性とスピン波伝搬を両立することは可能であることが見積もられた。ガーネット薄膜のクラスターグラス特性およびスピン波特性について論文投稿を進めてきたが、低温でのダンピング定数の増加について考察に時間を要した。また、スピングラス特性の測定には多角的な検証が必要であり、追加実験に時間を要した。これまでは履歴記憶素子の実現を目的として、強磁性共鳴装置をスピン波励起に使用し、基礎物性の理解を進めた。一方、応用上、素子を小型にするため、コプレーナ線路を用いた計測を進めている。ネール温度付近で極大を示す逆スピンホール電圧の温度依存性の起源は明確な説明がなされていない。スピングラス材料においてブロードな挙動を示すことから、リラクサー強誘電体における誘電率のブロードな転移現象と同様にスピンの秩序度を反映した挙動であると考えられる。周波数依存性等の評価を通じて考察を進める。
制御機能をもつ耐熱性酵素の設計と応用

アラニンラセマ-ゼの2個のドメイン間をつなぐヒンジ領域に対応する部位で本酵素遺伝子を切断し、プラスミド、pARSD2を作製した。本プラスミドを持つ大腸菌JM109クロ-ン株よりアラニンラセマ-ゼを精製した。本酵素は30Kと14Kの大小2種のポリペプチドより構成されており、各ポリペプチドの大きさはそれぞれの遺伝子から予想される大きさによく一致した。本分断型変異酵素は熱に対して安定であるが、野生型酵素よりは若干不安定であった。分断型変異酵素のゲルろ過クロマトグラフィ-を行うと、野生型酵素と同じ位置に溶出された。また、オクタロニ-二重拡散法において両酵素は不可分の免疫化学的性質を質した。円偏光二色性スペクトルも互いに非常に近似していた。両酵とも420nm付近に結合補酵素、ピリドキサルリン酸に由来する負の円偏光二色性バンドを示すが、分断型変異酵素は野生型酵素に比べピ-クの高さが小さい。分断型変異酵素の活性中心は微視的には野生型酵素のそれとは異なった構造をしており、それが円偏光二色性スペクトルの微妙な違いとなって観察されたものと考えられる。6M塩酸グアニジンで分断型変異酵素を変性させた後、塩酸グアニジンを含まない緩衝液で希釈したが、活性の回復は認められなかった。しかし、塩酸グアニジンを含まない緩衝液に対して透析を行うと、活性が回復した。4M塩酸グアニジン存在下でゲルろ過を行い、各ドメインに相当するポリペプチドを単離した。塩酸グアニジンを除去した後、両者を混合したが、活性の回復は認められなかった。しかし、6M塩酸グアニジンで変性させた後、両者を等量混合し透析すると、両者を解離させる前と同程度まで活性が回復した。従って、変性後の再生には両ドメインが同時に存在することが必要であることが明らかになった。
ヒト上科の妊娠・出産・授乳に母親の生育環境が与える影響の解明

本研究は、ヒトおよびオランウータン(大型類人猿)において、「性成熟前の栄養過多や運動不足がつわり、難産、授乳困難を招く」という仮説を検証することであった。ヒトについては、先進国および狩猟採集民の女性を対象とした文献調査を行い、母親の生育環境が異なると、つわり、難産、授乳困難、の発生頻度が異なるかを明らかにすることを計画していた。またオランウータンに関しては飼育および野生個体を対象に直接観察を行い、つわり、難産、授乳困難の発生頻度が異なるかを調べた。また尿中のホルモン代謝物質等を測定し、母親の栄養状態とつわりや難産との関連を調べた。先進国および狩猟採集民の女性を対象とした文献調査を行うと共に、国内の動物園と、マレーシア国サバ州ダナムバレー森林保護区において、オランウータンを対象とした調査を行った。現地で雇った調査助手と共に、5組の母子を4年間、追跡調査したが、調査期間中に次の子を妊娠・出産した母親がいなかった為、この地域での出産間隔が7年以上になることが明らかになった。動物園では2頭の雌について2回の妊娠・出産・授乳を観察し、つわりはみられたが、難産や授乳困難は見られなかった。ダナムバレーで2010年2014年に収集した尿サンプルについて、栄養状態の指標となる尿中インスリン分泌能指標物質(C-Peptide)濃度について、エンザイムイムノアッセイ法を用いて測定した。その結果、オトナ雄や未成熟個体に比べて、授乳中や妊娠中の雌ではやや低い、という結果が得られた。また発情している可能性が高い雌ではC-Peptide濃度が最も高い値だった。C-Peptideは栄養状態が良いと高値となるので、妊娠や授乳が雌に栄養的な負荷を与えていることが明らかになった。また飼育個体と野生個体でC-Peptide濃度を比較を行うことにも着手しており、仮説の検証をすすめている。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、ヒト上科(ヒトおよび大型類人猿)の妊娠・出産・授乳において、母親の生育環境(栄養状態と運動量)が与える影響を解明することが目的である。具体的には、ヒトおよびオランウータン(大型類人猿の一種)において、次の仮説を検証する。「性成熟前の栄養過多や運動不足が、つわり、難産(分娩異常)、授乳困難、出産後の母体の健康状態の悪化を招く」ヒトについては、先進国の女性および狩猟採集民を対象に聞き取り調査や文献調査を行う。また大型類人猿に関しては、飼育個体および野生個体を対象に直接観察および飼育係や研究者を対象とした聞き取り調査を行うと共に、尿中のホルモン代謝物質を測定し、母親の栄養状態とつわりや難産との関連を定量的に明らかにする。これらの方法で集めた資料について、統計的手法を用いて、仮説を検証することを目的とする。25年度は、狩猟採集民と日本人を対象とした聞き取り調査の準備、オランウータンの尿中ホルモン代謝物の測定、野生オランウータンに関する資料収集を行った。日本母子ケア研究会や母乳哺育学会等での臨床の専門家(助産師、産科医等)との情報交換、及び国内学会(日本霊長類学会等)での研究発表の為に国内旅費を使用した。また国内の動物園で飼育されている大型類人猿の対象とした聞き取り調査と、オランウータンの母子を対象とした行動学的・生理学的データの収集を開始した。国内調査の為の旅費や生理学的指標を測定する為に使用する試薬等、物品費で購入した。野生オランウータンに関する資料収集は、マレーシア国サバ州のダナムバレー森林保護区において2013年8月から開始し、オトナ雌の繁殖状態を毎月モニタリングするとともに、ホルモン分析の為の尿サンプルを収集した。野外調査や尿サンプル回収の為、2回マレーシアに渡航すると共に、現地で雇った調査助手の給与や、行動観察データの入力作業の為に謝金を使用した。「性成熟前の栄養過多や運動不足が、つわり、難産(分娩異常)、授乳困難、出産後の母体の健康状態の悪化を招く」ヒトについては、先進国の女性および狩猟採集民を対象に文献調査を行う。26年度は、狩猟採集民と日本人の妊娠・出産に関する文献調査、オランウータンの尿中ホルモン代謝物の測定、野生オランウータンに関する資料収集を行った。国際人類学民族科学連合や日本母乳哺育学会等で臨床の専門家(助産師、産科医等)や文化人類学者と情報交換を行い、国内学会(日本霊長類学会等)での研究発表の為に国内旅費を使用した。また国内の動物園で飼育されている大型類人猿の対象とした聞き取り調査と、オランウータンの母子を対象とした行動学的・生理学的データの収集を行った。

マレーシア国サバ州のダナムバレー森林保護区において2014年4月2015年3月に、野生オランウータンの資料収集を行い、オトナ雌の繁殖状態を毎月モニタリングするとともに、ホルモン分析の為の尿サンプルを収集した。野外調査や尿サンプル回収の為、2回マレーシアに渡航すると共に、現地で雇った調査助手の給与や、行動観察データの入力作業の為に謝金を使用した。本研究は、ヒトおよびオランウータン(大型類人猿)において、「性成熟前の栄養過多や運動不足がつわり、難産、授乳困難を招く」という仮説を検証することであった。ヒトについては、先進国および狩猟採集民の女性を対象とした文献調査を行い、母親の生育環境が異なると、つわり、難産、授乳困難、の発生頻度が異なるかを明らかにすることを計画していた。またオランウータンに関しては飼育および野生個体を対象に直接観察を行い、つわり、難産、授乳困難の発生頻度が異なるかを調べた。また尿中のホルモン代謝物質等を測定し、母親の栄養状態とつわりや難産との関連を調べた。先進国および狩猟採集民の女性を対象とした文献調査を行うと共に、国内の動物園と、マレーシア国サバ州ダナムバレー森林保護区において、オランウータンを対象とした調査を行った。現地で雇った調査助手と共に、5組の母子を4年間、追跡調査したが、調査期間中に次の子を妊娠・出産した母親がいなかった為、この地域での出産間隔が7年以上になることが明らかになった。動物園では2頭の雌について2回の妊娠・出産・授乳を観察し、つわりはみられたが、難産や授乳困難は見られなかった。ダナムバレーで2010年2014年に収集した尿サンプルについて、栄養状態の指標となる尿中インスリン分泌能指標物質(C-Peptide)濃度について、エンザイムイムノアッセイ法を用いて測定した。その結果、オトナ雄や未成熟個体に比べて、授乳中や妊娠中の雌ではやや低い、という結果が得られた。また発情している可能性が高い雌ではC-Peptide濃度が最も高い値だった。C-Peptideは栄養状態が良いと高値となるので、妊娠や授乳が雌に栄養的な負荷を与えていることが明らかになった。また飼育個体と野生個体でC-Peptide濃度を比較を行うことにも着手しており、仮説の検証をすすめている。ヒトの女性の妊娠・出産に関しては、6月に日本人類学会人類進化学分科会シンポジウム「人類進化における母乳哺育」を企画し、国内の著名な産婦人科医や助産師の参加があり、非常に有意義な情報交換を行うことができた。野生オランウータンの尿中の発情ホルモン代謝産物、妊娠ホルモン代謝産物の濃度を測定し、妊娠の見落としや初期流産はなかった、という結果を得た。野生オランウータンの調査も順調にすすみ、出産が年度内に1例、観察された。また動物園での調査では、新たに1個体の妊娠・出産を観察し、子の離乳および母親の発情再開過程のモニタリングも開始した。これにより同様のモニタリングを行っているサンプル数(母子ペア)は3となった。25年度から母親の生育環境が妊娠・出産に与える影響の解明の為に、形態学的な手法も取り入れた。大型類人猿の骨盤の耳状面前溝(妊娠出産痕)の有無やその形成要因を調べる為に、ヒトの妊娠出産痕研究の第一人者である、五十嵐由里子博士(日本大学松戸歯学部)と共に、国内の博物館や動物園に所蔵されている、大型類人猿の骨格
生体酵素における反応機構と反応制御機構解明のための理論的研究

酵素は生命現象に不可欠な化学反応を担っており、効率的に物質変換やエネルギー変換を行っている。単純な酵素反応は理論解析が進んでいるが、複雑な反応過程を持つ酵素反応機構は未だ解明がなされていない。非常に興味深い化学反応を触媒するトレオニン合成酵素(ThrS)、亜硝酸還元酵素(NiR)、一酸化窒素還元酵素(NOR)、DNAトポイソメラーゼ(Topo)に注目し、量子古典混合計算(QM/MM)法により反応機構解明を行った。スーパーコンピュータを用いた大規模並列計算により、プロトン化状態、水素結合ネットワーク、水の有無、反応経路についての網羅的検証を可能にした事で、複雑な反応機構を初めて明らかにした。トレオニン合成酵素については生成物支援触媒の仕組みを明らかにしたことで、酵素反応の学術的理解が進むのみならず、酵素や精密有機合成における効率的反応進行や主反応・副反応の制御に応用していく上で極めて重要な示唆を与えた。それにより、新薬開発への発展も期待される。また、スーパーコンピュータを利用することでリアリステックな計算モデルを用いることができるようになり、実験結果と多くの対応がつけられるようになった。今後はより多くの実験結果と比較検討していくことで、理論計算の正確さと理論的アプローチの有用性の向上に取り組む。近年、計算機性能は目覚ましく向上している。計算科学的アプローチは、今後、より短時間でより膨大な探索を行うことが可能になる。生命現象が分子レベルで詳しく解明されていくのみならず、化学、材料、医療分野での革新的進展に貢献できると期待される。1.トレオニン合成酵素(TS)について、反応機構の理論的解明を試みた。反応機構に関してQM/MM法を、基質結合に関してMD法を用いた。反応機構解析を進めていくと、本系は極めて難しく、膨大な計算が必要である事が明らかになってきた。特に、水素に関する情報(プロトン化状態、水素結合方向、結晶水の有無)が無い為、計算的に解決する事が不可欠だった。そのため、国内のスーパーコンピューター(T2K-Tsukuba, HA-PACS,物性研、FX10)のリソースを用いて、大規模数値計算を行い、プロトンにまつわる問題を網羅的に検証し、TSの反応機構の解明を図った。QM/MM法により6つの状態と7つの反応経路について検証した。本計算に約1年間かかった。網羅的探索の結果、初めて、TSの反応機構(リン酸脱離以降)を明らかにした。計算から求めた反応自由エネルギーは実験で得られたものと3kcal以内で一致し、中間体のUVスペクトルも高精度に再現された。これまで、TSのような極めて複雑な反応機構は原子レベルで明らかにされていなかったが、実験と理論研究を共に活用する事で、反応機構の詳細を電子レベルで初めて明らかにした。現在、計算結果をまとめ、論文を作成している段階である。MD計算からはMM-PBSA法を用いて、100nsのトラジェクトリから自由エネルギーを評価し、補因子のpKaを求めることで、水素結合ネットワークとプロトン化状態の検討をおこなった。2.亜硝酸還元酵素(NiR)について反応機構の解明を進め、X線結晶構造解析がなされている中間体の構造の再現と基底スピン状態の決定を行った。3.酵素の反応機構の研究発表をしたところ、酵素を扱っている企業から共同連携依頼を頂き、平成25年度から学術指導契約の形で連携していく事になった。TSに関し、計算に時間がかかってしまったが、大変画期的結果が得られている。現在、順調に論文作成段階まで進展できている。NiRに関しては重要な状態の計算が終わっており、順調に進行できている。1. TS論文の投稿。2. TSの基質選択制についての解明。3. TSのリン酸脱離前までの反応機構の解明。4. NiRの反応機構をまとめる。該当なし
すりガラス様陰影を呈する肺癌とその前癌病変の遺伝子学的特徴：増大の有無による違い

すりガラス様陰影(GGN)は、肺癌や良性疾患など広く含む。我々は、GGNには増大するものとしないものがあり喫煙者の長径の大きなものは増大しやすいことを明らかにしたが、遺伝子的な違いは不明であった。本研究では切除された104例のGGNについてEGFR、KRAS、ALK、HER2遺伝子の解析を網羅的に行い増大の有無との関連を解析した。遺伝子変異無しは増大無しと関連していた一方で、EGFR変異陽性は増大と関連していた。EGFR陽性のGGNは将来増大しやすいため注意深い経過観察や切除が必要となるが遺伝子変異のないGGNは切除しなくて良いことが示唆され、適切な経過観察アルゴリズム構築に有用である。原発性肺癌に対して切除された病変のうち、CT画像上GGO成分を50%以上含むものを104例集積した。病理組織学的には全例が肺癌またはその前癌病変であった。これらにEGFR、KRAS、ALK、HER2遺伝子の解析を行ったところ、全体の75%でいずれかの遺伝子変異がみられた。それぞれの陽性率はEGFR64%、KRAS4%、ALK3%、HER2 4%であり、残りの25%は4つとも陰性であった。経過観察中の増大の有無については、高解像度CT検査を2mm以下のスライスで術前に少なくとも2回以上施行された71病変を評価対象とした。この中で増大傾向を示したものは30例、2年以上変化しなかったものは5例であった。遺伝子検査と増大の有無の関連を解析するにあたって、まずはこれらの35例について「増大イベントの有無」を比較した。次に、71例について「増大するまでの期間」を比較した。2つの統計解析の結果は一貫しており、遺伝子変異のないものは増大しないことと関連していた一方で、EGFR変異陽性は増大と関連していた。このことから、EGFR陽性のGGOは将来増大しやすいため注意深い経過観察や切除が必要となるが、遺伝子変異のないGGOは切除しなくて良いことが示唆された。実臨床に応用するには非侵襲的に遺伝子変異の検査を行えるようになることが必要であるが、本研究による増大の有無と遺伝子変異の関連は、経過観察のアルゴリズム構築に有用である。前年度までの研究において、EGFR遺伝子変異陽性のすりガラス様陰影(ground glass nodule: GGN)は増大しやすい、すなわち病理学的浸潤癌に進行しやすいことを明らかにした。一方で、EGFR、KRAS、ALK、HER2遺伝子の4つとも陰性のGGNは増大しにくかった。今年度は、特に同一患者に多発するGGNに注目して、その遺伝子的な違いを解析した。CTですりガラス成分を50%以上含むGGNを複数個もつ患者を対象とし、2mm増大の有無を評価した。また、切除された多発GGNでEGFR、KRAS、ALK、HER2遺伝子を解析した。25人の78個のGGNの内訳は2/3/4/5/7/8個=12/6/4/1/1/1人であった。観察期間中央値51ヶ月時点で、3人は全GGNが増大、8人は一部のGGNが増大、14人は全GGNが変化しなかった。多発GGNを切除されたのは5人で、各症例の遺伝子変異の組み合わせは、(EGFR-L858R/ EGFR-L858R/変異なし)、(EGFR-L858R/ EGFR-エクソン19欠失変異)、(EGFR-L858R/ HER2/変異なし/変異なし)、(EGFR-エクソン19欠失変異/ EGFR-エクソン19挿入変異)、(変異なし/変異なし)であった。同一患者における多発GGNが全て増大するのは約10%にしかすぎず、また、同一患者に多発するGGNは遺伝子的に異なることが多いため、経過観察により増大の有無を見極めて個別に対応する必要があることがわかった。本研究の結果は、CT検診及び実臨床でのCT検査の普及によってますます多くのGGNが検出されることが予想される現状において、不要な外科的切除を避け、適切に経過観察するための重要な基礎的データとなる。共同研究者との連携がスムーズであり、解析が順調に進んでいる。27年度が最終年度であるため、記入しない。呼吸器外科さらに症例数を増やして解析を進めることと、遺伝子変異が陰性であった症例に対する次世代シーケンサーでの包括的解析を試みる。
超原子価15族元素化合物の動的挙動制御による性質解明

三方両錐構造を有する5配位15族元素化合物は非常に早く異性化することが知られているが、提唱されている異性化機構の一つであるturnstile rotation (TR)機構はこれまでその存在が疑問視されていた。前年度は、新規に合成した強固な三座配位子および2つの異なるアリール基を有する5配位アンチモンを合成し、その化合物の異性化がTR機構で進行することを明らかにした。本年度は,より理想的なTR機構による異性化が進行すると考えられる三座配位子と二座配位子を有する5配位アンチモン化合物の合成について検討した.従来の手法であるモノクロロスチボランに対してジリチオビフェニルを作用させる方法では目的物を合成することはできなかったが,種々の方法を検討した結果,クロロスチビンと塩化スルフリルから調製できるトリクロロアンチモネートにジリチオビフェニルを作用させることで低収率ながらビフェニリル基を有する5配位アンチモンが合成できることを見いだし,X線結晶構造解析により三方両錐構造を有することを確認することに成功した.さらに,鈴木カップリング反応によって新規に合成したクロロ基とトリフルオロメチル基を有する非対称ジブロモビフェニルを用いることによって異性化の研究に必要な非対称ビフェニリル基を有する5配位アンチモンの合成にも成功した.また,米国イリノイ大にてリン原子および芳香環を配位部位とするη^6-κ^1型配位子を有するロジウム錯体を用いたヒドロアミノ化反応の反応機構の研究をおこない,反応活性種の特定および反応機構の決定に成功した.三方両錐構造を有する5配位15族元素化合物は非常に速く異性化することが知られているが,提唱されている異性化機構の一つであるturnstile rotation(TR)はこれまでその存在が疑問視されていた.本研究ではその存在の有無を明らかにするために,競合する反応であるBerry pseudorotation(BPR)を完全に抑制する強固な三座配位子を有するアンチモン化合物の合成およびその異性化反応の研究を行った.新規に合成した強固な三座配位子および2つの異なるアリール型単座配位子を有する5配位アンチモン化合物は溶液中で二つの立体異性体の間に平衡があることを明らかにした.この化合物は強固な三座配位子のためにBPRを起こさないと考えられることからTR機構の存在が示唆された.NMRを用いた反応速度論測定から実験的に得られた結果および理論計算の結果から,この異性化がTR機構で進行していることを明らかにした.また,TR機構による異性化反応の性質を知るために溶媒効果を調べたところ,配位性溶媒中で反応が加速されることを見いだし,その原因が配位性溶媒がアンチモン原子へと配位することで中間体が安定化されるためであることを明らかにした.これはTR機構の存在およびその性質を明らかにした最初の例である.また,アンチモンの低周期同族元素であるリン,ヒ素化合物に関しても標的化合物の前駆体である,三座配位子を有する5配位化合物のモノハロゲン化体の合成に成功した.現在,異性化機構の解析が可能な化合物への変換について検討している.三方両錐構造を有する5配位15族元素化合物は非常に早く異性化することが知られているが、提唱されている異性化機構の一つであるturnstile rotation (TR)機構はこれまでその存在が疑問視されていた。本年度は,より理想的なTR機構による異性化が進行すると考えられる三座配位子と二座配位子を有する5配位アンチモン化合物の合成について検討した.従来の手法であるモノクロロスチボランに対してジリチオビフェニルを作用させる方法では目的物を合成することはできなかったが,種々の方法を検討した結果,クロロスチビンと塩化スルフリルから調製できるトリクロロアンチモネートにジリチオビフェニルを作用させることで低収率ながらビフェニリル基を有する5配位アンチモンが合成できることを見いだし,X線結晶構造解析により三方両錐構造を有することを確認することに成功した.さらに,鈴木カップリング反応によって新規に合成したクロロ基とトリフルオロメチル基を有する非対称ジブロモビフェニルを用いることによって異性化の研究に必要な非対称ビフェニリル基を有する5配位アンチモンの合成にも成功した.また,米国イリノイ大にてリン原子および芳香環を配位部位とするη^6-κ^1型配位子を有するロジウム錯体を用いたヒドロアミノ化反応の反応機構の研究をおこない,反応活性種の特定および反応機構の決定に成功した.
企業の成長を決定づける企業規模量に関する研究とその応用としての企業の成長戦略

日本企業の財務データベースを利用し、企業の技術力は、売上Yや従業員数Lといった企業規模量と同じ性質を持つこと、売上に最も影響を与える企業規模量は従業員数Lであることを明らかにした。また、売上を決定するCobb-Douglas生産関数と、Y,資産K, Lに観られる反転対称性との等価性を証明した。さらに、企業の売上・資産・労働力の3変数にジブラ則と準反転対称性が観られることを確認し、それらより(K;L)の同時確率密度関数を厳密に導いた。一方、企業の平均的な成長は、初期にはベキ関数的で、次に緩やかな指数関数に従うS字カーブに似た成長をすることを発見し、それを非ジブラ則とジブラ則より説明した。本研究の目的は、日本および世界各国の詳細な企業財務データを用い、様々な企業規模量の成長則を明らかにすることである。分析対象とする企業規模量としては、企業の売上・利益・資産・従業員数などに加え、詳細な財務データより計算可能となる、各企業の生み出す付加価値や各企業の技術力を考える。これら企業規模量の成長則を種類別に分析することにより、企業や国にとって最も重要な付加価値の成長が、技術力・資産・従業員数など、どの企業規模量に起因しているかを統計的に明らかにする。当該年度は、ビューロヴァンダイク社作成の“世界各国の企業財務データベース(ORBIS)"を利用して以下を実行した。経済学では多くの場合、コブ-ダグラス型と呼ばれる関数で、資産と労働力により生産が決定されると考える。これまでの我々の研究により、それら変数間に観られる準空間反転対称性とジブラ則により、生産関数がコブ-ダグラス型になる理由が説明された。そこでは、2変数の同時分布に観測される準空間反転対称性の対称線は、データの平均値を用いる簡単な手法で決定されていた。今回我々は、地形図の尾根谷を測定する指数(地表開度)を用いる地形学的アプローチにより、より厳密に対称線を決定した。その結果、解析的に導いた同時分布関数の正確な記述が正しいことを、日本を含む12カ国のデータを分析することにより、数値的に確認することが出来た。この手法を3変数に拡張することにより、3変数の同時分布に観測される準空間反転対称性の対称平面も今まで以上に正確に決定することが出来、企業の技術力がより正確に評価可能になると期待される。また同時に、ビューロヴァンダイク社作成の“世界各国の特許に関するデータベース"を分析することにより、企業の技術と特許出願件数に緩やかだが無視できない相関があることを見出し、企業の技術力に関する理解を深めた。売上・利益・資産・従業員数など企業規模を表す量の成長率分布は、初期規模に依存して変化する((非)ジブラ則)。そしてその変化の様子は、売上と利益で異なる。本研究では、日本および世界各国の詳細な企業財務データを用い、様々な企業規模量の非ジブラ則を明らかにする。詳細な財務データより計算可能となる、各企業の生み出す付加価値や技術力という企業規模量も分析対象とする。これら企業規模量の成長率を種類別に見積もることにより、企業や国にとって最も重要な付加価値の成長が、技術力・資産・従業員数など、どの企業規模量に起因しているかを統計的に明らかにする。当該年度は、一橋大学が所蔵している、帝国データバンク社作成の“企業財務データ"“企業概要データ"“企業信用調査データベース"、そしてビューロヴァンダイク社作成の“世界各国の企業財務データベース"を利用して以下を実行した。従来より経済学では、生産は技術力・資産・労働力で決定されると考え(生産関数と呼ばれる)、データに最も当てはまりの良いものとして、経験的にコブ-ダグラス型生産関数が採用されてきた。我々の研究により、生産関数がコブ-ダグラス型になる理由を、変数間に観られる準空間反転対称性とジブラ則で説明できることが示された。また、詳細な財務データを用いれば、コブ-ダグラス型生産関数に個々の企業の生産・資産・労働力を入力することにより、各企業の技術力が算出できる。我々は、売上・利益・資産・従業員数データと同様に、付加価値や技術力も大規模域でベキ分布することを確認した。本研究の結果、ベキ分布の指数を見ることにより、生産(付加価値)に一番大きな影響を与えているのは技術力、資産、従業員数のどの量なのかを国別・業種別に明らかにすることが出来るようになった。当該年度は、ビューロヴァンダイク社作成の〝世界各国の企業財務データベース(ORBIS)"、北米上場企業の50年以上に渡る企業財務データベース(Compustat)、および日本上場企業の50年以上に渡る企業財務データベース(日本政策投資銀行データ)を利用して以下を実行した。まず、ORBISに含まれる日本企業およそ100万社のデータを用い、企業の年齢分布が指数関数で近似されることを確認した。また、2008年と2013年における企業の活動状態を比較することにより、その崩壊率が企業年齢に依存しないことを発見した。年々誕生する企業数が一定とみなせるとき、原子核崩壊と同様、これら2つの観測結果は定性的に無矛盾である。さらに、企業年齢分布が従う指数関数のパラメータと、企業活動の崩壊率を比較し、それらが定量的にも無矛盾であることを確認した。同時に、この結果を用いて、第2次世界大戦以前に年々誕生した企業数と企業活動の崩壊率を見積もった。

次に、Compustatと日本政策投資銀行データに含まれる、上場企業数千社の50年以上に渡る売上の変化を分析した。成功を収めた上場企業の多くは、緩やかな成長とは全く異なる爆発的な成長を経験している。多くの場合、この爆発的な成長はベキ則に従っており、その指数は1から10の間にある。このベキ的成長は、連続する2年の売上の条件付き成長率分布に観られる非ジブラ則と関係している。非ジブラ則では、初期値が小さければ成長する確率が大きくなる。我々は解析的に、非Gibrat則とベキ成長を関係付け、ベキ成長の指数が、非ジブラ則のパラメータ(成長率分布の変化率)に反比例することを示した。さらに数値シミュレーションにより、非ジブラ則からベキ成長が高い確率で生成されることを示した。当初研究計画は以下の通りである。一橋大学のサーバーコンピュータに保存されている帝国データバンク社作成の日本企業財務データベースを利用し、以下1)3)を実行する。1)資産Kおよび従業員数Lデータに観られる反転対称性・成長率分布・Gibrat則・非Gibrat則・ベキ則・および対数正規分布などを観測し、それらを特徴づけるパラメータを測定する。2)各企業の生み出す生産Yを計算し、生産Yは企業の技術力A、資産K、従業員数Lにより決定されているというCobbーDouglas生産関数を仮定して技術力Aを算出し、YとAに対して1)と同様の観測と測定を行う。3)生産YがCobbーDouglas生産関数により決定される場合、生産Yの成長に最も影響を与える企業規模量(A,K,L)を特定する。さらに、以上1)3)より得られた知見を用いて、企業の統計的な成長戦略を議論する。研究成果等は以下の通りである。上記1)3)の分析を終え、正値のみをとる資産K・従業員数Lは、売上と同じ第1非Gibrat則に従うことを発見した。また、生産Yを決定するCobbーDouglas生産関数と、(Y,K,L)に観られる反転対称性との等価性を証明した(ここで、Aは残差)。また、技術力Aは他の企業規模量と同じく、高額域でベキ分布に従い中額域で対数正規分布に従う性質を持つこと、生産Yに最も影響を与える企業規模量は従業員数Lであることを明らかにした。当初研究計画の1)2)は予定通り完了し、3)に対しても『生産Yに最も寄与するのは(資産Kや技術力Aではなく)従業員数Lである』という結果が得られた。これは与えられたデータの範囲内では正しいが、技術力Aの生産Yへの寄与が小さいという結果は予想外だった。この分析では、データベースに記載されている有形固定資産を資産Kとして用いたが、そこには企業の持つ有形の技術力が含まれている。その結果、技術力Aにはアイデアや特許、経営戦略など純粋に知的な技術力のみが含まれ、生産Yへの寄与が相対的には大きくなかったと考えられる。一橋大学サーバーコンピュータに保存されている帝国データバンク社作成の日本企業財務データベース、またビューロー・ヴァン・ダイク社のデータベースであるオービス等を利用し、以下を明らかにした。1.日本企業の財務データベースを利用し、正値のみをとる資産K・従業員数Lは、売上と同じく第1非Gibrat則に従うことを発見した〔Prog. Theor. Phys. Supple. (2012)〕。
ハイドロキシアパタイト腱球による家兎月状骨置換術後のCarpal height ratioと橈骨関節面の関節症性変化

2。方法:使用動物は体重2.02.5kg、雌の成長日本白色家兎46羽92肢を用い、A。Bの2群に分けた。A群の23羽46肢は右をHA腱球、左を腱球で置換し、B群の23羽46肢は右をHA腱球、左を未処理のコントロールとした。HA腱球置換には後肢の前頸骨筋腱を用い2×2×2mmの多孔性ハイドロキシアパタイトを核として作成した腱球を用いた。術後は24週まで経時的に軟エックス線像を撮影しcarpal height ratio(CHR)を計測した。また、非脱灰・トルイジンブルー染色の標本を作成し、HA腱球及び橈骨関節軟骨の組織所見を調べた。さらに、脱灰標本を作成し抗ヒトI・II型コラーゲン抗体で免疫染色を行いHA周囲の腱組織におけるコラーゲン抗体で免疫染色を行いHA周囲の腱組織におけるコラーゲンの局在を調べた。3。結果:(1)CHR:術後24週でA群ではHA腱球肢0.23±0.01で、腱球肢は0.21±0.01より高かった(p<0.05)。B群ではHA腱球肢、コントロール肢ともに0.23±0.01で有意差はなかった。(2)組織学的変化:術後24週までにHA腱球周囲の橈骨関節軟骨に明らかな変性所見は認めなかった。術後4週よりHA周囲の腱組織に細胞周囲基質が抗ヒトII型コラーゲン抗体で染色された軟骨化成細胞群が出現し始め術後24週では全例に認めた。4。考察と結果:HA腱球による月状骨置換術はCHRの有意な低下はなくcarpal collapseを防止でき、橈骨関節面に明らかな関節症性変化をきたさなかった。さらに、HA周囲の腱組織にII型コラーゲンを有する軟骨化成細胞が見られることより、HA周囲に軟骨組織が形成される可能性が示唆された。HA腱球置換術はキーンベック病における一治療手段として期待できるものと思われる。2。Bの2群に分けた。3。4。
分光反射特性を用いた水稲の高品質栽培管理技術支援法の開発

分光反射特性を用いた水稲の高品質栽培管理技術支援法の開発を目的に、鹿児島県北部に位置するさつま町に散在する水田を対象として、生育期間中の気象条件を測定し、かつ生育調査ならびに分光反射特性を測定した。さらに、この分光反射特性の解析結果より、葉内窒素に関連する波長帯を特定し、この波長帯を用いた2波長カメラを試作し、圃場内の葉内窒素の分布を解析した。また、対象圃場の水稲の肥培管理履歴ならびに収量・等級等のデータを農家から提供を受けた。これらの結果、圃場の等級には以下の要因があることが明らかとなった。(1)各圃場の草たけ、分けつ数とLAIは、等級間おいて明確な差異は認められなかった。(2)水稲生育期間中の温度変化は生育初期・中期・後期でそれぞれの試験区で異なり、このことから、温度の影響を考慮した品質推定法の開発の可能性が示された。(3)圃場内の土中温度のばらつきは、1等級品質圃場が2・3等級品質圃場に比べて少なかった。(4)SPAD値は出穂期以降において等級品質間で差異が認められた。(5)ND_<770,660>指標はSPAD値と高い相関を示した。ND_<770,660>を画像に適応することで、圃場間の等級差が明確になる可能性を示した。(6)尖度・歪度は登熟期において1等級品質圃場の方が2等級品質圃場よりも低い値を示した。以上の結果から生育期間内における等級品質の予測の可能性が示唆された。また、肥培条件と分光反射特性の関係を明らかにすることにより分光学的手法を用いた1等米比率向上のための肥培管理技術への適応の可能性が示唆された。現在、鹿児島県内の農家では一等米の占める比率が低下するなどの問題を抱えている。これらの原因の一部には、地球温暖化による気温の上昇、とりわけ最低気温の上昇が考えられ、肥培管理技術がこれに対応できていないことが考えられる。葉内の窒素含有量は分光反射特性により非破壊・広域に推定できることから、葉内の窒素含有量の変動に及ぼす土壌温度、日射量等の気象条件と各圃場における施肥量ならびに施肥時期との関係を明らかにすると、適切な肥培管理支援法が確立するものと考えられる。鹿児島県北部のさつま町では有機米栽培等先進的な試みがなされているが、一等米の比率が低下している。気象環境変動に対応した高品質の水稲を栽培するため、(1)田植え時期・施肥量ならびに施肥時期等の栽培管理技術を構築するため、田植え時期・温度・日射量・栽培管理が異なる水田圃場を選定した。(2)研究分担者の箱山晋教授を中心として、選定した水田に地温計を設置し、1時間毎の地温の変化を測定する。さらに生育期間における生物物理量を測定し、これらの関係を検討した。(3)研究代表者の石黒を中心として、研究室の大学院生等の協力の下に、各圃場における水稲の分光反射率の測定ならびにビデオカメラに装着したバンドパスフィルターによる分光画像を撮影した。分光反射率の結果から、各圃場における水稲葉内成分の推定ならびに分光画像より圃場内の水稲葉内成分の分布画像を検討した。

これらの原因の一部には、地球温暖化による気温の上昇、とりわけ最低気温の上昇が考えられ、肥培管理技術がこれに対応できていないことが考えられる。葉内の窒素含有量は分光反射特性により非破壊・広域に推定できることから、葉内の窒素含有量の変動に及ぼす土壌温度、日射量等の気象条件と各圃場における施肥量ならびに施肥時期との関係を明らかにすると、適切な肥培管理支援法が確立する。鹿児島県北部のさつま町では有機米栽培等先進的な試みがなされているが、一等米の比率が低下している。気象環境変動に対応した高品質の水稲を栽培するため、田植え時期・温度・日射量・栽培管理が異なる水田圃場に対して、(1)研究分担者の箱山教授を中心として、水田に地温計を設置し、1時間毎の地温の変化を測定する。さらに生育期間における生物物理量を測定し、これらの関係を検討した。(2)研究代表者の石黒を中心として、研究室の大学院生等の協力の下に、各圃場における水稲の分光反射率を測定し、生育評価に有効な波長帯の抽出ならびに評価指標を考案した。また、ビデオカメラに装着したバンドパスフィルターによる分光画像を撮影した。分光反射率の結果から、各圃場における水稲葉内成分の推定ならびに分光画像より圃場内の水稲葉内成分の分布画像を検討した。これらの結果を学会にて発表した。また、抽出した波長帯を用いた3波長カメラを試作した。気象環境変動に対応した高品質の水稲(一等米)の栽培管理技術支援法を確立するため、田植え時期・温度・日射量・栽培管理の情報をファクターとして、これらが生育中の水稲の生物物理量(草丈・分げつ数等)や葉色に及ぼす影響について検討・解析した。対象水田圃場に地温計を数個設置し、圃場内の地温の変化を測定した。さらに研究分担者の箱山晋教授を中心として、生育期間における生物物理量を測定した。研究代表者の石黒を中心として、研究室の学生等の協力を受け、各圃場における水稲の分光反射率の測定ならびにバンドパスフィルターによる分光画像を撮影した。各圃場の所有農家による肥培履歴と収穫(等級・収量)調査についての聞き取り調査を行った。以上の結果、(1)生物物理量が水稲の品質に及ぼす影響はほとんど見られない。(2)一等米の生成には生育期間における葉身の葉緑素の変動が大きな影響を及ぼし、しかも出穂期以後葉緑素が少ない個体は等級が高いことがSPAD計の測定より明らかとなった。(3)分光反射特性曲線より、770nmと660nmの反射率は葉緑素と関係があることが示され、この波長を用いた正規化指標(ND_<776>,<660>)はSPADと高い相関を示し、リモートセンシングによる葉緑素推定の可能性が示された。(4)分光画像に正規化指標を適用した葉緑素分布画像は、土中温度の分布と密接な関係があることが示された。一等米の割合の低下は気象要因、とりわけ出穂期の高温によるとの報告があるが、本研究では圃場内の土中温度のバラつきによる生育ムラも起因することが明らかとなった。