hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
砂地盤の波浪応答における風波と津波の差異とその機構に関する研究

本研究では,まず透過性材料の間隙内部を含めた全気液相に適用できるよう一般化したNavier-Stokes方程式に基づく数値波動水槽に,自由表面を追跡するVOF法と漂砂移動に伴う地形変化を計算する移動床モデルの両モジュールをTwo-Wayカップリング手法を用いて組み込むことで新たな数値計算モデルの構築を行った.そして,津波をモデル化した孤立波の作用に伴う海浜断面の地形変化に関する水理実験(Kobayashi・Lawrence,2004)を取り上げ,改良したモデルの再現性を検証するとともに漂砂に関するパラメータの感度分析を行った.その結果,4波目作用後の地形変化を対象に実験値と比較したところ,引き波を過小評価しているために沖での勾配を若干過大評価しているものの,それ以浅での地形変化は汀線の後退量も含め良く一致していることを確認した.また,水位変動の比較においても実験値を再現できていることから,本モデルにより水理実験を精度良く解析できることを明らかにした.また,最も大きな地形変化が生じた1波目作用時の時系列データからは,寄せ波時や引き波の初期段階ではほとんど地形変化が生じないものの,引き波の最終段階で汀線付近の侵食が一気に進行することを確認した.一方,感度分析では,摩擦速度の係数,底質の動摩擦角,海浜内部の地下水面の高さをパラメータとして取り上げ,それらのパラメータが侵食体積,最大侵食深さ,最大堆積高さに与える影響を検討した.その結果,摩擦速度の係数の増加または底質の動摩擦角の減少に伴って底質の移動量が多くなり,侵食体積,最大侵食深さ,最大堆積高さがともに増加することを明らかにした.また,地下水面の高さも地形変化,特に侵食に大きな影響を与え,地下水面がより高い位置にあるときほど侵食体積の増加と最大侵食深さの減少が生じることを示した.2004年インド洋大津波によりインド洋沿岸のインドやスリランカなどで陸上構造物の周囲に大規模な洗掘が生じた事例が報告されている.しかし,陸上構造物を対象に準備による洗掘を検討した研究例はなく,また砂地盤内部の応力状態が洗掘に及ぼす影響を取り扱った事例は極めて限られている.本研究では,インド洋大津波での現地観測で確認され先ものと類似する陸上構造物を初めて取り扱い,陸上遡上津波による構造物周辺の洗掘の発生機構を,特に砂地盤の内部に生じる応力変動の観点から水理模型実験と数値計算により考究した.水理模型実験により,構造物沖側隅角部に生じる洗掘穴の勾配が安息角を一時的に上回り,さらに流速減少後にその急勾配を有する砂粒子が洗掘穴の下部へ落ち込むごとから,相対越波高が大きい条件では構造物沖側隅角部に生じる最大最終洗掘深が洗掘過程の途中で生じる最大洗掘深を下回る現象が確認できた.このことから,海岸構造物の設計に際して最大最終洗掘深により局所洗掘を評価することの危険性を明らかにできた.また,構造物沖側隅角部の最大最終洗掘深は相対越波高および構造物の相対根入れ深さの増加とともに増大するが,上述したように津波作用後に洗掘穴内部に砂が落ち込むことから,その増加割合は相対越波高の増加とともに徐々に小さくなる傾向が確認できた.数値シミュレーションでは,砂地盤表面付近の有効応力の低下に伴い砂粒子間の拘束力が減少し,その状態の砂地盤に接線方向の流速が作用したことで,構造物沖側隅角部の局所洗掘,特にその初期状態の洗掘が生じたことを明らかにした.その一方で,構造物の岸側隅角部では比較的大きな流速変動が生じていたが,有効応力の増加のために洗掘が生じなかったと考えられる.以上より,埋立海浜上の流速変動に加えて砂地盤内部の有効応力変動も用いることで陸上溯上津波による局所洗堀を適切に評価できることを明らかにした.本研究では,まず透過性材料の間隙内部を含めた全気液相に適用できるよう一般化したNavier-Stokes方程式に基づく数値波動水槽に,自由表面を追跡するVOF法と漂砂移動に伴う地形変化を計算する移動床モデルの両モジュールをTwo-Wayカップリング手法を用いて組み込むことで新たな数値計算モデルの構築を行った.そして,津波をモデル化した孤立波の作用に伴う海浜断面の地形変化に関する水理実験(Kobayashi・Lawrence,2004)を取り上げ,改良したモデルの再現性を検証するとともに漂砂に関するパラメータの感度分析を行った.その結果,4波目作用後の地形変化を対象に実験値と比較したところ,引き波を過小評価しているために沖での勾配を若干過大評価しているものの,それ以浅での地形変化は汀線の後退量も含め良く一致していることを確認した.また,水位変動の比較においても実験値を再現できていることから,本モデルにより水理実験を精度良く解析できることを明らかにした.また,最も大きな地形変化が生じた1波目作用時の時系列データからは,寄せ波時や引き波の初期段階ではほとんど地形変化が生じないものの,引き波の最終段階で汀線付近の侵食が一気に進行することを確認した.一方,感度分析では,摩擦速度の係数,底質の動摩擦角,海浜内部の地下水面の高さをパラメータとして取り上げ,それらのパラメータが侵食体積,最大侵食深さ,最大堆積高さに与える影響を検討した.その結果,摩擦速度の係数の増加または底質の動摩擦角の減少に伴って底質の移動量が多くなり,侵食体積,最大侵食深さ,最大堆積高さがともに増加することを明らかにした.また,地下水面の高さも地形変化,特に侵食に大きな影響を与え,地下水面がより高い位置にあるときほど侵食体積の増加と最大侵食深さの減少が生じることを示した.
子宮癌肉腫幹細胞の血管ニッチを制御する治療法の開発と癌幹細胞治療への展開

人体におけるがん幹細胞(Cancer Stem Cell)を究明することは、将来のがん治療を抜本的に変動させる可能性を秘めている。本研究では発生学的に婦人科悪性腫瘍の起源的腫瘍であるミューラー管由来癌のがん幹細胞の血管新生能を追求し、新たな治療法を創案するのが目的である。本腫瘍を研究対象としたもう一つの理由は、ミューラー管由来癌が婦人科系腫瘍のなかで、最も悪性度が高く血管新生能が強いからである。我々はこれまでに子宮に発生するミューラー管悪性腫瘍に注目し、血管新生とがん幹細胞の追求を行ってきた。我々が過去に樹立したヒト子宮癌肉腫株FU-MMT-1(Emoto M, et al. Cancer 1992)を用いて、CD133を表面マーカーとして同腫瘍の癌幹細胞集団を選別することにより、初めて本腫瘍のがん幹細胞集団の同定に成功した(Batsuren C, Emoto M, et al. Stem Cells, 2011)。子宮癌肉腫は婦人科系腫瘍の中で最も悪性度が高く予後不良な腫瘍の一つである。我々はこれまでの研究において、謎の多い本腫瘍の組織発生や生物学的特性、さらに臨床的性状について報告してきた。近年、癌幹細胞学は癌研究における大きなトピックとなっている。腫瘍組織の中にごくわずかに存在する癌幹細胞が腫瘍全体を統御するという説とも理解され、現在あらゆる角度から研究が行われている。我々はヒト子宮癌肉腫の癌幹細胞を初めて同定することに成功し報告した(Stem Cells, 2011)。我々が過去において樹立したヒト子宮癌肉腫の細胞株であるFU-MMT-1は癌幹細胞を多く含有し、そのCD133陽性細胞は子宮癌肉腫の癌細胞とも理解される。同細胞集団は多くの癌幹細胞遺伝子を発現し、かつミューラー管遺伝子も発現する貴重な細胞集団である。本課題ではこのCD133陽性FU-MMT-1細胞を使用することにより、癌幹細胞を標的とした治療戦略を構築することが目的である。本年度の研究実績では、上記細胞集団は高度な血管新生能(VEGF, Angiopoietin-2の発現)を有することが明らかになった。本腫瘍の血管ニッチの性状を追究した結果、本腫瘍は上記遺伝子の発現に加えて、腫瘍血管周囲にE-カドヘリンを高度に発現することが明らかとなった。我々は、本課題の予備的研究として、難治性の固形がんに対してTCPアパタイトセラミックス微小球を用いた癌化学塞栓療法の開発を行ってきた。前回の研究では、血管新生阻害剤であるフマジリン誘導体TNP-470をセラミックス微小球に担持することに成功し、我々が樹立した子宮癌肉腫細胞株(Emoto M, et al. Cancer 1992)のマウス移植腫瘍への同微小球の投与を行った。その結果、有意な腫瘍増殖抑制効果と血管新生阻害効果が認められ、これらの効果は同微小球の化学塞栓効果に起因すると考えられた。これらのDrug Delivery Systemの研究は今回の課題において有益な結果をもたらした。子宮癌肉腫は、以前から癌幹細胞腫瘍ではないかと推察されていた極めて悪性度の高い腫瘍である。我々はこれまでの研究と同様に同腫瘍から樹立したFU-MMT-3株を用いて現在の癌幹細胞治療における研究を行っている。極めて悪性度の高い上記腫瘍に対する癌幹細胞の血管性ニッチの研究は過去に行われたことはなく、平成27年度はそのドラッグキャリアとなるナノバブルリポソーム(Negishi Y, Emoto M. Biomaterials 34, 2013)の調整を行った。このナノバブルリポソームの粒子径は200nm500nmで内部に造影ガスを封入しているのが特徴である。本ナノキャリアが標的とする腫瘍血管内皮細胞に接着されることにより、シェルが破壊され内包された造影ガスが放出される仕組みである。本ガスは超音波造影剤として認識されるため、ナノキャリアが標的に到達し安定に保持されているかどうかの判定がリアルタイムに可視的であり有用なナノキャリアであることが確かめられた。がん幹細胞(Cancer Stem Cell)の追求は、将来のがん治療を根本的に大きく変動させる可能性を秘めている。近年の知見から、現行の化学療法や放射線療法は分化したがん細胞に対しては殺細胞効果を認めるが、がん幹細胞に対してはほとんどその効果を認めないことが明らかになった。つまり、悪性腫瘍の中に少数存在するとされるがん幹細胞が腫瘍全体をコントロールしているという説(Cancer Stem Cell Theory)が強く支持されるようになった(Nat.Immunol.2004)。がん幹細胞の追求は、将来のがん治療を根本的に大きく変動させる可能性を秘めている。我々は過去に樹立したヒト子宮癌肉腫株FU-MMT-1(Emoto M. Cancer 1992)を用いてCD133を表面マーカーとして同腫瘍の癌幹細胞集団を選別した結果、CD133陽性FU-MMT-1細胞が子宮癌肉腫の癌幹細胞集団である事実を報告してきた。これらのCD133陽性FU-MMT-1細胞は高度の血管新生能(VEGF産生)を有しており、血管新生阻害療法が新たながん幹細胞治療戦略の一つとして有望である可能性が示唆された。そこで東京薬科大学との共同研究で腫瘍血管内皮細胞に選択的に接着するナノバブルリポソームを開発した(Negishi Y, Emoto M. Biomaterials 34, 2013)。

本ナノキャリアが標的とする腫瘍血管内皮細胞に接着されることにより、シェルが破壊され内包された造影ガスが放出される仕組みである。本年度は、そのナノバブルリポソームの調製に重点を置いてきた。リポソームは生体適合性が高く、体内で薬物を分解酵素などから保護しながら運搬できるのが特徴でPEG修飾剤を用いた。粒子径200nmのリポソームを作製し、超音波造影ガスを封入し、500nmのバブルの調製を行ってきた。過去に樹立したヒト子宮癌肉腫株FU-MMT-1(Emoto M. Cancer 1992)を用いてCD133を表面マーカーとして同腫瘍の癌幹細胞集団を選別した結果、CD133陽性FU-MMT-1細胞が子宮癌肉腫の癌幹細胞集団であることは判明したので、今回の実験では、これを母集団細胞として用いている。しかし、癌幹細胞というのはとてもデリケートな細胞のため、その効力も持ったままの細胞維持がやや困難である。その為、培養条件の調整に手間がかかっているのが現状である。がん幹細胞(Cancer Stem Cell)の追求は、将来のがん治療を根本的に大きく変動させる可能性を秘めている。本研究では発生学的に婦人科悪性腫瘍の主体であるミューラー管由来癌のがん幹細胞を追求し、新たな治療法を創案するのが目的である。我々はこれまでに子宮に発生するミューラー管悪性腫瘍に注目し、血管新生とがん幹細胞の追求を行ってきた。我々が過去に樹立したヒト子宮癌肉腫株FU-MMT-1(Emoto M. Cancer 1992)を用いてCD133を表面マーカーとして同腫瘍の癌幹細胞集団を選別することにより、初めて本腫瘍のがん幹細胞集団の同定に成功した(Stem Cells, 2011)。本研究では同腫瘍内のがん幹細胞が構築する未分化な血管新生域(血管ニッチ)を標的とした治療を開発する研究を行っている。共同研究である東京薬科大学の研究グループが開発したナノバブルリボソームはがん幹細胞の血管内皮細胞に接着するとリボソームの被殻が破裂して内包された造影ガスが放出される機構であり、これまでの過程ではその放出レベルの調整を行ってきた。人体におけるがん幹細胞(Cancer Stem Cell)を究明することは、将来のがん治療を抜本的に変動させる可能性を秘めている。本研究では発生学的に婦人科悪性腫瘍の起源的腫瘍であるミューラー管由来癌のがん幹細胞の血管新生能を追求し、新たな治療法を創案するのが目的である。本腫瘍を研究対象としたもう一つの理由は、ミューラー管由来癌が婦人科系腫瘍のなかで、最も悪性度が高く血管新生能が強いからである。我々が過去に樹立したヒト子宮癌肉腫株FU-MMT-1(Emoto M, et al. Cancer 1992)を用いて、CD133を表面マーカーとして同腫瘍の癌幹細胞集団を選別することにより、初めて本腫瘍のがん幹細胞集団の同定に成功した(Batsuren C, Emoto M, et al. Stem Cells, 2011)。本課題で使用する子宮癌肉腫株の細胞増殖能が十分でないため、動物実験にまだ移行できていない。来年度は同株の細胞増殖を促進する条件を調整した上で研究を順次遂行したい。
アフリカにおける都市化の総合比較調査

本調査研究は,現代アフリカにおいて進行する最も大きな社会変化である都市化と地域編成の実態を,国民社会の形成,都市社会の構造,地域社会の形成と都市・村落関係の展開,地域共同文化の機能,リングワ・フランカ(地域共通語)の機能などとの関連において,長期間の継連的比較調査を行い,その収集された資料によって動態的に解明しようとするものである.この調査研究においては,比較研究の視野を,都市の形成条件の異なる東アフリカと西アフリカ,植民地以前にアフリカ社会の自生的発展のなかで成立した伝統的都市(Aタイプ)と,植民地体制下に発達した植民地都市(Bタイプ)という二つの側面をクロスさせることにおいている.本調査の主要な目的である,長期間の参与調査による,アフリカにおける都市化諸現象についての,第一次的資料を収集することに,今年度の調査の主眼をおいた.すなわち,長期計画の第一次調査として, ,個々の研究分担者が,東・西アフリカの, Aタイプ(伝統型), Bタイプ(近代型)の諸類型のアフリカ都市を対象に選び,各都市へのアプローチと,都市形成史,都市化にともなう地域社会の形成,都市の社会構造,地域共通文化と地域共通語の機能及び民族誌など,多岐にわたる資料を収集し,今後の共同研究進展の基礎を固めた.研究代表者日野は,調査遂行の全体的総括に携ると共に,タンザニア国のスワヒリ都市ザンジバルにおいて,伝統的都市が,国民社会の発展のなかで,いかに変化していくかに焦点を絞って調査を行った.研究分担者富川は,タンザニア国の近代都市アルーシャ地域における,都市化が地域社会にもたらす文化変容について,上田はケニア国のスワヒリ都市モンバサにおけるカンバ族社会を中心に他の諸部族との部族関係の展開と構造化に,松田はケニア国の首都ナイロビにおけるマラゴリ族出稼ぎ民の社会適応の過程について,それぞれのフィールドワークを行った.さらに,小倉はザンビア国の首都ルサカと鉱山都市ムフリアにおける出稼ぎ民の社会適応の過程を,赤阪は西アフリカマリ国における市場形成と都市形成のかかわりについて,また松下はナイジェリア国ハウサ都市における言語使用の実態と方言の調査を行い,そしてエルドリッジはカメルーンにおけるフルベ王国の諸都市形成史についての口頭伝承の収集を行った.赤阪が急性肝炎のため中途帰国を余儀なくされた他は,ほぼ予期どおりの成果を収めて,本年度計画を終えることができた.全体として,日本では未開発なアフリカ都市研究についての生の一次資料をもちかえり,今後の共同比較研究に資することが大であると考えている.本調査研究は,現代アフリカにおいて進行する最も大きな社会変化である都市化と地域編成の実態を,国民社会の形成,都市社会の構造,地域社会の形成と都市・村落関係の展開,地域共同文化の機能,リングワ・フランカ(地域共通語)の機能などとの関連において,長期間の継連的比較調査を行い,その収集された資料によって動態的に解明しようとするものである.この調査研究においては,比較研究の視野を,都市の形成条件の異なる東アフリカと西アフリカ,植民地以前にアフリカ社会の自生的発展のなかで成立した伝統的都市(Aタイプ)と,植民地体制下に発達した植民地都市(Bタイプ)という二つの側面をクロスさせることにおいている.本調査の主要な目的である,長期間の参与調査による,アフリカにおける都市化諸現象についての,第一次的資料を収集することに,今年度の調査の主眼をおいた.すなわち,長期計画の第一次調査として, ,個々の研究分担者が,東・西アフリカの, Aタイプ(伝統型), Bタイプ(近代型)の諸類型のアフリカ都市を対象に選び,各都市へのアプローチと,都市形成史,都市化にともなう地域社会の形成,都市の社会構造,地域共通文化と地域共通語の機能及び民族誌など,多岐にわたる資料を収集し,今後の共同研究進展の基礎を固めた.研究代表者日野は,調査遂行の全体的総括に携ると共に,タンザニア国のスワヒリ都市ザンジバルにおいて,伝統的都市が,国民社会の発展のなかで,いかに変化していくかに焦点を絞って調査を行った.研究分担者富川は,タンザニア国の近代都市アルーシャ地域における,都市化が地域社会にもたらす文化変容について,上田はケニア国のスワヒリ都市モンバサにおけるカンバ族社会を中心に他の諸部族との部族関係の展開と構造化に,松田はケニア国の首都ナイロビにおけるマラゴリ族出稼ぎ民の社会適応の過程について,それぞれのフィールドワークを行った.さらに,小倉はザンビア国の首都ルサカと鉱山都市ムフリアにおける出稼ぎ民の社会適応の過程を,赤阪は西アフリカマリ国における市場形成と都市形成のかかわりについて,また松下はナイジェリア国ハウサ都市における言語使用の実態と方言の調査を行い,そしてエルドリッジはカメルーンにおけるフルベ王国の諸都市形成史についての口頭伝承の収集を行った.赤阪が急性肝炎のため中途帰国を余儀なくされた他は,ほぼ予期どおりの成果を収めて,本年度計画を終えることができた.全体として,日本では未開発なアフリカ都市研究についての生の一次資料をもちかえり,今後の共同比較研究に資することが大であると考えている.
過敏性腸症候群における感作現象の役割と病態メカニズムの解明

【目的】平成17年度に採取した脳と腸を用いて以下の項目を検討し、感作現象におけるCRH receptor 1 (CRHR1)の役割および過敏性腸症候群(IBS)発症のメカニズムを明らかにする。1.大腸粘膜の炎症を好中球数、好酸球数、リンパ球数を指標とし、HE染色法にて検討する。2.脳及び大腸のCRHR1 mRNA発現を免疫組織化学染色法にて検討する。【方法】trinitrobenzamine sulfonic acid (TNBS)を用い大腸に炎症を起こす。TNBSまたはvehicleを腸内に投与した後、6週間のリカバリー期間を置き、大腸の伸展刺激(80mmHg,20min/day)を6日間連続して行う。CRHR1拮抗薬としてCP-154,526を用い、伸展刺激前に投与する。6日目は、大腸伸展刺激の30分後に断頭し、脳・大腸を摘出する。【結果】大腸粘膜固有層の好中球数は、コントロール群に比し慢性内臓刺激群で有意に多く、炎症+慢性内臓刺激群及びCRHR1拮抗薬群では慢性内臓刺激群に比し有意に少なかった。また、大腸粘膜固有層の好酸球数は、慢性内臓刺激群に比し炎症+慢性内臓刺激群及びCRHR1拮抗薬群で有意に少なかった。大腸上皮内リンパ球数は、コントロール群に比し慢性内臓刺激群、炎症+慢性内臓刺激群及びCRHR1拮抗薬群で有意に多かった。大腸粘膜固有層の好中球数は、コントロール群に比し慢性内臓刺激群で有意に多く、炎症+慢性内臓刺激群及びCRHR1拮抗薬群では慢性内臓刺激群に比し有意に少なかった。【結論】繰り返しの消化管刺激が大腸粘膜の炎症反応を惹起し、この炎症による感作現象がIBSの発症と関与している可能性が示唆された。CRHR1の役割に関しては、今後、脳及び大腸のCRHR1 mRNA発現を更に検証する必要がある。【方法】Wistar rat ♂、6週齢、各群6匹を用いた。大腸の炎症にはtrinitrobenzamine sulfonic acid(TNBS)を用いた。TNBSまたはvehicleを腸内に投与し、6週間のリカバリー期間を置いた。その後、80mmHg、20min/dayの大腸の伸展刺激を6日間連続して行い、伸展刺激中の内臓痛覚(筋電)の測定を行った。CRHR1拮抗薬として、CP-154,526を用い、大腸の伸展刺激前に投与した。6日目は、大腸伸展刺激の30分後に、不安行動(高架式十字迷路)測定を行った。その直後に断頭し、脳・大腸を摘出した。脳は-80°Cで冷凍保存し、大腸はホルマリン液にて保存した。【結果】1日目から3日目では、慢性内臓刺激群に比し炎症+慢性内臓刺激群で有意な内臓痛覚の亢進が認められた。しかしながら、5日目と6日目では、炎症+慢性内臓刺激群に比し慢性内臓刺激群で有意な内臓痛覚の亢進が認められた。また、CRHR1拮抗薬投与は、炎症+慢性内臓刺激による内臓痛覚の亢進を有意に抑制.した。一方、各群の不安行動の有意な差は認められなかった。【結論】慢性的な内臓痛み刺激による内臓痛覚過敏の誘発が明らかになった。また、炎症による感作は、慢性内臓刺激による内臓痛覚過敏をさらに亢進させ、CRHR1拮抗薬は、この反応を抑制することが示された。来年度は、本実験で採取した脳及び腸の検討によって感作現象におけるCRHR1の役割をさらに詳しく検討し、IBS発症のメカニズムを明らかにする。
超適応を促す身体認知・情動機構の解明

本研究は,新学術領域研究「身体-脳の機能不全を克服する潜在的適応力のシステム論的理解」の計画研究として,身体認知や意欲などの正の情動が,運動学習を促進する過程を解明する.経験的に,身体認知や意欲は運動学習にとって重要であるが,それらが学習を促進する神経科学的なメカニズムは未解明である.人における心理実験と脳活動計測,サル電気生理実験を組み合わせ,神経基盤を解明するとともに,領域内の他の研究グループと共同で,計算論・システム論的なモデル化を行い,潜在的適応力を促進する技術の開発に資する.本研究は,新学術領域研究「身体-脳の機能不全を克服する潜在的適応力のシステム論的理解」の計画研究として,身体認知や意欲などの正の情動が,運動学習を促進する過程を解明する.経験的に,身体認知や意欲は運動学習にとって重要であるが,それらが学習を促進する神経科学的なメカニズムは未解明である.人における心理実験と脳活動計測,サル電気生理実験を組み合わせ,神経基盤を解明するとともに,領域内の他の研究グループと共同で,計算論・システム論的なモデル化を行い,潜在的適応力を促進する技術の開発に資する.
酸化物分散強化鋼の高温照射環境下における強度劣化とその機構の解明

28年度が最終年度であるため、記入しない。
微細粒子分散による表面改質皮膜の高機能化に関する研究

表面改質皮膜の高機能化のための方法として微細粒子分散に着目し,粒子分散複合めっき,微細析出物分散,およびセラミックス粒子溶射を取り上げ,改質皮膜のトライボロジー挙動に及ぼす分散粒子の影響を実験および解析により検討した.更に,粒子分散複合表面改質を高真空下で使用する歯車への適用を試みた.これらの実験,検討結果を要約すると次のとおりである.1.低摩擦性を有す微細粒子を分散した複合表面改質層の摩擦・摩耗特性を10^<-4>Paオーダーの高真空無潤滑下でローラ試験およびリング・ディスク試験により調べた.粒子分散複合表面改質層内の最大応力は粒子周りに発生し,粒子径よりも粒子含有量の影響が大きい.粒子分散複合表面改質層の摩耗挙動は改質層内の応力で説明された.2.アルミナセラミックス粒子を溶射したローラの転がり疲れ強さを油潤滑下で調べ,損傷形態と表面下の応力との関係を考察した.観察されたスポーリングき裂の発生深さは計算されたせん断応力が最大となる深さとほぼ一致した.3.潤滑性を有す微細析出物を分散したステンレス鋼の摩擦・摩耗特性を大気中無潤滑下,真空中無潤滑下および油潤滑下で従来鋼SUS420J2ステンレス鋼と比較した.いずれの環境下においても,潤滑性を有す析出物を分散させることでステンレス鋼の摩擦・摩耗特性は改善できた.4.粒子分散複合めっきについて,10^<-4>Paオーダーの高真空無潤滑下で二円筒試験および歯車試験を行った.PTFE粒子を分散した場合,歯車試験では摩擦,摩耗および歯形誤差のいずれもめっき歯車中最も小さく,各かみあい位置の摩耗がほぼ均一であり,歯面動荷重も小さかった.かみ合い位置により面圧や滑り速度が大きく変化する歯車特有の摩耗挙動により歯車試験の摩耗は二円筒試験より極めて大きかったが,両試験の平均摩擦にはよい相関があった.得られた結果は,表面改質皮膜の最適厚さや最適粒子分散設計に有用である.表面改質皮膜の高機能化のための方法として微細粒子分散に着目し,粒子分散複合めっき,微細析出物分散,およびセラミックス粒子溶射を取り上げ,改質皮膜のトライボロジー挙動に及ぼす分散粒子の影響を実験および解析により検討した.更に,粒子分散複合表面改質を高真空下で使用する歯車への適用を試みた.これらの実験,検討結果を要約すると次のとおりである.1.低摩擦性を有す微細粒子を分散した複合表面改質層の摩擦・摩耗特性を10^<-4>Paオーダーの高真空無潤滑下でローラ試験およびリング・ディスク試験により調べた.粒子分散複合表面改質層内の最大応力は粒子周りに発生し,粒子径よりも粒子含有量の影響が大きい.粒子分散複合表面改質層の摩耗挙動は改質層内の応力で説明された.2.アルミナセラミックス粒子を溶射したローラの転がり疲れ強さを油潤滑下で調べ,損傷形態と表面下の応力との関係を考察した.観察されたスポーリングき裂の発生深さは計算されたせん断応力が最大となる深さとほぼ一致した.3.潤滑性を有す微細析出物を分散したステンレス鋼の摩擦・摩耗特性を大気中無潤滑下,真空中無潤滑下および油潤滑下で従来鋼SUS420J2ステンレス鋼と比較した.いずれの環境下においても,潤滑性を有す析出物を分散させることでステンレス鋼の摩擦・摩耗特性は改善できた.4.粒子分散複合めっきについて,10^<-4>Paオーダーの高真空無潤滑下で二円筒試験および歯車試験を行った.PTFE粒子を分散した場合,歯車試験では摩擦,摩耗および歯形誤差のいずれもめっき歯車中最も小さく,各かみあい位置の摩耗がほぼ均一であり,歯面動荷重も小さかった.

かみ合い位置により面圧や滑り速度が大きく変化する歯車特有の摩耗挙動により歯車試験の摩耗は二円筒試験より極めて大きかったが,両試験の平均摩擦にはよい相関があった.得られた結果は,表面改質皮膜の最適厚さや最適粒子分散設計に有用である.本研究では,表面改質皮膜の高機能化のための一つの方法として,粒子分散型の複合表面改質法を取り上げた.粒子を分散させるマトリックスとしては,種々の皮膜の開発が進められているが,本研究では比較的安価で手軽に皮膜を形成できる無電解Ni合金めっきをとりあげ,油潤滑下,高温環境下および真空環境下において,主としてすべり接触条件下で実験を行い形成皮膜のトライボロジー特性を評価するとともに,粒子分散改質皮膜の解析モデルの構築を進めた.実験評価結果と解析結果を比較検討することにより,改質皮膜の高機能化のために最適な粒子分散条件(最適粒子分散量・粒子径など)について明らかにする.本年度では,実験の一部と解析モデルの構築を行った.実験では,油潤滑ならびに10^<-4>Paの真空環境下で,粒子分散複合改質表面の評価実験を行った.実験には,無電解Ni-P合金をマトリックスとし,PTFE, BNおよびSiCの各粒子を分散析出させた複合めっきを用いた.これらの分散粒子は弾性率などの機械的性質が大きく異なっており,解析結果と実験結果を比較検討するのに最適と考えられるものである.評価実験と平行して,分散粒子とマトリックス接触境界のすべり,表面の接触状態に応じた摩擦係数の変化,等を考慮した実際の接触状態に近い,粒子分散複合改質皮膜の解析モデルの構築と解析を進めた.本年度の結果からは,弾性率の小さい粒子を分散させた場合めっき層に大きな応力が発生すること,粒子間距離が小さいほど応力は大きいこと,セラミックスのような弾性率の大きい粒子を分散させた場合のめっき層の応力は粒子の影響を受けにくいことが明らかとなった.一方,めっき層内応力に及ぼす粒子径の影響については検討中であり,次年度にモデルの改良と平行して解析を進める.本研究では,表面改質皮膜の高機能化のための一つの方法として,溶射を含む粒子分散型の複合表面改質法を取り上げるとともに潤滑性析出物の分散によるステンレス鋼の摩擦・摩耗の改善について検討した.本年度の研究で得られた結果は以下の通りである.1.粒子分散複合表面改質の構造解析モデルを構築し,弾性率の小さい粒子を分散させた場合めっき層に大きな応力が発生すること,粒子間距離が小さいほど応力は大きいこと,セラミックスのような弾性率の大きい粒子を分散させた場合のめっき層の応力は粒子の影響を受けにくいこと,また,粒子分散率が同じであれば,めっき層内応力に及ぼす粒子径の影響は小さいことを明らかにした.2.潤滑性を有する析出物分散によるステンレス鋼の摩擦・摩耗特性を,大気中無潤滑下,真空中無潤滑下および油潤滑下において調べた.大気中無潤滑下では,析出物分散ステンレス鋼の摩擦係数および摩耗量は従来鋼の場合より小さかった.真空中無潤滑下では,析出物分散ステンレス鋼は低摩擦でありかつ潤滑性を有すため凝着の度合いも小さく優れた摩擦・摩耗特性を示した.油潤滑下では,析出物分散ステンレス鋼では初期焼付きが破壊的焼付きに進展しにくく,優れた耐焼付き性を示した.本研究により,潤滑性の分散析出物によりステンレス鋼の摩擦・摩耗が改善されることが明らかとなった.3.2.3%TiO_2を混合したアルミナセラミックス溶射を施した鋼ローラを用いて油潤滑下で純転がり疲れ試験を行い,溶射皮膜の転がり疲れ強さを調べた.また,ナノインデンテーション法に基づいて溶射皮膜の縦弾性係数を評価し,損傷形態と内部応力との関係について検討した.損傷した溶射ローラは,表面下のき裂発生に起因するスポーリング損傷の形態を呈した.表面下の最大せん断応力および直交せん断応力の最大値の発生深さは溶射皮膜内にあった.観察されたスポーリングき裂の発生深さは解析で求めたせん断応力が最大となる深さとほぼ一致した.この結果は溶射皮膜の最適厚さ設計に有用である.
注意操作のプレパルス抑制に対する影響

本年度(平成30年度)は交付申請時の本研究課題2年目の研究計画通り、ヒトを被験者とした聴覚性驚愕反応およびそのプレパルス抑制を測定するための簡易な装置の開発を行った。驚愕刺激としてヘッドフォンを通じて提示する聴覚刺激、眼瞼に対する空気刺激、および足裏に対する電気刺激の3通りを利用した。また、驚愕反応の指標として、筋電位変化(首・肩、顔表面、および眼筋)および姿勢変化を利用した。その結果、これらの刺激と反応の組み合わせの中で、ヘッドフォンを通して提示する聴覚刺激と首・肩および顔表面の筋電位変化の組み合わせが、本研究の実施環境において驚愕反応の測定に適していた。予備実験の結果を基に、ヘッドフォンを通じて提示する聴覚刺激と顔表面筋電位反応を用いて、聴覚性驚愕反応のプレパルス抑制実験を行った(室内の騒音レベルは40dBA)。驚愕刺激としてホワイトノイズ(4000Hz, 114dB, 40msec)、プレパルスとしてホワイトノイズ(4000Hz, 80dB, 20msec)を用いた。また、リードタイム(プレパルスの提示開始から、驚愕刺激の提示開始までの時間)は先行研究(Takahashi et. al., 2008)に従って120msecとした。聴覚刺激の発生と刺激タイミングの調整はLabVIEW(NI社)によって行い、反応の測定にはPowerLab(ADINSTRUMENTS社)を用いた。1回の測定は驚愕刺激のみの提示(10試行)と聴覚刺激とプレパルスの対提示(10試行)の20試行で構成し、10-15分のインターバルをおいて3回測定を行った。研究初年度(平成29年度)に作成・実施した認知バイアス評価尺度によって偏りがないと評価された被験者(男女各1名)を対象として実験を行ったところ、本簡易システムによって聴覚性驚愕反応およびそのプレパルスインヒビションの測定が可能であった。本研究では研究初年度(平成29年度)の研究の進捗に若干の遅延が生じた。これは当初の想定を上回る認知バイアスの個人差が見られたため、実験結果から個人差を排除するために、認知バイアスを測定する質問紙を作成・実施したことによる。今年度(平成30年度)は初年度の研究において不十分であったヒトにおける古典的条件付け実験システムの構築を進めるとともに、聴覚性驚愕反応およびそのプレパルス抑制測定システムの構築を行うことによって、初年度の遅延をおおよそ解消することができた。研究の進展及び遅延解消の理由として、刺激生成・提示法の簡素化などによる実験方法の改良、および電気生理学データの分析について専門家の助力が得られたこと等があげられる。今後の推進方略:本年度(令和元年度)は本研究課題の最終年度に当たる。当初予定に従い、ヒトを被験者とした聴覚性驚愕反応のプレパルス抑制について、認知バイアス(特に注意バイアス)が与える影響について検討する。また、実験システムの更なる簡易化と可動化を進める。研究成果の公表:平成29年度および30年度の研究成果については、本年度中に本学紀要等の活字媒体によって公表する予定である。研究遂行上の課題とその対策:本研究では被験者の負担になる複数の実験操作(非常に大きな音、電気刺激の提示、電極の貼付、など)が必須である。また、電極の貼付素材や消毒に対するアレルギー反応についても万全の配慮が必要である。これらの要因から、今後被験者の獲得に困難が予想される。必要数の被験者を確保するために、事前説明資料等の改良を行うとともに、実験参加希望者に対して実験を体験する機会の設定なども実施してゆく予定である。本研究課題では、ヒトの知覚情報処理において、認知バイアス(特に注意バイアス)が及ぼす影響について実験心理学的に明らかにすること、およびその神経科学的メカニズムの解明のための実験システムの開発を目的としている。初年度である平成29年度は、研究実施のための研究基盤の整備およびヒトを被検者とした古典的恐怖条件付けの予備的な実験を実施した。具体的には、市販のヘッドフォンで提示する聴覚刺激(2000Hzあるいは4000Hz、65dB、3-10秒:背景刺激は換気音約40-45dB)を条件刺激とし、手首に対するごく弱い強度の電気刺激(機器出力として1mA程度、10msecで5-10パルス)を無条件刺激として対提示した。恐怖反応(条件反応)の行動指標として顔面の筋電位を眼輪と頬の2か所で測定し、同時に生理学的指標として体表面温度(手のひら)及び皮膚電気抵抗(指先)を計測した。聴覚刺激はマイコンボード(Arduino Uno)により生成し、市販のヘッドフォンアンプで増幅して被験者に提示した、また電気刺激はPowerLab(アドインスツルメンツ社)のスティミュレータを利用した。条件付けの制御はプログラミング言語(LabView:ショナルインスツルメンツ社)によって行い、被験者の反応はLabChart8(アドインスツルメンツ社)によって記録した。予備実験の結果から、本年度に構築した簡易な実験システムを用いても、ヒトに対する古典的恐怖条件づけを形成できることが確認できた。一方、生理学的評価については、体表面温度は変化が小さくまた遅いため、条件付けの指標として用いることが困難であった。同様に、皮膚電気抵抗も変化が遅く条件反応として用いることは難しいが、実験の反復に伴い、電極等の装着時点から変化が見られたため、条件付けの進展に伴って獲得される不安反応の指標として有効であると考えられる。当初実験計画にはなかった被験者・実験参加予定者に対する認知バイアス傾向の調査票の作成および予備調査を行ったため、研究の進捗状況に若干の遅延が生じた。

本研究では、被験者の身体(顔面および手首など)に対する電極の装着や手首等への電気刺激提示を行うため、被験者の実験に対する態度・構えにある程度の個人差が生じることが予想された。しかし、予備実験にあたって、これらの個人差が予想以上に大きく、今後の研究において認知バイアス・注意バイアスの形成およびその評価に影響を及ぼす可能性があると考えられた。そこで、被験者の個人的な認知バイアス傾向についてあらかじめ調査・確認を行う必要があると判断し、質問票の作成と予備調査を行った。質問票の作成には先行研究(Peters et al., 2013; Ishikawa et al., 217)を参照した。質問紙調査によってあらかじめ被験者・実験参加予定者固有の認知バイアス傾向を確認することは、実験時における被験者の苦痛軽減とともに被験者の数を必要最小限にとどめることも可能とするため、研究倫理的側面からも有効であると思われる。予備調査については現在結果を分析中であるが、平成30年度は調査結果をもとに被験者の選定を行い、研究の効率化を図る予定である。本年度(平成30年度)は交付申請時の本研究課題2年目の研究計画通り、ヒトを被験者とした聴覚性驚愕反応およびそのプレパルス抑制を測定するための簡易な装置の開発を行った。驚愕刺激としてヘッドフォンを通じて提示する聴覚刺激、眼瞼に対する空気刺激、および足裏に対する電気刺激の3通りを利用した。また、驚愕反応の指標として、筋電位変化(首・肩、顔表面、および眼筋)および姿勢変化を利用した。その結果、これらの刺激と反応の組み合わせの中で、ヘッドフォンを通して提示する聴覚刺激と首・肩および顔表面の筋電位変化の組み合わせが、本研究の実施環境において驚愕反応の測定に適していた。予備実験の結果を基に、ヘッドフォンを通じて提示する聴覚刺激と顔表面筋電位反応を用いて、聴覚性驚愕反応のプレパルス抑制実験を行った(室内の騒音レベルは40dBA)。驚愕刺激としてホワイトノイズ(4000Hz, 114dB, 40msec)、プレパルスとしてホワイトノイズ(4000Hz, 80dB, 20msec)を用いた。また、リードタイム(プレパルスの提示開始から、驚愕刺激の提示開始までの時間)は先行研究(Takahashi et. al., 2008)に従って120msecとした。聴覚刺激の発生と刺激タイミングの調整はLabVIEW(NI社)によって行い、反応の測定にはPowerLab(ADINSTRUMENTS社)を用いた。1回の測定は驚愕刺激のみの提示(10試行)と聴覚刺激とプレパルスの対提示(10試行)の20試行で構成し、10-15分のインターバルをおいて3回測定を行った。研究初年度(平成29年度)に作成・実施した認知バイアス評価尺度によって偏りがないと評価された被験者(男女各1名)を対象として実験を行ったところ、本簡易システムによって聴覚性驚愕反応およびそのプレパルスインヒビションの測定が可能であった。本研究では研究初年度(平成29年度)の研究の進捗に若干の遅延が生じた。
脾臓・樹状細胞標的型ナノデバイスを用いた安全なワクチン技術開発と臨床応用への研究

脾臓・樹状細胞標的型ナノデバイスを利用して、メラノーマとマラリアのDNAワクチンを開発した。モデルメラノーマワクチンとしてpUb-Mを用い、ポリエチレンイミン(PEI)、およびγ-ポリグルタミン酸(γ-PGA)を混合し、安定なナノワクチン(pUb-M/PEI/γ-PGA複合体)を構築した。ナノワクチンはメラノーマの増殖および肺転移を抑制し、生存率も延長させた。また、モデルマラリアワクチンとしてpVR1020-TAM (pyTAM)を用い、同様にマラリアDNAナノワクチン(pyTAM/PEI/γ-PGA複合体)を構築した。マラリアDNAナノワクチンはマラリア感染を抑制し、死亡率を低下させた。前年度は、高い遺伝子導入効率と安全性を兼ね備えた画期的な脾臓・樹状細胞標的型ベクターの開発に成功した。本年度はこのベクターを利用したメラノーマワクチンの開発を試みた。マウスメラノーマ抗原であるgp100とTRP-2のユビキチン化エピトープをコードしたpUb-Mとpolyethyleneimine (PEI)、およびγ-polyglutamic acid (γ-PGA)を最適な混合比で静電的に自己組織化させ、安定なナノワクチン(pUb-M/PEI/γ-PGA複合体)を構築した。まず、pUb-M/PEI/γ-PGA複合体によるメラノーマ細胞の増殖抑制効果について検討した。5%糖液(control)、pUb-Mのみ、ルシフェラーゼ発現pDNA(pCMV-Luc)を用いたpCMV-Luc/PEI/γ-PGA複合体あるいはpUb-M/PEI/γ-PGA複合体でマウスに免疫誘導を行い、皮内移植したメラノーマ細胞の増殖を経日的に測定した結果、pUb-Mのみ、pCMV-Luc/PEI/γ-PGA複合体を投与したマウスの腫瘍はcontrolと同様に増殖し、差異は認められなかった。これに対し、pUb-M/PEI/γ-PGA複合体を投与したマウスの腫瘍増殖はcontrolと比較して有意に抑制された。さらに、メラノーマ細胞の肺転移に及ぼすpUb-M/PEI/γ-PGA複合体の効果について検討した。その結果、pUb-M/PEI/γ-PGA複合体を投与したマウスの肺に転移したB16-F10-Luc細胞数はcontrolと比較して有意に少なかった。また、pUb-M/PEI/γ-PGA複合体を投与したメラノーマ肺転移モデルマウスの生存期間はcontrolと比較して有意に延長した。以上のように、我々は本年度の研究によって、脾臓・樹状細胞標的型ベクターを利用したメラノーマナノワクチンの開発に成功した。来年度以降は、マラリアワクチンなど、感染症ワクチンの開発に展開していく予定である。脾臓・樹状細胞標的型ナノデバイスを利用して、臨床応用可能なメラノーマ癌ワクチンとマラリアワクチンを開発することを目的とした。ホタルルシフェラーゼをコードしたpDNAと様々なカチオン性化合物やアニオン性化合物を組み合わせたナノデバイスの構築を試みた。その結果、各成分の混合比と調製プロセスを最適化することで、ナノサイズの安定なアニオン性複合体の構築に成功した。製剤学的検討により最適化した各複合体をマウスメラノーマ細胞株B16-F10に添加し、遺伝子発現効率および細胞障害性について検討した。その結果、カチオン性複合体は高い遺伝子発現効果を示したが、細胞障害性も認められた。一方、ほとんどのアニオン性複合体はカチオン性複合体と比較して細胞障害性は低下したが、遺伝子発現効果も著しく低下した。しかしながら、chondroitine sulfate (CS)およびγ-polyglutamicacid (γ-PGA)を用いて構築したアニオン性複合体(CS複合体、γ-PGA複合体)はカチオン性複合体に匹敵する遺伝子発現効果を示しながら、細胞傷害性を示さなかった。そこで、in vivoにおけるCSおよびγ-PGA複合体の遺伝子導入効率を検討するため、マウスに各複合体を尾静脈内投与後の肝臓、腎臓、脾臓、心臓および肺における遺伝子発現量について検討した。その結果、CS複合体およびγ-PGA複合体のいずれも脾臓において高い遺伝子発現効果を示した。また、各複合体をマウスに大量投与後の毒性を検討した結果、急性、臓器、血液毒性のいずれも認めなかった。以上のように、我々は本年度の研究によって、高い遺伝子導入効率と安全性を兼ね備えた画期的な脾臓・樹状細胞標的型ベクターの開発に成功した。今後は、メラノーマおよびマラリアワクチンへ適用し、薬理効果を検討する。pyTAM-PEI-γ-PGA複合体によるマラリア感染の抑制効果について検討した。

マウスにPBS (control)、何もコードしていないプラスミド(pVR1020)を内包した複合体(pVR1020-PEI-γ-PGA複合体)あるいはpyTAM-PEI-γ-PGA複合体を2週間おきに3回腹腔内投与して免疫誘導を行った。最終免疫から2週間後に1×106のP. yoelii 17XL-parasitized red blood cells (pRBCs)を腹腔内投与し、寄生虫血および生存を経日的に観察した。その結果、pVR1020-PEI-γ-PGA複合体を投与したマウスではcontrolと同様に寄生虫血が増加し、全てのマウスが死亡した。これに対し、pyTAM-PEI-γ-PGA複合体を投与したマウスでは、寄生虫血の一時的な増加が見られたものの、すぐに消失し、全マウスが生存した。免疫誘導効果を評価するために、最終免疫から2週間後の血清中抗原特異的IgGおよびIgGサブタイプを測定した。その結果、pyTAM-PEI-γ-PGA複合体では、総IgG値、IgG1値、IgG2a値、およびIgG2b値の有意な上昇が認められた。したがって、本ベクターを利用した新規マラリアDNAナノワクチンは、マラリアに特異的な免疫誘導を惹起し、マラリア感染による死亡および寄生虫血の増加を著しく抑制できることが示唆された。以上のように、我々は本年度の研究によって、脾臓・樹状細胞標的型ベクターを利用したマラリアナノワクチンの開発に成功した。医歯薬学当初予定していた研究実施計画をほぼ達成しているため、概ね順調に進展していると評価した。当初予定していた平成24年度の研究実施計画をほぼ達成しているため、概ね順調に進展していると評価した。平成26年度も、当初予定していた研究計画に従い研究を実施する。平成25年度も、当初予定していた研究計画に従い研究を実施する。キャンペーン期間に購入するなど、研究費を効率的に使用した。平成26年度に配分される研究費については、予定どおり消耗品および旅費として使用する。また、平成25年度の繰越は高額なサイトカイン測定キットに使用する予定である。平成25年度に配分が予定されている研究費については、消耗品費および旅費として使用する予定である。また、平成24年度の繰越は高額なサイトカイン測定キットに使用する予定である。
森林管理による樹種多様性の違いが窒素貯留機能に与える影響の微生物学的解明

スギ人工林の森林管理による窒素循環に関わる微生物群集構造について調査した。管理は無間伐区、弱度間伐区、強度間伐区で比較した。それぞれの土壌を採取し、N2O還元酵素のnosZ遺伝子について解析した。その結果、強度間伐区では、他区に比較してnosZ遺伝子量が高かった。さらに、種構成も、強度間伐区でのみ検出された種があり、ダイズ根粒菌で知られるBradyrhizobium japonicum USDA110株に近縁であった。強度間伐区の下草植生には、他区になかったマメ科植物があった。よって、強度間伐区では、下草植生の影響で脱窒能が高い細菌が存在し、その結果、窒素浄化が高い可能性が考えられた。近年、森林土壌からの窒素溶脱による渓流水汚染が問題となっており、その原因に、森林管理放棄が考えられている。これまで森林管理の違いによって地下間隙水の硝酸態窒素濃度が異なることが報告されており、それに関与する微生物群集構造にも違いがある可能性が示唆されてきた。本研究では、間伐強度の異なるモデル人工林を用いて、異なる森林管理による土壌アンモニア酸化微生物の特性について解明することを目的とした。調査は、異なる間伐強度(無間伐区、弱度間伐区、強度間伐区)とし、各地点の土壌間隙水と表層5 cmの土壌を採取した。土壌間隙水では、溶存性窒素イオンを測定した。微生物は、各土壌試料のDNA抽出物からamoA遺伝子を標的としたアンモニア酸化細菌(AOB)、アンモニア酸化古細菌(AOA)の定量PCRおよびDGGE法によって解析した。その結果、土壌間隙水は、強度間伐区において、その他の区に比較して硝酸態窒素濃度が著しく低かった。定量PCRでは、春から夏にかけて強度間伐区ではAOB/AOA比がその他の区に比較して高い傾向が見られ、2012, 13-14年でも同様だった。よって、強度間伐区では、AOBが増加しやすい環境にあると考えられた。また、強度間伐区では、その他の区では見られないNitrosospira briensisに近縁な種が存在した。N.briensisは、AOBの中でもNitrosospiraクラスター3bに分類され、高アンモニア濃度に適応して増殖し、高いアンモニア酸化を行うと知られることから、強度間伐区における土壌中へアンモニア供給量が高いことを示唆する。しかし、森林土壌間隙水のアンモニア、硝酸態窒素濃度は、強度間伐区において極めて低かった。これは、強度間伐区の森林土壌では、アンモニアが速やかに除去されていることを示唆した。森林管理の異なる人工スギ林の樹種多様性と成長について、調査を行った。東北大学大学院農学研究科川渡フィールドセンター内の尚武沢地区のスギ人工林で20年生時に一回目の間伐、25年生時に2回目の間伐を行った試験地を用いた。間伐強度は、無間伐、33%の弱度間伐、67%の強度間伐の三段階とし、それぞれ三回反復した。各処理区に設定したコアプロットにあるスギ全ての個体の胸高直径、無作為選出した10個体程度の樹高と枝下高を測定しした。広葉樹についても、プロット内で樹高1.5m以上のだった全ての個体の種名と胸高直径を測定した。その結果、スギは残存木の密度の減少に伴い、林分材積も間伐強度が高いほど減少した。一方、広葉樹の林分材積生産は、間伐強度が高いほど飛躍的に増加した。直径頻度分布は、間伐が強度なほどスギの個体数は減少するものの、大きく成長した個体が見られるようになった。広葉樹も同様に、強度間伐ほど数多く侵入し大きな個体が見られるようになった。間伐から10年以上経過すると、弱度区は草本や広葉樹が多数侵入しているが、森林の下層で見られる程度にとどまっているのに対し、強度区は林冠が開いたままの状態で、多くの広葉樹が林冠を目指し、既に中層へ達していた。強度間伐区では、スギの林分材積成長量と形質は弱度より劣るが、スギ・広葉樹ともに個体レベルでの成長量が最大となり、大径材生産が望める結果になった。さらに広葉樹の林冠レベルの種多様性回復とそれに伴い高い生態系機能の回復が期待された。今後、これら土壌の窒素循環機能と樹種の多様性との関係について明らかにする。これまで2年間の調査において、土壌のアンモニア酸化微生物の間伐強度における関係性は、明らかになってきた。また、間伐強度の違いによる樹種の多様性や成長度についても明らかになってきたため。スギ人工林の森林管理の違いによる土壌微生物の違いについて調査研究を行ってきた。これまで調査してきた季節ごと、また、森林管理の違い(無間伐、弱度間伐、強度間伐区)で土壌を採取し、その微生物群集構造の中でも、特に、アンモニア酸化細菌とアンモニア酸化古細菌に注目し、その動態をみてきた。今年は、それに加え、脱窒を担う遺伝子のnosZ遺伝子に注目し、各土壌サンプルでその量と組成を調べた。その結果、2012年のサンプルでは、6月、8月、11月の深度5cmのサンプルにおいて、強度間伐区では、無間伐区に比較して、常に、nosZ遺伝子が多い傾向が見られた。2016年の6月においても、強度間伐区では、無間伐区に比較して,nosZ遺伝子の量が多かった。

これらより、これまで、強度間伐区では、無間伐区に比較して、深度10cmの間隙水中の硝酸態窒素が低い理由の一つに、脱窒の能力が、強度間伐の方が、無間伐区より高い可能性が示された。さらに、これらの微生物群集構造について比較したところ、強度間伐区では、その他の区には観られない、根粒菌の脱窒遺伝子が含まれていた。この根粒菌は、ダイズ根粒菌で知られる、Bradyrhizobium japonicum USDA 110に近縁種であった。また、このBradyrhizobium japonicum USDA 110は、通常のダイズ根粒菌とは異なり、N2OをN2に変換できる種としても知られ、窒素循環において、強度間伐と無間伐では、異なる経路が働いている可能性も考えられた。また、このときの下草組成を調べたところ、下草の種にも、強度間伐でのみ、マメ科の植物が存在していた。このようなことから、土壌微生物の群集構造が、下草の種構成にも影響してることが考えられた。スギ人工林の森林管理による窒素循環に関わる微生物群集構造について調査した。管理は無間伐区、弱度間伐区、強度間伐区で比較した。それぞれの土壌を採取し、N2O還元酵素のnosZ遺伝子について解析した。その結果、強度間伐区では、他区に比較してnosZ遺伝子量が高かった。さらに、種構成も、強度間伐区でのみ検出された種があり、ダイズ根粒菌で知られるBradyrhizobium japonicum USDA110株に近縁であった。強度間伐区の下草植生には、他区になかったマメ科植物があった。よって、強度間伐区では、下草植生の影響で脱窒能が高い細菌が存在し、その結果、窒素浄化が高い可能性が考えられた。当初は、森の土壌の脱窒酵素の遺伝子まで解析する予定であったが、その前段階のアンモニア酸化細菌、および、古細菌の解析の中で、DGGE解析に、当初予定よりも時間がかかってしまったため、脱窒酵素の遺伝子の増減の動態解析まで行う事ができなかった。サンプルはあり、プライマー等も以前にも研究して持っているために、新年度に合わせて、実施する予定である。H28年度は最終年度のため、窒素循環に関わる微生物についても脱窒菌にも着目し、また、間伐強度の違いによる樹種の違いに伴い、土壌の根の構造や根の量にも違いがあることから、これらの違いと土壌微生物との関係性、窒素循環との関係性を明らかにしていく。環境微生物昨年度に引き続き、季節別でのサンプリングを行い、アンモニア酸化微生物に加え、脱窒菌についても、脱窒酵素の遺伝子をターゲットとしたモニタリング手法によって、間伐強度の違いによって、土壌中にどのように分布しているのかを明らかにする。H27年度は樹木調査を主に行ったため、微生物解析や土壌分析は行わなかったため、これらの予算が余った。昨年度は、実際の分析は、当初の予定より、できなかったことがあったため、試薬類の購入が当初予定より少なくなった。また、学会に参加する予定であったが、結果が当初予定に比較して、不十分であったために、学会参加にも行っていないため、旅費等も使い切れなかった。H28年度は、前年度2年間の集大成とするために、土壌分析や微生物解析等を網羅的に行う予定である。また、これまでの樹種の多様性と微生物の関係性を明らかにすることもあり、特に、遺伝子解析の分析が多くなるため、これらにかかる消耗品として、前年度余剰金を活用する。