Tokyo University of Agriculture Repository / 東京農業大学リポジトリ

西野, 文貴

4390

NISHINO, Fumitaka

4391

シダ植物の増殖技術としての胞子発芽と前葉体成長に関する研究

東京農業大学博士（国際バイオビジネス学

AKHMAD, MAHBUBI

4408

4409

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氏 名   AKHMAD MAHBUBI 
学位（専攻分野の名称）   博 士（国際バイオビジネス学） 
学 位 記 番 号   甲 第 830号 
学位授与の日付   令和 3年 3月 20日 
学 位 論 文 題 目   Enhancing Collaborative Innovation for Sustainable Value Chain  
in the Indonesian Halal Beef Industry 
論 文 審 査 委 員   主査 教 授・博士（工学） 畑 中 勝 守 
               教 授・博士（農学） 佐 藤 和 憲 
               教 授・博士（農学） 内 山 智 裕 
                    博士（文学）  阿良田 麻里子＊ 
 
 
 
論 文 内 容 の 要 旨 
 
Indonesia middle-class Muslims shifted to the "universalist" category, where the 
consumers are more religious and more consumptive (Yuswohady et al., 2015 and Ali et 
al., 2017). They search for a product based on functional, emotional, and spiritual 
benefits. They require food products such as beef must be halal. Halal beef is the most 
important source of protein in Indonesia, behind halal chicken and fish. On the other 
hand, the Halal beef supply in Indonesia comes from various provinces and islands, 
from surplus areas to deficit areas. The margin value of farmers in the local market is 
higher than in the inter-island market. It causes farmers and beef processors unwilling 
to sell halal beef to other provinces. Consequently, halal beef distribution from surplus 
areas to the outer region is relatively small compared to the existing potential. The 
other challenge of halal beef distribution in Indonesia is sustainability and halal 
assurance in the beef chain. Therefore, understanding consumer value, assessing a 
sustainable value chain, and enhancing collaborative innovation is crucial for the 
Indonesian halal beef Industry. 
Exploring consumer value requires a consumer survey using a quantitative method. A 
field survey was conducted from July to September 2018. This research consists of two 
stages: (1) Three focus group discussions with consumers belonging to different 
communities were held in the cities of Bogor, South Tangerang, and Depok to explore 
consumer value attributes of halal beef. This discussion identified the critical factors in 
halal meat consumption and provided the inputs for developing the survey 
questionnaire. (2) An intercept survey was conducted in Indonesia's major cities: 
 ＊立命館大学 食マネジメント学部 教授 
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Makassar, Kupang, Denpasar, Pontianak, Surabaya, Semarang, Bandung, Jakarta, 
Lampung, and Medan. These cities are the most populated with the highest halal beef 
consumption. This survey's participants are 440 middle-class Muslim households 
selected using multistage random sampling disqualified 15 respondents. Hence, this 
research analyzed 425 respondents with the sample still in the five percent margin of 
error. The data analysis uses conjoint and cluster analysis.   
Furthermore, assessing the material and information flow, governance, and 
collaborative relationship requires a value chain survey using a qualitative method. 
Whereas evaluating sustainability utilizes a quantitative approach. This survey 
involved halal meat retailers, halal meat processors, and cattle farmers as the primary 
actors' in the Indonesian halal beef value chain. The field survey consisted of 
three-stage face-to-face in-depth interviews and focus group discussions in four regions: 
Jakarta, West Java, East Java, and Lampung. These studies utilize semi-structured 
interviews with open-ended questions involving 225 participants comprised of 100 beef 
retailers, 25 beef processors, and 100 middle-up cattle farmers. This study adopted a 
deductive content analysis with a comparative approach. The validity of this study 
through triangulation and determined its reliability by employing the Kappa statistical 
test. Overall, The Kappa coefficients are more than 0.75 (excellent agreement). 
This study revealed that consumers prefer a red color, zero residues, latest 
production, halal guarantee label, clean, tender, and flavor (p-value = 0.000). The 
individual player in the halal beef value chain cannot guarantee all attributes of halal 
beef. The Fulfillment of the attributes requires innovation and collaboration among 
stakeholders in the value chain. 
Regarding the material and information flow aspect, the Halal value chain actors in 
all areas share information concerning halal beef availability and quality assurance. 
Still, they rarely share information concerning waste management. In the Indonesian 
halal beef value chain, the effectiveness aspect of information flow is different in each 
actor (a kappa coefficient of 0.61). Cattle farmers prioritize complete information, while 
producers emphasize valid information. Retailers prioritize complete and useful 
information. Moreover, Regarding the governance aspect (a kappa coefficient of 0.80), 
there did not yet implement ISO 14001 for an environmental management system.  
Besides, collaborative relationships between partners in the Indonesian halal beef 
supply chain were categorized as collaborative transactions (a kappa coefficient of 0.78). 
Based on trust and commitment aspects, there were no formal contracts, partners rarely 
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monitored each other, short-term or little attention to sustainability aspects, and 
partners were less proactive. The alignment aspect also indicated task alignment 
without strategic alignments. In addition, there were dependencies to reduce problems 
or errors in halal beef availability. 
Furthermore, the economic indicator shows that cattle farmers incurred the highest 
costs but earn a lower profit than the beef retailers. Cattle farmers produce higher 
carbon emissions and use more freshwater than other actors. However, cattle farmers 
contributed most significantly to hiring employees along the Indonesian halal beef 
supply chain. A Kruskal-Wallis test expressed a significant difference in each indicator 
between actors, with a p-value of 0.000. These indicate a gap between actors that impact 
the fragile sustainability of the value chain. 
Value innovation uses three value innovation perspectives (1) Product value 
innovation: halal beef value chain actors should eliminate halal beef's fat content. They 
also should reduce the focus on the attributes of size, grade, taste, nutritional value, 
production origin, beef availability, packaging, shopping location, display in the shop, 
easy to prepare, traceability, price, and a Muslim shop owner. They should raise focus on 
the attribute of newness, appearance, halal label, texture, aroma, hygiene, and free of 
residues. They also should create the online store app., (2) Process value innovation: 
halal beef value chain actors eliminate aging activities. They do their activities 
according to what they are currently doing, such as preparing cattle houses by cattle 
farmers and distributing cattle to the abattoir by beef producers. They should raise 
activities that impact values and emissions, such as slaughtering by beef producers and 
feeding by cattle farmers. They create the online services and halal certificate of the 
store., (3) Business model value innovation: they should change relationship patterns 
from collaborative transactions to collaborative processes such as partners always 
monitored each other and long-term orientation with good resources management. In 
addition, online services development as a new distribution channel can utilize 
information technology resources. 
This study has three significances. First, the study would provide a collaborative 
innovation to enhance the Indonesian halal beef industry's sustainable value chain. 
Second, the researcher could develop a new concept that integrates the concept of halal, 
sustainability, value chain, and value innovation. Third, this model can be implemented 
for the other halal food industry entrepreneurs. 
 
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（要旨和訳） 
インドネシアの中間階級のムスリムは，消費者がより宗教的かつ消費的になる「ユニバー
サリスト」型へ移行している。彼らは，商品を探索する際に，その機能や感情面の便益のみ
ならず，宗教的な便益をも求めており，例えば牛肉はハラルである保証を要求する。インド
ネシアにおけるハラル牛肉は，ハラル鶏肉や魚に次いで最も重要なタンパク源である。一方，
インドネシアにおけるハラル牛肉の供給は多様な地域や島から行われており，主に余剰地域
から不足地域へ移送されている。地元市場における農業者の粗利益は，島嶼間の取引市場に
比べて高い。これが農業者や牛肉加工業者が地域外にハラル牛肉を販売するのを望まない理
由になっている。余剰地域から不足地域への移送量の推定値は，潜在可能性と比較して低い。
インドネシアにおけるハラル牛肉流通について，その他の課題として挙げられるのは，牛肉
流通の持続性及びハラル認証である。したがって，①消費者による評価を理解し，②持続可
能なバリューチェーンを評価し，③協働的イノベーションを強化することは，インドネシア
のハラル牛肉産業にとって極めて重要である。本研究は以上の３つを主な柱としている。 
消費者による評価を探究するためには定量的手法を用いた消費者調査が必要である。そこ
で，2018 年 7 月から 9 月にかけて現地調査を実施した。当調査は２つの段階から成る。（１）
ハラル牛肉の属性に対する消費者の評価を明らかにするために，異なるコミュニティに所属
する消費者によるグループディスカッションを，ボゴール，南タンゲラン，デポックの３都
市で実施した。このディスカッションにより，ハラル食肉消費における重要な要素を特定し，
アンケート調査を開発する際の設問内容を得ることができた。（２）インターセプト法によ
る調査をインドネシアの主要都市（マカッサル，クパン，デンパサール，ポンティアナック，
スラバヤ，スマラン，バンドゥン，ジャカルタ，ランプン，メダン）にて実施した。これら
の都市は，高いハラル牛肉消費をもつ人口が最も多い。調査への参加者は中間階級の 440
世帯であり，多段抽出法により選抜され，無作為に抽出した 15 世帯の回答を無効としたも
のである。よって，分析は 425 世帯を対象に実施し，許容誤差は 5％である。データ分析は，
コンジョイント分析およびクラスター分析により行った。 
物財および情報のフロー，ガバナンス，協働的関係を評価するためには，定性的手法を用
いたバリューチェーン分析が必要である。ハラル食肉小売店，ハラル食肉加工業者，肉用牛
生産者をインドネシアにおけるハラル牛肉のバリューチェーンの主なアクターとして調査
対象とした。調査は，４つの地域（ジャカルタ，西ジャワ，東ジャワ，ランプン）３段階の
対面インタビュー調査およびグループディスカッションによって行った。インタビューは半
構造化・自由回答形式の質問によって行った。調査への参加者は 225 名であり，牛肉小売
業者 100 軒，牛肉加工業者 25 軒，大規模・中規模の肉用牛生産者 100 名である。比較によ
る演繹的内容分析を用いた当研究では，複数の研究手法の組み合わせ及びカッパ係による信
頼性の検定により有効性を確認した。カッパ係数は 0.75 を上回り，高い信頼性が確認され
- 5 - 
 
た。 
本研究では，消費者の嗜好が，赤色，残留物ゼロ，最近に生産されたもの，ハラル認証ラ
ベル，清潔，柔らかい，風味といったことにあることを明らかにした（p 値 0.000）。ハラル
牛肉バリューチェーンの個々の主体はこれらハラル牛肉のすべての属性を保証することは
できない。これらの属性を網羅するためには，バリューチェーンの利害関係者によるイノベ
ーションと協働が必要である。 
一方，物質フロー，情報フロー，ガバナンスの側面では，肉用牛生産者，加工業者，小売
業者が一定の品質をもつハラル牛肉確保のために情報を利用しており，廃棄物を減らすため
に情報を利用することは稀であった。インドネシアにおけるハラル牛肉バリューチェーンで
は，情報フローの有効性が主体間で異なる（カッパ係数 0.61）。フィードロット業者は販売
取引から肉牛の輸送に至るまでの完全情報，加工業者はハラルに準じた屠殺プロセスに必要
となる正確な情報，小売業者は消費者に提供を求められる完全かつ有用な情報を重視してい
るなどの違いが明らかになった。バリューチェーンのガバナンスは，ISO（国際標準化機構）
システムの取り組み，免許や許諾，協会への加入といったシステム，マニュアル，規格につ
いて評価を行った（カッパ係数 0.80）。その弱みとして，環境マネジメントシステムである
ISO14001 を取得していないことが指摘できる。 
 協働関係の評価結果は，インドネシアのハラル牛肉サプライチェーンが協調的な取引を行
っている協調関係にあることを示している（カッパ係数 0.78）。信頼や約束に基づき，公式
の契約が結ばれることはなく，取引業者間が互いに監視することは稀で，持続性への関心は
短期あるいは少しに限られ，積極性は少なく相互評価を行わないなどの特徴が見られた。業
者間の連携については，戦略的な連携ではなく，専ら職務上の連携が見られた。ハラル牛肉
の確保については，問題や誤りを減少させる依存性が見られた。 
 経済面の指標では，肉用牛生産者はコストが最も高く，利益は牛肉小売業者よりも低かっ
た。また，肉用牛生産者はその他の主体と比較して高い炭素排出量と水使用量となっていた。
しかし，肉用牛生産者はインドネシアのハラル牛肉産業の中で最も多くの雇用を生み出して
いる。クラスカル・ウォリス検定によると，主体間のそれぞれの指標には有意な差があった
（p 値 0.000）。これらの結果から，各主体間のギャップがバリューチェーンの持続性を脆弱
にしていることが示唆される。 
 価値イノベーションは３点から評価した。①消費者にとっての商品価値イノベーションで
は，ハラル牛肉の脂肪分を取り除くこと，大きさ，東急，味，栄養価，生産地，牛肉の入手
可能性，包装，買い物の立地，店舗における展示，調理の容易さ，トレーサビリティ，価格，
ムスリムショップのオーナーであることといった属性の重視を減じること，新鮮さ，見た目，
ハラル認証ラベル，食感，香り，衛生面，残留物質なし，といった属性を重視することが挙
げられる。オンラインストアのアプリケーションを作成することも考えられる。②加工価値
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イノベーションでは，熟成を取り除くこと，フィードロット業者による牛舎の準備や牛肉生
産者による食肉処理場への肉牛の運搬を続けること，牛肉生産者による屠畜やフォードロッ
ト業者による給餌を増加させること，オンラインサービスや店舗におけるハラル認証の創設
などが挙げられる。③ビジネスモデル・イノベーションでは，協働的取引から協働的プロセ
スへの変革が必要である。例えば，パートナー間の相互監視や長期的な資源管理の改善など
が挙げられる。新たな流通チャネルとしてのオンラインサービスの開発は，情報技術を活用
することも可能である。 
本研究の意義は次の通りである。①インドネシアのハラル牛肉産業の持続可能なバリュー
チェーンを強化するための協働的イノベーションに向けた論拠を提供した。②ハラル，持続
性，バリューチェーンおよび価値イノベーションを統合する枠組みを提供した。③本研究で
示した枠組みは，他のハラル食品産業の分析や発展に適用可能である。 
 
 
審 査 報 告 概 要 
 
本論文は，インドネシアにおけるハラル牛肉の生産・流通構造の現状およびバリューチェ
ーン構築に向けた課題を明らかにするものである。本研究では，消費者によるハラル牛肉の
評価，持続可能なバリューチェーン，関係者の協働によるイノベーション強化の現状分析を
行った。消費者による評価計測では，インドネシアの主要都市から 400 世帯を抽出し，コン
ジョイント分析を実施した。また，バリューチェーン分析では，肉用牛生産者から小売業者
に至る 225 経営体を対象に，聞き取り調査に基づく質的分析を行なった。これらの分析結果
からは，牛肉業界の利害関係者が協働する必要性，利害関係者がそれぞれ必要とする情報が
異なっている現状および情報を共有する必要性，ハラル牛肉業界のイノベーションに向けて
重視すべき商品の特質，利害関係者間が協働すべき内容や認証制度などが示された。 
これらの知見は，インドネシア・ハラル牛肉産業が持続可能なバリューチェーンを強化す
るためのエビデンスを提供するとともに，他のハラル食品産業の分析にも適用可能な枠組み
を提供するものである。よって，審査員一同は博士（国際バイオビジネス学）の学位を授与
する価値があると判断した。 


Enhancing　Collaborative Innovation for Sustainable Value Chain in the Indonesian Halal Beef Industry

金子, 直樹

4417

KANEKO, Naoki

4418

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氏 名   金 子 直 樹 
学位（専攻分野の名称）   博 士（農学） 
学 位 記 番 号   甲 第 834号 
学位授与の日付   令和 3年 3月 21日 
学 位 論 文 題 目   コウチュウ目コガネムシ上科における後翅折り畳み様式および 
胸部の比較形態学的研究 
論 文 審 査 委 員   主査 教 授・博士（農学） 石 川   忠 
               教 授・農 学 博 士 長 島 孝 行 
               教 授・博士（農学） 小 島 弘 昭 
               教 授・農 学 博 士 田 中 幸 一 
 
 
 
論 文 内 容 の 要 旨 
 
 コガネムシ上科は極めて多様な形態と生態を持ち，農林業害虫を多く含むコウチュウ目の
大きな一群であり，古くから多くの研究者の注目を集めてきた。本研究では，コガネムシ上
科に含まれる 11 科 132 属を対象に，3 つの新奇的形態形質（後翅折り畳み様式，中胸背板，
後胸背板）の比較形態学的研究を行い，その基本構造を解明するとともに，各分類群を特徴
づける形質状態を明らかにした。また，得られた各々の分類群の形質情報（共有原始形質，
共有派生形質）を，分子データを基に構築された既存の分子系統仮説と比較・検討すること
で，その系統仮説の信憑性の検証ならびに新たな系統類縁関係の探索を行った。 
 後翅の折り畳み様式：昆虫の翅を題材とする研究は古くから多くの研究者によって行われ
ているが，その折り畳み様式に関する研究は非常に少なく，コガネムシ上科を対象としたも
のはわずかであった。比較観察の結果，本形質は種間や種内における体サイズの変化や生息
環境の違いによって生じる翅形の変化による影響をほとんど受けることがなく，科や亜科の
レベルで一定の特徴を示すことが明らかとなった。また同時に，近縁と考えられる分類群間
で共通の特徴を示すことから系統的に強固な形質であることが初めて明らかとなった。 
 中胸背板：甲虫における中胸背板は体の中心に位置しており，硬化した前翅（鞘翅）の固
定が主な役割であることから，飛翔行動や生息環境などの影響による形質の変異が起こりづ
らく，系統的な制約を強く受ける形質であると考えられた。本形質はコガネムシ上科におけ
る祖先的なグループとして扱われる分類群では，多くの共有原始形質が確認された。その一
方で，中間的および派生的な分類群においては多くの共有派生形質が確認された。特に顕著
な特徴は scutellar process と axillary cord に観察され，派生的な分類群とされるコガネム
シ科の食葉群においては，飛翔時の鞘翅の角度の調整に用いられる axillary cord が大きく
発達しており，これは本グループを特徴づける極めて特異な形質状態であることが明らかと
なった。 
- 2 - 
 
 後胸背板：昆虫の飛翔に関する筋肉の最大の付着点であることから，分類群間で非常に大
きな変異が生じると考えられた。しかしながら，本形質は今回観察された形質の中で，最も
変異の少ない安定した形質状態を示すことが明らかとなった。観察された形質状態の多くは
共有原始・共有派生形質であり，コガネムシ科の食糞群や食葉群といった派生的な分類群
（Scarabaeinae や Cetoniinae）を除いて，特定の科や亜科を特徴づける形質としてはあま
り機能しなかった。しかし観察された形質の内，acrotergite，alacrista，anterior lobe of 
metanotum，posterolateral scutal area などは科間や亜科間の類縁性や進化傾向を考察す
る上で有用な特徴であることが明らかとなった。 
 以上の結果から，今回観察された 3 つの形質は，コガネムシ上科に含まれる各科および亜
科を特徴づけるのに有用であると共に，進化傾向を考察する上でも重要な形質になることが
明らかとなった。また，今回得られた形質情報の多くは既存の分子系統仮説を強く支持して
いることに加え，コガネムシ科などの一部の分類群においては，食葉群と食糞群が系統的に
離れた，独立のクレードを形成するなど，これまでに形態形質の面からは支持されてこなか
った仮説を補完することが可能となった他，新たな類縁関係の可能性が示唆された。 
 
 
審 査 報 告 概 要 
 
コガネムシ上科は多様な形態と生態を持ち，農林業害虫を多く含むコウチュウ目の大きな
一群で，古くから多くの研究者の注目を集めてきた。本研究ではコガネムシ上科に含まれる
11 科 132 種を対象に，3 つの新奇的形態形質（後翅折り畳み様式，中胸背板，後胸背板）に
着目し，詳細な比較形態学的研究を行い，その基本構造を解明するとともに，各分類群を特
徴づける形質状態を明らかにした。また，得られた各々の分類群の形質情報を，分子データ
を基に構築された既存の分子系統仮説と比較・検討することで，その系統仮説の信憑性の検
証ならびに新たな系統類縁関係の探索を行った。その結果，今回観察した 3 形質が高次系統
関係を考察する上でも有用で，既存の分子系統仮説を形態形質の面からも初めて支持する結
果が得られたことに加え，一部の分類群間においては，新たな類縁関係が示唆された。これ
らの研究成果は昆虫形態学ならびに系統分類学，応用昆虫学の発展に寄与する業績と認め，
審査員一同は博士（農学）の学位を授与する価値があると判断した。 


コウチュウ目コガネムシ上科における後翅折り畳み様式および胸部の比較形態学的研究

YOGENDRA GHARTI MAGAR

4419

4420

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氏 名   YOGENDRA GHARTI MAGAR 
学位（専攻分野の名称）   博 士（農学） 
学 位 記 番 号   甲 第 835号 
学位授与の日付   令和 3年 3月 21日 
学 位 論 文 題 目   Effects of Light Quality on the Growth and Flowering in  
Phalaenopsis 
論 文 審 査 委 員   主査 教 授・博士（農学） 馬 場   正 
               教 授・博士（農学） 雨 木 若 慶 
                    農 学 博 士 渡 邊 博 之＊ 
               准 教 授・博士（農学） 野 口 有里紗 
 
 
 
論 文 内 容 の 要 旨 
 
 ファレノプシス(Phalenopsis)は，日本，欧米で鉢物としての需要が高いラン科植物の一
つである。その開花生理については 1970 年代以降に精力的に研究が進められ，栽培温度，
日射量，施肥管理などが生長・開花に及ぼす影響が明らかにされた。ファレノプシスの花成
誘導温度は 20～25℃と狭い温度帯にあり，高品質生産のためには必要十分な光量を与える
ことが必要である。これらの知見が営利生産現場に導入され，日本ではヒートポンプ冷暖房，
保温カーテン，遮光カーテンなどを組み合わせた高度な環境調節技術を用いて周年で開花誘
導を行い，主にギフト用鉢物として出荷されている。しかし，近年の異常気象（異常高温，
春・秋期の曇天による寡日照）によりファレノプシスにとっての適正環境の維持が難しくな
ってきた。冷暖房効率を高めるには遮光カーテン，保温カーテンの利用が必須であるが，こ
れらのカーテン類は日射を遮るため光量が不足がちとなる。ここ数年続く酷暑の夏期は強い
遮光を行わないと開花誘導温度の維持が出来ないため，必要な光量を確保できず開花の遅れ
や鉢物としての品質の低下（開花輪数の減少，小花のサイズダウンなど）が起きている。こ
の対策として不足する日射を補うための人工光による補光がある。従来の光源は発熱が大き
く施設内での利用が困難であったが，近年高輝度化が進む発光ダイオード（LED）は低発
熱光源で，その利用が期待される。しかし，LED ランプには様々なタイプがあり，生産に
用いる補光光源として利用するための基礎的知見がほとんどなかった。そこで，本研究では，
LED の利用を前提とした環境調節技術の開発を目的に，ファレノプシスの生長・開花に及
ぼす光質の影響を解明し，営利生産現場で利用可能な LED ランプの選定と LED 補光の実
地試験を行った。 
 第１に，ファレノプシスの生長・開花に及ぼす光質の影響を，完全閉鎖環境下で LED 光
源のみで栽培して調査した。青，緑，黄，赤，遠赤の 5 種類の LED を用い，白色蛍光灯を
 ＊玉川大学 農学部先端食農学科 教授 
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- 2 - 
 
対照区とした。照射施設が限られるため試験には小型の原種を供試したが，現在の営利品種
の重要な育種親の一つで，営利栽培にも用いられている Phalaenopsis amabilis を選択した。
その結果，青・黄 LED 光は開花を抑制し，赤 LED 光は開花を促進した。これまで長期に
わたって光質の影響をみた例がなかったので，この試験を数年間継続したが，それぞれの光
質の影響は継続してみられた。また，長期の光質照射を続ける中で，光合成には無効な遠赤
LED 光下で頻度は低いものの継続して開花がみられ，遠赤光には赤色光とは異なる開花誘
導促進効果があると思われた。また，草姿にも光質は強く影響し，青 LED 光下では花茎は
短く直立し，小花数は少ないものの着生方向が揃い観賞性が高かった。赤 LED 光下では花
茎は長く横走し，小花数は多いものの各小花が背きあい観賞性が劣った。 
第 2 に，第 1 で得られた結果を基に実験温室下の Phal. amabilis に，日射に加え各種 LED
を用いて補光を行った。昼間補光は 6：00～22：00 の 16 時間，夜間補光は 16：00～22：
00，2：00～8：00 の計 12 時間とした。夜間補光で 22：00～2：00 消灯したのは，ファレ
ノプシスは CAM 型光合成を持つ植物で，終夜照明を行うと代謝が乱れ著しく開花を阻害す
るためである。用いた LED は，青，青緑，緑，黄，赤，温白色の 6 種類とした。春～夏期
の結果では，第 1 の結果と同様，昼間・夜間補光の双方とも赤 LED 光下では花茎が長く小
花数が多く，開花が早まる結果となった。また，青 LED 光下では花茎が短く，小花数は少
なかった。温白色 LED 光下では，赤 LED 光と青 LED 光の中間的な値を示した。この試験
でも栽培を継続して，長期照射の影響を検証しようとしたが，実験温室(厚木市)は空調設備
がなく夏期は猛暑となり，株の消耗が激しく，その影響からか夏期後の株の反応には差がみ
られなかった。 
 第 3 に，営利栽培温室での利用を前提とした補光効果を検討した。すなわち，補光に用い
る光源として，単色の LED 光は光質の影響は強く表れるものの照射下での作業は困難で，
また，高輝度タイプのランプは研究用にのみ作成されており，営利生産に用いるには広く市
販されている照明用白色 LED に準拠するランプが適切と判断した。白色 LED は殆どのも
のが高輝度青 LED に蛍光体を被せて白色としたもので，蛍光体により照射光の光質が異な
る。ファレノプシス生産に適切な白色 LED を選択するために以下の実験を行った。供試材
料は第 2 と同じ Phal. amabilis とし，第 2 の条件で昼間補光を行った。試験区は無補光を
対照とし，冷白色(5,000K)および温白色(2,700K)LED の 3 区とした。その結果，いずれの
白色 LED 光も花成反応を促進したが，冷白色に比べて温白色 LED の方が発生する花茎数
が著しく多かった。これは，温白色 LED 光は冷白色 LED 光よりも赤色光成分を多く含み，
第１，第 2 の結果でみられた赤色光の花成促進効果がより強く表れた結果と考えられた。 
 第 4 に，第 3 で得られた結果を基に，営利栽培温室（神奈川県座間市）に実際に冷白色，
温白色 LED を設置し，主要営利栽培品種である Phalaenopsis Sogo Yukidian V3 への昼間
補光効果を検討した。当該営利温室は，近隣に高層の配送センターが建築されたことにより
- 3 - 
 
日照不足で品質低下が生じていた。その問題となっている温室内に第 3 で用いたものと同じ
2 種類の LED を設置し，補光効果を比較した。冷白色，温白色 LED のいずれも無補光に
比べ花成反応が促進され，花茎発生が早まり，小花数が増え，小花サイズが増大した。この
促進効果は，温白色 LED 光で顕著にみられ，寡日照下での早期開花，品質向上に寄与する
ことが明らかになった。 
 以上の結果から，開花誘導温度下にあるファレノプシスへの LED 補光は寡日照下での花
成促進，品質向上に有効であり，営利栽培に利用する際には白色 LED の中でも赤色光成分
の多い 2,700K 前後の色温度をもつランプ（青 LED 素子に蛍光体を被覆）を用いることが
さらに有用であることが明らかになった。この研究成果で，営利栽培温室での設置が始まっ
ている。 
 
 
審 査 報 告 概 要 
 
Phalaenopsis はラン科植物の一種で現在の鉢物生産では重要な地位を占めている。開花
調節技術などの研究は 1970 年代から精力的に行われ，生産現場でも高度な環境調節技術が
導入され周年生産されるが，近年の夏期高温，秋期曇天などの異常気象で日照不足が生じ高
品質生産が困難になってきていた。そこで，発光ダイオード(LED)による温室内補光技術を
開発するため本研究に着手した。先ず個々の光質に対する反応を完全閉鎖型環境下で原種
Phalaenopsis に単色光を照射することで，花成には赤色光が促進的に作用することを明ら
かにし，その効果を実験温室下での補光処理により確認した。そして，営利栽培での人工光
導入には管理作業等の点から白色をベースにした光が有効と考え，蛍光体の異なる白色
LED の検証を実験温室で行い，赤色光成分が多い温白色 LED の有効性を明らかにした。こ
れらの結果を踏まえ，営利栽培温室で営利栽培品種に対して温白色 LED 補光の有効性を検
証し，花成促進ならびに品質向上に貢献できることを実証した。これらの研究成果は花卉園
芸学の発展に寄与するとともに，生産現場で既に有効活用されている。よって，審査員一同
は博士(農学)の学位を授与する価値があると判断した。 


Effects of light quality on the growth and flowering in Phalaenopsis

小川, 泰浩

4437

OGAWA, Yasuhiro

4438

- 1 - 
 
氏 名   小 川 泰 浩 
学位（専攻分野の名称）   博 士（農学） 
学 位 記 番 号   乙 第 952号 
学位授与の日付   令和 3年 1月 20日 
学 位 論 文 題 目   細粒火砕物堆積斜面の粗粒化に伴う地表安定化過程に関する 
研究 
論 文 審 査 委 員   主査 教 授・博士（林学） 福 永 健 司 
               教 授・博士（林学） 橘  隆 一 
               准 教 授・博士（林学） 矢 部 和 弘 
                    博士（生物資源科学）  岡 本   隆＊ 
 
 
 
論 文 内 容 の 要 旨 
 
火山地域において爆発的噴火が発生すると，周囲の山腹斜面に大量の火山砕屑物（火砕物）
が堆積する。既存植生が火砕物で埋没した後の山腹斜面では，植生回復が困難になる。さら
に大量の火砕物が不安定な状態で斜面に堆積するため，火山活動の影響を受けずに降雨や地
震の作用で容易に土砂が移動する。よって，火砕物が堆積している山腹斜面の下流域では，
火山活動とは直接関連のない 2 次的な土砂移動から人命や財産を守る防災対策が重要課題
となる。こうした土砂移動を防止するために従来から行われてきた治山砂防工事では，上流
域の山腹斜面に堆積した不安定な火砕物の早期安定化が求められている。 
爆発的噴火で空中に放出された火砕物は，時間差で山腹斜面に堆積する。はじめに風の影
響を受けずに降下する粒径の大きい火砕物が堆積し，その上位に風とともに空中で分級され
た粒径の小さい火砕物が遅れて堆積する。このうち，シルトや粘土を含む細粒の火砕物が堆
積した斜面では透水性が急速に悪化するため，通常より少ない降雨量で発生した地表流が粒
径の小さい火砕物を流亡させて，その結果として表面侵食が発生する。 
火砕物が斜面に堆積すると斜面の最上位に位置している細粒の火砕物が流亡するととも
に地表の火砕物の粒径が粗くなる「火砕物の粗粒化」が生じることが知られている。しかし，
火砕物が粗粒化する過程や，粗粒化した後の緑化植物による植生回復に与える影響について
は多くの点が不明である。 
本研究では，長崎県島原半島の平成新山の山腹斜面を対象として，1991 年以降の噴火に
よって斜面に堆積した火砕物の粗粒化過程を把握し，火砕物の粗粒化が緑化植物の植生回復
に与える影響の解明を目的とする。さらに火砕物の粗粒化と植生回復による地表の安定化を
統合し，火砕物堆積斜面における地表安定化過程として連続的に解釈した。 
第 1 章では，前述した山腹斜面に時間差で分級し堆積した粒径が異なる 2 種類の火砕物
 ＊国立研究開発法人森林研究・整備機構 森林総合研究所山地災害研究室 室長 
- 2 - 
 
について，下位の粗粒火砕物とその上位の細粒火砕物に分類し，次のように定義した。細粒
火砕物の下位に位置し，砂や礫のような粗粒土砂を主体とする火砕物を「粗粒火砕物」，0.075 
mm 以下のシルトや粘土のような細粒土砂を主体とする粗粒火砕物の上位にある火砕物を
「細粒火砕物」とした。つづいて，これまでの火砕物堆積斜面における地表の粗粒化や植生
回復に伴う地表安定化に関する研究の背景や既往研究の問題点を論じた。最後に本研究の目
的と流れを示した。 
第 2 章では，火砕物の粗粒化に伴う火砕物の堆積構造と物理性の変化を議論するため，平
成新山南東側の裸地状態の火砕物堆積斜面において，粒径組成と透水性に関する実態調査を
おこなった。その結果，粗粒火砕物の上位に堆積する細粒火砕物はシルトと粘土で構成され，
飽和透水係数は 1.70×10-4 cm/s と低い値であった。このことから細粒火砕物は自身の流亡
につながる地表流を容易に発生させる性質があると推察された。この細粒火砕物が地表流に
より流亡すると下位の粗粒火砕物が露出すると考えられた。この粗粒火砕物は，礫を主成分
とする厚さ 0.5~2.0 cm の粗粒層が上位に位置し，その下位に砂と礫を主体とする火山砂礫
層が位置する 2 層構造を有していた。粗粒層は，下位の火山砂礫層よりも細粒土砂を欠いた
粒径組成であることから，粗粒火砕物中の細粒分が地表流によって流亡した結果，形成され
たと推察した。粗粒火砕物の飽和透水係数は 5.38×10-3 cm/s となり，細粒火砕物と比較し
て高かった。この理由は，細粒火砕物の流亡によって火砕物の堆積構造が多孔質な状態に変
化したためと考えられた。よって，細粒火砕物の流亡によって火砕物の上位に位置づけられ
た粗粒火砕物は，堆積構造が多孔質に変化し，流亡する前に火砕物の上位にあった細粒火砕
物よりも透水性が上昇したと推察された。 
第 3 章では，第 2 章の結果から推察した火砕物の粗粒化過程を議論するため，噴火当時
に現地で採取した細粒火砕物を粗粒火砕物の上位に人工的に散布して被覆し，細粒火砕物の
流亡による火砕物の粗粒化を再現する野外試験を行った。その結果，火砕物の粗粒化は，雨
期に 2 つの段階を経て進行することが明らかとなった。最初の粗粒化第 1 段階では，小雨
期に発生した少量の地表流によって上位の細粒火砕物の一部で流亡が始まり，続く多雨期に
発生した大量の地表流によって残りの細粒火砕物と下位の粗粒火砕物の一部がともに流亡
し，地表に粗粒火砕物が露出した。次の粗粒化第 2 段階では，粗粒火砕物の透水性の上昇に
よって雨量に対する地表流の応答流出量が減少し，流出土砂の主要な粒径が礫から砂に細粒
化した。これらの結果は粗粒火砕物の透水性が上昇したことを示すものである。流出土砂の
細粒化によって，地表では礫が取り残されて粗粒層が形成したと考えられた。以上の野外試
験によって，第 2 章の現地調査結果から得た火砕物の粗粒化過程に関する推察が実証された。 
第 4 章では，粗粒化した火砕物堆積斜面において植生回復に伴う地表流と土砂流出の減少
による地表安定化過程を議論した。そのために平成新山南東側で火砕物が粗粒化した後に緑
化された火砕物堆積斜面に流量観測施設を設けて地表流の流量や流出土砂量を計測し，植生
- 3 - 
 
調査で植物の生育状況を把握した。その結果，粗粒化した火砕物に散布された液体状の緑化
資材は，地表面の多孔質な粗粒層に浸透し，定着したと推測された。このように粗粒化した
火砕物は，液体資材の定着に寄与していた。液体資材が定着した斜面では，緑化施工 1 年目
に緑化草本が急速に被覆し，施工 5 年目以降に草本と小型低木で構成された植物群落が完成
した。施工開始後 4 年間は草本中心の面的被覆によって，年土砂流出量が漸減した。それに
続き，草本に加えて小型低木の植物群落による立体的被覆が完成した緑化施工後 5 年目以降
は，土砂流出が年間を通じてほとんどなくなった。このように草本と小型低木による 2 段階
の植生回復に調和して年土砂流出量が減少した。緑化施工後 1 年目から 4 年目までの年土
砂流出量が漸減している時期を植生回復第 1 段階，緑化施工後 5 年目から土砂流出が無く
なった時期を植生回復第 2 段階に分けると，各段階で土砂流出特性は明確に異なっていた。
以上から緑化斜面における降雨流出観測と植生調査によって，植生回復による 2 段階の地表
安定化過程が明らかになった。 
第 5 章では，これまでの結果をとりまとめ，火砕物堆積斜面の地表安定化過程を総合的に
考察した。細粒火砕物の流亡試験の結果から植生回復による地表安定化には，2 段階の粗粒
化が不可欠な現象であることが結論付けられた。すなわち粗粒化第 1 段階では，降雨状況に
応じて上位に堆積した細粒火砕物が流亡し，多雨の時は下位の粗粒火砕物の一部が細粒火砕
物とともに流亡して，次第に下位の粗粒火砕物が地表に露出する。これに続く粗粒化第 2
段階では，粗粒化第 1 段階よりも火砕物の透水性が上昇することによって，降雨に対する地
表流の応答流出量が減少する。粗粒火砕物のうちの砂以下の細粒土砂が選択的に流亡し，細
粒土砂よりも受食性が低い粗粒土砂（礫）が取り残された結果，礫が主成分の粗粒層が形成
し，地表の火砕物が 2 層構造となる過程である。粗粒化第 2 段階の粗粒層の礫は，多雨期
に発生する地表流で流亡するので，植生被覆による粗粒層の侵食防止が必要である。2 段階
の粗粒化過程で形成した多孔質な粗粒層に液体状緑化資材が浸透して，粗粒層が植物生育基
盤の役割を果たした。こうして植物定着に有利な条件が整った斜面では，次に示す 2 段階の
植生回復プロセスが明らかになった。植生回復第 1 段階は，粗粒層における草本の植生回復
に応じて流出土砂が経年的に漸減する過程である。これにつづく植生回復第 2 段階は，草本
と小型低木の群落が完成によって年間を通して土砂流出がほぼゼロを持続する地表安定化
過程である。 
本研究では，粗粒火砕物が持つ植物生育基盤としての役割を考慮して，地表の粗粒化過程
と植生回復過程を統合した地表安定化過程を次のように示した。すなわち，粗粒層を有する
火砕物は，生育基盤として有効な多孔質構造であり，この構造が植物や緑化資材の定着を促
し，表面侵食から植生回復への中継ぎを進展させる。この中継ぎを経た 2 段階の植生回復が
表面侵食を防止する地表安定化過程である。このように火砕物の粗粒化過程を考慮すること
によって，火砕物堆積斜面の地表安定化過程が連続的に解釈できることを立証した。 
- 4 - 
 
第 6 章では，本研究から得た成果の利活用を検討した。最初に地表の粗粒層が持つ生育基
盤としての役割を利用し，種子散布に限定された液体状緑化資材に代わり，種子散布と植栽
のどちらも選択可能な表面侵食防止資材を提案した。次に，この表面侵食防止資材を活用し
た山腹緑化工法として点群緑化工法を新たに提案し，本工法の課題と今後の展開を述べた。 
第 7 章は，本研究の総括を行った。そして，平成新山の地表安定化過程から見出された課
題を検討した。噴火活動終了後も継続する立ち入り規制により火砕物の流亡状況の把握が非
常に困難な火砕物堆積斜面における粗粒化過程を把握する観測技術の開発が進展すれば，火
砕物の流亡実態に合わせた適切なタイミングで航空緑化工や点群緑化工を行うことが可能
になるであろう。 
 
 
審 査 報 告 概 要 
 
本論文は，1990 年に活動が始まった雲仙普賢岳において，これまで未知であった火砕物
が厚く堆積した火山山腹斜面における火砕物の安定化過程の詳細を現地調査や現地再現実
験により明らかにしたものである。堆積火砕物の上層の不安定な細粒火砕物が降雨で流亡し
て下層の粗粒火砕物が露出し，さらにその表層で粗粒化が起きることで耐侵食性が高まり，
植生回復においてもプラスに働くことを突き止めた。本研究成果は，他の噴火パターンにお
いても十分適用可能な新知見が含まれ，また噴火終息後の防災対策や植生回復に関する有用
な情報を見出しているものと評価された。よって審査員一同は学位請求者に博士（農学）の
学位を授与するに値すると判断した。 


細粒火砕物堆積斜面の粗粒化に伴う地表安定化過程に関する研究

玉木, 志穂

4406

TAMAKI, Shiho

4407

日本における食事形態の選択行動に関する実証的研究

東京農業大学博士（バイオサイエンス

豊島, 拓樹

4363

TOYOSHIMA, Hiroki

4364

- 1 - 
 
氏 名   豊 島 拓 樹 
学位（専攻分野の名称）   博 士（（バイオサイエンス） 
学 位 記 番 号   甲 第 808号 
学 位 授 与 の 日 付   令和 3年 3月 20日 
学 位 論 文 題 目   過酷な環境下から単離された微細藻類の新規な光酸化ストレス 
防御メカニズムに関する研究 
論 文 審 査 委 員   主査 教 授・博士（理学） 太 治 輝 昭 
               教 授・博士（農学） 川 﨑 信 治 
               教 授・博士（農学） 朝 井   計 
               教 授・農 学 博 士 新 村 洋 一 
                    博士（理学） 小 杉 真貴子＊ 
 
 
 
論 文 内 容 の 要 旨 
 
背景・目的 
光合成生物は強光を伴う高塩分や乾燥などの環境ストレス下では，活性酸素種の生成を伴
う光酸化ストレスが発生し枯死に至る。所属研究室では一般植物の生育が困難な環境に生育
する光合成生物は新規な生命応答を持つ可能性を推定し，優れたストレス耐性能を有する微
細藻類の探索と単離を行ってきた。単離株の中で真夏のアスファルトから単離した微細藻類
Ki-4株は，モデル藻類が枯死する光酸化ストレス下で藻体を赤色化し長期間生存する高い耐
性能を示した。この赤色物質は真核の光合成生物では報告例がない水溶性のカロテノイド結
合タンパク質に由来することが判明し，本タンパク質はアスタキサンチンを結合することか
らAstaPと命名された。AstaPは細胞表層移行シグナルを持ち，光酸化ストレス付与後に細
胞内で大量に蓄積すること，また水溶液中での1O2消去活性を持つことから細胞表層での日
焼け防止と活性酸素防御の二機能性を持つタンパク質であることが推定された。一方，Ki-4
株が示す高い光合成回復力やAstaPの発現機構を含む光酸化ストレス耐性の総合的な分子
メカニズムは未解明である。そこで本研究ではKi-4株が光酸化ストレス耐性を獲得する分子
プログラムの解明を目的として研究に着手した。 
 
方法・結果 
1．Ki-4株の系統分類学的な種の同定について 
Ki-4株は18S rRNA遺伝子に基づいた系統分類から，イカダモ科に属する緑藻であること
が推察されたが，種の同定は未着手であった。そこで分子系統学的，および形態学的な解析
を行った。 18S rRNA 遺伝子及び ITS2 配列解析の結果， Ki-4 株はイカダモ科
(Scenedesmaceae)のCoelastrella属内で独立したクレードを形成した。また微細藻類の分類
 ＊自然科学研究機構 アストロバイオロジーセンター 特任研究員 
- 2 - 
 
同定に重要な指標となる細胞形態を光学顕微鏡及び電子顕微鏡を用いて観察した結果，既知
種とは異なる細胞表層の特徴を示した。以上からKi-4株はイカダモ科に属する新種と決定し，
Coelastrella astaxanthina Ki-4と命名・受理された。 
 
2．光酸化ストレス下での光合成回復過程の解析と細胞形態変化の観察 
Ki-4株はAstaPに代表されるユニークな光酸化ストレス応答性を示す。そこで光酸化スト
レス付与後に観察される光合成活性の回復と細胞形態の変化について解析を行った。Ki-4
株は強光が伴う光酸化ストレス（800 μmol photons, 0.7 M NaCl）付与直後に光合成反応が
急激に低下したが，同ストレス環境下にありながら1時間以内に光合成活性を回復し，18時
間後には光合成活性を約60％回復する様子が観察された。その後は1週間にわたり光合成活
性を維持しながら肥大化し，最終的に休眠細胞の形態へと変化した。この光合成活性の回復
過程で，光酸化ストレス耐性を獲得するための代謝を行うことが推察された。以上の結果か
ら，光合成回復期について，ストレス付与後24時間までを回復期，それ以降を耐性期と２
区分した。 
 
3．光酸化ストレス下でのAstaPタンパク質と補因子アスタキサンチンの生合成 
AstaPは光酸化ストレス下で大量に発現することから，Ki-4株の光酸化ストレス防御系の
中枢を担うタンパク質と推察される。そこでAstaPの発現プロファイルを解析した。その結
果，astaP 遺伝子は光合成回復期のストレス付与3時間後から顕著な発現誘導を示した。一
方，AstaPタンパク質はストレス付与後24時間後から発現・蓄積が観察された。補因子であ
るアスタキサンチンの新規生合成はストレス付与6時間後から徐々に開始され，その後1週
間に渡り増加し続けた。以上の結果，Ki-4株は光酸化ストレス下で，AstaPを光合成回復期
ではなく，長期的なストレス耐性に利用するために生産・蓄積することが推察された。興味
深いことに，ストレス耐性期の細胞内総カロテノイド含量に占めるアスタキサンチン含有量
はルテインより低く，同じ二次カロテノイドであるアドニキサンチンやカンタキサンチンな
どと同程度であったことから，AstaPは細胞内でアスタキサンチンを選択的（嗜好的）に結
合し，アスタキサンチンを細胞表層に局在化するために機能するタンパク質であることが示
唆された。 
 
4．光酸化ストレス耐性発現の分子プログラム：転写産物と代謝産物の解析 
Ki-4 株は光酸化ストレス付与直後に光合成活性を回復するが，その回復を可能とする分
子プログラムは不明である。そこで網羅的な転写産物解析を行った。ストレス付与直後から
一週間後までの細胞を経時的にサンプリングし，cDNA ライブラリの作製と RNA-seq 解析
を行った。その結果，光合成回復期初期のストレス付与 3 時間後に astaP を含む数多くの
- 3 - 
 
遺伝子の協奏的な発現変動が観察された。ストレス付与 3 時間後に発現が上昇した遺伝子の
上位 30 遺伝子のうち半数以上が機能未知遺伝子と同定されるなど，遺伝子機能からの光合
成回復の分子機構予測は困難であった。そこでストレス付与に伴い変化する代謝産物を網羅
的，かつ経時的に解析し，回復期に行われるストレス代謝系の同定を目指した。LC/MS と
GC/MS を用いたメタボローム解析の結果，ストレス付与直後の顕著な遺伝子発現変動を伴
わない時期にスクロースを含む糖組成の変化が観察された。またストレス付与 3 時間以降か
らは複数の代謝産物の組成変動が観察された。以上の結果から，ストレス付与直後は糖代謝
を変動させて一時的に浸透圧の変動を緩和・適応することで，光合成の回復を可能にする分
子機構の存在が示唆された。astaP を含む遺伝子の協奏的な発現が観察されるストレス付与
3 時間以降からは，二次カロテノイド組成やアミノ酸組成の顕著な変動が観察されたことか
ら，細胞内の主要な代謝産物組成を変化させることで，長期的なストレス耐性を獲得する分
子機構の存在が推察された。 
 
5．光合成解析によるユニークな光エネルギー散逸機構NPQの同定 
光合成生物は強光ストレスに対処する手段として光化学系における余剰の光エネルギー
を散逸する複数の機構を持つことが報告されているが，Ki-4株では未同定であった。そこで
クロロフィル蛍光により光化学系の量子収率や光エネルギーの熱散逸を測定するPAM 蛍
光法 (pulse amplitude modulated fluorometry) を用いて，余剰の光エネルギー散逸機構の
存在と特徴を明らかにするための解析を行った。解析の結果，Ki-4 株は光を当てた直後に
強力な非光化学的消光 (Non-Photochemical Quenching : NPQ, 余剰な光エネルギーを熱
として消散するシステム) を誘導し，電子伝達活性の回復と共に数分のうちに解消する様子
が観察された。光照射直後の蛍光増加により，NPQが誘導される過程はモデル藻類
Chlamydomonas reinhardtii NIES-2238にも観察されたが，Ki-4株は特に蛍光消光の割合
が大きく，その解消も遅いことから，C. reinhardtiiよりも強力なNPQを所持する可能性が
推察された。そこでメカニズムの詳細について知見を得るべく，緑藻および植物の代表的な
NPQであるキサントフィルサイクルや，光化学系の電子伝達反応に対する各種阻害剤を用
いて解析を行った。一般的な光合成生物は，炭酸固定系の活性が暗条件で抑制され，光照射
直後にプラストキノンプールの還元に伴って一時的にクロロフィル蛍光が上昇する。Ki-4
株はこの過程でチラコイドルーメンに蓄積されたプロトンにより，強力なNPQが誘導され
るメカニズムを持つことが示唆された。 
本NPQのKi-4株以外の分布を確認するために，他の微細藻類を用いて観察した。その結
果，Ki-4株の近縁種や当研究室で単離された株において類似のNPQが観察された。また，
近縁種であってもストレス感受性を示すScenedesmus obliquus SAG 276-3a には同NPQ
の誘導が観察されず，本NPQは高い光酸化ストレス耐性を示す微細藻類が持つ特徴の1つで
- 4 - 
 
あることが示唆された。 
 
総 括 
本研究では，Ki-4 株が示す高い光酸化ストレス耐性能を可能とする分子機構の解明を目
的として研究を行った。PAM 解析の結果から，Ki-4 株はストレス付与前から光エネルギー
を散逸するためのユニークな NPQ を保持することが示唆された。光酸化ストレス付与直後
から３時間後までのストレス応答初期には，光合成反応を速やかに停止し，余剰の光は強力
な NPQ により熱に変換すると同時に，糖代謝を変動させることで一時的な浸透圧ストレス
ショックを回避すると推察した。3 時間後からは astaP 遺伝子の誘導を含む新規遺伝子群
を協奏的に発現し，ストレス耐性に必要な代謝系への切り替えを行って光合成を回復すると
共に，アスタキサンチンを含む二次代謝産物の生産を開始した。24 時間以降の耐性期では
二次カロテノイド類の生産を継続し，AstaP の蓄積，藻体の赤色化，油滴やデンプンの蓄積
などを伴う肥大化が起こり，最終的に細胞がシスト状態へと変化する様子が観察された。代
表的なアスタキサンチン生産藻として知られる Haematococcus pluvialis では，強光条件下
でアスタキサンチン油滴を細胞内部から細胞表層に移行させることで細胞内部を強光から
防御する機構が報告されている。つまり藻類がシスト細胞として長期間生存するためには，
アスタキサンチンを細胞壁周辺に局在化することは有用であり，Ki-4 株は AstaP を利用す
ることで類似の強光防御効果を実現する可能性が示唆された。また，共同研究者による Ki-4
株のプロテオーム解析の結果，既知の抗酸化タンパク質と共に RNA-seq で同定された機能
未知タンパク質の発現誘導や，Rubisco など炭酸固定に必要なタンパク質の減少が観察され
た。すなわち，Ki-4 株はストレス付与後に成長に必要な代謝を抑制しつつ，ストレス耐性
に必要なタンパク質群を発現する分子機構を持つことがタンパク質レベルからも観察され
た。以上により，Ki-4 株は光合成生物が持つ既知のストレス応答機構と共に報告例のない
複数の光酸化ストレス耐性機構を駆動することにより光酸化ストレス耐性を獲得すること
が示唆された。今後は確立されつつある真核微細藻類の遺伝子改変技術などを用いることで，
機能未知遺伝子の機能同定やユニークなNPQシステムの反応に関与するタンパク質の同定
を行うことが望まれる。 
 
 
審 査 報 告 概 要 
 
過酷な生育環境に生息する光合成生物は新規な生命維持機構を持つ可能性を推定し，東京
農業大学前の真夏のアスファルト道路から単離した真核微細藻類 Ki-4株が持つ優れた環境
ストレス防御機構の解明を目的として研究を行った。本研究では，Ki-4株の生物分類を行
- 5 - 
 
い，イカダモ科の新種であることを提唱し，Coelastrella astaxanthina Ki-4として受理
された。本藻は光合成生物では報告例のないアスタキサンチンを水溶化するタンパク質 As- 
taPを保持・蓄積することが最大の特徴であるが，本研究から AstaPが光酸化ストレスに応
答・蓄積するメカニズムが推定され，かつ AstaPがアスタキサンチンを細胞内で選択的(嗜
好的)に結合する能力を持つことが判明した。また PAM蛍光法を用いて本藻が光合成生物で
類例に乏しい NPQ(非光化学的消光:Non-Photochemical Quenching)を持つことを発見した。
本研究の結果，植物生理学的に新規な複数の知見が得られたことから，審査員一同は博士（バ
イオサイエンス）の学位を授与する価値があると判断した。 


過酷な環境下から単離された微細藻類の新規な光酸化ストレス防御メカニズムに関する研究

玄, 成秀

4365

GEN, Seishu

4366

ガン抑制タンパク質TSC2のメチル化による新規な制御機能の解析

山根, 美代

4373

YAMANE, Miyo

4375

- 1 - 
 
氏 名   山 根 美 代 
学位（専攻分野の名称）   博 士（農芸化学） 
学 位 記 番 号   甲 第 813号 
学位授与の日付   令和 3年 3月 20日 
学 位 論 文 題 目   オオムギにおける HCAA 生合成酵素アグマチンクマロイルトラ 
ンスフェラーゼ（ACT）の解析 
論 文 審 査 委 員   主査 教 授・博士（農学） 松 島 芳 隆 
               教 授・博士（農学） 横 田 健 治 
               教 授・博士（農学） 矢 嶋 俊 介 
               准 教 授・博士（農学） 須 恵 雅 之 
                    博士（農学） 石 原   亨＊ 
 
 
 
論 文 内 容 の 要 旨 
 
背景と目的 
植物は，生命維持に必須である生物共通の化合物（一次代謝産物）を基に，新たな構造・機能
をもつ化合物（二次代謝産物）を作り出す能力を有する。移動の自由を持たない植物は，これら二
次代謝産物を環境適応や他生物との相互作用に利用しているため，進化の過程で植物体内に蓄
積される化合物種は極めて変化に富むものとなり，植物の多様性を生み出す要因の一つとなって
いる。二次代謝産物の役割は様々で，例えば，送粉者の誘引や植物体の物理的強度の維持，ま
た，病原菌や昆虫に対して毒性をもつことによる自己防御物質としての機能などがあげられる。 
ヒドロキシ桂皮酸アミド類 (HCAA)は桂皮酸類とアミン類がアミド結合した植物二次代謝産物で
あり，多くの植物種でストレス誘導的に蓄積する防御物質としての役割を持っている。しかし，イネ
科の主要作物であるオオムギ (Hordeum vulgare)においては，健康な実生でも高濃度のHCAA蓄
積がみられる。さらにHCAAはオオムギ特有の防御物質であるホルダチン類の前駆体としても利用
されており，オオムギの二次代謝と化学的防御を特徴づける重要な化合物であるといえる。一方で，
同じイネ科植物であるイネやコムギの実生は非ストレス条件下で HCAA をほとんど蓄積せず，なぜ
オオムギだけが HCAAを多量に蓄積できるのかは明らかになっていない。 
オオムギにおける主要な HCAA はクマロイルアグマチン(CouAgm)とフェルロイルアグマチン
(FerAgm)である。これらの生合成経路において，その最終段階となるアシル基転移反応は，
BAHDスーパーファミリーの N-アシル基転移酵素，アグマチンクマロイルトランスフェラーゼ (ACT)
により触媒される。BAHD スーパーファミリーは，アシル CoA エステルからヒドロキシ基またはアミノ
基へのアシル基転移反応を触媒する植物酵素群であり，その一次構造や基質となる化合物，役割
は非常に多様である。近年の遺伝子情報の拡充に伴い，膨大な数の酵素遺伝子が BAHDスーパ
ーファミリーに属すると予測されているものの，実際に生化学的な性質が解析されているものは少
 ＊鳥取大学 農学部 教授 
- 2 - 
 
ない。さらに，立体構造が解明されているメンバーは 10 種の O-アシル基転移酵素のみであり，N-
アシル基転移酵素の報告は未だない。生合成酵素の立体構造情報は，基質認識や反応機構など，
酵素活性発現に必要な構造的要因を明らかにするために欠かせないものである。そしてその情報
は，植物二次代謝化合物の構造的多様性と進化の理解，さらには品種改良や代謝工学への応用
につながることが期待される。そこで本研究では，オオムギを中心としたイネ科植物の HCAA 生合
成を，特に ACTの酵素学的観点から解析した。 
 
1. イネ科植物の HCAA 定量 
オオムギ実生はHCAAとしてCouAgmを多量に蓄積することが知られている一方で，イネやコム
ギの HCAA 含有量は非常に少ないことが示されている。しかし，これまでに報告されているデータ
は同じ栽培，分析条件下で定量されたものではないため，まずは同一条件下での HCAA 定量を
行った。供試植物としてオオムギ，コムギ (Triticum aestivum)，イネ (Oryza sativa)およびHCAA二
量体を蓄積するオオムギ属の草本植物，ムギクサ (H. murinum)を使用した。それぞれの種子を播
種後，24時間ごとに地上部を回収し，CouAgmおよび FerAgmを LC/MSで定量したところ，オオム
ギとムギクサでは高い濃度の HCAAが検出された。一方で，イネとコムギでは検出限界以下であっ
たことから，非ストレス条件下においてオオムギとムギクサは，イネとコムギをはるかに上回る高濃度
で HCAAを蓄積していることが確認できた。 
 
2. イネ科植物の ACT 単離および転写量解析 
オオムギACT (HvACT1)は，ACT活性を有する酵素として初めて単離・同定された酵素である。
コムギでは，近年，赤かび病抵抗性品種のメタボロームおよびゲノム解析により，抵抗性遺伝子の
候補として KT962210 が報告された。この遺伝子は，コムギの遺伝子発現抑制や CouAgm 生産能
を欠損したシロイヌナズナでの相補実験により，ACT 活性を持つ酵素をコードしていると推測され
ている。一方で，コムギの遺伝子データベース上では HvACT1 により高い相同性を示す部分配列
が認められることから，コムギでは KT962210 とは別の遺伝子が HvACT1のオルソログとして存在し
ている可能性が予測された。また，イネにおいて HCAA 生合成に関与する遺伝子候補として，
OsAHT1 および Os09g0544000 が報告されている。一方で，ムギクサにおいては ACT に関する報
告はいまだない。そこでまず，これらのイネ科より HCAA の生合成に関与しうる ACT の取得を試み
た。 
遺伝子データベースの検索および 5-，3-RACE 法などを用いて，HvACT1 と高い相同性をもつ
2 つの新規配列 (TaACT1-1，TaACT1-2)をコムギから取得した。逆にオオムギからは，コムギの
KT962210 と高い相同性を持つ遺伝子を単離して HvACT2 とし，コムギの KT962210 を TaACT2 と
した。さらに，今回得られた ACT様遺伝子間で保存性の高い領域より設計したプライマーを用いて，
ムギクサより新規配列 (HmACT)を得た。 
- 3 - 
 
単離した ACT 様配列を分子系統解析したところ，すべての酵素は BAHD スーパーファミリーの
clade IVa に分類された。さらにコムギ連由来 ACT は ACT1 (HvACT1, TaACT1-1，TaACT1-2)と
ACT2 (HvACT2，TaACT2，HmACT)の 2つのサブグループに分けられた。また，ACT1 と ACT2遺
伝子はともに，オオムギとコムギの同一の染色体上で互いに近接して座乗していることが明らかとな
った。 
次に，各 ACT 様遺伝子を qPCR により定量するため，播種後 96 時間までの植物体地上部から
経時的に cDNAを調製し，転写産物の絶対定量を行った。その結果，オオムギ HvACT1の転写量
が最大であり，次いでムギクサ HmACT の転写量が大きいことが示された。一方で，他の ACT 様遺
伝子は転写レベルが非常に低く，イネ科植物HCAA蓄積量とACT様遺伝子の発現量の間に相関
が認められた。 
 また，ACT 転写量の病原菌に対する応答を調べるため，ムギ類赤かび病の病原菌である
Fusarium graminearumを播種後 3週間のオオムギ第 3葉に接種し，24時間後の遺伝子発現量を
定量した結果，HvACT1のみが分生子の接種により有意に増加することが明らかとなった。 
 
3. イネ科 ACT の活性評価 
取得した ACT 様遺伝子がコードするタンパク質の活性を調べるため，大腸菌を宿主として異種
発現させ，金属アフィニティークロマトグラフィーにより精製した。基質として p-クマロイル-CoA やフ
ェルロイル-CoA などの桂皮酸類 CoA エステルと，アグマチン，プトレシンなどのアミンを用いて活
性を評価した。その結果，全ての遺伝子が HCAA 生成能を持つタンパク質をコードしていることが
示されたが，イネの酵素は他植物に比べて極めて弱い活性しか示さなかった。また，いずれの酵素
も全ての CoAエステルに対して活性を示し，酵素間で特定の CoAエステルに対する Km値に大き
な差は認められなかった。その一方で，アシル基受容体であるアミンに対しては基質認識が厳密で
あり，コムギ連のACTでアグマチンへの高い特異性が見られた。今回検討した酵素の中では，最も
遺伝子転写量の大きいオオムギ HvACT1 が最大の kcat値と kcat/Km 値を示し，オオムギが多量の
HCAA を蓄積する理由が HvACT1 にあることが示された。一方で，ムギクサ HmACT の酵素活性
がそれほど大きくないにもかかわらず，ムギクサにも HCAA が比較的多く蓄積することを考えると，
酵素活性よりも転写量の寄与するところが大きいといえる。 
アシル基受容体であるアグマチンに対する親和性でコムギ連の ACT を比較したとき，Km値が 5 
M より小さいグループ (HvACT1，TaACT1-1)と，Km値が 130 M より大きいグループ (HvACT2，
TaACT2，HmACT)に明確に分かれた。この酵素活性による分類は前述の一次構造に基づくグル
ープ分けと一致したため，一次構造のグループ間差が三次構造の差異につながり，その差がアシ
ル基受容体に対する基質認識の違いに反映されている可能性が示された。 
 
 
- 4 - 
 
4. HvACT1 および TaACT2 の構造解析 
BAHD スーパーファミリーの結晶構造解析例はまだ少なく，特にアシル基受容体の認識に関す
る情報は非常に限られたものである。加えて，アミド生成に関わるN-アシル基転移酵素の立体構造
についてはいまだ報告がなく，基質認識や反応の機構は明らかになっていない。そこで，HCAA
生合成に関わる触媒能が最も高いオオムギHvACT1と，アグマチンに対する親和性がHvACT1と
は異なるコムギ TaACT2 を対象とし，ACT の結晶構造解析を試みた。結晶化に際しては，活性評
価の項と同様に ACT を発現・精製後，さらにゲルろ過クロマトグラフィーと陰イオン交換クロマトグラ
フィーにより高度に精製した。精製タンパク質を濃縮し，結晶化条件スクリーニングを行ったところ，
HvACT1 では板状，TaACT2 では柱状の結晶が形成されたため，これらを X線構造解析に供した。
この結果，HvACT1は 1.8 Å，TaACT2は 2.3 Åの分解能でアポ体の結晶構造解析に成功した。両
酵素とも非対称単位に 1分子が含まれ，HvACT1結晶では構造中の 9つの Cys残基のうち，分子
表面にある 8つのCys側鎖がジメチルアルシン化されていた。また，両酵素の全体的なフォールデ
ィングは互いに類似しており，2-layer--sandwich アーキテクチャをもつ 2 つのドメインから構成さ
れていた。2 つのドメイン間を通るように溶媒トンネルが酵素を貫通しており，このトンネルの中心部
には触媒中心となる His 残基が露出していた。これらの特徴はこれまでに構造が解かれている
BAHDスーパーファミリーの O-アシル基転移酵素と共通していた。 
 アグマチンと相互作用する残基を特定するために，共結晶やソーキングによるアグマチン―ACT
複合体の構造解析を試みたが，複合体構造の解明には至らなかった。そこで，構造既知のソルガ
ム由来シキミ酸ヒドロキシシンナモイルトランスフェラーゼ (SbHCT)の基質複合体構造をもとに，ア
グマチンと相互作用するアミノ酸残基の推定を試みた。アシル基受容体の cavity 形成に関与しうる
残基を HvACT1 と TaACT2で比較したところ，構成アミノ酸残基はすべて一致していた。しかし，ア
シル基受容体入口の立体構造に顕著な違いが確認された。まず，入口に位置する Phe39 側鎖の
配向が大きく異なり，HvACT1では側鎖が酵素内側を向いていて触媒中心のHis残基の近傍に位
置するのに対し，TaACT2 では Phe39 の側鎖は外側に向かって突き出していた。また，TaACT2 の
Phe39 の側鎖は電子密度が低いことから，占有率が低いことが示された。このことは，コムギ
TaACT2においてPhe39側鎖の向きが固定されていないことを示唆している。さらに，HvACT1のア
シル基受容体入口付近に位置するループ構造を決定することができたが，TaACT2 においてこの
ループに対応する領域の電子密度は観測されず，構造が固定されていないことが示唆された。こ
のループは Phe39 と相互作用しうる位置にあることから，このような基質結合部位入口構造の柔軟
性（不安定性）が，TaACT2のアグマチン結合部位の構造に影響を与え，親和性の低さの要因にな
っている可能性がある。 
また，HvACT1 の結晶をアグマチンにソーキングしたところ，反応の進行には不適な角度ではあ
るものの，基質ポケット内にアグマチンが結合している様子が観測できた。このとき，アグマチンのグ
アニジノ基は Glu372側鎖と相互作用しており，Glu372は活性中心である His残基からの距離と位
- 5 - 
 
置関係から，実際の反応においてアグマチンの結合に重要な残基である可能性があった。E372A
置換体でアグマチンに対する Km値が上昇したことは，この可能性を支持するものであった。 
 
総 括 
本研究では，オオムギを中心としたイネ科植物における HCAA生合成の分子基盤を明らかにす
るために，ACT の解析を行った。HvACT1 の転写量，病害応答性，酵素活性を考慮すると，ACT
ホモログの中でHvACT1がオオムギの高いHCAA蓄積能に寄与しており，オオムギの耐病性二次
代謝化合物生産を特徴付ける酵素であるといえる。本研究により，HCAA 生産能に対しては遺伝
子の発現量の寄与が特に大きいことが明らかとなったが，染色体上で近接するパラログ間で転写
量や病害応答性に差異が認められたことは興味深く，イネ科植物の進化に伴う二次代謝の変遷に
ついて理解を深め，作物の HCAA含有量のコントロールなどに応用するには，ACTの発現制御メ
カニズムのさらなる研究が必要である。 
さらに，本研究ではコムギ連のACTが一次構造およびアシル基受容体への親和性により 2つの
グループに分かれることを見出し，結晶構造解析により，その構造的要因の解明を試みた。アグマ
チンへの親和性が大きく異なる HvACT1 と TaACT2のアポ体の構造を比較したところ，予測される
アグマチン結合部位アミノ酸配列に差異は見られなかったものの，入口構造の揺らぎがアグマチン
への低親和性の原因となっている可能性が示唆された。本研究で明らかにしたHvACT1の結晶構
造は，BAHDスーパーファミリーの N-アシル基転移酵素として初の立体構造の報告であり，今後の
HCAA に関する酵素学的研究の発展に貢献することが期待できる。アグマチンとの基質複合体の
構造解析は今後の課題であり，BAHD スーパーファミリーの酵素がもつ多様な触媒能の構造的要
因を明らかにする重要な情報になると考えられる。 
 
 
審 査 報 告 概 要 
 
本論文は，イネ科植物の耐病性二次代謝化合物である桂皮酸アミド類 (HCAA)が，どのよ
うなメカニズムによって植物内で生合成，蓄積されるかを明らかにすることを目指し，HCAA
生合成酵素であるアグマチンクマロイルトランスフェラーゼ (ACT) の分子生物学的，構造
生物学的に解析することを目的としていた。結果，①オオムギ，コムギなどにおける ACT
遺伝子の単離および無傷植物内での転写プロファイル，②ACT遺伝子座の特定，③オオムギ
ACT遺伝子の病傷害への応用性，④オオムギおよびコムギ ACTの立体構造解析，⑤ACTの酵
素活性・基質選択性と基質結合部位構造の関係，以上 5点を明らかにした。本論文で得られ
た酵素は，本酵素が属する酵素群の N-アシル基転移酵素としては初の構造解析であり，そ
の他のデータとともに，植物二次代謝化合物の構造的多様性の理解につながる学術的価値の
- 6 - 
 
高いものと判断された。これらの研究成果等を詳細に検討した結果，審査委員一同は博士（農
芸化学）の学位を授与する価値があると判断した。 


オオムギにおけるHCAA生合成酵素アグマチンクマロイルトランスフェラーゼ（ACT）の解析

本田, 千尋

4380

HONDA, Chihiro

4381

- 1 - 
 
氏 名   本 田 千 尋 
学位（専攻分野の名称）   博 士（醸造学） 
学 位 記 番 号   甲 第 816号 
学位授与の日付   令和 3年 3月 20日 
学 位 論 文 題 目   清酒オリゴ糖に関する研究 
論 文 審 査 委 員   主査 教 授・博士（生物産業学） 穂 坂   賢 
               准 教 授・博士（農学） 勝 田   亮 
               准 教 授・博士（農学） 吉 川   潤 
               准 教 授・博士（農学） 徳 岡 昌 文 
 
 
 
論 文 内 容 の 要 旨 
 
米，麹，水のみを原料とする清酒は，糖化と発酵が同時に進行する並行複発酵により造ら
れる，日本の伝統的な酒である。糖化工程において，麹由来のアミラーゼ系酵素が原料の米
に含まれる澱粉に協調的に作用することで，グルコースやオリゴ糖，デキストリンが生成す
る。生成したグルコースはアルコール発酵の基質となり，酵母によりアルコールへと代謝さ
れる一方，上槽時でも 1–4 %残存し清酒に甘味を付与する。一方，オリゴ糖はグルコースに
次いで多く，清酒には重合度 (DP) 2–3 のオリゴ糖が約 0.65 %，DP≥4 のオリゴ糖が約 0.2 %
含まれると考えられており，甘味の付与の他，味の調和に寄与すると考えられている。清酒
中オリゴ糖に関する詳細な研究は，糖転移による生成が予想されている DP=2–3 のオリゴ
糖を中心に進み，構造や含有量をはじめとして，醪中の消長や貯蔵中の変化などが報告され
ている。一方で，DP≥4 のオリゴ糖は含有量が少ないことと，夾雑物の多い清酒から高感度
に分析する方法がなかったことから，その他のオリゴ糖として漠然と捉えられ，構造や含有
量など未解明な点が多いままとなっていた。 
本研究では，親水性相互作用クロマトグラフィー / 飛行時間型質量分析計 
(HILIC-TOF/MS) による清酒中オリゴ糖の網羅的な分析方法の構築と構造解析，生成メカ
ニズムの解明に取り組んだ。 
 
1．オリゴ糖分析法の構築 
第 1 章では，清酒に含まれるオリゴ糖の全体像の把握を目指し，HILIC によるオリゴ糖
の分離と，エレクトロスプレーイオン化法 (ESI)及び TOF/MS による検出によるオリゴ糖
分析法の構築を行った。構築した分析法は，Shodex Asahipak NH2P-50 4E カラムを用い
ることで重合度ごとにオリゴ糖の分離が可能であり，また，移動相に Li+を添加することで
Li+付加体としてDP=2–8のマルトオリゴ糖を検出限界 0.03–1.02 ppmで検出することがで
- 2 - 
 
きた。本方法による市販清酒の分析から，DP=4–8 の清酒中オリゴ糖を初めて定量すること
ができ，その濃度が 2,000–5,000 ppm と，これまで報告されている濃度より 2 倍以上高い
ことが明らかとなった。DP≥9 のオリゴ糖については，標品が入手できないため定量はでき
ないものの，清酒より，マルトオリゴ糖と質量電荷比 (m/z) が一致する DP=18 までのピー
クを検出した。MS/MS フラグメントパターンからこれらはグルコオリゴ糖と予想されたこ
とから，清酒には DP=2 から少なくとも DP=18 まですべての重合度が存在することを初め
て明らかにした。 
 
2．構造異性体の分離 
 第 1 章では，清酒には DP=2–18 のオリゴ糖が存在することを示したものの，重合度以外
の構造情報については不明であった。清酒中の DP=2 のオリゴ糖にはイソマルトース，コ
ージビオース及びサケビオースが，DP=3 のオリゴ糖にはイソマルトトリオースとパノース
が報告されていることからも，DP≥4のオリゴ糖についても，同一重合度の構造異性体を含
む可能性を検討する必要があると考えた。そこで第 2 章では，清酒中オリゴ糖の構造異性体
の分離・検出法を検討した。Shodex SUGAR SZ5532（SZ5532）カラム，及び Shodex 
HILICpak VN-50 4D（VN-50 4D）カラムを用いたオリゴ糖の分離と，ポストカラムで Li+
を添加する TOF/MS による検出法を検討した結果，SZ5532 カラムでは DP=2–4 のオリゴ
糖標品の構造異性体を，VN-50 4D カラムでは DP=5–7 のオリゴ糖標品の構造異性体を分
離・検出することができた。そこで本方法により清酒を分析したところ，DP=2 及び DP=3
のオリゴ糖について構造異性体を分離して検出することができ，DP=3 のオリゴ糖について
は清酒で既知のオリゴ糖の他に，新たに 2 つのピークを検出した。DP=4–12 のオリゴ糖に
ついては，各重合度のオリゴ糖で複数のピークが検出され，多様な構造異性体の存在を明ら
かにした。また，本法による清酒の分析から，主要なピークでありながら清酒成分として報
告の無い 2 つの新規配糖体の存在が示唆された。麹菌酵素による in vitro 合成試験と構造解
析から，これら化合物は天然からは初めての単離となるエチル--イソマルトシド及びエチ
ル--マルトシドであることが明らかとなった。 
 
3．構造解析 
 第 2 章までに清酒中オリゴ糖が多様な重合度と構造異性体から構成されることを明らか
にしたことから，それらオリゴ糖の構造に興味が持たれた。そこで第 3 章では，清酒中オリ
ゴ糖の精製と構造決定に取組んだ。VN-50 4D カラムにおいて明瞭なピークとして検出され
た DP=6–8 のオリゴ糖に注目し，溶出時間順に DP6-1，DP6-2，DP7-1，DP8-1，DP8-2
として精製を行った。市販清酒 1 L を脱エタノール後，80 g の活性炭と混合し，5 %エタノ
ール 3 L で洗浄後，オリゴ糖を 40 %エタノール 1 L により抽出し，濃縮物を Shodex 
- 3 - 
 
Asahipak NH2P-90 20F カラムにより重合度別に分取した。さらに，VN-50 4D カラムに
より精製することで，DP6-1，DP6-2，DP7-1，DP8-1 及び DP8-2 をそれぞれ約 3 mg 取得
し，1H-，13C-NMR 及び 2 次元 NMR によるスペクトルの測定を行った。その結果，DP6-1
はマルトテトラオースを主鎖とし，非還元末端及び隣接グルコース残基それぞれにグルコー
スが-1, 6 結合した構造，DP6-2 は主鎖のマルトテトラオースの非還元末端にイソマルトー
スが-1, 6 結合した構造と決定した。DP7-1 と DP8-1 は，非還元末端から 2，3 番目残基に
DP6-1 と同様の隣接した分岐を有した主鎖長が異なるオリゴ糖であった。DP8-2 は DP6-2
と類似した非還元末端の分岐を持ち，かつ，隣り合わない分岐を持つグルコオリゴ糖であっ
た。DP6-1，DP7-1，DP8-1 及び DP8-2 はこれまでに報告がない新規のグルコオリゴ糖で
あった。また，DP6-1，DP7-1 及び DP8-1 は，これまでに報告のない隣接した分岐構造を
持ったグルコオリゴ糖であった。 
 構造決定したすべてのオリゴ糖の非還元末端が-リミットデキストリンの構造であった
ことから，清酒中オリゴ糖がすべて同様の構造であるかを調べるため，清酒からグルコース
を除いた粗精製オリゴ糖に対して，-アミラーゼ消化試験を行ったところ，マルトースは生
成しなかったことから，清酒中オリゴ糖は共通して-リミット構造，すなわち，主鎖の非還
元末端又はその隣接グルコース残基に分岐を持つ構造であることが明らかとなった。また，
DP6-1 は-1,4 及び-1,6 結合のみで構成されるにもかかわらず，糸状菌のグルコアミラー
ゼで 40 °C，25 時間の消化でも 84 %が残存することが示された。この特性は非還元末端の
分岐構造が影響していると考えられた。以上より，清酒中オリゴ糖は共通した特徴的な構造
を有するオリゴ糖群であることが示されことから，これらオリゴ糖を「清酒オリゴ糖」とし
た。 
 
4．清酒オリゴ糖の生成メカニズムの推定 
 第 3 章の構造解析から，清酒オリゴ糖には DP6-1 と DP6-2 に代表される 2 つの分岐パタ
ーン，すなわち隣接した分岐及びイソマルトースの分岐，が存在することが分かった。これ
ら分岐パターンは米澱粉の部分構造として報告がないことから，糖転移活性をもつ麹菌-
グルコシダーゼにより清酒醸造中に生成したと考え，麹菌の主要な-グルコシダーゼである
AgdA と AgdB の遺伝子破壊による影響を調べた。清酒小仕込み試験の結果，DP6-2 は agdA
破壊により顕著に減少したことから，DP6-2 の末端のイソマルトースの分岐が AgdA によ
り生成することが示唆された。一方，DP6-1 は遺伝子破壊の影響は無かったことから，DP6-2
とは異なるメカニズムとして米澱粉に由来する可能性について検討した。米澱粉を-アミラ
ーゼ (from porcine pancreatic) とグルコアミラーゼ (from Rhizopus sp.) により消化し，
消化産物中に DP6-1 が含まれるかを調べたところ，DP6-1 とカラム保持時間が一致するピ
ークが検出された。この化合物を精製し，構造解析した結果，DP6-1 と 1H NMR スペクト
- 4 - 
 
ルが一致したことから，DP6-1 は米澱粉に由来すると考えた。 
米澱粉の分岐構造の研究からは，DP6-1 の主鎖上の隣接した-1,6 結合は同定されていな
いことから，本結果は米澱粉の構造に関わる新規知見である。清酒の醸造工程中で，麹菌酵
素による米澱粉の長時間に及ぶ消化の結果，消化されにくい澱粉の分岐構造が残存すること
で DP6-1 が生成したと考えられた。 
以上の結果より，清酒オリゴ糖は麹菌酵素による糖転移と米澱粉の分解という 2 つのメ
カニズムにより生成されると結論づけた。 
 
5．総括 
HILIC-TOF/MS によるオリゴ糖の網羅的分析法と定量方法を構築し，清酒には DP=2 か
ら少なくとも DP=18 までのすべての重合度のグルコオリゴ糖が存在することを示した。さ
らに，DP=2–8 のオリゴ糖の含有量を初めて明らかにしたほか，これらオリゴ糖は-アミラ
ーゼ耐性を持つ多様な構造異性体から構成されることを見出した。DP=6–8 のオリゴ糖につ
いては NMR 解析により構造を決定し，非還元末端側に隣接した分岐，またはイソマルトー
スの分岐を持つユニークな構造であることを示した。また DP6-1 はグルコアミラーゼ難消
化性の特徴を有するオリゴ糖であった。以上を踏まえ，清酒オリゴ糖の生成メカニズムの解
明に取り組み，麹菌酵素による糖転移成と米澱粉の分解が，清酒オリゴ糖の生成メカニズム
であるとした。本研究は，漠然と捉えられてきた DP≥4の清酒オリゴ糖について，網羅的分
析法の構築から構造決定，生成メカニズムにまでに及ぶ基盤的かつ包括的な知見を提供する
ものであり，清酒醸造における糖化工程の分子レベルでの理解に多大に寄与する重要な成果
である。 
 
 
審 査 報 告 概 要 
 
本研究は清酒中の主要な不揮発性成分であり清酒の呈味にも重要であると考えられてい
るオリゴ糖についての研究である。まず分析法の構築を試み，LC-TOF/MSを用いた高感度・
高分解能のオリゴ糖分析法を構築した。この方法に基づき，清酒のオリゴ糖が少なくとも重
合度 18 まで存在し，構造異性体を含むことを示した。さらに市販清酒のオリゴ糖定量から
従来の定量値との相違を示した。次に重合度 6～8 のオリゴ糖の NMR 解析から，これらが隣
り合った分岐，又はイソマルトースの分岐を持つ極めてユニークなオリゴ糖であることを示
し，清酒中のオリゴ糖を「清酒オリゴ糖」として区別することを提唱した。最後に清酒中の
オリゴ糖が麹菌酵素の糖転移と米の分解の 2つのメカニズムで生成することを示し，その生
成モデルを提唱した。 
- 5 - 
 
これまで重要性が認識されながら，分析手法が無いために研究が行われてこなかった清酒
中のオリゴ糖について，分析法構築から構造解析，生成メカニズム推定に至るまでの包括的
な研究を行い，その実態を明らかにした優れた研究である。本結果は，清酒醸造の奥深さを
改めて示し，清酒品質の向上や醸造技術の発展の基盤となる。よって，審査委員一同は博士
（醸造学）の学位を授与する価値があると判断した。 


清酒オリゴ糖に関する研究

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