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

中島, 宏昭

4041

NAKAJIMA, Hiroaki

4042

Mowing effects of Pleioblastus chino on growing, flowering and fructification of herbaceous plants in abandoned substitutional forests

東京農業大学博士（国際農業開発学

長嶋, 麻美

4043

NAGASHIMA, Mami

4044

ミャンマーにおけるHibiscus属野菜遺伝資源の実態とその多様性

東京農業大学博士（生物産業学

大友, 理宣

4065

OHTOMO, Masanobu

4066

- 1 - 
 
氏 名   大 友 理 宣 
学位（専攻分野の名称）   博 士（生物産業学） 
学 位 記 番 号   乙 第 939号 
学位授与の日付   平成 31年 3月 17日 
学 位 論 文 題 目   米糠を用いた機能性発酵素材の開発 
論 文 審 査 委 員   主査 教 授・農 学 博 士 戸 枝 一 喜 
               教 授・博士（農学） 妙 田 貴 生 
               准 教 授・博士（醸造学） 門 倉 利 守 
                    博士（学術） 畠  恵 司＊ 
 
 
論 文 内 容 の 要 旨 
 
近年，食生活の欧米化による消費者の食に対する変化や高齢化社会による健康に関する意
識が高まっている。この背景は清酒業界にも影響し，生産量が最大期の 20％程度まで激減
し，消費者の飲酒スタイルが量から質に変化している。これは，日本の伝統産業である国酒
の清酒製造業にとって深刻な問題である。しかし，清酒製造業は，既存の醸造設備や発酵技
術を保有していることから，今後，新たな発酵製品などの開発は可能と考えられる。また，
国民の主食である米の消費者量および生産量も減少傾向を推移している。しかしながら，国
内米生産量は約 750 万トン(平成 28 年度)もあり，その米を使用する場合には必ず米糠が発
生する。また，生活スタイルの変化や利便性による無洗米も急速に増えているが，無洗米粕
が発生している。これらの大量発生する精米副産物は，豊富な栄養素などを含んでいるが産
業的に有効利用されていない。 
本論文では，低利用の精米副産物である米糠や無洗米粕を原料に用いた乳酸菌発酵による
GABA 生成に関する報告が少ないことから，日本国内で大量に発生している精米副産物の
米糠または無洗米粕の有効利用を目的とし，かつ酒蔵の醸造設備や発酵技術を活用した乳酸
菌による効率的な GABA 含有発酵素材の開発および機能性評価の解明による実用化に関し
てまとめたものである。  
 
第 2章 米糠を用いた乳酸菌による米糠発酵素材の生産法 
本章では，精米副産物の米糠または無洗米粕を発酵原料に用いた現有醸造設備による効率
的な GABA 生産法の確立および実用化について研究をした。米糠(あきたこまち，めんこい
な，秋田酒こまち)を唯一の栄養源とした米糠混合液(酵素未処理)を用いた L. brevis 
IFO12005 乳酸菌の培養では，米糠重量に対して 8%(w/w)の添加 MSG から 90%以上の変
換率で GABA を生産することを確認した。しかし，米糠混合液中の栄養源不足が原因で
MSG 濃度 8%以上では GABA の変換効率が低下した。そこで，複合酵素剤で米糠混合液を
＊秋田県総合食品研究センター 上席研究員 
- 2 - 
 
処理したところ，乳酸菌の栄養源となるアミノ酸や糖分を確保しながら GABA を高生産で
きることを見出した。なお，RB 培地中の水の配合量が多いと GABA 変換速度も早いこと，
さらに，MSG 添加量も 16％にすることで，高収量での GABA 生産に成功した。30L ジャ
ー培養装置による RB 培地 20kg スケールの培養により GABA が 1.4％(w/w)生産された。
培養液の固液分離によって 1.0％(w/w)以上の GABA 含有米糠発酵素材の液体，固体の生産
法を確立し，実用化した。無洗米粕(NWRL)では，米糠同様に NWRL 配合液の酵素処理に
よってGABA生産性に優れたNWRL培地を開発し，乳酸菌培養による1.6％(w/w)のGABA
生産法を確立した。さらに，米糠または無洗米粕を原料に用いて開発した乳酸発酵培地は，
合成培地よりも菌体増殖に優れた培地であることから GABA の高生産法を検討した。RB
培地の米糠配合量 12.0％とし，乳酸発酵を pH5.0 で制御することで 7.1％(w/w)の GABA
生成に成功した。本製法はすでに実用化され， GABA 発酵生産では，最も高濃度に GABA
を生産する新製法となった。実用化した GABA 含有米糠発酵素材の応用を検討するため，
同素材の米飯，パン，うどんに対する加工適性を検証した。その結果，炊飯およびパン焼成
工程等における GABA の減少は少なく，官能評価において風味にも影響が少ないことが判
明した。 
  
第 3章 米糠発酵素材の食品・ペットフード用に向けた機能性の評価 
本章では，米糠発酵素材の機能性を探るため，細胞や小動物による脂質異常抑制作用など
の機能性評価試験および遺伝子メカニズムの解明をまとめた。米糠発酵素材を 2％(w/w)配
合した高脂肪食 HFD を雄性 SD ラットに給与したところ，血中中性脂肪値およびコレステ
ロール値に有意な正常化作用(いずれも p<0.05)，および肝臓重量, 腸管膜周囲脂肪重量なら
びに精巣周囲脂肪重量の顕著な増加抑制(p<0.05)が確認できた。以上から，米糠発酵素材
には，高脂肪食負荷ラットにおける肝臓および脂肪組織に対する脂肪蓄積低減作用，血中脂
質値(中性脂肪およびコレステロール値)の正常化作用を有することを見出した。そこで，米
糠発酵素材の高脂肪食負荷ラットに対する臓器脂肪蓄積抑制作用および血中中性脂肪値正
常化作用に関する遺伝子メカニズムの解明を目的として，ヒト肝癌由来細胞株 HepG2 細胞
による脂質代謝の影響について検証した。その結果，HepG2 細胞に対して米糠発酵素材を
1.0 mg/mL 以上添加することで, 中性脂肪およびコレステロールの分泌促進を濃度依存的
に有意に抑制(p＜0.01)することが判明した。 また，HepG2 細胞にオレイン酸を負荷する
ことで VLDL および LDL 中性脂肪が濃度上昇するのに対し, 米糠発酵素材添加区では
VLDL および LDL の上昇抑制をリポタンパク質プロファイルで確認した。さらに，米糠発
酵素材は，細胞中の脂質生成酵素およびコレステロール酵素の発現抑制をすることで
HepG2 ヒト肝癌細胞からの脂質合成および分泌の減衰を見出した。次に，小腸上皮細胞を
分化させたヒト結腸癌由来 Caco2 細胞における米糠発酵素材の脂質吸収抑制作用を検証し
- 3 - 
 
た。その結果，Caco2 細胞に対して米糠発酵素材添加 1.0 mg/mL 以上で, 中性脂肪および
コレステロールの分泌促進を濃度依存的に抑制(p＜0.01)することを確認した。また，Caco2
細胞にオレイン酸を負荷することで CM，VLDL および LDL 中性脂肪濃度が上昇するのに
対し, 米糠発酵素材添加区では CM，VLDL および LDL の上昇抑制をリポタンパク質プロ
ファイルで確認した。さらに，米糠発酵素材は，Caco2 ヒト大腸癌細胞中の脂質生成酵素お
よびコレステロール酵素の発現によって，脂質合成および分泌の上昇抑制をした。また，ヒ
ト以外に対する GABA 含有素材の波及を図るため，ペットフード産業に利用可能な研究を
試みた。そこで，一般家庭の飼育犬(n＝54）を対象とした米糠発酵素材配合サプリメント
によるモニター調査，解析をした。犬の腹囲は，開始前に比べ 4 週～8 週間後に有意な減少
(p＜0.05)を確認したが，体重は有意差を確認できなかった。また，腹囲の減少効果は，7
歳未満の年齢が若い個体において明瞭であることが判明した。以上の結果から，米糠発酵素
材はヒト以外にも機能性素材として多目的用途に利用可能であることが判明した。 
 
本研究の結果より，精米副産物である米糠または無洗米粕を原料に用いた発酵培地の開発，
および乳酸菌発酵による効率的な GABA 生産法を確立した。これは，精米副産物の有効利
用および醸造設備・発酵技術の有効活用にも考慮した機能性発酵素材の開発としての新規性
があるため，特許出願により権利化した。また，米糠発酵素材の各機能性検証による脂質異
常正常化作用および遺伝子メカニズム解明などの知見を得られたことは，実用化製品の販売
において重要な役割を担う。さらに，犬に関する知見を得たことで，ペットフード産業での
利用も期待できる。本研究素材は，食品，健康食品およびペットフード産業において，各用
途に適応した多目的な利用が可能な素材である。さらに，各商品に本素材を微量配合するこ
とで機能性効果が付与され，商品の付加価値化に貢献できる。 
 
 
審 査 報 告 概 要 
 
精米副産物である米糠は，豊富な栄養素などを含んでいるが産業的に有効利用されていな
い。本研究では，大量に発生している米糠の有効利用を目的とし，かつ酒蔵の醸造設備や発
酵技術を活用した乳酸菌による効率的な GABA含有発酵素材の開発および機能性評価の解
明による実用化に関して検討した。米糠を用いて Lactobacillus brevis IFO12005による乳酸
発酵による GABAの効率的な生産法を検討した結果，米糠の複合酵素処理による米糠培地
（RB培地）を開発し，培養条件の最適化により GABAを 7.1％生産する新規生産法を開発
した。得られた GABAを含む米糠発酵素材は，高脂肪食負荷ラットにおける肝臓および脂
肪組織に対する脂肪蓄積低減作用，血中脂質値の正常化作用を有しており，その活性成分と
- 4 - 
 
してフィチン酸やフェルラ酸を見出した。更に脂質異常正常化作用の遺伝子メカニズムも解
明した。これらの研究成果は，米糠発酵素材製造や加工食品，ペットフードに利用されてお
り，学術的および産業学的意義は高いと評価される。これらの研究成果等を詳細に検討した
結果，審査員一同は博士（生物産業学）の学位を授与する価値があると判断した。 


Development of functional fermented material using rice bran

伊丹, 暢彦

4059

ITAMI, Nobuhiko

4060

- 1 - 
 
氏 名   伊 丹 暢 彦 
学位（専攻分野の名称）   博 士（畜産学） 
学 位 記 番 号   甲 第 778号 
学位授与の日付   平成 31年 3月 21日 
学 位 論 文 題 目   卵子内のミトコンドリア品質管理機構の解明とその応用 
論 文 審 査 委 員   主査 教 授・博士（農学） 岩 田 尚 孝 
               教 授・博士（畜産学） 桑 山 岳 人 
               教 授・博士（医学） 庫 本 高 志 
 
 
論 文 内 容 の 要 旨 
 
近年の不妊治療の需要増加に伴い，卵子の質を向上させる手法の開発が急務となっている。
細胞小器官であるミトコンドリアは発育後の哺乳類卵子内において数十万個存在し，受精や
胚発生に必要なエネルギーである ATP の産生を司る。しかし卵子内のミトコンドリアは母
体の加齢や肥満によって機能が低下する。このミトコンドリアの機能低下により，受精異常
や細胞分裂の停止，分裂異常，さらには細胞質の断片化が引き起こされる。そのため卵子内
のミトコンドリアの質を向上させることが不妊治療において重要視されている。最新の不妊
治療では，他の組織から採取したミトコンドリアを卵子に移植し，卵子の質の改善が試みら
れている。また，イギリスでは正常なミトコンドリアを有する他人の卵子に核置換をする方
法が行われている。しかし，ミトコンドリア移植には，他の組織と卵子ではミトコンドリア
の形態が大きく異なることから安全性や有効性に疑問点が多い。また，核置換は生まれてき
た子供が他人のミトコンドリアDNAを受け継ぐことから，倫理的かつ安全性に問題があり，
日本ではこの手法は承認されていない。更にこれらの手法は卵子に直接傷をつけるため卵子
への負担が大きく，高度な技術が要求されるため治療に向けたハードルが高いというデメリ
ットがある。そのため，非侵襲的かつ簡便にミトコンドリアの品質を向上させる手法が必須
である。体細胞では，低質化したミトコンドリアの分解除去と新規ミトコンドリアの合成に
よりミトコンドリアの正常性を維持する『品質管理機構』の存在が示されてきたが，卵子の
研究では品質を管理という概念がなかった。そこで本研究ではヒトのモデル動物としてブタ
の卵子を用い，1)卵子内におけるミトコンドリアの合成・分解による品質管理のメカニズム
を解明し，2)さらにそのメカニズムの応用によるミトコンドリア及び卵子の質の向上を試み
た。 
 
1) 卵子内のミトコンドリア品質管理機構の解明 
卵子内におけるミトコンドリア品質管理機構の存在を証明するため，脱分極在である
carbonyl cyanide-m-chlorophenylhydrazone (CCCP)にて卵子を処理し，ミトコンドリアに
- 2 - 
 
人為的に障害を与えた。CCCP 処理直後の卵子は含有する ATP 量が少なく，さらに活性酸
素(ROS)量が増加していたことからミトコンドリア機能が低下していることが示された。し
かし CCCP 処理卵子を 44 時間の体外成熟培養後に観察すると，ATP が非処理区に近い値
まで回復し，ROS 量と卵子の胚発生能力は非処理区と比較して全く差が見られなかった。
また培養後卵子のミトコンドリア DNA コピー数を評価しても，CCCP 処理区と非処理区の
間で有意な差は観察されなかった。しかし，プロテアソームの阻害剤である MG132 を添加
した培養液を用いたところ，CCCP 処理卵子にてミトコンドリア DNA コピー数の有意な増
加が観察された。これらのことから，CCCP 処理により増加した不良なミトコンドリアはプ
ロテアソームによって分解除去され，その減少を補填するために新規ミトコンドリアの合成
が活発化していることが示された。この説を裏付けるように，CCCP 処理卵子ではプロテア
ソームにより分解されるユビキチン化タンパク質が増加しており，さらにミトコンドリア合
成を制御する TFAM 発現も有意に増加していた。また，これらミトコンドリア分解や合成
の上流に位置する SIRT1 の発現も，CCCP 処理卵子において増加していた。このことから，
卵子内には機能が低下したミトコンドリアを分解除去し，同時に新規ミトコンドリアを合成
する動きが存在し，これが SIRT1 によって制御されていることが証明された。 
 
2) 短時間の高温処理による卵子内ミトコンドリア品質管理の亢進 
次に SIRT1 の人為的な活性化による，卵子内ミトコンドリア品質管理の亢進を試みた。
今回は非薬剤的な SIRT1 の活性化方法として，短期間の高温処理を用いた。生体における
運動後の体温上昇と SIRT1 の増加を模して，骨格筋細胞の体外培養中に高温処理を施すと，
SIRT1 発現の上昇に伴うミトコンドリア数の増加が認められている。本研究では，卵子を
体外成熟培養の最初の一時間，通常培養環境より 3ºC 高い 41.5ºC にて処理し，SIRT1 発現
とそれに伴うミトコンドリア動態の変化を調査した。高温処理卵子は処理直後において，
Heat Shock Protein 72 (HSP72)の発現が増加しており，処理 23 時間後においては SIRT1
発現も増加していた。また，高温処理の代わりに HSP72 の活性化剤にて卵子を処理したと
ころ，高温処理時と同様に処理 23 時間後の SIRT1 発現が増加していた。これらのことか
ら，高温処理による SIRT1 発現の上昇は，HSP72 を介していることが示された。次に高温
処理卵子の培養後のミトコンドリア DNA コピー数を測定したところ，非処理区との差は観
察されなかった。しかし，体外成熟培養に MG132 含有培地を用いたところ，高温処理卵子
においてミトコンドリア DNA コピー数の有意な増加が認められた。さらに高温処理卵子で
は，処理 23 時間後において TFAM 発現の増加が観察され，ミトコンドリア分解を制御する
PINK1 の発現も増加していた。また高温処理卵子ではミトコンドリア膜電位活性の上昇と
ATP 含量の増加も確認され，活性化後の胚発生能力も向上していた。これらのことから，
短期間の高温処理による SIRT1 の活性化は，卵子内の既存のミトコンドリアを作り変える
- 3 - 
 
ことで活性の高いミトコンドリアの比率を増やし，卵子の質をも向上させることが明らかに
なった。 
 
 
審 査 報 告 概 要 
 
ミトコンドリアは哺乳動物の卵子の質を維持する上で重要であるが，卵子内でのミトコン
ドリア品質管理の存在は示されていない。本研究ではまずミトコンドリアにおける ATP 産
生を阻害する薬剤を用いて卵子内のミトコンドリア動態の検証を行った。結果としてミトコ
ンドリア機能低下に伴い脱アセチル化酵素である SIRT1 発現が上昇し，これが卵子内でミ
トコンドリアの分解除去と新規合成の双方を活性することが示された。また短期間の高温処
理により，ミトコンドリアの機能低下を介さずに SIRT1 発現を増加させることで，ミトコ
ンドリアの品質管理を促進し，ミトコンドリアと卵子の質を向上させることを可能にした。
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（畜産学）の学位を授与す
る価値があると判断した。 
 


卵子内のミトコンドリア品質管理機構の解明とその応用

OUYABE, MICHEL

4183

4184

1 
 
〔別紙様式６〕 
氏
フリ
        名
ガナ
 ＯＵＹＡＢＥ
オ ウ ヤ ベ
 ＭＩＣＨＥＬ
ミ シ エ ル
 
本 籍 コートジボワール 
学 位 種 別 （課程 博士） 
学位（専攻分野の名称）博士（国際農業開発学） 
学 位 記 番 号          第 779号 
学 位 授 与 の 日 付     令和 元 年  9  月 30 日 
学 位 授 与 の 要 件     学位規則第 3 条第  項該当 
学 位 論 文 題 目 
Studies on Nitrogen-Fixing Bacteria Associated with Yams (Dioscorea spp.). 
 
論 文 審 査 委 員     主査 志和地弘信 博士（農学） 
副査 入江 憲治 博士（農学） 
高根 務  博士（農学） 
田中 尚人 博士（農芸化学） 
菊野 日出彦 博士（農学） 
 
論 文 の 要 旨 
     Yam (Dioscorea spp.) is a tropical crop which produce tuber, the commercially most important 
part of the plant. Among the 644 species identified, only 10 are cultivated as staple food crops in 
Africa, West Indies, Asia and South and Central America. In West Africa more than 60 million 
people depend on yam for their food (Asiedu and Sartie, 2010). Despite this importance, little 
attention has been given to the crop in term of research programs. Among the studies carried out to 
improve yam tuber yield, opposite trends to fertilizer regimes have been reported (Diby et al., 2009; 
Ettien et al., 2014). Several bacteria have been reported to promote growth in non-legumes 
(Muangthong et al., 2015). The two pioneer studies carried out on the association yam-endophytic 
bacteria revealed a potentially benefic symbiotic relationship with a particular interest for nitrogen 
acquisition (Rezaei et al., 2017; Takada et al., 2018). However, the symbiotic association with other 
important yam accessions has never been studied. Hence we conducted a comparative study to 
evaluate the diversity of endophytic nitrogen-fixing bacteria (ENFB) and estimate biological 
nitrogen fixation (BNF) in different yam accessions under three fertilizer regimes.  
2 
 
1. Isolation and Identification of nitrogen-fixing bacteria associated with water yam 
(Dioscorea alata L.) and lesser yam (Dioscorea esculenta L.). 
     The aim of this study was to isolate and identify ENFB from 19 accessions of two yam species 
under urea application along with a control. The results show that forty-one (41) endophytic 
bacteria were isolated from surface-sterilized roots, stems and leaves of yam accessions grown in 
nutrient-poor subsoil for 160 days after planting. The 16S rRNA gene sequencing showed that the 
41 isolates were grouped into 18 genera including Bacillus, Bradyrhizobium, Devosia, Ensifer, 
Mycobacterium, Neorhizobium, Paenibacillus, Pseudoxanthomonas, Rhizobium and Xanthomonas. 
Most endophytes showed positive response to the nitrogenase activity and were found in the stems 
(21) and the roots (14), while only six were from the leaves. In Dioscorea esculenta, the nitrogenase 
activity, evaluated through values of the acetylene reduction assay (ARA) ranged from 4.1 to 57.4 
nmol C2H4 tube/24h and from 4.1 to 164 nmol C2H4 tube/24h in Dioscorea alata. The types of 
endophytic bacteria isolated were different among yam species and allowed to cluster the 19 
accessions into 3 groups according to the dominant bacterial genera. These findings indicate that the 
studied yam accessions differ in their symbiotic association with endophytic diazotrophic bacteria. 
 
3 
 
2. Growth and biological nitrogen fixation in water yam (Dioscorea alata L.) under different 
fertilization practices. 
     Plant internal environment harbors several microorganisms that exhibit beneficial effects to 
the growth, adaptability and productivity of their host plants. Diazotrophs are bacteria responsible 
for biological nitrogen fixation in plants. Yam is an important tuber crop for food security in West 
Africa, but also is the most neglected crop in term of research. This experiment evaluated endophytic 
nitrogen-fixing bacteria associated with 4 strains of water yam grown under different fertilizer 
regimes and the biological nitrogen fixation through leaf δ15N. The results revealed that nitrogen 
content in plant was increased under urea treatment and plant dry weight and nitrogen uptake were 
improved under cow manure application. However, response of yam accessions to the treatments 
varies significantly. Leaf δ15N of control plants decreased over time from 60 days after planting 
(DAP) in all accessions and BNF ranged from 13 to 40%. Under urea application, leaf δ15N of all 
accessions decreased and reached the value of the urea (-3.34 ‰), except accession A-18 for which 
leaf δ15N increased towards soil δ15N (+7.12‰). Under cow manure application leaf δ15N was around 
the value this organic material (+22.03‰). Sampling dates and yam accessions strongly affected the 
number and diversity of isolated endophytic bacteria. Proteobacteria represented 77% of total 
isolates and most isolates were from the roots. The predominant genera were Rhizobium, 
Mesorhizobium and Devosia. The results suggest that BNF in water yam can provide plant with 
substantial amount of fixed nitrogen. The results of leaf δ15N under the three fertilizer regimes 
suggest that accessions A-19, A-62 and A-133 take up the most available source of N but can rely 
on BNF under nutrient-poor conditions. On the opposite, A-18 seems to prefer organic sources of N 
than the chemical forms. However, the lack of correlation between the numbers of bacteria isolated 
and plant dry weight and BNF suggests that all endophytic diazotrophs isolated were not functionally 
active at the sampling dates. 
 
 
4 
 
3. Contribution of Biological Nitrogen Fixation in Lesser Yam (Dioscorea esculenta L.) 
Associated with Endophytic Diazotrophic Bacteria 
     Three accessions of lesser yam (Dioscorea esculenta L.) were grown under different fertilizer 
regimes in pots for 220 days at Miyako Island, Okinawa, Japan. Biological nitrogen fixation was 
evaluated in non-fertilized plants. Nitrogen-fixing endophytic bacteria were isolated on nitrogen-
free Modified Rennie medium. Results show that growth of lesser yam was affected by fertilizer 
regimes. Plant nitrogen content was increased under chemical fertilizer and organic matter 
treatments, while plant dry matter was higher under control and cow manure treatments. Leaf δ15N 
decreased over time in control plants. BNF ranged from 20% in E-1 to 65% in E-2. Under chemical 
N fertilizer treatment, leaf δ15N of all accessions decreased from soil value (7.12‰ at 60 DAP) to 
the value of urea (-3.34 ‰) at 180 DAP. All the values of leaf δ15N under cow manure treatment 
were around +22.03‰, which corresponds to the value of the organic material applied before 
planting yam seed tubers. A total of 89 bacteria strains belonging to 23 genera and 66 species were 
isolated from root, stem, tuber and leaf. Surprisingly, most endophytic diazotrophic bacteria were 
isolated from the leaves and the stems (76%) in all accessions. Proteobacteria including bacterial 
genera such as Acinetobacter, Pantoea, Pseudomonas, Pseudomonas, Serratia and 
Stenotrophomonas were identified as well as Actinobacteria and Firmicutes (Bacillus and 
Paenibacillus). This study suggests, for the first time that lesser yam can obtain substantial amount 
of nitrogen from air in association with diazotrophic endophytic bacteria. This is to our knowledge 
the first report on estimation of BNF in lesser yam. Our findings suggest that E-2 and E-3 can 
efficiently adjust their strategy for nutrient uptake according to the soil nutritional status, taking 
advantage of the available forms of nitrogen. The reaction of E-1 under the tested fertilizer regimes 
is not clear. However, based on the values of leaf δ15N, it can be suggested that E-1 is not efficient 
in BNF although several types of ENFB were isolated.   
5 
 
4. Evaluation of plant-growth promoting traits in endophytic bacteria isolated from yam. 
     Among the isolated bacterial strains the previous experiments, 50 strains were randomly 
selected for testing their ability to produce indol-3-acetic acid (IAA), siderophores and solubilize 
calcium-phospahte as well as the nitrogenase activity through the acetylene reduction assay (ARA). 
The results show that all the tested strains were positive to ARA test with different ranges, from as 
low as 2 ppm to 90 ppm ethylene produced per ml after 24h. 30 strains were able to produce IAA 
ranging from 11 to 396 ppm. 30 strains could solubilized Calcium-phospahte with solubilization 
indexes between 1.4 and 4.9. Siderophores were produced by 21 strains with a production index 
between 1.4 and 3.8. Nine strains were found positive to all tests. These strains are good candidates 
for yam bio-fertilization. 
       
Conclusion 
     The findings of this research suggest that yam internal tissues are colonized by beneficial 
bacteria which help the crop in its nitrogen nutrition through biological fixation. Hence, depending 
on yam genotypes and fertilization practices, substantial amount of N can be fixed. In water yam, 
the accession A-18 is a good model genotype for studying the interaction between yam and ENFB 
or other interesting plant-growth promoting trait as several of these bacteria can fulfill one or more 
beneficial traits. Further studies are needed to select the promising strain as yam bio-fertilizer, and 
to evaluate the efficacy of this symbiosis under agricultural field conditions. 
6 
 
 


English

Studies on Nitrogen-Fixing Bacteria Associated with Yams(Dioscorea spp.).

東京農業大学博士（農業経済学

董, 喆

4047

DONG, Zhe

4048

Study on Expanding Consumption of Japanese Food by Chinese Consumers

東京農業大学博士（国際ﾊﾞｲｵﾋﾞｼﾞﾈｽ学

RISKINA, JUWITA

4051

4052

インドネシアにおけるナツメグ産業の展開と課題に関する実証的研究

東京農業大学博士（食品栄養学

寺島, 健仁

4033

TERAJIMA, Takehito

4034

LC/Q-TOF MSによるパリトキシン新奇類縁体オストレオシン類の構造研究

紅林, 孝幸

4069

KUREBAYASHI, Takayuki

4070

The significance of a raw soy sauce cooperation factory and stabilization of quality of raw soy sauce in soy sauce brewing

結城, 雅晶

4037

YUKI, Masaaki

4038

- 1 - 
 
氏 名   結 城 雅 晶 
学位（専攻分野の名称）   博 士（林学） 
学 位 記 番 号   甲 第 767号 
学位授与の日付   平成 31年 3月 20日 
学 位 論 文 題 目   中央加振法の木材への適用可能性 
論 文 審 査 委 員   主査 教 授・博士（林学） 大 林 宏 也 
               教 授・博士（農学） 今 冨 裕 樹 
               教 授・博士（林学） 江 口 文 陽 
               教 授・博士（生物環境調節学） 田 島   淳 
                    博士（農学） 久保島 吉 貴＊ 
 
 
論 文 内 容 の 要 旨 
 
第 1章 
 木材の振動的性質の評価は，構造用木材の強度の非破壊的な指標，楽器などを製作する際
の材料の特性，建物の遮音・防音性能など生活に関する指標，地震や振動に対する制振性能
などを把握するために重要である。このうち，木材の物性値の測定や楽器用材の評価ではた
わみ振動試験が多く用いられている。この方法は細長いはり状の試験片を振動させて測定す
る方法である。楽器用材の評価では，時間軸的特性として材料の加振に対する応答の速さを
表す比動的ヤング率（E '/γ），音が長く持続するかの指標である損失正接（tanδ）を測定して
いる。一般的に E '/γ が大きく，tanδ が小さい材料が楽器用材として優れているとされてい
る。これ以外に，周波数軸的特性として，音色との相関が高い動的せん断弾性係数（G '）
を測定し評価している。たわみ振動試験は，試験片の支持方法によって複数の試験方法があ
り，支持方法によって試験片の共振時の形態（振動モード）が異なる。木材では，試験片の
振動しない位置（振動モードの節）でひも等を用いて支持する「両端自由たわみ振動法」が
多く用いられている。この方法では試験片支持による損失が少なく tanδ が小さい材料に向
いており，木材以外では金属材料にも用いられている。 
一方，鋼板やアルミニウムなどの金属基材にゴムや高分子材料などを貼り付けた複合材料
である制振複合はりの tanδ の測定には「中央加振法」が用いられている。この方法は，試
験片の中央を治具を介して加振器と接合し，試験片の中央を支持した状態で加振と測定を行
なう方法である。この支持方法では試験片の中央がモードの節となる反共振（双片持ちはり）
と，最も振幅が大きいモードの腹となる共振（両端自由はり）の二つの振動モードが交互に
現れる。木質系材料で中央加振法を用いた例は，複合木質床板を測定した報告はあるが，無
垢の木材試験片を測定した例は見当たらない。したがって，中央加振法で木材を測定した場
合に，他の測定方法とどの程度測定値に差異があるのかは明確ではない。 
＊国立研究開発法人森林研究・整備機構  森林総合研究所 主任研究員 
- 2 - 
 
そこで本研究では，中央加振法の木材への適用と測定方法の特性に関する知見を得ること
を目的とした。また，中央加振法の測定装置は高価かつ複雑なものが多い。そのため，中央
加振法装置の試作を行い測定値の妥当性を検討した。その後に測定方法ごとの比較，振動モ
ードの違いが木材の振動的性質の測定値に与える影響を比較した。 
 
第 2章 
 JIS 準拠の中央加振法測定装置は，試験片と加振器，測定センサーであるインピーダンス
ヘッド，質量による影響を補正するマスキャンセルアンプ，解析を行なう FFT アナライザ
ー，および恒温槽で構成されている。これらを簡略化した装置を試作した。試作装置では試
験片端部の変位を測定することによりインピーダンスヘッドを，また，試験片の質量の影響
が小さい反共振モードで測定を行なうことによりマスキャンセルアンプを省略した。加振器
には大きな加振力を与えられる磁歪振動装置を使用し，圧延して平滑にしたアルミ線を介し
て試験片を接着した。この試作装置での周波数応答曲線および振動モードを確認した。ソフ
トウェア上で試験片の物性値をもつモデルで有限要素法（FEM）による周波数応答解析を行
い，試作装置で測定した周波数応答曲線と比較した。その結果，試作装置の応答曲線の反共
振周波数は FEM で得られたそれとほぼ一致した。次に各次数の反共振周波数で試験片を加
振させ，振動中の試験片の任意の位置の複振幅を測定し振動モードを直接確認した。その結
果，振動モードは中央支持はりの反共振各次数の振動モードと一致した。また，試験片に必
要な寸法を決定するために長さ（l）を切断しながら測定を行ない，l/ 高さ（h）比の影響を
検討した。測定は Euler-Bernoulli 式で E 'を，半価幅法で tanδ を算出した。その結果 l/h が
50 倍以下から E 'が急激に低下し tanδは増大した。本研究では不均一性などを考慮し試験片
の l/h は 50 倍程度とした。 
 
第 3章 
 試作した装置を JIS 準拠の測定装置（神奈川県産業技術センターに設置）と比較して測
定装置の妥当性を検討した。また，併せて両端自由たわみ振動法および片持ちはり法とも比
較した。試験片は寸法 240(L)×20(R)×4～8(T）mm のシトカスプルース（Picea sitchensis）
材を用いた。試験片の厚みは JIS を参考にしながら各試験で l/h を調整し，E 'および tanδを
測定した。その結果，試作装置と JIS 準拠の装置とで得られた測定値に有意差は認められ
ず，装置を簡略化しても適正な値で測定が可能であった。しかしながら，各試験で得られた
E 'および tanδにはそれぞれ差異がみられた。木材の繊維方向では E 'と tanδとの間に強い負
の相関関係が認められる。全ての試験で得られた E 'と tanδとの間には強い負の相関関係が
認められた。一方で，一次回帰式の傾きには差がなく切片には差があると考えられた。そこ
で E 'および tanδ について個別に考察した。各試験で得られた E 'を一元配置分散分析と
- 3 - 
 
Bonferroni 法による多重比較で検定した結果，両端自由たわみ振動法と中央加振法との間
に有意差は認められなかった。片持ちはり法の E 'は，両端自由たわみ振動法と中央加振法
のそれと比べ有意に低い値を示した。片持ちはり法では試験片の一端をクランプなどで固定
するが，固定部が測定値に影響を与えることが報告されており，締め付けトルクの不足や固
定部内でのせん断歪みの影響により E 'が低下することが知られている。しかし，同様に固
定部のある中央加振法反共振では，固定部がモードの節にありたわみとたわみ角は拘束され
ず，クランプによる影響は少ない。そのため，中央加振法反共振は固定部の影響を受けずに
片持ちはりの振動モードで測定できるといえる。 
さらに，tanδは E 'の傾向とは異なった。中央加振法と片持ちはり法の tanδは両端自由た
わみ振動法と比べて有意に高い値を示した。また，片持ちはり法の tanδ はスパンによって
は中央加振法のそれより有意に高かった。E 'の結果から固定部の影響が少ないと考えられる
中央加振法だが，tanδが高かったのは振動モードの違いによると考えられる。材料によって
は振動モードの違いよって tanδ の測定値が異なる場合があり，これはモード依存性と呼ば
れている。木材のモード依存性については明らかではないが，木材におけるモード依存性の
影響が示唆された。 
 
第 4章 
 モード依存性の影響を検討するために供試樹種および振動モードを増やして測定し比較
した。試験片には針葉樹材からドイツトウヒ（Picea abies），シトカスプルース（Picea 
sitchensis），エンゲルマンスプルース（Picea engelmannii），レッドシダ （ーThuja plicata）を，
比較として広葉樹材からミズナラ（Quercus crispula），ブナ（Fagus crenata），ウォルナット
（Juglans nigra）を用いた。試験片寸法は，19(R)×4(T)mm であり，l が 200(L) mm となるよ
うに各試験方法で調整した。振動試験の支持方法は両端固定はり，片持ちはり，両端自由は
り，中央支持はりの振動モードで測定を行なった。なお，中央支持はりは中央加振法の試作
装置で測定を行なった。その結果，両端固定および片持ちの E'は中央支持および両端自由の
それと比較して有意に低く，両端自由と中央支持との間に有意差は認められなかった。また，
中央支持のE 'を TGH法を用いて回転慣性とせん断変形の影響を除外したE 'oと比較した結
果，その差は小さかったため固定部の影響に加えて回転慣性とせん断変形の影響は小さいと
考えられた。tanδは複数樹種においても中央支持と両端自由との間に有意差が認められ，振
動モードの違いを複数樹種で確認した。しかしながら，樹種によって中央支持と両端自由と
の tanδの差の大きさは異なった。この差は密度および TGH 法で得られた G 'との間に相関
関係は認められず，樹種間のどのような因子が影響を与えているかは特定できなかった。 
 
 
- 4 - 
 
第 5章 
 本研究では中央加振法の木材への適用を目的として実験を行なった。中央加振法の装置は
高額でもあるためこれを簡略化した装置を試作し，測定値の妥当性を検討した結果，JIS 準
拠の測定装置とほぼ同様の測定値が得られ装置の妥当性を確認した。中央加振法での測定値
を検討した結果，E 'は両端自由たわみ振動法とほぼ同様の値であった。この結果は固定部の
影響を受けずに片持ちはりの振動モードで，また質量の影響がなく強制振動で測定が行なえ
ることを示した。一方，中央加振法の tanδ は両端自由たわみ振動法のそれと比較して高い
値であり，固定部の影響が少ないと考えられることからモード依存性によるものと考えられ
た。また，モード依存性を複数の樹種で比較したところ樹種によって異なる可能性が示唆さ
れた。 
 
 
審 査 報 告 概 要 
 
木材の物性値の測定や楽器用材の評価では一般に試験片をひもなどでつるして支持する
「両端自由たわみ振動法」が用いられる。一方，木材以外の制振材料では試験片を中央で加
振機と接続して測定を行う「中央加振法」が JIS で規定されている。しかし，この方法は
木材への適用例が少なく，どのような特徴を示すのかが明らかではない。そこで，測定装置
の一部を簡略化した試作機を作製し，JIS 規定の機器との比較を行い，試作機の妥当性を明
らかにした。さらに，中央加振法での測定値を両端自由たわみ振動法のそれと比較したとこ
ろ，得られた比動的ヤング率とほぼ一致したが，損失正接は高い値を示した。中央加振法は
固定部の影響を除外しているので，振動のモード依存性を持つことが推測された。複数樹種
で同様の傾向がみられ，それが樹種によって異なる可能性が示唆された。 
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（林学）の学位を授与す
る価値があると判断した。 


中央加振法の木材への適用可能性

Not a member yet