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

東京農業大学博士（生物産業学

金嶋, 泰

KANESHIMA, Tai

Functional constituents in the peel and seed of camu-camu (Myrciaria dubia)

東京農業大学博士（バイオサイエンス

石川, 理絵

ISHIKAWA, Rie

海馬依存性記憶の制御基盤解明とその作動原理を応用した恐怖記憶操作法の開発

髙橋, 知佐子

TAKAHASHI, Chisako

Micropropagation and genetic relationships among three species of Pogonia (Orchidaceae)

佐々木, 稔

SASAKI, Minoru

氏 名 佐 々 木 稔
学位（専攻分野の名称） 博 士（皮膚科学）
学 位 記 番 号 乙 第 902 号
学 位 授 与 の 日 付 平成 27 年 1 月 20 日
学 位 論 文 題 目 紫外線による一酸化窒素産生とメラニン生成に関する研究
論 文 審 査 委 員 主査 教 授・博士（農学） 大 石 祐 一
教 授・医 学 博 士 田 中 越 郎
教 授・博士（農学） 服 部 一 夫
博士（薬学） 正 木 仁＊
論文内容の要旨
はじめに
一酸化窒素（NO）は生体内において血管内皮細胞由
来弛緩因子として働くことが発見され，現在に至るまで
生体のあらゆる組織において生理学的，病理学的に重要
な役割を果たしていることが明らかとなってきている。
皮膚においても NOは様々な生理学的機能をもつこと
が分かっている。紫外線によって誘発される紅斑にも
NOが関与することが報告されている。紫外線を皮膚に
照射したときに皮膚中に NOが産生されることを示す
いくつかの報告がある。紫外線照射で惹起される紅斑が
NO 合成酵素（NOS）活性阻害剤の投与により低減さ
れる報告は皮膚中に NOが産生されていることを示し
ている。また培養ケラチノサイトに紫外線を照射したと
きに NOが産生されることを示した報告もある。
紫外線が皮膚にあたると，メラノサイト内のチロシ
ナーゼおよびチロシナーゼ関連酵素の働きによりメラニ
ン生成が増加し色素沈着が生じることは良く知られた現
象である。紫外線により色素沈着が起こるメカニズム
は，紫外線に暴露されたケラチノサイト等の細胞から放
出される種々のメラノサイト刺激因子による影響が主要
因子であると考えられている。近年，紫外線照射による
メラニン生成に NOが関与していることが報告された。
紫外線により皮膚内で産生された NOがメラノサイト
を刺激しメラニン生成が増大することが色素沈着の原因
の 1つである可能性が示されている。しかしながら詳細
なメカニズムについては未だ不明な部分が多く残ってい
る。
メラニン生成を制御することは紫外線で誘導される皮
膚色素沈着を抑制する効果的な方法である。メラニンの
生成を抑制する方法としては，炎症の抑制やメラノサイ
トの周りの細胞から放出されるメラノサイト刺激因子の
抑制，メラノサイト刺激因子の各レセプターのブロッ
ク，チロシナーゼ活性の阻害等があげられ，これまでそ
れらの作用を持つ有効物質が皮膚局所に使用されてい
る。
一方，生体には元来紫外線等の害から身を守るための
生体防御物質が備わっている。生体内抗酸化物質として
は，チオール基を持つアミノ酸を含むペプチドやタンパ
ク質としてグルタチオン，チオレドキシン，メタロチオ
ネインといった物質，また抗酸化酵素としてグルタチオ
ンペルオキシダーゼ，カタラーゼ，スーパーオキシド
ディスムターゼといった酵素が良く知られている。その
中でもメタロチオネインはラジカルスカベンジ作用が強
い物質だといわれている。メタロチオネインはシステイ
ン残基を多く含む，熱安定性の多機能性金属結合タンパ
ク質で，主な生理作用としてはラジカルスカベンジ作用
の他に重金属の解毒作用，生体必須微量金属の代謝調
節，免疫反応作用等が知られている。ヒトでの存在分布
は主に，肝臓，腎臓といった臓器に多く存在することが
知られている。また，メタロチオネインには NO をブ
ロックする作用があることも報告されている。皮膚にお
いては，ケラチノサイト中に誘導したメタロチオネイン
がサンバーンセル形成を抑制することが報告されてい
る。
本研究の目的は，紫外線により皮膚内で産生された
NOの刺激によるメラニン生成の増大により引き起こさ
れる色素沈着の詳細なメカニズムを明らかにし，さらに
その色素沈着を抑制する方法として生体内に存在する抗
酸化物質メタロチオネインを利用して抑制することであ
る。
─ 90 ─
＊東京工科大学応用生物学部 教授
第 1章 紫外線による一酸化窒素の産生
ケラチノサイトが紫外線で刺激されることにより NO
が産生されることが複数報告されている。しかしそのメ
カニズムについては異なるアイソフォームの NO合成
酵素が NO産生に関与するという報告で矛盾している。
そこで培養ケラチノサイトを用いて紫外線照射による
NO産生のメカニズムを明らかにするため，どの NOS
アイソフォームが関与しているのか UVB照射後の構成
型 bNOSと誘導型 iNOSの発現を検討した。
培養ケラチノサイトに UVBを 2, 5mJ/cm2照射し，
培養 48時間後までケラチノサイトが産生する NO量を
測定した。その結果，UVB 照射 6時間以降 48時間後
まで，未照射のものと比べ NO産生量の有意な増加が
観察された。また UVB照射 2, 5mJ/cm2ではケラチノ
サイトへのダメージは見られなかった。
次に，bNOS の発現に与える影響を見るために，培
養ケラチノサイトに UVB を 2, 5mJ/cm2照射し培養 4
時間後の mRNA発現量をノザンブロット法により調べ
た。その結果，bNOSの mRNA量は未照射のものと比
べ UVB照射 5mJ/cm2で明らかなシグナルの増加がみ
られた。内部標準として同時に検出した G3PDH の
mRNA シグナルは UVB 照射により変化は見られな
かった。またウエスタンブロット法により UVB 照射
12時間後の bNOS のタンパク質量を調べた。その結
果，bNOS のタンパク質量は未照射のものに比べシグ
ナルの増加が観察された。
続いて，iNOSの発現に与える影響を見るために，培
養ケラチノサイトに UVB を 5mJ/cm2照射し培養 4，
12，24時間後の mRNA 発現量を RT-PCR 法により調
べた。その結果，未照射のケラチノサイトにおいて
PCR反応を 40サイクルまで増幅することによりようや
く iNOSの mRNAを検出できた。UVBを 5mJ/cm2照
射したケラチノサイトでは培養 4，12時間後では未照射
のものと比べて mRNAのシグナルは抑制されていた。
また内部標準として検出した G3PDH のシグナルは
UVB照射により変化は見られなかった。
培養ケラチノサイトを紫外線照射することにより，構
成型 bNOSの発現は上昇したが，誘導型 iNOSの発現
の上昇は見られなかったことから，紫外線の直接照射に
よるケラチノサイトの NO産生の増加は iNOSではな
く bNOSの発現の上昇がかかわっていることを明らか
にした。
第 2章 一酸化窒素によるメラニン生成の誘導
紫外線照射により皮膚ではメラニンが生成されること
が一般に知られている。近年，培養メラノサイトを NO
で連続して刺激することによりチロシナーゼ活性が上昇
しメラニン生成が増加する報告がされている。しかしな
がら，チロシナーゼ発現への関与は報告されていない。
そこで培養メラノサイトを NOで単回刺激することに
よる 24時間以内でのメラニン生成におけるチロシナー
ゼ遺伝子の発現について検討した。
NO供与体（SNAP）を培養メラノサイトの培地中に
添加してチロシナーゼmRNAをノザンブロット法によ
り検出した。その結果，NO刺激 2時間後にチロシナー
ゼ mRNA発現の誘導が観察された。そしてその発現誘
導は 12時間後で最大になった。また，NO刺激後 24時
間までの間，メラノサイトの増殖能や細胞数に変化はな
かった。
次にチロシナーゼ活性はドーパオキシダーゼ活性およ
びチロシンハイドロキシラーゼ活性の 2つの方法によっ
て測定した。その結果，ドーパオキシダーゼ活性は，
NO刺激 12時間後から 24時間後まで時間依存的に上昇
し，48時間後にはコントロールレベルに戻った。チロ
シンハイドロキシラーゼ活性もコントロールと比較し
て，24 時間後に 1.5 倍増加していた。一方，チロシ
ナーゼのタンパク質量をウエスタンブロット法を用いて
調べた結果，24時間後で約 1.3倍増加し，チロシナー
ゼ活性の増加するレベルと一致していた。
これまでの報告で NO刺激によるチロシナーゼ活性
の上昇が cGMP-dependent protein kinase（PKG）イ
ンヒビターにより抑制されることより cGMP/PKG経路
が関与していることが示唆されている。そこで NO刺
激により培養メラノサイト内の cGMP量が増加するか
測定したところ NO刺激後，直ちに cGMP量の増加が
みられ，4時間後に最大になることを確認した。そして
NO刺激によるチロシナーゼ mRNAの上昇が PKGイ
ンヒビターである KT5823の添加によりで抑制された。
メラノサイトにおいて NO刺激 2時間後よりチロシ
ナーゼ mRNA発現が上昇し，チロシナーゼ活性の上昇
も 24時間までの間で時間依存的に認められた。その活
性上昇はチロシナーゼタンパク質の増加を伴っていた。
また，チロシナーゼ mRNA発現の上昇は PKGインヒ
ビターによって抑制された。これらの結果から，NO刺
激によるメラニン生成の主要なメカニズムは NOによ
り cGMP経路を通したチロシナーゼ遺伝子発現の上昇
である可能性が示された。
第 3章 生体内抗酸化物質によるメラニン生成の抑制
NO刺激によるメラニン生成を抑制する方法として，
─ 91 ─
細胞内に存在する NOをスカベンジすることが報告さ
れている生体内抗酸化物質メタロチオネインをメタロチ
オネインの量を増やすことにより効果を発揮する可能性
があると考え，メラノサイトにおいてメタロチオネイン
が存在し発現誘導できること，そしてメラノサイトでメ
タロチオネイン量を増やすことで NO刺激されたメラ
ニン生成を抑制できるか検討した。
メラノサイトでメタロチオネインが存在することが報
告されていないことから，まず培養メラノサイトにおい
て，メタロチオネイン遺伝子が発現されているかを調べ
た。ノザンブロット法による解析ではメタロチオネイン
mRNAは，ケラチノサイトと線維芽細胞では検出でき
たがメラノサイトでは検出できなかった。そこで RT-
PCR法による検出を試みたところ，メラノサイトにお
いてmRNA発現は PCR反応 30サイクルの増幅により
検出可能になった。次に，メラノサイトのメタロチオネ
イン発現が上昇するかメタロチオネイン発現を誘導する
ことが知られている塩化亜鉛を添加して調べた。その結
果，メラノサイトでメタロチオネイン遺伝子発現の上昇
が見られた。またメタロチオネインのタンパク質の増加
も塩化亜鉛添加 24時間後から観察された。別のメタロ
チオネイン誘導剤であるデキサメタゾンにおいても同様
の結果が得られた。
次に NO 供与体である SNAP の添加によるチロシ
ナーゼ活性の上昇がメタロチオネインを誘導することに
よりその上昇が抑制されるか調べた。NO刺激の 24時
間前に塩化亜鉛を添加しメタロチオネインを誘導するこ
とにより NO刺激によるチロシナーゼ活性の上昇を塩
化亜鉛の添加濃度依存的に抑制された。また別のメタロ
チオネイン誘導剤であるデキサメタゾンの添加によって
も NO刺激によるチロシナーゼ活性の上昇が抑制され
た。しかしながら，チロシナーゼ mRNAおよびタンパ
ク質の量は塩化亜鉛添加により影響されなかった。
メラノサイトを NO以外のメラノサイト刺激因子で
ある a-メラノサイト刺激ホルモン（a-MSH）およびエ
ンドセリン-1（ET-1）刺激によるメラニン生成をメタ
ロチオネイン誘導により抑制されるか調べた。その結
果，NO刺激の時と同様チロシナーゼ活性の上昇は抑制
されたがチロシナーゼタンパク質量は影響されなかっ
た。また，予め a-MSH刺激により上昇したチロシナー
ゼ活性は塩化亜鉛の添加 12時間後から 72時間後まで段
階的に減少を示し，メタロチオネインタンパク質の増加
のタイムコースと一致していた。
当初，メタロチオネインを増加させることによる NO
のスカベンジ作用により NO刺激によるメラニン生成
の上昇を抑制すると考えていた。しかしながら，メタロ
チオネインの誘導でチロシナーゼの発現には影響を与え
ず，a-MSHおよび ET-1刺激により上昇するメラニン
生成に対しても抑制した。そこで，メタロチオネインに
よるチロシナーゼ活性の直接阻害の可能性について調べ
た。種々薬剤を添加して培養したメラノサイトからメラ
ノソーム画分を分画し，分画物のチロシナーゼ活性を測
定したところ，a-MSH刺激により上昇するチロシナー
ゼ活性が塩化亜鉛添加したメラノサイトから得られたメ
ラノソーム分画物の活性は抑制されていた。この分画物
に抗メタロチオネイン抗体を添加してチロシナーゼ活性
を測定したところチロシナーゼ活性の減少が解除され
た。さらに，精製されたメタロチオネインをメラノソー
ム分画物に添加したところチロシナーゼ活性が抑制され
た。
培養メラノサイトに他の細胞でメタロチオネインを増
やすことが知られている塩化亜鉛を添加することでメタ
ロチオネインを増やすことをノザンブロット法およびウ
エスタンブロット法で確認できた。予めメタロチオネイ
ンを増やした後に NO刺激をしてもチロシナーゼ活性
の上昇を抑制することができた。しかしチロシナーゼ
mRNAおよびタンパク質の発現上昇は抑制されなかっ
た。粗精製チロシナーゼに直接メタロチオネインを添加
したところチロシナーゼ活性が阻害されたことから，培
養系で見られたメタロチオネイン誘導によるメラニン生
成の抑制は NOをスカベンジする作用ではなくチロシ
ナーゼ活性を直接阻害するためであると考えられた。
おわりに
本研究は，近年メラノサイトを刺激することが報告さ
れた NOによるメラニン生成のメカニズムを明らかに
し，さらにメラニン生成を抑制することを目指した。培
養細胞を用いた検討により，紫外線刺激によりケラチノ
サイトで bNOSの発現を上昇させることにより NOを
産生させ，その産生された NOはメラノサイトにおい
て cGMP経路を介してチロシナーゼ発現を上昇させメ
ラニン生成を増加させることを明らかにした。また，チ
ロシナーゼ活性はメラノサイト内に生体内抗酸化物質メ
タロチオネインを誘導することで抑制できることを明ら
かにした。
本成果により，紫外線により皮膚でおきる色素沈着を
効率的に抑制する新たな方法の 1つを提案することがで
きた。しかし本実験で用いたメタロチオネイン誘導剤で
ある塩化亜鉛は皮膚刺激性が報告されており，メラニン
生成を抑制するためにヒトの皮膚に塗布することはでき
─ 92 ─
ない。今後の課題としては，メタロチオネインを効率的
に誘導できる安全で安定な物質を食品や植物素材の中か
ら見出していきたいと考えている。
審査報告概要
紫外線による皮膚メラニン生成について新たなメカニ
ズムを検討し，そのメラニン生成制御の方法を見出すこ
とを目的とした。紫外線照射は表皮細胞の構成型 NO
合成酵素（NOS）活性の上昇を惹起し，その活性によ
り生成された NOによって色素細胞のメラニン合成が
亢進されることを見出した。ここには cGMP依存性リ
ン酸化酵素が関わることも見出した。また，構成型
NOSを阻害することにより，メラニン合成を制御する
新たな機構の開発を検討すべく，色素細胞内メタロチオ
ネインに着目した。メタロチオネイン増加によりメラニ
ン合成は制御されたが，その機構は，NOS制御ではな
く，メラニン合成酵素チロシナーゼの阻害によることを
明らかにした。メタロチオネインを増加させる物質とし
て亜鉛イオンが有効だった。本研究は，メラニン合成の
新たなメカニズムを見出したことに大きな価値がある。
このことは，メラニン合成を制御する新規の食品素材，
化粧品素材開発にも寄与するものである。
よって，審査員一同は博士（皮膚科学）の学位を授与
する価値があると判断した。
─ 93 ─


紫外線による一酸化窒素産生とメラニン生成に関する研究

有澤, 岳

ARISAWA, Gaku

The establishments of high yield production of forage rice variety Momiroman by heavy application of compost

鈴木, 沙理

SUZUKI, Sari

Genetic study on polygenic hearing loss used mouse models

原田, 雄太郎

HARADA, Yutaro

A study of Conversion to a Sustainable Society: From a Viewpoint of Energy, Food and the Theory of “Stationary State Economy”

實野, 雅太

JITSUNO, Masataka

氏 名 實 野 雅 太
学位（専攻分野の名称） 博 士（農業工学）
学 位 記 番 号 甲 第 692 号
学 位 授 与 の 日 付 平成 27 年 3 月 20 日
学 位 論 文 題 目 局所耕うん器具を用いた圃場通気性試験装置の開発
論 文 審 査 委 員 主査 教 授・博士（生物環境調節学） 田 島 淳
教 授・農 学 博 士 坂 口 栄一郎
准 教 授・博士（生物環境調節学） 加 藤 雅 義
Ph.D. 橋 本 洋 平＊
論文内容の要旨
地表面を植生で覆った状態で栽培を行う作業体系は，
土壌保全や生物多様性維持などの環境保全型農法として
有効性が期待されている。圃場の表面を植生で覆うこと
は，非栽培期間を含め，太陽光の利用効率を高めること
になり，有機物生産量を増大させるばかりでなく，昆虫
や土壌動物の生息数を飛躍的に増大させることに繋が
る。しかし，植生で被覆された圃場での栽培において，
作物の生育を確保するための要素を科学的に明確化する
試みは緒に着いたばかりである。
従来の農法における圃場の土壌状態の変化を知る一般
的な方法としては，栽培毎に全面耕うんによる更新が行
われ圃場状態が均一であることから，サンプリングによ
る評価が有効であった。しかし，植生により被覆された
圃場で，植え付けに必要な部分のみを耕うんする栽培法
においては，サンプリングによる評価は，圃場の植生を
破壊するばかりでなく，圃場状態が不均一であるため
に，圃場状態を示す指標になるとは限らない。
本研究は，植生に覆われた圃場での定植作業を可能と
するために開発した器具（局所耕うん器具）を用いて，
長期的な圃場状態の経時変化を非破壊で評価する方法の
開発を目的としている。作土の通気性は土壌の物理的状
態を示す一要素であるが，土壌の化学性，生物性にも大
きく影響することが知られている。しかし，植生被覆下
の圃場で長期的に通気性の変化を計測できる装置は皆無
であった。開発した圃場通気性試験装置は，局所耕うん
器具の内部に細管を設け，タンクに充填した空気を土壌
中に吐出することで，吐出空気の流量と圧力の関係を求
め，土壌の通気性の指標（通気性指数）とするものであ
る。
本研究では，この圃場通気性試験装置の特性を把握す
るために，既存の 100cc 試料円筒内の土壌の通気性を
本装置で測定することを可能にする固定器具を開発し，
既往の通気性の指標である通気係数との比較を行った。
この固定器具の開発により，圃場で採取した不攪乱土だ
けでなく，人為的に充填した土壌を用いた実験も可能と
なった。また，圃場通気性試験装置の設計を最適化する
ために，数学モデルを構築し，圃場実験と室内実験と併
せて，装置の特性の評価を試みた。
以上の装置を用いた実験およびシミュレーションの結
果から以下の結論を得た。
① 地表が植生で覆われた圃場において，耕うん作業時
に土壌通気性を測定することが可能となった。
② 室内実験で通気性指数は既往の通気係数との相関が
認められ，土壌の通気性を表す指標として有用である
ことが示された。しかし，異なる粒度の土壌では通気
係数が粒径の影響を受けるのに対し，粒度の差が明確
に現れない特徴があった。
③ 圃場通気性試験装置単体を示す数学モデルの構築に
おいては，流速の算出にダルシー・ワイズバッハの式
を用いることが有効であった。
④ 圃場通気性試験装置の数学モデルに土壌の要素を加
えた毛細管を使ったモデルにより，土壌の通気性を再
現する可能性が示された。
⑤ この方法を応用した専用器具を圃場に設置しておく
ことにより，定点での観測により長期的な通気性の変
化を経時的に観測できることが示された。
─ 40 ─
＊東京農工大学大学院 生物システム応用科学府 准教授
審査報告概要
局所耕うん栽培法は慣行法のように圃場全体を面的に
耕すのではなく，植え付け部の直下に鉛直の細長い穴を
開け耕うん効果を得ようとする耕うん・栽培方法であ
る。この方法には，機体重量や動力源が小さな作業機で
も十分な耕深を確保できる，農地の生物多様性が維持し
易い，表土を保全できる等の特徴がある。また，圃場の
更新の必要性や時間的な間隔，雑草管理や作物の栄養源
の供給や物質循環等，従来と異なった形となるため，今
後研究すべき課題も多い。こうした背景から，圃場の土
壌環境の経時的な追跡を非破壊で行う必要性がある。圃
場通気性試験装置は，局所耕うん器具の縦穴成型部が耕
うん作業時に土壌と密着していることを利用して，器具
の先端から空気を吐出させることにより，土壌の通気性
を測定するもので，通気性の評価は蓄圧タンクの圧力波
形から抽出している。本研究は，計測システムを数学的
モデルで表現し，サンプリングした不攪乱土壌と精密に
充填した土壌との比較を行うことによって，この波形が
持つ土壌物理性に関する情報を明らかにした。その結
果，装置が圃場の通気性の変化を追跡できることを実証
した。この研究成果は，農地に植生を維持しながら栽培
を行うような環境保全型農法の開発において，重要な測
定手法となる可能性を有しており，今後の耕うんシステ
ムの開発に大きく寄与するものと考えられる。
よって，審査員一同は博士（農業工学）の学位を授与
する価値があると判断した。
─ 41 ─


Development of the Field Air Permeability Tester using the Shaft Tillage Tool

境垣内, 岳雄

SAKAIGAICHI, Takeo

氏 名 境 垣 内 岳 雄
学位（専攻分野の名称） 博 士（農学）
学 位 記 番 号 乙 第 903 号
学 位 授 与 の 日 付 平成 27 年 3 月 20 日
学 位 論 文 題 目 飼料用サトウキビの栽培体系の開発および品種育成に関する
研究
論 文 審 査 委 員 主査 教 授・農 学 博 士 森 田 茂 紀
教 授・博士（農学） 根 岸 寛 光
教 授・博士（農学） 馬 場 正
博士（農学） 玉 井 富士雄＊
博士（農学） 阿 部 淳＊＊
論文内容の要旨
鹿児島県島嶼部（熊毛地域・奄美地域）と沖縄県から
なる南西諸島における基幹産業は農畜産業であり，畜産
の振興は地域経済のみならず，我が国全体にとっても重
要なものである。肉用牛の子牛生産に基盤をおく南西諸
島の畜産を振興するためには，安定した粗飼料の供給が
大きなポイントの 1つとなる。
現在，南西諸島では暖地型牧草が栽培されており，特
にローズグラス（Chloris gayana）が全域で利用される
主要な草種である。しかしながら，ローズグラスは多年
草として利用した場合の収量性などに課題があり，より
収量性に優れる飼料作物が求められていた。そこで，南
西諸島における粗飼料の増産に向けて，我が国で初の飼
料用サトウキビ（Saccharum spp. hybrid）品種となる
KRFo93-1が育成された。KRFo93-1はローズグラスの
2倍以上の高い収量性を発揮するとともに，株出し能力
が高いため多年草としての利用でも収量性が優れてお
り，耕地面積が限られる南西諸島において大幅な粗飼料
増産を可能とする新規作物として期待されている。
しかし，飼料用サトウキビは新規作物であり，生産者
に推奨できる栽培体系が確立されていないため，
KRFo93-1の普及は円滑に進んでいなかった。そこで，
本研究では，KRFo93-1の普及対象地域である熊毛地域
（種子島）において栽培体系を確立するとともに，それ
を補完する新品種の育成に取り組んだ。
1． 収穫回数の検討
サトウキビは一般に春季に生育を始め，夏季の生育旺
盛期を経て，秋季以降の低温を受けて茎にショ糖を蓄積
する。このように，製糖用サトウキビでは約 1年間の栽
培期間を要し，栽培は年 1回収穫を基本としている。し
かし，KRFo93-1を年 1回収穫で栽培すると，生育が旺
盛で長大化するため，倒伏して収穫作業が困難となり，
このことが，生産現場における栽培上の課題となってい
た。そこで，1作の栽培期間を短くして収穫時期を分散
させる，年 2回収穫の導入について検討した。すなわ
ち，KRFo93-1と製糖用主要品種 NiF8を用いて，年 1
回収穫区ならびに年 2回収穫区における生育および収量
性を 2年間，比較検討した。その結果，NiF8では年 2
回収穫区の年間乾物収量（1.29kg m−2）は，年 1回収
穫区に比較して約 20% の減収となったが，KRFo93-1
では年 2回収穫区の年間乾物収量（5.77kg m−2）は，
年 1回収穫区と同程度以上の高いものであった。
このように，KRFo93-1が年 2回収穫でも高い収量性
を示した理由としては，株出し栽培で初期生育が優れて
いることがあげられる。また，KRFo93-1は 2番草の乾
物収量が高く，年間乾物収量に占める 2番草の割合も
NiF8よりかなり高かった。2番草の生育有効温度の下
限値を解析した結果から，NiF8（13.5℃）より KRFo
93-1（12.5℃）の方が低温下での茎伸長に優れること
も，年 2回収穫で高い収量性を示した理由と考えられ
る。年 2回収穫では 1番草，2番草のいずれも収穫時の
草姿は直立型であるため，年 1回収穫と比較して収穫作
業性の改善も認められた。また，乾物収量に，別途求め
た乾物分解率を乗じて算出した可消化乾物収量も，年 1
回収穫区（2.38kgm−2）より年 2回収穫区（2.74kgm−2）
の方が高く，栄養収量でも年 2回収穫が優れていること
─ 94 ─
＊元東京農業大学農学専攻教授
＊＊東海大学 准教授
が確認できた。以上のことから，KRFo93-1の栽培で
は，年 1回収穫より年 2回収穫での栽培が優れているこ
とが明らかとなった。
次に，年 3回収穫の導入についても検討した。試験に
は KRFo93-1を用いて，年 2回収穫区ならびに年 3回収
穫区における生育および収量性を 2年間，比較検討し
た。その結果，年 3回収穫区における 1年目（1.90kg
m
−2）および 2年目（3.12kg m−2）の年間乾物収量は，
いずれも年 2回収穫区より低かった。この理由として
は，年 3回収穫区では個体群生長速度の低い生育初期が
収穫時期となることや，株出し後の茎伸長速度が低いこ
とが考えられる。以上のことから，飼料用サトウキビの
特徴である多収性を活かすためには，年 2回収穫を基本
にした栽培体系を構築すべきであると判断した。
2． 収穫時期の検討と安全性の確認
そこで，年 2回収穫における収穫時期の設定について
検討した。試験には KRFo93-1を用いて，収穫時期の異
なる処理区（5-7 月区，5-8 月区，5-9 月区，5-10 月
区）を設け，生育および収量性を 3年間比較した。その
結果，処理区間に有意差は認められないものの，5-8月
区および 5-9月区の年間乾物収量（3.89kg m−2）は，
5-7月区や 5-10月区よりも高い傾向が認められた。ま
た，年 2回収穫における収穫時期を工夫することで耕種
的な雑草防除に寄与できることも明らかとなった。以
上，収量性ならびに雑草との光競合回避による生育の安
定性を考慮すると，設定した処理区の中では 5-8月区が
最適な収穫時期と考えられる。
飼料の安定確保のためには収量だけでなく，家畜の疾
病に関する検討が必要であり，その場合，硝酸態窒素な
らびにミネラルバランスが主要な評価項目となる。飼料
中の硝酸態窒素は高濃度になると硝酸塩中毒の原因とな
ることから，急性中毒を回避するための許容値として，
乾物あたり 0.2% という基準値が設けられている。ま
た，ミネラルバランスは K/（Ca＋Mg）当量比で評価
し，この値が 2.2を超えると，血中のマグネシウム欠乏
が原因となりグラステタニー症の発生の危険性が高ま
る。そこで，KRFo93-1 の硝酸態窒素濃度および K/
（Ca＋Mg）当量比について，年 2回収穫での栽培体系
における生育段階との関係に着目しながら検討を行っ
た。
すなわち，KRFo93-1を新植し，植付け後 114日目か
ら 328日目まで，硝酸態窒素濃度および K/（Ca＋Mg）
当量比を継続的に調査した。その結果，硝酸態窒素の濃
度は，生育段階に関わらず基準値の 0.2% を大きく下
回った。また，K/（Ca＋Mg）当量比は，若い生育段階
で高い傾向が認められたが，基準値の 2.2を超える例は
認められず，土壌のミネラルバランスが適正な場合は
K/（Ca＋Mg）当量比も適正となることも明らかとなっ
た。このように，年 2回収穫で KRFo93-1を栽培するこ
とは，硝酸態窒素濃度や K/（Ca＋Mg）当量比などの飼
料としての安全性という視点からも問題はないと判断さ
れる。
3． 栽培方法の検討
以上の結果を踏まえて，飼料用サトウキビの年 2回収
穫体系を想定し，栽培方法について検討した。サトウキ
ビ栽培では，初期生育が緩慢なことが問題となることが
多い。KRFo93-1も，株出しでの初期生育は優れるもの
の，新植では製糖用サトウキビと同様に，初期生育に問
題が残る。KRFo93-1は茎数が多く，密植のための種茎
確保が容易であるため，新植での初期生育を改善するの
に密植が有効かどうかについて検証した。
試験には KRFo93-1を用い，製糖用サトウキビの基準
の栽植密度である対照区（6.36芽m−2）のほか，株間を
狭めた 1.5倍区（9.54芽 m−2）および 2倍区（12.7芽
m
−2）の 2つの密植区を設け，初期生育および乾物収
量について 2年間，比較検討した。その結果，1.5倍区
と 2倍区において新植での初期生育が促進され，密植に
よる有意な増収効果も認められた。これらの結果から，
KRFo93-1の栽培体系では製糖用サトウキビの基準の
1.5∼2倍の密植が適していると考えられる。
KRFo93-1は，長期間に渡り株出し栽培を行う。そこ
で，株出し栽培における管理作業の株揃えについて検討
した。飼料用サトウキビを機械収穫する場合は，地際か
ら 10cm程度で高刈りする。特に，サイレージに調製し
て保存する際は，品質の劣化をまねく土砂の混入を防ぐ
必要があり，高刈りが必須となる。製糖用サトウキビの
株出し栽培では生育促進のための管理作業として，収穫
後の残株を地際まで刈り戻す株揃えが広く行われてい
る。そこで，KRFo93-1の栽培において株揃えが必要で
あるか否かについて検討した。
試験には KRFo93-1を用い，高刈り収穫後，株揃えを
する対照区と，高刈りのままで株揃えをしない高刈区を
設けて，新植から株出し 6回目までの多回株出し条件下
で生育ならびに収量性を比較検討した。その結果，高刈
区では対照区と比べて茎数は同程度であるが，仮茎長が
大きく推移した。また，高刈区では収穫時の一茎乾物重
が大きく，株出し 1回目から 6回目まで検討したとこ
ろ，合計乾物収量は対照区（13.7kg m−2）に比較して
─ 95 ─
高刈区（15.7kg m−2と）で有意な増収が認められた。
このように高刈区で増収した理由としては，株揃えをし
ないと遅発の分げつが次作の茎として生育することと，
残株の養分（貯蔵性炭水化物など）が次作の生育に利用
されることが考えられる。株揃え作業をしなくてすめ
ば，省力的な栽培体系となるメリットもある。以上のこ
とから，KRFo93-1の栽培では，多収かつ省力化に繋が
る栽培管理として株揃えをしないことが推奨される。
さらに，KRFo93-1の多回株出し栽培で多収を維持す
る施肥方法について検討した。試験では，製糖用サトウ
キビの施肥量に準じた対照区のほか，K/（Ca＋Mg）当
量比の低下ならびに施肥量の削減の検討するために，カ
リを減らした減カリ区と，カリを施用しない無カリ区を
設けた。対照区，減カリ区，無カリ区の施肥量は，1作
あたり N : P2O5 : K2Oでそれぞれ，16.2 : 12.0 : 15.0（g
m
−2），16.2 : 12.0 : 6.0（g m−2），16.2 : 12.0 : 0.0（g
m
−2）となる。試験には KRFo93-1を用い，株出し 6
回目までの生育，収量，養分吸収量，土壌養分含量を調
査した。その結果，減カリ区や無カリ区では，植物体の
K濃度の低下および吸収の拮抗関係にある Ca，Mg濃
度が増加し，対照区より K/（Ca＋Mg）当量比が有意に
低くなった。一方で，株出し回数が進むにつれて減カリ
区や無カリ区では対照区と比較して減収程度が大きくな
り，株出し 4回目以降では対照区と無カリ区の乾物収量
には有意な差が認められた。以上のように，カリ減肥に
より K/（Ca＋Mg）当量比は改善されたものの，乾物収
量が低下したことから，多回株出し栽培においては対照
区のレベルよりカリ減肥は難しいと判断した。
一方，対照区で三要素の施肥量と吸収量とを比較する
と，窒素やリンは収支バランスが取れているもの，対照
区においてもカリウムは吸収量が施肥量を上回ってい
た。また，多量要素のカルシウムとマグネシウムの吸収
量が多く，土壌養分含量は対照区，減カリ区，無カリ区
のいずれも株出し回数とともに大きく減少した。以上の
ように，多回株出し栽培で収量を維持するためには，カ
リウム，マグネシウム，カルシウムなどの吸収量が施肥
量を上回る養分について，堆肥などを追加施用すること
が重要と考えられる。
4． 耐病性品種の育成
奄美地域および沖縄県向けのサトウキビ品種は，黒穂
病抵抗性の付与が必要となる。黒穂病は糸状菌である黒
穂病菌（Ustilago scitaminea Sydow）によって引き起
こされ，罹病すると健全に生育できず大きく減収する。
KRFo93-1は黒穂病抵抗性が中程度であることから，普
及は黒穂病の発生していない熊毛地域に限定されてき
た。この問題は現在でも続いており，黒穂病の発生が認
められる奄美地域や沖縄県で飼料用サトウキビを普及さ
せるためには，KRFo93-1より黒穂病抵抗性の優れた品
種が必須となってくる。
そこで，黒穂病抵抗性が優れ，株出し多収となること
に目標として，黒穂病抵抗性の優れた製糖用品種 NiF8
を種子親，また糖含有率は低いが，株出し栽培の収量性
が優れた種間雑種系統 KRSp93-26を花粉親として交雑
育種を進めた。実生選抜および栄養系選抜を種子島で行
うとともに，生産力検定試験を種子島と，普及対象の奄
美地域の徳之島で実施した。また，黒穂病の特性検定試
験を沖縄県で実施した。この結果，NiF8と同程度の強
い黒穂病抵抗性を有するとともに，KRFo93-1と同程度
の高い収量性を示す新品種しまのうしえを開発した。新
品種のしまのうしえが育成できたことで，奄美地域およ
び沖縄県でも，飼料用サトウキビの栽培が可能となっ
た。
5． 収量予測モデルの構築
以上の検討結果を踏まえて南西諸島で飼料用サトウキ
ビの普及を図る場合，それぞれの地域の自然条件の変異
に対応して，収穫時期の設定などについて調整を行う必
要も考えられる。そこで，本研究で得られた生育環境と
収量データの関係性を精査することで，乾物収量の推移
を一般化した収量予測モデルの構築を試みた。
すなわち，有効温度の下限値を 14.3℃とした有効積
算温度（X）と乾物収量（Y）との関係を解析した。代
表的な S字曲線であるロジスティック曲線で回帰した
ところ，株出し開始初期の乾物収量が過大評価された。
一方，ゴンペルツ曲線を利用すると，乾物収量は Y＝
6.21［0.0127exp（−0.00126X）］という曲線で回帰でき，決
定係数も R2＝0.768と高かった。
このように飼料用サトウキビの乾物収量は有効積算温
度から予測することができるため，今後はこの回帰式を
活用することで，熊毛地域における KRFo93-1の栽培管
理スケジュール作成などを通して生産現場への貢献が期
待される。
以上，本研究の結果，南西諸島において飼料用サトウ
キビを栽培するための技術体系を確立することができ
た。また，耐病性品種の育成にも至り，安定的な飼料確
保の基盤を構築することができた。このことは，南西諸
島における畜産の振興に大きく貢献するものである。
─ 96 ─
審査報告概要
本研究は，飼料用サトウキビ（Saccharum spp. hy-
brid）品種の KRFo93-1を中心にして，南西諸島におけ
る飼料用サトウキビの栽培体系の確立について検討した
ものである。高いバイオマス生産をあげると同時に収穫
作業を効率的に進めるために新たに考案した年 2回収穫
体系の有用性を実証し，新植や株出し栽培で 1番草は 8
月，2番草は翌年の 5月の組合せが最適であることを明
らかにした。密植すると増収し雑草防除効果も期待でき
ること，株揃えは行わないで省力化できること，N・
P・Kに加え，Caと Mgの供給の必要性も解明した。
また，有効積算温度を利用した収量予測モデルも構築し
て，KRFo93-1の栽培体系を確立した。さらに，耐病性
品種しまのうしえも育成し，南西諸島全域での飼料用サ
トウキビの栽培を可能とした。本研究の結果，畜産業が
重要な南西諸島において，新規作物の飼料用サトウキビ
の栽培が普及し始めており，今後，南西諸島における飼
料作物生産，さらに子牛生産に大きく貢献するものと期
待できる。
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。
─ 97 ─


Studies on Cultivation System and Breeding of Forage Sugarcane

東京農業大学博士（環境共生学

上原, 由美

3606

UEHARA, Yumi

3607

Study on the dietary therapy of phosphorus and potassium reduction by the pre-washed rice for patients with chronic kidney disease

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