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

丹野, 広貴

TANNO, Hiroki

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氏 名   丹 野 広 貴 
学位（専攻分野の名称）   博 士（農学） 
学 位 記 番 号   甲 第 875号 
学位授与の日付   令和 5年 3月 17日 
学 位 論 文 題 目   ヒト腸内酪酸産生菌 Faecalibacterium属細菌の新規分類マー 
カーの確立と定量法の開発 
論 文 審 査 委 員   主査 教 授・博士（農学） 妙 田 貴 生 
               教 授・博士（農芸化学） 山 﨑 雅 夫 
               教 授・博士（醸造学） 遠 藤 明 仁 
               教 授・博士（獣医学）  梶 川 揚 申 
 
 
 
論 文 内 容 の 要 旨 
 
研究背景 
ヒト腸内には 1000 種類， 38 兆細胞ともいわれる細菌が存在し，宿主の生理機能，免疫
応答，腸内の疾患のみならず，全身性の疾患に関連していることが知られている。腸内細菌
の一群である酪酸産生菌は特に重要であり，産生される酪酸は他の短鎖脂肪酸の酢酸やプロ
ピオン酸よりも優先的にエネルギー源として利用され，大腸炎抑制やアレルギー抑制などに
関与するとの報告がある。中でもヒト腸内最優勢の酪酸産生菌である Faecalibacterium 
prausnitzii は，健常成人では 5-15% の割合で存在すると報告されており，本菌種はクロー
ン病や 2型糖尿病，新型コロナウイルス感染症の重症患者などの腸内での有意な減少が確認
されている。また，宿主に対し抗炎症活性を有するタンパク質 (Microbial Anti-inflammatory 
Molecule, MAM) を産生することも報告されている。このような背景から，本菌は健康な腸
内マイクロバイオータのバイオマーカーとしての利用が検討されており，腸内細菌をターゲ
ットにした機能性食品開発のための評価における主要なターゲット細菌となっている。 
 近年，F. prausnitzii はゲノムレベルの相同性を基に，菌種レベルで異なる複数の系統群の
存在が示唆されている。しかし，これまで行われてきた定量的実験系ではそれらをすべて同
一菌種として扱っており，多様性を考慮した実験系での評価は行われていない。そのため，
これまでの報告が本当に正しいのか疑問が残るうえ，多様な系統群ごとのヒトの健康への影
響が明らかになっていない。本研究ではまず，これまでに F. prausnitzii と報告されている
菌株のゲノムレベルでの相同性を決定し，複数の系統群に分類した。次に，これまでに本菌
の定量で用いられてきた実験系がどの系統群を対象としていたのか，評価を行った。また，
定量試験の主要な標的遺伝子となっている 16S rRNA 遺伝子について詳細に解析を行い，
代替となる新規の遺伝子マーカーについても検討を行った。 
 
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第一章 “Faecalibacterium prausnitzii” のゲノムレベルの多様性 
 本研究では，2019 年 12 月 31 日時点で NCBI のデータベースに “F. prausnitzii” として
公開されていた 103 菌株のゲノムデータのうち，ゲノムサイズが 2.5Mbp 以上 3.5Mbp 未
満の 86 菌株を対象とした。まず Average Nucleotide Identity (ANI) を用いてゲノムレベルで
の相同性を比較した。その結果，種の閾値である 94-95% を基に，86 菌株は 8 つの系統
群に分かれた。これらは同一系統群内の相同性は閾値を概ね上回った一方で，系統群間の相
同性は最大でも 87.5% であり，閾値を大きく下回る結果となった。また，分類に重要な指
標の 1 つであるコアゲノムによる系統樹を作製したところ，ANI による結果と同様に 8 つ
のクラスターに分かれたことから，本菌には少なくとも 8 つ以上の系統群が存在すること
が示唆された。次に，Carbohydrate-Active enZYmes (CAZy) を用いて，ゲノムデータから 
Glycosyl Hydrolase (GH) family タンパク質の保持によるオリゴ糖や食物繊維の代謝能力予
測を行った。その結果，特定の系統群のみが保持する GH がいくつか確認された。これは
特定の系統群の生育を特異的に促進させる糖質の存在を示唆するものと考えられた。 
 
第二章 Faecalibacterium 属細菌が保有する 16S rRNA遺伝子の多様性 
第二章では，本菌の定量試験の主要なターゲット遺伝子である 16S rRNA 遺伝子につい
て解析を行った。まず，86 菌株全ての 16S rRNA 遺伝子のコピー数の確認を行った。その
結果，完全長のゲノム及びそれに準ずるクオリティのゲノムでは系統群に関係なく，総じて 
6 コピーの保持が確認された。このことから， Faecalibacterium 属細菌は 16S rRNA 遺伝
子を本来 6 コピー保持していると考えられた。次に，試験菌株から得られた全ての 16S 
rRNA 遺伝子の配列を用いて系統解析を行った。その結果，ANI による分類で同じクラス
ターに属した菌株は概ね系統的に近縁となったが，系統群 1 と 6 は複数のクラスターに分
かれ，マルチコピーの菌株においては 6 つのコピーが異なるクラスターに分類されるケー
スが見られた。よって，同じ系統群 (同一菌種) に分類される菌株でも 16S rRNA 遺伝子の
系統関係では多様性が見られることが明らかになった。そこで，16S rRNA 遺伝子の相同性
を確認したところ，同一系統群内の菌種は概ね高い相同性でまとまりを見せた一方で，同一
系統群内でも種の閾値である 98.7% を下回る相同性が散見された。特に，16S rRNA 遺伝
子を 6 コピー保持している完全長ゲノムの菌株では，コピー同士でも顕著に低い相同性 
(98.7% 以下) を示す菌株も見られた。このコピー間の相同性の低さは 16S rRNA 遺伝子の
特定の可変領域における塩基置換が原因であった。以上のように，本菌において 16S rRNA 
遺伝子は同一系統群  (菌種 ) 内でも多様性があることから， 16S rRNA 遺伝子を
Faecalibacterium の同定や定量に用いることは適当ではない可能性が示唆された。 
 
 
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第三章 “Faecalibacterium prausnitzii” 特異的プライマーの評価 
第三章では，これまでに “F. prausnitzii” の定量を報告している論文中から主要な特異的
プライマーを抽出し，第一章で見出された複数の系統群を検出可能かどうか，in silico 及び 
in vitro の両面で検証を行った。まず PubMed により “Faecalibacterium” “Quantitative PCR” 
などの複数のキーワードで論文検索を行い，2020 年 10 月 14 日時点でヒットした約 180 
報の論文を精査し，最終的に 10 種類のプライマーを主要な F. prausnitzii 特異的プライマ
ーとして抽出した。その後，第一章に選抜した 86 菌株のゲノムデータより 16S rRNA 遺伝
子が 1,400 bp 以上であった 59 菌株を対象とし，Primer-BLAST による相補性の確認を行
った。その結果， 4 種類のプライマーは全ての系統群に対して塩基置換が見られず，それ
らのプライマーを用いた解析系では全ての系統群を検出可能であると考えられた。一方で，
残りの 6 種類のプライマーでは系統群による特異性の偏りが生じていた。その中には，全
ての系統群に対してミスマッチが見られたプライマーや，系統群間だけではなく系統群内で
もミスマッチがみられるプライマーも存在していた。更にギャップの存在によりほとんどの
菌株の存在量が過小評価されていると考えられるプライマーもあり，これらの相補性の違い
は各系統群の定量値に大きな影響を与えることが考えられた。 
次に，各系統群から菌株を選抜し，合計 11 菌株の 16S rRNA 遺伝子を人工合成した。
その後それを鋳型 DNA とし，Real-time PCR による定量を行った。その結果，Primer-BLAST 
による解析結果と高い相関が見られ，ミスマッチが存在しなかった菌株ではほぼ理論値通り
の定量値となった。一方でミスマッチが確認されていた菌株では，その総数及び 3’ 末端
側のミスマッチ数が多いほど定量値が低くなる傾向があり，菌株によっては検出限界以下と
なった。よって，これまで Faecalibacterium の定量を行ってきた論文の多くが偏った結果
を基に議論していたものであることが強く示唆された。 
 
第四章 Faecalibacterium属細菌における新規分類マーカーの確立 
第二章の結果より，Faecalibacterium の分類で 16S rRNA 遺伝子を用いることは適切でな
いことが考えられた。そこで第四章では本菌群の分類のために 16S rRNA 遺伝子に代わる新
規の遺伝子マーカーの検討を行った。まず乳酸菌やビフィズス菌などの他の細菌の分類に利
用されている 6 種類のハウスキーピング遺伝子を対象とし，86 菌株のゲノム中における
コピー数の確認を行った。そして同一菌株ゲノム中に複数コピーが見られた 2 つの遺伝子
をマーカー候補遺伝子から排除し，残りの 4 つの遺伝子を解析対象とした。これら 4 つの
遺伝子の中で，系統群内の相同性が比較的高く，かつ系統群間の相同性が低い遺伝子として
最終的に recA が選抜された。この recA 遺伝子配列を基に 86 菌株の系統樹を作成したと
ころ，第一章の ANI による結果と同様の 8 つのクラスターに分かれた。また他のハウス
キーピング遺伝子を基に作製した系統樹と比較し，系統群間の距離が顕著に長くなっていた
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ことから，recA が最も系統群特異性が高く，Faecalibacterium 属細菌の分類と同定に適した
遺伝子マーカーであると考えられた。 
 
第五章 Faecalibacterium 属細菌の新規定量法の開発 
第四章の結果より， recA が Faecalibacterium 属細菌の分類や同定に適していることが明
らかになった。一方で， recA は特定の系統群では群内における保存性が十分ではなく，定
量のために必要となるそれぞれの系統群特異的プライマーの設計は難しいように思われた。
そこで再度上述のハウスキーピング遺伝子の保存性について検討したところ， rpoA は recA 
と比較して系統群内の保存性が高く，特異的プライマーの設計に適した遺伝子であると考え
られたことから，rpoA 遺伝子を標的とした各系統群特異的なプライマーを設計した。その
後，各系統群に対する特異性の評価を in vitro で行った。まず，合成 DNA を用いた特異性
の評価を第三章と同様の手法で行った。その結果，作製したプライマーによる検出量は，目
的系統群に対しては理論値通りの定量結果となった一方で，目的系統群以外の検出量は最も
高い場合でも目的系統群の 1% 程度であった。また，培養菌体から調整した DNA を用いて
定量試験を行った場合でも，上述の合成 DNA を用いた結果と同等以上の特異性を示す結
果が得られたことから，作製したプライマーは各系統群を特異的に定量するために十分な特
異性があることが確認できた。更に，Faecalibacterium の存在量が非常に低い乳児糞便に系
統群 1 及び系統群 6 の培養菌体を添加し，そこから抽出した DNA を用いて定量を行っ
た。その結果，目的の系統群の検出量と比較し，他の系統群の検出量は全てが検出限界以下
もしくは極めて低い値となり，本実験系が糞便中という PCR 阻害物質存在下および他の細
菌の混在下でも優れた定量性を持つという事を確認した。最後に，健常成人男性 6 名から
糞便を採取し，同様に全での系統群の定量を行った。その結果，全ての被験者から検出され
た系統群があった一方で，特定の系統群は限られた被験者からのみしか検出されず，全ての
被験者で検出限界以下となった系統群も存在した。更に，被験者間でも各系統群の存在量や
多様性が大きく異なっており，検出された系統群が最も多い被験者では 7 つの系統群が検
出され，最も少ない被験者で検出された系統群は 2 つであった。そのため，これまで “F. 
prausnitzii” として一様に報告していた論文がいかに不正確なデータを基に議論していたか
を強調するものとなった。 
 
本研究の結論 
 本研究の結果より，これまで “F. prausnitzii” とされてきた分類群には多様な系統群が存
在し，潜在的な糖分解能も系統群により異なる可能性が考えられた。また，これまで本菌の
定量に用いられてきたプライマーの半数以上で系統群による特異性の偏りが生じており，多
くの論文で正確に定量されていないことが示唆された。また，各系統群をそれぞれ定量する
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ための実験系はこれまでに存在していなかった。更に本菌は 16S rRNA 遺伝子を 6 コピー
持ち，さらにそのコピー間の塩基置換を起因とする顕著な相同性の違いがあることから，
Faecalibacterium の分類や同定，定量で 16S rRNA 遺伝子を用いるのは適切ではないことが
明らかになった。そこで，新規の分類マーカーの確立及び定量法の開発のため，
Faecalibacterium 属細菌が保持するハウスキーピング遺伝子のコピー数，相同性の解析を行
ったところ，recA が分類・同定，rpoA が定量に適していることを明らかにした。近年，機
能性食品が腸内細菌叢にもたらす有用性を評価する上で，“F. prausnitzii”の存在量の変化が
重要視されている。しかし，本研究の結果を鑑みると，既報の定量結果の多くは適切なもの
ではなかった可能性が考えられる。本研究は Faecalibacterium 属細菌をより正確に識別す
るための指標となり，機能性食品の評価・開発において正しい評価をするための重要な基盤
となるものである。 
 
 
審 査 報 告 概 要 
 
ヒト腸内酪酸産生菌である Faecalibacterium prausnitzii は宿主に対し様々な有益な効果を
持つ。そのため，本菌の存在量は健康な腸内マイクロバイオータのバイオマーカーとして利
用できる可能性が示唆されており，腸内環境をターゲットにした機能性食品の主要なターゲ
ットとなっている。一方で，本菌は分類学的な問題を抱えていることが示唆されていた。そ
のため，本研究では本菌の分類学的問題を明確にするとともに，この分類学的問題から生じ
る，過去の研究報告にある本菌定量の問題点を明らかにした。また，この問題を解決するた
め，分類マーカーを再構築するとともに，本菌の新規定量法を開発した。この手法を用いて
実際に糞便中の定量試験を行ったところ，優れた定量性を発揮するとともに，これまで知ら
れていなかった本菌生態の一部を明らかにした。本研究結果の学術的価値は高く，また腸内
細菌をターゲットにした生物産業の拡大に貢献すると考えられる。よって，審査委員一同は
博士（農学）の学位を授与する価値があると判断した。 


Japanese

ヒト腸内酪酸産生菌Faecalibacterium属細菌の新規分類マーカーの確立と定量法の開発

佐野, 宙矢

SANO, Michiya

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氏 名   佐 野 宙 矢 
学位（専攻分野の名称）   博 士（農学） 
学 位 記 番 号   甲 第 900号 
学位授与の日付   令和 5年 3月 21日 
学 位 論 文 題 目   生殖機能異常における NLRP3 インフラマソームの役割に関す 
る研究 
論 文 審 査 委 員   主査 教 授・博士（農学） 岩 田 尚 孝 
               教 授・博士（農学） 白 砂 孔 明 
               教 授・博士（医学） 庫 本 高 志 
                    博士（農学）  塚 本 智 史＊ 
 
 
 
論 文 内 容 の 要 旨 
 
「炎症」は体内へ侵入した細菌等の異物を取り除き，生体防御を担う重要な生理機能であ
る。その一方，体内の生理状態の影響を受け，脂肪酸等の自己成分に対しても炎症が引き起
こされる。このような非感染性の炎症は「自然炎症」と呼ばれ，NLRP3 インフラマソーム
（NLRP3・ASC・Caspase-1 の複合体）が中心的な役割を担っている。NLRP3 インフラ
マソームの活性化に伴い interleukin (IL) -1が産生され，細胞死が引き起こされる。一方，
生殖機構において過剰な炎症応答は男性では精巣機能異常に，妊婦では流産等の異常妊娠の
原因となる。そこで，NLRP3 インフラマソームの活性化が生殖機能異常に関与する可能性
を検討した。 
現在，男性不妊が世界的な問題となっている。男性不妊に陥る原因として，精巣等への感
染症が約 15％を占める。細菌等の感染により，精巣内では IL-1や C-C motif chemokine 
ligand 2（CCL2）のような炎症性サイトカインが産生され，テストステロン合成や精子の
質に悪影響を及ぼす。第 2 章では，グラム陰性菌の細胞壁成分であるリポ多糖
（Lipopolysaccharide : LPS）を投与する精巣炎モデルを構築し，NLRP3 インフラマソー
ムの関与を検証した。LPS 投与により野生型マウスの精巣内に好中球等の免疫細胞が集積
し，精巣内の IL-1や CCL2 産生が増加した。NLRP3 欠損マウスの精巣内では，これらは
増加しなかった。以上から，NLRP3 インフラマソームは精巣内の炎症制御に重要であるこ
とが示唆された。 
近年，母体の肥満が世界的な問題となっている。妊娠期の肥満は妊娠糖尿病等の異常妊娠
発症のリスク要因となる。肥満状態は全身で慢性炎症が起きるが，これには体内で増加する
遊離脂肪酸の一種である Palmitic acid (PA)が関与すると考えられる。第 3 章では，PA が
NLRP3 インフラマソームの活性化や胎盤炎症を誘導し，異常妊娠を引き起こす可能性を検
 ＊国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構放射線医学総合研究所 主任研究員 
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証した。妊娠マウスに PA 投与することで胚吸収率が増加し，胎盤内では IL-1産生や好中
球や単球・マクロファージの集積が増加した。ヒト胎盤細胞株や THP-1（ヒト単球細胞株）
において，PAはNLRP3依存的に IL-1分泌を誘導した。以上から，過剰なPAによりNLRP3
インフラマソームが活性化され，異常妊娠が誘導されることが示唆された。 
異常妊娠等の予防・治療として，NLRP3 インフラマソームを抑制する必要がある。しか
し，妊娠中の薬剤投与は催奇形性の危険が生じるため，妊婦への投薬は制限される。そこで，
第 4 章では植物成分のサプリメントである「Olea Vita（オリーブ葉の抽出成分）」の胎盤に
おける NLRP3 インフラマソームへの効果を検証した。OleaVita 添加により，胎盤組織で
は NLRP3 や炎症性サイトカインの産生に関与する NF-B タンパク質発現が減少し，
IL-1・IL-6・IL-8 分泌が抑制された。また，JNK 抑制剤処置により OleaVita の抗炎症作
用が抑制された。以上より，OleaVita は JNK シグナル経路を介して NLRP3 インフラマソ
ームや炎症性サイトカイン産生を抑制することが考えられた。 
以上から，NLRP3 インフラマソームの過剰な活性化は精巣炎症や胎盤炎症の惹起に関与
することにより生殖機能異常を引き起こすことが示唆され，NLRP3 インフラマソーム機構
を安全性の高いサプリメント等で抑制する手法の開発が有効である可能性が考えられた。 
 
 
審 査 報 告 概 要 
 
本研究は，非感染性の炎症である自然炎症を制御する NLRP3 インフラマソーム（NLRP3・
ASC・Caspase-1 の複合体）に着目し，NLRP3 インフラマソームの生殖機能異常への関与を
検討した。細菌の構成成分であるリポ多糖（LPS）を投与し，NLRP3 インフラマソームの関
与を検証したところ，LPS 投与により野生型マウスの精巣内では炎症応答が引き起こされた
が，NLRP3 欠損型マウスの精巣内では低下した。また，妊娠中でも炎症機構が制御される
必要があるため，脂肪酸の一種であるパルミチン酸 (PA)と NLRP3 インフラマソームの関与
を検証した。PA 投与により妊娠マウスでは胚吸収率が増加し，胎盤細胞や単球では PA が
NLRP3 依存的に炎症を引き起こした。さらに，オリーブ葉の抽出成分「OleaVita」が，胎盤
組織において NLRP3 発現や炎症を抑制することを明らかにした。NLRP3 インフラマソーム
の過剰な活性化は精巣炎症や胎盤炎症の惹起に関与することにより生殖機能異常を引き起
こし，この炎症を適切に制御する重要性を示した。 
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（農学）の学位を授与す
る価値があると判断した。 


生殖機能異常における NLRP3 インフラマソームの役割に関する研究

東京農業大学博士（生物産業学

新井,優一

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氏 名   新 井 優 一 
学位（専攻分野の名称）   博 士（生物産業学） 
学 位 記 番 号   甲 第 903号 
学位授与の日付   令和 5年 9月 30日 
学 位 論 文 題 目   ゴマフアザラシ（Phoca largha）とゼニガタアザラシ（Phoca  
vitulina）の頭骨形状比較～繁殖様式における種差と性的二型 
の地域差～ 
論 文 審 査 委 員   主査 教 授・博士（獣医学） 小 林 万 里 
               教 授・博士（水産科学） 千 葉   晋 
博士（学術） 金 岩   稔＊ 
               助 教・博士（地球環境科学）  東   典 子               
 
 
 
論 文 内 容 の 要 旨 
 
序 章 
頭骨には歯が含まれており，さらに「見る，聞く，嗅ぐ」といった感覚器官を支える硬組
織であるため，その食性だけでなく，餌を探す，繁殖行動における闘争，または生息地の移
動等の行動により，その形態が変化することが考えられる。 
北海道へ来遊，生息するゴマフアザラシ（Phoca largha）とゼニガタアザラシ（Phoca 
vitulina）は，近縁種であり体サイズや食性が類似する一方，移動や繁殖様式などが異なる。
ゴマフアザラシは氷上繁殖型であり，流氷を利用するため，流氷期を境に夏の採餌海域と冬
の繁殖海域を大きく回遊し，繁殖様式は一夫一妻制である。また，ゼニガタアザラシは陸上
繁殖型であり，周年決まった上陸岩礁を休息，出産，育児，換毛に利用する定住性の高い種
であり，一夫多妻制の繁殖様式をとる。さらに，ゼニガタアザラシは襟裳集団と道東集団に
て遺伝的に分かれており，さらに，体長や頭骨の大きさにおいて性的二型が見られることが
報告されている。 
本研究では，頭骨の形状を幾何学的形態測定学によって定量化し，全体的な形としてとら
えることによって，大きさでは捉えることができない複雑な形の特徴を表すことにより，（1）
ゴマフアザラシとゼニガタアザラシにおける頭骨形状の違いを明らかにし，頭骨形状の差異
を生態的な違いにて考察し，（2）遺伝的に襟裳集団と道東集団に分かれるゼニガタアザラシ
において，生息環境や近年の個体数増加率が異なる 2 つの集団にて地域と雌雄間における頭
骨形状にて性的二型の差異を明らかにし，差異が生じる背景を考察することを目的とした。 
 
第 1章 ゴマフアザラシとゼニガタアザラシの頭骨形状比較 
ゴマフアザラシとゼニガタアザラシにおける頭骨形状において，頭骨形状が一定となる年
 ＊三重大学 生物資源学研究科 准教授 
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齢は，両種とも 7 歳であった。頭骨形状が一定となる以前の年齢において，0 歳からゴマフ
アザラシよりもゼニガタアザラシの上顎骨の吻部がより太く，97.06%の正解率で両種を判
別できた。1 歳以降においてもゼニガタアザラシの吻部や下顎の下顎体がより太く，角突起
の発達がより顕著であった。吻部の太さの差異は生まれた時点に，下顎の下顎体の厚さと角
突起における違いは幼獣から亜成獣にかけて差異が見られた。また，判別正解率は年齢とと
もに高くなり，1－2 歳で 98.91%，3 歳以降は 100%であった。また，頭骨形状が一定とな
る年齢以降において，8 点の判別重要点を算出し，100%の正解率で種判別ができた。その 8
点のうち 7 点より，ゼニガタアザラシはゴマフアザラシよりも吻部が太く，口蓋が長くより
広く，下顎の側面がより厚く角ばり太い特徴が見られた。これらのことから，ゼニガタアザ
ラシの方が口を大きく開けられ，また，噛む力がより強固になっていることが考えられた。
残りの 1 点は外耳道の後端点であり，ゼニガタアザラシはゴマフアザラシよりもより後部腹
側に位置し，また，ゼニガタアザラシは横から外耳道の穴が見えるのに対し，ゴマフアザラ
シは穴が横から見えず，穴が前方に向いていた。噛む動作に関係することに食性があるが，
両種はともに広食性であり，餌を噛み付いて捉えた後に丸のみする。また，同所的に生息す
るゴマフアザラシとゼニガタアザラシの食性比較研究では，ゼニガタアザラシは比較的沿岸
底棲性動物に依存しており，ゴマフアザラシは表層～中層の餌生物も摂餌していることから
より広食性であるが，共通の餌生物も多数確認されている。これらの食性から，よりゼニガ
タアザラシだけが口を大きく開け，噛む力が強くなる理由を説明することはできない。また，
噛む力に関係する頭骨形状の違いにおいては，繁殖生態の違いが関係している可能性も考え
られた。鰭脚類において，一夫一妻の繁殖様式よりも一夫多妻の繫殖様式の種において噛む
力がより大きいことが報告されており，筋肉の付着部位が大きく，また，闘争が多い種にお
いて強固なアゴの形態を持つ。ゼニガタアザラシは繁殖期において多数の個体が同所的に上
陸場を利用する一夫多妻の繁殖様式をとり，オス同士の噛み付く闘争が水中にて頻繁に確認
され，成獣オスのみにて首のまわりに傷が見られる。一方，ゴマフアザラシは広い流氷上で
出産・育児をする一夫一妻の繁殖様式をとり，流氷上にて雌とその子供と育児後の雌の発情
を待つ雄の姿が確認され，雄同士の闘争がほとんどないものと考えられている。これらの繁
殖生態の違いにより，ゼニガタアザラシはゴマフアザラシに比べて口やアゴがより太く，大
きく口が開くようになっており，アゴも太く発達していると結論付けた。また，外耳道の位
置と穴の見え方の違いより，ゴマフアザラシは回遊を行い繁殖場として流氷を利用するのに
対し，ゼニガタアザラシは定住型で周年同じ岩礁を利用することから，両種において音の聞
こえる音域や聞こえる範囲が異なることが推察された。 
 
第 2章 ゼニガタアザラシの性的二型における地域差 
ゼニガタアザラシの頭骨形状は，襟裳オス＋道東オス＋襟裳と道東の両地域メスに分けた
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モデルにおいて AIC の評価が最も良いことが示された。また，頭骨形状が一定となる年齢
は，襟裳オスは 6 歳，道東オスは 4 歳，襟裳・道東の両地域のメスは 10 歳であることが明
らかとなった。頭骨形状において，襟裳地域と道東地域の両地域ともに性的二型が見られた。
頭骨形状が一定となる以前の年齢（襟裳オス：0－5 歳，道東オス 0－3 歳，両地域のメス：
0－9 歳）において，襟裳オスと両地域のメスの判別重要点は 9 点まで絞り込むことができ，
襟裳オスは両地域のメスよりも吻部がより幅広く，また，頬骨がより外側または腹側に発達
しており，さらに，後頭部がより後方に大きく，下顎との接続部である側頭骨の間接窩がメ
スよりも腹側方向に発達していることが示され，雌雄の判別正解率は 77.12%であった。一
方，道東オス，襟裳と道東の両地域メスは，判別重要点は 6 点まで絞り込むことができ，道
東オスは両地域のメスよりも吻部がより幅広く，また，頬骨の厚さがより厚く，後頭部がメ
スよりもより幅広いことが示され，雌雄の判別正解率は 82.10%であった。 
一方，頭骨形状が一定以降の年齢（襟裳オス：6 歳以上，道東オス 4 歳以上，両地域のメ
ス：10 歳以上）において，襟裳オス，襟裳と道東の両地域メスは，判別重要点は 3 点まで
絞り込むことができ，襟裳オスは両地域のメスよりも吻部後端がより幅広く，下顎の筋突起
がより背側に発達していることが示され，雌雄の判別正解率は 94.92%であった。一方，道
東オス，襟裳と道東の両地域メスは，判別重要点は 4 点まで絞り込むことができ，道東オス
は後頭部の幅がより広いことが示され，雌雄の判別正解率は 96.92%であった。 
近年の襟裳地域と道東地域のゼニガタアザラシの個体数は増加傾向であり，増加率は襟裳
地域の方が高く，その密度効果により体長が小型化していることも報告されている。また，
襟裳地域と道東地域に生息するゼニガタアザラシは mtDNA とマイクロサテライトによる
分析にて 2 つの集団に分かれていることも示されている。一方で，両地域の生息環境は，襟
裳地域は襟裳岬の先端から南東へ約 1.5km にわたって数十の岩礁がつらなり，これらの岩
礁で 1 つの上陸場を形成し，1 つの集団となっている。一方，道東地域は約 200km の範囲
の沿岸線に主要な上陸場といくつかの岩礁が直線距離で約 30km ずつ離れて点在している。
これらの道東地域の上陸場とそれ以東の北方四島も含めて 1 つの集団が形成されている。こ
れらのことから，襟裳集団の個体数密度が道東集団よりもより高いことが考えられる。その
ため，襟裳地域においてオス同士の闘争強度が道東地域よりもより高いことが推察される。
襟裳地域のオスは道東オス，両地域のメスよりもより吻部の幅がより広く，咀嚼筋の一つで
ある側頭筋が付着する下顎の筋突起がより発達していることが示された。襟裳地域のオスは
闘争強度が高い生息環境において，威嚇し，噛む動作に関わる口蓋周辺を大きく発達させた
性的二型が見られた。一方，道東オスにおいては後頭部の幅広さのみに雌雄差が見られ，噛
む力に関わる部位における性的二型は見られなかった。以上のことから，地域間における生
息環境の違いによる個体数密度が，雄間競争の強度と密度効果の程度に影響し，オスの頭骨
形状の差異に反映していると考えられた。さらに，襟裳地域と道東地域のオスは頭骨形状に
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おいて差異が見られたが，両地域のメス間においては差異が見られなかったことから，ゼニ
ガタアザラシのメスの頭骨形状はオスと比較して生息環の変化の影響を受けにくいことが
示唆された。 
 
総合考察 
本研究は，北海道沿岸に生息するゴマフアザラシとゼニガタアザラシの頭骨形状における
吻部の太さ，下顎の厚さ，口蓋の広さの差異は，広食性で基本的に餌を丸のみする両種の食
性では説明することができず，一夫一妻と一夫多妻の繁殖様式の違いにおけるオス同士の闘
争の有無を反映していることが示唆された。また，外耳道の位置と穴の見え方の違いは，回
遊性であるゴマフアザラシと定着性が強いゼニガタアザラシにおける両種の音の聞こえ方
の違いを反映している可能性が推察された。 
遺伝的に襟裳集団と道東集団に分かれるゼニガタアザラシは，襟裳集団は吻部の太さと下
顎の筋突起の発達に雌雄差があり，噛む動作に関わる部位にて性的二型が見られた。一方，
道東集団は後頭部の幅広さのみに雌雄差が見られた。これらの差異は，地域間における生息
環境の違いによる個体数密度が雄間競争の強度の程度に影響し，地域間のオスの頭骨形状の
差異に反映している可能性が考えられた。さらに，オスは頭骨形状において地域差が見られ
たが，メスにおいては見られなかったことから，ゼニガタアザラシのメスの頭骨形状はオス
と比較して生息環境の変化の影響を受けにくいことが示唆された。 
 本研究により近縁種であるゴマフアザラシとゼニガタアザラシの種間における頭骨形状
の差異は，繁殖様式の違いに強く起因している可能性が示唆された。ゼニガタアザラシの種
内では，地域によってメスには差異がないのに対し，オスの頭骨形状が大きく異なり，性的
二型が見られる部位においても地域差があり，これらは競争の質や雄間競争における強度の
程度の影響を受けていることが考えられた。このように頭骨形状は生態や生息環境の影響を
受け，可変的であることが示された。 
 
 
審 査 報 告 概 要 
 
北海道へ来遊，生息するゴマフアザラシ（Phoca largha）とゼニガタアザラシ（Phoca 
vitulina）は，近縁種であり体サイズや食性が類似する一方，移動や繁殖様式などが異なる。
また，ゼニガタアザラシは遺伝的に襟裳集団と道東集団の 2つの集団に分かれており，頭骨
の大きさにて性的二型が見られる。本研究では，頭骨形状を幾何学的形態測定学によって定
量化し，両種における頭骨形状の違いを明らかにし，生態的な違いにて考察する。また，ゼ
ニガタアザラシの生息環境や近年の個体数増加率が異なる 2 つの集団にて地域と雌雄間の
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頭骨形状における性的二型の差異を明らかにし，その背景を考察することを目的とした。 
ゴマフアザラシよりもゼニガタアザラシは吻部が太く，下顎が厚く，口蓋が広いことから
噛む力がより強く，一夫多妻制のゼニガタアザラシにおけるオス同士の闘争を反映している
ことが示唆された。また，外耳道の位置と穴の見え方の違いは，回遊性と定着性の違いにお
ける両種の音の聞こえ方の違いを反映している可能性が推察された。 
ゼニガタアザラシの襟裳集団は吻部の太さと下顎の筋突起の発達に雌雄差があり，噛む動
作に関わる部位にて性的二型が見られた。一方，道東集団は後頭部の幅広さのみに雌雄差が
見られた。これらの地域差は生息環境の違いによる個体数密度がオス同士の闘争強度の程度
に影響していると考えられた。さらに，オスは地域差が見られたが，メスでは見られなかっ
たことから，メスはオスと比較して生息環境の変化の影響を受けにくいことが示唆された。 
本研究は，頭骨を線ではなく面で捉えたことによる形状を把握したこと，客観的な方法に
より形状が一定となる年齢以降の比較でその相違で種間および種内での形状の相違を生態
に結びつけて議論できたことが評価された。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。 


ゴマフアザラシ（Phoca largha）とゼニガタアザラシ（Phoca vitulina）の頭骨形状比較～繁殖様式における種差と性的二型の地域差～

高野,延道

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氏 名   高 野 延 道 
学位（専攻分野の名称）   博 士（生物産業学） 
学 位 記 番 号   甲 第 904号 
学 位 授 与 の 日 付   令和 5年 9月 30日 
学 位 論 文 題 目   北海道沿岸に来遊するゴマフアザラシ（Phoca largha）の食性 
に関する研究 
論 文 審 査 委 員   主査 教 授・博士（獣医学） 小 林 万 里 
               教 授・博士（農学） 中 川 至 純 
博士（学術） 金 岩   稔＊ 
               助 教・博士（地球環境科学）  東   典 子               
 
 
 
論 文 内 容 の 要 旨 
 
序 章 
1970 年代以前は日本において活発に商業捕獲が行われていたが，旧ソ連の漁獲制限域が
拡大した結果，商業捕獲は衰退し，オホーツク海のゴマフアザラシ(Phoca largha)の生息数
は，1968 年から 1990 年までに 4 倍に増加した。個体数の増加に加えて，地球温暖化によ
る海氷面積の減少により宗谷海峡を利用した日本海とオホーツク海の行き来が容易となっ
たことも相まって，ゴマフアザラシの生息域が拡大したと考えられている。このように，ゴ
マフアザラシの生態は 2000 年代以前とそれ以降では大きく異なったことに加え，近年の漁
業資源の低下も加味すれば，ゴマフアザラシの餌生物面での種内競争が激化している可能性
が考えられる。 
そこで本研究では，第一章として，2000 年代に採集された幼獣および成獣のゴマフアザ
ラシを対象に胃内容分析を行い，近年の北海道に来遊するゴマフアザラシの地域，季節，成
長段階，性別ごとの食性および採餌戦略を把握すること，第二章では，これまで明らかにな
っていない離乳直後のゴマフアザラシの食性を胃内容分析を用いて把握し，幼獣の食性への
移行過程を把握すること，第三章では，脂肪酸分析を行うことで胃内容分析とは異なる期間
の視点から幼獣および成獣の食性を把握し，脂肪酸分析の有用性を評価することを目的とし
た。これらの結果をもとに，北海道沿岸に来遊するゴマフアザラシの総合的な食性を離乳直
後，幼獣，成獣の 3 つの成長段階と，胃内容分析および脂肪酸分析の 2 つの期間から分析，
考察することを目的とした。 
 
第一章 幼獣および成獣個体の採餌戦略推定 
第一章より，北海道に来遊するゴマフアザラシは 15 科 44 種の餌生物を利用しており，
 ＊三重大学 生物資源学研究科 准教授 
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広食性がみられた。これらから 8 つの採餌戦略が確認され，これらの戦略の出現頻度は地域
ごとに特徴がみられた。各採餌戦略の主な餌生物は沿岸域に生息する中層および底層の餌生
物種に集中しており，これらはゴマフアザラシの食性に関する先行研究の結果と一致した。 
礼文にて，8 つの採餌戦略のうち 5 つがみられ，マダコ科(Octopodidae spp.)を中心とし
た採餌戦略が最も出現割合が高かった。また，表層魚を中心とした採餌戦略が全く出現しな
かったことから，マダコ科を含む中層および底層の餌生物のみを積極的に採餌していると考
えられた。 
佐呂間にて，8 つの採餌戦略のすべてがみられ，他地域ではほとんど利用されない表層魚
を中心とした採餌戦略が高い出現割合を示した。佐呂間はオホーツク海につながる浅い汽水
の湖であり，湖内で表層魚を採餌する戦略は底層魚を採餌する戦略よりも潜水と探索のコス
トが少なく効率的であると考えられた。また，冬季にはキュウリウオ科(Osmeridae spp.)
を，春季にはニシン科(Clupeidae spp.)を積極的に採餌していた。加えて，湖内に生息しな
いスケトウダラ(Gadus chalcogrammus)を中心とした採餌戦略をとる個体もわずかながら
みられたことから，湖内外の両方で採餌を行っていることが考えられた。 
羅臼にて，8 つの採餌戦略のうち 6 つがみられ，スケトウダラを中心とした採餌戦略が高
い出現割合とすべての採餌戦略で最も高い推定獲得熱量を示し，特に繁殖を控えた成獣で多
く見られた。成獣のゴマフアザラシは繁殖期前に多くの熱量を必要とし，スケトウダラを捕
獲するための充分な遊泳能力と採餌経験を持つと考えられた。特に幼獣にて高い出現割合が
みられたのは，イカナゴ科(Ammoditidae spp.)を中心とした採餌戦略であった。夜間に砂地
の海底に潜っているイカナゴ科を採餌する戦略は，まだ充分な採餌経験を積んでいない幼獣
にとって熱量面にて効率的な戦略であると考えられた。 
ゴマフアザラシは，1990 年代には礼文および羅臼においてスケトウダラを主要な餌生物
としていたが，現在は礼文では幼獣および成獣ともにマダコ科を，羅臼では成獣のみがスケ
トウダラを，幼獣はイカナゴ科を積極的に採餌していた。トド(Eumetopias jubatus)は，
1990 年代に引き続いて現在も，礼文と羅臼においてスケトウダラを利用していることを加
味すれば，ゴマフアザラシとトドの餌生物をめぐる競争の度合いは，一部のゴマフアザラシ
が現在もスケトウダラを利用できている羅臼に比べ，すべてのゴマフアザラシが利用できな
くなった礼文にてより強い可能性が示唆された。 
  
第二章 離乳直後の個体の食性変化の推定 
第二章より，離乳直後の個体は魚類に加えてオキアミ類(Euphausiidae spp.)も餌生物と
して採餌していた。これらの個体は採餌経験と遊泳能力に乏しいと考えられ，親個体の世話
もないことも合わせて考えると，群れを形成したオキアミ類を主要な餌生物として積極的に
利用していたものと考えられた。また，離乳した海氷周辺の環境のなかで餌生物として利用
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できるものを日和見的に利用した結果，地域，性別に依らない一律の食性に収斂していたも
のと考えられた。 
離乳直後の個体の魚類餌生物として底層魚類 3 種のみが出現し，先行研究における幼獣以
降の個体に比べてその種数と再現湿重量は明らかに少なく，小さかった。離乳直後の個体は
採餌経験と遊泳能力の乏しさによって，幼獣以降の成長段階と比較して利用可能な餌生物種
とサイズが制限されているものと考えられた。オキアミ類は外骨格をもつため魚類餌生物に
比べて消化速度が著しく遅いが，熱量は離乳直後の個体が採餌する魚類餌生物種であるイカ
ナゴ属魚類，カジカ科(Cottidae spp.)，カレイ科(Pleuronectidae spp.)と同程度である。そ
のため，採餌経験と遊泳能力の向上に伴って離乳後数ヶ月でより消化速度の速い魚食に段階
的に転じ，5 月の初旬ごろにはほとんどの個体が魚類専食型となるものと考えられた。 
 
第三章 脂肪酸分析を用いた食性推定 
第三章より，ゴマフアザラシの脂肪酸組成を用いた PERMANOVA の結果，地域のみが
有意な要因として採択された。先行研究より，同地域の個体を用いた胃内容分析による
PERMANOVA では地域および月に加えて，ゴマフアザラシの年齢および性別も有意な影響
を示した。地域および月は利用可能な餌生物種に直接影響する環境に依存し，年齢および性
別はゴマフアザラシの属性に依存する。これらのことから，胃内容分析は比較的短期間にお
ける食性を示すため，地域および月のような環境の要因に加え，栄養要求量や採餌可能な餌
生物種等の差異に直接影響する年齢や性別のようなゴマフアザラシの属性の要因において
も有意差が検出されたと考えられた。これに対して，脂肪酸分析はより長期間における食性
を示すため環境の要因である地域のみに絞られたことが考えられた。そのため，ゴマフアザ
ラシの脂肪酸分析は胃内容分析に比べ巨視的に食性をとらえることに役立つと考えられた。 
餌生物種の脂肪酸組成を用いた nMDS による描画の結果，ドスイカ (Berryteuthis 
magister)，イカナゴ(Ammodytes personatus)およびホッケ(Pleurogrammus azonus)が似
た特徴を示した。そのため，脂肪酸分析のみで主要な餌生物種を特定することは困難である
と考えられ，残留した痕跡から餌生物種を直接的に推定できる胃内容分析や，脂肪酸分析と
同程度の食性の反映期間を示す安定同位体比分析などの手法を組み合わせることが必要不
可欠であると考えられた。 
 
総合考察 
本研究の結果，北海道 3 地域のゴマフアザラシの幼獣以降の採餌戦略を分類し，地域，季
節，成長段階に差異があることを明らかにした。ゴマフアザラシを取り巻く環境の変化によ
り，スケトウダラを中心とする採餌戦略を積極的に利用できなくなった結果，過去に比べ採
餌戦略は多様化し，採餌戦略の地域差が明確になったものと考えられた。また，離乳直後の
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ゴマフアザラシは海氷に集まるオキアミ類を主な餌生物としつつ，採餌経験の蓄積と遊泳能
力の発達に伴って徐々に魚食性に移行することが明らかとなり，オキアミ類は採餌経験と遊
泳能力に乏しい離乳直後の個体にとって重要な初期食物であることが示唆された。加えて，
ゴマフアザラシの脂肪酸分析は主要な餌生物種の推定は困難であるが，環境の違いである地
域差として長期間の食性の差を把握できる面で有効であることが示唆された。 
ゴマフアザラシの食性は，餌生物種の分布や豊度と複雑に絡み合っており餌生物資源の変
動によって簡単に変化する。そのため，ゴマフアザラシの食性を把握することは，地域ごと
の海洋生態系を理解する上で役立つと考えられた。また，近年の気候変動によって，今後海
氷の質や量が変化することが懸念されており，この変化は海氷を繁殖場として活用している
ゴマフアザラシに対して大きく影響すると考えられる。そのため，継続的なアザラシ類の生
態系管理を維持するためには，その分布と食性のモニタリングが必要不可欠である。また，
食性モニタリングにおいては今後，胃内容分析のような短期間の食性を直接的に推定できる
手法と脂肪酸分析や安定同位体比分析のような長期間の食性を巨視的に推定できる手法を
組み合わせることが望まれる。 
 
 
審 査 報 告 概 要 
 
近年北海道へ来遊するゴマフアザラシ(Phoca largha)の個体数は増加傾向にあり，海氷面
積の減少によってその生息域は拡大したと考えられている。さらに漁業資源の低下も合わせ
て考えれば，餌生物面での種内競争が激化している可能性が考えられる。そこで本研究では，
胃内容分析による幼獣および成獣の近年の食性および採餌戦略の把握，離乳直後の個体の食
性を分析し幼獣の食性の移行過程の把握，脂肪酸分析による胃内容分析とは異なる期間の視
点からの幼獣および成獣の食性の把握を目的とした。本研究の結果より，幼獣以降の採餌戦
略において地域，季節，成長段階ごとに差異があり，過去に比べ採餌戦略は多様化し，地域
差が明確になったこと，離乳直後の個体は海氷に集まるオキアミ類(Euphausiidae spp.)を
主な餌生物としつつ，採餌経験の蓄積と遊泳能力の発達に伴って徐々に魚食性に移行するこ
とが明らかになった。さらに脂肪酸分析では主要な餌生物種の推定は困難であったが，環境
の違いである地域差として長期間の食性の差を把握できる面で有効であることが明らかと
なった。 
本研究により，ゴマフアザラシの食性を，客観的な統計手法を通して，新生獣や幼獣から
成獣まで，また北海道 3地域における地域・成長段階差や過去との比較，短期および長期的
な視野によって，体系的に明らかにできた。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。 


北海道沿岸に来遊するゴマフアザラシ（Phoca largha）の食性に関する研究

國廣, 建斗

KUNIHIRO, Kento

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氏 名   國 廣 建 斗 
学位（専攻分野の名称）   博 士（農学） 
学 位 記 番 号   甲 第 873号 
学位授与の日付   令和 5年 3月 17日 
学 位 論 文 題 目   化粧品素材としてのホーリーバジル（Ocimum tenuiflorum L.） 
の有効性に関する研究 
論 文 審 査 委 員   主査 教 授・博士（農学） 妙 田 貴 生 
               教 授・博士（農学） 野 島   聡 
               教 授・博士（獣医学） 丹 羽 光 一 
 
 
 
論 文 内 容 の 要 旨 
 
皮膚は表皮，真皮，皮下組織で構成され，バリア機能や体温調節機能など多様な役割を持
つ。化粧品は，これら皮膚の機能調整および恒常性の維持を目的に使用されるが，わが国の
法律により「人体に対する作用が緩和なもの」と定義され，その効能の範囲は限定される。
一方，体の最外層に位置する皮膚は，常に外界からの刺激に晒され，加齢や精神的ストレス
も重なることで肌の機能が低下することから，アンチエイジングやストレスケアとった機能
性を化粧品に求める消費者が多い。 
化粧品では，古来より植物のエキスやオイルを原料として用いる。その背景には，原料植
物の有する機能性の活用にあることから，化粧品素材になりうる植物資源の探索は未だに重
要である。ホーリーバジル (Ocimum tenuiflorum L.) は，インドやスリランカの伝統医学であ
るアーユルヴェーダで数千年前から伝承される芳香性薬用植物であり，抽出されたエキスと
精油は，皮膚病および不安や不眠症といった慢性ストレス改善のために使用されている。機
能性という観点から，ホーリーバジルは化粧品素材として高い潜在性を持っていると考えら
れるが，伝承による効果は科学的に証明されていない。そこで本論文では，ホーリーバジル
に含まれる成分を網羅的に解析し，化粧品素材という観点から各種の有効性を評価した。 
第 1 章では，ホーリーバジルの香気特性を解析し，香りの持つ機能性としてリラックス効
果を検証した。まず，ホーリーバジルの乾燥葉から直接蒸留法により精油を調製し，香調を
解析した。その結果，同属植物であるスイートバジル (Ocimum basilicum L.) のそれと比較
して，“甘い”，“スパイシー”および“グリーン”な香りの強いことが判明した。次に，aroma 
extraction dilution analysis (AEDA) 法により重要香気成分をスクリーニングしたところ，香気
は 48 箇所で確認され，flavor dilution (FD) ファクターが高い 13 成分を精油の重要香気成分
とした。これらのうち，odor active value (OAV) ≥ 1 の香気成分は 4 成分であり，残りの 9 成
分は機器分析の定量下限値以下であった。特に，スパイシーな香りである eugenol，甘い香
- 2 - 
 
りである vanillin と β-damascenone は OAV が高く，グリーン様の香調を示す
3-methyl-2,4-nonanedione や 3-isopropyl-2-methoxypyrazine は嗅覚検知閾値が低いことから，
これらが精油の“甘い”，“スパイシー”および“グリーン”な香りに寄与していることが明らか
となった。次に，精油香気の有する機能として情動に対する効果を調べた。精油の香りのイ
メージを印象評価試験 (semantic differential method : SD 法) により評価した。その結果，「好
き」という評価が高く，「心地よい」，「落ち着く」といったリラックス効果つながる印象，
さらに「さっぱりする」，「すっきりする」，および「眠くない」といったリフレッシュ効果
を示唆する印象も高かった。そこで，ヒトの気分や感情にどのような影響を及ぼすのかを
profile of mood states (POMS) により詳細な効果を検証した。その結果，精油の香りは「緊張
－不安」および「疲労－無気力」といった気分状態を改善することが確認された。また，こ
の効果の持続時間は，比較対象として用いたラベンダー (Lavandula angustifolia) やイランイ
ラン (Cananga odorata) の香りよりも有意に長かった。さらに，脳波 (electroencephalogram : 
EEG) の測定により情動に及ぼす作用を評価したところ，リラックスした状態を示す α1 波
とリラックスに集中が伴った状態を示す α2 波がそれぞれ増強した。これは，先の SD 法と
POMS の結果を支持するもので，精油はヒトに対してリラックスやリフレッシュ効果のある
ことが明らかとなった。 
以上より，ホーリーバジルの香りは甘く，スパイシーなグリーン香が特徴的で，スイート
バジルとは異なる香気特性であることが分かった。また，その香りはヒトに好印象を与え，
気分の改善やリラックス作用を有することが明らかとなった。 
第 2 章では，精油の新たな機能性を探るために，抗酸化と抗炎症活性を検証した。その結
果，精油は DPPH および ABTS を用いたラジカル消去試験と過酸化脂質生成阻害試験で顕
著な活性を示し，その活性はスイートバジルよりも高かった。さらに，ヒト皮膚線維芽細胞
において，精油は濃度依存的に活性酸素の産生を抑制した。抗炎症活性は，ヒト皮膚線維芽
細胞を lipopolysaccharide (LPS) 処理した炎症モデルを用いて，炎症性サイトカインである
interleukin-6 (IL-6) と interleukin-8 (IL-8) を enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) によ
り定量することで評価した。精油は，IL-6 および IL-8 ともに濃度依存的にその分泌量を抑
制し，ポジティブコントロールとして用いた curcumin と同程度の効果を示した。以上より，
精油は抗酸化および抗炎症活性を有することが明らかとなった。次に，シリカゲルカラムク
ロマトグラフィーを用いて抗酸化および抗炎症活性に寄与している成分を探索した。その結
果，抗酸化活性はフェノール性化合物が多く含まれる画分 (Fr. 3) で，抗炎症活性は炭化水
素が多く含まれる画分 (Fr. 1) でそれぞれ高かった。機器分析によって各成分を詳細に解析
したところ，抗酸化活性には eugenol，2,6-dimethoxyphenol，および isoeugenol が，抗炎症活
性には β-caryophyllene の寄与していることが明らかとなった。 
以上より，ホーリーバジルの精油はリラックスやリフレッシュ作用，抗酸化および抗炎症
- 3 - 
 
作用を有することが科学的に確認された。 
 第 3 章では，ホーリーバジルの不揮発性成分 (ホーリーバジルエキス) の機能性として抗
糖化活性を評価した。肌の糖化は，初期反応と後期反応に区別され，糖化反応中間体を介し
て終末糖化産物 (advanced glycation end products: AGEs) を形成する。この糖化反応中間体お
よび AGEs は肌に酸化や炎症を引き起こすなど，肌の老化に大きく関与する。まず，bovine 
serum albumin (BSA)，コラーゲン，エラスチンをモデルタンパク質としてホーリーバジルエ
キスの AGEs 形成阻害活性を測定した。その結果，ホーリーバジルエキスは濃度依存的に
AGEs の形成を阻害した。活性寄与成分を特定するために，各種クロマトグラフィーと分取
HPLC を用いて解析したところ，luteolin 5-O-glucoside，luteolin 7-O-glucuronide，(-)-rabdosiin，
apigenin 7-O- glucuronide，rosmarinic acid，globoidnan A，および salvianolic acid A といったポ
リフェノール類が確認された。これら各化合物の抗糖化活性を測定した結果，いずれもAGEs
の形成を著しく抑制し，ポジティブコントロールの aminoguanidine 以上の活性を示した。
AGEs は，様々な糖化反応中間体を介した多岐に渡る経路により形成されると考えられてお
り，これらの反応は酸化により促進されると報告されている。そこで，ホーリーバジルエキ
スおよび今回同定された各化合物の糖化反応中間体形成阻害活性および抗酸化活性を測定
した。その結果，全てにおいて glyoxal などの糖化反応中間体形成を有意に抑制した。特に，
(-)-rabdosiin，rosmarinic acid，globoidnan A，および salvianolic acid A は強力な糖化反応中間
体形成阻害活性を示した。さらに，ホーリーバジルエキスと各化合物は活性酸素や各種ラジ
カルを消去する抗酸化活性を有することが確認できた。以上より，ホーリーバジルエキスは
AGEs 形成の初期反応を抗酸化作用によって抑制している可能性が示唆された。一方で，抗
糖化作用においては，AGEs の分解作用も重要となる。AGEs は皮膚への炎症だけでなく，
コラーゲンやエラスチンといったタンパク質と架橋を形成し，皮膚のたるみやしわなどの肌
老化を引き起こす。架橋を形成したタンパク質はプロテアーゼによる分解を受けにくくなり，
生体内には異常な機能のタンパク質が蓄積する。本研究では，AGE 架橋切断活性を測定し，
タンパク質の糖化に伴う架橋構造の分解作用を評価した。ホーリーバジルエキスは，強力な
AGE 架橋切断活性を示し，この活性には単離同定された (-)-rabdosiin，rosmarinic acid，
globoidnan A，および salvianolic acid A が寄与していることが分かった。以上より，ホーリー
バジルエキスは肌の糖化抑制だけでなく，肌の糖化改善効果も期待できると考えられた。 
 
本研究により，ホーリーバジルの香気は eugenol，vanillin，および β-damascenone による
甘くスパイシーな特徴を持ち，この特性がヒトの気分状態の改善につながること，さらに精
油には皮膚線維芽細胞における抗酸化と抗炎症作用のあることが明らかとなった。加えて，
ホーリーバジルエキスはポリフェノール類を活性成分として強力な抗糖化作用を示すこと
も明らかににした。以上より，ホーリーバジルは，香りを嗅ぐことによる心理的効果と香り
- 4 - 
 
やポリフェノール類の肌に対する機能性を併せ持ち，化粧品素材として高い潜在性を有して
いることが科学的に確認された。 
 
 
審 査 報 告 概 要 
 
ホーリーバジルは，世界三大伝統医学で古くより活用される芳香性薬用植物である。多様
な機能性を有すると言われているが，科学的な情報は乏しい。そこで本研究では，ホーリー
バジルの成分を網羅的に解析し，化粧品素材としての有効性を科学的に評価した。まず，ホ
ーリーバジル精油について特徴的な香りとその機能性について解析した。乾燥葉より精油
（揮発成分）とエキス（不揮発成分）を調製して抗糖化，抗酸化および抗炎症作用について
検討したところ，エキスに高い高糖化および抗酸化活性のあることを明らかにし，7つのポ
リフェノールを寄与成分として特定した。精油では，特徴的な香気特性とそれ関わる化合物
を特定し，リラクゼーション効果や抗炎症作用のあることを明らかにした。以上の結果は，
ホリーバジルの精油とエキスが化粧品素材として有効かつ有用であることを科学的に証明
したものであり，学術的価値と当該産業への貢献度も高いと評価できることから，審査委員
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。 


化粧品素材としてのホーリーバジル（Ocimum tenuiflorum L.）の有効性に関する研究

唐津, 修羅

KARATSU, Shura

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氏 名   唐 津 修 羅 
学位（専攻分野の名称）   博 士（生物産業学） 
学 位 記 番 号   甲 第 877号 
学位授与の日付   令和 5年 3月 17日 
学 位 論 文 題 目   ボツリヌス C 型菌 Yoichi 株が産生する毒素複合体の特異な翻訳 
後修飾とその経口毒性に関する研究 
論 文 審 査 委 員   主査 教 授・博士（生物産業学） 相 根 義 昌 
               教 授・博士（獣医学） 丹 羽 光 一 
               教 授・博士（農芸化学） 中 澤 洋 三 
               名誉教授・博士（農芸化学）  渡 部 俊 弘 
 
 
 
論 文 内 容 の 要 旨 
 
 ボツリヌス菌が産生するボツリヌス神経毒素（BoNT）は，ヒトにおけるボツリヌス食中
毒，あるいは，動物や家禽類に発症する家畜ボツリヌス症などの原因物質である。BoNT は，
自然界においては単独で存在せず，非毒非血球凝集素（NTNHA）および 3 種の血球凝集素
（HA-70，HA-17 および HA-33）などの無毒タンパク質が結合した毒素複合体 PTC として
存在している。無毒タンパク質から遊離した BoNT を，経口的に動物に接種してもその経口
毒性は低い。しかし，BoNT は，PTC を形成することで，高い経口毒性を示すようになる。
ことから，無毒タンパク質は，PTC が経口毒素として機能するために，重要な役割を持つも
のと考えられている。 
 先の報告では，PTC 分子中の HA-33 は，特異的な糖鎖を認識することで腸管の上皮細胞
に結合することが示されている。さらに，PTC は，その分子中の HA-33 の増加に伴い，小
腸上皮細胞層を介した輸送が促進されることが明らかとなっている。すなわち，HA-33 は
PTC が小腸から体内への侵入する際，重要な機能を果たすものと考えられている。 
 1961 年，北海道余市町および小樽市において，マッコウクジラの生肉が原因と考えられ
るミンクに対する家畜ボツリヌス症が発生した。その原因菌としてボツリヌス C 型菌
（C-Yoichi 株）が分離された。その後，本菌が産生する PTC の構造および機能解析が行わ
れ，その特異性が明らかにされた。すなわち，他の C 型菌が産生する PTC は，細胞に結合
する際，末端にシアル酸を有する糖鎖を認識している一方，C-Yoichi PTC は，末端にガラク
トースを有する糖鎖を認識することが示された。また，C-Yoichi PTC の HA-33 は，培養中
にその C 末端 31 残基が欠落することも示された。さらに，C-Yoichi PTC と他の C 型 PTC
は，HA-33 を除く他の構成成分のアミノ酸配列の相同性が 99〜100%であるのに対し，HA-33
の相同性のみが 74%と低い値を示していた。すなわち，C-Yoichi PTC は，他の C 型 PTC と
は異なる構造を有しており，その機能性にも違いがあることが明らかとなっている。 
- 2 - 
 
しかし，C-Yoichi PTC の HA-33 に見られる C 末端アミノ酸残基の欠落のメカニズムや経口
毒性に与える HA-33 の変異の影響については，不明である。著者は，C-Yoichi が産生する
PTC の構造変化と機能性との関連性を明らかにするための研究を行った。本論文は，第 1
章においてボツリヌス菌および毒素タンパク質の研究についてその背景を述べたのち，第 2
章において，C-Yoichi PTC 由来 HA-33 のアミノ酸欠落試験に用いるための組換えタンパク
質作成について述べた。第 3 章では前章で作成した組換えタンパク質を用いて，アミノ酸欠
落の原因を解明する試験を行った。さらに，第 4 章では，C-Yoichi PTC とその他の C 型 PTC
の代表として C 型菌 Stockholm 株（C-St）由来 PTC を用い，それらの細胞結合性の差異を，
さらに第 5 章では，C-Yoichi PTC と C-St PTC のマウスに対する経口毒性を比較し，HA-33
の変異が PTC 全体の機能性に与える影響を検討した。さらに，本論文は，総括（第 6 章）
および結言（第 7 章）としてまとめた。本要旨では，第 2 章から第 5 章について述べる。 
 
第 2章 組換え体 C-Yoichi HA-33 の作成 
先の研究において，C-Yoichi が産生する PTC の構成成分のうち，HA-33 が菌の培養中に C
末端領域の 31 アミノ酸残基が欠落することが示されている。本実験では，まず C 末端の 31
残基のアミノ酸が欠落するようにオリジナルのha-33遺伝子に停止コドンを導入した組換え
タンパク質の発現系を構築し，大腸菌での発現を試みた。しかし，発現したタンパク質は封
入体を形成しており，実験に供することのできる形でのタンパク質を得ることができなかっ
た。そこで，発現タンパク質の可溶性を高めるため，停止コドンを導入した ha-33 遺伝子の
上流に MBP タグを導入した組換え遺伝子を構築し，大腸菌で発現させた。その結果，可溶
タンパク質として組換え体が得られた。しかし，TEV protease を用いて MBP タグを除去す
ると回収率が著しく低下し，実験に供することのできる量の回収には至らなかった。次に，
HA-33 の可溶性を高めるためオリジナルの ha-33遺伝子の上流に HA タグと下流に FLAG タ
グを導入した組換え遺伝子（C-Yoichi HA-33 dual-tag）を構築し大腸菌での発現を試みた。
その結果，可溶タンパク質としての発現が認められた。さらに，HA-17 と HA-33 を共発現
させるため，ha-17 および ha-33 遺伝子を導入した組換え体の調製にも成功した。 
 
第 3章 組換え体 C-Yoichi HA-33 の切断試験 
本章では，C-Yoichi HA-33 の欠落の原因を明らかにするため，前章で作成した C-Yoichi 
HA-33 dual-tag を用いた実験を行った。C-Yoichi の培養液と C-Yoichi HA-33 dual-tag を混合
したところ，C-Yoichi HA-33 dual-tag の分子量の低下が見られ，native な C-Yoichi HA-33 と
同様な分子量に変化していることが確認された。同様のことは，C-St の培養液と C-Yoichi 
HA-33 dual-tag との混合でも観察された。一方，混合液に EDTA を加えることで C-Yoichi 
HA-33 dual-tag の分子量の低下が阻害された。これらのことは，ボツリヌス C 型菌の培養液
- 3 - 
 
中に含まれる金属プロテアーゼ様の酵素が C-Yoichi HA-33 の切断に関わっていることを示
している。一方，C-St 由来 HA-33 を培養液と混合しても分子量の低下は見られなかったこ
とから，C-Yoichi HA-33 にのみ，その分子内にプロテアーゼに対して感受性の高い領域があ
り，これによって C 末端領域の欠落が生じる可能性が示された。 
 
第 4章 C-Yoichi 由来 PTC の細胞結合性 
C-St など，他の C 型 PTC は，HA-33 を介して，細胞表面のシアル酸を末端にもつ糖鎖に
結合することが明らかにされている。一方，先の研究で，C-Yoichi PTC は，未処理の血球に
対して凝集活性を示さないが，ノイラミニダーゼ（NDase）処理を行った血球に対して凝集
活性を示すことが明らかにされており，C-Yoichi PTC が，他の C 型 PTC とは異なる細胞結
合性をもつことが示唆されている。本章では，特異な C-Yoichi PTC の細胞結合性および糖
認識を調べる実験を行った。ラット小腸上皮細胞株 IEC-6 を用いて，C-Yoichi PTC の結合性
を確認したところ，C-St PTC より結合性が低いことが確認された。一方，IEC-6 に NDase
処理を行なったところ，濃度依存的に C-Yoichi PTC の細胞結合性が増加した。NDase は，
糖鎖末端のシアル酸を特異的に切断する酵素であり，NDase 処理することで糖鎖のガラクト
ースが末端として露出する。さらに，NDase 処理後の IEC-6 と Neu5Ac，Galactose，Lactulose，
IPTG を用いて C-Yoichi PTC の細胞結合に対する糖阻害試験を行なった所，ガラクトースを
含む糖で細胞への結合能が低下することが確認できた。このことから，C-Yoichi PTC は細胞
表面のガラクトースを末端にもつ糖鎖を特異的に認識することが示唆された。 
 
第 5章 C-Yoichi 由来 PTC のマウス腹腔内および経口毒性 
前章において，C-Yoichi PTC は他の C 型 PTC と細胞結合性が異なることが示唆された。
本章では，C-Yoichi PTC の毒性を調べるために，C-St PTC とのマウスに対する毒性を比較
した。まず，C-Yoichi PTC および C-St PTC のマウス腹腔内注射による毒性を比較した。そ
の結果，腹腔内毒性は同程度であった。C-Yoichi および C-St 由来 BoNT のアミノ酸配列は，
100%一致しており，HA-33 のアミノ酸配列の違いは，消化管を介さない腹腔内投与におい
て，影響を与えないことが示された。一方，C-Yoichi PTC および C-St PTC をマウスに経口
的に投与し，それぞれの毒性を比較した。その結果，C-Yoichi PTC のマウス半数致死量は，
0.025 µg であり，C-St PTC のそれは，2.287 µg であった。すなわち，C-Yoichi PTC は，C-St 
PTC に対して 90 倍の経口毒性を示した。前章の実験において，C-Yoichi PTC の細胞結合を
阻害した Lactulose および IPTG を用いて，C-Yoichi PTC のマウス経口毒性糖阻害試験を行な
ったところ，マウス経口毒性が弱まることが確認された。以上の結果から，C-Yoichi におけ
る HA-33 の特異的な変異によりマウスに対する経口毒性が顕著に上昇していることが明ら
かとなった。 
- 4 - 
 
 著者は，本研究によりボツリヌス中毒の原因物質であるボツリヌス毒素複合体の細胞認識
の特異性と経口毒性に HA-33 が顕著な影響を与えることを明らかにした。ボツリヌス毒素
複合体は，ヒトや家畜におけるボツリヌス症を引き起こすことから，その発症メカニズムの
解明は，食品産業や畜産業における安全性確保や疾病発生の予防等において重要な知見であ
る。さらに，ボツリヌス毒素の体内あるいは特異的な細胞への作用に関する今回の発見は，
新規のドラッグデリバリーシステムや細胞診断技術の開発に応用できる重要な知見である
と期待される。 
 
 
審 査 報 告 概 要 
 
本研究は，日本初の家畜ボツリヌス症事例から分離されたボツリヌス C型菌 Yoichi株由
来の特異な構造を有する毒素複合体の翻訳後修飾と経口毒性について明らかにしたもので
ある。本菌が産生する毒素複合体は，5つの構成タンパク質のうち，HA-33タンパク質にの
み複数のアミノ酸置換が生じた特異な毒素である。唐津氏は，この変異により部分的な立体
構造の変化が生じ，菌の産生するプロテアーゼに対する感受性が上昇することで特異な分子
内切断が生じていることを明らかにした。一方で，Yoichi株由来毒素複合体は，小腸上皮
株化細胞に対して他の株由来の毒素とは異なる糖鎖認識特異性を有することを見出し，その
機能性にも HA-33の変異が影響していることを明らかにした。さらに，HA-33の変異がマウ
スに対する経口毒性を顕著に上昇させることを明らかにした。これらの知見は，これまで重
要視されていなかった毒素複合体中の一分子（HA-33）が生体への侵入に係る重要な役割を
果たしていることを明らかにした非常に重要な知見である。本論文の成果は，タンパク質の
一次構造の変異が機能に変化をもたらすというタンパク質化学的に重要な知見であるとと
もに，毒素の体内への侵入機構の解明に貢献するものである。これらの研究成果等を総合的
に評価した結果，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。 


ボツリヌスC型菌Yoichi株が産生する毒素複合体の特異な翻訳後修飾とその経口毒性に関する研究

黒沼, 誠也

KURONUMA, Seiya

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氏 名   黒 沼 誠 也 
学位（専攻分野の名称）   博 士（林学） 
学 位 記 番 号   甲 第 883号 
学位授与の日付   令和 5年 3月 20日 
学 位 論 文 題 目   塗料成分としての亜麻仁油の木材への浸透 
論 文 審 査 委 員   主査 教 授・博士（林学） 江 口 文 陽 
               教 授・博士（林学） 大 林 宏 也 
               准 教 授・博士（林学） 桃 井 尊 央 
                    博士（農学）  木 口   実＊ 
 
 
 
論 文 内 容 の 要 旨 
 
第 1章 序論 
被塗装物のうち木材は中空構造の細胞から構成されているため，多少なりにでも塗料が浸
透する。この性質を活かした塗装方法には，オイルフィニッシュや拭き漆などがあり，これ
らは塗料を木材に浸透させて表面に塗膜が形成されない仕上げ方法（以下，「浸透仕上げ塗
装」とする）である。浸透仕上げ塗装は，主に内装材や家具，木工品などに用いられている。
近年では防腐剤などの成分を含む含浸形木材保護塗料が開発され，外装材にも浸透仕上げ塗
装が用いられることも多くなった。浸透仕上げ塗装は，塗膜が形成される仕上げ方法（以下，
「造膜仕上げ塗装」とする）と比べて，耐候性などが劣ると言われている。一方で，浸透仕
上げ塗装は塗膜がないため，木材の質感を残すことができ，再塗装時には塗膜を除去する工
程がないことから，塗膜除去の労力がかからないのが利点である。浸透仕上げ塗装では木材
中に浸透した塗料が塗装した木材の保護性能や美観などを左右すると考えられ，含浸形木材
保護塗料においては塗装した木材の性能に対する浸透した塗料の影響を示唆する報告がな
されている。 
本論文の構成は，第 1 章においては本研究の目的を述べ，既往の研究について整理した。
第 2 章では，ハードメープル材に亜麻仁油を用いて浸透仕上げ塗装し，光学顕微鏡を用いて
亜麻仁油の浸透経路について検討した結果をまとめた。第 3 章では，表面の物理的改質とし
てプラズマ処理したスギ材に亜麻仁油を塗装し，浸透した亜麻仁油について木材中への塗料
の浸透量や浸透深さについて検討した結果をまとめた。第 4 章では，木材中への塗料の浸透
に関わる因子の探索として，木材の組織構造と木材の温度の影響を検討した結果をまとめた。
第 5 章では木材中への塗料の浸透における浸透経路や浸透深さに影響する要因を総括した。 
 
 ＊日本大学生物資源科学部教授 
- 2 - 
 
第 2章 ハードメープル材における亜麻仁油の浸透経路 
広葉樹材における塗料の浸透について，板目からまさ目へと木取りを変化させたハードメ
ープル材（Acer saccharam）を使用し，光学顕微鏡を用いて油性塗料の浸透経路を中心に
検討した。試験片の寸法は，60（長さ）×35（幅）×7（厚さ）mm とした。試験片は，塗
布面と木口面における年輪界とがなす角（以下，「年輪接触角」とする）が 0 °（板目），
30 °，60 °，90 °（まさ目）となるように木取りしたものを準備した。塗料は，浸透仕
上げ塗装に用いられる油性塗料のうち亜麻仁油を選定した。塗装は恒温恒湿室内で行い，塗
装工程はオイルフィニッシュの作業工程を参考にし，塗装回数 1~3 回の塗装試験片を作製
し，比較として無塗装の試験片も準備した。塗装した試験片と無塗装の試験片から，切片採
取用ブロックを切り出し，滑走式ミクロトームを用いて，横断面切片を採取した。切片の染
色はスダンⅢ溶液を用い，プレパラートを作製した。切片を光学顕微鏡と蛍光顕微鏡で観察
し，顕微鏡撮影も行った。 
その結果，ハードメープル材中への塗料の浸透は，以下の経路で起こることがわかった。
（1）塗装面付近では，主に木部繊維や軸方向柔細胞の内腔に浸透する。（2）塗装面付近よ
り深い塗料の浸透は，道管や放射組織の内腔を通じて起こる。さらに木部繊維や軸方向柔細
胞，軸方向柔細胞の周囲にある細胞間隙への浸透にも放射組織が関係する。（3）放射組織へ
の浸透は，放射柔細胞の内腔と放射組織中の細胞間隙との 2 通りがある。（4）放射組織の
断面が塗布面に現れており，その放射組織が裏面まで達している場合，放射組織への浸透を
通じて裏面側に塗料が滲出する。（5）裏面側に滲出した塗料は，裏面に広がり，裏面に露出
する木部繊維や軸方向柔細胞，道管に浸透する。以上のことから，ハードメープル材におけ
る塗料の浸透経路が明らかとなった。 
 
第 3章 プラズマ処理したスギ材における亜麻仁油の浸透性 
本研究では，浸透仕上げ塗装において表面の物理的改質としてプラズマ処理したスギ材に
亜麻仁油を塗装し，浸透した亜麻仁油について光学顕微鏡を用いた木材組織の観察を行った。
さらに木材中への塗料の浸透量や浸透深さについても検討した。試験片には，まさ目木取り
のスギ（Cryptomeria japonica D. Don）心材を用いた。寸法は，20 mm×50 mm×10 mm
（放射方向×繊維方向×接線方向）とした。塗装する面は，プレーナー仕上げののち，素地
研磨を行った。素地研磨は P180 の研磨紙で汚れや傷，ナイフマークがなくなるまで行い，
P240 の研磨紙で仕上げた。プラズマ処理には，小型プラズマ装置を用いた，キャリアガス
には大気を用い，処理時間を 30 分と 120 分とした。処理後，恒温恒湿室で養生してから塗
装に供した。また，比較として無処理のものも準備した。供試塗料は，油性塗料のうち亜麻
仁油を用いた。塗装工程は，1）刷毛を用いて塗料を塗布，2）30 分間放置，3）余分な塗料
を木綿布で拭き取り，4）乾燥（1 か月以上）とし，塗装回数は 1 回とした。塗布量は約 0.01 
- 3 - 
 
g/cm2であった。各条件でのスギ材中へ浸透した塗料の量を比較するため，塗布量のばらつ
きを考慮し，塗布量に対する浸透した塗料の割合（以下，「塗料の浸透割合」とする）を算
出した。横断面切片を採取し，浸透した塗料の染色にスダンブラック B を，細胞壁の染色
にサフラニンの 2 重染色を行った。顕微鏡観察および顕微鏡写真の撮影を行い，撮影した顕
微鏡写真から画像解析ソフトを用いて塗料の浸透深さを測定した。 
その結果，プラズマ処理を 30 分，120 分間の処理した場合と無処理の場合のスギ材にお
ける亜麻仁油の浸透について比較したところ以下のことがわかった。（1）プラズマ処理を行
うことによって，木材中への塗料の浸透量が増加し，浸透深さが深くなることがわかった。
（2）プラズマ処理時間が 30 分と 120 分とでは，木材中への塗料の浸透量に大きな違いは
なかった。（3）30 分処理の方が比較的深い位置で浸透した塗料が観察された。（4）処理条
件に関わらず，浸透した塗料は早材部と晩材部のどちらにも浸透しており，特に晩材部で深
い浸透が見られた。以上のことから，木材へのプラズマ処理が含浸形保護塗料やオイルフィ
ニッシュなどの塗料を木材中へ浸透させる塗装において，塗料の浸透性を高める手法として
有効であると考える。 
 
第 4章 木材中の塗料の浸透に関わる因子の探索 
木材中の塗料の浸透に関わる因子の探索として，木材の組織構造の違いと被塗装物である
木材の温度について着目し検討した。木材の組織構造の違いの検討では，針葉樹 2 樹種と広
葉樹 8 樹種（散孔材 3 樹種，環孔材 5 樹種）の板目木取りを試験片として用いた。P180，
P240 の研磨紙を用いて素地研磨を行った。塗料は，油性塗料の亜麻仁油にスダンⅢを混ぜ
て紅色に着色した塗料を用いた。塗装回数は 1 回とした。塗装試験片について，木表と木裏
の観察を行った。特に木裏への塗料の滲出している場所や広がり方を観察した。また，スキ
ャナーを用いて塗装前と塗装後の木表と木裏についてスキャン画像を得た。 
その結果，（1）密度が高い樹種は，空隙が少ないためか浸透量が少ないことがわかった。
（2）拭き取り量が裏面への滲出に関係しているとは限らないことがわかった。（3）浸透量
が多いときでも裏面への滲出が少ない場合があり，一方，浸透量が少ないときでも裏面への
滲出が多い場合があることがわかった。（4）塗布量を多くすれば，浸透量も増えると考えら
れる。（5）塗料が木材中のどの経路でどこへ浸透しているかは，切片を採取し顕微鏡観察を
行えば結果が得られることを明らかにした。 
木材の温度の検討では，スギ材を試験片とし，表面を P180，P240 の研磨紙で素地研磨
を行った。塗料には亜麻仁油を用いた。加熱処理には熱板を用い，熱板温度を 180 ℃で 180
秒加熱した後，直ちに塗装に供した。塗布量と拭き取り量との差を塗布量で除した塗料の浸
透割合を算出した。その結果，加熱した場合の方がわずかながら浸透量が増大した。 
 
- 4 - 
 
第 5章 総括 
以上のことから，本研究によって，被塗装物の木材へプラズマ処理を適用することや被塗
装材（木材）の温度を調整することは，表面の性状あるいは見た目に大きく変化をおよぼす
ことなく，塗料の浸透を制御できる有効な手段となることが示唆された。また，塗装面近く
の塗料の浸透と，より深い浸透で塗料の浸透経路として関わる木材細胞や組織構造の違いが
あるとの新知見が得られた。樹種によって木材組織に違いがあることに由来する塗料の浸透
の様相が異なるため，細胞・組織構造を考慮したさらなる浸透に関する研究が望まれる。 
 
 
審 査 報 告 概 要 
 
本研究は，木材中への塗料の浸透について，浸透に関わる木材の細胞や組織構造的な要因
と，塗料の浸透を制御する方法について検討を行った。塗料成分である亜麻仁油を用いて，
ハードメープル材における塗料の浸透経路を検討し，塗装面近くの塗料の浸透とより深い浸
透で塗料の浸透経路として関わる木材細胞や組織構造の違いがあるとの新知見が得られた。
つづいて，塗料の浸透を制御する新たな試みとして，プラズマ処理をしたスギ材を用いて検
討し，無処理材よりもプラズマ処理を行った方が塗布量に対する浸透量の割合が多くなり，
浸透深さが深くなることを明らかにした。また，木材の温度を上げることによる塗料の滲透
への影響を検討し，木材表面の温度が高くなることで，1回目の塗装における塗料の浸透が
増大することを明らかにした。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（林学）の学位を授与する価値があると判断した。 
 


塗料成分としての亜麻仁油の木材への浸透

東京農業大学博士（国際農業開発学

RATTANACHAROEN, NARAT

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氏 名   RATTANACHAROEN NARAT 
学位（専攻分野の名称）   博 士（国際農業開発学） 
学 位 記 番 号   甲 第 887号 
学位授与の日付   令和 5年 3月 20日 
学 位 論 文 題 目   Significance and Challenge of Sustainable Rice Farming in  
Thailand – Analysis by Using Sustainability Indicator – 
論 文 審 査 委 員   主査 教 授・博士（農学） 山 田 隆 一 
               教 授・博士（農学） 高 根   務 
               教 授・博士（農学） 志和地 弘 信 
               教 授・博士（農学）  土 田 志 郎 
 
 
 
論 文 内 容 の 要 旨 
 
Thailand's rice exports have been significant for many decades. However, Thai 
farmers still face some problems with soil degradation and the threat by use of 
chemicals. To solve these problems, sustainable agriculture was introduced to Thai 
farmers. However, all farmers cannot practice it. To address this issue, it is essential to 
assess sustainability on all types of rice farming, identify the factors that influence it. In 
this research, the sustainability, factors influencing adoption, and limitations of four 
rice farming practices were analyzed. The types of farming are as follows; 1) 
conventional 2) organic 3) GAP rice farming and 4) SRP rice farming in Det Udon, Ubon 
Ratchathani, the sustainable rice farming pilot areas in Thailand 
 
 In chapter1, the sustainability indicator (the Sustainable Rice Platform: SRP scores) 
was used to indicate the sustainability level. The four types of rice cultivation is 
consisted of organic rice production, good agricultural practices (GAP), sustainable rice 
platforms (SRP), and conventional production. A total of 85 farmers were requested to 
respond to the questionnaires. All farmers were not significantly different for age, 
education, farming experience, level of farm integration, or total income, but they were 
significantly different for rice yield and labor size. Organic and conventional farming 
had the highest yields for rice, whereas conventional farming had the highest number of 
farm laborers. The scores also showed that conventional farmer did not plan or record 
crop production. They also neglected soil quality checks and heavy metal contamination, 
which puts rice safety at risk and raises production costs. 
 Farmers with a higher yield and less experience would be more willing to adopt 
- 2 - 
 
organic farming. Farmers who choose to do organic farming are likely to be those who 
are willing to take risks. According to the interviews, the new farmers or the less 
experienced farmers would be eager to try new things and would be more likely to adopt 
complex rice practices such as the organic rice program than other farmers. In addition, 
farmers who had a high yield, appeared to be more interested in the organic rice 
program than others. 
 
 In chapter2, we determined the factors that affect increasing the sustainability 
among the themes of SRP indicator.   
 According to the results, it was found that there are 3 variables that affect many 
themes of SRP scores. 1) Farmer certification program: this could be related to being 
trained to have desirable farm activities. 2) 3 components integration on farm: increased 
activity with low management will have the opposite effect on sustainability. 3) farm 
size: Farm size is a factor that influences farm activity and rice production. In many 
cases, the size of the farm has a significant impact on production costs.  
 
In chapter3, in terms of production, the variable cost of rice production also does not 
vary, but the cost of family labor does. It made the total cost of conventional farmers the 
highest and significantly different from other types of farmers.   
 All farmers sold their fresh rice to millers and middlemen during the marketing 
process, while organic rice farmers and GAP farmers had additional market channels.  
 The conventional farmer in this study also had the lowest household commercial 
index (HCI 59%) compared with organic (HCI 71%) and GAP (HCI 66%), indicating that 
they collected rice primarily for their own consumption rather than for sale. This result 
shows that they were not focusing on the business as much as other types of farmers. 
Moreover, the SRP scores showed that the conventional farmers also avoided farm 
recording. It not only caused them to have the worst sustainability scores but also the 
highest costs and significantly lowest profits among all farmers because they lacked 
information about their true production costs.  
 Farmers with higher sustainable scores can earn more profit from rice farming than 
other farmers. 
 
In chapter4, the snowball sampling methodology was used to interview five advanced 
sustainable farmers.  
- 3 - 
 
  The result showed that all of them faced the same obstacles as normal farmers. To 
overcome the difficulties, they had to develop farm strategies based on their situation. 
The most similarity strategies they used are consisted of: 
1) Always record farm activity: All cases keep records of their farm cash book, 
showed the activities through SNS media, update farmer contact lists. They 
wrote down their annual plan and a 3 to 5 year plan to prevent problems and 
prepare for development. 
2) Strick to the sustainable agriculture technique: All case studies follow the 
requirements of the organic standard very strictly even for the one who are not 
organic certified farmer. They sacrifice their rice-growing area to create a water 
filtration system and buffer zone without hesitating. 
3) Developed Information Network: Advanced farmers are constantly developing 
new networks. By joining the training, they can build a network and receive new 
information from various people in the rice business. The network they built 
gave them information and helped them find new customers and markets. 
4) Used self-made composition fertilizer made from farm resources or reliable 
sources of raw materials. They also used self-made Photosybthetic bacteria 
(PSB) to fix more nitrogen on their farms. 
5) Use integrated farming: Increase their financial risk diversification by earning 
more money from other farm components. Not rely on rice cultivation as an only 
source of income. 
6) Direct sales: The cases' rice market channels are diverse. Each case study selects 
a marketing channel based on his capacity. At the local organic farmer's market, 
they sold their rice to wealthy customers. Some of them made contracts to sell 
rice to the local school and hospital. Advanced farmers frequently write about 
rice quality and safety, as well as what they do on their organic farms to promote 
their rice products. The LINE group and Facebook were frequently used to 
expand these information. Some farmers were interviewed on television and on 
YouTube where the people can search and watch on their demand too. These 
media can assist them in raising awareness and obtaining orders from new 
customers. Some of them use direct email to sell his high-quality organic rice to 
department stores in Europe. While common farmers sell rice to millers and 
middlemen, all advanced farmers sell rice to their customers directly. By using 
- 4 - 
 
this strategy, advanced farmers can build relationships with their customers and 
create a more stable market. Moreover, by cutting out the middleman, advanced 
farmers also gain more profit. Because of these effects, advanced farmers are 
more likely to believe in sustainable rice farming and not go back to using 
chemicals.  
 
タイの米輸出は，ここ何十年と目覚ましいものがある。しかしながら，タイの農家は地力
低下や化学肥料・農薬の使用による脅威といった問題に直面している。 
これらの問題を解決するために，持続的農業というものがタイの農家に導入された。ただ
し，すべての農家が持続的農業を実施できるわけではない。この問題に対処するためには，
あらゆるタイプの稲作における持続性を評価し，持続性に影響を及ぼす諸要因を明らかにす
ることが不可欠である。 
そこで，本論文では，稲作の持続性，および持続的稲作の導入要因と制約要因について分
析を行なった。分析対象の稲作の形態は，①慣行稲作，②有機稲作，③GAPによる稲作，④
SRPによる稲作の 4形態である。対象地域はタイにおける持続的稲作のパイロット地域と言
えるウボンラチャタニである。 
 
 第１章では，持続性レベルを示すために，持続性指標（持続的稲作プラットホーム：SRP
スコア）が用いられた。 
 ４つのタイプの稲作は，有機稲作，GAP，持続的稲作プラットホーム（SRP），そして慣行
稲作である。 
 合計 85 戸の農家が調査票に答えてもらった。すべての農家は，年齢，教育水準，農業経
験，複合レベル，所得において有意な違いはなかったが，収量と労働量においては，有意な
差があった。有機稲作と慣行稲作は最も高い収量を示した一方で，慣行稲作では，労働量が
最も多かった。 
 また，SRPスコアは，慣行稲作において，営農計画を行っていない，あるいは作物生産の
記録を付けていないということを示した。慣行稲作農家は土壌特性のチェックや重金属汚染
のチェックを怠っていた。このことは，安全な米作りという意味でリスクであり，また稲作
のコストを増大させるものであった。 
 より高い収量と相対的に経験が少ない農家は，有機稲作を導入しようとする傾向がある。
有機稲作を選択する農家は，リスクを取ることを厭わない農家である。農家聞き取り調査に
よれば，新規の農家あるいは経験の少ない農家は，新しいことに取り組もうとする傾向にあ
る。そして彼らは，有機稲作のような複雑な稲作を取り入れようとする傾向が強い。加えて，
- 5 - 
 
高い収量の農家は，他の農家よりも有機稲作により興味を示した。 
 
 第２章では，稲作の持続性（SRP指標）を高めることに影響を及ぼす諸要因を探り出した。
分析結果によれば，SRPスコアの多くの項目に影響を及ぼす３つの変数が分かった。その一
つは，農家証明のプログラムである。これは望ましい営農活動を行うよう訓練を受けること
と関連している。二つ目に，三部門の複合である。三つ目は，営農規模である。営農規模は
営農活動と稲作に影響を及ぼす要因である。多くの事例において，営農規模は生産コストに
大きな影響を与えている。 
 
 第３章では，稲作のタイプによって家族労働費が異なっている。この中で慣行稲作の費用
合計が最も高くなっている。 
 すべての農家は，収穫後の米を精米業者か集荷業者に販売するが，有機稲作農家と GAP
農家はその他の販売チャネルも持っている。 
 慣行稲作農家の商業化指数は，最も低くなっている。このことは，慣行稲作農家の自給割
合が高いことを示しており，また他の農家に比べて，相対的にビジネスを志向していないこ
とを示している。 
 さらに，SRP スコアから，慣行稲作農家は農家記帳を回避する傾向があることが窺われ
る。このことが慣行稲作農家の持続性を低下させているだけでなく，高コストと低収益性を
引き起こしている。何故ならば，慣行稲作農家は実際の費用に関する情報を欠落させている
からである。 
持続性スコアが高い農家は，他の農家よりも稲作収益性が高いのである。 
 
 第４章では，５戸の篤農家（持続的稲作農家）の調査・分析結果が示されている。 
 これらの農家が直面している問題は普通の農家と同じであることを調査結果は示してい
る。彼らは，その諸困難を克服するために，営農戦略を展開しなければならなかった。彼ら
に共通する営農戦略は以下の通りである。 
 １）日頃の営農活動を記録していることである。５戸の篤農家は，現金出納帳の記録を続
けているほか，SNS を通じた諸活動を行い，農家リストを常にアップデートしている。彼
らは，諸問題の克服と将来の発展に向けた準備のために，年次計画と３～５年の中期計画を
つくっている。 
 ２）持続的な農業技術へのこだわりである。いずれの事例においても，有機農業の基準を
満たすための必要条件を厳密に満たしている。これは，有機農業証明を取っていない篤農家
（５戸の篤農家の一人）においても同様である。彼らは，用水浄化システムとバッファーゾ
ーンをつくるために水田の一部を躊躇なく使った。 
- 6 - 
 
 ３）情報ネットワークの形成である。篤農家は常に新しいネットワークを形成している。
トレーニングコースに参加することによって，彼らはネットワークを形成することができ，
様々な人々から新たな情報を得ているのである。彼らがつくったネットワークにより，新た
な顧客と新たな市場を見つけ出すことが可能となっている。 
 ４）自身の農場の資源などからつくった堆肥を稲作において利用している。また，より窒
素固定をするために，彼らは自らつくった光合成バクテリアも稲作に利用している。 
 ５）複合農業経営を行うことによってリスク分散を実現している。彼らは，収入源を稲作
だけに頼っているわけではないのである。 
 ６）事例農家（篤農家）は自身の能力に応じて市場チャネルを選択している。ローカルな
有機農産物市場においては，富裕層向けに有機米を販売している。事例農家の中には，地方
の学校や病院と契約して米を販売する農家も存在する。事例農家（篤農家）は，販売促進の
ために，自らの米の品質と安全性，そして有機稲作の作業内容などを明記している。また，
これらの情報を広げるために，LINE や Facebook が頻繁に使われている。さらには，テレ
ビや YouTube でインタビューを受けた農家も存在する。これらのメディアは，人々の意識
や関心を高めるとともに新たな顧客を獲得するうえで役立っている。 
 ７）５戸の篤農家の中で，ヨーロッパのデパートに高品質の有機米を売るためにダイレク
トメールを使っている篤農家も存在する。 
 
 通常の農家は精米業者や集荷業者に米を販売しているが，５戸の事例農家（篤農家）は，
顧客に米を直売している。こうした戦略を用いることによって，事例農家は顧客との関係を
構築することが可能となっている。また，それによって安定した市場を形成することが可能
となっているのである。さらには，集荷業者を省くことによって，事例農家はより多くの利
益を得ている。 
 これらの効果のため，事例農家は益々持続的稲作に確信を持てるようになってきた。 
 
 
審 査 報 告 概 要 
 
ナラット氏の博士論文では，タイにおける近年の持続的農業とりわけ持続的稲作への関心
の高まりを背景として，持続的稲作のいくつかのタイプごとの持続性や収益性の比較分析を
行なうと共に，持続的稲作とりわけ有機稲作経営導入・発展の条件と課題を明らかにしたも
のである。 
前半は計量分析を中心とした分析結果を，後半は，事例調査に基づいた経営分析を行なっ
- 7 - 
 
た。 
 その結果，以下のことが明らかにされた。 
第一に，タイにおける稲作の持続性と収益性は両立するということである。 
 第二に，持続性指標を用いた重回帰分析に基づいて，持続性を高める要因として以下の要
因が抽出された。すなわち，労働力の豊富さ，経営規模の大きさ，普及員との接触の多さ，
さらには有機稲作や GAP のプログラムへの参加である。 
 第三に，持続的稲作とりわけ有機稲作経営の導入から発展，成熟までの過程における主要
な段階ごとの導入・発展条件および課題を明らかにした。その中でも，SNS 等を通じたネ
ットワークの形成による消費者の確保・顧客管理および市場情報・技術情報の収集が持続性
と収益性を高める共通条件である。 
以上より，本研究は，計量分析と事例分析を組み合わせた綿密な研究であり，その成果は，
タイの持続的稲作経営の形成・発展の可能性と条件に関して多くの新規性を含むものである
とともに，タイにおける持続的稲作のさらなる発展に貢献できる研究成果であると認められ
る。 
よって，審査員一同は博士（国際農業開発学）の学位を授与する価値があると判断した。 
 


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