Ehime University Institutional Repository

守田, 逸人

Japanese

中世四国における寺院の興亡と荘園制 : 遍路形成史を視野に

糸岡, 夕里

西野, 吉幸

浦津, 和人

塩入, 拓麿

高橋, 元気

ラケット操作を伴うネット型の動画教材の作成 
 
 
糸岡 夕里 1)・西野 吉幸 2）・浦津 和人・塩入 拓磨・高橋 元気 3） 
 
Making of the teaching material of animation of game of the net type with using racket 
 
Yuri Itooka1，Yoshiyuki Nishino2，Kazuto Uratsu，Takuma Shioiri and Genki Takahashi3 
 
Key words: game of the net type, teaching material of animation 
 
(Bulletin of Department of Physical Education, Faculty of Education, 
 Ehime University, 10, 23-27, October, 2018) 
 
 
キーワード：ネット型，動画教材 
 
Ⅰ はじめに 
 
現在，教育現場において，ICT の活用が叫ばれてい
るが，体育授業においても同様であることはいうまで
もない．教室での ICT 環境は，ハード面において整備
されつつあるものの，体育館や運動場で行われる体育
授業においては充分に整備されているとは言い難い． 
また，実際に体育授業で活用できる動画教材に目を
向けると，各種のスポーツ種目において，技能を高め
るための DVD 等が市販されてはいるものの，授業での
活用をふまえると検討の余地が多々ある． 
そこで本研究では授業で活用しやすいという視点か
ら動画教材を作成することとした． 
平成 29 年度に改訂された小学校学習指導要領解説
体育編（文部科学省，2017）では，内容に関して大き
な改訂はなかったものの，各領域において「運動が苦
手な児童への配慮の例」「運動に意欲的でない児童への
配慮の例」が新たに明記されたことは，豊かなスポー
ツライフを実現していくことへ向けて，きわめて重要
といえよう．このように，運動が苦手な児童，運動に
意欲的でない児童にとっての指導の手立てとしても
ICT の活用は期待される． 
また，動画教材を作成するにあたり，領域としては，
球技（ボール運動）におけるラケット操作を伴うネッ
ト型を対象とすることとした．改訂された小学校学習
指導要領解説体育編（文部科学省，2017）では，先に
も述べたように内容には大きな改訂はみられなかった．
球技（ボール運動）の領域においては，現行学習指導
要領と同様，ゴール型，ネット型，ベースボール型の
内容に分類され，その型のなかで共通するボール操作
（用具の操作，バット操作含む）およびボールを持た
ないときの動きが例示として明記されている． 
しかしながら，ボール運動領域におけるネット型の
例示では，これまでソフトバレーボールやプレルボー
ルの内容のみであったが（文部科学省，2008a），改訂
された学習指導要領解説体育編（文部科学省，2017）
では，バドミントンやテニスの内容が新たに明記され
た．このことは，中学校への系統性をより考慮した改
１）愛媛大学教育学部 
  〒790-8577 愛媛県松山市文京町３番 
 
２）一般社団法人トータルフィットネス 
  〒791-3141 愛媛県伊予郡松前町大間 193-3 
 
３）愛媛大学教育学部 4 回生 
  〒790-8577 愛媛県松山市文京町３番 
 
１． Faculty of Education. Ehime University, 
  Bunkyo-cho 3, Matsuyama-shi, Ehime, 
 〒790-8577，Japan 
２．TOTAL FITNESS 
       Ooma 193-3, Masaki-cho, Iyo-gun, Ehime, 
      〒791-3143, Japan 
３．Faculty of Education. Ehime University, 4th year 
  Bunkyo-cho 3, Matsuyama-shi, Ehime,  
 〒790-8577，Japan 
 
訂であることが推察でき，今後は小学校段階において，
バドミントンやテニスを基にした易しいゲームの実践
研究が注目されるであろう． 
これまでは，小学校のボール運動領域，ネット型の
例示として，ソフトバレーボール，プレルボールが明
記され（文部科学省，2008a），中学校以降の球技領域，
ネット型の例示として，バレーボールのほかに初めて
バドミントン，テニス，卓球の内容が明記されていた
わけであるが（文部科学省，2008b），ネットを挟んで
の競技として，バレーボール，バドミントン，テニス，
卓球と共通性はあるものの，やはりラケット操作があ
るかどうか，さらには，攻守が一体となったプレーで
あるかどうかといった技能面の違いは大きい． 
そこで本研究では，ラケット操作を伴うネット型の
内容について動画教材を作成することを目的とした．
なお，対象については，中学校，高等学校の体育授業
を想定し作成することとした．小学校段階におけるバ
ドミントンやテニスを基にした易しいゲームについて
の実践研究は始まったばかりであり，まずは従前より
実践されてきた中学校，高等学校におけるバドミント
ンやテニス，卓球の授業で活用できる動画教材を作成
することにより，動画教材の内容やその活用方法につ
いて有益な示唆を得ることができると考えた． 
 
 
Ⅱ 方法 
 
2-1．動画教材作成の手続き 
以下の手続きにより，動画教材の内容を選択した．
なお，内容の選択にあたっては，5年以上の競技経験を
有し，大学で四国代表レベルの成績のある者とし，バ
ドミントン経験者1名，テニス経験者2名，卓球経験者1
名，そして授業で活用するという視点から体育科教育
を専門とする研究者1名の計5名で行った． 
① 学習指導要領解説保健体育編（文部科学省，
2008b：2009）の分析 
② ラケット操作（色々な打ち方）の内容の検討 
・ 各ラケット操作について，文献等を参考に
ポイントを3つ以内に整理 
③ 具体的な練習方法の検討 
④ ゲームの説明の検討 
 
2-2．動画撮影の時期および方法 
動画撮影は，平成29年度6月〜8月にかけて行った．
動画撮影にあたっては，愛媛大学の部活動（バドミン
トン，テニス，ソフトテニス，卓球）に所属する学生
に協力を得た． 
動画撮影をするにあたり，授業での活用のしやすさ
をふまえ，見たい内容がすぐに見られることを重視し，
1つの動画が長くなりすぎないよう最長3分程度とした． 
 
 
写真 動画を撮影する様子 
 
 
 
 
2-3．動画教材の有効性の検討 
作成したテニスの動画教材について，その有効性を
検討するにあたり，高等学校での体育授業や大学での
スポーツに関する授業において，15年以上のテニスの
指導経験を有する指導者1名，および部活動等でのテニ
スの経験はない高等学校保健体育科教諭1名へ対し，作
成した動画教材についてインタビューにより意見を求
めた． 
また，中学校，高等学校における保健体育科の教員
免許の取得を希望する学生30名へ対しても同様に，作
成した動画教材について，アンケート調査による回答
を求めた． 
なお，本研究ではバドミントン，ソフトテニス，卓
球の動画教材も作成しているが，それらの有効性を検
討するにあたり，研究協力者を得ることができなかっ
たことから，テニスの動画教材のみを対象とした． 
 
2-4．倫理的配慮 
協力を得た学生については，事前に研究の趣旨につ
いて口頭で説明し，研究協力の同意を得た．くわえて，研
究協力者へ対し，研究への参加は任意であること，研究
への参加の有無にかかわらず不利益が生じないこと，研
究への協力後であっても，いつでも研究協力の辞退がで
きること，動画の活用に際しては，教育現場，研究会等の
機会に限定し，web上等で不特定多数が視聴できるような
ことはしないこと，データの管理については厳重に行い，
個人が特定されることはないこと，学会や論文等で研究成
果を公表することを口頭で説明した． 
 
 
 
Ⅲ 結果と考察 
 
3-1.動画教材の内容構成 
動画教材の内容を選択するにあたり，中学校および高
等学校学習指導要領解説保健体育編（文部科学省，
2008b：2009）の分析をふまえ，内容の検討を行った．
図1は，作成した動画教材の内容の構成について，図2
はテニスの動画教材における具体の内容（ポイントや
説明等）について示した． 
ラケット操作（色々な打ち方）については，可能な
限りバドミントン，テニス，ソフトテニス，卓球と共
通性あるいは相違点が確認できるようポイントを整理
した． 
動画教材は，動画番号ごとに区切り，見たい内容が
すぐに見られるように工夫した． 
 
 
 
 
図1 動画教材の内容構成 
 
 
 
 
N
9 9 9 9
9 -
9
9
- 9 152 - 9 152 - 9 152 - 9 152
8 9 - - -
- - -
- - - -
- - - -
- - - -
- -
- - - -
36 170 9
-
36 170 9
-
- 9 -
- 9 -
6 3 34
-
6 3 34
-
- 9 -
- 9 - 9 - 9 - 9
 
 
 
 
 
図2 テニスの動画教材の内容 
 
 
 
0
2 3
9 9
6
2 3
6
1 1 6
1 9 1
1
1 7
1 7
1
7
8 7
1 9 5 6 6
1 4 6
1 6 6
1
4
1
4
1 7
1
1 1
5 1
5 -
1
4
1 1
1
1
1
6
5 9
1
1 9
1 1 1 1
1 1 9
1 2 1 3 2 1
3 2 1 13 2 1 13 7 1 1
1 -
1 1 1
3-2.動画教材の有効性の検討 
作成したテニスの動画教材の有効性を検討するにあた
り，高等学校での体育授業や大学でのスポーツに関す
る授業において，15年以上のテニスの指導経験を有す
る指導者1名に対し，インタビュー調査を実施した．イ
ンタビューでは，「①各動画教材のポイントとして挙げ
た内容はどうでしたか」「②動画の撮り方（位置や角度）
はどうでしたか」という質問に対して回答を求めた． 
その結果，各動画教材で挙げていたポイントについ
ては，特に意見はないということであった．しかし，
動画番号1，2のラケットの握り方の動画について，ラ
ケットを握る人がビデオカメラに正対するような位置
で撮影をしていたが，実際に握る人の視点から撮った
方がわかりやすいという意見があった．  
また，部活動等でのテニスの経験はない高等学校保
健体育科教諭1名に対し，インタビュー調査を実施した．
インタビューでは，「①授業での活用のしやすさについ
てどう思いますか」「②こういう動画が欲しいといった
要望はありますか」という質問に対して回答を求めた． 
その結果，1つの動画がコンパクトにまとまっていて
活用しやすい，タブレットに動画教材があることによ
り授業時間はもとより授業時間外においてもイメージ
をつくりやすくなるといった意見があった．要望とし
ては，動画番号15のゲームの説明の動画について，プ
レーヤーのルールと合わせて審判のハンドシグナルも
あるとより活用がしやすいといった意見があった． 
さらに，中学校，高等学校における保健体育科の教員
免許の取得を希望する学生（30名）へ対してアンケー
ト調査を実施した．アンケートでは，「先生になって体
育授業で活用することを想定し，各動画について，技
のポイントや動画の撮り方（位置や角度）について，
また，その他自由に，ご意見をお願いします」という
質問に対して回答を求めた． 
その結果，技のポイントや動画の撮り方については，
ほとんど意見はなかったが，いくつかの動画で，もっ
とズームした方がよいという意見が少数あった．また，
夏場に動画の撮影を行ったために，解説の声以上に蝉
の鳴き声が気になるという意見が多数あった． 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ⅳ まとめ 
 
本研究では，中学校，高等学校の体育授業において，
ラケット操作を伴うネット型を対象とし，授業で活用しやす
い動画教材を作成することを目的とした． 
バドミントン，テニス，ソフトテニス，卓球のそれぞれにつ
いて，ラケットの操作（色々な打ち方），具体的な練習方法，
ゲームの説明についての動画教材を作成した（図1）． 
作成したテニスの動画教材（図2）について，その有効
性を検討した結果，おおむね有効に活用できるといった
意見を得ることができた． 
しかしながら，修正すべき意見もあったことから，それら
の動画教材を修正し，授業で活用しやすく，高い学習成
果を得ることができるような動画教材を作成していくことが
今後の課題である． 
また，本研究で作成した動画教材について，実際の授
業で活用し，その有効性について検討するまでには至っ
ていない．今後は，作成した動画教材を活用した授業実
践を行い，担当した教員へのインタビュー調査や対象と
なった生徒へのアンケート調査等を行うことにより，動画教
材の有効性を検討し，動画教材のブラッシュアップを図っ
ていきたい． 
 
 
文献 
 
文部科学省（2008a）小学校学習指導要領解説体育編．
東洋館出版社． 
文部科学省（2008b）中学校学習指導要領解説保健体育
編．東山書房． 
文部科学省（2009）高等学校学習指導要領保健体育編
体育編．東山書房． 
文部科学省（2017）小学校学習指導要領（平成29年度
告示）解説体育編．東洋館出版社． 
 
 
付記 
  
 本研究を進めるにあたり，猛暑の中にもかかわらず
動画撮影にご協力頂いた愛媛大学バドミントン部，テ
ニス部，ソフトテニス部，卓球部の学生のみなさん，
インタビュー調査にご協力いただいた高等学校保健体
育科教諭，アンケート調査にご協力いただいた愛媛大
学教育学部の学生のみなさんに心より感謝申し上げま
す．
 


ラケット操作を伴うネット型の動画教材の作成

Ehime University (愛媛大学)博士(医学)thesi

桑原, 淳

KUWABARA, Jun

（第７号様式） 
 
学位論文審査結果の要旨 
 
   氏     名 桑原 淳 
 
 
 
 
 
   審 査 委 員 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
                                      
 
                                      
 
                                      
 
                                      
 
                                      
 
 
       
論  文  名  Wistar ラットにおいて CD200S 分子は腫瘍免疫を刺激し遠隔転移抑制 
をもたらす 
 
      審査結果の要旨 
【背景と目的】CD200 は、I 型膜糖タンパク質で、血液系細胞に発現している受容体 CD200R に結
合し、細胞内の RasGAP を介した抑制機構を活性化し、免疫抑制に関わっている。申請者らは、
いくつかのがんで高発現している CD200 の腫瘍免疫における役割を明らかにするため、強制的に
CD200 の splicing variant である CD200L(C6-L)または CD200S(C6-S)を発現させたラット C6 グ
リオーマ細胞株を、生後 24 時間以内のラットの背部皮下に移植し、がん遠隔転移に対する効果
を検討した。 
【方法と結果】まず、in vitro で C6-L 株と C6-S 株を比較すると、細胞増殖率、移動能、浸潤
能に有意差は認めなかった。ラット C6 グリオーマ細胞 100 万個を生後 24 時間以内のラットの背
部皮下に移植すると、出生後 28 日までに 90%弱のラットで肺転移を認めた。このモデルで、C6-
L 株と C6-S 株を比較すると、C6-L 株移植ラットで 100%、C6-S 株移植ラットで 44%の肺転移を認
めた。生存率の比較では、C6-L 株移植群では 100%、C6-S 株移植群では 80%のラットが死亡した 
(p＜0.01)。C6-S の肺転移抑制のメカニズムを明らかにするために、移植後 35 日目の背部腫瘍
塊から、mRNA を採取・精製し、次世代シークエンサーにかけて比較・検討した。その結果、C6-
S 株移植群腫瘍(C6-S 腫瘍)で C6-L 株移植群腫瘍(C6-L 腫瘍)に比べ、接着因子 cadherin-1、ケモ
カインの Ccl4、Ccl7、Ccl12、Cd24、グランザイム B およびインターロイキン 12A (Il-12a)mRNA
が高発現していた。次に、移植後 35 日後の背部腫瘍塊から細胞を酵素処理により分散し、フロ
ーサイトメトリーにより分析した。その結果、C6-S 腫瘍で C6-L 腫瘍に比べ、生細胞中の CD45+
白血球が約 2 倍多く存在し、逆に C6-L 腫瘍では CD45+白血球に比べ、腫瘍細胞がより多く存在
していた。さらに、CD3+ T 細胞、CD3-/NK1.1+細胞（ナチュラルキラー細胞；NK 細胞）、CD4+ T
細胞および CD8+ T 細胞も C6-S 腫瘍で C6- L 腫瘍に比べ多く存在した。また、C6-S 腫瘍で C6-L
腫瘍に比べより腫瘍内に CD11bchiと CD11bcloの 2 つの population が多く集積していた。これら
の population はそれぞれ腫瘍関連マクロファージ（TAM）と樹状細胞(DC)と考えられた。さらに、
C6-S 腫瘍で C6-L 腫瘍に比べ、CD45+/CD8-/CD103+細胞、および CD103+/CD8+細胞と複数種類の DC
様細胞が増加していた。 
【考察】C6-S 腫瘍で mRNA 発現が増えているグランザイム B は、細胞傷害性 T 細胞（CTL）およ
び NK 細胞が発現し、がん細胞のアポトーシスに関与する。また、また同じく IL-12 は、ナイー
ブ CD4+ T 細胞から Th1 細胞を誘導し、抗腫瘍免疫を活性化させる。以上から、in vivo サンプル
の次世代シークエンサー解析で得られた結果は、C6-S 腫瘍で抗腫瘍免疫が活性化され、肺転移
抑制に繋がることを示唆する。一方、フローサイトメトリーの結果から、CD200S が CD200R 陽性
TAM を介して、ケモカイン産生を増加させた結果、リンパ球、DC や NK 細胞の浸潤が促進された
と考えられる。C6-S 腫瘍において著増した DC は、CD4+ T 細胞を介するか、クロスプレゼンテー
ションにより直接 CTL を活性化し、NK とともに腫瘍細胞のアポトーシスを誘導することで抗腫
瘍免疫活性が上昇し、遠隔転移を抑制したものと考えられた。しかし、CTL は、C6-L と比較して
C6-S の NK 細胞よりも顕著に増加しているので、CTL は肺転移抑制においてより重要な役割を果
たしていると思われた。 
本論文に対する公開審査会は平成 30 年 1 月 23 日に開催され、申請者は、CD200S の遠隔転移
抑制効果から、その分子メカニズム、臨床応用の可能性まで英語で明確に発表した。①ラット
へのがん細胞の生着率と免疫系の関係、特に免疫寛容について、②同一細胞での C6-L と C6-S
の発現レベルの関係、C6-L と C6-S を一緒に移植した結果について、③原発巣と遠隔転移巣で
の免疫系に違いについて、④タイムポイントや統計学的な有意差など実験や解析の詳細な条件
について、⑤C6-L と C6-S の発現レベルや FACS の解釈ついて、⑥ペプチドワクチンを含め今後
の臨床応用の展望について、等について日本語で質疑応答があり、申請者は的確に答えた。動
物モデルを用いた詳細な解析から、CD200S に関係した新たながん遠隔転移抑制方法の可能性が
示唆された点を高く評価し、審査委員は、申請者が本論文関連領域に対して学位授与に値する十
分な見識と能力を有することを全員一致で確認し、本論文が学位授与に値すると判定した。  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


English

Truncated CD200 stimulates tumor immunity leading to fewer lung metastases in a novel Wistar rat metastasis model

Ehime University (愛媛大学)博士(学術)thesi

野村, 洋平

NOMURA, Yohei

学  位  論  文  要  旨  
Dissertation Abstract 
 
 
氏名：  
Name 
野村 洋平  
 
学位論文題目：  
Title of Dissertation 
回転円板型促進酸化装置による廃水中微量有機化学物質の  
除去技術の開発  
 
学位論文要旨：  
Dissertation Abstract 
 
 
 
 
 
 
 
 
近年、微量有機化学物質による水環境問題が世界的に顕在化しつつあり、それぞれ
の微量有機化学物質の排出源での除去、廃水に含まれる塩分や有機物による阻害影響
を緩和可能な除去技術の開発が希求されている。1,4-ジオキサンは、国際ガン研究機関
によりヒトに対する発ガン性が疑われる化学物質として分類されており、廃棄物処分
場浸出水から高頻度および高濃度で検出されてきた。一方、ビブリオ病予防薬である
サルファモノメトキシン (SMM)は、神経毒性や生態毒性を有する上、養殖池の放流水
などから検出されてきた。  
本論文では、1,4-ジオキサンおよびSMMを含む廃水の処理技術の開発を目指し、一
連の研究を行った。対象廃水として、1,4-ジオキサンには廃棄物処分場浸出水を、SMM
には淡水養殖廃水 (FAWW)を選定した。除去対象物質の物性に基づき、1,4-ジオキサン
には活性炭 /酸化チタン複合触媒を、SMMにはゼオライト /酸化チタン複合触媒を合成
し、これらによる除去対象物質の処理特性ならびに廃水中共存物質の阻害影響を評価
した。粉末複合触媒で得られた知見を踏まえ、活性炭 /酸化チタン複合シートおよびゼ
オライト /酸化チタン複合シートを合成し、これらを搭載した回転円板型促進装置
(RAOC)による除去対象物質の処理特性および廃水中共存物質の阻害影響を評価した。 
第2章では、活性炭 /酸化チタン粉末複合触媒により廃棄物処分場浸出水中の1,4-ジオ
キサンの吸着・分解特性を評価した。木質系活性炭と酸化チタンの複合触媒に紫外線
(UVA、最大波長365nm)を照射することで、純水中の1,4-ジオキサンの吸着と光触媒分
解にともなう吸着容量の再生が同時に進行した。粉末複合触媒を実浸出水生物処理水
に適用した結果、1,4-ジオキサンと溶存有機物の同時除去が可能であったものの、共存
物質による光触媒分解への阻害が生じたため、 1,4-ジオキサンの分解率は8%にとどま
った。そこで、吸着工程と触媒再生工程を分離した処理技術を検討した結果、1mg/Lの
1,4-ジオキサンを含む実浸出水生物処理水に対して、排水基準値以下までの 1,4-ジオキ
サンの除去と複合触媒の再生が可能であることが示された。  
第3章では、活性炭 /酸化チタン複合シートを搭載したRAOCにより、廃棄物処分場浸
出水中1,4-ジオキサンの除去特性を評価した。1mg/Lの1,4-ジオキサンを含む実浸出水
生物処理水に対しては、RAOCにより66時間の吸着・分解処理を行うことで、液相から
約89%の1,4-ジオキサンが除去され排水基準値を達成するとともに、約81%の1,4-ジオ
キサンが光触媒分解された。純水中および実浸出水生物処理水中における擬一次反応
速度定数 kdを比較評価した結果、実浸出水生物処理水中の共存物質により光触媒分解
は阻害されたものの、分解速度の低下は73%程度であることが示された。RAOCは、水
や吸光物質による透過光減衰を抑制しつつ、無機イオンによる光触媒分解の阻害を軽
減することが可能である上に、回転させることで吸着工程 (液相部 )と触媒再生工程 (気
相部 )を繰り返すため、共存物質 (無機イオンや溶存有機物 )を高濃度で含む実浸出水生
物処理水でも1,4-ジオキサンを処理可能であったと考えられた。  
第4章では、ゼオライト /酸化チタン粉末複合触媒によりFAWW中のSMMおよびその
分解生成物の吸着・分解特性を評価した。粉末複合触媒によるSMMの吸着処理に対す
る共存物質の阻害は生じなかった。共存物質によりSMMの光触媒分解は阻害された一
方、複合触媒 /UV処理では複合触媒表面にSMMが濃縮されることにより光触媒分解に
対する阻害影響が緩和されたと考えられた。SMMの光触媒分解により生成されたPh-
OH(SMMのフェニル環への水酸化反応により生成された物質 )の光触媒分解挙動を調
査した結果、Ph-OHの光触媒分解は共存物質により阻害された。複合触媒 /UV処理では
酸化チタン /UV処理よりも速やかにSMMおよびPh-OHを除去することが可能であった
ため、複合触媒はSMMに加えて分解生成物も効率的に除去できることが明示された。 
第5章では、ゼオライト /酸化チタン複合シートを搭載したRAOCにより、FAWW中の
SMMおよび分解生成物の除去特性を評価した。RAOCはFAWW中の共存物質による阻
害を受けずにSMMを吸着可能であり、SMMの光触媒単独処理に対する共存物質の阻害
影響はみられなかった。異なるUV照射強度 (0.25–1.0mW/cm2)におけるSMMの吸着・分
解特性および共存物質による吸着・分解阻害を評価した結果、いずれの溶媒において
もUV照射強度とkdには直線的関係が成り立つことが明示された。また、RAOCによる
SMMの反復処理性能を評価した結果、同一のシートを用いてSMMを5回繰り返し処理
しても、RAOCはFAWW中のSMMを効率的にかつ反復して除去可能であることが示さ
れた。  
第6章では、本研究で得られた成果と今後の課題について整理した。本研究では、回
分式処理により1,4-ジオキサンおよびSMMの除去を行ったため、RAOCの実用化に向
けて、連続式処理による除去特性の把握、長期運転やスケールアップによる微量有機
化学物質の除去性能の評価も今後の課題となることを述べた。  


回転円板型促進酸化装置による廃水中微量有機化学物質の除去技術の開発

Ehime University (愛媛大学)博士(工学)thesi

PRIMA, YANE PUTRI

(第3号様式)(Form No. 3) 
学位論文要旨
Dissertations Summary 
氏名 (Name): Prima Yane Putri 
論文名:
(Dissertations Title) 
Factors Affecting the Precipitation Rate of Calcium Carbonate 
in Bio-based Materials for Concrete Repair 
Concrete structures have been commonly used in infrastructure facilities. Concrete has a 
great variety of applications because it meets not only structural demands but also lends itself 
readily to architectural treatment. Although quality control of concrete used in these structures 
is strictly required， initial defects are likely to occur owing to structural constraints and poor 
workmanship. For example， construction-joint or gap especially at joints between structural 
members used in bridges structures. When it rains， it may cause leakage合omthe gap leading 
to a decrease in serviceability and should be aesthetically unacceptable. Difficulties associated 
with repair techniques for such defects are that conventional repair materials are less effective 
in sealing the gap formed spatially distributed in large areas， especially deeper zones in 
concrete strucれres.
For example， organic materials e.g. cement-based grout materials with higher viscosity 
are less practical in repairing deeper zones of cracks or gaps in large areas. In addition， they 
may cause adverse effect on the natural environment if they flow out through the gaps or 
cracks which are not completely repaired. Therefore， it is advantageous ifthe materials are not 
based on such materials， however， it should have similar materials properties of concrete. 
Recently， liquid-based repair techniques in the field of self-healing through the use of 
microbial induced calcium carbonate precipitations (MICP) have been intensively 
investigated. The mixtures are typically comprised of a microorganism， an orga凶ccarbon 
source and a calcium source which is readily available in concrete. When dry yeast is selected 
as the microorganism， carbon dioxide produced through the microbial metabolic processes 
consuming an organic carbon source such as glucose provides carbonate ions. The carbonate 
ions lead to react with calcium ions present in the mixture， leading to the precipitations of 
calcium carbonate depending on the pH levels in the alkaline environment. The CaC03 
precipitates according to the following reactions: 
C6H1206→ 2C02 + 2C2品 OH
C02 + H20→ CO/-+ 2H+ 
Ca2+ + CO/-→ CaC03↓ 
(1.1) 
(1.2) 
(1.3) 
It should be noted that the material produced through the reactions is not harmful to 
concrete materials because the precipitates are mainly comprised of calcium carbonate which 
is one of the reactions products formed by carbonations of hydrations products. Besides the 
material properties， the mixture is a less viscous material compared to conventional materials 
such as epoxy resin. This may overcome shortcomings associated with the conventional repair 
materials as mentioned previously. Thus， it would be beneficial if the mixtures penetrate into 
deeper zones of gaps formed between concrete members and could effectively improve the 
water tightness of concrete with defects. 
Along this study， calcium carbonate precipitations was promoted by microbial 
metabolic process of bio-materials mixtures. In additions to the reaction， itis essential to 
control the pH levels in mixtures to facilitate the precipitations of calcium carbonate. 
Tris (tris hydroxymethyl aminomethane) buffer solutions with an alkali buffering 
functions was used in this study. The initial pH in the Tris buffer solutions was adjusted to 
8.0 and/ or 9.0 using hydrochloric acid. The use of hydrochloric acid should be minimized in 
adjusting pH levels for ensuring no adverse effect on the integrity of hardened concrete. The 
source of calcium ions used for mixtures was chosen taking into considerations higher 
solubility and no adverse effect on concrete materials. The material should be also 
commercially available and cost-effective. Based on the considerations above mentioned， 
calcium acetate was chosen in this study. In addition， dry yeast commercially available was 
used as a microorganism， which is anaerobic and active in the oxygen-free environment. 
Organic carbon sources are necessary for the metabolism of the microorganism. Through the 
anaerobic fermentation， the yeast converts carbohydrates to carbon dioxide and alcohols in the 
presence of glucose (C6H1206) which was selected as an organic carbon source. 
The primary target of this study is to observe the factors affecting the precipitations rate 
of calcium carbonate through microbial metabolic process of bio-materials for concrete repair 
and applicability of yeast-based mixtures to repair water leakage in concrete. This technique 
employs yeast， glucose and calcium acetate mixed in Tris buffer solution. The microbial 
metabolic process leads to precipitations of calcium carbonate. 
Initially， tube precipitations test method was conducted for investigating the pH and the 
precipitation rate of calcium carbonate by measuring filtered paper. Then， calcium ions 
produced in the mixture were measured by calcium ions electrode meter to calculate the 
decreasing rate of calcium ions in test tubes. The result showed that the decreasing rate of 
calcium ions has a good correlation with the precipitations rate of calcium carbonate 
measured using the filtered paper. The decreasing rate of calcium ions was almost equal to the 
amount of precipitations of calcium carbonate. Therefore， larger decreasing rate of calcium 
ions at early stages of the tests means that the precipitations rate of calcium carbonate is 
higher. In this thesis， the decreasing rate of calcium ions is used as an index of the 
precipitation rate of calcium carbonate under the test tube conditions. 
Whole series of the experiment in this study were studied based on specific objectives 
of each experiment. The several factors affecting the precipitation rate of calcium carbonate 
were examined in each chapter. Influencing factors on the precipitations rate depending on the 
constituents of yeast七asedmixtures involving the types of dry yeast and the concentrations of 
bio-based materials were studied. The influence of temperature on the precipitations rate was 
also examined for practical applications. Finally， based on the result of a series of experiments 
carried out， the best composition of yeast-based mixtures with the highest precipitation rate of 
calcium carbonate was selected. The selected mixture was applied to the concrete specimens 
with water leakage and repeatedly applied for several days until the cracks were completely 
sealed. 
Furthermore， water permeability test was conducted on the concrete leakage to 
determine the flow rate and effectiveness of the yeast-based mixtures application. The idea is 
rather simple and can be described as follows. If water flows through the leakage in concrete， 
it could end up flowing out from the other end. Initially， the specimens with 0.2 mm crack 
width were observed by microscope. As the results of pelmeability test， the liquid-based 
mixtures could decrease water leakage to zero after 96 hours. This result was also compared 
to that observed for specimens with 0.6 mm crack width. Five concrete specimens with 0.6 
mm crack width were aηanged with different slopes for flow rate analysis. According to the 
results， the liquid-based mixtures could decrease water leakage to zero after 216 hours by 
continuously pouring them into the cracks. The results were promising and showed the 
effectiveness of yeast-based mixtures in decreasing water leakage of concrete. The decrease 
of the water leakage was clearly observed due to the production of calcium carbonate 
precipitation. In addition， the precipitates of the calcium carbonate from the yeast-based 
mixtures were analyzed by Fourier-Transformed Infra-Red spectroscopy (FT-IR) and then 
examined by X-ray Di飴 action(XRD) for mineral identification formed t加oughthe microbial 
metabolic process in the mixtures. The results showed that element of calcium carbonate in 
the crystal which is essentially associated wIth calcium carbonate precipitated mediated by 
yeast-based mixtures. Also， the analysis confirmed vaterite and calcite are dominant 
polymorph of calcium carbonate precipitation in the tempera加reranged from lOoC to 30oC. 


Factors Affecting the Precipitation Rate of Calcium Carbonate in Bio-based Materials for Concrete Repair

Ehime University (愛媛大学)博士(農学)thesi

渡辺, 靖崇

WATANABE, Yasutaka

（様式５）(Style5) 
学位論文全文に代わる要約 
Extended Summary in Lieu of Dissertation 
 
 
氏名： 
Name 
渡辺 靖崇 
 
学位論文題目： 
Title of Dissertation 
人工林における植栽樹種と間伐施業の違いによる植生回復および公益的
機能の回復の変化に関する研究 
 
学位論文要約： 
Dissertation Summary 
 現在，日本の多くの人工林では，国産材の価格の低下により木材を搬出し売却しても収入が少な
く，再造林の費用すらままならないために放置林が増えている。このような状況を改善するために
は，まず林業経営の健全化が求められる。そのためには低コスト化が必要であり，その手法として
は「将来木施業（残す木の成長を妨げる準優勢木を主に間伐する方法，図1）」や，植栽樹種として
「早生樹」に変更するといった手法が注目されている。しかし，「将来木施業」や「早生樹」の林
分については表土移動量の評価を行った研究はない。そこで本研究では，一般的な植林樹種である
スギ・ヒノキ人工林に将来木施業を行った林分の表土移動量の調査と，早生樹のなかからコウヨウ
ザン（図2）に注目して表土移動量の調査を行い，それぞれの表土移動特性を明らかにすることを試
みた。また，表土移動量の調査に関する総合考察を行った。 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
まず，将来木施業を行った林分の土砂移動の観測結果について記述する。将来木施業を施した人工
林における表土移動特性とそれに関係する要因を明らかにするため，樹種（スギ，ヒノキ），林冠閉
鎖（開空度 大，小），傾斜（急傾斜，緩傾斜），地形（尾根，谷）の4要因各2水準の組み合わせで
解析できるよう林床に土砂受け箱（図3）を設置して表土移動量を3年間観測した。 調査は高知県香
美市香北町谷相1号地（33度39'54"N 133度47'49"E）にあるスギ人工林（プロット1）と，ヒノキ人工
林（プロット2）で行った。また，物質移動レート（g m-1 mm-1）を指標として従来型施業が行われた
既往の研究事例と比較検討した。 
4要因に粒径と観測期間を加えて分散分析を行った結果，表土移動量の大小には，観測期間の違い
が大きく寄与しており，各期間の降雨強度の違いが影響していると考えられた。間伐施業の影響が残
る観測初年は，表土移動量の増加要因が重なる箇所で林内崩落があり全体的に物質移動レートが高か
ったが，時間経過に伴い減少した（表1）。ヒノキ林は下層植生の回復度合いが大きかったが落葉落
枝の被度が低く（図4），物質移動レートは高かった。従来型施業事例と物質移動レートを比べると，
スギ林では同程度であったがヒノキ林ではより高い結果となった（表1）。以上の結果から，将来木
施業を行うとしても，落葉落枝の少ないヒノキ林では準優勢木以外の間伐木も増やして植生回復を促
し，表土流亡を抑制する必要があると考えられた。 
 
 
 
 
 
 
 
 
図1 将来木施業イメージ 図2 コウヨウザン 
（様式５）(Style5) 
文献 樹種
計測期間
総降水量
（mm）
傾斜
（°）
特徴
全表層物質の
移動レート
（g m-1 mm-1 ）
細土の
移動レート
（g m-1 mm-1 ）
塚本（1989） アカマツ 5703 28 広葉樹が発生 0.093 0.020
アカマツ 5703 33 広葉樹が発生 0.126 0.020
スギ 5703 22 一般的な人工林 0.285 0.135
スギ 5703 37 一般的な人工林 0.157 0.041
ヒノキ 5703 29 一般的な人工林 0.367 0.145
ヒノキ 5703 25 一般的な人工林 0.474 0.224
東（1989） ヒノキ 3310 32 一般的な人工林 - 0.078
ヒノキ 3310 41 一般的な人工林 - 0.039
塚本ら（1998） ヒノキ 3124 40 間伐遅れ（下層植生 多） 0.027 0.003
ヒノキ 3124 36 間伐遅れ（下層植生 小） 0.730 0.312
ヒノキ 3124 38 間伐遅れ（下層植生 多） 0.049 0.008
ヒノキ 3124 40 間伐遅れ（下層植生 小） 0.344 0.149
スギ・ヒノキ 4055 42 列状間伐（残存列，伐採後2年） 0.704 0.181
スギ・ヒノキ 4442 45 列状間伐（伐採列，伐採後2年） 0.633 0.139
皆伐区 4793 32 下層植生が繁茂（伐採後2年） 0.030 -
杉本ら（2011） スギ 2534 35 列状間伐（伐採後11年） 0.699 0.090
スギ 3002 28 列状間伐（伐採後10年） 0.162 0.009
スギ 3002 23 列状間伐（伐採後4年） 0.172 0.013
スギ 3002 35 列状間伐（伐採後4年） 0.932 0.053
中森ら（2012） ヒノキ 7288 43 無間伐 4.772 0.365
ヒノキ 7288 38 通常間伐 0.445 0.023
ヒノキ 7288 36 強度間伐 0.828 0.060
ヒノキ 7288 39 皆伐 2.208 0.400
本研究での結果 スギ 2346.1 29 将来木施業（伐採後2年） 0.847 0.295
スギ 2481.6 29 将来木施業（伐採後3年） 0.303 0.115
スギ 3630.8 29 将来木施業（伐採後4年） 0.132 0.040
ヒノキ 2346.1 32 将来木施業（伐採後2年） 1.757 0.523
ヒノキ 2481.6 32 将来木施業（伐採後3年） 0.669 0.215
ヒノキ 3630.8 32 将来木施業（伐採後4年） 0.647 0.167
ヒノキ 1653 29 一般的な施業 下層植生多量 0.179 0.028
ヒノキ 1653 29 一般的な施業 下層植生少量 0.335 0.057
コウヨウザン 1653 31 一般的な施業 無処理区 0.091 0.009
コウヨウザン 1653 31 一般的な施業 落葉落枝除去区 0.455 0.083
Suzuki and Omachi
（2005）
注）杉本ら（2011）は観測期間1年。塚本（1989），東（1989），Suzuki and Omachi（2005）は観測
期間2年。中森ら（2012）の総観測期間は4年だが伐採後の3年間の観測結果を引用した。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 次に，コウヨウザン林分の土砂移動の観測結果について記述する。コウヨウザン林分における表土
移動特性とそれに関係する要因を明らかにするため，コウヨウザン林とヒノキ林に土砂受け箱（図1）
を設置して表土移動量を観測した。調査は広島県庄原市川北町の民有林（34度54'06"N 133度00'45"E，）
にあるコウヨウザン人工林（プロット1）と，2箇所のヒノキ人工林（プロット2：緩傾斜・プロット3：
急傾斜）で行った。コウヨウザン林では落葉落枝の被覆率が高くなる特徴があり（図5），その落葉
落枝による表土移動量への影響の評価を目的に落葉落枝の除去区を設けた。他の土砂受け箱の設置要
因として傾斜条件（急・緩）を加えた。また，物質移動レート（g m-1 mm-1）を指標として他の樹種
の林分を調べた既往の研究事例と比較検討した。 
コウヨウザン林の落葉落枝の有無を比較すると，無処理区（落葉落枝有り）が除去区（落葉落枝無
し）より物質移動レートが低く，コウヨウザンの落葉落枝による表土保全の効果を確認した。コウヨ
ウザン林とヒノキ林を比較すると，コウヨウザン林がヒノキ林より物質移動レートが低く，既往研究
による他樹種林分と比べると，コウヨウザン林は表土保全の効果が高いとされるアカマツ林と同程度
の物質移動レートとなった（表1）。 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
図4 各植栽樹種における下層植生・落葉落枝の被覆率（%）
の期間変化 
図3 土砂受け箱 
図5 コウヨウザン林分の様子 
表1 既往研究と本研究による表土移動量の結果 
（様式５）(Style5) 
 次に，表土移動量の調査に関する総合考察について記述する。表土移動量調査の植栽樹種条件につ
いて，本研究では，スギとヒノキ，コウヨウザンという合計3種類の植栽樹種の林地における表土移
動量を調査しており，ヒノキ林分については表土移動量について複数個所の調査を行った。しかし，
将来木施業を行ったヒノキ林分では一番低い平均物質移動レートの値で0.647 g m-1 mm-1，一般的な
施業を行ったヒノキ林分では下層植生多量で0.179 g m-1 mm-1，下層植生少量で0.335 g m-1 mm-1と
その差は大きかった。その原因として，降雨強度の違いによる影響も考えられるが，そのほかの影響
として被覆率の違いが考えられる。下層植生少量と設定したプロットでも31.6±1.9%植物の被覆率が
確認されたが，将来木施業地では平均で15.3±0.9%と低い値となった。ヒノキ林分では落葉が分解さ
れやすいため，下層植生の回復が特に表土移動量へ大きく影響すると考えられる。 
 表土移動量調査の傾斜条件について，三浦（2002）でも指摘があるように，1つのプロットで傾斜
条件について検討を行った研究はそれほど多くはないものの，大町（2005）や杉本（2011）でも検討
されている。その条件設定と傾向としては，大町（2005）と杉本（2011）はともに，急傾斜を35度前
後，緩傾斜を25度前後と設定しており，急傾斜が緩傾斜よりも表土移動量が多い傾向を確認している。
ただし，これらの研究はどちらも列状間伐を行った施業地での計測データであり，一般的な傾向と判
断するには十分ではない。そこで本論文でも，表土移動量へ影響する要因として傾斜条件を同様に設
定して検討を行った。 
 本研究では，将来木施業を行ったスギ林分とヒノキ林分，一般的な施業を行ったヒノキ林分とコウ
ヨウザン林分で傾斜条件の評価を行った。ほとんどの条件で本研究でも大町（2005）と杉本（2011）
と同様に，急傾斜が緩傾斜よりも表土移動量が多い傾向を確認した。このことから傾斜条件が表土移
動量へ与える影響があると考えられる。特に，杉本（2011）が指摘しているように，土砂受け箱の流
入口直上の傾斜が与える影響を非常に大きいと考えられる。既往研究では土砂受け箱を等高線上に設
置した事例が多く，個々の箱の直上の傾斜条件について検討していないものが多いが，その傾斜条件
は一定となるように設定する必要があると考えられる。 
次に樹冠の開空度が与える表土移動量への影響について記述する。開空度が与える影響としては林内の
下層植生への光環境のほか，林内降雨への影響も考えられ，その評価指標の一つとして使用できる可能性
がある。 
本研究では 2012 年 1 月に目視により開空度の大小を設定した。表土移動量の調査が終わった 2014 年
12月に全天空写真による開空度の調査（図6）を行った。しかし，調査時には既に開空度大と判定したコ
ドラートも樹冠が閉鎖しており，その大小を全天空写真による開空度の調査によって定量的に評価するこ
とはできなかった。表土移動量調査では 2012 年調査時には開空度の大小が物質移動レートに影響してい
ることを確認しており，開空度小のほうが開空度大より物質移動レートが増える傾向を確認したが（渡辺
ら2014），2014年調査時にはその差は認められなかった。つまり，開空度が表土移動量へ与える影響につ
いては確認したものの，開空度を定量的に評価するまでには至らなかった。また，Watanabe et al. (2017)
でも全天空写真による開空度と下層植生への影響の調査を行ったが，調査期間が不十分であることからは
っきりと評価することはできなかった。以上の結果から，全天空写真による開空度は斜面方位の影響が大
きいため下層植生の光環境の定性的な指標として用いることは難しいが，測定が比較的容易であることか
ら，間伐後の表土移動量の評価指標として用いるには適する可能性があると考えられる。特に，森林の整
備等を目的として，独自課税を各都道府県で行う事例は年々増えており，今後，それらを財源として間伐
が行われていくが，その際には，公益的機能が発揮できるような十分な間伐を行ったか評価することが求
められる。現在，間伐後の評価指標としては「本数間伐率」が用いられているが，この評価指標では林地
によっては過度な伐採となっていたり，逆に不十分となっていたりする事例も多い。その代替指標として，
簡便な評価方法が求められている。今回，その指標として全天空写真による開空度が使用できないか検討
したが，本研究では十分なデータを得ることができなかった。今後，全天空写真による開空度に関する研
究のほか，間伐後の評価指標について引き続き，研究を行う予定である。 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 図6 撮影した全天空写真 
（様式５）(Style5) 
本研究の結果から，表土移動量へ影響する要因，つまり，樹種と傾斜，開空度，地形，施業方法につい
てその評価をある程度行うことができた。樹種としてはスギ，ヒノキ，コウヨウザンについて調査を行っ
たが，スギ・コウヨウザンではそれぞれの落葉により下層植生がない場合でも高い林床保護効果を発揮で
きるため表土移動量は抑えられる傾向を確認した。ヒノキ林では落葉が分解されやすいことから下層植生
がない場合，表土移動量が大きくなる傾向を確認した。また，ヒノキ林では降雨強度の高い降雨が発生し
たときに，急傾斜地や谷地形といった表土移動量が増えると考えられるところで，実際に林内崩落が確認
した。以上より，間伐が遅れて下層植生が減少している林分，特に本研究におけるヒノキ林のような林分
においては，間伐率を増やして植生回復を促す等工夫し，表土流亡を抑制する必要があると考えられた。
また，林地に残す間伐木などを斜面水平方向に配置することは表土流亡の防止に効果があることが知られ
ている。全木集材を行う場合にも，例えば集材の支障となる梢端部や枝をできるだけ切り落として林地に
残すなど，積極的に表土の被覆度を増やす工夫をすることも有効な対策であると考えられる。 
 
 
(注) 要約の文量は，学位論文の文量の約１０分の１として下さい。図表や写真を含めても構いません。
(Note)  The Summary should be about 10％ of the entire dissertation and may include illustrations 


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