hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
強結合冷却原子気体を用いた中性子星・核物質の定量的理論研究

(2)に関しては、媒質中の2体、3体相関を、T行列近似、及び、Skorniakov-Martirosian方程式を用いて記述することを試みた。その結果、有限の有効距離を有する場合はQuantum-Chromodynamics (QCD)に似た相図が得られた。低密度領域ではEfimov3量体が支配的であるのに対し、高密度低温領域ではカラー超流動相が現れることを示した。(3)に関しては、非対称核物質の解析の際に開発したマルチチャンネル相互作用を有する4成分フェルミオン系の理論を応用することでマルチバンド超流動体の相転移温度の解析を行った。この系の超流動相転移温度はシングルバンドのそれと比べ大幅に上昇する他、クロスオーバー領域における擬ギャップ領域が狭まる傾向をみることができた。(4)に関しては、前年度のポーラロンの理論を用い、近年の実験で得られたポーラロン-ボルツマン気体転移の解析を行った。相互作用を変えると転移はクロスオーバー、ジャンプ、2ピークの共存と変化する様子を明らかにした。本研究の柱である中性子星物質の超流動相転移温度の解析に成功したことに加え、QCDとアナロジーをもつ3成分フェルミ気体の研究や、それらの応用としてフェルミポーラロンやマルチバンド超伝導の研究も推進することができたことから、おおむね順調に進展していると判断する。非対称核物質の強結合理論を超流動相転移温度以下へ拡張し、超流動ギャップや状態方程式の決定に取り組む。また、中性子星内部の高密度物質とのアナロジーを有する冷却原子気体系の熱力学的性質の解析を行う予定である。今後はこれまで開発してきた非対称核物質の超流動理論の適用範囲を広げることに加え、2体相関、3体相関が重要となる冷却原子気体系の解析を進める予定である。また、フェルミポーラロンにおけるポーラロン間相互作用やマルチバンド超伝導における多体効果にも取り組む。
Toll様受容体リガンドにより誘導される2相性サイトカイン生産の免疫学的意義

これまでに私たちは、生体内における非メチル化CpG(以下、CpG)による免疫賦活の誘導、なかでもインターロイキン-12(IL-12)の誘導には、インターロイキンー15(IL-15)を介した樹状細胞サブセット間クロストークが重要であることを報告してきた。本研究課題では、これらの知見に基づいて、CpGによる樹状細胞(以下、DC)からのIL-15生産誘導の分子機構を明らかにすることを主な目的の1つとして研究を進めている。野生型(WT)マウス、IL-12^<-/->マウス、IL-15^<-/->マウス、IRF-3^<-/->マウスにCpGを投与後、経時的に血清中LL-15の生産を測定したところ、WTマウスではCpG投与後24時間でIL-15の生産が観察されたが、IL-12^<-/->マウスおよびIRF-3^<-/->マウスでは同IL-15の生産誘導が観察されなかった。さらに、IL-12の生産がCpG投与後36時間に観察されること、これがIL-15の生産ピークに先行することを併せて考えると、CpG刺激によるDCからのIL-15の生産誘導には、IL-12によるIRF-3の活性化が重要な役割を担うことが示唆された。IRF-3は二量体を形成した後に核内に移行して、各種遺伝子のプロモーター領域に結合して種々のサイトカイン遺伝子を発現誘導する。そこでWTならびにIL-12^<-/->マウスにCpGを投与後、DCを単離してIRF-3の二量体形成を検討したところ、IL-12^<-/->DCでもWT DC同様にIRF-3の二量体形成が観察された。次に、IRF-3の核内移行を評価したところ、WT DCではCpG刺激依存性にIRF-3の核内移行が観察されたが、IL-12^<-/->DCでは観察されなかった。また、IL-12をIL-12^<-/->マウスに投与することによって、IL-12^<-/->DCでもIRF-3の核内移行が観察された。以上の結果から、CpGによる免疫賦活の誘導に重要なIL-15が、DCから生産される分子機構の一部が明らかになった。すなわち、CpG投与により初期段階で生産されるIL-12が、DCでのIRF-3の核内移行を促しIL-15が生産されることが分かった。これまでに、野生型マウスにCpGを投与すると6時間後と48時間後に二つのピークをもってIL-12が生産され、24時間後にIL-15が生産されること、免疫学的に重要な活性を示すものは48時間後にみられる第ニピークでありIL-15の生産に依存していることをそれぞれ見出してきた。そこで新たにIL-12生産の第一ピークの免疫学的意義を検討すべく、生体内でのCpGによるIL-15生産を検計したところ、IL-12^<-/->マウスにおいてcpGによるIL-15の生産が低下していた。またIL-15の誘導に重要なIRF-3を欠損したIRF-3^<-/->マウスにおいても、同様にCpGによるIL-15の生産が著しく減少していた。次にCpG刺激によるIRF-3の活性化が、IL-12によって誘導されているのかを検討した。CpG刺激後IL-15の生産細胞である野生型マウス由来の樹状細胞(以下DC)、IL-12^<-/->マウス由来のDCのどちらにおいてもIRF-3の活性化(二量体化)が起きていることを確認した。このことは先のIL-15の生産減少と合わないため、IRF-3の核内移行について検討した。野生型マウス由来のDCではCpGによるIRF-3の核内移行が確認できたが、IL-12^<-/->マウス由来のDCにおいては核内移行がみられなかった。以上のことからCpGによるDCからのIL-15の生産には、IL-12に依存したIRF-3の核内移行が重要であることが分かった。また、課題研究進行中にTRAILに依存したapoptosisによる免疫系の制御機構を新たに見出したので、概略を以下に述べる。生体内でインフルエンザウイルスの刺激を受けたpDCは、IFN-αを生産し免疫系を活性化する。IFN-αはその一方でapoptosis誘導分子であるTRAILとDR5を誘導して、活性化した免疫系に終焉をもたらしていた。TRAIL^<-/->マウスにインフルエンザを感染させると、IFN-αが生産されるがDCのapoptosisが誘導されずサイトカインストーム現象が見られ、また感染後の肺では強い炎症像が確認され、これらと相関してマウス個体の生存率は著しく低下していた(Nature.投稿中)。これまでに私たちは、生体内における非メチル化CpG(以下、CpG)による免疫賦活の誘導、なかでもインターロイキン-12(IL-12)の誘導には、インターロイキン-15(IL-15)を介した樹状細胞サブセット間クロストークが重要であることを報告してきた。野生型(WT)

マウス、IL-12^<-/->マウス、IL-15^<-/->マウス、IRF-3^<-/->マウスにCpGを投与後、経時的に血清中IL-15の生産を測定したところ、WTマウスではCpG投与後24時間でIL-15の生産が観察されたが、IL-12^<-/->マウスおよびIRF-3^<-/->マウスでは同IL-15の生産誘導が観察されなかった。さらに、IL-12の生産がCpG投与後36時間に観察されること、これがIL-15の生産ピークに先行することを併せて考えると、CpG刺激によるDCからのIL-15の生産誘導には、IL-12によるIRF-3の活性化が重要な役割を担うことが示唆された。IRF-3は二量体を形成した後に核内に移行して、各種遺伝子のプロモーター領域に結合して種々のサイトカイン遺伝子を発現誘導する。そこでWTならびにIL-12^<-/->マウスにCpGを投与後、DCを単離してIRF-3の二量体形成を検討したところ、IL-12^<-/->DCでもWT DC同様にIRP-3の二量体形成が観察された。次に、IRF-3の核内移行を評価したところ、WT DCではCpG刺激依存性にIRF-3の核内移行が観察されたが、IL-12^<-/->DCでは観察されなかった。また、IL-12をIL-12^<-/->マウスに投与することによって、IL-12^<-/->DCでもIRF-3の核内移行が観察された。以上の結果から、CpGによる免疫賦活の誘導に重要なIL-15が、DCから生産される分子機構の一部が明らかになった。すなわち、CpG投与により初期段階で生産されるIL-12が、DCでのIRF-3の核内移行を促しIL-15が生産されることが分かった。今後の課題としては、IL-12がどのようにIRF-3の核内移行をコントロールしているのかについて、さらに検討する予定である。これまでに私たちは、生体内における非メチル化CpG(以下、CpG)による免疫賦活の誘導、なかでもインターロイキン-12(IL-12)の誘導には、インターロイキンー15(IL-15)を介した樹状細胞サブセット間クロストークが重要であることを報告してきた。本研究課題では、これらの知見に基づいて、CpGによる樹状細胞(以下、DC)からのIL-15生産誘導の分子機構を明らかにすることを主な目的の1つとして研究を進めている。野生型(WT)マウス、IL-12^<-/->マウス、IL-15^<-/->マウス、IRF-3^<-/->マウスにCpGを投与後、経時的に血清中LL-15の生産を測定したところ、WTマウスではCpG投与後24時間でIL-15の生産が観察されたが、IL-12^<-/->マウスおよびIRF-3^<-/->マウスでは同IL-15の生産誘導が観察されなかった。そこでWTならびにIL-12^<-/->マウスにCpGを投与後、DCを単離してIRF-3の二量体形成を検討したところ、IL-12^<-/->DCでもWT DC同様にIRF-3の二量体形成が観察された。
１花粉細胞におけるリアルタイムオミクス解析による高温不稔回避機構の解明

本研究は、閉鎖型人工気象室隣接型プレッシャープローブエレクトロスプレーイオン化質量分析法を駆使した1花粉代謝産物解析と、隣接する花粉を対象としたマイクロアレイによる網羅的遺伝子発現解析とを統合したオミクス解析により、高温による不受精要因を分子レベルで明らかにした。方法として、花粉の代謝産物解析については、高温花粉不稔耐性の強弱品種を使用し高温処理を行い、その高温環境下で生育するインタクトな状態のイネの雄蕊中の1花粉にプレッシャープローブを挿入し、ピコリットルの高粘性花粉溶液を採取した直後、これを超純水で希釈した上で、ピコリットルプレッシャープローブエレクトロスプレーイオン化質量分析法によりリアルタイムに代謝産物の分析を行った。その結果、高温に対して応答した花粉粒中の代謝産物に明確な品種間差があることが示唆された。また、花粉の遺伝子発現解析については、高温処理後の花粉から微量であるが品質の高いRNAを抽出してマイクロアレイ解析を行う方法を構築し、高温下の花粉内で起こるイネ遺伝子の発現変動から高温不稔への関与が想定される複数の遺伝子を選別した。そして、それら遺伝子を花粉特異的に過剰発現および発現抑制する遺伝子組換イネの作出をほぼ終えた。今後、種子が得られた個体について導入配列を固定させた後代系統を生育させ、高温下で耐性を評価することにより、高温不稔に関与する遺伝子を特定できる見込みである。閉鎖型人工気象室隣接型プレッシャープローブエレクトロスプレーイオン化質量分析により、高温下で1花粉中の代謝産物の解析を行ったところ、高温不稔に密接に関与すると考えられる花粉代謝産物の品種間差異を明らかにすることができた。また、高温下の花粉内で起こるイネ遺伝子の発現変動から高温花粉不稔への関与が示唆される複数の遺伝子を選別後、計画に沿ってこれら遺伝子の過剰発現および発現抑制体の作出を順調に進めている。花粉細胞の代謝産物の解析は、昨年度までに得られた高温不稔耐性の強弱2品種から採取した花粉溶液の代謝産物データを、原著論文として取り纏めて投稿する。また、高温下の花粉内で起こるイネ遺伝子の発現変動から選抜した遺伝子を過剰発現および発現抑制させたイネの高温不稔耐性を評価し、高温花粉不稔への関与を明らかにする。それらの結果を合わせ、高温花粉不稔に関与する代謝経路を特定し、高温不稔による収量低下の抑制に向けた耐性品種開発と栽培技術の構築に繋げる。本研究は、閉鎖型人工気象室隣接型プレッシャープローブエレクトロスプレー質量分析法を駆使し、高温環境下でインタクトのまま行う1花粉細胞の代謝分子計測と、隣接する花粉細胞を対象とする遺伝子発現解析とを融合したリアルタイムオミクス解析により、高温による不受精要因を解明することで、高温不稔耐性品種の作出に貢献する。今年度、閉鎖型人工気象室においてイネ高温不稔を誘導する高温環境を再現し、高温不稔耐性品種「N22」および感受性品種「コシヒカリ」を対照に、開花期の花粉細胞内の代謝産物の解析を行った。高温処理の期間中、非破壊の状態で葯中の1花粉細胞をターゲットに、セルプレッシャープローブを用いて採取したピコリットルレベルの細胞液を採取し、これを対象にプレッシャープローブエレクトロスプレーイオン化法を用い、細胞液中の代謝産物の質量分析を行った。その結果、高温に応答して花粉細胞内に蓄積する代謝産物に品種間差が認められた。また、水稲品種「日本晴」について高温処理した花粉からマイクロアレイ解析が可能な質と量を採取する方法を検討した。開裂直前の葯から収集した花粉から採取できたRNAを用いてマイクロアレイ解析を行った。この結果、高温処理において、熱ストレスの防御に働くHeat shock proteinなど多くの遺伝子の発現の変動が確認できた。この方法を用いてN22とコシヒカリの品種間差異を明らかにできる見込みである。閉鎖型人工気象室隣接型プレッシャープローブエレクトロスプレーイオン化質量分析を用いることで、高温下の1花粉細胞の代謝産物解析が可能になり、組織解析ではみられなかった品種間差が明らかになっている。一方、遺伝子発現解析に関しては、当初デジタルPCR解析を計画したが、予算面で購入に至らなかったため、イネのほぼ全ての遺伝子を網羅的に解析できるマイクロアレイ解析に解析の中心を切替え対応した。その結果、花粉粒において高温に対して特異的に応答する遺伝子を特定することができた。また、遺伝子発現解析結果から、多くの重要遺伝子の発現変動が確認されたため、次年度行う予定の遺伝子組換え実験には想定数を上回る組換え体の作成が必要となった。そのため、当初購入予定であった人工気象器からより多くの組換え体の育成・調査が可能な機種に再選定・購入するに至っている。この変更に伴い、生育条件の検討については当初計画よりやや遅れたものの、その他はおおむね順調に研究が進展している。本研究は、高温環境下で閉鎖型人工気象室隣接型プレッシャープローブエレクトロスプレー質量分析法による1花粉細胞の代謝産物計測と、隣接する花粉細胞を対象とする遺伝子発現解析によるオミクス解析により、高温による不受精要因を解明する。花粉細胞の代謝産物計測については、昨年度検討した解析条件にて、高温不稔耐性品種「N22」および感受性品種「コシヒカリ」を対照に、高温処理環境下で生育するイネの雄蕊の中の1花粉から細胞液を直接採取し、細胞液中の代謝産物をセルプレッシャープローブエレクトロスプレーイオン化質量分析法によりリアルタイムに代謝産物を分析した。その結果、高温に対する花粉粒の代謝応答に明らかな品種間があることが示唆された。

また、花粉細胞の遺伝子発現解析については、標準品種「日本晴」に加え、高温不稔耐性品種「N22」および感受性品種「コシヒカリ」の高温処理した花粉からマイクロアレイ解析を行い、高温下の花粉内で起こるイネ遺伝子の発現変動を明らかにした。そして、遺伝子発現解析の結果から判明した発現変動やアノテーション情報から、高温不稔耐性に関与すると想定される15遺伝子を選別した。これらの遺伝子の高温不稔への関与を明らかにするため、各遺伝子の過剰発現および発現抑制体を遺伝子組換え法によって作成を開始した。今後、作成した遺伝子組換え体を高温下で評価して、高温不稔に関与する遺伝子を特定できる見込みである。高温下で1花粉細胞の代謝産物の解析が可能な閉鎖型人工気象室隣接型プレッシャープローブエレクトロスプレーイオン化質量分析を用いて、高温不稔耐性の強弱品種間で明らかな代謝産物の差異が認められ、花粉不稔耐性に関与すると考えられる代謝産物を同定することができた。また、マイクロアレイによる遺伝子発現解析からも高温時の遺伝子発現に明らかな差異がある遺伝子が明らかになり、遺伝子の高温花粉不稔への関与を明らかにするため、選抜した遺伝子の組換え体の作出をおおむね順調に進めている。本研究は、閉鎖型人工気象室隣接型プレッシャープローブエレクトロスプレーイオン化質量分析法を駆使した1花粉代謝産物解析と、隣接する花粉を対象としたマイクロアレイによる網羅的遺伝子発現解析とを統合したオミクス解析により、高温による不受精要因を分子レベルで明らかにした。方法として、花粉の代謝産物解析については、高温花粉不稔耐性の強弱品種を使用し高温処理を行い、その高温環境下で生育するインタクトな状態のイネの雄蕊中の1花粉にプレッシャープローブを挿入し、ピコリットルの高粘性花粉溶液を採取した直後、これを超純水で希釈した上で、ピコリットルプレッシャープローブエレクトロスプレーイオン化質量分析法によりリアルタイムに代謝産物の分析を行った。その結果、高温に対して応答した花粉粒中の代謝産物に明確な品種間差があることが示唆された。また、花粉の遺伝子発現解析については、高温処理後の花粉から微量であるが品質の高いRNAを抽出してマイクロアレイ解析を行う方法を構築し、高温下の花粉内で起こるイネ遺伝子の発現変動から高温不稔への関与が想定される複数の遺伝子を選別した。そして、それら遺伝子を花粉特異的に過剰発現および発現抑制する遺伝子組換イネの作出をほぼ終えた。今後、種子が得られた個体について導入配列を固定させた後代系統を生育させ、高温下で耐性を評価することにより、高温不稔に関与する遺伝子を特定できる見込みである。閉鎖型人工気象室隣接型プレッシャープローブエレクトロスプレーイオン化質量分析により、高温下で1花粉中の代謝産物の解析を行ったところ、高温不稔に密接に関与すると考えられる花粉代謝産物の品種間差異を明らかにすることができた。また、高温下の花粉内で起こるイネ遺伝子の発現変動から高温花粉不稔への関与が示唆される複数の遺伝子を選別後、計画に沿ってこれら遺伝子の過剰発現および発現抑制体の作出を順調に進めている。今年度得られた知見を取りまとめ、次年度学会発表するとともに、論文としてとりまとめる。
無針注射器とイオントフォレ-シスの併用によるペプチドホルモンの経皮投与

ペプチド様医薬品の皮膚透過の改善を最終目的として無針注射器であるジェットインジェクター(JI)とイオントフォレ-シス(IP)の併用効果を調べた.まずJIを用いて雄性ヘアレスラット腹部摘出皮膚の角質層に小孔形成し,この皮膚を摘出してIP用2チャンバー拡散セルに挟み,薬物透過性を無処理時,JI単独,IP単独及びJI-IP併用系で比較しその有用性を検討した.本年度は水溶性高分子であるアンジオテンシンII(ANGII)を用いて定電圧・定電流IP-JI併用系における皮膚透過性を検討した.定電圧IP-JI併用系では定電圧IP単独系と比較し,JI処理により皮膚の透過抵抗が低下し電流値が増大することでANGIIの透過性が増大した.しかしながら,皮膚の透過抵抗には個体差があり電位勾配を一定にしても皮膚を介して流れる電流値が一定とならないことが考えられ,定電圧IP単独系および定電圧IP-JI併用系では、皮膚を介して流れる電流を変化させてANGIIの皮膚透過を制御することは困難であると思われた.一方,定電流IPにJIを併用してもANGIIの透過速度はほとんど変化しなかった.これはイオンの流れに比例する皮膚を介して流れる電流値を一定にしているためと考えることができる。しかしながら,JI適用により皮膚の透過抵抗をかなり低下させることができ,ANGIIのような高分子量であるため皮膚の透過抵抗の高い薬物をIPで皮膚から吸収させる場合,IP単独よりもJIを併用した方が有効であると思われた.以上より,定電流IPは正確な量の薬物を投与するために有用であり,JI適用は皮膚の透過抵抗を低下させることで,これまで困難であると考えられていた高分子量薬物のIP皮膚透過促進を可能にするものと思われた.ペプチド様医薬品の皮膚透過の改善を最終目的として無針注射器であるジェットインジェクター(JI)とイオントフォレ-シス(IP)の併用効果を調べた.まずJIを用いて雄性ヘアレスラット腹部摘出皮膚の角質層に小孔形成し,この皮膚を摘出してIP用2チャンバー拡散セルに挟み,薬物透過性を無処理時,JI単独,IP単独及びJI-IP併用系で比較しその有用性を検討した.本年度は水溶性高分子であるアンジオテンシンII(ANGII)を用いて定電圧・定電流IP-JI併用系における皮膚透過性を検討した.定電圧IP-JI併用系では定電圧IP単独系と比較し,JI処理により皮膚の透過抵抗が低下し電流値が増大することでANGIIの透過性が増大した.しかしながら,皮膚の透過抵抗には個体差があり電位勾配を一定にしても皮膚を介して流れる電流値が一定とならないことが考えられ,定電圧IP単独系および定電圧IP-JI併用系では、皮膚を介して流れる電流を変化させてANGIIの皮膚透過を制御することは困難であると思われた.一方,定電流IPにJIを併用してもANGIIの透過速度はほとんど変化しなかった.これはイオンの流れに比例する皮膚を介して流れる電流値を一定にしているためと考えることができる。しかしながら,JI適用により皮膚の透過抵抗をかなり低下させることができ,ANGIIのような高分子量であるため皮膚の透過抵抗の高い薬物をIPで皮膚から吸収させる場合,IP単独よりもJIを併用した方が有効であると思われた.以上より,定電流IPは正確な量の薬物を投与するために有用であり,JI適用は皮膚の透過抵抗を低下させることで,これまで困難であると考えられていた高分子量薬物のIP皮膚透過促進を可能にするものと思われた.分子量の異なる6種弱電解質(分子量156の安臭香酸から6,000ノインスリンまで)の皮膚透過性の改善を目的とし,無針注射器であるジェットインジェクター(JI)とイオントフォレシス(IP)の併用効果を調べた.すなわち,まずJIを用いてヘアレスラット腹部皮膚の角質層に小孔を形成し,この皮膚を摘出して2チャンバー拡散セルに適用し,IP処理時の薬物透過性を測定した.得られたデータを無処理時,JI単独処理時,及びIP単独処理時のものと比較し,JI-IP併用系の有用性を評価した.JI単独処理では低分子薬物での透過促進比は小さかったものの全ての薬物で透過促進が観察された(約2-400倍).また,IP単独処理時ではインスリン以外に顕著な効果が見られた(1.0mAで約8-2000倍).これらを併用すると透過性は全ての薬物に関し飛躍的に増大したが,促進効果はジクロフェナクナトリウムとポリ(D-リジン)(平均分子量4,000)で特に顕著で(1.0mAで共にコントロールに比べ,それぞれ約140倍,約5000倍)であった.今までの多くの論文では,IPの適用電流と薬物透過性の間の直線関係は低分子薬物では成り立つものの高分子物質では見られないといわれていたが,今回この直線性が高分子物質でも見られた.さらに,定電流IPでは適用初期に高い電圧が皮膚に負荷されそれが皮膚刺激の原因になることが危惧されてきたが,JIを併用すると電圧値は著しく減少するので有効性のみでなく安全性の面からもこの併用系が有用であることが期待された.また,併用時の促進機構はGoldmanの式を用いて解析できるので,JI-IP併用系はあらかじめ予想しうる透過速度を示す薬物投与法として期待できることが示された.本研究の目的は,無針注射器であるジェットインジェクター(JI)とイオントフォレ-シス(IP)のペプチド様医薬品の皮膚透過性を改善することにある.

まずJIを用いて雄性ヘアレスラット腹部摘出皮膚の角質層に小孔を形成した後,この皮膚を摘出してIP用2チャンバー拡散セルに挟み,無処理時,JI処理時,IP使用時,及びJIとIP併用時の薬物透過性を比較し,それらの有用性を検討することとした.本年度はペプチド様医薬品を使用する前に低分子化合物であるジクロフェナックナトリウム(DC-Na)を用いて,その皮膚透過性に及ぼすIPの適用条件(定電流,定電圧)の影響について調べた.その結果,無処理時と比較してJI処理時では約5倍,また定電流(0.3mA)IPでは約10倍の促進効果が観察された.しかし,JIとIPを併用した時では単独使用時とほぼ同様の促進効果しか観察されなかった.しかしながら,定電圧(0.5V)IPでは,無処理時と比較して約10倍高かったのに対し,JIを併用すると約40倍もの透過促進効果が観察された.定電流IPとJIの併用時の皮膚間電位が,定電流IP使用時よりも著しく低下したことから,JI処理はIP時の皮膚の電気抵抗を減少させるが,JIとIPの併用による透過促進にはほとんど寄与していないことが示唆された.定電圧IPではJIとの併用で皮膚を介する電流が時間の経過とともに上昇し,それに伴ってDC透過量が著しく促進された.また,いずれのIP適用条件においても,DCの皮膚透過速度は皮膚を介する電流に相関していた.これはイオンの流れによって電流が生じているためと思われた.以上より,定電流IPは正確な量の薬物を投与するため,また,JI処理は定電流IPの初期の高い電圧による皮膚刺激を回避するために有効であると思われた.ペプチド様医薬品の皮膚透過の改善を最終目的として無針注射器であるジェットインジェクター(JI)はイオントフォレ-シス(IP)の併用効果を調べた.まずJIを用いて雄性ヘアレスラット腹部摘出皮膚の角質層に小孔を形成し,この皮膚を摘出してIP用2チャンバー拡散セルに挟み,薬物透過性を無処理時,JI単独,IP単独及びJI-IP併用系で比較しその有用性を検討した.本年度は水溶性高分子であるアンジオテンシンII(ANGII)を用いて定電圧・定電流IP-JI併用系における皮膚透過性を検討した.定電圧IP-JI併用系では定電圧IP単独系と比較し,JI処理により皮膚の透過抵抗が低下し電流値が増大することでANGIIの透過性が増大した.しかしながら,皮膚の透過抵抗には個体差があり電位勾配を一定にしても皮膚を介して流れる電流値が一定とならないことが考えられ,定電圧IP単独系および定電圧IP-JI併用系では,皮膚を介して流れる電流を変化させてANGIIの皮膚透過を制御することは困難であると思われた.一方,定電流IPにJIを併用してもANGIIの透過速度はほとんど変化しなかった.これはイオンの流れに比例する皮膚を介して流れる電流値を一定にしているためと考えることができる.しかしながら,JI適用により皮膚の透過抵抗をかなり低下させることができ,ANGIIのような高分子量であるため皮膚の透過抵抗の高い薬物をIPで皮膚から吸収させる場合,IP単独よりもJIを併用した方が友好であると思われた.以上より,定電流IPは正確な量の薬物を投与するために有用であり,JI適用は皮膚の透過抵抗を低下させることで,これまで困難であると考えられていた高分子量薬物のIP皮膚透過促進を可能にするものと思われた.
ナノメートルサイズのソレノイドコイルを垂直配向させた電磁波吸収体の開発

本研究では、初年度に単一カーボンナノコイル(CNC)の特性を測定した。最終年度はCNCの電気抵抗率を低減するための実験に取り組み、電磁波吸収特性を評価した。主な研究成果は下記の通りである。1単一のCNCを基板上に配置する手法を確立し、単一CNCの電気抵抗率を測定した。CNCのコイル直径が大きいと抵抗率が高くなる傾向を得た。2CNCおよび銀コーティングCNCを用いてアルミ板上に1層型電磁波吸収材を作製し、5.6-74 GHzの帯域について反射係数を測定した。本吸収材の反射損失は、26.3-36.2 GHzにおいてー30 dB以下となった。ナノメートルサイズのラセン状炭素繊維であるカーボンナノコイル(CNC)は電磁波吸収体としての応用が期待されている。しかし現状では、CNCのコイルピッチやコイル直径に依存した電磁波吸収特性が得られていない。本研究では、当初、静電植毛技術を応用してCNCを垂直配向した試料を作製することで、CNC同士の間隔によって吸収できる電磁波帯域が制御可能かどうかを検討する予定であった。しかし、研究開始後に、電磁波吸収特性を大きく左右する可能性があるCNCの特性を測定することに成功したため、昨年度はその研究に注力した。本特性の測定結果を理論的にも詳細に検討し、雑誌論文として報告した。集束イオンビーム加工観察装置(FIB)を使用して単一のCNCを基板上に配置し、その両端に電極を接合した。コイル直径が約300から1500 nmまでのCNCの直流電気抵抗を測定したところ、コイル直径によって電気抵抗率が増加する現象を見出した。CNCのようなアモルファス物質の電気伝導機構としてはVariable range hopping (VRH) modelが知られている。そこで、クライオスタット装置に導入できるCNC試料を新たに作製し、4から280Kの温度範囲でCNCの直流電気抵抗を測定した。CNCの抵抗率は温度を下げると増加した。従ってCNCは半導体特性であることを確認した。また測定に使用した3つのCNC試料の間では、コイル直径が2倍大きくなると抵抗率が2桁以上高くなった。VRHモデルにおける定数の一つである最高抵抗率とコイル直径との関係を求めたところ、両者の間には正の相関がみられた。また最高値と最低値の間で値が約290倍異なることが分かった。以上のことから、理論的裏付けを持ってCNCのコイル直径に対する抵抗率の増加を示すことができた。静電植毛装置を導入するという当初の計画からは変更したものの、CNCを電磁波吸収体として活用するために重要な特性を評価することができたため。本評価結果を元に、次項に示す研究内容を実施する予定である。そのために必要な備品はすでに研究室内にそろっており、電磁波吸収体の作製ならびに測定も経験済みである。カーボンナノコイル(CNC)はコイル直径1 μm以下のソレノイドコイル形状の炭素ナノ材料である。CNCは電磁波吸収体としての応用が期待されているが、CNCのコイルピッチやコイル直径に依存した吸収特性が得られていない。ただし、研究開始直後に、電磁波吸収特性を大きく左右する可能性があるCNCの特性を測定することに成功したため、初年度はその研究に注力した。さらに、最終年度はCNCの電気抵抗率を低減するための実験に取り組み、これらのCNCの集積体による電磁波吸収特性を評価した。(1)集積イオンビーム装置内部で単一のCNCを基板上に配置する手法を確立し、単一CNCの電気抵抗率測定用試料を作製した。その結果、CNCのコイル直径が大きいと抵抗率が高くなる傾向を得た。透過型電子顕微鏡観察および可変領域ホッピング(VRH)モデルを用いた検討により、CNCを構成するアモルファス炭素の構造が電気伝導性に関連するという結論を得た。(2)CNCに銀鏡反応を適用し、銀コーティングCNC(Ag-CNC)を作製した。CNCおよびAg-CNCを総量の10 wt.%となるようにパラフィンに添加してアルミ板上に1層型電磁波吸収材を作製した。レンズアンテナを用いた自由空間法により、5.6-74 GHzの帯域において本吸収材の反射係数を測定した。Ag-CNCとCNCとを混合した吸収材の反射損失ピーク強度はCNC単体のものと比べ10dB低く、26.3-36.2 GHzにおいて反射損失がー30dB(99.9%の吸収)以下となった。以下の項目について研究を進め、本年度末までに雑誌論文等へ研究成果を公表する。

1.CNCへの表面コーティングによる直流電気抵抗の低減コイル直径によってCNCの抵抗率が大きく変化することを昨年度の研究で明らかにした。コイル直径が小さいCNCに対してその抵抗率を低減することを目的に、金属をCNC表面へコーティングすることを試みる。研究代表者が本研究と平行して進めている燃料電池用触媒担持技術を利用する。2.コイル直径によるCNCの選別孔径数百nmのメンブレンフィルタを利用してCNCをコイル直径によって選別することを試みる。CNCの分散溶液の作製経験があるため、吸引濾過による目的試料の抽出に注力する。3.機能化したCNCによる電磁波吸収体の試作ならびに評価1.および2.の手法によって作製したCNC(以下、機能化CNC)を樹脂に混合して電磁波吸収体を試作する。これまでに経験のあるエポキシ樹脂の他に抵抗率の異なる樹脂も含めて検討する。また、機能化CNCを樹脂に混合する際には、磁石吸引によってCNCが配向できないかどうか試みる。電磁波吸収体の評価は一般財団法人ファインセラミックセンター(JFCC)の機器を利用する。4.実験試料構造を模擬した電磁場理論モデルの構築ならびに解析3.によって作製した電磁波吸収体の内部構造を詳細に観察した上で、電場ならびに磁場を解析するための設定空間を決定する。その後、電磁波吸収特性の周波数依存性を求めるための理論モデル解析手法について研究分担者と討論を重ねる。ナノ・マイクロ科学、電気電子工学当初の研究計画から変更し、電磁場解析を次年度に実施することにしたため。当初計画していた電磁場解析は、分担者との討論によってモデル構築することに変更する。その一方で、今後の推進方策の各項目で必要な物品を購入するなど、CNCの機能化と試料作成に研究費を集中させる。
光反応とも熱反応とも異なるコヒーレント分子振動励起反応を利用する新反応開発

パルス内で光電場が1-2回しか振動しない極限的超短パルス光であり、かつ、分子振動周期よりも閃光時間が短い10-fsパルスレーザー光を照射すると、分子振動の位相と反応の位相を揃えた“コヒーレント分子振動励起反応"を誘起できる。誘起したコヒーレンスの消失を数ピコ秒間抑制できるという特徴がある、この“コヒーレント分子振動励起反応"を利用して、光反応とも熱反応とも異なる新反応を開発する。
放射線照射とゲムシタビン併用時の増感効果の放射線分子生物学的メカニズムの解明

ゲムシタビン(GEM)は、細胞内蓄積効果の高い新規DNA合成阻害剤であり、それ自体でアポトーシスによる細胞死を惹起すること、正常組織に対する照射との増感効果が高いことなどが広く知られている。しかしながら、GEMの放射線増感のメカニズムと照射併用時の細胞周期関連因子などのシグナル伝達の変化ならびに照射併用後の経時的なアポトーシスの多寡や細胞周期の変化については明らかになっておらず、各種培養細胞株を用いて照射とGEMとの相関を検討することで、これらを明らかにすることが今回の研究の最大の目的である。今回の研究の培養腫瘍細胞株としてヒト食道癌培養細胞株(TE-1,TE-5)、ヒト肺小細胞癌培養細胞株(LU65)ならびにヒト扁平上皮癌細胞株(A431)を用いることとした。昨年度から継続してきた研究の結果では、培養腫瘍細胞株の一つであるA431において、クロノゲニックアッセイを用いた放射線感受性評価を行ったところ、1Gy照射時の細胞生存率は70%程度であった。また、照射後の経時的な細胞数測定にて腫瘍増殖に関する検討を行ったところ、4Gy以下の照射では、照射24時間後には細胞の再増殖を認めたが、6Gy以上の照射では、照射24時間後でも再増殖は認められなかった。現在は、上記培養腫瘍細胞に対する照射単独の研究にGEM併用をくわえることで、照射単独処理やGEM単独処理の場合との比較検討を行っている。また、放射線照射とGEMとが細胞周期やアポトーシスとどのように関連しているかの評価をくわえながら研究を継続する予定である。近年、多くの固形癌に対する化学療法と放射線療法との併用、特に同時併用の有効性が確認されている。ゲムシタビン(GEM)は細胞内蓄積効果の高い新規DNA合成阻害剤であり、それ自体でアポトーシスによる細胞死を惹起すること、また、正常組織に対する照射との増感効果が高いことが知られている。今回の研究では、各種培養腫瘍細胞の照射とGEMによる増感効果の差異を明らかにするとともに、GEMの放射線増感のメカニズムと照射併用時の細胞周期関連因子などのシグナル伝達の変化ならびに照射併用後の経時的なアポトーシスの多寡や細胞周期の変化について明らかにすることを目的としている。今回の研究では、培養腫瘍細胞株としてヒト食道癌培養細胞株(TE-1,TE-5)、ヒト肺小細胞癌培養細胞株(LU65)ならびにヒト扁平上皮癌細胞株(A431)を用いることとした。今回の研究で用いた培養腫瘍細胞株の一つであるA431の結果では、クロノゲニックアッセイを用いた放射線感受性の評価を行ったところ、1Gy照射時の細胞生残率は70%程度であった。また、照射後の経時的な細胞数計測にて腫瘍増殖に関する検討を行ったところ、4Gy以下の照射では、照射24時間後には細胞の再増殖を認めたが、6Gy以上の照射では、照射24時間後でも再増殖は認められなかった。現在は、上記培養腫瘍細胞株に対する照射単独の研究を継続するとともに、GEM併用の検討をくわえることで、照射単独処理やGEM単独処理の場合と比較研究を行っている。また、GEMと放射線照射併用が細胞周期やアポトーシスとどのように関連しているかの評価を加える予定としている。
移乗介助量を適正化する手法の確立と介助者の腰痛予防に関わる研究

2018年度の一つ目の取り組みとして,模倣要介助者支援体験法が模擬筋力低下者の能力発揮を促すのに有効であるか検証を行った.模擬筋力低下者の離殿時における下肢荷重量について,移乗介助2回目と1回目の差は,対照群で2.6±7.7kg(n=15),模倣要介助者支援体験法群で10.1±8.7kg(n=15)であった.つまり,模擬筋力低下者を模倣した理学療法士を相手に移乗介助体験を積む模倣要介助者支援体験法では,模擬筋力低下者の離殿時における下肢荷重量が対照群と比較して,平均で7.5kg増加する結果となった.2018年度の二つ目の取り組みとして,移乗介助量把握システムを用い,移乗介助における介助者の腰痛リスク回避能力基盤に関する検証を行った.被検者を対照群(n=15)と模倣要介助者支援体験法群(n=15)に無作為に分け,3日連続で模擬筋力低下者の移乗介助を行わせた(初日に2回,2日目に2回,3日目に1回).その際,模倣要介助者支援体験法群には,初日の1回目と2回目実施の間,2日目の1回目実施前に理学療法士による介入を行った.また,3日目の移乗介助前に,両群の被検者に予告なく模擬筋力低下者の一側下肢の筋出力をさらに制限し,発揮できる力を抑制した.被検者に対して3日目の移乗介助後に模擬筋力低下者の状態について尋ねた結果,対照群では「悪化した」が0名,「改善した」が9名,「よくわからない」が6名であった.一方,模倣要介助者支援体験法群では「悪化した」が12名,「改善した」が1名,「よくわからない」が2名であった.また,両群の条件が同じ初日1回目の移乗介助において,模擬筋力低下者に対する必要介助量と被検者の主観的な介助量の差は40.1±8.6kgであった.介助者は負荷となる介助量を過少評価する傾向があるものの,模倣要介助者支援体験法によって要介助者の状態変化に気付ける可能性が示唆された.本研究の目的の一つ目は,種々の機能障害を有するケースへの移乗介助において,模倣要介助者支援体験法が要介助者の能力発揮を促すのに有効であるかを明らかにすることである.まず,模擬片麻痺患者の下肢荷重量を増すのに本法が有効か否かについて調査を行った.続いて,模擬多関節可動域制限保有患者の下肢荷重量を増すのに本法が有効であるかについて調査を行った.模擬片麻痺患者の離殿時における下肢荷重量について,移乗介助2回目と1回目の差は,対照群でー0.6±7.6kg(n=15),模倣要介助者支援体験法群で11.0±12.6kg(n=15)であった.つまり,模擬片麻痺患者を模倣した理学療法士を相手に移乗介助体験を積む模倣要介助者支援体験法では,介入後の要介助者の下肢荷重量が対照群と比較して,平均で11.6kg増加する結果となった.また,多関節可動域制限保有患者の離殿時における下肢荷重量について,移乗介助2回目と1回目の差は,対照群でー1.5±6.6kg(n=15),模倣要介助者支援体験法群で15.2±13.5kg(n=15)であった.つまり,模擬多関節可動域制限保有者を模倣した理学療法士を相手に介助体験を積む模倣要介助者支援体験法では,介入後の要介助者の下肢荷重量が対照群と比較して,平均で16.7kg増加する結果となった.本研究の目的の二つ目は,要介助者の物理的な重さを起立から移乗対象物へ着座するまで網羅的に把握できる移乗介助量把握システム(以下、移乗介助量把握システム)を構築することである.これについて,新型フォースシューズ,着座計測装置を完成させた.現在,各装置をシステムとして連動させるためのプログラムを作成中である.2017年度に移乗介助量把握システムを完成させる予定であったが,現在プログラムの作成段階であり,やや遅れている.一方,一部計画を変更し,2018年度に予定していた模擬多関節可動域制限保有患者に対する模倣要介助者支援体験法の有効性に関する調査を終了した.従って,総合的な観点からおおむね順調に進展していると判断した.2018年度の一つ目の取り組みとして,模倣要介助者支援体験法が模擬筋力低下者の能力発揮を促すのに有効であるか検証を行った.模擬筋力低下者の離殿時における下肢荷重量について,移乗介助2回目と1回目の差は,対照群で2.6±7.7kg(n=15),模倣要介助者支援体験法群で10.1±8.7kg(n=15)であった.つまり,模擬筋力低下者を模倣した理学療法士を相手に移乗介助体験を積む模倣要介助者支援体験法では,模擬筋力低下者の離殿時における下肢荷重量が対照群と比較して,平均で7.5kg増加する結果となった.2018年度の二つ目の取り組みとして,移乗介助量把握システムを用い,移乗介助における介助者の腰痛リスク回避能力基盤に関する検証を行った.被検者を対照群(n=15)と模倣要介助者支援体験法群(n=15)に無作為に分け,3日連続で模擬筋力低下者の移乗介助を行わせた(初日に2回,2日目に2回,3日目に1回).

その際,模倣要介助者支援体験法群には,初日の1回目と2回目実施の間,2日目の1回目実施前に理学療法士による介入を行った.また,3日目の移乗介助前に,両群の被検者に予告なく模擬筋力低下者の一側下肢の筋出力をさらに制限し,発揮できる力を抑制した.被検者に対して3日目の移乗介助後に模擬筋力低下者の状態について尋ねた結果,対照群では「悪化した」が0名,「改善した」が9名,「よくわからない」が6名であった.一方,模倣要介助者支援体験法群では「悪化した」が12名,「改善した」が1名,「よくわからない」が2名であった.また,両群の条件が同じ初日1回目の移乗介助において,模擬筋力低下者に対する必要介助量と被検者の主観的な介助量の差は40.1±8.6kgであった.介助者は負荷となる介助量を過少評価する傾向があるものの,模倣要介助者支援体験法によって要介助者の状態変化に気付ける可能性が示唆された.早期に移乗介助量把握システムを完成させるため,プログラムを作成し,本年の6月中に床反力計を用いた妥当性の検証を行う.その後,本研究の目的の三つ目である,移乗介助における腰痛リスク回避能力基盤の検証を行う.具体的には,8月末までに部分介助中の要介助者の重さと介助者が感じる重さとのギャップを明らかにする.また,模倣要介助者支援体験法による移乗支援の適正化が,要介助者の急な状態変化(介助量増大)への気づきに寄与するかを11月末までに明らかにする.加えて,模擬筋力低下例に対する模倣要介助者支援体験法の有効性を12月末までに明らかにする.2017年度の実支出額の大半を物品費が占めた.交付額を考慮し,計測システムを構築するための物品を再考した上で購入した.また,2018年度に予定していた調査の一部を前倒して行ったため,その際に発生した謝金を計上した.概ね予算内に収まったが,次年度使用額が生じることとなった.2019年度はデータ収集,成果発表が主となる.従って,主に謝金,成果発表旅費,英文校正費,論文投稿費を賄うために,同年度の助成金と合わせて使用する計画である.
古生代/中生代境界直後の放散虫群集の変遷

最大の生物絶滅がおきた古生代/中生代境界では,当時の主要なプランクトンである放散虫類も群集が大きく変化する.この変化の様相については長らく不明であったが,ニュージーランド,アローロックス島の調査により,ペルム紀型の放散虫が三畳紀最初期にも生き残っていることが判明していた.本研究ではこの島の三畳紀最初期チャート層の十数層準から放散虫群集を抽出し,古生代/中生代境界直後にはペルム紀型の放散虫群集が中生代型へ徐々に変化していくことが明らかとなった.最大の生物絶滅がおきた古生代/中生代境界では,当時の主要なプランクトンである放散虫類も群集が大きく変化する.この変化の様相については長らく不明であったが,ニュージーランド,アローロックス島の調査により,ペルム紀型の放散虫が三畳紀最初期にも生き残っていることが判明していた.本研究ではこの島の三畳紀最初期チャート層の十数層準から放散虫群集を抽出し,古生代/中生代境界直後にはペルム紀型の放散虫群集が中生代型へ徐々に変化していくことが明らかとなった.ニュージーランド北島のアローロックスには,世界でほぼ唯一,三畳紀最前期の層状チャート層が露出している.本年の研究は,平成20年度の兵庫教育大学学内科研費による,21年3月の現地調査で採取した資料を中心に研究を進めた.これらは三畳紀前期のDienerian期からSmithian期に及ぶ約150層準の試料である.放散虫化石を含む層準は多くあるものの,ほとんどの試料は再結晶化が進んでいる.各試料とも3回以上フッ酸による処理を行っているが,現在のところ同定可能な放散虫化石が得られたのは,Dienerian期の2,3試料である.これらの群集も保存は良好とは言い難いが,Oruatemanua属のほか,Entactinia属,Entactinosphaera,属と思われる放散虫化石を含んでいる.現在,このDienerian期の群集について,特にEntactinia属の分類学的検討を進めている.現在のところ,Dienerian期のEntactinia属には数種が認められるようであり,古生代末のペルム紀後期からのこの属の変遷を考察できる可能性がある.21年度末の22年3月には,従来から共に調査を行っている宇都宮大学の相田教授,愛媛大学の堀准教授,宮崎大学の山北准教授らと共に,アローロックス,及びオークランド近傍での調査を行った.今回の調査でもアローロックスの波打ち際に三畳紀最前期のチャート層であるARFセクションがよく露出し,Griesbachianの放散虫が報告されているARHセクションと共に,約70層準で試料を採取した.船便で送付した試料は無事日本に到着し,今年度はまずこれらの試料の処理を進めていく予定である.また昨年度にはO'Doghertyら欧米の研究者と共に,三畳紀放散虫化石属のカタログを公表した.平成22年度も昨年に引き続き,世界的にほとんど報告のない三畳紀最前期の放散虫群集を解析するため,ニュージーランド北島アローロックスの試料をもとに研究を進めた.まず,平成22年3月に現地で採取した,三畳紀最前期の約60層準のチャート試料をフッ化水素酸を用いて処理し,放散虫化石の抽出を行った.その結果,以前に採取していた試料とあわせ,10層準以上から比較的保存良好な放散虫化石群集を得ることができた.これらの放散虫化石について走査型電子顕微鏡による写真撮影を行い,分類学的検討を加えた.その結果,従来世界的にほとんど報告のなかったDienerian期の群集に,Entactinia属,Copicyntra属などのEntactinaria目の放散虫化石を識別している.また,Latentifistularia目としてはTakemura and Aono(1997)によるOruatemanua属が認められたが,三畳系最下部であるGriesbachian階から産出したCauletella属やQuadriremis属はほとんど産出していない.さらにDienerian期中頃からは,Kamata et al.(1997)の報告に類似したNassellariaが出現しており,三畳紀最前期には漸移的に放散虫群集が変化してきたことが明らかとなった.これらの結果は予察的に大学院生とともに古生物学会例会で発表したが,今後これら放散虫の分類学的考察を進め,記載を行っていく予定である.また同じくニュージーランド北島からの三畳紀最前期放散虫について,愛媛大の堀准教授らとの共同研究も進行中である.なお,平成23年度末には,本研究の上位にあたるアローロックスのDienerian期後期からSmithian期のチャート層について試料採取を行った.未だ世界的に報告のないこれらの年代について,放散虫化石の抽出を試みたい.平成23年度は前年度に引き続き,ニュージーランド北島アローロックスの試料をもとに研究を行った.三畳紀の最前期であるInduan期の放散虫化石が連続的に産出するのは,世界中でもアローロックスのみで,現在のところ十数層準から放散虫群集を得ている.昨年度と今年度の研究で,これらの試料からの放散虫化石の走査型電子顕微鏡による観察をほぼ終え,Induan期に15属40種以上の放散虫化石を識別することができた。

その結果はこれまでの観察通り,Induan期の放散虫群集の大多数はEntactinaria目,Latentifistularia目,Albaillellaria目の古生代型放散虫で,中生代型のNassellaria目も少数出現してくるということが判明した.これらの放散虫については,特にEntactinaria目のCopicyntra属,Cipicyntroides属などについて記載論文を投稿準備中で,昨年度にオーストラリアで開催された石炭紀・ペルム紀国際会議や日本地質学会において発表を行った.これらInduan期の放散虫群集については,その群集組成により3つの化石帯に分帯が可能である.それらは,ほとんどがペルム紀の種からなるGriesbachian階の群集,Oruatemanua属が特徴的に出現する主にDienerian階下部の群集,そしてNassellariaなどが出現するDienerian階中部の群集である.これらの群集は漸移的にその種構成が変化することから,古生代の放散虫類の多くが少なくとも南半球では中生代最前期にまで生き延び,徐々に群集が変わっていったことを示している.また,Induan期の古生代型の放散虫種は,Olenekian後期までにはほとんどが絶滅したと考えられる.これらの内容は,昨年度にスペインで開催されたInterRadや愛媛大学での放散虫研究集会で発表した.また,愛媛大学の堀准教授らとの共同研究で,ニュージーランド北島のワイヘケ島からInduan期前期のNassellaria目が見いだされ,Hori et al.(2011)で報告した.
北陸での種子死滅現象から着想した雑草シードバンクを低減する生態システムの解明研究

雑草植生が地域間や地域内の地点間で大きく異なることは頻繁に認められる現象である。この現象は、雑草防除が平準化できず非効率的である原因となっている一方、農業生態系における生物多様性の維持にも働いている。今後の雑草管理では、雑草防除と生物多様性保全の両立が重要である。そのためには、異なる雑草植生が成立する仕組みを明らかにする必要がある。これまでのわれわれの研究から、特定の雑草種の埋土種子が特定の土壌微生物の作用により死滅する結果、その種の発芽個体数が減少して雑草植生が規定されるという新規な生態システムの存在が示唆されている。そこで本研究では、コハコベを材料にして、雑草植生と土壌の種子死滅作用の関係を明確にすることを目的とする。北陸と近畿の96地点を調査した結果、コハコベ種子生存率とコハコベ被度の間には有意な正の相関が認められた。散布図のパターンをみると、コハコベ種子生存率が低いと必ず被度が小さくなった。つまり、コハコベ埋土種子の生存率が低い地点では、そのことが制限要因となってコハコベ被度が大きくなりえないと考えられる。また、コハコベの死滅が起きる土壌では、急速に全種子が死滅するが、死滅しない土壌では、ほぼ全ての種子が健全に保たれたことから、種子死滅のall or nothing現象を誘導する土壌因子が存在し、土壌を滅菌すると種子死滅が起きないことからその因子は土壌微生物だと結論された。DGGEによる土壌微生物相の解析結果から、コハコベ種子の死滅を引き起こす土壌微生物は、BacillusかPaenibacillusである可能性が高い。さらに、コハコベ被度とオランダミミナグサ被度に有意な負の相関があったことから、コハコベの種子死滅に関わる微生物はオランダミミナグサ種子の死滅には働かず、そのためオランダミミナグサが優占すると思われる。以上から、地点環境→環境因子→土壌微生物相→種子死滅→埋土種子相→実生個体群組成→地点植生→地域生物多様性という生態システムの存在が明らかである。雑草管理で重要な点は、いかにして埋土種子集団のサイズを小さくするかである。昨年度、福井ではコハコベ(Stellaria media)埋土種子の顕著な死滅現象が観察され、この原因として土壌微生物の関与が示唆された。そこで本研究では、埋土種子を死滅させる生態システムの存在を検証し、その地域特性を明らかにするために、種子死滅に関与すると考えられる土壌の生物学的要因と化学的要因を解析した。福井県大野市、宮城県仙台市、奈良県奈良市における市街地歩道植え枡の雑草植生を2008年4月5月に調査し、出現草種の優占度を求めたところ、コハコベの優占度は、福井4.4、宮城23.8、奈良23.7であった。福井または宮城土壌に福井、宮城、奈良種子を3ヶ月間埋土すると99%以上死滅するのに対し、奈良土壌に3ヶ月間埋土した福井、宮城、奈良種子の死滅率は10%程度であった。いずれの土壌でも、滅菌すると種子の死滅率は1%以下となった。死滅種子から単離した細菌の中で、最も種子死滅作用が強かった菌株は、福井土壌に1ヶ月間埋土した胚黒色種子から得られたPseudomonsa sp.であった。平均土壌pHは、福井6.2、仙台6.3、奈良7.2であった。A1^<3+>濃度には一定の地域的傾向が認められなかった。また、感染実験において、pHおよびAl^<3+>濃度の違いは細菌の種子死滅作用の程度に影響しなかった。以上から、種子死滅作用の強い土壌微生物のフローラが土壌酸性度によって異なることが、雑草植生の地域問差異の1要因であると考えられる。コハコベ(Stellaria media)種子は、コハコベ植物体の優占度が低い福井市、大野市の土壌中では短期間で死滅するが、優占度が高い京都市、奈良市の土壌中でほ死滅しないこと、その種子死滅には土壌微生物が関与することが明らかになっている。本研究では、この生態現象の地域性を調べるとともにコハコベ種子死滅作用の強い菌株を培養とメタゲノム解析によって特定しようとした。当初、北陸地方の土壌では東海土壌に比べてコハコベ種子死滅が顕著であり、その種子死滅に土壌pHと糸状菌が関与するのではないかと想定した。しかし、北陸、東海ともに種子死滅が起こる土壌採取地点と起こらない地点があり、また、種子死滅と土壌pHには明らかな関係が認められなかつた。感染実験の結果、糸状菌よりも細菌の方がコハコベ種子死滅作用が強いことが判明した。以上から、異なる地域間でもある植物種の種子死滅に共通の土壌細菌が関与し、同一地域内でも地点によってその細菌の優占度が変わることで埋土種子の死滅度合いが異なると推察される。コハコべの場合、種子死滅の原因となる細菌は、Bacillus sp.の可能性が高いと思われる。このことから、種子死滅が顕著なため、埋土種子集団サイズが小さくなり、地上植生が制限されるという生態システムの存在が考えられる。