hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
TransferRNA分子におけるクローバーリーフ構造の安定化戦略の解明

tRNAはタンパク質生合成系におけるアミノ酸の運び手であり遺伝暗号の担い手でもある基本的な生体分子である。この分子は細胞内に約50種存在するが、その構造は対応するアミノ酸や由来する生物種を超えて共通のクローバーリーフ構造をとっている。この構造の維持は効率的なタンパク質合成においては必須の条件であるため、それぞれの生物種においてそれぞれのtRNA分子は何らかの構造安定化戦略をとっているものと考えられる。tRNA分子の安定化に種々の塩基修飾が寄与していることは既に知られているが、本申請研究では、塩基修飾を受ける以前のtRNA前駆体における安定性を1つの評価の指標とした。tRNA前駆体分子の安定性は、きちんとした成熟化tRNAの生成の条件であり、重要な評価の基準となる。tRNA分子の安定性の評価の方法としては、「大多数」を評価するための統計的な状態を反映する方法と、「微量な」変性を検出するための方法とを採用した。「微量な」構造変性を検出する方法として真正細菌リボヌクレアーゼPを採用した。この酵素はtRNA成熟化酵素の1つであり、「きちんと」フォールディングしたtRNA前駆体を基質とするが、同時に、高濃度Mgイオンの存在下ではCCA付きのヘアピン型RNAをも基質として認識できる。反応条件をコントロールすることで、変性したもしくはフォールディングに失敗したtRNAを検出することができる。この酵素による検出系では切断産物の蓄積を通して、微量な存在比のものでも検出ができるところにある。この方法によって既に幾つかのtRNAの安定性評価を行い、由来する生物種によってtRNAの構造安定性に差異があることを報告してきた。また、これらの実験結果は同じ細胞内におけるtRNA分子とリボヌクレアーゼP分子とにおける共進化モデルを与えた。また、上記の方法論によってtRNAイントロンはtRNA前駆体における構造安定化装置ではなく別の意味を持つことや、数種のtRNA分子に見られる長いエクルトラループという部分構造がtRNA分子の安定化に大きく寄与していることなどが明らかとなった。本研究においては併せて道具としてのリボヌクレアーゼPの酵素学的な性質を目指したが、研究の成果として真正細菌酵素の基質認識が反応条件や基質の形状、及び反応溶液中におけるリボゾームコンポーネントの存在などによっても変化することを明らかにすることができた。Transfer RNAは生体内のタンパク質合成系におけるアミノ酸の運び手であると同時に核酸の塩基配列とアミノ酸との対応を橋渡しする遺伝暗号の担い手の分子である。これらのtRNA分子はすべて共通のクローバーリーフ構造を有しているが、一部のtRNAにおいては試験管内において必ずしもこの構造を維持することはできず、高濃度のMgイオン等の共存によって容易に変性することを申請者は報告してきた。tRNA分子の変性は分子内における相補的な部分配列の存在に起因するが、こういった配列の存在はtRNA分子がクローバーリーフ構造を維持するには明らかに不利である。データベース検索に基づく統計的な解析の結果から、非常に多種のtRNAにおいて上述の不利な相補的配列の存在が確認され、該当するtRNAのうちの幾つかは試験管内条件下において容易に変性することが実験的にも確認された。一方でこのような相補的配列はイントロンや長いエクストラループを有するtRNAにおいて局在する傾向がある。そこで数種のイントロンを有するtRNA及び数種の長いエクルトラループを有するtRNAとその変異体を調製して解析したところ、tRNA内の長いエクストラループは少なくともクローバーリーフ構造の維持には大きく寄与していることが解った。イントロン配列に関してはクローバーリーフ構造の維持に寄与するものもあれば、全く寄与しないものもあり、その存在意義や由来に関しては統一的な見解を出すには至っていない。(投稿論文は準備中)また本研究を通して、一見同じ構造であるtRNA分子にも由来の種によってその安定性には差があることが解ってきた。本研究は3年のうちの1年目であるが、残りの期間を通してtRNAの部分(構造)配列の安定性への寄与を解析するとともに、tRNAやその関連酵素に焦点をあててRNAレベルでの進化と種の違いに関しても併せて明らかにしてゆく予定である。「微量な」構造変性を検出する方法として真正細菌リボヌクレアーゼPを採用した.この酵素はtRNA成熟化酵素の1つであり、「きちんと」フォールディングしたtRNA前駆体を基質とするが、同時に、高濃度Mgイオンの存在下ではCCA付きのヘアピン型RNAをも基質として認識できる。

この方法によって既に幾つかのtRNAの安定性評価を行い、由来する生物種によってtRNAの構造安定性に差異があることを報告してきた。また、これらの実験結果は向じ細胞内におけるtRNA分子とリボヌクレアーゼP分子とにおける共進化モデルを与えた。また、上記の方法論によってtRNAイントロンはtRNA前駆体における構造安定化装置ではなく別の意味を持つことや、数種のtRNA分子に見られる長いエクルトラループという部分構造がtRNA分子の安定化に大きく寄与していることなどが明らかとなった。今後は、従来の酵素による検出系と併せて、物理化学的な測定を合わせことで、これらの実験結果を別の視点から追試し、より詳細な解析を進める。tRNAはタンパク質生合成系におけるアミノ酸の運び手であり遺伝暗号の担い手でもある基本的な生体分子である。この分子は細胞内に約50種存在するが、その構造は対応するアミノ酸や由来する生物種を超えて共通のクローバーリーフ構造をとっている。この構造の維持は効率的なタンパク質合成においては必須の条件であるため、それぞれの生物種においてそれぞれのtRNA分子は何らかの構造安定化戦略をとっているものと考えられる。tRNA分子の安定化に種々の塩基修飾が寄与していることは既に知られているが、本申請研究では、塩基修飾を受ける以前のtRNA前駆体における安定性を1つの評価の指標とした。tRNA前駆体分子の安定性は、きちんとした成熟化tRNAの生成の条件であり、重要な評価の基準となる。tRNA分子の安定性の評価の方法としては、「大多数」を評価するための統計的な状態を反映する方法と、「微量な」変性を検出するための方法とを採用した。「微量な」構造変性を検出する方法として真正細菌リボヌクレアーゼPを採用した。この酵素はtRNA成熟化酵素の1つであり、「きちんと」フォールディングしたtRNA前駆体を基質とするが、同時に、高濃度Mgイオンの存在下ではCCA付きのヘアピン型RNAをも基質として認識できる。反応条件をコントロールすることで、変性したもしくはフォールディングに失敗したtRNAを検出することができる。この酵素による検出系では切断産物の蓄積を通して、微量な存在比のものでも検出ができるところにある。また、これらの実験結果は同じ細胞内におけるtRNA分子とリボヌクレアーゼP分子とにおける共進化モデルを与えた。
カルボニル化合物の新しい光化学反応;レーザー光分解法よるω解離過程の研究

ベンゾフェノンおよびクマリンの誘導体を合成し、レーザー光分解法による過渡吸収測定を行い光化学反応中間体を検出し生成量子収率を決定した。また、密度汎関数計算により三重項状態のエネルギー準位を決定した。以上の実験と計算結果より光誘起ω解離過程では解離する結合の解離エネルギーの大きさよりも解離の活性化エネルギーの大きさがω解離反応性を支配していることを明らかにした。今年度は,メタ位に炭素-ハロゲン(C-X,X=Br,Cl)結合を有するベンゾフェノン(BM8PおよびCMBP)のω解離反応について,レーザー閃光光分解法および量子化学ΦFT)計算を用いた解離の様子をシユミレーションする手法を用いて探索し,その反応性の支配要因をあきらかにすることを目的として研究を行った。1,直接励起時に,C-X結合が解離し,m-ベンゾイルベンジルラジカルBMR)がBr体でもCl体でも遊離することが実験的に明らかに成った。それぞれのラジカル生成の量子収率は0.25および0.085と決定された。この反応のCIDEPを測定したがシグナルが現れなかったので直接励起事の解離反応は最低励起一重項状態で起きている事が明らかになった。2,アセトンを三重項光増感剤として用いて,BMBPおよびCMBPの三重項における反応性を検討した。三重項アセトンからのエネルギー移動によりCMBPはその三重項が生成することが観測され,三重項では解離反応が起きていたいことが判った。一方BMBPではBMRの生成が観測され,ラジカルの生成量子収率が0.4と決定された。3,DFT計算により,励起一重項と三重項の状態エネルギーを炭素-ハロゲン原子間の距離の関数として計算を行った。励起一重項でのハロゲン解離の活性化エネルギーはClよりBr体がはるかに大きく解離の量子収率の違いは,活性化エネルギーの大きさの違いであることが判った。一方CMBPの三重項では解離反応は起きなかった。これは活性化エネルギ」の違いではなく,CMBPの結合エネルギーが三重項エネルギーよりも大きいことに起因することが判った。以前に報告したパラ置換体の量子収率と比較したが,同じハロゲン原子同士の置換位置による解離量子収率の違いは活性化エネルギーの違いではなく,炭素原子場のスピン密度の違いで説明できることが明らかになった。4クマリニルメチル誘導体を合成し、レーザー光分解法を用いて過渡吸収を測定することによりそれらの光化学的性質を明らかにした。準備した化合物に関して、三重項エネルギー準位を決定するために77Kにおいて剛性溶媒として用いてヶイ光分光計にて発光を測定し、発光スペクトルより三重項エネルギーの決定を行っだ。光分解用の試料は、化合物の有機溶媒溶液を1cm角のスプラジル石英セルに入れ、現有の高真空脱気ラインで溶存酸素を除去・融封して試料を作成した。これらのサンプルに対し、ナノ秒のNd:YAGレーザーおよびXeClエキシマーレーザー(308nm)を用いて直接または増感剤を用いた光照射を行い過渡吸収を測定した。過渡吸収シグナルはモノクロメーターで分光され、速度解析および吸光度変化の基本データを得た。また、フォトダイオードアレイを用いて一度のレーザーパルス照射で300nm800nmの波長領域のナノ秒時間領域での過渡吸収スペクトルを観測した。その結果、炭素-イオウ結合を有するクマリン誘導体ではベンゾフェノンを用いた三重項光増感によりクマリニルメチルラジカルが観測されたことから三重項でω解離を起こすことを見いだした。そして初期反応生成物の量子収率を決定した。また、計算機を用いた量子化学計算により結合エネルギーと三重項におけるω解離ポテンシャルエネルギーを算出し解離の活性化エネルギーを見積もった。以上の実験と計算の結果より、準備したクマリン化合物のω解離反応性は結合エネルギーの大きさでは無く解離ポテンシャルによる活性化エネルギーの大きさが支配していることを明らかにした。
糖水酸基の位置選択的活性化に基づく糖鎖の効率的合成法の開発

生体機能に於ける糖鎖の役割を解明するために、多様な糖鎖構造を正確に効率よく合成する手法の開発は糖鎖の合成化学に於ける重要な課題である。著者らは従来の「保護-脱保護法」によらない糖鎖の短工程合成法の開発を目指し、無保護糖の錫アセタール化による糖水酸基の位置選択的活性化に基づく新規なone-potグリコシル化法を開発した。先ず、糖供与体と受容体錫アセタールとの反応性と位置選択性を解析する目的で、無保護のメチルヘキソシドの位置選択的グリコシル化を検討した。すなわち、無保護の糖受容体をメタノール中、ジブチル錫オキシドと反応させ、錫アセタールとした。次にone-potで糖供与体(グリコシルハロゲニド)を加え、銀(I)-シリカアルミナの存在下反応させたところ、グルコース、ガラクトース等の6位選択的にグリコシル化されたβ(1→6)-結合からなる二糖を高収率で得ることが出来た。次に6位に水酸基を持たないメチルα-L-ラムノピラノシドと糖ブロミドとの反応では3位選択的グリコシル化反応が進行し、対応する二糖Glc-β(1→3)-Rhaを収率46%で得た。一方、錫アセタールの反応性を向上させる目的で、反応系中に錫と親和性の高いフッ素イオンを添加したところ、ガラクトースの3位水酸基を位置選択的に活性化出来ることを見出した。すなわち、β(1→3)-結合からなる二糖:Glc-β(1→3)-Galを立体及び位置選択的に42%の収率で得ることが出来た。以上のように、反応系にハロゲンイオンを加えるという簡便な方法で、1級水酸基が存在する条件下においても、2級本酸基を優先的にグリコシル化出来る新規な位置選択的グリコシル化法を開発することが出来た。著者らは従来の「保護-脱保護法」によらない糖鎖の短工程合成法の開発を目指し、錫アセタールを経由する糖水酸基の位置選択的活性化による無保護糖の直接グリコシル化を検討した。平成12年度は種々の糖供与体と受容体錫アセタールとの反応性を解析する目的で、主にメチルβ-D-ガラクトピラノシド(1)及びメチルα-L-ラムノピラノシド(2)の位置選択的グリコシル化を検討した:無保護糖1をメタノール中、ジブチル錫オキシドと反応させ、錫アセタールとした。メタノールを留去した後、残渣をジクロロメタンに縣濁し、銀(I)-シリカアルミナの存在下メチル1-ブロモグルクロニド(3)を加え反応させたところ、ガラクトース(1)の6位選択的にグリコシル化された二糖(4)と対応するオルトエステル(5)を1:1の割合で得た(全収率55%)。オルトエステル(5)はルイス酸で処理することにより、高収率で対応する二糖(4)に変換できた。一方、同様の条件で糖供与体としてO-ベンゾイルグルコシルブロミド(6)を用いた場合は、対応する二糖のオルトエステルが優先的に得られた(収率51%)。

そこで、オルトエステルを形成しにくいO-ピバロイルグルコシルブロミド(7)を用いたところ、目的とする二糖Glc-β(1→6)-Gal(4)を高収率(72%)で合成することが出来た。次にメチルα-L-ラムノピラノシド(2)とブロミド(7)との反応では3位選択的グリコシル化反応が進行し、対応する二糖Glc-β(1→3)-Rha(9)を収率46%で得た。オリゴ糖の化学合成法の簡略化、効率化を目的として、従来の「保護-脱保護法」に代わる無保護糖の位置選択的グリコシル化法を検討した。すなわち、糖受容体の特定の水酸基を識別するため、反応系中で糖受容体の錫アセタールを形成させたのち、one-potで糖供与体を加えグリコシル化することにより短工程でβ(1→6)-結合の二糖を得る新規方法を見出した。機能性オリゴ糖鎖の化学合成法の簡略化、効率化を目的として、従来の「保護-脱保護法」に代わる無保護糖の位置選択的グリコシル化を検討した。すなわち、糖受容体の特定の水酸基を識別するため、反応系中で糖受容体の錫アセタールを形成させた後、one-potで糖供与体を加えグリコシル化することにより、短工程でβ(1→6)-またはβ(1→3)-結合からなる二糖を得る新規グリコシル化法を見出した。以上のように、反応系にハロゲンイオンを加えるという簡便な方法で、1級水酸基が存在する条件下においても、2級水酸基を優先的にグリコシル化出来る新規な位置選択的グリコシル化法を開発することが出来た。
フライアッシュをセメント外割混合するコンクリートの養生則

1.実験室実験普通コンクリート領域の単位セメント量と高強度コンクリート領域の単位セメント量の2水準において,フライアッシュを外割大量混合したコンクリートについて40°C気中養生というコンクリートには厳しい環境下での強度発現性状に関する実験を行い,標準養生の場合と比較検討した結果,次の知見を得た。単位セメント量が大きい場合,フライアッシュの混合量を増加しすぎると圧縮強度に悪影響を及ぼすことが明らかになった。標準養生における単位セメント量が大きい時のフライアッシュ混合量は100kg/m^3程度混合したときが圧縮強度の発現には最適であり,それ以上混合しても効果は少ない。単位セメント量600kg/m^3以上の時のセメント単身のコンクリートにおいて標準養生では100N/mm^2程度の圧縮強度を発現していたものが,40°C気中養生というコンクリートにとって厳しい条件下では80N/mm^2程度の圧縮強度に低下した。フライアッシュを外割混合すると単位フライアッシュ量200kg/m^3程度までなら40°C気中養生でも標準養生と同程度の圧縮強度(本実験では110N/mm^2程度)を発現することができた。2.実機試験沖縄県の生コン工場において沖縄県で発生したフライアッシュをスラリー化して,それを外割大量混合したコンクリートから模擬柱試験体を作成し,実機実験により強度性状を確認した結果,以下の知見を得た。フライアッシュをスラリー濃度60wt%でスラリー化した混和材を外割混合したコンクリートは生コン工場の実機プラントで練り混ぜ可能であり,実大試験体も作成可能であることが確認できた。フライアッシュを外割混合した調合の簡易断熱養生供試体とコア強度,及び現場封緘養生供試体とコア強度はかなり近い値を示した.従って,簡易断熱養生と現場封緘養生の供試体から,構造体コンクリート強度をある程度推定することができる。1.実験室実験平成18年度は,セメント量を減らさずにフライアッシュを外割混合することによって混合量の増大を可能にし、かつ、強度などの品質を向上させることができる調合範囲で試験体を作成し、養生条件を変数として実験・検討を行った。その結果,以下のことが明らかになった.フライアッシュをセメント外割混合したコンクリートは,40°C気中環境下において若材齢での強度発現性に優れており,材齢91日までにおいて強度低下が認められなかった.割裂引張強度,及び曲げ強度においてもフライアッシュの混合量を増加させると40°C気中環境下でも強度が増進した.40°C環境のような厳しい条件下においてもフライアッシュをセメント外割混合すると強度の増進に効果があることが明らかになった.2.実機実験北海道・札幌、福岡、沖縄・那覇の生コンクリート工場で、季節ごとの実機実験を行い、季節および地域環境の変化・差異がフライアッシュ外割混合コンクリートの品質に及ぼす影響について検討した。その結果,3地域全てにおいてフライアッシュ無混合コンクリートより大きな圧縮強度を示した.実験を実施した3地域では同様な強度発現を示し,強度発現性状における地域間格差は認めらなかった.また,実機実験において100N/mm^2を超える高強度コンクリートが実現できることが確認できた.実大実験で1.Om角の試験体を打設し、熱電対を用いて中心から表面にかけての温度分布及びその経時変化を測定した.その結果,フライアッシュ無混合コンクリートより大きな圧縮強度を示すにもかかわらず,コンクリートの内部温度履歴は石炭灰無混合コンクリートと同様な傾向を示した.

フライアッシュを外割混合するとセメント量を増やさずに圧縮強度を増加させることができるので,同等の強度を発現するコンクリートより内部発熱を低減できることが明らかになった.1.実験室実験普通コンクリート領域の単位セメント量と高強度コンクリート領域の単位セメント量の2水準において,フライアッシュを外割大量混合したコンクリートについて40°C気中養生というコンクリートには厳しい環境下での強度発現性状に関する実験を行い,標準養生の場合と比較検討した結果,次の知見を得た。単位セメント量が大きい場合,フライアッシュの混合量を増加しすぎると圧縮強度に悪影響を及ぼすことが明らかになった。標準養生における単位セメント量が大きい時のフライアッシュ混合量は100kg/m^3程度混合したときが圧縮強度の発現には最適であり,それ以上混合しても効果は少ない。単位セメント量600kg/m^3以上の時のセメント単身のコンクリートにおいて標準養生では100N/mm^2程度の圧縮強度を発現していたものが,40°C気中養生というコンクリートにとって厳しい条件下では80N/mm^2程度の圧縮強度に低下した。フライアッシュを外割混合すると単位フライアッシュ量200kg/m^3程度までなら40°C気中養生でも標準養生と同程度の圧縮強度(本実験では110N/mm^2程度)を発現することができた。2.実機試験沖縄県の生コン工場において沖縄県で発生したフライアッシュをスラリー化して、それを外割大量混合したコンクリートから模擬柱試験体を作成し、実機実験により強度性状を確認した結果、以下の知見を得た。フライアッシュをスラリー濃度60wt%でスラリー化した混和材を外割混合したコンクリートは生コン工場の実機プラントで練り混ぜ可能であり、実大試験体も作成可能であることが確認できた。フライアッシュを外割混合した調合の簡易断熱養生供試体とコア強度、及び現場封緘養生供試体とコア強度はかなり近い値を示した.従って、簡易断熱養生と現場封緘養生の供試体から、構造体コンクリート強度をある程度推定することができる。
原子間力顕微鏡を利用したATP受容体の分子薬理学

ATP受容体チャネル(P2X受容体)構造を原子間力顕微鏡で観察した.昆虫由来Sf9細胞の発現系より精製した受容体タンパク質を,大気中で観察したところ,高さ約4ナノメートルのフラットな島状の固まり認められた.水中観察では,個々の受容体タンパク質の像が得られ,高さが約4ナノメートルであることが判明した.水中にATPを加えたところ,会合する受容体タンパク質の割合の増加が認められ,ATPにより構造が変化することが示唆された.イオン強度を高めた水溶液(150mM KClおよび10mM MgCl_2を含むトリス緩衝液)中で観察したところ,ATP存在下でタンパク質が高密度に配列した2次元結晶に似た像が得られた.このような配列ではプローブのz軸方向の動きを低下させるため,高い解像度が得られる.実際,受容体タンパク質の表面をナノメートル・オーダーで解析することができ,その結果,1)タンパク質は径10ナノメートルのユニット構造を取る,2)ユニット構造の中央には直径数ナノメートルの孔が認められる,3)1つのユニットは数個(おそらくは3つ)のサブユニットから成る,という情報が得ちれた.ATP非存在下ではこのような高密度な配列は得られず,この受容体タンパク質は非ATP結合時には比較的不均一であると推察された.また,ATP受容体の拮抗薬であるスラミンをATPと共存させた場合には,受容体タンパク質の高密度の配列が得られたが,表面を拡大観察するとユニット構造が不明瞭であった.このことから,1)スラミンは単純にATPを受容体から解離させる薬物ではないこと,2)スラミンが結合した受容体タンパク質の状態は,ATPが結合した場合と異なること,が示唆された.以上のことから,リガントとの相互作用のタンパク質レベル(ナノレベル)での解析において,原子力顕微鏡は強力なツールとして利用できることが示された.ATP受容体チャネル(P2X受容体)構造を原子間力顕微鏡で観察した.昆虫由来Sf9細胞の発現系より精製した受容体タンパク質を,大気中で観察したところ,高さ約4ナノメートルのフラットな島状の固まり認められた.水中観察では,個々の受容体タンパク質の像が得られ,高さが約4ナノメートルであることが判明した.水中にATPを加えたところ,会合する受容体タンパク質の割合の増加が認められ,ATPにより構造が変化することが示唆された.イオン強度を高めた水溶液(150mM KClおよび10mM MgCl_2を含むトリス緩衝液)中で観察したところ,ATP存在下でタンパク質が高密度に配列した2次元結晶に似た像が得られた.このような配列ではプローブのz軸方向の動きを低下させるため,高い解像度が得られる.実際,受容体タンパク質の表面をナノメートル・オーダーで解析することができ,その結果,1)タンパク質は径10ナノメートルのユニット構造を取る,2)ユニット構造の中央には直径数ナノメートルの孔が認められる,3)1つのユニットは数個(おそらくは3つ)のサブユニットから成る,という情報が得ちれた.ATP非存在下ではこのような高密度な配列は得られず,この受容体タンパク質は非ATP結合時には比較的不均一であると推察された.また,ATP受容体の拮抗薬であるスラミンをATPと共存させた場合には,受容体タンパク質の高密度の配列が得られたが,表面を拡大観察するとユニット構造が不明瞭であった.このことから,1)スラミンは単純にATPを受容体から解離させる薬物ではないこと,2)スラミンが結合した受容体タンパク質の状態は,ATPが結合した場合と異なること,が示唆された.以上のことから,リガントとの相互作用のタンパク質レベル(ナノレベル)での解析において,原子力顕微鏡は強力なツールとして利用できることが示された.原子間力顕微鏡観察のための試料とするため,ATP受容体チャネル(P2X受容体)の発現/精製方法の検討を行なった.受容体タンパク質を標識するため,cDNAをヒスチジンタグ用のプラスミドに組み込んだ.このプラスミドを大腸菌に取り込ませて大量発現を試みたが,十分な量の受容体タンパク質を得ることはできなかった.アフリカツメガエルの卵母細胞を発現系とした場合,比較的多くの量のタンパク質を得ることができたが,精製後も夾雑物が多く,試料には不適当と判断された.昆虫由来のSf9細胞を発現した場合,精製度の高い受容体タンパク質を充分に得ることができた.このタンパク質を適当な濃度に希釈し,劈開雲母上に滴下/減圧乾固した試料を原子間力顕微鏡観察したところ,径20ナノメートルほどの分散した粒子像とこれが会合したと思われる高さ4ナノメートルほどの台地状の像が得られた.粒子像はATP受容体と同程度の分子量を持つトランスフェリンの粒子像の大きさとほぼ一致しており,よって,これはATP受容体タンパク質の姿であると判断された.また,これと並行して行なった受容体タンパク質に改変を加え性質の変化を調べる研究では,ATP受容体の細胞内の2つシステイン残基のうちN末側の残基が酸化状態にあり,正常な感受性を維持していることが明らかとなった.また,細胞外の必須のジスルフィド結合の下流領域について,データバンク解析から予測されていたβシート構造を取ることが実験的に示された.昨年度確立した昆虫由来のSf9細胞の発現系よりATP受容体チャネル(P2X受容体)のタンパク質を精製し,液中において原子間力顕微鏡観察を行なった.

N末にヒスチジンタグを施したタンパク質を試料とし,基板にはマイカを用い,タッピング・モードで観察を行なった.純水中で観察した場合,個々のタンパク質が分散した像が得られた.タンパク質の高さは3ナノメートル,径は約15ナノメートルであり,これらの値は大気中での観察と一致していた.数個のタンパク質が会合した像も得られたが,この像が生体におけるP2X受容体の多量体構造,群生のいずれに符合するのか現在のところ不明である.ATPを加えた場合,タンパク質の会合が多く観察され,タンパク質の構造が変化することが示唆された.基板への結合を効果的に行なう目的でヒスチジンタグを固定するnitrilotriacetic acidが表面処理されたプラズモン共鳴センサー・チップ上でタンパク質の観察を試みたが,多数のタンパク質の結合が認められたものの,チップ表面の凹凸が大きく個々のタンパク質の構造を描出することはできなかった.現在,凹凸のない表面上にタンパク質を整列させ,解像度を上げる条件を検討中である.また,これと並行して行なった,受容体タンパク質に改変を加え性質の変化を調べる研究では,受容体のイオン・チャネル孔の部分を改変した場合に観察される脱感作について検討を行なった.脱感作の過程を解析した結果,進行は1次,回復は3次以上の速度式に従うことが明らかとなった.このことはP2X受容体が多量体構造を取ることを機能的側面から支持する結果である.昨年度に続き,ATP受容体チャネル(P2X受容体)の液中のおける構造を原子間力顕微鏡で観察した.昆虫由来SF9細胞の発現系より精製した受容体タンパク質を,150mM KClおよび10mM MgCl_2を含むトリス緩衝液中に希釈し,マイカ上で観察したところ,ATP存在下でタンパク質が高密度に配列した2次元結晶に似た像が得られた.このような配列ではプローブのz軸方向の動きを低下させるため,高い解像度が得られる.実際,受容体タンパク質の表面をナノメートル・オーダーで解析することができ,その結果,1)タンパク質は径10ナノメートルのユニット構造を取る,2)ユニット構造の中央には直径数ナノメートルの孔が認められる,3)1つのユニットは数個(おそらくは3つ)のサブユニットから成る,という情報が得られた.このような構造を直接的に観察したのはこれが初めてである.ATP非存在下ではこのような高密度な配列は得られず,この受容体タンパク質は非ATP結合時には比較的不均一であると推察された.また,ATP受容体の拮抗薬であるスラミンをATPと共存させた場合には,受容体タンパク質の高密度の配列が得られたが,表面を拡大観察するとユニット構造が不明瞭であった.このことから,1)スラミンは単純にATPを受容体から解離させる薬物ではないこと,2)スラミンガが結合した受容体タンパク質の状態は,ATPが結合した場合と異なること,が示唆された.マイカの代わりにシリコンを用い,表面をアミノシランで修飾して受容体をアミド結合させることも試みた.この方法では受容体タンパク質の高密度の配列は得られたが,シリコン基盤の凹凸のため,高い解像度でタンパク質を観察することはできなかった.以上のことから,リガントとの相互作用をタンパク質レベル(ナノレベル)での解析において,原子力顕微鏡は強力なツールとして利用できることが示された.
人材配置の歪みとマクロ生産性の関係についての教育経済学的考察

人材配置とマクロ生産性の関係を記述する理論モデルを構築し、高等教育における人材選抜機能の度合いと、中等・初等教育における学力形成システムの関係を精査することで、最適な教育システムについての考察をおこなった。その結果、高等教育における人材選抜機能について、長期的なGDPを最大にする度合いは内点解となり、その解は生産物の相対価格のゆがみの度合いに依存して変化することが確かめられた。高等教育機関の重要な機能の一つは人材選抜機能と考えられ、このような選抜機能の強化が、歪みのある経済の生産性にどのような影響を与えるかを考察することで、歪みのある経済における最適教育政策を論じる。さらにこの研究において、ミクロレベルでは実証的に観測される正の教育投資の収益が、マクロレベルでは観測されなくなるという、いわゆる教育収益率のミクロとマクロの乖離を説明する一つの可能性として、政策の歪みの果たす役割についても分析する。本研究は、政策や制度により生じる生産物や生産要素の相対価格の歪みが引き起こす人材の配置の歪みが、マクロ経済の生産性や効率性に対してどのような影響を与えるのかを理論的かつ数量的に分析することを目的とする。平成20年度は、分析の基本となる理論モデルの枠組みを提示し、それに沿ったモデルの構築を進めた。今年度は、職の異質性と人材の異質性がある経済において教育投資の問題を分析したTakii and Tanaka(2007)の理論モデルを出発点とし、それに政策・制度による最終財価格の歪みを導入したモデルを構築した。さらに、労働者の生産性が不完全にしか観測されないモデルへと拡張することにより、高等教育機関の人材選抜機能(すなわち、労働者の生産性に関するシグナルの精度を高める機能)を明示的に取り入れることで、高等教育機関における人材選抜機能と政策による最終財価格の歪みとの相互作用が、人材の配置およびマクロ経済全体の産出量に対して与える影響の分析を進めた。暫定的な結論の一つとして、政策による相対価格のゆがみが大きい場合は、高等教育機関の人材選抜昨日はむしる弱い方がマクロ生産性を高める場合があるということが得られている。平成21年度は、分析の基本となる理論モデルの精緻化を行い、数量的分析を行うためのモデルへと改良を進めた。今年度は、昨年度に引き続き、職の異質性と人材の異質性がある経済において教育投資の問題を分析したTakii and Tanaka (2007)の理論モデルをさらに精緻化するとともに、数量的分析へ向けたデータ調査および収集も合わせて行った。モデルのシミュレーションを行うために、パラメータのカリブレーションを行う必要があるが、職および人材の異質性のパラメータを求めるために必要となる企業および個人レベルのデータを収集し、今後のシミュレーション分析の基礎となるデータを作成した。また、日本における人材配置の問題を実証的にも考察するために、学歴ごとの産業選択確率の推定および産業ごとの教育の収益率の計測を行った。現在得られている暫定的な結論としては、高学歴者は金融部門、サービス部門、および公務員部門を選択する確率が高いが、高い大卒賃金プレミアムが観測されるのはサービス部門のみであることがあげられる。本研究は、規制などの産業政策や、それまでの慣行や制度の存在により生じる生産物や生産要素の相対価格の歪みが引き起こす人材の配置の歪みが、マクロ経済の生産性や効率性に対してどのような影響を与えるのかを理論的かつ数量的に分析することを目的とし、また、その実証的側面からもアプローチしてゆくものである。今年度は、昨年度に引き続き、日本における人材配置の問題を実証的に考察することをさらに進めた。この実証分析は、現在精緻化を進めている教育制度と人材配置の問題を分析した理論モデルを用いた数量的分析を進めるうえで、重要なものとなっている。昨年度に引き続き、学歴ごとの産業選択確率の推定および産業ごとの教育の収益率の計測を行った上で、そのような個人レベルでの産業選択の決定要因や、各産業における大学卒プレミアムの決定要因について分析を行った。その結果、高学歴者は金融部門およびサービス部門を選択する確率が高いが、高い大卒賃金プレミアムが観測されるのは主にサービス部門であると同時に、大卒者が選択する確率の比較的低い製造業においても大卒賃金プレミアムが観測されることが分かった。また、学校教育の選択をも考慮に入れた動学的最適就業選択モデルの構造パラメータの推定にも着手し、個票パネルデータを用いた構造推定にも着手し、職業形態選択についてのミクロ実証的観点からの補完も行った。また、シミュレーションに用いる予定であるマクロ理論モデルにおいては、いくつかの仮定に関する頑健性の確認を行った。本研究の目的は、産業保護や利益団体の政治的圧力の表現としての規制といった産業政策や、それまでの慣行や制度の存在により生じる生産物や生産要素の相対価格の歪みが引き起こす人材の配置の歪みが、マクロ経済全体の生産性や効率性に対してどのような影響を与えるのかを理論的かつ数量的に分析することである。本研究課題の最終年度に当たる平成23年度は、前年度までに蓄積してきた理論および実証的知見を統合することにより、本研究課題の総括を行った。

具体的には、まず人材配置とマクロ生産性の関係を記述する理論モデルのパラメータを、ミクロデータから得られた実証的事実を用いながら設定した。その上で、高等教育における人材選抜機能の度合いと、中等・初等教育における学力形成システムの関係を考察し、それぞれの段階における最適な教育システムについて考察をおこなった。その結果、高等教育における人材選抜機能の度合に関しては、長期的なGDPを最大にする人材選抜機能が内点解として存在し、その解は生産物の相対価格のゆがみの度合いに依存して変化することが数量的に確かめられた。
成体マウスにおける胚子ヘモグロビン再発現機構の解析

哺乳類の発生過程においては由来の異なる2つの造血系が存在し、それぞれ異なるヘモグロビンを発現することが知られている。しかしながら、成体ではこれら2つの造血系が同時に存在することはない。我々は、成体マウスにおいて重症貧血を誘導することで、胚子ヘモグロビンを再発現する実験系を確立し、肝臓において胚子ヘモグロビンと赤芽球系マーカーを同時に発現している細胞を確認した。また末梢血において胚子タイプと成体タイプのヘモグロビンが同時に存在していることが確認できた。さらに、これらのヘモグロビン発現制御因子の発現も確認した。これらの結果は、ヘモグロビン発現機構解析のための新たな情報を提供するものである。昨年度は順調に研究が進められ、凡そ期待したとおりの結果が得られている。今回、実験の再現性を確認するために、実験動物の数を増やし、最適な投薬量や採材日を確定した。その結果、我々の用いた重症貧血マウスモデルでは、非常に高い確率で胚子期ヘモグロビンの発現を確認できた。昨年度の実験計画通り、胚子ヘモグロビンを発現している細胞について、特異的プローブを用いたin situ hybridization法により、組織切片上でその存在を確認することに成功した。その結果、肝臓内では赤芽球系マーカーであるTER119を発現している細胞が胚子ヘモグロビンも発現して、コロニーを形成している状態が確認された。また、免疫電顕により、これらの細胞を確認している。末梢血に存在しているヘモグロビン発現タイプについての解析では、成体ヘモグロビンとは異なるグロビンタンパクについて確認している。また、特異抗体の作製が困難であったので、フローサイトメトリーを用いて解析を行い、形態学特徴について確認できている。胚子ヘモグロビンの発現機構に関する解析では、関連すると思われる転写制御因子の発現亢進や、プロモーター領域への結合などを確認した。これらの結果をまとめて、第41回日本免疫学会学術集会及び第118回日本解剖学会全国学術集会において発表している。さらに本研究において、マウスの腹腔内に血リンパ節様構造が形成誘導された。この構造については、マウスでは全く報告がなく、詳細な解析については本年度の研究計画に盛り込んでいる。現在までに確認できている内容及び今年度の解析結果について学術集会等での報告を考えている。若干の課題は残っているが有意義な結果が得られており、これらの内容はヘモグロビン変遷機構の解析の基礎データとしても非常に重要であると考える。一昨年度に引き続き、昨年度も順調に研究が進められ、予想していたデータ以外にも多くの結果を得ることが出来た。現在は、それらの結果をもとに専門学術誌への論文投稿準備中である。今回は形態学的なデータに加え、フローサイトメトリーを用いた解析により、定量的なデータを得ることが出来た。コントロール群と比較して、NBP及びPHZを投与した重症貧血マウスの末梢血中には、赤芽球系細胞マーカーであるTER119及びより未分化な赤芽球系マーカーであるCD71共陽性の細胞が確認できた。これらの特徴は胚子期の一次造血における赤血球と共通しており、このような細胞集団が肝臓や骨髄でも有意に増加していた。これらの細胞集団は、通常の赤芽球より大型であることもフローサイトメトリーの結果から確認できており、形態学的解析で得られた胚子ヘモグロビン発現細胞である可能性が高いと考えている。また、低酸素ストレス時に発現するHIFなどの転写因子の発現についても確認することができ、これらの関与が示唆された。さらに昨年度発見した、新規造血器官である血リンパ節様構造についても同時に解析を進めており、この構造内においても胚子ヘモグロビンを発現する細胞集団が確認できている。これらの結果については第29回医学生物学電子顕微鏡技術学会等で報告している。しかしながら、in vtitroにおける低酸素ストレス培養やsiRNAを用いた二次造血関連因子の抑制条件下において、胚子ヘモグロビン発現は確認できておらず、培養条件の設定などが今後の課題である。一昨年度の結果と総合してもヘモグロビン発現機構における基礎データとして有用であり、今後は今回不十分なデータを補完しつつ学術誌への投稿や学会での発表を検討している。昨年度は予定していた課題を概ね達成できたと考えている。昨年度の計画のうち、1「胚子ヘモグロビン発現細胞の形態学的解析」については、十分な結果が得られている。2「末梢血ヘモグロビンタイプの解析」についても二次元電気泳動法による結果から、この内容を証明するデータが得られている。3「胚子ヘモグロビンに対するタンパクレベルの解析」は、このタンパクに対する特異的な抗体の作製が非常に困難であるために達成できていないが、他の方法により本研究に必要な結果が得られている。

4「ヘモグロビン発現機構の解析」についても、関連すると思われる因子の発現や活性化についてデータが得られている。以上の状況からも本研究の昨年度中に期待していた結果は十分に得られており、順調に進展しているといえる。今回得られたデータは学術誌への投稿するのに十分な結果であると思われる。また期待とは異なる結果も一部で得たが、これらについても考察が十分可能であり、今年度の実験に追加実験等を含めている。継続的な実験により、本研究の意義と達成度が高まるものと考える。25年度が最終年度であるため、記入しない。昨年度は順調に研究が進み、十分なデータが得られた。本年度は得られたデータをまとめて専門学術誌に投稿し、研究成果を公開していく必要があると考える。学術誌への投稿は現在準備中であるが、投稿後の査読において指摘をされた内容を補完する追加実験が必要になる場合もあると考える。昨年度中に凡その結果を得たヘモグロビン発現機構であるが、発現機構については複数の因子が関係している可能性が高く、完全に解析するまでには至らなかったと考える。また、正常な発生過程においても十分に分かっていない点も多い。したがって、本年度は発現機構の解析について、もう少し新たな視点から実験を進めるとともに、正常個体発生等についても解析を進めることで、新たな角度から本研究を確認することも考えている。また、昨年度の研究中に偶然的に形成された血リンパ節様構造の詳細な解析について、形態学的、分子生物学的手法を用い、機能、由来や形成誘導因子などについて明らかにしたいと考えている。これらの解析結果については、学術集会等で発表、討論し、考察を深めた上で、最終的には学術誌への投稿まで進められるようにしたいと考えている。
不登校・ひきこもりの子を抱える「支援困難な親」のためのセルフチェックリストの研究

研究者がこれまで、不登校やひきこもりの子を抱える親への支援(個別相談対応や家族会でのグループミーティングの進行、オープンカウンセリングなど)や調査を通じて得た情報から、不登校やひきこもりの子を抱える「支援困難な親」の中には、1)問題が長期化し、問題の解決に対して無気力となっている親。2)子どもに対して過度のコントロールをしようとする親。3)恥ずかしさから家族会などに参加することを躊躇したり、外部の支援に繋がることを避けようとする親。4)親自身は何もしようとせず、カウンセラーやソーシャルワーカー、保健師などの外部の専門家に対して、過度に依存する親がいる。ことがわかってきた。前年度(2017年度)までの調査研究によって、上記のような「支援困難な親」が、彼らの問題解決のために避けるべきポイント(要因)について、それぞれ1)「無気力(Apathy)になることを避ける」、2)「コントロール(Control)することを避ける」、3)「孤立(Isolation)することを避ける」、4)「専門家に過度に依存(Dependence)することを避ける」とそれぞれ名称をつけ、4つのポイントの頭文字から問題を解決するために「親が避けるべきACID(酸味)」とした。今年度(2018年度)は、4つのポイントに基づいて作成したチェックリスト(4要因に各5つの質問項目、合計20項目によるチェックリスト)を不登校やひきこもりの問題を抱える親にセルフチェックしてもらい、チェックリストに対する疑問や意見を集約し、チェックリストの質問項目の改訂を行った。不登校やひきこもりの子を抱えた親のグループミーティング(以下GM)の調査からは、GMに参加した親たちの不安感が軽減し、家族内の人間関係に変化が生まれ、場合によってはひきこもりが回復していくケースも見られた。しかしながら、GMなどの支援に参加することを躊躇する親、自分で何もしようとしない他者依存が強い親など「支援困難な親」たちがいることもわかってきた。この研究の目的は、こういった「支援困難な親」たちが、自己の心理的特徴や状況を自分で判別し、自らの行動修正を促すためのチェックリストを開発することにある。支援を求める親が主体的に適切な支援の場に繋がるようになれば、今ある支援資源をより一層有効活用できる事が期待できるものと考える。本年度(28年度)の計画では、そのような親たちの特徴について分析し、アンケート調査に必要な項目を検討することである。本年度は、GMには通ったことがないが、1,「講演会などの学習会に参加する親」2,「個別相談会などのカウンセリングに参加する親」の大きくふたつのグループの親について個別に話を聴取し、彼らが抱える問題や心理的特徴について分析を行った。上記の聴取と分析の中からは、第一に「自分の子どもが発達の問題を抱えているのではないか」と考えながらも、その発達の問題に即して適切な対応を行う事を躊躇あるいは「発達の問題を認めたくない」親がいることが象徴的であった。また第二に「外部の支援は求めずに、何とかやってきた」ようなケースでは、子どもの暴力に怯えながらひきこもり当事者と母だけが10年以上にわたり別居生活を送り、父は経済的支援だけをしてきた家族もいたが、父の定年退職と共に経済的問題に直面し、その結果外部支援(相談会への来訪)を求めてきた家族もあった。今後、これらの聴取からアンケート調査に必要な項目検討を行っていくものである。当初の研究計画では、本年度(28年度)は、郵送法によるアンケート調査実施のための情報収集とアンケート用紙の作成のために必要な項目の抽出であった。当初の研究計画通り、不登校やひきこもりの家族支援団体における4回の講演とオープンカウンセリング、また5回の個別相談会を通じて、親のグループミーティングなどの支援に参加することを躊躇する親、外部に支援を求めず何でも自分でしようとする、いわゆる「支援困難な親」の状況について聴取を行うことで情報収集を行う事ができたが、アンケート用紙の作成に必要な具体的な質問項目の抽出については現在進行中であり、当初の研究計画からはやや遅れている。不登校やひきこもりの子を抱えた親のグループミーティング(以下GM)の調査からは、GMなどの支援に参加することを躊躇する親、自分で何もしようとしない他者依存が強い親など「支援困難な親」たちがいることがわかってきた。この研究の目的は、こういった「支援困難な親」たちが、自己の心理的特徴や状況を判別し、自らの行動修正を促すためのチェックリストを開発することにある。本年度(29年度)の計画では、親たちが子どもの不登校やひきこもりといった問題行動そのものを変えようとするのではなく、親たち自身が変えるべき行動変容(共依存性など:親が子をコントロールしようとしすぎない等)のポイントを抽出することであった。研究者は、臨床実践から収集した情報に基づいて、「支援困難な親」たちが問題を解決するために、親がまずすべきポイントを次の4つに絞り込んだ。1「無気力(Apathy)になることを避ける」家族(子)の問題に対して無気力になることをさける。2「コントロール(Control)しようとすることを避ける」子どもといえども親が無理に子どもをコントロール(働かせる、学校に行かせる等)しようとしない。3「孤立(Isolation)することを避ける」自分の家族(子)の問題を恥と思い込んで隠そうとしない。4「専門家に過度に依存(Dependence)することを避ける」保健師やソーシャルワーカーに訪問支援してくれればそれだけでいいと安心しない等。

これら4つの頭文字から、不登校やひきこもりを抱えた「支援困難な親」たちがまず実践すべきポイントを「親が避けるべきACID(酸味)」とした。この親が避けるべきACIDは、すでに相談対応で支援困難な親に伝え、その実践をするように試みている。また4つのポイントに基づいて作成したチェックリストも、学習会の場などでセルフチェックしてもらい、質問や意見などの情報を収集している。当初の研究計画では、上記のような「支援困難な親」の特徴を郵送法によるアンケート調査によって収集予定であったが、今年度は1福岡県の保健所が主催するひきこもり相談会での相談対応(20ケース)、2親の会での学習会やオープンカウンセリング(30ケース)、3個別相談対応(20ケース)によって、「支援困難な親」の情報(状況)は、臨床実践から十分に情報収集が行えたことから、これらの情報を分析し、上記のように4つのファクターを抽出することができた。また、この4つのファクターに基づいたチェックリスト項目についても作成し、実際に親の学習会やオープンカウンセリングで、当事者の親たちにチェックリストを利用してもらっている。そのため、当初の研究計画については、得られる結果についてはおおむね計画通りに進捗している。研究者がこれまで、不登校やひきこもりの子を抱える親への支援(個別相談対応や家族会でのグループミーティングの進行、オープンカウンセリングなど)や調査を通じて得た情報から、不登校やひきこもりの子を抱える「支援困難な親」の中には、1)問題が長期化し、問題の解決に対して無気力となっている親。2)子どもに対して過度のコントロールをしようとする親。3)恥ずかしさから家族会などに参加することを躊躇したり、外部の支援に繋がることを避けようとする親。4)親自身は何もしようとせず、カウンセラーやソーシャルワーカー、保健師などの外部の専門家に対して、過度に依存する親がいる。ことがわかってきた。前年度(2017年度)までの調査研究によって、上記のような「支援困難な親」が、彼らの問題解決のために避けるべきポイント(要因)について、それぞれ1)「無気力(Apathy)になることを避ける」、2)「コントロール(Control)することを避ける」、3)「孤立(Isolation)することを避ける」、4)「専門家に過度に依存(Dependence)することを避ける」とそれぞれ名称をつけ、4つのポイントの頭文字から問題を解決するために「親が避けるべきACID(酸味)」とした。今年度(2018年度)は、4つのポイントに基づいて作成したチェックリスト(4要因に各5つの質問項目、合計20項目によるチェックリスト)を不登校やひきこもりの問題を抱える親にセルフチェックしてもらい、チェックリストに対する疑問や意見を集約し、チェックリストの質問項目の改訂を行った。本年度(平成28年度)の研究では、不登校やひきこもりの家族支援団体における4回の講演とオープンカウンセリング、また5回の個別相談会を通じて、親のグループミーティングなどの支援に参加することを躊躇する親、外部に支援を求めず何でも自分でしようとする、いわゆる「支援困難な親」の状況について聴取を行うことができた。当初の研究計画段階では、「支援困難な親」を横軸と縦軸の2つの軸で捉えようと考えていた。横軸は、状況に対して無気力か支配的かを示す軸である。
食品フレーバー分析におけるGC-MSデータベースの構築

1.フレーバー成分の收集:各分担研究者の専門分野毎に特徴ある化合物の標品または天然物から分離された化学構造既知の純品約300種を得た。アミノ・カルボニル反応,脂質酸化物,特定食品の加熱香気成分など香気形成反応生成物中、構造確定した成分は直接データ化した。2.各成分の分析データ測定:日本電子J【T_2】OL300GC-MSシステムより、二種のカラムによるGC保持時間を一定條件(昇温)で測定し、得られたマススペクトルと共にディスク又はテープに保存し一次データとした。3.同定指標としてのコバッツ・インデックス(KI)の作製:この保持時間よりKIを計算するプログラムを作製した。研究室における利用性からN88-BASIC言語によるデータベースを作り、各測定データ、測定者間の比較を行った結果、1.50.4%の誤差範囲内でKIの一致が認められた。データベースのプログラムとしてKIの計算、文献値入力,KIの編集,KI値よりの未知化合物の検索の4つの機能を有している。4.パソコンによるデータベース化:收集された2700の化合物につき、分子式,分子量,CAS登録No.を入力し、NEC,P-C-9800上で対話型入力システムを作製した。これにより各化合物のアルファベット順,分子量順,KI値順などさまざまなリレーショナル操作がパソコンのみで可能となり検索に有効なデータベースが構築された。5.GC-MSライブラリーサーチシステムへのデータベースの組み入れ:従来の日本電子JMA-DA5000システムを拡張し、上記のさまざまなデータを検索情報として有するデータベースを構築した。これによりより有効・確実なサーチシステムが利用出来る。
雑草管理のための全土質型完全反転プラウの試作

今年度は昨年度の実績に基づき、当初予定していたよりも研究計画を前倒しにして、発土板にて土壌を投てきして反転させる様式を引き継ぎつつ、できるだけ土壌の横移動がない反転、すなわちその場反転が可能かどうかを検討した。設計にあたっては土壌れきは進行方向には分断されるが断面は崩れずにほぼ剛体と仮定し、投てき後の着地点を境界条件に組み込んで、発土板形状を決定した。また発土板と対面する位置にディスクコールタを配することで、れきの横移動と摩擦抵抗を押さえつつもれき断面に回転運動を与えることができる構造とした。これによりプラウに作用する側方力をできるだけ打ち消してより安定して走行できるようにし、地側板の摩擦によるけん引抵抗の軽減もねらった。昨年度と同様に、既存の発土板プラウのフレームに刃板・耕深調節輪・地側板・ディスクコールタのみを残して設計した発土板ともう一枚のディスクコールタを取り付け、試作機とした。反転の結果としては、(1)刃板の寸法の都合上、発土板の幅を15%程度削ったので、その部分に残耕ができた。(2)供試した畑が砂壌土であったので、断面が崩れてやや横移動が見られた。(3)上記の場合、後ろにもう一枚ディスクを配することで、安定したその場反転を実現した。(4)草根が絡んで断面が保持される場合は安定したその場反転ができるが、すでに完全に破砕された耕地のその場反転は不可能である。また各部品のけん引抵抗と側方力についてセンサを試作して測定したところ、(1)側方力の総和はほとんど零となり、むしろ発土板と逆方向に作用する傾向にある。(2)各部品のけん引抵抗は速度とともに漸増する。等の結果を得たが、速度と反転度の違い・土質差による検討等を引き続き行っている。土壌を質点の集合とみなし、発土板にて投てきされる着地点を境界条件に組み込んで、完全反転プラウの発土板を設計した。これを市販のプラウフレームに装着して開発機とし、既存のトラクターを用いて砂質ロームの圃場にて種々の条件で実験を行った。以下に実験の方法を示す。1.土壌のかさ密度と合せたアルミ製の中空棒(φ10×20mm)^8個をトレーサーとし、土壌断面にあらかじめ埋め込んで、耕うん前後の座標を測量した。同時に、耕うん前後の断面を計測するために、直動変位計とレーザ距離計を組み合わせた装置を製作した。これらを用いて土壌の移動を計測した。2.発土板抵抗に関しては直接の目的とはやや離れるため、今年度は計測を見合わせた。3.土壌の移動を表示するソフトウェア開発を一部行った。その結果、次のような知見を得た。1.同じ耕幅で作業をする場合(1)耕深が小さいほど完全反転に近い結果が得られる。比にして1/3程度が望ましい。(2)耕深が大きいと、断面が容易に崩れて設計時に仮定した土の投てき状況と異るため、完全反転ができない部分が増える。また設計理論上も完全反転不可能な部分が増える。(3)土壌の粘着性に多少の違いがあっても、耕うん時に土壌が破砕されてしまうならば、上記(1)(2)の結果に変わりはない。2.反転する側に既耕の土壌が残っていても完全な空間でも、反転性に大きな差異は見られなかった。3.投てきモデルにて発土板を設計したため、設計速度の80%以下になると全く反転を達成できなかった。