hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
X線自由電子レーザーを用いた光化学系IIの反応中間体の構造解析

光化学系IIは光駆動の水分子の分解反応とそれに伴う分子状酸素の発生を行う,分子量70万にもおよぶ巨大な膜タンパク質複合体である。光化学系IIによる水分解・酸素発生反応はマンガンクラスターによってKok-cycleと呼ばれる5つの酸化状態を経て触媒されるが,これまでに構造解析されたのは反応の開始状態およびS3中間体状態のみであり、反応機構について不明な点がある。このマンガンクラスターはX線によって損傷を受けやすく,構造解析には自由電子X線レーザーが必要である。H30年度はPSII反応中間体構造解析の残された反応中間体のひとつであるS2状態を固定ターゲット法を用いて構造決定した。固定ターゲット法は結晶試料をフォルダーに固定して構造解析する方法であり,PSIIの反応中間体を調製したのちにコールドトラップすることで,これまでにわれわれが用いてきたシリアルフェムト秒結晶構造解析法(SFX法)に比べて回折実験に必要な試料の量を1/10程度に減らすとともに,バックグラウンドの減少により分解能を大幅に上昇させることができた。またS3反応中間体状態についても,これまでの分解能を上回る解像度で解析できたのでマンガンクラスター中の基質となる酸素分子の化学的状態を明らかにし、基質となる水分子の輸送に必要な水チャネルの構造変化を捉えることができた。これらの構造解析の結果は原著論文にまとめて投稿中である。また,昨年度より進めてきた閃光照射後の遅延時間をおいた経時的な構造変化を調べることは結晶の回折分解能が悪く,まだ十分な解析ができていない。引き続き条件を検討して詳細な構造解析を完結させたいと考えている平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。光化学系IIは光駆動の水分子の酸化と酸素分子の発生を担う、分子量70万の巨大な膜タンパク質複合体である。この水分解・酸素発生の反応機構における原子基盤を明らかにすることは、生物の基本現象を明らかにするのみでなく、エネルギー問題や環境問題を解決する可能性がある、人工光合成研究にも大きく貢献することが期待される。光化学系IIの水分解の反応は5つの反応中間体状態を経ることが分かっているがこれまでに高い原子分解能で結晶構造解析されているのは反応の開始状態に相当するS1状態のみである。そこで本研究では反応中間体のひとつであるS3状態を結晶構造解析し、反応機構の原子基盤を明らかにすることを目的としている。初年度はX線自由電子レーザー施設SACLAを用いて、サイズが100um程度の非凍結の小さな結晶へ室温にて閃光を二発照射してS3状態へと励起させた回折データを収集した。サンプル調製の再現性が難しく、予定よりも実験の進展が遅れたので繰り越し申請を行う必要があったが、その後再度実験を行い、100万枚を超える回折イメージを測定した。これらのデータからX線が照射された回折イメージを選択し、モンテカルロ法を用いて2.35 Aで構造解析可能な回折データおよび電子密度を得ることができた。同型差フーリエマップを分析したところ、酸素発生する触媒部分に新たな水分子に相当する電子密度の挿入が確認された。この水分子は酸素発生触媒の基質候補とされていた酸素原子とおおよそ2.0 Aの距離にあり、分子状酸素を発生させるのに適していると考えられた。これにより酸素が発生する直前の構造を明らかにし、この新たな水分子が基質となる反応機構を提唱した。結晶の品質、回折データの処理方法、構造解析方法の条件の検討と改善が当初の計画以上に進んだ。その結果、高い分解能の回折データが得られ、精度よい原子モデルを得ることができた。そのため、水分解反応機構における基質分子に相当する水分子を明らかにし、論文発表できた。これにより反応機構の大方の枠組みが確定したといえる。そこで本研究の初年度では反応中間体のひとつであるS3状態を結晶構造解析し、反応機構の原子基盤を明らかにして論文発表した。次年度では引き続き、X線自由電子レーザー施設SACLAを用いて、サイズが100um程度の非凍結の小さな結晶へ室温にて閃光を二発照射してS3状態へと励起させた回折データを収集した。また閃光照射後に遅延時間をおいてS3状態への構造変化を経時的に調べた。1000Lを超える培養量から光化学系IIの標品を得ることができるようになったのでこのサンプルを用いて遅延時間の異なる状態に関する回折データを収集していった。すでに論文発表した構造解析に比べ、結晶の回折分解能が悪く詳細な構造変化を追うことはできなかったが、基質が挿入されるタイミングなどがわかってきた。最終年度では回折データの量を増やして詳細な構造解析を行い、論文発表することを予定している。さらに固定ターゲット法によるS2およびS3反応中間体に相当するデータの取得に成功したのでこちらも構造解析を進めている。

また光化学系IIのプロトタイプに相当するLH1-RCについて構造解析を行い、論文発表した。当初の目標としていたS3状態の構造解析を達成し、閃光照射後の遅延時間による構造解析結果の比較が可能な実験体制が確立できた。光化学系IIは光駆動の水分子の分解反応とそれに伴う分子状酸素の発生を行う,分子量70万にもおよぶ巨大な膜タンパク質複合体である。光化学系IIによる水分解・酸素発生反応はマンガンクラスターによってKok-cycleと呼ばれる5つの酸化状態を経て触媒されるが,これまでに構造解析されたのは反応の開始状態およびS3中間体状態のみであり、反応機構について不明な点がある。このマンガンクラスターはX線によって損傷を受けやすく,構造解析には自由電子X線レーザーが必要である。H30年度はPSII反応中間体構造解析の残された反応中間体のひとつであるS2状態を固定ターゲット法を用いて構造決定した。固定ターゲット法は結晶試料をフォルダーに固定して構造解析する方法であり,PSIIの反応中間体を調製したのちにコールドトラップすることで,これまでにわれわれが用いてきたシリアルフェムト秒結晶構造解析法(SFX法)に比べて回折実験に必要な試料の量を1/10程度に減らすとともに,バックグラウンドの減少により分解能を大幅に上昇させることができた。またS3反応中間体状態についても,これまでの分解能を上回る解像度で解析できたのでマンガンクラスター中の基質となる酸素分子の化学的状態を明らかにし、基質となる水分子の輸送に必要な水チャネルの構造変化を捉えることができた。これらの構造解析の結果は原著論文にまとめて投稿中である。また,昨年度より進めてきた閃光照射後の遅延時間をおいた経時的な構造変化を調べることは結晶の回折分解能が悪く,まだ十分な解析ができていない。引き続き条件を検討して詳細な構造解析を完結させたいと考えているより詳細な議論を行えるように今後は原子モデルの分解能を改善していく共に別の反応中間体の構造解析を進めていく予定である。次年度より閃光照射後に遅延時間をおいてS3状態への構造変化を経時的に調べることを進めている。すでに論文発表した構造解析に比べて、結晶の回折分解能が悪いため詳細な構造変化は追跡できていないが、基質水分子が挿入されるタイミングなどがわかってきた。最終年度では回折データの量を増やして詳細な構造解析を行い、論文発表することを予定している。また固定ターゲット法による構造解析も引き続き進める。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
1H MRSI脳内酸化ストレス画像法による神経疾患の診断と予防法の確立

酸化ストレスが脳の加齢変化(エイジング)や認知症、多発性硬化症、パーキンソン病、統合失調症、躁鬱病、外傷性脳症などの多くの神経疾患の原因となっていることが明らかになっている。一方、抗酸化物質であるグルタチオンやビタミンCを非侵襲的に測定できる手法として1HMRSが注目されており、すでに脳内グルタチオン濃度が多くの神経疾患で低下していることが報告されてきている。本研究では臨床用MRI装置を用いて抗酸化物質の脳内分布画像測定法(Magnetic resonance spectroscopic imaging:MRSI)を開発することを目的とする。酸化ストレスは多くの神経疾患の原因となっていることが明らかになっている。グルタチオンは生体の主要な抗酸化物質の1つで、活性酸素類の除去に働くほか、脳内ではNMDA受容体を介した神経伝達へ関与すると考えられている。脳内グルタチオンは1μmol/g程度の微量であるうえにcreatine (Cr)やγ-amino butyric acid (GABA)の信号と重なっており測定が困難であり測定時間も長くなる。今年度は脳内分布画像取得のためのスペクトル分離とフィッティングの改良に注力した。測定には臨床用3.0T MRI装置(SIEMENS Trio)を用い、7cm single channel surface coil(7cm_SC)および32ch matrix head coil(32ch)のコイルを使用した。ファントムを用いてパルスシーケンスの最適化を行い、健常被験者の脳1H MRSにて3ppm付近にスペクトルが観察され、生体内でのグルタチオン分離に成功した。ファントムを用いた調整を中心に研究を遂行する必要が生じたため、正常ボランティアを対象とした研究に遅れが発生した。グルタチオン(GSH)の検出に引き続き、抗酸化物質であるアスコルビン酸(ビタミンC)を1H-MRSを用いて観測するための基礎的検討を行った。検出には臨床用3テスラMRI装置(SIEMENS, Trio)を用い、γ-アミノ酪酸(GABA)の計測で利用しているシーケンスを応用した。当該シーケンスは選択的に原子核スピンを反転させ化学結合している原子核の磁化を反転させる技術である。アスコルビン酸は3.73ppm, 4.01ppm, 4.50ppmの1H-MRスペクトルを有するため、反転パルスは4.01ppmのスピンに適用し3.73ppmのピークの検出を目指した。しかしながら、ヒト脳においてアスコルビン酸の明確な分離は実現できなかった。アスコルビン酸を含むファントム測定では、アスコルビン酸のピーク位置に一致する特徴的なピークが確認できている。生体脳における3.7ppm付近はGlx(グルタミン酸・グルタミン)などに関係する複数のピークが重なる領域であり、アスコルビン酸の定量評価には更なるシーケンスの追い込みが必要である。加えて、7テスラのMRI装置を用いたGSH測定を実施した。3テスラのGSH測の場合、反転させる磁化のケミカルシフトは水のケミカルシフトとの差が23Hzであり、7テスラでは57Hzである。3テスラでは分離が難しいために水信号の消去が事実上困難であったが、7テスラを利用することでわずかではあるが水の消去が可能となった。また、7テスラでアスコルビン酸が検出できることを確認した。生体脳での検討は例数が不足しているが、シーケンスおよび解析環境のブラッシュアップを行い、生体での検討の追加によって課題の目的を完遂することができる。これまでGSHの選択測定のためのエディティング法を改良してきたが、7Tの利用が可能になり、高い信号雑音比でデータが得られた。高い信号雑音比は化学シフト画像法の適用に欠くことができない。高磁場ではピークの化学シフトごとの領域選択の空間的なずれが問題となり、化学シフト画像法はこれを解決する方法である。現在進められている圧縮センシング法を適応できればMRI装置で実現できる唯一の優れた代謝物計測法となる。化学シフト画像法で良好なデータを得るために欠くことのできない空間的な磁場の均一性調整については、3D位相画像による観測で低次の磁場の不均一断面を確認し、頭頂葉から後頭葉にかけた断面を選択してシム調整を行うことで、良好な化学シフト画像を得ることができた。さらに、高次のシム調整を行うことで断面内で良好なスペクトルの計測が可能となった。選択領域のプロファイルをシャープするためにアディアバティックパルスを用いたsemi-laserを用いた場合においても、1.3ppm離れたコリンとN-アセチルアスパラギン酸の信号は6-10mm程度の空間的ずれがあることがわかった。今後、各ボクセルごとのスペクトルをLCModelにて解析し、各ボクセルに含まれるGSH濃度を算出することで、GSHの脳内マップを得ることができると期待された。スペクトルデータの解析に用いるソフトウエアの開発を行い、フィッティング精度の向上を目指す。

また、正常被験者を対象として1H MRSによる脳内GSHおよびAscの測定を行う。若年者から高齢者までの正常ボランティアの測定を行い、年齢変化の検出が可能かどうかを検討する。加えて精度チェックが可能な生体脳の組成に類似したファントムを作成する。被験者を対象とした脳内GSHおよびAscの定量評価を可能とするため、ファントムを用いてシーケンスの追い込みを実施し、一般臨床で使用されている3TのMRI装置での実用化を目指す。特に脳内代謝物量の変化について検討する。脳外科ファントムを用いた予備実験を中心に実施したたため謝金を必要としなかった。また、業務と重複したことにより国際学会への参加を取りやめたことから、次年度使用額が生じた。謝金を必要とするボランティア実験に至らなかったため、謝金を必要としなかったため、次年度使用額が生じた。被験者およびデータ処理に対する謝金として使用する。また、生体脳の組成と類似した脳ファントムの作成のため、薬品および封入材料の調達に充てる。被験者謝金およびデータ処理依頼に対する謝金として使用する。また、ファントム作成のための薬品購入および封入材料の調達に充てる。
不安定な足場条件での作業負担の評価

不安定な足場条件での作業負担の客観的評価とそれに基づく作業改善の指標を得ることを目的に研究を行い、以下の結果を得た。1.滑りやすい床面での歩行では、必要摩擦係数が低くなるような歩行姿勢になっていたが、それでも下肢の筋は共収縮を起こして全体的に筋活動が高まっていた。下肢負担の主観的評価では、滑りやすい床の歩行では、大腿部より下腿部に負担を感じていることがわかった。また、安全靴のような滑り止め効果のある靴での歩行時は筋電図が低く、筋負担の軽減に有効なことがわかった。2.滑りやすい床条件での荷物運搬においては、荷物が大きく重い条件で筋活動が高まる傾向が認められた。荷物運搬作業においても、床条件に応じた作業姿勢で作業が行われることが分かった。足圧分布測定では、すべりやすい床ではつま先にかかる荷重割合が増え、踵の荷重割合が減少していた。主観的な負担感に関しては、保持する荷物の大きさや重さに大きく影響するのは上半身の負担感で、下肢の負担感は床の状態に影響される傾向がみられた。3.床面が傾斜している場合の影響について検討するため、前後左右に傾いた床面で静止立位と足踏み作業を行った。その結果、傾斜角度が上がるほど、静止立位時、足踏み時いずれも筋電図が高くなること、左右横向きは上り方向や下り方向より筋電位が高くなる傾向があることなどが確認できた。エネルギー消費量も筋電位同様、傾斜角度が上がるとエネルギー消費量も増えており、その傾向は筋電図より強かった。主観的評価は筋電図と異なり、上り方向においては負担感が高く、左右方向静止立位時は上下方向より負担感が小さかった。4.上記2つの実験データより、筋活動およびエネルギー消費量から不安定な足場条件での負担度の推定式を作成した。本年度はいくつかの不安定な足場条件での下肢や腰部など身体局所への負担評価をするため、いくつかの足場条件でのモデル実験とその評価ができるバイオメカニカルの構築を行った。主な結果は以下の通りである。1)滑りやすさの影響については、通常の革靴と安全靴で平地の床と油を塗って滑りやすくした床を歩行させて比較した。それによると、足底圧の分布が滑りやすいと通常よりも足先に移動して均等化していたが、必要摩擦係数RCOFはそれでも低下していることがわかった。2)前後に傾いた床の影響については、床面が前後に約15度傾いた床面に立たせる実験を行った。それによると、床面が15度程度傾いた時の足底圧分布は平坦時と比べ、床面が前方に下がるように傾いているときは足先側に、前方が上がるように傾くときは踵側に分布が変わっていた。これには、床の傾きに応じて足底面に投影される重心位置が移動するためと考えられた。前が上がる場合に足関節が背屈して屈曲受動抵抗が上昇することの影響については、30度を超える床面傾斜で影響がでると考えられた。3)左右に傾いた床の影響については、床面が左右に約15度傾いた床面に立たせる実験を行った。それによると、左右に傾いた場合に、下側の方になる足への加重が大きくなっていた。これは下側になるほうの足は屈曲しないために大きな加重に耐えられ、かつ上側になる足は関節が屈曲するため姿勢調整はやりやすいが加重が大きいと筋負担が増大するためと推察された。4)以上のような負担評価をするため、床面の傾きと関節屈曲の受動抵抗を考慮したバイオメカニカルモデルの構築を行った。

本年度は、不安定な足場条件での実験として、斜面での立位作業時のエネルギー消費量測定も併用した負担評価と、滑りやすい床条件での荷物運搬作業による負担評価を行った。主な結果は以下の通りである。1)斜面での立位作業時の全身負担前後左右に傾いた床面で静止立位と足踏み作業を行い、その際の下肢の筋電図、エネルギー消費量、主観的負担感をしらべた。筋電図については、傾斜角度が上がれば、静止立位時、足踏み時ともに筋電位が高くなること、左右横向きは上り方向や下り方向より筋電位が高くなる傾向があることなどが確認できた。エネルギー消費量も筋電位同様、傾斜角度が上がるとエネルギー消費量も増えていたが、10度、20度上り方向は筋電位で見ると値はあまり高くはなかったもののエネルギー消費量では値が高かった。ただし下り方向足踏み時は他の条件より低い値だった。主観的評価は筋電図と異なり、上り方向においては負担感が高く、左右法線方向静止立位時は上下方向より負担感が小さかった。2)滑りやすい床条件での荷物運搬滑りやすい床条件で荷物の運搬を行い、その際の筋活動、床反力測定、足圧分布測定などを行った。その結果、筋電図でみると、すべりやすい床で作業をすると筋活動が高まり、荷物が大きく、重い条件で筋負担はより高くなっていた。床反力の結果からは、荷物運搬という2つの作業(荷物保持と歩行)が組み合わさった作業においても床条件に応じた作業姿勢で作業が行われることが分かった。足圧分布測定では、すべりやすい床ではつま先にかかる荷重割合が増え、踵の荷重割合が減少していた。主観的な負担感に関しては、保持する荷物の大きさや重さに大きく影響するのは上半身の負担感で、下肢の負担感は床の状態に影響される傾向がみられた。3)以上の2つの実験を通し、筋活動およびエネルギー消費量から不安定な足場条件での負担度の推定式を作成した。
動的分子界面を基軸とする金属ナノ粒子触媒の開発

本研究では,金属ナノ粒子上に表面修飾分子による反応場を精密設計・構築することで,表面修飾分子ー反応基質間の分子認識を基軸とした高活性かつ高選択的な金属ナノ粒子触媒の開発を目的として研究を行った。反応場を構築する分子としてペプチドデンドリマーを利用することで,金25原子から成る精密に分子組成の制御された金クラスターの合成に成功した。得られたペプチドデンドロンチオラート被覆金クラスターはペプチドデンドロンの形成する水素結合反応場の動的挙動に基づいて,可視光照射に応答する光触媒作用を示すことを明らかにした。本研究では,金属ナノ粒子に表面修飾分子による反応場を精密設計・構築することで,表面修飾分子ー反応基質間の分子認識を基軸とした高活性かつ高選択的な金属ナノ粒子触媒の開発を目的として研究を行う。本研究の鍵となるのは,溶液中における水素結合によって膨潤ー収縮の動的挙動を示すことが知られているペプチドデンドリマーを表面修飾分子として用いる点である。コアにチオール官能基を導入したペプチドデンドリマーチオールを表面修飾分子とした金属ナノ粒子は分子間相互作用によりナノ粒子表面に反応基質を取り込むことで,高い活性と立体選択性を備えた触媒になることが期待される。そこで,研究初年度である本年度は,ペプチドデンドリマーチオールを表面分子とした金ナノ粒子の合成と構造解析,動的挙動の解明を目的として研究を行った。表面分子となるペプチドデンドリマーチオールは,L-オルニチンを分岐ユニットとして,コアにチオール基を導入し,ペプチド合成法を適用することにより高収率で合成する手法を確立した。ペプチドデンドリマーチオールを用いて金塩の還元を行うことで,原子数の規定された安定な金クラスターを合成することに成功した。フーリエ変換型イオンサイクロトロン共鳴質量分析装置により,得られた金クラスターの精密質量分析にも成功している。我々の合成手法では,これまでに知られているデンドリマー被覆金属ナノ粒子とは異なり,ペプチドデンドリマーの世代を変えても同様の原子数の金クラスターが得られることから,触媒反応に適用した際の反応場の効果を比較しやすいことが期待される。本研究では,金属ナノ粒子に表面修飾分子による反応場を精密設計・構築することで,表面修飾分子ー反応基質間の分子認識を基軸とした高活性かつ高選択的な金属ナノ粒子触媒の開発を目的として研究を行っている。金属表面に結合する分子は触媒毒として働き,触媒活性を低下させることがこれまで一般的に知られていたが,申請者は,反応基質と誘起的に相互作用する有機分子界面を金属ナノ粒子上に構築できれば,酵素類似の反応メカニズムにより触媒反応速度を大きく向上できることを明らかにしている。本研究では申請者の発見した新触媒概念を一般化・発展させることを目的として,精密設計された有機分子界面を有する金属ナノ粒子触媒を開発し,種々の触媒反応への応用を進めている。初年度の研究によりL-オルニチンを分岐単位とするペプチドデンドロンを用いて金クラスターの精密合成に成功している。そこで,今年度はペプチドデンドロン修飾金クラスターを用いた触媒反応の開発を行った。種々の触媒反応について検討を行った結果,ペプチドデンドロン修飾金クラスターが可視光照射下において酸化触媒活性を示すことを見出した。また,上記酸化反応が一重項酸素の生成を鍵として進行することを明らかにした。最終年度は見出した触媒活性を利用して種々の触媒反応の開発を行う。今年度初頭に研究室で火災が発生し,実験室の復旧に多大な時間を要したため,研究を十分に推進することができなかった。研究内容としては,当初予定していた触媒活性の発現に関しては達成されており,最終年度の研究に向けての準備はできている。一方で,同様に予定していた異種金属ナノ粒子触媒の開発にはまだ着手できていないので,最終年度にこちらも併せて着手する予定である。本研究では,金属ナノ粒子上に表面修飾分子による反応場を精密設計・構築することで,表面修飾分子ー反応基質間の分子認識を基軸とした高活性かつ高選択的な金属ナノ粒子触媒の開発を目的として研究を行っている。金属表面に結合する分子は触媒毒として働き,触媒活性を低下させることがこれまで一般的に知られていたが,申請者は,反応基質と誘起的に相互作用する有機分子界面を金属ナノ粒子上に構築できれば,酵素類似の反応メカニズムにより触媒反応を大きく向上できることを明らかにしている。本研究では,申請者の発見した新触媒概念を一般化・発展させることを目的として,精密設計された有機分子界面を有する金属ナノ粒子触媒を開発し,種々の触媒反応への応用を進めている。昨年度までの研究により,L-オルニチンを分岐単位とするペプチドデンドロンチオラートで表面修飾された単一分子組成を有する金クラスターの合成と,可視光照射による一重項酸素生成反応に対する光触媒活性を示すことを見出している。そこで,最終年度となる今年度は光触媒的に生成された一重項酸素を酸化剤として利用することで,ペプチドデンドロン反応場における光触媒的酸化反応の開発を行った。その結果,フラン類に対する酸化的開環反応が効率よく進行することをみいだした。また,同反応において,反応温度,溶媒の検討から,ペプチドデンドロンが反応場として作用し,反応を促進していることを明らかにした。

得られたペプチドデンドロンチオラート被覆金クラスターはペプチドデンドロンの形成する水素結合反応場の動的挙動に基づいて,可視光照射に応答する光触媒作用を示すことを明らかにした。当初予定していたペプチドデンドリマーチオール被覆金ナノ粒子の合成に関しては,魔法数として安定であることが知られている25核および38核の金クラスターを選択的に合成することに成功しており,合成手法の確立については想定以上の成果が得られていると言える。しかし,その反面,今年度の予定に含めていた金クラスター表面のペプチドデンドリマーの動的挙動の解明についてはまだ十分な結果を得るに至っていない。従って,総合的にはおおむね順調に進展はしているものの,計画以上の進展とは言えない。研究進捗状況としては,単純な研究時間の充当が不足したことによる遅れであるため,研究内容に大幅な変更は無い。最終年度である今年度は,予定していた研究課題のうち,まだ着手できていない異種金属ナノ粒子触媒の開発に早めに着手することで,金クラスターを用いた触媒反応開発と併せて,研究の方向性を早い段階で決める予定である。化学おおむね順調に研究が進展していることから,研究方針に変更は無い。しかし,金クラスター表面におけるペプチドデンドリマーの動的挙動の解明については予定より遅れているため,これと並行して,今年度予定の不斉水素化触媒の開発を開始する。今年度初頭に実験室全てが使用付加になる火災が発生し,予定していた研究内容全てを実施することができなかった。そこで,実施予定だった研究内容に使用する研究経費を次年度に繰り越した。最終年度となる今年度は,前年度に実施できなかった研究内容についても人員を多く配分し研究推進を加速することで,当初予定していた研究内容についても行う予定である。
在来訪花昆虫の減少が小笠原諸島の樹木の有性繁殖におよぼす影響の解明

対象樹種のうち個体数が多く,花序へのアクセスが容易なテリハハマボウとアカテツについて,在来昆虫相の崩壊が進んでいる父島・母島,在来昆虫相が保持されているがセイヨウミツバチが侵入している兄島,在来昆虫相が保持されている西島・向島において計6地点の調査地を設け,調査地あたり1020母樹を選定した。6月および8月に,前者については母樹あたり1030花,後者については100200花を目安として標識し,2月までに結実を確認できた果実は採取した。しかし,ネズミ等による食害,フェノロジーの差異,台風などの影響により,多くの花が追跡不可能となった。未標識の果実も採取の対象としたが、遺伝解析に十分な数の確保には至らなかった。対象樹種のひとつオガサワラビロウに関しては,予備的調査において生態的・形態的に異なる種内系統が複数存在する可能性が示唆された。このことは進化学的・保全生物学的にも興味深い事象であり,また本プロジェクトの目的である種子生産,種子の遺伝的組成,花粉流動パターンの島間比較のためには,事前にこうした系統を把握しておく必要があるため,遺伝構造の解析,植物体の形態比較,開花フェノロジーの調査などを行った。核SSRマーカーによる解析および核・葉緑体DNAの配列多型から,遺伝的に分化した2つの種内系統、すなわち父島列島各島、母島と多く,幅広い環境に生育し,大型の植物体を有する系統Iと、聟島列島と母島列島南部属島に多く,海岸近くに偏って生育し,小型の植物体を有する系統IIが含まれることが示された。また,両系統とも九州や奄美群島の別変種とは遺伝的に大きく異なること,系統IIまたはその祖先系統から系統Iが分化した可能性が示唆された。両系統の中間的な遺伝的組成を有する成木や実生は稀であり,また開花フェノロジーが異なったことから,系統間の遺伝子流動は生じていないと推測された。
幼児の体力や生活習慣が循環機能に関連するか

成人では,低体力や肥満は動脈硬化度を増加させることはすでに明らかになっている。子どもにおいても,肥満傾向児の増加や運動機会の減少が問題になっており,循環器疾患に対する危険因子をすでに増加させている可能性がある。しかしながら,幼児を対象とした生活習慣と循環機能の関係性を示す報告はほとんどない。そこで本研究は,循環機能の指標となる血圧値と動脈硬化度を用いて,幼児の循環器指標の基礎データの構築を目指し,発育発達が循環機能に及ぼす影響,幼児の生活習慣と循環機能の関連性,運動が幼児の循環機能に及ぼす影響,この3点を明らかにし,幼児期からの動脈硬化の予防・改善の方策を提案することを目的とする。
レーザー着火式マイクロスラスタの推力特性の解明と性能向上

現在,目覚ましい発展を遂げている超小型衛星には,より高度なミッションを行うための超小型推進系,マイクロスラスタ,が待望されている.研究代表者らは,複数の小型固体推薬をレーザ着火により順次使用するマイクロスラスタを提案している.しかし,1-10mm級の極小推進薬,燃焼室,およびノズル,そして樹脂壁面という特殊な条件に関して有効な設計指針はない.本研究では,各種スラスタ形状に対して推力特性を調べる事により,最適設計に必要な条件を明らかにした.さらに得られた特性に基づいてスラスタ設計を行い,実験室モデルの開発を行った.現在,目覚ましい発展を遂げている超小型衛星には,より高度なミッションを行うための超小型推進系,マイクロスラスタ,が待望されている.研究代表者らは,複数の小型固体推薬をレーザ着火により順次使用するマイクロスラスタを提案している.しかし,1-10mm級の極小推進薬,燃焼室,およびノズル,そして樹脂壁面という特殊な条件に関して有効な設計指針はない.本研究では,各種スラスタ形状に対して推力特性を調べる事により,最適設計に必要な条件を明らかにした.さらに得られた特性に基づいてスラスタ設計を行い,実験室モデルの開発を行った.現在,大学や民間企業などによる小型衛星の研究開発および打ち上げが急速に進められている.そして,次世代フェーズとしてこれら小型衛星を実用レベルにまで引き上げるために,マイクロスラスタを用いた軌道・姿勢制御が必須となっている.申請者はこれまでの研究において,単一のスラスタにおいて数桁の広範囲にわたる推力を発生する高機能型の全く新しいマイクロスラスタを提案した研究を行ってきた.この結果,新しいマイクロスラスタの提案および原理・動作実証が達成され基本性能の取得がなされた.しかし,実用的なマイクロスラスタとして発展させるには,A.レーザー着火モードにおける推進性能則の解明,B.マイクロスラスタの衛星環境適合性の評価を行うことが必要不可欠となっている.本研究では上記A・Bの項目を行うことによって,1kg級衛星に搭載可能なマイクロスラスタを実現させることを目的とする.一般に,固体ロケットの燃焼推力に関しては,過去の研究により多くの有用な指針が得られていが,1mm級の極小推進薬,燃焼室,およびノズル,そして樹脂性の壁面という特殊な条件に関しては,その適用の有無が確立されていない.平成20年度の研究では,推進惟能の最適化のために,多くの形状・寸法における推力測定内部圧力測定,および排気プルームの可視化を行い両者の関係を明らかとした.特に,1)研究室レベルで迅速かつ高精度にマイクロロケットを製作する方法を開発した,2)性能評価方法として,従来からの推力測定に加えて,内部燃焼圧力の時間履歴測定および排気プルームの可視化測定を確立した,ことの二点により極めて効率よく推進性能の最適化を行うことが可能となった.現在,大学や民間企業などによる小型衛星の研究開発および打ち上げが急速に進められている.そして,次世代フェーズとしてこれら小型衛星を実用レベルにまで引き上げるために,マイクロスラスタを用いた軌道・姿勢制御が必須となっている.申請者はこれまでの研究において,単一のスラスタにおいて数桁の広範囲にわたる推力を発生する高機能型の全く新しいマイクロスラスタを提案した研究を行ってきた.この結果,新しいマイクロスラスタの提案および原理・動作実証が達成され基本性能の取得がなされた.しかし,実用的なマイクロスラスタとして発展させるには,レーザー着火モードにおける推進性能則の解明による推進性能最適化が必須である.本研究では1kg級衛星に搭載可能なマイクロスラスタを実現させることを目的とする.一般に,固体ロケットの燃焼推力に関しては,過去の研究により多くの指針が得られているが,1mm級の極小推進薬,燃焼室,およびノズル,そして樹脂性の壁面という特殊な条件に関しては,その適用の有無が確立されていない.平成20年度の研究では,推進性能の最適化のために,多くの形状・寸法における推力測定,内部圧力測定,および排気プルームの可視化を行い両者の関係を明らかとした.平成21年度の研究では,前年度に明らかとなった推力特性に基づき,最適な性能を持つスラスタの開発を行った.この結果,これまでより大きなトータルインパルスを有するマイクロスラスタ実験室モデルの開発に成功した.さらに,前年度の研究結果への考察から,性能を最適化するためには内部燃焼方法の改善が必須である事が考えられた.このために圧力隔壁を用いて,燃焼開始時の圧力を高める方法を検討,実験を行った.初期実験の結果では比推力向上の可能性が確認できた.
フォトンカウンティングを利用した医療用小型スペクトロメータの開発

本研究は、放射線治療の医療現場で用いられる小型線形加速器(リニアック)から出力されるX線光子のエネルギースペクトルの推定方法の基礎開発を目指すものである。EGS5を用いて、PDD取得用の水槽をモデル化し、単色光子に対するシステムの応答関数を構築した。PDDは、上記の方法で求めた応答の線形結合で表されると仮定し、事後確率最大化法(MAP)推定を用いてPDDから光子のエネルギースペクトルを推定した。エネルギースペクトルの事前分布としては、モンテカルロシミュレーションによる結果を用いた。この手法による解の決定は比較的頑健であり、治療計画器中のエネルギースペクトルとの比較でも矛盾のない結果が得られた。平成24年度は、PDD(深部線量百分率)からエネルギースペクトルを推定する手法の開発を行った。現在どの病院でも測定可能なPDDを使って、X線のエネルギースペクトルを推定することができれば、手軽に自分の病院の線形加速器から出力されるX線エネルギースペクトルの正しさを検証できることになる。PDDは、本来、X線エネルギースペクトルの情報を反映するはずであるから、PDDから逆問題としてエネルギースペクトルを推定できるはずだというのが着眼点である。PDDの単色光子に対する応答は、基本的に多数の散乱過程を含むので、モンテカルロシミュレーションで作成する必要がある。そこで、EGS5を用いて、PDD取得用の水槽をモデル化し、システムの応答関数を構築した。線形加速器から生じるX線は制動放射由来であり、連続スペクトルであることが期待されるので、PDDは、上記の方法で求めた応答の線形結合で表されると仮定し、事後確率最大化法(MAP)推定で光子のエネルギースペクトルを推定した。線型モデルとMAP推定を組み合わせたこの手法による解の決定は比較的頑健であり、治療計画器中のエネルギースペクトルとの比較でも矛盾のない結果が得られた。これらの研究成果を、アメリカ医学物理学会(AAPM)での口頭発表、プロシーディング、第104回日本医学物理学会学術大会および第105回日本医学物理学会学術大会での口頭発表、第1回ゲル線量計研究会での口頭発表、日本物理学会秋期年会のシンポジウムの講演として発表した。また、これらの成果を現在Medical Physics誌に投稿中である。本研究では、放射線治療の医療現場で用いられるリニアックから出力されるX線光子のエネルギースペクトルの推定を目指し、基本となるエネルギー推定の原理の確立とプロトタイプの製作を目指すものである。平成23年度の成果は以下の通りである。1)【検出器の基礎的な構築による原理の確認】X線を放射するリニアックのガントリの後段に、真鍮製のコリメータ2つと、タングステンの減衰版を設置し、光子数を減弱させる。減弱した光子は、鉛ブロックに囲まれて遮蔽されたNaIシンチレータで検出され、シンチレーション光は後段の光電子増倍管および読み出し系を通してスペクトルとして記録される。平成23年度は、この検出器のセットアップが医療用リニアックからのエネルギースペクトルの測定に使用できることを確認した。2)【逆問題の解法のプロトタイプの作成】リニアックからのX線エネルギースペクトルの推定は、測定されたエネルギースペクトルから真のエネルギースペクトルを推定する逆問題と考えることができる。一般に逆問題を解くための手法は、一般化逆行列を解く決定論的な手法と、統計的な推定方法に分類できるが、今回、プロトタイプとして採用したのは、両者の中間である逐次近似法である。検出器への光子の入射エネルギーに対しての、検出器の応答は、事前にEGS5を使ったモンテカルロシミュレーションで求めておく。これらの応答を、逆問題の解析に使用するために応答関数という形式でまとめる。今回の実験では、このエネルギースペクトル推定を、過去の文献のモンテカルロシミュレーションの結果と比較し、矛盾のない結果が得られたことを確認した。これらの研究成果を、アメリカ医学物理学会(AAPM)での口頭発表、プロシーディング、第103回日本医学物理学会学術大会での口頭発表として発表した。本研究の目的は、医療用のリニアックからのX線のエネルギースペクトルを推定するための基礎的な原理を確立することである。リニアックのエネルギー推定のフレームは、大雑把ではあるが、現段階で機能することが確かめられた。その意味で、目的達成のベースラインはすでにクリアしている。本年度は検出部の無機シンチレータとしてNaIを使用していた。最初の実験としては、安価なNaIを使用することは適切であったといえるが、NaIは他のシンチレータと比べて実効原子番号が小さく、リニアックからのMeVの光子を検出するのに最適な検出器とは言いがたい。

そこで、NaIよりは高価であるが、高い実効原子番号をもつBGOを検出部のシンチレータとして使用し、実験を行う。また、一般に逆問題の解は、初期値の状態や系の状態に敏感である。今回の逐次近似法は比較的安定な方法であるが、逆問題の推定方法を、より頑健な方法に置き換えていくとは、現実の問題に適用する上で避けては通れない。統計的手法を用いて、より頑健な推定を行うことを目指す。これらの研究成果を国内、海外の学会で発表するとともに、国際的な学会誌への論文投稿を行う。次年度は、アメリカ医学物理学会(AAPM)で当該の成果を発表するための参加費、旅費、および国内の学会、研究会での発表の参加費、旅費を計上する。また、論文発表のための費用が必要である。さらに高計数処理を円滑に行うため、検出器の読み出し回路の部品の費用を計上する。また、本年度は当初の計画以上に放射線の遮蔽材の費用がかさみ、十分な読み出し回路部品を購入するのに不足な額(約29万)が残ってしまったので、次年度に繰り越して使用する予定である。
淡路島沿岸における海藻類の多様性の長期モニタリング手法の検討とデータベース構築

研究目的:淡路島沿岸は、半閉鎖性海域にあるものの比較的大きな海藻類の多様性を保持している。海藻類の植生の違いや多様性を長期に渡って把握することは、沿岸環境の保全を考える上で非常に重要である。本研究では、長期モニタリングを行うための基礎資料を得ることを目的として調査を行った。研究方法:1.海藻類の多様性調査(1)任意採集:4地点(由良、阿万、津井、江崎)において調査範囲を設定し、海藻類の種類や分布状況を調査した。藻場の状況を写真撮影するとともに、任意採集した海藻の種同定と海藻標本の作製を行った。(2)枠取り調査(由良):長さ20m程度の調査測線を設置。測線に沿ってランダムに10個の方形枠(50cm×50cm)を置き、枠内の海藻類の種類や優占度を調査するとともに一部を証拠標本用として採集した。枠内から採集した海藻は持ち帰り種の同定と海藻標本の作製を行った。2.水質調査:上記の4地点において表層の海水を採取し、水温、塩分、pHを測定した。研究成果:海藻類の種多様性は、調査した4地点全てにおいて春季(35月)が最も高く、また由良において最も多くの種が観察された。従って、淡路島沿岸における長期モニタリングは、春季に洲本市由良で行うのが最適である。また調査方法としては、枠取り調査用の測線を中心に3,200m^2(縦20m×横160m)で任意採集を行い、枠取り調査の結果と比較するのが良いと判断した。加えて、由良に次ぐ多様性が見られ、また由良には出現しない種も多く観察された阿万についても調査を続けていくのが望ましいと考えられた。その他、過去の調査データや今回の調査データを元に、フィールド調査で利用出来る「淡路島の海藻」図鑑を作製したほか、図鑑の内容をデータベース化し、当センターのホームページに公開した。また、本研究の成果についてはILTER2007(8月、北京)で発表を行った。
メカノケミカル法による高容量電極材料の創製と全固体リチウム電池への応用

安全性、信頼性に優れる全固体リチウム電池の開発が期待されている。本研究では、メカノケミカル法を用いて、硫化物固体電解質に適したリン系高容量負極材料や硫黄系高容量正極材料を創製するとともに、電極/電解質/導電剤間の良好な固体界面形成に取り組んだ。また高電位正極活物質への酸化物や硫化物固体電解質薄膜の表面修飾について検討し、全固体電池の高容量化と高出力化を達成するための界面設計指針を示した。本年度はメカノケミカル法を用いて,硫化リチウムと様々な金属から高容量電極材料の作製に取り組んだ。得られた電極材料とLi_2S-_2S_5系固体電解質から構成される全固体電池の特性評価を行った。硫化リチウムと銅の組成について検討したところ,全固体電池(ln/Li_2S-Cu)は75Li_2S・25Cu組成の電極を用いた場合に最も大きな容量を示すことがわかった。ボールミル処理時間について検討したところ,5時間の処理で放電容量は最大の500 mAh g^<-1>(Li_2S重量あたり約700 mAh g^<-1>)となり,さらに処理時間を増加させると容量は減少した。またCu以外の金属としてFeおよびNiを用いた75Li_2S・25Feおよび75Li_2S・25Niの合成を行い,全固体電池へ適用したところ,75Li_2S・25Cuに比べて電池容量が小さいことがわかった。固体電解質として用いた80Li_2S・20P_2S_5ガラスセラミックスもLi_2S成分を含むため,活物質としての利用を検討した。80Li_2S・20P_2S_5ガラスセラミックスとCuとアセチレンブラックを乳鉢で混合して作製した電極合剤を正極に用いた全固体電池は充電方向から作動させることができ,充放電が可能であった。Cuの添加によって固体電解質自身もリチウム源となり,全固体二次電池の電極活物質として機能することを見出した。高容量負極材料として,金属リン化物に着目した。メカノケミカル法を用いてNiP_2を合成し,それを全固体電池の電極に適用した。全固体電池Li-In/NiP_2は充放電が可能であり,充放電のプラトー電位は電解液を用いた電池のそれとほぼ一致しており,初期放電時に約1100 mAh g^<-1>の高容量を示した。また,Cu_3Pを電極に用いた全固体電池も室温で二次電池として作動することがわかった。Li_2s-P_2s_5系硫化物固体電解質を用いた全固体電池の作用極として、硫化物系電極活物質CU_xMo_6S_<8-y>を適用した。作製した全固体電池Li-In/Li_2S-P_2S_5 glass-ceramics/Cu_xMo_6S_<8-y>は、室温において1.3mAcm^<-2>の比較的大きな電流密度で作動し、2000サイクル後においても約100mAhg^<-1>の容量を保持することがわかった。この電池は160°Cの高温においても充放電可能であり、理論容量以上の約250mAhg^<-1>の大きな容量を50サイクルの間保持することがわかった。充放電後における電池インピーダンス、および活物質の結晶構造に大きな変化が見られていないことから、Cu_xMo_6S_<8-y>は硫化物電解質と良好な界面を形成していると考えられる。また、Li, P, Niの単体元素をメカノケミカル処理することによって、リチウムを含有するリン化物電極活物質を作製した。遊星型ボールミルを用いて、仕込み組成Li_<2.5>Ni_<0.5>Pの混合物に20時間のミリング処理を行ったところ、Li_3PとLi_<3.4> Ni_<10.6>P_7、Li_<12>Ni_<12>P_7の混合物が得られた。これを電極に用いた全固体電池は充電方向から作動させることが可能であり、約600mAh g^<-1>の容量を示すことがわかった。電極活物質/固体電解質の良好な界面形成を目的として、メカノケミカル法を用いてNip_2電極/Li_2S-P_2s_5電解質複合体を作製した。得られた複合体を作用極に用いた全固体電池は、1.3mA cm^<-2>の電流密度において、約1000mAh g^<-1>の大きな可逆容量を示すことがわかった。この容量は、活物質と電解質粒子を混合して得られた作用極を用いた場合の約2倍大きな値であり、界面構築にメカノケミカル法を利用することで、全固体電池を高容量化できることを見出した。

本年度は、遷移金属を含有しない高容量電極活物質である黒リン、硫黄、硫化リチウムを導電助剤であるアセチレンブラック(AB)と複合化することによって、全固体リチウム電池への適用を図った。赤リンをボールミル処理することによって作製した黒リンとABを複合化した。これをLi_2S-P_2S_5系固体電解質を用いた全固体電池に適用した。対極にLi-Inを用いた電池は、0.064mAcm^<-2>の電流密度下において初期放電容量1950mAhg^<-1>、充放電効率90%を示し、黒リンが高容量電極材料として機能することがわかった。一方、活物質である硫黄に電子およびLi^+伝導パスを形成するために、ABおよび固体電解質と共にボールミル処理して複合体を作製した。これを用いた全固体電池は1mAcm^<-2>以上の電流密度下において数百サイクルの充放電が可能であり、1000mAhg^<-1>以上の高容量を保持した。また硫化リチウム活物質についても同様の複合化を行うことにより、充電方向から作動が可能な高容量全固体電池を構築できることがわかった。また電池の高出力化への取り組みとして、電極活物質への表面コーティングについて検討した。LiCoO_2やLiMn_2O_4、LiNi_<1/3>Co_<1/3>Mn_<1/3>O_2などの高電位電極活物質について、リチウム含有酸化物をゾル-ゲル法を用いて表面修飾したところ、電極-電解質界面抵抗が低減され、電池のレート特性やサイクル特性の向上が見られた。酸化物で表面コートしたLiCoO_2粒子表面に、さらにPLD法を用いて硫化物電解質薄膜を形成した。その結果、電極複合体層に固体電解質粉末や導電助剤を混合しない場合においても電池は充放電が可能となり、約30mAhg^<-1>の容量を100サイクル以上維持した。酸化物コートによる良好な電極/電解質界面形成や硫化物電解質コートによるLi^+伝導パス形成により、従来に比べて全固体電池の電極活物質密度を高めることが可能となった。
肌理の再生に向けてーケラチン17の機能解析

本研究では、マウスの皮膚の肌理と毛包の関係に着目し、肌理、毛包が発生過程でどのように形成されるかを解析することで、肌理の再生を目指すことを目的とした。予備実験で様々な分子の染色を行っている際に、type 1 keratin17(以下K17)が毛包特異的にかつ皮溝、皮丘の発生と関与していたことから、本研究では、毛と肌理の形成の関連性およびK17がマウスの皮膚の肌理の発生過程でどのような役割を果たしているかを解析することで、肌理の形成メカニズムを調べ、さらには瘢痕に肌理の再生を目指す。
芽生えの自然史-実生形態にみる植物の多様性に関する研究

これまでに知られている多様な実生形態の多くは熱帯・亜熱帯地域に生育する樹種から報告されているため,温帯地域の植物に関する調査を継続する一方,南西諸島など亜熱帯地域の樹種についての調査を積極的に展開し,日本産樹木の実生形態の多様性を明らかにすることを試みた。種子の採取,野外実生の調査は研究期間中継続して行われたが,残念ながら結実率がそれほど高くなかった年にあたったために,フィールド調査では予定してたほどの十分な成果が得られなかった。南西諸島地域からは約70種の樹種から種子を採取し播種栽培した結果,30種以上の亜熱帯性樹種について出自の明らかな実生を得ることができた。ヤマグルマ科,フサザクラ科,カツラ科,トチノキ科,イイギリ科,キブシ科,シナノキ科、キク科,グミ科、ウコギ科などについてはよい標本が得られたため優先的に詳細な検討を行った。東アジア固有の科であるヤマグルマ科,フサザクラ科,カツラ科ではいずれも地上子葉・開出子葉のMacaranga型であることがわかった。またグミ科,シナノキ科,イイギリ科,スイカズラ科,などではそれぞれの科に特徴的な毛の形質に多様性が観察された。また、亜熱帯性の樹木で特殊な実生形態をとるミフクラギ,ハスノハギリ,テリハボク,メヒルギ,サガリバナ,サキシマスオウノキなどについて詳細な解剖図を作成した。これまでに収集した実生標本の再整理を行った結果,約550種について実生が得られていることがわかった。これらについて実生形態に関する記載文や,解剖図の準備を始めた。またスキャナによる簡便な画像化を試み、科ごとに日本産樹種の実生形態に関する取りまとめを試みた。1.フィールド調査。今年度は九州南部,南西諸島を中心に,亜熱帯地域に分布する樹種の種子採集を重点的に行い,新たに70種の種子を採集することができた。これらの種子は,鳥取大学・京都大学で播種栽培中であり,発芽後,形態研究のための標本として保存される予定である。2.標本調査。第1年度であることから,これまでに蓄積された樹木実生標本の再整理を行った。その結果,標本の総数はすでに83科229属527種にのぼることがわかった。この結果を利用して,より効率的な採集計画を組み立てることが可能になった。また,今年度はヤマグルマ科,フサザクラ科,カツラ科,トチノキ科,イイギリ科,キブシ科,シナノキ科,キク科,グミ科,ウコギ科について詳細な検討を行った。3.研究成果の発表。研究成果の一部はこれまで温帯林樹種に関する一連の著作の中で発表しているが,今年度はヤマグルマ科,フサザクラ科,カツラ科,トチノキ科,イイギリ科,キブシ科の6科について発表した。マンサク目のヤマグルマ科,フサザクラ科,カツラ科の3科は東アジアに固有な科である。これらの実生形態はすべて地上子葉・開出子葉型のオオバギ型であり,散布の翌春または翌々春に発芽する。低出葉はなく,対生のカツラ科をのぞき,他の2科では第1葉から互生である。大きな種子をつけるトチノキの実生は,地下子葉をもち,2枚の子葉が種皮の中にとどまったままのHorsfieldia型である。すべて散布の翌春に発芽し,休眠性は観察されなかった。低出葉はなく,第1葉から対生で,主根がよく発達する。イイギリおよびキブシもまた,地上子葉・開出子葉を持つオオバギ型の実生をもつ。散布の翌春または翌々春に発芽する。

いずれも低出葉はないが,イイギリでは第1葉は対生するのに対し,キブシでは第1葉から互生する。昨年度に引続き,亜熱帯地域を主とした種子の採取および野生実生の採取・生態観察を目的とした野外調査を継続して行った。しかし,今年度は結実した個体が全国的に少なかったようで,昨年度ほどにはよい状態の種子および実生が得られなかった。今年度中に播種栽培などによって得られた実生標本は次のようなものである。オオバイヌビワ,ギランイヌビワ,ハスノハカヅラ,アワダン,ヒラミカンコノキ,ウラジロアカメガシワ,ヤマヒハツ,コウトウヤマヒハツ,シシアクチ,クロガネモチ,モクレイシ,ノボタン,アデク,ハテルマギリ,シマイズセンリョウ,ギーマ,リュウキュウガキ,リュウキュウモクセイ,イボタクサギ,タイワンウオクサギ,イリオモテムラサキ,オオムラサキシキブ,ヤエヤマアオキ,ナガミポチョウジ,オオバルリミノキ,リュウキュウコマツナギ,モンパノキ,サガリバナ,サキシマスオウノキ,モダマ,クサトベラ,アツバクコ。これまでに蓄積した標本類は解剖図等の準備や画像データ化を進めている。今年度に重点的に研究されたグループは,グミ科,シナノキ科,ウコギ科,カエデ科,ヤブコウジ科,モクセイ科,スイカズラ科,キク科の8科で,発表準備中である。1.フィールド調査:新たな樹種の実生を得るため,昨年度に引き続いて果実・種子の採集を行い播種したが,今年度も成熟した果実や種子は少なかった。さらに昨年度も全体的に果実をつけた樹種が少なかったため今年度発芽した実生も極めて少なく,野外での実生の生態観察・採取などフィールド調査の成果はそれほどあがらなかったのは残念である。2.昨年度から解析をすすめていたグミ科,シナノキ科,ウコギ科;キク科,スイカズラ科については投稿論文として取りまとめた。いずれも地上子葉,開出子葉型(ただしグミ科の一部には地下子葉性のものがある)でグミ科では子葉がやや多肉の貯蔵型である。実生の段階でもそれぞれの科に特徴的な毛の形質に大きな多様性がみられた。3.画像データの作成:これまでに蓄積した実生標本類の画像データ化を継続して行い,特に亜熱帯性の樹種で特殊な実生形態をとるミフクラギ(キョウチクトウ科),ハスノハギリ(ハスノハギリ科),テリハボク(フクギ科),メヒルギ(ヒルギ科),サガリバナ(サガリバナ科),サキシマスオウノキ(アオギリ科)などについて解剖図を作成した。さらにスキャナを利用して実生標本の画像情報化を一部の資料について行った。4.日本産樹木の実生形態のとりまとめ:今年度は最終年度に当たるため,これまでに集まった日本産樹木の実生資料全体について記載文や解剖図,画像データなどを科ごとにとりまとめた。成果はまとまった著作として出版する計画である。
下垂体前葉ホルモン分泌の情報伝達に関するイオンチャネルの研究

下垂体前葉ホルモンの分泌にはcAMP、IP3、c-kinase、Ca^<2+>等の細胞内セカンドメッセンジャーが重要な役割を果している。これらのセカンドメッセンジャーの中でも細胞内Ca^<2+>が前葉細胞からのホルモン分泌に密接に関わっていることは良く知られた事実である。下垂体前葉は神経細胞と同様に活動電位を発生する。細胞内Ca^<2+>濃度はこの活動電位発生の際、電位依存性Ca^<2+>チャネルを通るインフラックスや細胞内Ca^<2+>プールからの動員によって調節されている。特に持続的なホルモン分泌には細胞外からのCa^<2+>インフラックスが重要であるが、このインフラックスの調節には活動電位の発射頻度と電位依存性Ca^<2+>チャネル電流の大きさの2つが関与している。本年度はヒトTSH産生腫瘍をとりあげSRIFの作用機構について検討した。ヒトTSH産生腫瘍ではSRIF投与によりTSH分泌が抑制されるが、その抑制反応にイオンチャネルが関与しているかを電気生理学的手法を用いて検討した。手術的に得られたヒトTSH産生腫瘍を酵素的に単離し、10%牛胎児血清を含むDME培地で培養した。電気生理学的手法としてはwhole cell clamp法を用いた。電流固定法下でTSH産生細胞は自発的活動電位を発射していた。SRIF投与により膜は過分極し、活動電位の発生が抑制された。この時膜の抵抗は減少しており、何らかのイオン透過生が亢進したと考えられた。電圧固定法で調べると、この透過性の変化するイオンの反転電位は約-80mVであり、細胞外液のカリウム濃度を変化させるとNernstの式に従って反転電位がシフトした。よって透過性が亢進したチャネルはカリウムチャネルであると結論された。細胞内にGTPγSを投与するとSRIFの存在なしにカリウムチャネルが開口した。また細胞内にGDPβSを投与するとSRIFによるカリウムチャネルの活性化が抑制された。百日咳毒素の前処置もSRIFによるカリウムチャネルの活性化を抑制した。以上よりヒトTSH産生細胞においてSRIFは百日咳毒素感受性G蛋白を介してカリウムチャネルを活性化することが明らかとなった。このチャネルの活性化によりCa依存性活動電位が抑制され、TSH分泌が減少すると結論された。