JP7270980B2

JP7270980B2 - 植物養生システム

Info

Publication number: JP7270980B2
Application number: JP2020024129A
Authority: JP
Inventors: 冬彦中嶋; 良和星
Original assignee: ヤマト電機資産管理株式会社
Priority date: 2020-02-17
Filing date: 2020-02-17
Publication date: 2023-05-11
Anticipated expiration: 2040-02-17
Also published as: JP2021126092A

Description

本発明は、無菌状態での植物養生システムに関する。

植物の大量生産を可能とする方法の一つとして、ガラス容器内で植物を無菌培養して生産する方法が知られている。このような方法として例えば、コチョウランなどに応用されているメリクロン培養が挙げられる。

また、特許文献１～３においては、植物体を培地が入れられている袋体内に収容し、該袋体内にガスを供給して無菌培養する培養方法が提案されている。

特開２０１７－１１８８４７号公報特開平７－１３５８６９号公報特開平11－７５５９３号公報

本発明は、より容易に無菌養生を行うことができる新規な植物養生システムを提供する。

上述のとおり植物体の無菌培養が提案されており、この無菌培養において取扱いなどを容易としてスケールアップをしやすくする手法としては、例えば特許文献１～３に記載の袋体を用いての無菌培養が考えられる。しかしながら、特許文献１～３に記載の方法において予め設けられた配管を介して容器内に新たに供給されるのはガスのみであり、培養液については減少するたびに袋体を開封して再度供給しなければならない。そのため、特許文献１～３に記載の方法による場合にも手間がかかる。

本発明は鋭意研究の結果、ガラス容器や袋体などの植物体養生部内に繋がる培養液供給流路内を減圧し、それにより該流路内に無菌状態の培養液を流通させて植物体養生部内に培養液を供給するように構成することで、より手間を省略できる植物養生システムを構築できることを見出し、本発明を完成させた。

本発明の要旨は以下の通りである。
[１] その内部に植物体が収容されて養生される植物体養生部と、
前記植物体養生部の内部と連通するとともに、無菌状態の培養液を流通させる培養液供給流路と、
前記培養液供給流路を減圧させる減圧部と、を備え、
前記培養液供給流路の内部を前記減圧部によって減圧することにより無菌状態の培養液を前記培養液供給流路を介して前記植物体養生部内に流通させる、植物養生システム。
[２] 前記培養液供給流路は、前記植物体養生部と連通する第一の開口と前記減圧部と連通する第２の開口との間から前記第一の開口上に突出する凸部を有する、[１]に記載の植物養生システム。
[３] 前記培養液供給流路において前記凸部が前記第一の開口に隣接する位置に配置されている、[２]に記載の植物養生システム。
[４] 前記培養液供給流路は、連通する前記植物体養生部へと無菌状態の培養液を流入させるガイド部材を有する[３]に記載の植物養生システム。
[５] 培養液に対してろ過処理を行うことにより無菌状態の培養液を生成するろ過処理部をさらに備える[１]から[４]のいずれか一つに記載の植物養生システム。
[６] 前記植物体養生部の内部への空気の流通を許容する空気供給部をさらに備える請求項１から５のいずれか一つに記載の植物養生システム。
[７] 前記植物体養生部が袋体である、[１]から[６]のいずれか一つに記載の植物養生システム。

本発明によれば、より容易に無菌養生を行うことができる新規な植物養生システムを提供することができる。

本実施形態の植物養生システムの概要を示す図である。図１中の破線部２００を拡大した図である。

本実施形態の植物養生システムは、その内部に植物体が収容されて養生される植物体養生部と、植物体養生部の内部と連通するとともに、無菌状態の培養液を流通させる培養液供給流路と、培養液供給流路を減圧させる減圧部と、を備える。培養液供給流路の内部を減圧部によって減圧することにより無菌状態の培養液を培養液供給流路から植物体養生部内に流通させる。

本明細書において、植物体とは、植物の一部または全部をいう。植物体として、例えば、植物体の幼苗を含む、個体としての器官またはその前駆体を備えた実生や幼苗などの完全ないしおおよそ完全な植物体や、植物細胞、カルス、芽、多芽体、苗条原基、種子、胞子、原糸体、幼苗、花蕾、葉、茎、枝、根、茎頂、側芽、花芽、花粉、花糸、葯、子房、胚乳、胚乳及び胚などの個体の一部を挙げることができる。

本明細書において、養生とは、植物体を人工的な環境下で生育または増殖させることを意味し、具体的には人工的な環境下で細胞の増殖、茎葉の増殖または伸長、芽の誘導または伸長などが確認できることを挙げることができる。養生を行うにあたり植物体の炭素源は後述の培養液由来のショ糖、または植物体培養部内の空気由来の二酸化炭素などとすることができ、特に限定されない。また、無菌養生とは、上記養生を菌類あるいは細菌類といった微生物等が実質的に存在しない環境下において行うことをいい、例えば、滅菌処理された容器または構造物内において無菌状態の培養液などを用いて植物体を養生することを挙げることができる。また、無菌状態の培養液とは、フィルタ処理、ガンマ線照射やＵＶ処理、薬品による殺菌消毒などの処理が例えば行われた結果、上記微生物等を実質的に含まない状態にある培養液をいう（以下、単に無菌培養液ともいう）。

以下、本実施形態の植物養生システムの構成について、図面を用いて詳細に説明する。
図１は本実施形態の植物養生システム１００の概要を示す図である。また、図２は図１中の破線部２００を拡大した図である。
本実施形態の植物養生システム１００は、植物体養生部１０１と、培養液供給部１０３と、無菌ろ過処理部１０５と、培養液供給流路１０７と、減圧部１０９と、空気供給部１２１とを備える。図１、２において、破線の矢印は、培養液の流れを示している。

植物体養生部１０１は、その内部に植物体が収容されて養生される。植物体養生部１０１は、その内部に植物体を収容できるとともに無菌養生が可能である限り、特に限定されない。例えば植物体養生部１０１は、密閉された容器や、無菌状態にある構造物によって構成することができる。
このような容器や構造物としては、例えばガラス容器や、オートクレーブ処理などの滅菌処理を行うことが可能な素材で形成されている袋体などを挙げることができる。
また、本実施形態に係る植物体養生部１０１は、植物の種類などにもよるが、例えば植物体の培養に必要な光の波長域に対して透過性を有するものとすることが好ましい。

培養液供給部１０３は、植物体の養分を含む液体である培養液を貯留し、連通する無菌化ろ過処理部１０５に、植物体の養分を含む液体である培養液を供給する。
本実施形態に係る培養液は、特に限定されないが、例えば、炭素源を含む培養液とすることができる。炭素源とは、植物が培養液から吸収し資化できる炭素源（二酸化炭素を除く）を意味する。炭素源として、具体的には、スクロース、グルコース、フルクトースなどの糖や低分子化したでんぷんやセルロースおよび核酸物質、脂質、蛋白質等の炭水化物を挙げることができる。

また、本実施形態においては炭素源を含まない培養液を用いることもできる。炭素源を含まない培養液としては、上記炭素源を実質的に含まない一方で窒素、リン酸、カリウム、マグネシウム、カルシウムなどの多量元素や、鉄、ホウ素、亜鉛、マンガン、ヨウ素、モリブデン、銅、コバルトなどの微量元素等の無機成分を含む培養液を用いることができる。さらに、当該培養液は、グリシン、ニコチン酸、ピリドキシン塩酸、チアミン塩酸、イノシトールなどのビタミン類やアミノ酸等の有機成分や、植物成長調節物質を含んでいてもよい。

具体的な培養液の例としては、例えば、ＭＳ培地（Murashige and Skoog、1962、Physiol.Plant, 15 : 473-487）、ＬＳ培地（Linsmaier and Skoog、1965）、Ｂ５培地（Gamborg et al.、1968）、Ｒ２培地（Ohira et al.、1973）、Ｎ６培地（Chu et al.、1975）、Woody Plant培地（Lloyd and McCown、1981）、Vacin & Went培地（Vacin and Went、1949）などを基に構成された培養液を挙げることができ、これらを基に炭素源を含まないように構成された培養液が好ましい。
培養液における各成分の濃度などは培養される植物の種類などに応じて適宜変更可能であり、特に限定されない。

無菌ろ過処理部１０５は、培養液供給部１０３から供給される培養液に対してろ過処理を行うことにより微生物等を培養液から除去して無菌培養液を生成する。
無菌ろ過処理部１０５は、特に限定されないが、例えば、微生物等を除去可能なメンブレンフィルターなどの除菌用フィルタを用いて構成することができる。当該除菌用フィルタとして、具体的にはミリポア（登録商標）フィルターやマイレクス（登録商標）フィルターなど市販の除菌用フィルタを挙げることができ、特に限定されない。
得られた無菌培養液は、連通する培養液供給流路１０７に供給される。

培養液供給流路１０７は、一方の端部において無菌ろ過処理部１０５と連通しており、無菌ろ過処理部１０５から供給された無菌培養液をその内部で流通させる。また、培養液供給流路１０７は、開口１１１を備えており、該開口１１１を介して植物体養生部１０１と連通している。培養液供給流路１０７内を流通する無菌培養液は、該開口１１１から植物体養生部１０１内に流入する。
また、培養液供給流路１０７の他方の端部においては、開口１１５を介して減圧部１０９と繋がっている。
さらに、培養液供給流路１０７は、開口１１１と開口１１５の間の開口１１１と隣接する位置から開口１１１上に突出する凸部１１３を有する。
培養液供給流路１０７は、例えば、オートクレーブ処理などの滅菌処理への適用性、耐液体性、耐圧性などを考慮して流路を形成可能な素材を用いて構成することができ、特に限定されない。具体的には、プラスチック、鉄、アルミ、合金、セラミック、ガラス、石、難溶解性のパルプ、またはゴムなどで形成されているチューブを用いて培養液供給流路１０７を構成することができる。また、培養液供給流路１０７の大きさや開口１１１の大きさなども植物体養生部１０１の大きさなどに応じて適宜設定でき、特に限定されない。
例えば、培養液供給流路１０７の内径：0.1mm～10cm（好ましくは1～30mm）、開口１１１の大きさ：0.01～500m²（好ましくは1～100 m²）とすることができる。
凸部１１３も、後述のとおり開口１１１を介して無菌培養液を植物体養生部１１１内に流入させることができる限りその大きさや形状は特に限定されない。例えば、開口１１１と重なる面が半円形や四角形である半円柱状や四角柱状とすることができる。また、大きさについても、凸部１１３が有する開口１１１と重なる面について、大きさを0.01～500m²（好ましくは1～100 m²）とすることを例示できる。
さらに、開口１１１の数も特に限定されず、本実施形態では一つ設けているが、複数（例えば２～１０個）設けられていてもよく、１～５個が好ましい。

減圧部１０９は、例えば真空ポンプで構成することができ、培養液供給流路１０７の内部を減圧させる。減圧部１０９が作動するとき、減圧部１０９は培養液供給流路１０７内の空気を吸引し、これにより培養液が培養液供給流路１０７内に流入してその内部を移動する。
開口１１１に到達した際、開口１１１から培養液が植物体養生部１０１内に流入する。また、凸部１１３の作用によって無菌培養液の通路移動が物理的に抑制されるので、より効率的に無菌培養液が植物体養生部１０１内に供給される。なお、減圧部１０９を作動させたときの減圧の程度については特に限定されず、例えば培養液供給流路１０７や植物体養生部１０１を構成する素材などに応じて適宜設定すればよい。例えば、絶対圧で100,000～0.1Pa(好ましくは10～10000pa)とすることを例示できる。
なお、本実施形態においては、液滴などからの減圧部１０９（真空ポンプ）保護の観点から、フィルタ１３１とトラップ１３３を培養液供給流路１０７と植物体養生部１０１との間に配置している。一方で、これらフィルタ１３１やトラップ１３３を設けなくともよく、特に限定されない。

また、本実施形態の植物養生システム１００においては、特に限定されないが、植物体養生部１０１に、空気供給部１２１を有するようにすることができる。当該空気供給部１２１から必要に応じて植物体養生部１０１内に除菌処理されるなどして無菌状態の空気を導入することで、植物体養生部１０１を例えば袋体で構成したときなどに形状維持などをより容易とすることができる。なお、特に限定されないが、空気供給部１２１は、例えば、無菌ろ過処理部１０５と同様の除菌用フィルタと植物体養生部１０１に設けた開口とにより構成することができる。

続いて、本実施形態の植物養生システム１００における、植物体養生部１０１内に無菌培養液を供給するときのフローの一例を説明する。

まず、減圧部１０９を作動させ、培養液供給流路１０７内を減圧させる。

次に、培養液供給流路１０７が減圧されたことにより、培養液供給部１０３から培養液供給流路１０７に供給される。このとき、培養液は無菌ろ過処理部１０５を通過するため、微生物等が除去され、培養液供給流路１０７には無菌培養液が供給される。
培養液供給流路１０７に供給された無菌培養液は、開口１１１から植物体養生部１０１内に流入する。このとき上述の凸部１１３の作用により、無菌培養液はより効率的に植物体養生部１０１内に流入する。よって、凸部１１３は、連通する植物体養生部１０１へと無菌状態の培養液を導入させるガイド部材、ということもできる。

培養液供給流路１０７に培養液を供給してから所定時間経過後、例えば培養される植物体に適した量の培養液が植物体養生部１０１に流入した時点で、減圧部１０９の作動を終了させ、培養液の植物体養生部１０１への流入を停止させる。
なお、減圧部１０９の作動中または作動終了後に必要に応じ、空気供給部１２１から植物体養生部１０１内に無菌状態にある空気を導入してもよい。

培養液の量などは、培養される植物体の種類や生育段階などに応じて適宜変更でき、特に限定されない。
また、培養液を導入するにあたっては、減圧部１０９により植物体養生部１０１を減圧するとともに無菌ろ過処理部１０５に供される培養液に対して加圧するようにしてもよい。培養液を加圧するときの圧力は特に限定されず、当業者が適宜設定することができる。

なお、本実施形態の植物養生システム１００において光条件や植物体養生部１０１内における二酸化炭素濃度などの条件も特に限定されず、当業者が植物体の種類や生育段階などに応じて適宜設定できる。

以上、本実施形態によれば、植物体養生部１０１の開封などを行うことなく植物の養生を継続した状態で無菌培養液を植物体養生部１０１内に供給することができる。そのため、より容易に無菌養生を行うことができる。

なお、本発明の実施形態の一つについて説明したが、本発明は他の実施形態とすることもできる。
例えば、本実施形態では培養液を無菌ろ過処理部１０５に供しフィルタによる無菌処理を行って培養液供給流路１０７に供給しているが、他の態様とすることもできる。例えば、ガンマ線照射やＵＶ処理、薬品による殺菌消毒などで無菌処理するようにしてもよく、２つ以上の無菌処理が行われるようにしてもよい。また、無菌ろ過処理部１０５を設けない態様としてもよい。すなわち、予め無菌処理された培養液を培養液供給流路１０７に供給する態様とすることもできる。

また、本実施形態では、減圧部１０９と連通する開口１１５を植物体養生部１０１と連通する開口１１１とは別に培養液供給流路１０７に設ける態様としているが他の態様とすることもできる。例えば減圧部１０９と植物体養生部１０１とを繋げる開口を植物体養生部１０１に設け、植物体養生部１０１を介して培養液供給流路１０７内を減圧するようにしてもよい。一方で植物培養部１０１を袋体などとした場合に減圧部１０９を作動させたときに植物培養部１０１の形状の維持がより容易であるため、減圧部１０９は本実施形態のように、植物培養部１０１を介することなく培養液供給流路１０７と繋がっていることが好ましい。

また、本実施形態において凸部１１３は開口１１１と開口１１５の間の開口１１１と隣接する位置に設けられているが、これに限定されるものでなく、開口１１１と離れた位置に設けてられていてもよい。

また、一の植物体養生部１０１に対し、培養液供給流路１０７が複数設けられ、それぞれから無菌培養液が一の植物体養生部１０１内に供給されるようにしてもよい。
また、一の植物体養生部１０１に対し、空気供給部１２１も２以上（例えば１～１０００個、好ましくは１～２０個）設けられていてもよい。一方、空気供給部１２１は設けられなくともよい。

以下の実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
厚さ１ｍｍ、内径４ｍｍのプラスチック製チューブ（培養液供給流路）、0.22μmの除菌用フィルタ（無菌ろ過処理部）、袋体（植物体養生部）を用いて図１と同等の装置を試作した。袋体内部には植物（オオミズゴケの新芽（枝部および葉部を含む植物体全体））を収容した。高温高圧滅菌をしていないショ糖３％を含むムラシゲスクーグ液体培地を除菌用フィルタに繋げた２０００ｍｌの耐圧プラスチック容器に入れ、上部から加圧した。加圧と同時に減圧を行い、除菌用フィルタを通じてプラスチック製チューブ内に無菌培養液を導入した。

プラスチック製チューブの袋内内部に収容されている部分には袋体内部と連通する長さ３ｍｍ、幅１．５ｍｍの開口を設けた。また、開口と隣接する位置には、開口に重なる面が長さ３ｍｍ、幅１．５ｍｍの四角形であり、厚さ１ｍｍである直方体状の凸部を設けた。

導入した無菌培養液は全て袋体内部に移動した。袋体に入った培養液は、温度２５℃、光50ppfdの条件で、３カ月以上たっても菌あるいは細菌の増殖は認められなかった。その一方で袋体内部の植物は成長・増殖を続けた。

１００：植物養生システム、１０１：植物体養生部、１０５：無菌ろ過処理部、１０７：培養液供給流路、１０９：減圧部、１１１：植物体養生部と連通する開口、１１３：凸部、１１５：減圧部と連通する開口、１２１：空気供給部

Claims

その内部に植物体が収容されて養生される植物体養生部と、
前記植物体養生部の内部と連通するとともに、無菌状態の培養液を流通させる培養液供給流路と、
前記培養液供給流路を減圧させる減圧部と、を備え、
前記培養液供給流路の内部を前記減圧部によって減圧することにより無菌状態の培養液を前記培養液供給流路を介して前記植物体養生部内に流通させ、
前記培養液供給流路は、前記植物体養生部と連通する第一の開口と前記減圧部と連通する第二の開口との間の前記第一の開口に隣接する位置に配置され、前記第一の開口上に突出する凸部を有する、植物養生システム。
前記凸部は、前記培養液供給流路から連通する前記植物体養生部へと無菌状態の培養液を流入させるガイド部材として作用する請求項１に記載の植物養生システム。
培養液に対してろ過処理を行うことにより無菌状態の培養液を生成するろ過処理部をさらに備える請求項１または２に記載の植物養生システム。
前記植物体養生部の内部への空気の流通を許容する空気供給部をさらに備える請求項１から３のいずれか一つに記載の植物養生システム。
前記植物体養生部が袋体である、請求項１から４のいずれか一つに記載の植物養生システム。
植物体が収容されて養生される植物体養生部に培養液を供給する培養液供給装置であって、
培養液を貯留し、前記植物体養生部と連通する培養液供給流路に培養液を供給する培養液供給部と、
前記培養液供給流路を減圧する減圧部と、を備え、
前記減圧部が前記培養液供給流路を減圧することにより前記培養液供給部から前記培養液供給流路に流入した培養液が前記植物体養生部に流通し、
培養液は、前記培養液供給部と前記培養液供給流路との間に配置され、培養液を無菌化する無菌化処理部材を介して前記培養液供給部から前記培養液供給流路に流入し、
前記培養液供給流路は、前記植物体養生部と連通する第一の開口と、前記減圧部と連通する第二の開口と、前記第一の開口と前記第二の開口との間の前記第一の開口に隣接する位置に配置され、前記第一の開口上に突出する凸部を有する、培養液供給装置。
無菌化処理部材が、ろ過処理により微生物を培養液から除去するフィルタである、請求項６記載の培養液供給装置。
前記培養液供給路が前記植物体養生部内に配置されている、請求項６または７に記載の培養液供給装置。
前記凸部は、前記培養液供給流路から連通する前記植物体養生部へと無菌状態の培養液を流入させるガイド部材として作用する請求項６から８のいずれか一つに記載の培養液供給装置。
その内部に植物体が収容されて養生される植物体養生部に前記植物体養生部と連通する培養液供給流路を介して無菌状態の培養液を供給する培養液供給方法であって、
前記培養液供給流路の内部を減圧することにより前記培養液供給流路に前記培養液を流入させ、該流入した前記培養液を前記植物体養生部に流通させ、
前記培養液供給流路は、前記植物体養生部と連通する第一の開口と、前記培養液供給流路を減圧する減圧部と連通する第二の開口と、前記第一の開口と前記第二の開口との間の前記第一の開口に隣接する位置に配置されて前記第一の開口上に突出する凸部を有する、培養液供給方法。
植物養生方法であって、
その内部に植物体が収容されている植物体養生部に前記植物体養生部と連通する培養液供給流路を介して無菌状態の培養液を供給し、
前記培養液が供給された植物体養生部内において植物を養生することを含み、
前記培養液は、前記培養液供給流路の内部を減圧することにより前記培養液供給流路に流入され、該流入した前記培養液は前記植物体養生部に流通され、
前記培養液供給流路は、前記植物体養生部と連通する第一の開口と、前記培養液を前記植物体養生部に流通させるときに前記培養液供給流路を減圧する減圧部と連通する第二の開口と、前記第一の開口と前記第二の開口との間の前記第一の開口に隣接する位置に配置されて前記第一の開口上に突出する凸部を有する、植物養生方法。